保护性耕作下蚕豆田土壤呼吸及碳平衡特性

土壤呼吸是碳循环的重要环节,为探讨垄作和覆盖对旱三熟蚕豆田土壤呼吸的影响,测定了平作(T)、垄作(R)、平作+半量覆盖(TS₁)、垄作+半量覆盖(RS₁)、平作+全量覆盖(TS₂)、垄作+全量覆盖(RS₂)6种处理下的西南紫色土丘陵区蚕豆/玉米/甘薯旱三熟体系中蚕豆生长季节的土壤呼吸变化,分析了蚕豆田碳平衡特性。结果表明,蚕豆生长季节农田土壤呼吸随作物生长一致,呈先增加后减弱的变化趋势,变化范围为0.885~10.213 μmol/(m²·s)。全生育期平均土壤呼吸速率差异显著,表现为TS₂>RS₂>RS₁ >TS₁>T>R;分别为4.096,3.780,3.441,3.104,2.850,2.439 μmol/(m²·s),较平作不覆盖处理增加了43.7%,32.6%,20.7%,8.9%,-14.4%。垄作显著降低了蚕豆农田土壤呼吸速率,而秸秆覆盖显著提高土壤呼吸速率,且随着覆盖量的增加而增加。不同生育阶段土壤呼吸总量存在差异,表现为成熟期<苗期<鼓粒期<分枝现蕾期<开花结荚期,其中开花结荚期约占50%;利用根排除法测得蚕豆田根系呼吸占土壤呼吸比例变幅为19.49%~54.23%,利用回归分析法测得结果为37.02%~60.64%,二者均值分别为38.62%和49.12%。不同耕作和覆盖处理下蚕豆田整个生长季均表现为碳汇,净碳汇为857.26~2236.25 kg/hm²。与平作不覆盖相比, RS₂、TS₂、RS₁、TS₁、R分别较平作不覆盖处理T高出160.86%,101.44%,30.78%,47.63%,110.41%,差异达显著水平。试验结果表明垄作和秸秆覆盖有利于蚕豆田生态系统的碳汇,以垄作+全量覆盖的效果最好。     

保护性耕作下黄土高原作物轮作系统土壤健康评价

摘要：在黄土高原雨养农业区,以4个耕作处理[传统耕作(t)、传统耕作+秸秆覆盖（ts）、免耕(nt)和免耕+秸秆覆盖(nts)]的2年3熟粮豆轮作系统为对象,研究了0~5和5~10 cm土壤全碳、有机碳、全氮及微生物生物量碳和氮等指标的变化特征。结果表明,实施保护性耕作7年后,有机碳含量在ts、nt和nts处理下比t处理显著增加22.9%、25.3%和42.6%,0~5 cm层土壤微生物生物量碳和氮含量均以nts最高,t处理最低。在0~10 cm土层内,免耕促进了土壤碳的表聚化,但耕作有助于秸秆有机碳在土壤剖面的均匀分布。研究结果表明,短期尺度下微生物量碳和氮是反映耕作措施的敏感指标,中期尺度下土壤有机碳可以敏感反映土壤健康状况。     

保护性耕作对黄土旱塬玉米土壤呼吸及微生物数量的影响

研究了实施保护性耕作10年后秸秆还田和免耕对土壤可培养微生物数量和CO2释放的影响,采用LI COR 6400 09土壤气室连接红外线气体分析仪测定了玉米（Zea mays cv.Zhongdan No.2）土壤呼吸速率,采用平板涂抹计数法测定了根际土壤细菌、真菌和放线菌数量。结果表明,免耕和秸秆还田处理玉米花期土壤呼吸速率降低了8.3%和7.8%,玉米收获期土壤呼吸速率降低了15.5%和13.6%;土壤10 cm处地温与土壤呼吸速率变化趋势一致,且在传统耕作处理下最高;与传统耕作相比,免耕和秸秆还田不同程度地增加了根际土壤细菌、真菌和放线菌的数量,但各类微生物数量之间的比例恒定;土壤呼吸速率与3类根际土壤微生物的数量呈负相关,但不显著。可利用免耕和秸秆还田提高黄土旱塬土壤碳库贮量。     

