全 文 ：第 14卷第 3期
2 0 0 6年 7月
中 国 生 态 农 业 学 报
Chinese Journal of Eco—Agriculture
VO1．14 NO．3
July， 2006
免耕与土壤侵蚀研究进展*
温美丽 刘宝元 叶芝菡 付金生
(北京师范大学地理与遥感科学学院 北京 100875)(交通部公路科学研究所 北京 100088)
摘 要 综述了国内外免耕控制土壤侵蚀的机理研究以及对土壤性质的影响，并提出免耕在我国的应用方向。
关键词 免耕 土壤侵蚀 研究进展
Research advance on notillage and soil erosion．WEN Mei—Li，LIU Bao—Yuan，YE Zhi—Han(Colege of Geographical and
Remote Sensing Sciences，Beijing Normal University，Beijing 100875，China)，FU Jin—Sheng(Research Institute of High—
way，Ministry ofCo mmunications，Beijing 100088，China)，CJEA，2006，14(3)：1～3
Abstract The mechanism of controlling soil erosion without tilage outside and inside our country，its efects on soil char—
acteristics and the direction of its application in our country are introduced in this paper．
Key words No—tillage，Soll erosion，Research advance
(Received June 10，2004；revised July 30，2004)
土壤侵蚀是世界范围的环境问题之一，农地土壤侵蚀因其危害面积大、危及国计民生而成为土壤侵蚀
的研究重点。造成土壤侵蚀的内因—— 自然因素(气候、地形等)很难改变，因而加速土壤侵蚀的主导因
子——人为不合理的社会生产活动就成为防治土壤侵蚀研究的重点。长期以来如何利用耕作措施控制农
地土壤侵蚀一直是人们关注的焦点。免耕是指在未被犁耕过的土壤上，豁开一条窄缝(槽)、沟或条带直接
播种，沟的宽度和深度能保证种子得到覆盖并和土壤接触即可。故在作物生长季或更长一段时间内地表通
常被作物残茬等覆盖。免、少耕始于美国。20世纪 20年代以后由于大面积开荒，土壤结构遭到严重破坏，
风蚀、水蚀加重，持续多年的干旱和多次出现的黑风暴使人们开始反思土壤侵蚀和耕作制度的问题。1935
年美国正式成立土壤保护服务机构。我国农业部已于2002年始全面启动保护性耕作示范工程项目，主要内
容是保留残茬，免耕播种。目前全国已建立部、省级保护性耕作示范基地、示范点 80多个。
1 国内外免耕与土壤侵蚀研究现状
1．1 免耕与水蚀
残茬、秸秆或牧草等地表覆盖物可保护地表土壤免受雨滴直接打击，减弱径流冲刷作用，从而减少土壤
侵蚀。早在 1936年 Cook就把植物覆盖作为土壤侵蚀的一个影响因素。Smith在 1941年第一次把植被的
影响作用引入土壤流失量估算方程，在对植被作用的量化因子中就包括了耕作制度对土壤侵蚀的影响。
Wischmeier的通用土壤流失方程(USLE)A=RKLSCP是以预报农地不同管理措施和耕作方式引起的土壤
侵蚀为主的。方程中 C指作物管理因子，其影响因素包括耕作历史、作物覆盖、作物残体等。从第一版的
USLE到 RUSLE，C因子的计算方法有很大改进，但地表覆盖和耕作方式一直是其核心内容之一，且许多情
况下地表覆盖状况是惟一重要的侵蚀影响因素。免耕对水蚀的第一阶段有相当大影响。减少耕作可使土
壤结构不被过分破坏；残茬或秸秆保留在地面，减少了雨滴击溅能量，避免土壤团聚体分离；残茬还可减少
径流速率及其对土壤的搬运；同时还可起到过滤作用，拦截泥沙、土壤颗粒和有机质，从而减少侵蚀量。美
国多个州[加’lI]进行的大量模拟降雨和天然降雨研究表明，与传统耕作相比，免耕可大大降低土壤侵蚀。
BlevinsI ]对玉米的研究表明与常规耕作的侵蚀量 19．79t／hm 相比，免耕仅为 0．55t／hm 。在控制侵蚀方
