浅穴耕作是在地面沟垄中筑起横向小土挡 ,构成浅穴 ,使雨水贮存于其内 ,并逐渐渗入土壤中。这一耕作措施能有效地减少径流、保持水土 ,以利于作物生长。其在美国始于 2 0世纪 30年代 ,各州均有不同年限的研究过程。浅穴耕作最初是在小麦—休闲轮作中夏闲地上 ,或连作小麦未长起来时进行的 ,但是 ,小麦和夏播中耕作物未稳定增产。1950年美国大平原大部分地区放弃了浅穴耕作 ,因为 ,筑挡机具作业速度太慢 ,田间杂草太多 ,产量不稳定和难以准备种床和进行其它田间作业。另外一个原因是 4 0年代后期到 50年代初期大量采取了秸秆覆盖防止风蚀的缘故。1975年美国为了保持水土恢复了浅穴耕作 ,并研制和改进了浅穴耕作农具 ,在南大平原进行田间试验。认为在径流潜势大的土地上实行浅穴耕作 ,并结合除草剂一起使用 ,能保持水土和增产。最适合实行浅穴耕作的作物是棉花、高粱杂交种和油用向日葵。 1984年美国农民很快接受了这项技术 ,在南大平原推广了 80万ｈｍ2 。首先是用在棉花地上 ,在半干旱大平原区的旱作地和灌溉地也都采用了浅穴耕作。浅穴耕作技术较简单 :在沟中筑土挡形成贮水浅穴 ,使积水完全入渗 ,以免雨水在田间形成径流。浅穴中贮水量随土壤类型和条件、垄的行距、土挡间距和筑土挡的农机具而不同。在质地比较粗、入渗性强 ,用自动翻转桨式农具 (有 2～ 3块桨板 ) ,一般1ｍ长挡距的浅穴可容纳 2 5ｍｍ雨水。在渗透性弱的粘壤土上 ,浅穴的容积应大一些。 1987年Ｊｏｎｅｓ等人用轮式起落型筑挡机具在粘壤土上筑挡 ,行距为 75ｃｍ时 ,可容纳 50ｍｍ雨水 ;行距 1ｍ时可容纳60ｍｍ雨水 ;在土层较干和初渗率较高的土地上筑挡 ,行距 1ｍ时可容纳 150ｍｍ暴雨 ( 2 4ｈ)。在得克萨斯州一次降雨 148ｍｍ情况下 ,未做浅穴的垄沟径流量是 10 7ｍｍ ,而浅穴耕作径流量是 61ｍｍ。在该州其它地方的试验表明 ,在 3%坡地上刚筑好的粘土土挡 ,在 30ｍｉｎ、70ｍｍ降雨时把土挡全部冲掉 ,土挡完全失去拦水能力。 1983年Ｒａｗｆｚ等人注意到在土挡上形成板结层 ,即使浅穴中水漫过土挡 ,土挡仍有拦水作用。说明土挡的坚固性对减少浅穴中贮水流失是一个重要因素。1 浅穴耕作的作用1 1 减少径流浅穴耕作技术虽然简单 ,但在田间应用却是复杂的 ,必须考虑降雨特点、土壤特性和当地的种植制度等多种因素。当雨强超过土壤渗透率时 ,往往也产生径流。如在高雨强、入渗率低、地面出现板结层或土壤剖面上有难透水层时往往产生径流。从 50～ 80年代 ,很多人研究证明了在低入渗条件下采用浅穴耕作可以增强地面贮水能力 ,增加土壤水分总入渗量 ,在地面严重板结时 ,浅穴耕作在减轻径流方面也是最有效的 (图 1)。图 1 在有板结的以色列黄土上 ,各种耕作措施累积径流量 (Ｒ)～时间 (ｔ)关系图 浅穴耕作可以减少径流 ,为作物生长提供充足的水分 ,1987年Ｊｏｎｅｓ等人在美国南大平原用长期的径流资料 ( 2 7ａ)计算了小麦—高粱—休闲轮作旱地轮作周期内年径流发生的频率。发现在年降雨量为 4 65ｍｍ时 ,年径流发生频率为 50 % ,年径流量分别为 :高粱地 30ｍｍ ,休闲地 2 5ｍｍ ,小麦地12ｍｍ。