种植不同冬季作物对稻田甲烷、氧化亚氮排放和土壤微生物的影响

研究双季稻收获后填闲种植不同冬季作物在其生长季节内甲烷（CH4）和氧化亚氮（N2O）的排放特征,对合理利用冬闲稻田、发展冬季作物生产及合理评价不同种植模式具有重要意义。采用静态箱-气相色谱法对冬季免耕直播黑麦草、紫云英和冬闲的双季稻田中CH4和N2O排放及其相关微生物数量变化进行了分析。在冬季作物生长期,不同冬季作物稻田CH4和N2O排放通量均显著高于对照（冬闲）,CH4和N2O排放通量均表现为免耕直播黑麦草〉免耕直播紫云英〉冬闲;免耕直播黑麦草和紫云英处理稻田CH4排放量分别为2.28和1.07 g·m^-2,分别比对照增加241.92%和60.63%;N2O排放量分别为0.59和0.48 g·m^-2,分别比对照增加71.93%和40.06%;各处理稻田土壤产甲烷细菌、甲烷氧化细菌、硝化细菌及反硝化细菌的数量变化范围分别为0.33×10^2 163.37×10^2 cfu·g^-1、11.05×10^3~245.68×10^3 cfu·g^-1、3.21×10^3~178.26×10^3 cfu·g^-1和10.47×10^5~198.88×10^5 cfu·g-1,免耕直播黑麦草和紫云英处理稻田土壤产甲烷细菌、甲烷氧化细菌、硝化细菌和反硝化细菌的数量均显著高于冬闲,其中免耕直播黑麦草处理稻田土壤的产甲烷细菌、甲烷氧化细菌和硝化细菌数量显著高于免耕直播紫云英处理,而免耕直播紫云英处理稻田土壤反硝化细菌的数量则显著高于免耕直播黑麦草处理。研究结果显示,种植不同冬季作物能促进稻田生态系统中CH4和N2O的排放,而这两种气体的排放量与稻田土壤产甲烷细菌、甲烷氧化菌、硝化细菌和反硝化细菌数量变化密切相关。     

不同耕作方式对玉米田土壤有机碳含量的影响

在华北夏玉米生产体系中,采用田间试验,研究了撂荒、翻耕、免耕和旋耕4种耕作方式下,玉米4个生育期(苗期、拔节期、灌浆期、成熟期)耕层(0~20 cm)土壤总有机碳质量分数、活性有机碳质量分数和碳库管理指数的变化.结果表明:在观测期间,玉米不同生育期(0~20 cm)土层有机碳质量分数和活性有机碳质量分数均呈明显的动态变化,就3种耕作方式来讲,土壤总有机碳和活性有机碳均表现为免耕最高,翻耕和旋耕次之;成熟期免耕、旋耕、翻耕3种处理的土壤碳库管理指数比撂荒分别提高了47.38%、30.43%、27.00%;土壤活性有机碳与总有机碳、碳库管理指数均存在显著相关关系,玉米产量与土壤总有机碳质量分数存在显著相关性,与土壤活性有机碳质量分数和土壤碳库管理指数无明显相关性.综合考虑以上因素,免耕有利于提高土壤有机碳质量分数和土壤碳库管理指数,改善土壤质量,提高土壤肥力.     

土壤耕作方式对双季稻镉积累分配特性的影响

为探讨镉污染稻田双季稻最优土壤耕作方式,于2015年～2017年,以陵两优211与威优46为材料,在湖南湘潭中度镉污染稻田开展定位试验,比较研究了双季免耕(G1)、双季翻耕(G2)、双季旋耕(G3)、早旋晚免(G4)、早翻晚免(G5)等5种土壤耕作方式下双季稻镉积累分配特性.结果表明:(1)晚稻根镉含量以成熟期最高,但早稻规律不明显.土壤耕作方式明显影响根镉含量,免耕处理最高,翻耕处理最低;(2)翻耕可降低早稻成熟期茎镉含量,但晚稻成熟期茎镉含量的处理间差异存在年际间差异;(3)早、晚稻叶镉含量随生育进程推进表现持续增长趋势,不同土壤耕作方式间叶镉含量差异显著,多年免耕可降低叶镉含量,而多年旋耕可提高叶镉含量;(4)水稻齐穗至成熟期穗镉含量一般呈持续增长趋势,其增幅以翻耕处理最大,免耕处理最小;(5)3年早稻地上部镉累积量均以G5处理最高,而晚稻地上部镉累积量2015年以G5处理最高,2016和2017年以G2处理最高,3年均以G1、G4、G5处理较低.可见,土壤耕作方式对双季稻镉积累分配有明显影响,翻耕促进水稻地上部镉积累,而免耕可降低水稻穗部镉含量和地上部镉累积量.     

