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摘要：结合美国防治耕地水土流失的技术现状及研究进展，详细介绍一种土壤条件改良新方法――土壤印痕装置TerraStar。从理论上探讨该装置系统的产品特点和技术原理，并通过耕地水土流失、大豆直播栽培等对比试验加以验证。理论分析和试验结果表明：该装置与同类方法或装置相比较，具有极大的先进性和优越性，对有效保护耕地具有积极作用。
关键词：土壤印痕装置；耕地；水土流失；美国；免耕
中图分类号：S2781 文献标识码：A 文章编号：1674-1161（2014）11-0046-03
农业是人类生存的基础，而土壤是农业生产的根本。然而，在水文气候变化加剧和人为活动日益增强的背景下，严重的土壤侵蚀使得耕地面积减少，土壤质量退化，并导致了一系列的生态和环境问题。为此，长期以来人们采用各种方法进行耕地水土流失防治。美国在1934年经历史无前例的“黑风暴”洗礼后，特别重视水土流失防治问题，制定保土法案，实行水土流失预测预报与动态监测，推广水土流失治理措施。同时，在耕地保护方面，美国尤其重视新技术新方法的应用，测土配方施肥、保护性耕作、固土剂等技术取得了良好成效。土壤印痕装置是在筑埂囤水、蓄水翻耕等传统方法的基础上改良优化而成的耕地水土流失防治新技术。多年的推广应用表明，该装置防止耕地水土流失、提高作物产量效益的作用明显。
1 土壤印痕装置的工作原理及产品特点
土壤印痕装置是美国印第安纳州塞伦市特拉康科技有限责任公司的科研专利产品（商品名为TerraStar）。TerraStar装置系统的主要部件为船头形的滚轮组合件（图1）。当该装置在外力牵引下滚过土壤表面时，会产生几何形的规则凹坑及任选的堰结构，以此来增加土壤的比表面积、增强土壤的渗透性能，达到提高土壤温度、减少水土流失的作用。该装置无论是与压碾滚轮装置及筑埂囤水方法，还是与保护性耕作技术及相关性专利产品相比较，均具有极大的先进性和优越性。
1.1 压实深层土壤面积极小
TerraStar滚轮装置的外周凸脊元件呈船头形，此设计可有效减轻滚轮对土壤表面产生的垂直压力，并能大幅度减少滚轮作业时压实的土壤面积，避免了压印法及蓄水耕作系统在凭借自身重量（或装载负荷）产生土壤凹坑的同时，易压实部分土壤表面、增加表土固结度、降低土壤渗透性的缺点。
1.2 加固表层土壤效果良好
TerraStar滚轮装置通过侧向（而非垂直）滚压表土层，可提升揉捏、引导加固土壤，并在其表面产生一系列加固的船头形凹坑（图2），改进了筑埂囤水方法采用过程中，由于土质疏松造成堤埂侧壁及土层表面的土壤微粒被冲刷沉积形成密封凹坑，影响土壤渗透的不足。
1.3 促进作物生长作用显著
TerraStar滚轮装置具有良好的保温、保水、保土、保肥性能，能够促进农作物的生长发育，尤其对促进根系生长、增强根系活性十分有利。与20世纪60年代开始盛行的免耕法相比，其虽然增加了操作成本，但却克服了后者需要使用大量除草剂、污染环境、影响土壤加热和干燥过程、妨碍种子萌发和幼苗生长的缺点。最为关键的是，少免耕法由于翻耕不够充分，会阻碍水分渗流到深层土壤及蓄水层，不能有效地防止水土流失。而TerraStar滚轮装置的最大优势在于不但能明显增加作物生长量、提高生产效益，而且能显著减少耕地水土流失。
2 土壤印痕装置的试验效果及生产应用
TerraStar滚轮装置自被发明设计以来，进行了多年多点试验。结果表明，该装置能够显著增加土壤比表面积和田间持水量，明显减少土壤养分流失量和雨水径流量，具有良好的试验效果和生产效益。墨西哥Queretaro大学Eusebio Ventura博士于2001—2005年的研究结果表明：该装置能有效减少地表径流和水土流失，明显提高土壤渗透性和土壤含水量，并可显著促进大豆种子的萌发和出苗，且雨水缺少年份的成效尤为突出。其中2002年田间试验数据表明：田块中的降雨有效利用率基本达到100%，无明显的雨水径流及土壤侵蚀现象发生，相反，雨水入渗率及残积土壤含水量分别增加约50%，20%；大豆单产增加近100%。国际知名农业试验公司——Arise Research
