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四川丘陵旱区不同人工草地土壤水分动态变化规律研究

更新时间:2016-07-05

四川西北部丘陵区以坡耕地为主,土质疏松,水土流失严重,区域内年均降雨量800~1 000 mm,春季和冬季降雨较少,70%以上的降水集中在夏秋两季,降水集中且强度大,极易发生泥石流,水土流失严重[1-2]。统计数据表明,四川丘陵区年均土壤侵蚀模数为3 798~9 831 t·km-2·a-1,是我国土壤侵蚀严重的地区之一[3]。传统种植模式(麦-玉/苕和麦-玉/豆)在夏季地表覆盖度较高,一定程度缓解了四川丘陵区的水土流失问题[4-6];然而,随着农村劳动力的下降,坡耕地麦-玉/苕(豆)种植模式逐渐被小麦-玉米种植模式取代,甚至被直接弃种撂荒[3]。坡耕地种植模式的改变,一方面不利于该地区粮食生产,另一方面也加剧了该地区的水土流失。黑麦草、苜蓿和菊苣等饲草作物可以全年覆盖地表,尤其在多雨的夏秋季,地表覆盖度较高,可以有效缓解丘陵坡耕地水土流失问题[7-10],显著提高饲草生产能力,促进本地区畜牧业发展。

四川西北部丘陵区属于亚热带山地季风气候,降水相对较丰沛,但日照时数严重不足。统计数据表明,四川盆地年均日照时数1 000~1 400 h,比同纬度的长江下游地区少600~800 h,这种阴雨寡照气候,非常有利于饲草作物的营养生长,而不利于粮食作物的生殖生长[2-3]。从气候条件角度考虑,在四川丘陵区发展饲草产业具有一定优势。然而,在一个地区引入新物种构建新种植模式,仅仅考虑气候条件是不够的。例如,苜蓿相对耐旱,能够适应黄土高原干旱的气候条件,理论上有利于提高本地区饲草生产能力,然而相关研究表明,在黄土高原连续种植苜蓿6~7年后,深层土壤水分被大量消耗,会形成永久土壤干层[11-14],不利于本地区农业可持续发展。因此,有必要系统研究黑麦草、菊苣、苜蓿等人工草地的土壤水分变化规律,明确饲草作物在四川丘陵坡耕地种植后对土壤水分的影响。

本研究采用长期定位观测的方法,系统分析了四川丘陵旱区不同人工草地土壤水分动态变化规律,明确了人工草地对坡耕地土壤水分的影响,为本地区坡耕地人工草地水分管理及粮食-饲草种植模式构建提供必要理论依据和实践基础。

综上所述,重视科技的底线安全极为必要。以人类视角考虑,目前人类拥有的科技已经很多,如果善用已经可以给人类相当多的便利和福祉,冒着越来越大的风险去发展尖端科技是否值得?至少发展那些高危的尖端科技肯定得不偿失。当然,如果用个人(科学家等)视角、集体(包括企业和国家等)视角考虑,则非常需要发展科技。 何种视角更合理,应以符合可持续发展的长远标准来衡量。“挑战—应战”是思考未来的有效方法,无论是个人、集体还是人类社会,洞察和预知面临的最大危机与挑战是最为必要的头等大事,笔者提出“致毁知识”概念并以其为研究对象开展科技巨风险研究至今20年,做出了上述一系列新发现和新结论。

1 材料与方法

1.1 试验区域概况

绵阳位于四川盆地西北部,境内山地占61.0%,丘陵占20.4%,平坝占18.6%。年均气温14.7℃~17.3℃,年日照时数1 100~1 328 h,日照百分率不足30%,无霜期较长(252~300 d),降水丰沛(826~1 417 mm·a-1),季节性干旱频发,属于典型的高温寡照天气。山地和丘陵区主要种植小麦、玉米、黄豆和红苕等作物,平坝区主要种植油菜、小麦和水稻等作物。