在分析暴雨引起径流时发现 ,在得克萨斯州Ｂａｓｈｌａｎｄ超过 51ｍｍ暴雨只占总降雨量的 9% ,但在旱地小麦—高粱—休闲轮作中引起的径流量却占全年径流量的 4 0 % ,这是因为高雨强是引起径流的主要原因。1984年Ｍｏｒｉｎ等人根据土壤特性和以往降雨资料 ,建立了一种计算和预报径流的方法 :用手提式人工降雨器在一定土壤管理条件下 ,测定土壤入渗率 ;分析当地长期暴雨强度分布资料 ;结合土壤入渗函数和暴雨强度计算径流率和径流量 ;用降雨分布几率预测长期径流值。这种方法为浅穴耕作提供技术参考。1 2 减少侵蚀如果浅穴耕作能使暴雨全部贮于浅穴或入渗土壤中 ,那么它在减少侵蚀方面是极有效的。 1983年Ｒａｗｔｚ等人在以色列比较不同耕作方法时 ,发现翻地、耙地比浅穴耕作土壤流失量大 10倍 ,垄作比浅穴耕作大 2 5倍 (图 2 ) ,说明垄作加上浅穴耕作促进水分入渗和保水保土最有效。 1970年Ｋｏｗａｌ在尼日利亚测定垄作流失土壤为 17ｔ/ｈｍ2 ,而隔沟浅穴耕作土壤流失量为 5 1ｔ/ｈｍ2 ,稍多于平作地。图 2 各种耕作措施累积土壤流失量ΣＷＳ～时间ｔ、累积降雨量ΣＨ～ｔ关系图 在坡耕地上 ,如果浅穴耕作的土挡超过垄可能会加速侵蚀。 1971年Ｈｕｄｓｏｎ认为沟中的土挡一定要低于垄台 ,如土挡拦不住 ,则径流可顺每一条垄沟排出 ,而不会顺坡下泻冲刷坡地。Ｄｏｇｇ等人推荐保土措施和浅穴耕作结合 ,如修梯田、地埂或等高耕作与浅穴耕作结合可减少特大暴雨的侵蚀。浅穴耕作不适合在有较大径流或不易修土挡的地方采用。2 浅穴耕作的应用2 1 旱作地上的应用在旱作条件下浅穴耕作增加土壤水分 ,对棉花的生产大有好处 ,在坦桑尼亚和尼日利亚的浅穴耕作使棉花大幅度增产。据报道 ,在得克萨斯浅穴耕作减少径流 82ｍｍ ,棉花增产 36% ,主要是单株棉铃数增多。浅穴耕作对旱地高粱的生产也有促进作用。Ｊｏｎｅｓ等人在Ｂｕｓｈｌａｎｄ经 6ａ研究 ,采用浅穴耕作高粱最高产量达 2 4 60ｋｇ/ｈｍ2 ,平均增产 760ｋｇ/ｈｍ2 。在旱作条件下 ,实施浅穴耕作虽有增产现象 ,但也有减产现象。减产的原因可能是浅穴耕作区杂草太多 ;或是积水过多 ,土壤通气减弱 ,还可能是在浅穴中贮水过多 ,严重地妨碍机械化作业而导致减产。在湿润季节为减少径流 ,还需考虑表土的排水和贮水的平衡 ,解决的办法是隔沟筑挡。在雨量过多年份或高雨强且土壤渗透率低的地区 ,应用浅穴耕作反而造成涝害 ,根区透气不良 ,化肥过度淋溶 ,使下坡水位上升。因此 ,在筑挡前 ,应先进行深层松土 ,增加土壤渗透性 ,减少地面积水。2 2 在灌溉地上的应用浅穴耕作可用于有坡度的灌溉地上。Ｓｔｅｗａｒｔ等人 ( 1983)在有坡度的垄作地用自然降雨和有限灌溉建立一个旱地有限灌溉 (ＬＩＤ)农作制度 (图 3) ,与传统全额沟灌相比 ,采用ＬＩＤ可以使有限的水灌溉更大的面积。图 3 ＬＩＤ系统简图应用ＬＩＤ系统是在坡地上半部进行高密度、高养分和隔沟灌水 ,所以这上半部可获得最高产量。在中段 1/ 4处利用坡上全额隔沟灌溉向下流的径流水做为“径流余水区”。