关键词：土壤印痕装置；耕地；水土流失；美国；免耕
中图分类号：S2781 文献标识码：A 文章编号：1674-1161（2014）11-0046-03
农业是人类生存的基础，而土壤是农业生产的根本。然而，在水文气候变化加剧和人为活动日益增强的背景下，严重的土壤侵蚀使得耕地面积减少，土壤质量退化，并导致了一系列的生态和环境问题。为此，长期以来人们采用各种方法进行耕地水土流失防治。美国在1934年经历史无前例的“黑风暴”洗礼后，特别重视水土流失防治问题，制定保土法案，实行水土流失预测预报与动态监测，推广水土流失治理措施。同时，在耕地保护方面，美国尤其重视新技术新方法的应用，测土配方施肥、保护性耕作、固土剂等技术取得了良好成效。土壤印痕装置是在筑埂囤水、蓄水翻耕等传统方法的基础上改良优化而成的耕地水土流失防治新技术。多年的推广应用表明，该装置防止耕地水土流失、提高作物产量效益的作用明显。
1 土壤印痕装置的工作原理及产品特点
土壤印痕装置是美国印第安纳州塞伦市特拉康科技有限责任公司的科研专利产品（商品名为TerraStar）。TerraStar装置系统的主要部件为船头形的滚轮组合件（图1）。当该装置在外力牵引下滚过土壤表面时，会产生几何形的规则凹坑及任选的堰结构，以此来增加土壤的比表面积、增强土壤的渗透性能，达到提高土壤温度、减少水土流失的作用。该装置无论是与压碾滚轮装置及筑埂囤水方法，还是与保护性耕作技术及相关性专利产品相比较，均具有极大的先进性和优越性。
1.1 压实深层土壤面积极小
TerraStar滚轮装置的外周凸脊元件呈船头形，此设计可有效减轻滚轮对土壤表面产生的垂直压力，并能大幅度减少滚轮作业时压实的土壤面积，避免了压印法及蓄水耕作系统在凭借自身重量（或装载负荷）产生土壤凹坑的同时，易压实部分土壤表面、增加表土固结度、降低土壤渗透性的缺点。
1.2 加固表层土壤效果良好
TerraStar滚轮装置通过侧向（而非垂直）滚压表土层，可提升揉捏、引导加固土壤，并在其表面产生一系列加固的船头形凹坑（图2），改进了筑埂囤水方法采用过程中，由于土质疏松造成堤埂侧壁及土层表面的土壤微粒被冲刷沉积形成密封凹坑，影响土壤渗透的不足。
1.3 促进作物生长作用显著
TerraStar滚轮装置具有良好的保温、保水、保土、保肥性能，能够促进农作物的生长发育，尤其对促进根系生长、增强根系活性十分有利。与20世纪60年代开始盛行的免耕法相比，其虽然增加了操作成本，但却克服了后者需要使用大量除草剂、污染环境、影响土壤加热和干燥过程、妨碍种子萌发和幼苗生长的缺点。最为关键的是，少免耕法由于翻耕不够充分，会阻碍水分渗流到深层土壤及蓄水层，不能有效地防止水土流失。而TerraStar滚轮装置的最大优势在于不但能明显增加作物生长量、提高生产效益，而且能显著减少耕地水土流失。
2 土壤印痕装置的试验效果及生产应用
TerraStar滚轮装置自被发明设计以来，进行了多年多点试验。结果表明，该装置能够显著增加土壤比表面积和田间持水量，明显减少土壤养分流失量和雨水径流量，具有良好的试验效果和生产效益。墨西哥Queretaro大学Eusebio Ventura博士于2001—2005年的研究结果表明：该装置能有效减少地表径流和水土流失，明显提高土壤渗透性和土壤含水量，并可显著促进大豆种子的萌发和出苗，且雨水缺少年份的成效尤为突出。其中2002年田间试验数据表明：田块中的降雨有效利用率基本达到100%，无明显的雨水径流及土壤侵蚀现象发生，相反，雨水入渗率及残积土壤含水量分别增加约50%，20%；大豆单产增加近100%。国际知名农业试验公司——Arise Research