稻草还田方式对双季稻田耕层土壤有机碳积累的影响

选择南方典型双季稻田,研究不同的稻草还田方式对土壤不同层次有机碳的积累、表土碳密度、C/N比值及水稻产量的影响。结果表明,不同的稻草还田和耕作处理对水稻产量无显著影响;不同稻草还田处理的土壤有机碳和C/N均随土层加深而减小;3个稻草还田处理0-5 cm土层土壤有机碳质量分数显著高于不还田对照,其中,以高桩免耕处理最高,比无草翻耕处理提高13.8%（P〈0.01）;5-10 cm土层表现为高桩翻耕处理显著高于其他处理,增加幅度为1.39-1.66 g kg-1;10-15 cm为翻耕处理（包括稻草不还田和还田）显著高于各免耕处理;稻草翻耕处理（0-15 cm）的耕层有机碳密度显著高于其他处理。因此,南方双季稻田采取稻草翻耕还田方式有利于增加土壤有机碳汇。     

秸秆还田对农田周年地表径流氮、磷、钾流失的影响

2009—2010年在大田试验条件下,小麦季和水稻季分别以扬麦16和运2645为供试材料,两季均设置常规处理（A）、秸秆还田（B）、秸秆还田减肥（C）、肥料运筹（D）和少免耕（E）5个处理组合。研究不同处理对稻麦两熟制农田周年地表径流氮、磷、钾流失的影响。结果表明：（1）稻麦两季农田共发生地表径流20次,总地表径流水量为6.4×106kg·hm-2;（2）秸秆还田能够显著降低稻麦两熟制农田周年地表径流氮、磷、钾流失量,不同处理周年地表径流总氮和钾的流失量由高到低均依次为少免耕、常规处理、肥料运筹、秸秆还田和秸秆还田减肥,不同处理周年地表径流总磷流失量由高到低依次为少免耕、肥料运筹、常规处理、秸秆还田和秸秆还田减肥,秸秆还田使稻麦两熟制农田地表径流氮、磷、钾流失量分别比常规处理下降7.7%、8.0%、6.8%;（3）水稻季农田地表径流总氮、总磷、钾流失量分别占稻麦两熟制周年总氮、总磷、钾流失量的61.5%、44.0%、73.3%;（4）秸秆还田使稻麦两熟制农田周年地表径流氮、磷、钾流失率显著降低;（5）秸秆还田使水稻成熟期土壤速效养分质量分数显著提高;（6）秸秆还田使稻麦两熟制农田周年作物产量比常规处理略有增加。     

不同耕作模式对双季稻田生态系统净碳汇效应及收益的影响

耕作措施是影响稻田生态系统净碳汇效应和经济收益的关键因素。为探明南方双季稻区不同耕作模式下稻田耕层土壤(0—20 cm)固碳速率和土壤碳密度、年碳汇平衡和经济收益的变化特征,开展紫云英(Astragalus sinicus L.)-双季稻大田定位试验,设双季水稻翻耕+秸秆还田(CT)、双季水稻旋耕+秸秆还田(RT)、双季水稻免耕+秸秆还田(NT)、双季水稻旋耕+秸秆不还田(RTO,对照)4种耕作处理,系统分析了不同耕作方式对稻田耕层土壤固碳速率和土壤碳密度、年碳汇平衡和经济收益的影响。研究结果表明,各处理稻田耕层土壤的固碳速率变化范围为2.98—3.43 t·hm~(-2)·a~(-1),耕层土壤碳密度为29.77—34.33 t·hm~(-2),其大小顺序均表现为CTRTNTRTO。不同耕作处理稻田生态系统作物的净碳固定变化范围为5.27—7.43 t·hm~(-2)·a~(-1),其大小顺序表现为CTRTNTRTO;CT和RT处理土壤的净碳汇量分别比NT处理增加40.26%和3.90%。不同处理稻田生态系统物质投入的碳成本为0.03—0.85 t·hm~(-2)·a~(-1),年经济收益为7.11—8.81×10~3 CNY·hm~(-2)·a~(-1),稻田生态系统经济效益大小顺序表现为CTRTNTRTO。总之,翻耕、旋耕结合秸秆还田处理均有利于提高双季稻田耕层土壤的固碳速率、碳汇效应和经济收益,是增加耕层土壤有机碳库贮量的有效措施。     