本实验于2013—2015年在绵阳丘陵坡耕地展开(坡度为10°),试验地土壤为绵阳丘陵区典型土壤—黄泥土,土壤容重为1.1 g·cm-3,常年含水量为9.2%~20.1%,萎蔫系数为7.5%,有机质含量为23.0 g·kg-1,土壤全氮、全磷和全钾含量分别为1.1、0.22 g·kg-1和15.6 g·kg-1

1.2 试验设计

试验设计3种人工草地,人工黑麦草地、人工菊苣地和人工苜蓿地。黑麦草品种为卡特;菊苣品种为晶玉;苜蓿品种为普拉托。每种人工草地设计3次重复,共计9个小区,每个小区面积20 m2(4 m×5 m),采用随机区组设计。黑麦草、菊苣和苜蓿的播种量分别为15、5 kg·hm-2和20 kg·hm-2;其前茬均为玉米,三种人工牧草分别于每年9月以条播方式建植。所有处理的人工草地建植后均不灌水。

1.3 取样分析

2013—2015年,每月观测0~100 cm土层(0~10、10~20、20~40,40~60,60~80,80~100 cm)土壤水分1次。采用土钻法获得土样,烘干法测定土壤重量含水率。黑麦草、菊苣和苜蓿按照当地饲草生产管理措施,适期刈割并测定其饲草产量,其中黑麦草每年收获4茬,菊苣每年收获5茬,苜蓿每年收获5茬。有降雨发生时,记录降水量、径流量和径流产生时间等信息,径流量采用量筒法测定。

1.4 计算方法

土壤有效含水量(ASW)的计算方法如式(1)和式(2)所示。

(1)

ASWi=(SWi-WPiPi×Hi×10

(2)

式中,ASW为0~1.0 m土层土壤有效含水量(mm),ASWi为第i土层土壤有效含水量(mm),n为所测定的最大土层数,SWi为第i土层土壤湿度(%),WPi为第i土层土壤萎蔫系数(%),Pi为第i土层土壤容重(g·cm-3),Hi为第i土层厚度(cm)。

土壤蓄水率(Er)和土壤耗水率(Eh)分别依据式(3)和式(4)进行计算。

(3)

(4)

式中,Er为土壤蓄水率(%),Ra为降水量(mm),Ru为地表径流量(mm);Eh为土壤耗水率(%),Ws1为月初土壤蓄水量(mm),Ws2为月末土壤蓄水量(mm)。

水分利用效率的计算方法如式(5)所示。

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(5)

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2 结果与分析

2.1 不同人工草地逐月土壤有效含水量变化

综上所述,对于腰-硬联合麻醉下血糖控制良好的2型糖尿病患者,术中稳定输注少量(500 mL)钠钾镁钙葡萄糖注射液,虽然有利于减少体内酮体的生成,但是血糖升高明显,故术中单独输注应慎重,若无胰岛素配合使用,不宜作为糖尿病患者围手术期常规晶体液输注。

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1 2013—2015年四川丘陵旱区不同人工草地0~100 cm土层逐月平均土壤有效含水量

Fig.1 Monthly available soil water in 0~100 cm soil for different artificial grass land in slope field at the hilly regions of Sichuan Province during 2013 to 2015

随着降水量的增加,从5月开始,黑麦草地、菊苣地和苜蓿地的土壤有效含水量逐月增加;受作物消耗的影响,从6月开始,不同人工草地0~100 cm土层土壤有效含水量变化规律开始有差异,其中黑麦草地在9月达到最大值(253 mm),菊苣地在8月达到最大值(284 mm),苜蓿地在7月达到最大值(309 mm)。总体而言,9月之后,随着降水的减少,人工草地0~100 cm土层土壤有效含水量呈下降趋势。12月黑麦草地、菊苣地和苜蓿地0~100 cm土层土壤有效含水量分别为165.0、104.8 mm和131.9 mm;与9月相比,分别降低了35%、59%和38%。表明在降水较少的10—12月,三种牧草在一定程度上消耗了6—9月蓄积的土壤水分。