保护性耕作对黄土高原塬区作物轮作系统磷动态的影响

在黄土高原塬区,对保护性耕作下小麦-大豆轮作系统的土壤全磷(total phosphorus)、速效磷(available phosphorus)和作物吸磷量进行了动态观测。保护性耕作处理为传统耕作+秸秆覆盖(ts),免耕(nt),免耕+秸秆覆盖(nts),以传统耕作(t)为对照,结果表明,实施保护性耕作10年对轮作系统冬小麦产量没有显著影响,夏播大豆产量对秸秆覆盖有积极响应;免耕处理提高了土壤全磷和速效磷含量,使土壤磷在0～5 cm层次表聚化,土壤磷含量随着保护性耕作时间的延长呈增加趋势, nts和ts 处理下大豆籽粒吸磷量比对照显著提高111%和82%,秸秆覆盖提高了作物对磷的吸收;小麦-大豆轮作有助于提高土壤速效磷含量。结果揭示了黄土高原雨养农业区保护性耕作对土壤-作物系统磷动态的影响,为该系统的磷管理提供了一定的理论指导。     

不同灌溉模式下金盏花水分动态研究

以金盏花（Tagetes erecta）为试验材料,通过人工控制灌水量的试验,比较了垄作与平作不同灌溉模式下,水分在0~80 cm剖面上的动态迁移规律,并分析了不同灌水模式下的灌溉效率和肥料利用效率。结果表明,金盏花从播种至拔节期,0~40 cm土层土壤含水量平作各处理均高于相应的垄作各处理,但经过拔节期稳定之后,垄作沟灌的土壤含水量要高于平作各处理;垄作沟灌各处理的深层（40~80 cm）土壤水分含量均大于其相应平作处理。金盏花田的土壤水分纵深分布基本呈明显的“W”型分布,垄作沟灌的总产量均略高于相应的平作漫灌,A2B1（垄作沟灌4 200 m3·hm-2）与A2B3（垄作沟灌3 000 m3·hm-2）的总产量基本相当,而A2B2（垄作沟灌3 600 m3·hm-2）处理最高,与A1B1（平作漫灌4 200 m3·hm-2）差异显著,比A1B1增产25%。水分和肥料利用率分别为139.94 kg·mm-1·hm-2和24.9%。垄作沟灌与常规耕作比较, 有效地提高了土壤含水量, 具有较好的节水作用,增产效果明显。     

保护性耕作对黄土高原小麦田土壤微生物量碳的影响

用氯仿熏蒸提取法测定了不同耕作处理(传统耕作、传统耕作+秸秆覆盖、免耕、免耕+秸秆覆盖)下小麦田的土壤微生物量碳,并探讨了其与土壤有机碳、全氮、小麦产量之间的关系,结果表明,水土保持耕作第三年较传统耕作可以有效地增加小麦田土壤微生物量碳。较之土壤有机碳、全氮、小麦产量,土壤微生物量碳对土壤肥力变化反应迅速。     

Meta分析中国保护性耕作对土壤微生物多样性的影响

为了探明中国不同气候类型、土壤肥力和试验年限下,保护性耕作[免耕秸秆不还田(NT)、传统耕作+秸秆还田(TS)和免耕秸秆还田(NTS)]对土壤微生物多样性的影响,对42项已发表的相关研究进行了Meta分析,以检验土壤微生物多样性对保护性耕作的响应,同时评估了土壤微生物多样性的影响因素.结果表明:与传统耕作相比,保护性耕作显著提高了土壤微生物Shannon和Simpson指数(P ＜ 0.05),其中免耕秸秆还田效果最好,增幅分别为8.4％和3.7％;保护性耕作土壤中细菌的Shannon和Simpson多样性指数均高于传统耕作,真菌的Shannon和Simpson多样性指数仅在免耕秸秆不还田下显著增加4.4％和5.3％(P＜ 0.05);土壤微生物多样性在传统耕作+秸秆还田处理下受年均气温和种植作物影响明显,在土壤环境质量较好的非中性土壤中进行免耕处理显著增加土壤微生物多样性(P＜0.05),并且在我国北方区域施行免耕对土壤微生物多样性的增加效果较其他区域好.因此,建议在中国北方构建以免耕为核心的保护性耕作技术体系,在不同区域因地制宜的选择秸秆还田管理措施,且进一步对保护性耕作处理下的土壤真菌多样性及更多土壤微生物多样性指数进行相关研究.     