不同耕作方式对红壤旱地土壤理化性状及玉米产量的影响

通过田间试验,研究了免耕(T1)、翻耕(T2)、免耕+秸秆覆盖(T3)、翻耕+秸秆覆盖(T4)、翻耕+秸秆深埋(T5)5种耕作方式下土壤理化状况及玉米(Zea mays L)产量.结果表明,使用了秸秆的耕作方式(T3、T4、T5)有利于改良土壤的理化性状、提高玉米产量;翻耕与免耕相比,翻耕能改良土壤物理性状、提高土壤有机质和氮素含量、提高玉米产量,但翻耕土壤中有效磷和速效钾的含量比免耕土壤中低.T5对降低耕层土壤容重、增加土壤孔隙度、提高土壤含水量、改善土壤结构、提高有机质和氮素含量及提高玉米产量有最好的效果;T3对提高耕层土壤有效磷和速效钾含量最明显,对改善土壤结构也表现出较好的效果.因此,丘陵区红壤早地采用翻耕+秸秆深埋的耕作方式,对改良土壤理化性状,提高经济效益有重要意义.     

耕种方式对稻田甲烷排放的影响

通过田间试验研究了稻田2种土壤耕作强度(深翻耕和浅旋耕)和3种水稻栽培方式(直播、抛秧和插秧)下的CH4排放规律,以探讨稻田土壤耕作强度和水稻栽培方式对CH4排放的影响。结果表明,各水稻栽培方式下,深翻耕和浅旋耕稻田CH4排放季节变化趋势一致。土壤耕作强度对稻田CH4季节排放总量的影响受水稻栽培方式的制约:抛秧方式下,浅旋耕与深翻耕处理相比,稻田CH4排放量减少31.37%(P0.05);而直播和插秧方式下,2者CH4季节排放总量相当。水稻栽培方式显著影响稻田CH4排放季节变化规律:直播稻田CH4排放大致呈现"双峰型"模式,且水稻生育前期CH4排放水平较低;而移栽稻田(抛秧和插秧)CH4排放大致呈现"三峰型"模式,且水稻生育前期CH4排放水平较高。与深翻耕抛秧相比,深翻耕直播和深翻耕插秧稻田CH4排放分别减少23.31%和42.51%;而浅旋耕方式下,3种水稻栽培处理CH4季节排放总量相当。降低土壤耕作强度,以浅旋耕代替深翻耕,可以减少耕作对土壤的扰动,在一定程度上减少稻田CH4排放。与水稻移栽相比,水稻直播能够显著降低水稻生育前期CH4排放,具有一定的CH4减排潜力,但仍需加强中后期田间水分管理。     

免耕稻-鸭复合系统减少甲烷排放及其机理研究

以免耕不养鸭和翻耕不养鸭稻田为参照,研究了免耕稻-鸭复合系统中甲烷排放的日变化和季节变化以及稻-鸭复合系统中土壤氧化还原特性对甲烷排放的影响。结果表明:稻田甲烷排放通量日变化与日气温变化基本趋于一致。在水稻分蘖盛期和孕穗期,免耕养鸭稻田甲烷排放通量明显低于免耕不养鸭和翻耕不养鸭稻田, 3者之间甲烷排放通量大小差异白天明显,夜间较小。在水稻分蘖盛期、孕穗期和齐穗期,免耕养鸭稻田水中溶解氧含量比免耕不养鸭和翻耕不养鸭稻田提高38. 4% ~44. 7%。由于鸭子的活动,免耕养鸭稻田的氧化还原电位分别比免耕不养鸭和翻耕不养鸭稻田高11和18mV。而翻耕不养鸭稻田的还原物质总量分别是免耕养鸭稻田和免耕不养鸭稻田的4. 17~12. 34倍和3. 26~7. 02倍,其亚铁离子含量也明显高于后2者,表明翻耕使土壤还原程度增强,进而促进了稻田甲烷的排放。相关分析表明,免耕养鸭稻田氧化还原电位与还原物质总量、活性还原物质总量和亚铁离子含量呈极显著负相关,也与稻田甲烷排放通量呈负相关,但未达显著水平。     