2.2 不同人工草地土壤重量含水率剖面分布与变化

人工草地0~40 cm土层土壤重量含水率变化幅度显著高于60~100 cm土层。从1月到12月,黑麦草地、菊苣地和苜蓿地0~40 cm土层土壤重量含水率分别为6.3%~20.3%、6.53%~19.9%和6.02%~24.1%,60~100 cm土层分别为7.1%~14.0%、7.5%~13.6%和7.3%~18.6%。随着降水的变化,0~100 cm土层土壤重量含水率表现为先增加后减少的趋势。从第一季度(1—3月)到第三季度(7—9月)土壤重量含水率呈增加趋势,从第四季度(10—12月)到翌年第一季度土壤重量含水率呈降低趋势(图2)。

2 2013—2015年四川丘陵旱区不同人工草地土壤水分重量含水率剖面分布

Fig.2 Soil water of different soil profiles in different artificial grass land in slope field at the hilly regions of Sichuan Province during 2013 to 2015

在干旱季节(第一季度和第四季度),受作物消耗的影响,人工草地土壤水分从表层到深层呈逐渐降低的趋势,不同草地降低程度和速率有所不同。7—12月,黑麦草地、菊苣地、苜蓿地0~40 cm土层土壤重量含水率分别降低37.8%、46.7%、46%,60~100 cm土层分别降低35.1%、26.1%、23%。与0~40 cm土层相比,40~60 cm土层土壤水分降低幅度显著缩小。

在四川丘陵坡耕地,从鲜草产量角度考虑,菊苣和苜蓿较为理想;从干草产量角度考虑,苜蓿和菊苣较为理想;从粗蛋白供应度考虑,苜蓿和黑麦草较为理想;从消化能产量角度考虑,苜蓿和菊苣较为理想。农民可以根据饲养的需要选择适当的牧草进行栽培。

2.3 不同人工草地逐月地表经流量

在较干旱的第一季度和第四季度,四川丘陵旱区人工草地几乎不产生径流。在降水较多的第二季度和第三季度,人工草地的径流量随着降水的变化而变化。其中4—8月人工草地的径流量随着降水的增加而显著增加,9—12月随着降水的减少而显著降低(图3)。统计数据表明,黑麦草地、菊苣地和苜蓿地降水量和径流量间的相关系数分别为0.95(P<0.01)、0.82(P<0.01)和0.92(P<0.01)。

[10] 金风霞,麻冬梅,刘昊焱,等.不同种植年限苜蓿地土壤环境效应的研究[J].干旱地区农业研究,2014,32(2):73-77.

式中,WUE为不同人工草地的水分利用效率(kg·mm-1·hm-2),Y为鲜草产量(t·hm-2),Ra为降水量(mm),Ru为地表径流量(mm),SW1为第n次饲草刈割后土壤贮水量(mm),SW0为第n-1次刈割后土壤贮水量(mm)。

受人工草地生长及降水强度等的影响,四川丘陵旱区不同人工草地产生径流的时间和径流量均有显著差异(图3)。2013—2015年观测结果表明,黑麦草地、菊苣地和苜蓿地分别在4—10月、5—9月和4—11月容易产生径流,其产生径流期间的月均径流量分别为19 174、17 868 m3·km-2和16 494 m3·km-2。在降水较多的6—9月,黑麦草地、菊苣地和苜蓿地月均径流量分别为21 133、13 401 m3·km-2和19 071 m3·km-2;在降水相对较少的5月及10月,其月均径流量分别为5 670、0 m3·km-2和11 339 m3·km-2

图1表明,1—12月黑麦草地、菊苣地、苜蓿地0~100 cm土层月均土壤有效含水量分别为177.2、189.3 mm和188.8 mm;统计结果表明,苜蓿地和菊苣地月均土壤有效含水量差异不显著(P<0.05),二者均显著高于黑麦草地;1—4月受降水和作物消耗等影响,土壤有效含水量较低,人工黑麦草地、菊苣地和苜蓿地0~100 cm土层月均土壤有效含水量分别为150.0、126.2 mm和131.2 mm,显著低于全年平均值;6—9月黑麦草地、菊苣地和苜蓿地0~100 cm土层土壤有效含水量较高,月均土壤有效含水量分别为228.5、263.1 mm和273.1 mm,均显著高于全年平均值。

