土壤中观测方法与研究检测方案

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责任编辑 庆珞 责任校对 张士敏安徽农业科学，Jourmal of Anhui Agri. Sci.2008，36(29)：12810-12812 赵沛义等 野外土壤风蚀定量观测方法的研究36卷29期12811 野外土壤风蚀定量观测方法的研究 赵沛义1.2，妥德宝”，郑大玮，段玉，李焕春，闫伟'，姚俊卿’(1.内蒙古农业大学林学院，内蒙古呼和浩特010018： 2.内蒙古农牧业科学院，内蒙古呼和浩特010031；3.中国农业大学资源与环境学院，北京100094) 摘要 [目的]介绍野外土壤风蚀定量观测的新方法。[方法]在综合分析土壤风蚀量评估主要方法和手段优缺点的基础上，提出一种野外土壤风蚀量定量观测的新方法——风蚀圈法。[结果]风蚀圈的最大优点是简单实用、容易携带，可长期放置在野外，实现土壤风蚀的定量观测；其镶嵌在土壤中，表面基本与地面持平，可防止局部微地形对风蚀过程的影响；底部尼龙布透水通气性好，可保持风蚀圈内土样与周围土壤状态一致，观测数据接近实际；最大弊端是放、取土时部分土样容易跑出圈外，影响观测值的准确性。[结论]风蚀圈法是野外观测比较实用的方法，可用于测定单位面积的土壤风蚀量，实现风沙区风蚀季节的定量连续监测。 关键词 土壤风蚀量；定量观测；风蚀圈 中图分类号S153.1 文献标识码 A 文章编号0517-6611(2008)29-12810-03 Study on the Method of Quantitative Observation on Soil Wind Erosion in Field ZHAO Pei-yi et al(Forestry College， Inner Mongolia Agricultural University， Hohhot， Inner Mongolia 010018) Abstract[Objective] The study was to introduce a new method of quantitative observation on soil wind erosion in field. [Method] On thebasis of comprehensively analyzing the advantages and disadvantages of main methods of observation on soil wind erosion rate， a new method ofquantitative observation on soil wind erosion in field was proposed. [Result] The most advantage of wind erosion circle was simple and practi-cal， easily carrying， and it could be placed in field in long-term and it could implement the quantitative qbservation on soil wind erosion.When the wind erosion cycle was inlaid in soil， its surface was at the same horizontal level with the ground， and it could prevent the effect oflocal microtopography on the process of wind erosion. The nylon cloth at the bottom of wind erosion cycle had better venting quality and waterpermeability， and it could maintain soil condition of soil sample in wind erosion cycle being uniform with that of surroundings， and made theobserved data close to practice. The most disadvantages of wind erosion cycle was that some soil sample could easily ran out of the cycle whensoil sample was put into or take out of erosion cycle， witch affected the accuracy of