不同耕作方式下春小麦生育期土壤酶时空变化研究

通过设置在陇中黄土高原的保护性耕作长期定位试验,研究了不同耕作方式下土壤过氧化氢酶、脲酶、碱性磷酸酶和蔗糖酶活性在春小麦不同生育时期和不同土层深度的动态变化。4种耕作方式包括:传统耕作(T)、免耕(NT)、传统耕作秸秆还田(TS)、免耕秸秆覆盖(NTS)。结果表明,NTS可以显著提高耕层0~30 cm土壤过氧化氢酶、脲酶、碱性磷酸酶和蔗糖酶活性,春小麦整个生育期分别比T 增加了4.02%,8.74%,20.51%和31.45%;而NT和TS对土壤过氧化氢酶和蔗糖酶活性的效应有一定的阶段性。在空间分布上,NT和NTS 处理条件下4种土壤酶活性随着土层加深均呈下降趋势;T处理条件下4种土壤酶活性和TS处理条件下土壤脲酶和碱性磷酸酶活性随土层加深呈先增后减趋势,而TS处理条件下土壤过氧化氢酶和蔗糖酶活性随土层加深呈递减趋势。进一步研究发现,不同因子对土壤酶活性的影响效应各异,其中生育时期对脲酶影响最大,耕作方式和覆盖材料对蔗糖酶影响最大,交互作用对过氧化氢酶影响最大。     

西南“旱三熟”区不同作物和秸秆覆盖对土壤团聚体及固碳潜力的影响

为了探讨西南"旱三熟"(小麦/玉米/大豆)套作种植模式下农田土壤团聚体的分布特征及有机碳含量变化情况,进而估算该模式下的土壤固碳潜力,在重庆北碚西南大学试验农场对传统耕作(traditional tillage,T)和传统耕作+秸秆覆盖(traditional tillage+straw mulching,TS)2种处理下的土壤团聚体进行筛分和测定。结果表明,3种作物种植下的2mm粒径与2~0.25mm粒径团聚体含量此消彼长,存在显著的负相关关系(r=-0.985,P0.05)。土壤团聚体结构对不同作物的响应不同,水稳性大团聚体(0.25mm粒径)含量在小麦和大豆种植后高达90%左右,玉米种植后约为80%,说明种植玉米有利于土壤水稳性微团聚体的形成。2~0.25mm粒径团聚体的有机碳含量最高,而水稳性微团聚体的两个粒径团聚体有机碳含量相差不大,有机碳含量在团聚体中的分布规律不受种植作物和耕作方式的影响。秸秆覆盖显著提高了0~5cm和5~10cm土层的本土及各个粒径中的有机碳含量,且5~10cm土层团聚体有机碳受秸秆覆盖的影响较大。通过估算固碳潜力发现,玉米条带的土壤固碳潜力显著大于小麦-大豆条带,在耕作处理保持一致的情况下,土壤团聚体有机碳含量对农作物的响应不同。因此,在西南"旱三熟"地区,农田土壤团聚体分布特征和不同粒径有机碳含量受到耕作措施和种植作物的双重影响,土壤固碳潜力主要由水稳性大团聚体的固碳能力决定,水稳性大团聚体更易受到耕作措施和种植作物的影响,在实践中通过秸秆还田提高土壤固碳外,合理安排农作物也有助于提高土壤的固碳能力。     

