文摘

在半干旱地区,降水量是影响土壤侵蚀的主要因素之一,在雨养农业作物生产。这项研究试图量化效应表面侵蚀的降雨特征和玉米籽粒产量在不同耕作系统。这是半干旱的环境下进行,津巴布韦贫瘠的沙质土壤。每24小时降雨量和强度记录,片蚀测量时从四个耕作系统(传统耕作制(CT)、覆盖物撕裂(先生),绑起垄(TR)和裸休耕(BF))。玉米(玉蜀黍L。)是生长在三个耕作系统(CT、MR,和TR)。降雨量变化显著()(164 - 994毫米)之间的季节。CT记录最高的平均土壤损失(15吨/公顷),而先生和TR记录1.3和1.2吨/公顷,分别。玉米粮食产量增加而增加季节性降雨给yield-responses 0.9吨/公顷(TR) 1.3吨/公顷(MR)每100毫米降雨量增加。总的来说,治疗没有显著差异(),除了在干燥季节()。回归方程表明,产量可以使用时间和降雨量,自信地预测0.82到0.94的值。玉米粮食产量是主要依赖于降雨量比生育能力。土壤的生产力下降和增加培养的长度。

1。介绍

小溪和冲沟侵蚀小农津巴布韦地区保护控制主要是通过机械结构如等高线山脊,草坪水道,和风暴排水1]。然而,片蚀土壤肥力和生产力仍然是一个主要威胁。表面侵蚀过程的选择性和剥夺了土壤微粒(粘土和有机质)2]。这些粒子很容易溅出来,悬浮,而较重的颗粒仍在(3- - - - - -5]。这些营养水库土壤也因此贫困失去了固有的和应用植物营养素。土壤容重的增加和植物可用水资源却降低了。根据长袜和皮克(6),土壤条件的变化,在许多情况下,可能是描述土壤侵蚀引起的低生产率的影响。

在土壤侵蚀研究中,降雨量和强度(降雨侵蚀作用)被发现是影响土壤侵蚀的基本因素(7,8]。小雨打在土壤表面结果的影响在临时限制土壤渗透速率降低,从而产生径流(9- - - - - -11]。径流直接依赖于降雨量和强度和土壤流失,成为径流也主要取决于这些因素的函数。根据摩根(12),片蚀发生时,在暴雨期间,土壤水分储存和/或超过土壤的渗透能力。

降雨也是影响作物生产的主要因素在雨养农业(5]。先前的研究表明,半干旱地区产量参数主要是依赖于降水的分布和数量。艾尔维尔(13]发现降雨量之间的线性关系和花岗质砂收益率和高降雨条件下的津巴布韦,产量比例地增加降雨量。土壤类型也会影响作物生产由生育水平以及土壤物理特性。花岗质沙土的作物生产潜力较低,但是如果足够的化肥应用,可以实现平均产量(14]。然而,肥料应用程序是非常依赖于降雨,所以降雨成为影响作物生产的最重要的因素。赛季中期干旱半干旱地区是常见的由于不稳定的自然降雨和土壤的持水量低(15]。雨量分布成为一个重要的因素如果这些赛季中期干旱的影响最小化。

虽然它通常是已知的和可接受的,降雨(数量、强度和分布)影响土壤侵蚀和生产力,原则不能成功应用无处不在。Kaihura等。(16)表示,利率和侵蚀的影响依赖于土壤类型和农业生态条件。因此,重要的是定义影响水土流失的因素在不同地区通过发展方程估计土壤侵蚀和生产力的覆盖区域相同的气候和生态条件。然而,这些方程应该足够简单和直接的农民受益。这些方程的目的应该是使用一些重要的和容易可测变量来预测参数的农业生产。因此从作物生产或土壤侵蚀/保护的角度来看,降雨特征和分布是重要的如果农民成功地改变了土壤,减少热带风暴的破坏性的潜力。因此,本研究的目的是确定影响土壤侵蚀的降雨特征和玉米籽粒产量。这项研究中,因此凸显了保护电位不同耕作系统在半干旱条件下的津巴布韦。此外,简单的土壤流失、径流和收益率方程显示最重要的因素影响这些参数。