the observation value. [Conclusion] The method with winderosion cycle was a more practical method for field observation， it could be used to determine wind erosion rate in unit area， and could imple-ment quantitative and continuous monitoring in wind erosion seasons in windy desert areas. Key wordsWind erosion rate； Quantitative observation； Wind erosion cycle 万方数据， 风蚀量是判断土壤流失和荒漠化的重要指标，也是进行土壤分级分类，制定荒漠化防治规划和确定防风蚀措施的重要依据之一。在风蚀量的估计方面，由于缺乏合适的观测仪器，过去使用的各种方法所取取的结果相差悬殊，因而只能作为评估区域风蚀相对强弱趋势的参考。由于不同区域适用或应用的方法不同，所测定的数据不能在同一个水平上相互比较，因此不能用来统一进行风蚀强度分级分类和制定防风蚀措施，急需研究新的方法加以解决。笔者在多年风蚀研究的基础上，对内蒙古阴山北麓旱作农田风蚀进行了长期连续监测，提出一种定量测定土壤风蚀量的简易装置-风蚀圈，认为风蚀圈法是现阶段进行野外观测比较实用的方法，可用于测定单位面积的土壤风蚀量，为统一制定风蚀强度分区分级和确定防治风蚀措施提供依据。 1土壤风蚀量评估的主要方法与手段 野外观测 目前相关文献报道土壤风蚀量的野外观测方法主要包括风蚀盘法、插钎法、陷阱诱法、集沙仪测定法、风蚀观测板法和扫描摄影法13-12]，研究者利用这些方法完成了土壤风蚀量的野外监测，但不同方法各有利弊。①风蚀盘。虽然限定了风蚀面积，但由于只是在盘状容器放置了土样，并未与测定点土壤形成上下通气透水的自然环境，测定时间越长土样含水量越小，也越不能代表测定区域的土壤条件，因而只能测定某一次大风的风蚀量，而且测定值往往 ( 基金项目 国家自然科学基金项目(40661009)；国家“十一五”科技支 撑计划项目(2006BAD29B09，2006BAD15B05)。 ) ( 作者简介 赵沛义(1972-)，男，内蒙古乌兰察布人，在读博士，研究员，从事土壤肥料及保护性耕作研究。 ) ( 收稿日期 2008-07-07 ) 大于实际值，所以不能对特定区域的土壤风蚀量进行客观评价。②插钎法。其误差太大，只能对所测定的区域进行风蚀量的大致估算，且只适用于风蚀非常强烈的地区，在风蚀较轻地区，表征土壤侵蚀量的插钎地上部高度变化的观测误差往往大于实际的风蚀量。③陷阱诱捕法。只能描述风蚀区单位面积土壤沉积的土壤量，不能监测土壤的吹蚀量，而实际上风蚀量既包括土壤被风吹蚀的部分，也包括土壤在测定区域沉积的内容，风蚀区应该是土壤吹蚀量较大，所以说用陷阱诱捕法所测定的数值描述区域的风蚀量比实际值小得多，但在分析风蚀土壤的养分状况时还比较实用。④集沙仪测定法。可以对不同高度风蚀物的粒径分布和风蚀物比例作出监测，但不能明确特定区域单位面积的风蚀量，再加上集沙仪一般是由于风标的摆动通过轴承转动来实现集沙口迎风，轴承的灵敏性是通过润滑剂来调节，而沙尘大往往又影响润滑剂的作用，所以时间长了也会影响集沙仪的灵敏性。⑤扫描摄影技术。可以基本实现计算机自动控制、数据采集、储存和处理，但具体实践中误差很大，所以此方法的报道也较少。 1.2 室内风蚀模拟评估 1.2.1 风洞模拟。1941年美国拜格诺(Bagnold)通过野外调查和风洞模拟试验研究风蚀动力机制，将风洞开始运用于风蚀研究中，随后国内学者也利用风洞对研究区域进行了模拟试验-17，主要针对风况、地面物质组成、植被、防护林、沙障、人为行为、开垦等因素进行模拟，是目前进行风蚀模拟的较好手段。但实际操作中大型风洞的费用较高，而且对人力的需求也较大；中小型的风洞只能在一定距离的小范围内模拟所设计的风速，因而只能对盆栽或很小的样本进行不同 风速的吹蚀处理，与大田的实际情况有很大差异。所有风洞试验都只能进行短时间的吹蚀处理，不可能测定整个风蚀季节的累积效应。 1.2.2 粒径对比法。粒径对比法最近才有报道，是通过室内分析土壤粒径变化对土壤风蚀量的一种大致估算，但找到具有充分代表性参照样本的难度较大，对测定区域的风蚀量评估缺乏准确性。 1.2.3 ’Cs同位素示踪。Cs 是20世纪50~70年代大气核试验的产物，主要以湿沉降方式从大气中沉降，并迅速与地表土壤粘粒、有机质等紧密结合，基本不被植物吸收或因淋滤流失，其迁移基本上只受土壤颗粒物理运动控制。与传统方法相比，Cs方法具有成本低、见效快和精度高的优点。