垄作免耕对水稻根系特性和氮磷钾养分累积的影响

依托稻田免耕长期定位试验,研究了垄作免耕对Y两优6号水稻根系特性、氮、磷、钾养分累积和产量的变化。研究主要涉及冬水田(中稻-冬水田)、垄作免耕(中稻-油菜)和水旱平作(中稻-油菜)对水稻4个生育时期(分蘖期、拔节期、抽穗期和成熟期)和根系特性,以及水稻根、茎、叶和穗的氮、磷、钾浓度及累积量的影响。结果表明,垄作免耕的实际产量达8750.8 kg·hm^-2,显著高于水旱平作与冬水田(P<0.05)。在拔节期,垄作免耕水稻根系的根长密度和根表面积及比根长均显著高于水旱平作(P<0.05)。在抽穗期,垄作免耕根表面积最高达1.74 cm²·cm^-3,分别比冬水田和水旱平作提高了3.37%和6.71%;且垄作免耕水稻茎秆氮、磷、钾累积量分别较水旱平作提高了49.26%、33.20%和59.70%。相较于常规平作,垄作免耕水稻抽穗期茎叶的磷含量没有显著差异,而茎叶中氮、磷、钾累积量显著增加(P<0.05);氮、磷、钾养分累积速率显著提高(P<0.05),说明在养分累积的关键时期,垄作免耕能显著提高氮、磷、钾的吸收、分配和累积。在成熟期,垄作免耕水稻籽粒中氮累积量比冬水田和水旱平作显著提高了24.80%和14.30%。在分蘖-抽穗期,垄作免耕水稻的 N:K最低、K:P最高,表明垄作免耕能显著提高水稻生长前中期对钾的吸收利用和分配。综上,垄作免耕不仅可以增加水稻的根长密度和根表面积,在抽穗期显著提高水稻对氮、磷、钾的累积,整个生育期对钾的吸收利用明显优于水旱平作和冬水田,为水稻高产提供可参考的依据。     

不同保护性耕作措施对三种土壤微生物氮素类群数量及其分布的影响

通过设置在陇中黄土高原丘陵沟壑区的长期定位试验,研究了不同保护性耕作措施下旱作春小麦-豌豆轮作系统中土壤氨化细菌、硝化细菌和自身固氮菌数量及其分布的差异。结果表明,无论是小麦地还是豌豆地,土壤氨化细菌、硝化细菌、自身固氮菌数量在0～5,5～10和10～30 cm土层中均呈现免耕秸秆覆盖＞秸秆还田＞免耕不覆盖＞传统耕作的趋势,且随着土层的加深,在小麦地中,免耕秸秆覆盖处理的氨化细菌数量比免耕不覆盖处理分别增加了76.21%,146.92%和67.82%, 且差异均达到5%的显著水平,在豌豆地中,各处理自身固氮菌数量逐渐减少,而硝化细菌数量呈先增加后减少的趋势,免耕秸秆覆盖、秸秆还田处理土壤氨化细菌数量逐渐下降,而免耕不覆盖、传统耕作处理的土壤氨化细菌数量先增加后减少。     

长期保护性耕作对黄土高原旱地土壤物理质量的影响

本研究通过设置在陇中黄土高原半干旱区的小麦→豌豆和豌豆→小麦轮作系统的长期定位试验,探讨了不同耕作方式对耕层土壤物理质量的影响。6种耕作方式包括:传统耕作(T)、免耕(NT)、传统耕作秸秆还田(TS)、免耕秸秆覆盖(NTS)、传统耕作地膜覆盖(TP)和免耕地膜覆盖(NTP)。结果表明,不同耕作方式下耕层土壤容重、孔隙度、坚实度和饱和含水量差异显著,团粒结构、有效水分、水分利用率和饱和导水率差异极显著,耕作方式对土壤温度和田间持水量的影响不明显。通过加乘法则和加权综合法2种模型评价了不同耕作方式下土壤物理质量,P→W(豌豆→小麦)轮作序列下表现为NTS>NTP>NT>TS>T(TP)>TP(T),W→P(小麦→豌豆)轮作序列下表现为NTS>NTP>TS>NT>TP>T,说明免耕的基础上进行秸秆覆盖,有助于形成良好的土壤结构,提高土壤入渗,减少土壤侵蚀,促进土壤物理质量提高。     