2。材料和方法

2.1。实验地点

津巴布韦是在热带地区,但它的气候是亚热带,被高度主持。因此其气候属于温带(轻微的中纬度地区),与炎热干燥的冬季和夏季(Cwb)根据Koeppen气候分类系统(17]。平均气温很少超过33°C在夏天或冬天下降超过7°C (18]。这个国家被分为5个农业生态的地区,即自然地区I, II, III, IV, v .只有自然地区I和II相对较高的有效降雨和适合密集的农业生产。自然地区III、IV和V占陆地总面积的83%(小养殖面积的92%)和不适合密集,高输入农业(15]。津巴布韦的土壤主要是来源于花岗岩和这些土壤的粘粒含量变化根据风化的程度(受降雨)和catenal位置(19,20.]。从所有的土壤来源于花岗岩,沙土,fersiallitic集团的占多数,约70%的土地面积(19),主要在小农业地区(21]。这些土壤的农业潜力是公平的20.),他们的生产力密集型连作下可能会下降。

这项研究是在Makoholi研究站位于Masvingo以北30公里的小镇,这是中低型降雨的地区农业研究中心地区。车站位于海拔约200米,在第四自然地区的年平均降水量450 - 650毫米。这个地区的特点是不稳定和不可靠的降雨量之间和季节内(22]。土壤也天生的不育,苍白,粗粒度,granite-derived金沙集团(Makoholi 5 g) fersiallitic集团的铁铝红砂土(19,23]。耕地土壤平均在82和93%的沙子,淤泥1和12%,4和6%粘土21,24]。目前少量粘土在一个高度分散的形式和包含的混合物2:1晶格矿物质和高岭石[23]。有机质含量也很低,约为0.8%,而pH值(CaCl₂)是低见4.5。土壤一般排水良好,没有明显的结构(24),但一些网站有一个石头50到80厘米深度之间的界线。高渗透速率和较低的土壤持水量将纹理特征。

2.2。实验设计和治疗

治疗方法是在一个随机区组设计重复三次。四个耕作系统被认为,传统耕作制,覆盖物撕扯,绑起垄和裸休耕。传统耕作是应用最广泛的耕作实践在小津巴布韦农业地区构成73 - 90%的耕地25]。其余的土地使用雇佣了拖拉机(5 - 25%)和不到1%正在耕作系统,保护土壤、水分、养分和/或能源输入(25]。覆盖物撕裂和绑起垄系统有巨大的潜力保护水土,正在提升,以有效地管理自然资源和维持生产力。

耕作的不同系统进行了如下:传统耕作制(CT):将使用一个23厘米ox-drawn型板犁;覆盖物撕(先生):作物残留物留在覆盖地面覆盖物之间,只有把线打开行,25厘米深,使用一个开膛手齿;绑起垄(TR): 20厘米高的作物山脊是1%的坡度,相隔90厘米。关系建立在犁沟创建microdams 1 - 1.5米的间隔。裸休耕(BF):拖拉机耕地,保持作物和杂草免费的整个赛季。玉米(玉蜀黍L。)是津巴布韦的主食和> 70%的耕地种植的小部门。因此玉米种植在所有情节,除了男朋友,在人口的36 000株/公顷。最优推荐化肥率在推荐的时间应用。对收益评估、两个次要情节3.6×6米先生在CT和情节,而四个次要情节是TR。每24小时降雨测量,使用标准和autograghic雨量数据。