耕作措施对华北夏玉米田土壤温度和酶活性的影响

为探讨长期耕作措施下华北平原夏玉米生长季土壤温度与酶活性的变化规律,本研究对四种耕作处理（免耕秸秆还田NTS,旋耕秸秆还田RTS,翻耕秸秆还田CTS和翻耕秸秆不还田CT）下土壤层次的温度和酶活性进行了测定和分析。结果表明：同一土壤层次的各耕作处理均从6：00．18：00呈现正弦波的变化特征;免耕、旋耕等保护性耕作处理在玉米的生育期内温度变化平稳,日均差均小于翻耕秸秆还田和翻耕秸秆不还田;免耕秸秆还田处理土壤酶活性最高,脲酶活性在夏玉米的3个生育期（播种期、大喇叭口期和收获期）分别高于翻耕秸秆不还田处理28．98％,35．62％和24．9％,碱性磷酸酶分别高32．7％,11．94％和10．39％,脱氢酶分别高27．53％,20．39％和30．53％,旋耕和翻耕秸秆还田处理3种酶的活性也明显高于翻耕秸秆不还田处理;旋耕与翻耕秸秆还田处理脲酶和碱性磷酸酶的差异不显著,脱氢酶的差异达到了5％的差异显著水平;通过研究表明在华北平原采用少免耕为主的保护性耕作措施,可以提高土壤酶活性,降低成本,提高经济效益。     

耕作方式对华北冬小麦田土壤微生物生物量碳分布特征的影响

土壤微生物生物量碳（SMBC）反映了土壤有机碳（SOC）情况,其值大小代表了土壤肥力的高低,研究不同耕作方式SMBC的变化特征及其影响因素具有重要意义。试验于2001年在中国科学院栾城农业生态系统实验站开始,试验设置翻耕（CT）、旋耕（RT）、免耕（NT）三个处理。利用熏蒸提取-容量分析法研究了不同耕作处理2007～2008年冬小麦生育期的SMBC分布特征及影响因素。结果表明SMBC具有时空变化特征：在冬小麦生育期中,各SMBC处理均随着时间波动起伏,并在小麦返青期和扬花期达到峰值;空间分布上SMBC含量随土壤深度的增加而降低。不同耕作处理间差异显著,0～5 cm土层SMBC以NT最高,CT最低;5～10 cm土层RT与CT相当,NT最低;10～20 cm土层以CT最高,NT最低;20～30 cm各处理均较低,NT亦为最低。对不同处理SMBC层化率分析显示：NT具有明显的表层富集现象;RT处理0～10 cm SMBC分布均匀;CT处理0～20 cm SMBC分布均匀。对SMBC的影响因素分析表明：土壤有机碳是SMBC空间分布的主要影响因素,二者呈显著正相关。而土壤温度和土壤含水量是影响SMBC季节变化的主要外界因素。     

The combination of subsoil and the incorporation of corn stover affect physicochemical properties of soil and corn yield in semi-arid China

ABSTRACT

The main objective of this study was to investigate the effects of combining subsoil and incorporation of corn stover on soil profile, soil physicochemical properties, and corn yield. A five-year field trial was conducted that consisted of two treatments arranged in a completely random design and replicated three times. Two soil management operations were tested: subsoil + corn stover incorporation (plow construction [PC] treatment) and conventional rotary tillage (control check [CK] treatment). Compared with rotary tillage, it was found that combining subsoil and corn stover incorporation significantly affected corn grain yield in all seasons. Further, combining subsoil and corn stover incorporation significantly increased the thickness of the plow layer, quantity of plow layer soil, thickness of the plow pan and soil bulk density, as well as soil organic matter, available nitrogen, available phosphorus, and available potassium. Evidence indicates that reconstructing the soil plow layer through combination of subsoil and corn stover incorporation improved soil structure, nutrient content, and corn yield. It is of interest that farmers are now applying subsoil and returning crop straw instead of solely relying on rotary tillage.     

麦秸还田与土壤耕作对稻季CH_4和N_2O排放的影响

2008年在大田试验条件下,设置麦秸还田旋耕、麦秸不还田旋耕、麦秸还田翻耕、麦秸不还田翻耕4个处理,采用静态暗箱-气相色谱法田间原位观测稻麦两熟制农田水稻生长季CH_4和N_2O排放通量,研究小麦秸秆全量还田与土壤耕作两项技术措施对稻季CH_4和N_2O排放的影响及其温室效应,以期为稻麦两熟制农田温室气体减排提供对策.结果表明:麦秸还田对稻季CH_4排放总量的影响达极显著水平,麦秸还田与耕作方式的互作效应对CH_4排放总量有显著影响,麦秸还田和耕作方式对N_2O排放总量的影响均达极显著水平;不同麦秸还田与土壤耕作处理稻季OH4排放总量为:麦秸还田旋耕>麦秸还田翻耕>麦秸不还田翻耕>麦秸不还田旋耕,N_2O的排放总量为:麦秸不还田翻耕>麦秸不还田旋耕>麦秸还田翻耕>麦秸还田旋耕;与麦秸不还田相比,相同耕作措施下麦秸还用排放CH_44和N_2O所产生的全球增温潜势(GWP)明显提高.麦秸还田条件下旋耕处理的GWP高于翻耕处理,而"单位产量的GWP"无明显差异,麦秸不还田条件下采用旋耕措施较翻耕可减轻温室效应.     