由于”Cs 的虽放射性(662 keV)和较长的半衰期(30.17a)，Cs 方法可以用于较长时间尺度的土壤侵蚀和定量评估，国内很多学者已经利用这一方法对研究区域进行了风蚀量监测118-21]。但如同测定土壤水分中的中子仪、TDR等仪器一样，应用该方法得出的仍是相对值，需要与直接精确测定风蚀量的其他方法进行平行对比观测，确定出订正曲线后，才能用于实际风蚀量的观测。 1.3 土壤风蚀方程预报 利用土壤风蚀方程对区域土壤风蚀量进行预报是一种很好的室内风蚀模拟方法。美国是风蚀预测技术最先进的国家，20世纪60年代发表的风蚀方程(WEQ)在国被广泛运用，而且1979年被联合国粮农组织采用，用于退化土地的评价。WEQ 适用于估算大块均质土地在较长时间尺度上的平均土壤风蚀量，而风蚀方程的广泛使用要求更广的自然条件适应性和更高的精度。于是，通过使用者和研究者的不断改进，1991年 Hagen 又研制出风蚀预测系统(WEPS)23被广泛用于风蚀预测中，后来又被逐步完善开发出改进的风蚀方程(RWEQ)[24]，解释风蚀影响因子间复杂的相互关系等。 1.4 遥感监测 遥感监测是随着航空、航天技术的发展逐步发展起来的一种多光谱、多空间分辨率的影像技术，属于新兴的“3S"技术中的遥感(Remote Sensing，RS)技术，后来在荒漠化监测中逐渐被广泛采用2。它克服了传统方法对小尺度对像监测的局限性，实现了对中大尺度(县及县以上单位)范围的监测，但遥感影像给出的主要是下垫面的植被状况和地表特征，并不能直接得出土壤风蚀量的数值，而且应用技术研究的深度还不够，技术系统的开发还有待完善26)。 2 野外土壤风蚀定量观测新方法 2.1 风蚀圈法的提出及由来 笔者受风蚀盘测定土壤风蚀量的启发，利用差减法原理将风蚀盘只能测定某一次大风产生的风蚀量问题多次与国内外专家研讨，研制出由高2cm口径为25 cm 的铁圈保护下以等面积透水、通气性良好的尼龙圆周布套为置土材料的初始风蚀圈测定土壤风蚀的方法(图1)。笔者多年来利用此方法连续对内蒙古阴山北麓的武川县不同土地利用方式农田和退耕地进行风蚀量监测，并与多数学者利用其他方法监测的区域风蚀量结果进行比较，认为该方法简便易行，得到了国内外同行的认可，而且利用该方法指导中国农业大学和内蒙古农业大学数十名博士、硕 士研究生完成了风蚀量监测任务。但初始风蚀圈放、取土样时土壤易跑出装置而且测定面积不能限定一致，易引起测定误差增大。受土壤筛的启示，笔者于2007年对风蚀圈进行了改进，由过去的风蚀圈2件套分体改为3件套联体的新型风蚀圈(图2)，使用后效果良好，而且克服了风蚀盘、插钎、陷阱诱捕器、集沙仪等实际观测时存在的弊病，增加了一种野外监测单位面积土壤风蚀量的新方法。风蚀圈最大的优点就是简单实用、容易携带，可长期放置在野外，实现土壤风蚀的定量观测；而且由于镶嵌在土壤中，表面基本与地面相持平，可以防止局部微地形对风蚀过程的影响，底部尼龙布透水通气性好，可以保持风蚀圈内土样与周围土壤状态一致，因而观测数据接近实际。但操作风蚀圈必须非常谨慎，因为放、取土样时稍有不慎就容易使部分土样跑出圈外，影响观测值的准确性，这也是该方法的最大弊端。 图1改进前的风蚀圈 Fig.1 Wind erosion ring before amelioration 图22改进后的风蚀圈 Fig.2 Wind erosion ring after amelioration 2.2 风蚀圈的结构组成 风蚀圈由3个组件嵌套而成(图2)。①外径25 cm、厚0.5 cm 的硬质 PVC 给水管材通过车床加工后高2 cm 的封闭圈；②同样高度的敞口 PVC 圈；③一块可以透水、通气的尼龙布。加工时首先将尼龙布平放在第1个封闭 PVC 圈上，然后通过敞口 PVC 圈作用将尼龙布紧紧嵌在前一封闭 PVC 圈中，实现3件套的紧密结合，成为现在进行土壤定量观测的风蚀圈。 2.3 测定原理 风蚀圈法是通过测定风蚀前后土样重量的变化来实现土壤风蚀量测定的，遵循的是差减法原理。具体步骤是：秋季土壤风蚀发生之前将含水量为X的适量农田土壤称重(W)后放置在风蚀圈中，首先使该风蚀圈中的土壤与大田自然土壤形成一个上下贯通的整体，翌年春季基本不再发生风蚀后将风蚀圈中土壤取回实验室测定其水分含量(X)和土壤湿重(W)，将放置前后2次土壤干重的差值定为整个风蚀季节的风蚀量(W)，以此风蚀量除以土壤风蚀面面积(S)即为该测定区域单位面积的风蚀量(W，)，其关系式表达：W=W/(Sx10")；W=Wxx-W，xXz； S=(d/2)'×n。式中，W为单位面积的风蚀量(kg/m²)，W为整个风蚀段的风蚀量(kg)，W，为土壤放置前湿土重(kg)，W，为风蚀测定结束后土壤湿土重(kg)，X， 为土壤放置时含水 量(%)；X为风蚀测定结束后土壤含水量(%)；S为土壤风蚀面表面积(cm)，d为风蚀圈的内径(cm)；m 为圆周率。 