树盘覆盖对早酥梨园土壤有机碳及其组分的影响

以18年生早酥梨园为试材,连续3年开展了玉米秸秆覆盖、黑色地膜覆盖、玉米秸秆 地膜覆盖、玉米秸秆 生物菌肥覆盖和清耕试验,研究5种树盘覆盖方式对丘陵山地早酥梨园土壤有机碳及其组分的影响。结果表明,土壤总有机碳（TOC）含量随土层深度增加而降低,TOC含量增幅最大的是0~30cm土层,效果最明显是玉米秸秆 菌肥覆盖处理,TOC含量比清耕（CK）增加了64.7%。年生长周期内,土壤TOC含量呈现先稳定后降低再升高的趋势,添加秸秆有机物的覆盖处理显著提高了土壤TOC含量,玉米秸秆 菌肥覆盖TOC含量增幅最大,比清耕增加了11.0%。随着覆盖年限的增长,添加秸秆有机物覆盖处理的土壤总有机碳含量、易氧化有机碳（ROC）含量及其占总有机碳的比例、微生物量碳（MBC）含量及其占总有机碳的比例均呈现不同程度的增加,玉米秸秆 生物菌肥覆盖增幅最大,其次为玉米秸秆覆盖和玉米秸秆 黑色地膜覆盖。黑色地膜覆盖增加了土壤可溶性有机碳（DOC）含量及其所占TOC比例。在实际应用中,玉米秸秆 生物菌肥覆盖可用于以培肥为主要目的的覆盖栽培,玉米秸秆 黑色地膜覆盖可用于以增温效应为主要目的覆盖栽培,覆盖材料应本着就地取材原则,以实现农业废弃物利用和果树提质增效的双重效应。     

陇东旱塬果园生草对土壤水分及苹果树生长的影响

陇东旱塬为半干旱区,年降雨量偏小且分布不均,果园生草是否会存在与果树争水的问题尚不清楚。为了探讨陇东旱塬果园生草是否存在与果树争水的问题,2014-2015年本试验以果园清耕和果园覆草为对照,探讨果园种植白三叶（Trifolium repens）和鸭茅（Dactylis glomerata）对果园土壤水分及苹果树（Malus domestica）生长的影响。结果表明：果园种植白三叶和鸭茅降低了0~120 cm土层土壤水分,土壤水分蒸散量较果园清耕分别提高30.20 mm和48.65 mm,较果园覆草分别提高29.54 mm和47.99 mm;果园覆草与果园清耕则基本一致。果园种植白三叶和鸭茅的苹果单果重较果园清耕分别降低7.17%和13.69%,较果园覆草分别降低12.05%和18.22%;苹果产量较果园清耕分别降低14.33%和20.18%,较果园覆草分别降低21.84%和27.17%。果园覆草的苹果单果重较果园清耕提高5.53%,产量提高9.60%。果园种植白三叶和鸭茅的土壤水分利用效率较果园清耕分别降低20.56%和28.99%,较果园覆草分别降低27.39%和35.10%;果园覆草较果园清耕提高9.42%。陇东旱塬苹果园不宜生草,而应覆草。     

西南旱地不同种植模式下土壤呼吸及水热因子对极端低温的响应

极端气候频现是全球气候变化的重要特征之一,其中极端低温不仅影响农业生产,也影响着农业碳排放。土壤呼吸作为农业碳排放的主要途径,缺乏在极端低温环境下的深入研究。本研究以我国西南地区旱地为研究对象,通过测定冬季低温环境下的土壤呼吸及其水热因子,分析了土壤呼吸等在极端低温环境下的响应特征,发现秸秆覆盖条件下紫云英与油菜混作的土壤呼吸和根呼吸最大,种植紫云英可显著提高10 cm处的土壤温度、土壤含水量和土壤电导率;在极端低温环境下,土壤呼吸和根呼吸显著降低,土壤呼吸的温度敏感性显著提高,Q₁₀值由0.31增加到1.19,同时改变了土壤呼吸与土壤电导率之间的关系。无秸秆覆盖时紫云英单作、紫云英与油菜混作的根呼吸比重分别提高了12.07%和8.15%;而秸秆覆盖下紫云英单作、油菜单作以及紫云英与油菜混作的根呼吸比重分别降低了28.55%、38.87%和24.80%。     