2.3。径流和沉积物的集合

津巴布韦的标准土壤侵蚀的方法是使用26,27),情节是斜率为4.5%。侵蚀土地测量CT 30×10 m,男朋友,和150×4.5 m先生TR。收集地表径流和土壤损失从每个情节底部的阴谋在1500年升锥形坦克。坦克被清空日报和土壤流失和径流量化28]。坦克被校准和使用metrestick径流进行了测量。一旦第一罐满了溢出通过一个除数框与十个插槽,这只有十分之一的溢出流入第二罐。这允许溢出流尽的9/10,从而增加第二坦克的能力。由于更大的净块绑起垄治疗,三个坦克安装,以获得预期的大体积的沉积物。

2.4。抽样侵蚀材料

降雨数据收集从每年的10月至4月1日,这对应于这个地区的季节性降雨。坦克被清空的每个风暴除非风暴之间的时间间隔太短允许清空。沉积物和径流(包括悬浮物质)从径流收集情节被视为不同的实体。悬架被抽出,子样品测定的土壤径流集中,使用哈希分光光度计DL / 2000。后,污泥被转移到50公升牛奶搅拌,加满水50升的体积和重量。烘箱干燥的土壤的质量,(公斤),计算使用以下方程(21,26]: 在哪里是固定的污泥体积的质量(公斤),装满水的体积是一样的质量(公斤),土壤类型和1.7是恒定的。

2.5。统计分析

数据分析使用Genstat 5 1.3版本为方差分析(方差分析)。方程估算径流、土壤流失和作物产量为每个耕作系统开发使用的气候数据和时间因素,如气候数据是现成的,方便,无疑会极大地影响农业生产在任何给定的区域。时间也会影响产量或土壤退化取决于某一块土地的使用。因此,虽然一些其他参数,例如,土壤水分和作物覆盖已知影响土壤侵蚀和土壤的生产力,(10,29日没有考虑这些,但这并不意味着它们的重要性并不承认。

进行多元回归分析收集到的数据在九年找到因素决定土壤流失的片蚀降雨量、精力和时间。四种类型的回归分析被认为是:(我)标准回归的向前选择变量,(2)多元回归数据后对数和/或因变量的逆变换,(3)多元回归独立变量的对数转换后,(iv)非线性回归分析。

进行转换,完全解释依赖和独立变量的关系有时不是直接而是对数和指数的关系。选择最佳模型的基础上多元回归系数裸休耕(径流和土壤流失)和常规耕作(收益率)。能够比较不同耕作系统中使用相同的变量集所有耕作系统。

3所示。结果

3.1。降雨量、分布和强度

在九年季节性降雨范围从164毫米在4年期间,(干旱)在第九季(图994毫米1)。近几年来计算平均是554毫米,这是完全在预期范围之内的自然地区(450 - 650毫米)。然而,图1显示,尽管554毫米在预期范围内,各个季节在这个范围之外。只有一个季节(6)(483毫米)的范围内,而其他季节躺在两侧(−;+)的范围(四季两侧)。除了季节性波动的降雨量,每月和每日降雨量分布也可以导致重要的土壤流失和径流差异(图2)。月的降雨量,雨季期间(10月至4月),范围从0到419毫米降雨量和日常从0到182毫米。降雨数据收集也清楚地表明,雨季通常在10月份开始,延伸至4月,在生长季节在11月开始。最潮湿的一个月是12月、1月和2月。的九个赛季期间,种植在11月进行,两个赛季在12月,10月的一个赛季。

降雨能量可以表示为降雨和被发现的腐蚀的力量与降雨量(图密切相关3)。关联两个参数给出了相关的系数,这表明降雨量越高,降雨能量越高,也就是说,它的腐蚀的能力。

3.2。径流

有一个倾向于径流增加的数量增加多年的培养(图4)。裸休耕,正如所料,最高的径流平均179毫米/公顷的九年。平均总降雨量的32%收到了径流,介于17和43%的九年期间。treatment-extreme加速侵蚀条件下被创建,在给定的条件下给予最糟糕的场景。这种治疗是指下的土壤侵蚀度研究。裁剪的治疗,传统耕作制记录最高平均径流总量的22%和0.6之间的季节性降雨,而地膜撕裂和绑起垄径流平均最低记录,范围从0.3 - -15%和0.0 - -11%,分别。从图可以看出4,两个系统有一个较低的累积径流与传统耕作相比。径流产生的不同治疗显著不同。之间没有显著差异覆盖物撷取和绑起垄()。然而,当覆盖物的方式撷取和绑起垄和传统耕作制相比,成为重要的区别。降雨,和能源也被视为来源的方差。所有的治疗,有显著性差异()之间的不同年份、降雨量和降雨能量。