2.4 不同人工草地的土壤蓄水率与耗水率

人工黑麦草地、菊苣地和苜蓿地的土壤蓄水率均在6—9月最小,分别为71%、64%和68%;11月到翌年3月最大(图4A),分别为93%、94%和94%,表明,人工草地在干旱季节(11月至翌年3月)土壤蓄水率较高,在多雨季节(6—9月)土壤蓄水率较低。三种人工草地的土壤耗水率均表现为先增加后降低的趋势(图4B),其中8—10月三种人工草地的土壤耗水率最大,平均值分别为66%、70%和72%;11月至翌年3月的土壤耗水率最小,平均值分别为41%、42%和44%。

3 四川丘陵旱区不同人工草地2013—20151—12月月均地表径流量

Fig.3 Monthly runoff of different artificial grass land from January to December in the slope field of the hilly regions at Sichuan Province during 2013 to 2015

4 四川丘陵旱区不同人工草地2013—20151—12月土壤蓄水率(A)与耗水率(B)

Fig.4 Rate of monthly rainfall storing (A) and rate of monthly used water (B) of different artificial grass land from January to December in slope field at the hilly regions of Sichuan Province during 2013 to 2015

2.5 不同人工草地水分利用效率

表1表明,2013—2015年,在四川丘陵旱区,从鲜草产量角度考虑,三种人工草地的水分利用效率分别为189、316和209 kg·mm-1·hm-2,菊苣水分利用效率最高,其次为苜蓿,黑麦草的最低。从干草产量角度考虑, 三种人工草地的水分利用效率分别为29、45 kg·mm-1·hm-2和46 kg·mm-1·hm-2,苜蓿水分利用效率最高,其次为菊苣,黑麦草的最低;从粗蛋白产量角度考虑,其水分利用效率分别为9.3、7.3 kg·mm-1·hm-2和11.3 kg·mm-1·hm-2,苜蓿最高,菊苣最低,黑麦草居中;从消化能产量角度考虑,三种人工牧草的水分利用效率分别为333、542 kJ·mm-1·hm-2和593 kJ·mm-1·hm-2,苜蓿最高,黑麦草最低,菊苣居中。

1 四川丘陵旱区不同人工草地2013—2015年饲草产量及耗水量

Table 1 Forage yield and water consumption in slope artificial grass land at the hilly regions of Sichuan Province during 2013 to 2015

项目Item鲜草产量Freshweightofgrass/(t·hm-2)烘干饲草产量Dryweightofgrass/(t·hm-2)粗蛋白产量Yieldofcrudprotein/(t·hm-2)消化能产量Digestiveenergy/(kJ·hm-2)耗水量Waterconsumption/mm黑麦草Ryegrass93.0a14.3a4.6b163427a490.8b菊苣Chicory118.6a16.8ab2.7a203451a375.4a苜蓿Alfalfa96.7a21.1b5.1b275123b463.3b

3 讨 论

降水是影响丘陵坡耕地土壤有效含水量的关键因素之一[15-17]。1—4月和10—12月丘陵旱区月均降水量分别为12.6 mm和15.0 mm,显著低于全年平均值77.2 mm。受降水减少及作物消耗等影响,四川丘陵旱地1—4月和10—12月土壤有效含水量为114~131 mm和138~185 mm,显著低于全年平均值(177~189 mm),期间可根据土壤墒情和饲草生长需水规律适当灌水,以提高鲜草产量。统计数据表明,四川丘陵旱区6—9月降水总量为650~750 mm,占全年总降水量的75%左右[3]。本研究表明,受降水补充效应的影响,人工黑麦草地、菊苣地和苜蓿地0~100 cm土层土壤有效含水量在6—9月分别为228.5~273.1 mm,显著高于全年平均值(177~189 mm)。