不同覆盖材料和方式对旱地春小麦产量及土壤水温环境的影响

在西北半干旱雨养条件下,研究了不同覆盖材料、覆盖方式对春小麦土壤水分、土壤温度、产量及重要农艺指标的影响。试验以无覆盖栽培为对照(CK),设置了秸秆覆盖及地膜覆盖(平作全地面覆膜、微垄全地面覆膜、大垄半覆膜),共8个覆盖处理。结果表明:处理间土壤水分、土壤温度、产量等都存在显著差异;各覆盖处理均较CK显著增产7.6%~44.9%,其中以微垄全地面覆膜增产最显著,处理间单位面积穗数的差异是引起产量差异的主要结构因素;与CK相比,全生育期0~200 cm土壤水分含量各覆盖处理均高于CK 0.3%~1.7%,其中以平作黑膜全覆盖(B₂)和微垄白膜全覆盖(C₁)最高;比较全生育期025 cm土壤平均温度差异,除小麦秸秆覆盖(A₁)和大垄黑膜半覆盖(D₂)较CK分别降低1.4和0.9℃外,其他6个覆盖处理较CK提高0.3~1.8℃,其中以平作白膜全覆盖(B₁)增温幅度最大;但进一步分时期、分土层比较发现,各覆盖处理在不同生育时期和土层,基本出现较CK增墒与降墒、增温与降温的双重效应。各处里增墒点次比例为54.2%~83.3%,相应降墒点次比例为16.7%~45.8%,时期上,增墒效应以开花期和灌浆期最明显、降墒效应以孕穗期最明显;土层上,增墒效应以20~40 cm土层最明显、而降墒效应以60~90 cm土层最明显。各处理较CK增温的点次比例为4%~100%,时期上,覆盖增温效果以灌浆期最明显,降温效果以均分蘖期和开花期最高;从土层来看,以土壤25 cm处增温幅度最高。     

耕作方式和秸秆覆盖对旱地麦豆轮作下小麦籽粒产量、蛋白质含量和土壤硝态氮残留的影响

为明确耕作方式和秸秆覆盖对旱地麦豆轮作下小麦籽粒产量、蛋白质含量和土壤硝态氮残留的影响,2014年10月-2016年6月,利用设置在豫西典型旱作区的麦豆轮作栽培模式长期定位试验,选取传统翻耕、翻耕覆盖、旋耕和旋耕覆盖4个处理,比较了小麦氮素吸收利用、籽粒产量、蛋白质含量以及土壤硝态氮残留量。结果表明,与翻耕相比,旋耕不影响小麦产量,但花后氮素积累量、籽粒蛋白质含量和蛋白质产量分别降低60.0%、8.6%和13.0%,而成熟期0~200 cm土层硝态氮残留量显著提高28.6%。同一耕作方式下,秸秆覆盖较无覆盖不仅显著提高了穗数、穗粒数、千粒重和收获指数,还提高了拔节前和开花后的氮素积累量,促进了营养器官氮素向籽粒中转运,从而使翻耕覆盖的籽粒产量、氮素吸收效率、籽粒蛋白质含量和蛋白质产量较翻耕分别提高11.5%、13.5%、7.4%和21.3%,旋耕覆盖较旋耕也分别提高23.0%、39.5%、12.8%和38.5%。在试验进行7年后的小麦成熟期,翻耕覆盖0~200 cm土层硝态氮残留量较翻耕降低31.3%,旋耕覆盖较旋耕也降低51.4%。因此,秸秆覆盖不仅可提高旱地麦豆轮作下小麦产量、蛋白质含量和氮素吸收效率,还能降低土壤硝态氮的残留量,是兼顾旱地小麦高产优质和环境友好生产的有效途径,尤其以旋耕覆盖效果突出。     

水土保持耕作对夏种大豆光合、蒸腾及水分利用效率的影响

在甘肃黄土旱塬区,以夏种大豆为试验材料,对不同水土保持耕作方式下夏种大豆光合生理生态特征及水分利用效率进行了试验研究.结果表明,在生育期内,夏种大豆净光合速率呈下降的趋势,峰值出现在生长早期,可能主要受当地日照时数及有效辐射特点的影响.覆盖麦草耕作能有效减少土壤蒸发、增加耕层土壤含水量,显著提高夏种大豆叶片的净光合速率(P<0.01)及水分利用效率,净光合速率与水分利用效率呈正相关.水土保持耕作措施可使农田的光、温和水资源得到科学有效地利用.