再下面的 1/ 4处可做为旱地管理 ,植株密度小一些 ,只利用坡上的剩余养分和截取坡上自然降雨和灌溉径流 ,也可以说是“积水区”。浅穴耕作是ＬＩＤ系统整体中的一部分。1983年Ｓｔｅｗａｒｄ等人在得克萨斯种植高粱的粘壤土上进行了 3ａ的ＬＩＤ ,在同样灌溉 12 5ｍｍ或 185ｍｍ水后 ,水分利用率由传统灌水的 9 2ｋｇ/ (ｈｍ2 ·ｍｍ)增至 15 4ｋｇ/ (ｈｍ2 ·ｍｍ)。在试验的 3ａ中有 2ａ降雨和灌溉水全部留在此地段。试验第 3年生育季节降雨多于常年 ,用ＬＩＤ系统 ,从浅穴中流出 2 5ｍｍ雨水 ,而传统的全面灌溉无浅穴耕作的流失 187ｍｍ。 由于浅穴耕作减少或避免了地面径流 ,从而也提高了喷灌供水的效率。用浅穴耕作使灌溉水4 0 %的径流减至 1%。因为喷灌常用在陡坡和起伏不平的地面 ,坡上就会产生径流 ,而浅穴耕作防止了地面积水的流动 ,这样也就减少了径流 ,并且使地面供水均匀一致。1987年Ｏｌｉｖｅｉｒａ等人注意到用凿形犁深松土再筑挡可增加土壤饱和水力传导率 ,在减少径流方面比增加地面浅穴容积更重要。 1981年Ｌｙｌｅ等人利用浅穴耕作研制了一个低能耗精密灌溉应用装置(ＬＥＰＡ) ,通过一个滴管和带孔控制的极低压的喷射系统把水直接送到浅穴中 ,既减少了空间蒸发 ,又避免了水向下坡移动。使灌溉水在田间各处都有极均匀的分布。灌溉水利用率超过 95%。在美国大平原区用高压地中旋转的喷灌系统已改为ＬＥＰＡ系统以降低水泵成本及因蒸发和径流的损失 ,增加运用的效果。3 结 论 浅穴耕作在减少径流和侵蚀 ,促使雨水入渗方面是非常有效的 ,在缺水地区用浅穴耕作 ,对发展农业、促进粮食生产、解决温饱问题是十分有意义的。浅穴耕作有多种用途 ,既适合旱作地又适合灌溉地 ,可以在多种土壤和多种作物上运用 ,在田间试验中 ,高梁、棉花和玉米 ,对浅穴耕作反应极好。浅穴耕作应用的前提条件是 :①一年生的 ,精耕细作的农地 ;②在作物生育前期或苗期有大雨或大径流的地方 ;③作物生育期降雨有限的地方。运用浅穴耕作减产的 ,往往是除草不佳 ,或地面积水过多 ,引起土壤通气不良或不利于播种及其它耕作。浅穴耕作@OrdieR.Jones$美国农业部农业研究机构保护和生产研究实验室
@BobbyA.Stewart
@邓育江$黑龙江省水土保持科学研究所
@沈昌蒲浅穴耕作;;径流;;侵蚀;;增产;;美国浅穴耕作在美国应用较早 ,其在减少径流、减少侵蚀方面有很大的作用。由于地表浅穴的存在能够贮存雨水 ,减少地表径流的发生 ,并且能够增加土壤的含水量。据试验研究 ,浅穴耕作比翻地、耙地的土壤流失量低 10倍 ,比垄作耕法低 2 5倍。浅穴耕作不但适合旱作地 ,而且适合灌溉地 ,它可以应用于多种土壤、多种作物。实施浅穴耕作棉花增产 32 %以上 ,高梁增产 170 0kg/hm2 。但实施浅穴耕作也有减产的现象 ,这主要是由于浅穴耕作区除草不佳 ,或积水过多 ,土壤通气减弱或不利于播种及其它耕作的原因所致。?6ａ研究 ,采用浅穴耕作高粱最高产量达 2 4 60ｋｇ/ｈｍ
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