丘陵坡耕旱地影响土壤水分的主要因素包括降水、径流和作物消耗等[18-19]。在降水量和降水强度相同的条件下,径流和作物消耗是影响土壤水分的关键因素。在四川丘陵旱区,1—4月降水量较少,降水强度较低,人工草地发生径流的概率较低(图3),除黑麦草生长较快外,苜蓿和菊苣生长缓慢,因此,在降水较少、牧草生长比较缓慢的1—4月,菊苣地和苜蓿地的土壤有效含水量差异不显著,苜蓿地和菊苣地土壤有效含水量均显著高于黑麦草(图1)。6—9月,黑麦草地地表覆盖度显著低于菊苣地和苜蓿地,其地表径流量显著增加(图3),因此,黑麦草地土壤有效含水量在6—9月显著低于苜蓿地和菊苣地(图1)。

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[5] 郭 伟,邓 虹.“麦/玉/苕+大豆”种植模式经济效益及养地效果初探[J].西南大学学报(自然科学版),2010,32(5):6-9.

在新时代发展期,以“软性协商”为核心的“软治理”方式可有效解决矛盾冲突,达成多方共赢的局面。对于城市社区而言,可应用调解、协商、讨论、引导、说服等灵活手段和较强的谈判指导功能,化解社会矛盾,实现城市社区的共同治理[27]。对于新农村社区而言,可在“软法和软权力”的基础上,利用心理疏导、人文关怀等“柔性”执法手段,实现乡村社会的治理有序[28]。而本文所提及的基于压力型体制形成的“不出事治理术”,其实即是新时期一种以“软手段”为实践表征的权宜性治理策略。

从水分利用效率、鲜草产量和减少地表径流量的角度考虑,菊苣是最适宜的饲草作物;但菊苣的粗蛋白产量显著低于黑麦草和苜蓿。苜蓿提供的消化能最高,粗蛋白含量也较高,但其鲜草产量偏低。黑麦草粗蛋白总供应量较高,但其消化能偏低。考虑到三种饲草种植均不会影响当地土壤水分的可持续利用,养殖企业或农户可根据饲料需求特点选择种植适宜的牧草。选择时需注意以下几个方面:(1) 黑麦草是冷型牧草,20℃~28℃为适宜温度,低于5℃生长缓慢, 高于35℃生长不良[23-24],在四川丘陵区夏季温度一般为30℃左右,高温可能会影响多年生黑麦草的生长及利用年限;(2) 苜蓿和菊苣在7月和8月容易因高温高湿发生病害,饲草品质下降;(3) 1—4月降水较少时,可适当对人工草地进行灌水,以确保高产,降雨较多的6—9月要注意苜蓿地和菊苣地的排水。

4 结 论

四川丘陵旱地人工黑麦草地、菊苣地和苜蓿地0~100 cm土层1—4月及10—12月土壤有效含水量较低,从提高饲草产量角度考虑,可根据饲草生长需要在11月至翌年4月适当灌溉。6—9月土壤有效含水量较高,需注意人工草地的排水排涝。

人工黑麦草地、菊苣地和苜蓿地的土壤蓄水率均在6—8月最小,11月到翌年3月最大;土壤耗水率在8—10月最大,在11月至翌年3月最小。人工草地在第一季度消耗的深层土壤水分在第三季度可以得到较好的恢复,黑麦草、菊苣和苜蓿在四川丘陵区的种植不会引起深层土壤干燥化现象。

在降水较多的第三季度,黑麦草地、菊苣地、苜蓿地0~100 cm土层土壤水分均得到了较好的恢复。第一季度黑麦草地、菊苣地和苜蓿地0~40 cm土层土壤重量含水率平均值分别为8.1%、9.2%和8.6%,到第三季度增加到12.7%、15.6%和14.5%,增加率分别为56.7%、69.6%和68.6%。第一季度黑麦草地、菊苣地和苜蓿地60~100 cm土层土壤重量含水率平均值分别为7.9%、7.8%和7.8%,到第三季度增加到12.5%,17.2%和18.4%,增加率分别为58%,130%和135%。表明,四川丘陵区人工草地在第一季度消耗的深层土壤水分在第三季度可以得到较好恢复。