2.4应用情况自1999年风蚀圈研制成功以来，多数学者利用这一方法对研究区域进行了野外风蚀量观测并完成了学位论文或文章撰写127-32]，北京农业科学院和内蒙古农业大学也分别利用这一方法在北京周边和内蒙古后山地区进行了大范围风蚀测定。不少国内外从事荒漠化防治研究的专家，如曾任国际气象组织农业气象委员会主席的荷兰瓦赫宁根大学教授 K. J. Stigter 博士，认为风蚀圈法是一项测定单位面积土壤风蚀的很好的方法。但操作中还存在一些问题，如放、取土时易使土样跑出圈外，影响观测值的准确性；埋置风蚀圈时，圈内土样压实程度也会影响测定值，需进一步研究。 3讨论 风蚀圈法的提出解决了目前野外风蚀观测法的局限性等问题，可实现风沙区风蚀季节的定量连续监测，而且由于观测方法应用环境条件较宽，可以为统一制定风蚀强度分区分级和防治措施提供依据。但由于风蚀圈法还处于研究起步阶段，风蚀圈的适宜内径、内衬尼龙布布面的通气、透水性等还有待于进一步试验研究。 ( 参考文献 ) ( [1]李晓丽，申向东，张雅静.内蒙古阴山北部四子王旗土壤风蚀量的测试 分析[J].干千区地理，2006(2)：132-136. ) ( [2]陈滑南黄，董治宝.中国北方壤壤风蚀问题研究的进展与趋势 [J].地球科学进展，1994，9(5)：6-12. ) ( [3]王云超，张立峰，大大山，等.河北坝上农牧交错区不同下垫面土壤风 蚀特征研究[J].中国农学通报，2006(8)：575-578. ) ( [4]1 徐斌.内蒙古奈曼旗中部农田土壤风蚀及其防治[J].水土保持学报， 1993，7(2)：75-88. ) ( [5]张华.春季裸露沙质农田土壤风蚀量动态与变异特征[J].水土保持学 报，2002，16(1)：29-32. ) ( [6]王继和，马全林，刘虎俊.千早区沙漠化土地逆转植被的防风固沙效益 研究[J].中国沙漠，2006，26(6)：903-909. ) ( [7]申向东，邹春霞.裸露耕地风沙运动特性试验研究[J].农业环境科学 学报，2005，24(5)：909-912. ) ( [8]周建忠，路明.不同类型地表沙尘量比较研究[J].作物杂志，2006，24 (4)：1-4. ) ( [9]常旭虹，赵广才，张雯，等.作物残茬对农田十壤风蚀的影响[J].水土 ) -*++++-+- ( --+- --+-+-+十 …+++-+-++ ) (上接第12807 页) 抗生素含量复筛来筛选高产菌株的方法是比较可靠的。但仍存在一些问题，如初筛方法工作量大、筛选效率低。而利用抗生素生物合成和代谢调控的原理来指导和设计的育种方案即推理选育可大大减少筛选的盲目性，提高筛选效率110]。但是，在木霉属中单端孢烯烯化合物的生物合成途径还不太清楚，需要加强这方面的研究。随着对生物合成途径及其代谢调控机制的深人研究，可设计理性化的筛选方法对抗生素产生菌进行推理选育。 ( 参考文献 ) ( [1] GHISALBERT E L，SIVASITHAMPARAM K. Antifungal antibiotics pro-duced by Trichoderma spp [J]. Soi l Biology & Biochem，1991，23 (11)：1011-1020. ) ( [2] GHISALBERT E L， RO W LAND G Y. A ntifungal metabolite from Tr i - ) ( 保持学报，2005，19(1)：28-31. ) ( [10]马玉明，姚洪林.光电子集沙仪对毛乌素沙地沙丘蚀积过程的观测 [J].中国沙漠，2001(21)：68-71. ) ( [11]刘新民.科尔沁沙地风沙环境与植被[M].北京：科学出版社，1996. ) ( [12]赵军，雷廷武.激光微地貌苗描仪的开发研制及在坡面侵蚀研究应用 初步[J].山东农业大学学报，2001，32(2)：201-203. ) ( [13]何文清，高旺盛，妥宝宝，等.北方农牧交错带土壤风蚀沙化影响因子的风洞试验研究[J].水土保持学报，2004，18(3)：1-5. ) ( [14] 杨秀春，严平，刘连友，等.农牧交错带不同农田耕作模式土壤风蚀的 风洞试验研究[J].土壤学报，2005，42(5)：737-742. ) ( [15]黄高宝，于爱忠，郭毅清毅，等.甘肃河西冬小麦保护性耕作对土壤风虫 影响的风洞试验研究[J].土壤学报，2007(4)：10-15. ) ( [16]和继军，蔡强国，唐泽军. PAM 控制土壤风蚀的风洞实验研究[J].水 上保持学报，2007(2)：14-17. ) ( 17]陈楽昌，江培福，雷廷武，等.利用 PAM 防治松散扰动沙土风蚀效果的 风洞试验研究[J].农业工程学报，2006(10)：15~19. ) ( [18]胡云锋，刘纪远，庄大方，等.风蚀土壤剂面”Cs的分布及侵蚀速率的 估算[J].