3.3。土壤流失

土壤流失在裸休耕范围从9吨/公顷在第一年至152吨/公顷平均在8年给64吨/公顷/年九年期间。传统耕作制记录最高的土壤累积损失出现治疗(图中5)和平均九个赛季大约15吨/公顷。覆盖物撕裂和绑起垄,正如所料,最低累积土壤流失和被证明有效的保护土壤。方差分析显示,这一趋势的径流,治疗之间的差异是显著的。之间没有显著差异覆盖物撷取和绑起垄()。再次覆盖物撕破的均值之间的差异和联系起垄之间存在着显著的差异(与传统耕作相比)。在径流,的影响,降雨量和能源在土壤流失给了显著差异所有的治疗除了覆盖物撕扯,变化是很有意义的。

3.4。玉米籽粒产量

产量范围从0吨/公顷在干燥季节期间超过7吨/公顷年丰富的降雨。覆盖物累积产量最高,平均(3.5吨/公顷)九年(图6)。传统耕作制给平均产量为3.0吨/公顷,绑起垄记录累积作物产量最低,平均为2.6吨/公顷。玉米粮食产量不同耕作制度下从一个另一个(没有显著差异)。作物产量导致显著的治疗差异只在比较干燥的季节,或季节的特点是可怜的雨量分布,例如,在第七季;产生了显著的治疗差异。覆盖物撷取和绑起垄也显著不同。不同的年降雨量不同造成玉米产量的变化导致年之间的显著差异()的治疗方法。

3.5。开发简单的方程式

降雨量和降雨能量之间的高度相关()离开房间很少的选择一个参数在其他地方,这意味着两个参数可以互换。因此,如果降雨能源数据不可用,降雨量可以用于确定系数的影响可以忽略不计。

方程中使用以下参数:罗依:总季节性径流(毫米),SL:总季节性土壤流失(公斤/公顷),易:季节性玉米籽粒产量(吨/公顷)进入:总季节性降雨能量(J / m²),nYEARS:多年的栽培,雨:季节性降雨总额(mm)。

3.6。径流方程

下面的方程被用于径流的决心: 在哪里是恒定的;和系数;是释放埃拉;nYEARS。

裸休耕下径流估计增加直接与增加降雨能量(表1)19 mm / 1000 kJ / m²。径流也呈指数增加,即估计径流在第一年是156 mm / 000 kJ / m²和第九年估计272 mm / 000 kJ / m²。与一个值为0.92,径流从裸休耕可以使用降雨能量和自信地预测年种植的数量。

裁剪的治疗下,径流估计直接与降雨量的增加来增加能量大约10毫米/ 1000 kJ / m²在传统耕作制下,6.6毫米/ 1000 kJ / m²覆盖物下撕扯,5.4毫米/ 1000 kJ / m²在绑起垄。也将增加从72 mm / 000 kJ / m²期间的第一年种植150 mm / 000 kJ / m²在传统耕作制下的第九年,从30 mm / 10000 kJ / m²47毫米/ 10000 kJ / m²覆盖物下撕扯,减少从25毫米/ 10000 kJ / m²到6.3毫米/ 10000 kJ / m²在绑起垄。因此传统耕作制下径流估计增加了78毫米从第一年到第九年仅17毫米覆盖物下撷取同期。增加覆盖物下撕扯一般高在湿年径流记录的结果,在覆盖下的土壤饱和(高渗透和减少蒸发损失)。然而,当降雨量是正常的和分布式的、径流倾向于减少的数量多年的栽培,也就是说,覆盖物的累积效应。绑起垄下径流估计减少16毫米超过9年。这主要是由于增加了渗透microdams然后减少径流。的值为0.80在传统耕作也足够高,以便径流是自信地预测使用这两个参数(降雨能量和多年的种植的数量)。