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1.基本目标由减轻经济负担到消除贫病循环。这是现实的迫切要求,也是实现贫困者健康与收入双重脱贫的必然选择。以笔者湖北农村调查为例,不少村民反映现行医保报销比例偏低,不仅难以承受巨额医疗费用,而且一些常见慢性疾病较少去医院治疗,经常自行到药店买药服用,成为贫困家庭一项不小开支。类似情况湖北省扶贫办也有相关报道,2014年新农合住院人数为3 318人,实际支出费用为1 570.76万元,新农合住院实际补偿数为389.69万元,报销比例为24.8%,在调查的42户贫困对象中,因病返贫的农民15户,占35.7%。[11]只有真正消除贫病循环,才能解决整个扶贫攻坚的核心问题。

[4] 孙浩峰,张丽萍,高雅玉,等.半干旱黄土丘陵区坡地紫花苜蓿种植模式与径流的关系[J].草业科学,2014,31(5):922-926.

在干旱季节,深层土壤水分是作物维持正常生长的关键。相关研究表明,黑麦草地、菊苣地和苜蓿地对土壤水分的利用深度可以达到2.5、3.0 m和4.0 m[20-22]。人工黑麦草地、菊苣地和苜蓿地的土壤重量含水率在0~100 cm土层范围内均有显著变化(图2),表明,在四川丘陵旱区三种人工草地对土壤水分的利用深度能够达到100 cm。在黄土高原地区连续种植6~7年苜蓿后,深层土壤水分由于过量消耗形成了永久土壤干层,严重影响了后续作物的生长及本地区土壤水分的可持续利用[11-14]。本研究表明,在干旱季节(10—12月和1—4月)黑麦草、菊苣和苜蓿对深层(60~100 cm)土壤水分消耗较大(图2),但在降水较丰沛的季节(6—9月)深层土壤水分可以得到较好恢复(图2),土壤有效含水量显著增加(图1),没有形成永久土壤干层。表明,在四川丘陵旱区种植黑麦草、菊苣和苜蓿等饲草作物不会影响当地土壤水分的可持续利用。

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具体来看,内部控制环境可以从不同的方面展开研究。首先需要在管理制度上进行约束,按照法律制度与法规的相关要求,结合单位内部发展的规划,确定内部控制的具体目标。按照目标要求,从单位内部进行协调管理,重点增强事业单位负责人对于内控制度的意识,以便于更好地开展工作,从细节工作入手,强化塑造一个良好的内部控制环境。其次,要注重人员的培养与员工机理,在考核能力方面进行要求,重点对于专业人员的技术水平与个人素养进行多角度、多方位的考察,必要时可以开展互评、自评等评价模式,来进行人员的筛选。最后是在组织结构上的优化管理,部门需要落实基础工作与责任,强化各部门间的工作协调配合,从经营管理的角度提升工作实效性。

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随着我国城市化建设的迅速发展,人居环境出现较大变化,人们对原生态的旅游环境表现出较大的兴趣。保护乡村原生态旅游环境,能够为我国人民提供更加舒适和优美的旅游环境,进一步促进乡村经济的发展,使乡村旅游的市场竞争力得到有效提高。同时,对乡村原生态旅游环境进行保护,能够减少生态环境污染问题,改善当地的人居环境,使人们的生活质量得到有效提升。然而,乡村原生态旅游环境保护具有较强的复杂性及长期性,要想保证乡村原生态旅游环境保护的整体效果,使乡村原生态旅游环境保护的目标得以顺利实现,必须深入了解乡村生态环境污染现状,进而采取有效策略进行环境保护,为乡村旅游事业的可持续发展提供有利支持。

[23] 何 峰,李向林,万里强,等.四川低山丘陵地区多年生冷季型优良牧草引种试验[J].中国草地学报,2006,14(6):106-109.

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王学春,王萌冉,杨国涛,王红妮
《干旱地区农业研究》2018年第02期文献

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