科学通报，2005，50(9)：933-937. ) ( [19]濮励杰，HICG D L.’Cs 应用于我国西部风蚀地区土地退化的初步研 究[J].土壤学报，1998，35(4)：441-449. ) ( [20 ] 严平，董光荣，张信宝，等.*Cs法测定青藏高原土壤风蚀的初步结果[J].科学通报，2000，45(2)：199-204. ) ( [21]； 赵烨，岳建华，徐翠华，等.”Cs示踪技术在河源区栗钙土风蚀速率 估算中的应用[J].环境科学学报，2005，25(4)：562-566. ) ( [22] WOODRUFF N P，SIDDOWAY F H. A wind erosion equation[J]. Soil SciSoc Amer Proc， 1965，29：602-608. ) ( [23] H AGEN L J . A wind eros i on prediction sys t em to mee t the use r s need [J].Journal of Soil and Water Conservation，1991 ， 46(2)：107-111. ) ( [24]FRYREAR D W ， S A LEH A，BILBROJ D，et a l . Field tested wind erosionmodel[C]//BUERKERT B，ALLISION B E，VON OPPEN M. Proceedingof international symposium wind erosion in West Africa：The problem and its Control. Germany：Margralt Verlag， Weikersheim，1994：343-355. ) ( [25]孙亚贤，齐厅义.应用 GIS及 RS 技术调查海>河平原风蚀类型与盐 碱土的分布[J].港工技术，2001(1)：52-55. ) ( [26]刘铁军，张瑞强，荣浩，等.地表上壤风蚀观测方法初探[J].农村牧区 机械化，2007(4)：27-29. ) ( [27]妥德宝，段玉，赵沛义，等.带状留茬间作对防治干旱地区农田风蚀沙 化的生态效应[J].华北农学报，2002，17(4)：63-67. ) ( [28]赵举.阴山北麓农牧交错带风蚀莫化化治理的保持耕作模式研究[D].北京：中国农业大学，2002. ) ( [29 ] 何文清.北方农牧交错带衣用地风蚀影响因子与保护性农作制研究 [D].北京：中国农业大学，2004. ) ( [30]赵彩霞.阴山北麓农牧交带带风蚀沙化防治与植被恢复措施研究 [D].北京：中国农业大学，2004. ) ( [31] 刘晓光.阴山北麓生态脆弱地区的农业系统优化模型研究——以武川县为例[D].北京：中国农业大学，2006. ) ( [32]赵沛义，妥德宝，段玉，等.带状留茬间作减轻早作农田土壤风蚀的生 态效应研究[J].中国农学通报，2007，23(10)：171-174. ) ( choderma harzianum[J].J N atural Products， 1993，56(10)：1769-1804. ) ( [3] FAULL J L， GRAEME COOK K A， P I LKINGTON B L. P r oduction of an isonitrile antibiotic by an UV-induced mutant of Trichoderma harzianum[J]. Phytochem，1994，36(5)：1273-1276. ) ( [4] 王芊.木霉菌在生物防治上的应用[J].黑龙江农业科学，2001(1)：41- ) 43. ( [5] 朱 天辉，邱德勋. Trichoderma har z ianum 对 Rhizoctonia solani 的抗生现象[J].四川农业大学学报，1994，12(1)：11-15. ) ( [6] 陈列忠，陈建明，俞晓平，等.枸骨内生真菌抗菌代谢产物的鉴定及活 性研究[J].农药学学报，2007，9(2)：143-148. ) ( ]黄国洋.农药实验技术与评价方法[M].北京：中国农业出版社，2000. ) ( 8] ] 陈列忠，申屠旭萍，俞晓平，等.气相色谱-质谱法测定哈茨木霉菌代谢产物中单端抱毒烯化合物的含量[J].分析化学研究简报，2007，35 (9)：1362-1364. ) ( [9]施巧琴，吴松公.工业微生物育种学[M].北京：科学出版社，2003. ) ( [10] V OUMAKIS J N，ELANDER R P. Genetic manipulation of antibiotic-pro ducing microorganisms[J]. Science，1983，219：703-709. )