3.7。土壤流失方程

下面的方程被用于土壤流失的估计: 在哪里是常数,和系数,nYEARS,是释放埃拉。

根据裸休耕,变量和能源(表2)是最描述性的。这是意料之中的,没有地面覆盖拦截降雨能量。土壤流失估计将增加7.3吨/公顷数增加的多年的培养和5.1吨/公顷/ 1000 kJ / m²降雨能量。这些变量解释60%的土壤流失的变化。至于裸休耕,使用相同的参数下的土壤流失出现治疗估计将增加2.9吨/公顷传统耕作制下,减少0.1吨/公顷地膜撕扯下,和增加0.2吨/公顷绑起垄下每增加数量的年的栽培。土壤流失也倾向于增加0.9吨/公顷传统耕作制下,地膜撕扯下0.2吨/公顷,0.1吨/公顷,每1000 kJ / m²降雨量的增加能量。

的值很低的解释只有25%的变异在传统耕作制下,9%覆盖物下撕破,27%在培土。而对于所有的治疗,增加土壤流失关系给出了1000 J / m²;应该注意的是,在9年平均降雨量的能量大于这个值十倍,也就是说,166 J / m²。

3.8。收益率方程

收益率是降雨密切相关()和指数有关,所有治疗。下面的方程被用于屈服的决心: 在哪里是恒定的;和系数;nYEARS;是下雨。

在传统耕作制下,收益率差和负相关(−0.195),而更好的降雨量相关(0.551)。玉米谷物估计增加了1.2吨/公顷每100毫米降雨量收到(表3)。最高的收益率预测覆盖物下撕破。和消极的r值较低产量和年之间还发现(−0.241),这意味着有一个收益率随时间下降。收益率之间的相关性和降雨量低于传统耕作制下(0.488)。作物产量预测增加1.3吨/公顷每100毫米雨量纪录。绑起垄下收益率估计增加0.9吨/公顷每100毫米雨量纪录并减少指数。

4所示。讨论

九年数据显示降雨的不稳定和不可靠的特性,内部之间和季节,在半干旱地区南部的津巴布韦。在九年的研究,季节性降雨变化广泛从164毫米到994毫米。而平均降雨量(554毫米)仍然躺在给定的范围内对这种自然地区(450 - 650毫米/年),只有一个赛季记录季节性总在这个范围和其他8个赛季记录或高或低的季节性总数。每月和每日总数也同样变量,用几个月的记录比季节性总数和一些天记录超过每月总数。这个伟大的降雨量的变化构成了农业生产风险很高,很难预测降雨对于任何一个赛季肯定[15]。降雨的不平衡性也增加了侵蚀问题[2]。哈德逊(30.)和艾和长袜31日)报道,罕见,罕见的大暴雨造成严重侵蚀。土壤的渗透能力,在这种风暴超过和地壳形成高强度的原因8),导致高径流和土壤流失。