面，免耕的效果直接与土壤表面的秸秆量有关。Meyer等提出在 15％的坡地上，土壤表面0．56t／hm 的覆
盖就可使侵蚀量减少到未覆盖侵蚀量的 1／3，覆盖增加到4．5t／hm 和 8．96t／hm ，侵蚀量则<5％。不同前
*国家自然科学基金重点项目(40235056)“东北黑土区土壤侵蚀机理与土地退化预警”部分研究内容
收稿日期 ：2004—06—10 改回日期：2004—07—30
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2 中 国 生 态 农 业 学 报 第 14卷
茬作物留下的残茬数量不同，故对侵蚀、径流的影响也不相同。与豆茬地相比，玉米茬土壤表面留有较多的
残茬，因此玉米茬地免耕的径流量和侵蚀量更少些。但覆盖度较覆盖量更为重要，在免耕体系中，为获得较
统一的覆盖，有必要粉碎作物秸秆，尤其当轮作中秸秆为惟一覆盖物时。对不同土壤而言，侵蚀物质的大小
组成不同，故作物残茬拦截侵蚀物质的效果也受土壤的影响。对易产生结皮的土壤，覆盖拦截下落的雨滴，
避免其直接打击地面而造成土壤团聚体的崩解，从而避免产生结皮_1 ，使土壤可保持较高的人渗能力_1 ，
从而减少径流对土壤的分离，最终减少侵蚀量。Lal【12]提出免耕可使径流占降雨的比例减少。免耕对径流
的影响在单次降雨间差异极大，但多年平均值免耕略大于传统耕作，且在不同作物间差异不显著_1 。有研
究⋯指出，对重壤至轻粘土，免耕覆盖不深松会增大径流。也有人_2 J认为免耕不覆盖情况下径流量、侵蚀量
均高于传统翻耕。免耕还能减少养分流失，控制径流污染，改善水质。养分流失与施肥时间和降雨时间密
切相关。养分流失有径流携带 、泥沙携带搬运两种形式。Richardson和 King_l 指 出，泥沙携带方式流失的
养分与土壤流失量密切相关，以年平均值计算，N的流失以泥沙携带为主，泥沙携带的 N免耕小于传统耕作
(分别为 0．3kg／hm 和2．5kg／hm )。径流携带的N免耕为传统耕作的 1／2。P的流失量较小，免耕与传统
耕作径流携带的P相似；泥沙携带的P免耕小于传统耕作(分别为0．1kg／hm 和0．9kg／hm )。王兴祥等_3 J
在江西红壤的研究表明，免耕覆盖较传统耕作能显著减少有机质、K、N、P的有效态和全量的损失。但免耕
覆盖随径流流失的速效钾数量最多 ，认为可能与秸秆覆盖物释放 K有关 。
1．2 免耕与风蚀
根据改进后的风蚀预测模型(RWEQ)，当风力大于阻力时，不稳定的土壤颗粒就会移动。造成风蚀的
气候因素如高温、少雨、大风很难改变，增大阻力成为控制风蚀的主要途径。免耕因土壤扰动较少，保护地
表土层结构，增强土壤抗风蚀性，有利于控制风蚀；地表覆盖残茬后土壤表面粗糙度加大，可减少风速，阻止
土壤颗粒被风吹走。且免耕保持土壤水分，土壤表面通常较裸露的耕作土壤更加湿润。植被覆盖是保证土
壤表面免受风蚀的自然方法。不同土壤质地控制风蚀的最小残茬需要量不同，粗质地所需残茬量更大些
(表1)。残茬存在方式对风蚀结果有很大影响。大量田间和室内试验表明，非侵蚀性的作物残茬平铺覆盖
表1 控制风蚀的作物残茬最小需要■ 地面，侵蚀量会减少 98．7％；土表
Tab．1 Minimum amounts of standing stubble required to control wind erosion 覆盖 30％的残茬，土壤流失比例减
残茬类型 最小用量／kg·hm。Minimum amounts
Kinds of stubbles 细和中等质地土壤 砂壤土 壤砂土
Fine and moderate soil Sandy loam soil Loam sand soil
少至0．3。直立作物残茬通过减缓
风的部分能量来减小土表风速，与
相同数量放于地表的物质相比，直
立作物残茬可减少更多的侵蚀量。
土壤的风蚀强度用风蚀率表示，指
单位时间内的风蚀量(g／min)。董
治宝等_4 J研究风沙土得到风蚀率与植被盖度的关系为 E=830．14×(8．20×10 )VCR，其中E指风蚀率，
VCR 指植被盖度 。风蚀率随植被盖度的减少呈指数增加。在风速 12．7m／s、植被盖度 >60％左右时 ，风蚀
率几乎为零。随植被盖度的减少，风蚀率开始缓慢增加，当植被盖度减少至 20％左右时，风蚀率突然增加。