研究结果显示很高的径流和土壤损失下裸露的休闲和常规耕作系统和微不足道的损失在覆盖物撷取和培土。当土壤的自然平衡被干扰通过cultivation-disruption土壤总量和增加aeration-the有机质矿化率增加(32- - - - - -34]。土壤中的有机物质是重要的聚合和提高水渗透和存储(35),因此其减少导致较高的土壤侵蚀。很高的表土损失与传统耕作最终会导致植物提供水分和养分,从而降低生产力,随着土壤深度是有限的,由于石线的存在在50 - 80厘米深度(21]。虽然植物营养可以通过增加补偿化肥或肥料,在雨养农业,植物可用水资源无法改善。物理性质,因此,改变(例如,持水量)水土流失,是最长期产量限制因素(36]。覆盖物撕裂和绑起垄被证明是有效的减少水土流失。覆盖物拦截降雨能量,从而增加渗透(37- - - - - -39),而腐烂秸秆增加了土壤的有机物质(40,41]。绑起垄下microdams增强水水洼从而增加存储和减少排水(7]。回归方程也支持的依赖降雨径流主要在能源和多年的栽培,= 0.92为裸休耕和= 0.80常规耕作。的值的估算土壤流失普遍低于径流估计发现,表明土壤流失以外还受其他因素影响降雨能量和时间。作物或地面覆盖和径流体积和速度也要考虑40]。地面覆盖地膜撕扯下效果尤其重要,而径流量和速度也大幅减少地膜撕扯下,绑起垄。

覆盖物撷取收益率最高的平均低3.5吨/公顷由于蒸发损失,特别是在年降雨量较低或可怜的雨量分布。土壤水分守恒确保更好的水供应在赛季中期干旱作物。虽然在绑起垄,可大大降低径流水收获microdams迅速消散的时候,由于很高的渗透能力,据Vogel 40厘米/ h (21,这些土壤的持水量低,由Moyo和Hagmann[发现42)为10.3%。因此,当降雨事件被广泛的,水在微型没有收获作物中获益,因为它会流失。通过起垄土壤表面也略有增加,从而增加蒸发损失(42]。降雨量和时间的变量被发现充分估计产量;值的范围从0.82到0.94在所有治疗。之间有一个直接的线性关系产量和降雨量和玉米籽粒产量增加0.9(绑起垄),1.2(传统耕作制)和1.3吨/公顷(覆盖物撷取)每100毫米降雨量的增加。收益率下降指数今年在所有治疗表明生产率的降低土壤从处女地了。

虽然沙土本质上被描述为不育(43),应用化肥似乎足够导致高收益率在良好的降雨季节。因此,降雨,比生育能力,似乎是最重要的产量限制因素。这项研究并没有建立任何结论性的产量变异在治疗中,除了在所有耕作系统,产量下降的数量多年的栽培。因此最佳肥料应用程序和使用杂交种子面具侵蚀对产量的影响,可以实现最佳的作物生长,如果天气条件是有利的。因此,肥料的应用程序是非常依赖于降雨,所以降雨成为影响作物生产的最重要的因素。侵蚀对产量的影响是长期的,而rainfall-thus土壤水分含量的主要短期因素影响产量。

5。结论

这项研究的结果导致了以下的结论。(我)覆盖物撕裂是保持水土的推荐耕作制度和维持产量,同时也可以使用绑起垄满意地保护土壤和水中,但应结合覆盖物为更好的收益。(2)传统耕作制实行的公共领域,取而代之的是保护性耕作技术,以减少水土损失和保持土壤生产力。(3)径流和土壤损失降雨量和强度的函数,数年的栽培和地面覆盖,也就是说,耕作或最低耕作;裸露的土壤或土壤覆盖作物,杂草或覆盖物。耕作强度越低,地面覆盖,越高越好。(iv)在半干旱地区降雨是限制,产量主要是依赖于降雨的数量和时间的培养而不是生育能力,如果最优使用化肥。(v)收益率是土壤侵蚀的一个贫穷指标当使用化肥和杂交品种产量下降是蒙面。可能是这种情况,直到一次减产甚至使用化肥和更好的品种,在这阶段的损害可能是不可逆转的。

确认

作者想表达感谢公司提供急需的资金通过CONTILL(保护性耕作),津巴布韦公司和政府之间的合作项目(沙丘状积砂)。进一步确认→沙丘状积砂,提供机会和研究设施。作者要感谢所有CONTILL成员来自Domboshawa特别是Makoholi网站的不断支持和输入对这个项目的成功。