哈斯等_5]强调作物残体对风蚀的降低作用极为明显。Sharrat【13]发现，与传统耕作土壤相比，免耕含有更多
>0．84ram对风蚀不敏感的团聚体。
1．3 免耕对土攘物理性质的影响
土壤水分。与湿润裸地相比，残茬覆盖可增大水蒸气从土壤向大气的流动阻力，阻碍水气扩散，从而有
效抑制蒸发。大量试验_1 ]表明，免耕覆盖与裸露和传统耕作土壤相比，土壤表层含水量显著增加。Mc—
Conkey等[ 试验表明，免耕较传统耕作可多提供 5～25cm的土壤水。据伊朗的试验_7 J报道，干旱年份免耕
方式蓄水明显高于其他方式。晋凡生等[ ]在山西隰县的研究指出，旱塬地玉米农田免耕覆盖水分利用率提
高 2．96kg／mm·hm 。春播前 0～200cm土层速动易效水含量比传统耕作增加17．02～47．9mm。
土壤容量与孔隙。不同类型土壤、不同气候条件下，容重、孔隙度的试验结论不同。在美国温暖湿润气
候条件下，中等质地土壤长期免耕，15cm土层内土壤容重与传统耕作基本无差异。在非洲尼日利亚_l 的研
究表明，免耕对土壤容重影响较小，认为是更多的蚯蚓活动和较少的结皮所致。对阿拉斯加的亚北极土
壤[ 研究发现，5cm表层内传统耕作与免耕土壤容重没有差别，认为是冻融、干湿交替作用相平衡的结果。
对粘性土壤的试验却有相反报道。在伊朗粘性土壤的试验_7]表明，0～lOcm土层免耕与传统耕作土壤容重
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第 3期 温美丽等：免耕与土壤侵蚀研究进展 3
差异不明显，免耕土壤容重略高。10～20cm免耕较传统耕作容重显著增大，且大于 20～30cm、30～40cm土
层的容重。在明尼苏达洲对粘壤土的研究发现，免耕小区土壤容重(7．5～15cm深度)显著大于传统耕作，较
高的容重导致免耕小区表层含有较少的充气孑L隙，但免耕处理仍有较多的体积含水量和更多数 目的生物通
道，30cm以下土层耕作措施引起的容重、孑L隙度的差异不显著。许迪等 9 在河北粉砂壤土研究表明，夏玉米
各生育期土壤容重均为免耕大于传统耕作；且干容重随时间变化而增大；与传统耕作相比，免耕土壤中大孑L
隙比例小，而小孑L隙体积比例较高；这说明免耕虽增大土壤容重，减少土壤孑L隙，却改变土壤孑L径分布，使大
孑L隙减少，小孑L隙增加，从而改变了土壤的通气状况。Wienhold和 Tanaka 1 对壤土和粉砂壤土的试验表
明，低水压时免耕的入渗率小于传统耕作，高水压时不同耕作处理的入渗率接近，说明耕作不会影响此时的
贮水孑L隙。但 Triplett等在粉砂壤土的试验表明，免耕覆盖后土壤入渗能力高于传统犁耕，认为是由于覆盖
改变了土壤结构的稳定性。Lal[12 J认为免耕后土壤入渗能力的提高是土壤蚯蚓数量增多、活动加大所致。
这些差异应归因于不同的土壤和气候状况。
土壤团聚体。随耕作的增加，土壤团聚体稳定性将降低。Karlen【15 3证实免耕后土壤 5cm表层内含有更
多水稳性大团聚体(1～4mm)。Azimzadeh等_7 研究表明，干筛和湿筛时，与传统耕作相比，免耕均有更多
>lmm的团聚体。免耕后土壤含有更多大团聚体有助于减少风蚀，而水稳性团聚体的增加说明免耕团聚体
有更高的蓄水能力，免耕系统有更强的抗水蚀能力。水稳性团聚体是用来评价土壤结构的一个参数，也是
土壤抗分散、抗压实的一个理想指标，它影响植株的萌发、水分吸收和土壤侵蚀。Douglas等研究指出，免耕
种植后表层土壤团聚体稳定性的增强是由于有机质的增加。有研究表明，覆盖与免耕分离，则免耕不能提
高有机质的含量。免耕覆盖后(0～20cm)土壤有机质高于试验前，而传统耕作则较试验前降低。长期免耕
与犁耕相比，0～5mm表层土壤有机碳显著增加。
2 小 结
免耕能控制水蚀，减少养分流失，控制径流污染，改善水质，有效阻止风蚀，在我国广大风蚀区、风水两
相侵蚀区具有广泛的应用前景。免耕能减少径流，增加土壤水分，秸秆量多时效果尤其明显。免耕还有助
于改善土壤物理性质，增加土壤有机质，可做为退化土壤的保护措施之一。
致谢 本文得到北京师范大学资源与环境科学系土壤侵蚀研究小组海春兴、徐春达、王志强、卫海燕、李璐、
路炳军和魏欣等同学的大力帮助，谨表谢意!
参 考 文 献
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