保护性耕作对潮土结构特性的影响

研究不同保护性耕作措施对潮土结构特性的影响,探求不同秸秆还田方式下土壤结构的变化规律.以河北省石家庄市栾城县长期定位试验为研究基础,采用了传统翻耕、翻耕秸秆还田、旋耕秸秆还田、免耕覆盖还田、免耕立秆还田和免耕粉碎还田6种处理,分别对不同耕层的土壤容重、有机碳含量、团聚体及有机无机复合体进行了测定,对比分析了不同保护性耕作对潮土结构特性的影响.结果表明:免耕覆盖还田的土壤容重值最低;干筛情况下,免耕秸秆覆盖还田的MWD值显著高于其它处理30.4%～47.4%,而湿筛情况下,免耕立秆还田与粉碎还田MWD值高于其它处理;立秆还田的土壤分散系数最低,而粉碎还田的分散系数比其它处理高20.48%～330.93%;翻耕处理的原土复合量、原土复合度分别高于免耕处理10.82%～21.62%、8.97%～20.97%.不同秸秆还田方式对土壤结构稳定性的影响有很大差异:覆盖还田能改善田间土壤结构;立秆还田能提高微团聚体的稳定性;粉碎还田通过增加土壤有机碳含量而增加水稳性大团聚体的含量.     

免耕生态系统中土壤动物对土壤养分影响的研究

对紫色水稻土自然免耕生态系统中土壤动物群落结构的变化及其对土壤养分的影响进行了调查研究。结果表明．水稻土免耕耕作制度有利于土壤动物的生长繁殖．并能改善土壤化学性质。土壤动物平均密度是垄作免耕＞垄作常耕＞平作免耕＞平作常耕。免耕土壤中有效氮、有效磷、有效钾和有机质含量均分别高于常耕土壤。     

保护性耕作对土壤养分及有机碳库的影响

以稻草覆盖免耕方式稻田冬种马铃薯(Solanum tuberosum L.)为例,研究了保护性耕作对土壤养分以及有机碳库的影响.结果表明:保护性耕作能显著增加表层土层的养分含量,土壤氮素含量比传统耕作增加0.81%～7.24%,磷素含量增加14.95%～19.21%,钾素含量增加0.57%～15.40%,且全氮、全磷、全钾含量与传统耕作之间均达到了极显著差异水平,除碱解氮含量与传统耕作之间差异不显著外,速效磷与速效钾含量与传统耕作之间达到了显著差异水平与极显著差异水平;保护性耕作能增加土壤总有机碳与活性有机碳含量,提高土壤碳库管理指数,0～10 cm土层土壤的碳库管理指数分别比传统耕作高出9.10%、13.95%,10～20 cm土层则比传统耕作略低.因此保护性耕作能使土壤朝着有利于土壤质量提高的方向发展.两个保护性耕作处理:免耕稻草覆盖(8 cm)、免耕覆盖稻草(8 cm)后盖黑色地膜之间差异不大.     

犁翻与旋耕施用脱硫石膏对改良碱化土壤的效果研究

利用燃煤电厂脱硫石膏改良盐碱地对于确保国家粮食安全和生态安全,发展循环经济具有重要意义,已经引起国内外的广泛关注。选择具有典型代表性的宁夏西大滩碱化土壤,采用田间试验进行犁翻与旋耕施用脱硫石膏改良碱化土壤的效果研究。研究表明犁翻与旋耕施用脱硫石膏,对降低土壤碱化度、总碱度和pH值,提高油葵（Helianthus annuus）出苗率和产量的效果有所不同。采用旋耕较犁翻对降低土壤碱化度、总碱度和pH值,提高油葵出苗率和产量的效果较好。旋耕施用脱硫石膏较犁翻油葵出苗率提高9.4%,产量提高8.2%;犁翻后再旋耕施用脱硫石膏较犁翻与旋耕,效果更好。犁翻后再旋耕较旋耕和犁翻油葵出苗率分别提高13.6%和3.8%,产量分别提高16.2%和7.4%。旋耕施用脱硫石膏较犁翻施用有利于提高产投比,其产投比提高0.13;犁翻后再旋耕较旋耕和犁翻更有利于提高产投比,其产投比分别提高0.14和0.01。     

Assessment of soil quality under different tillage practices during wheat cultivation: soil enzymes and microbial biomass

Microbial processes, particularly enzyme activities, play crucial functional roles in soil ecology, hence serving as sensitive indicators of soil quality. We assessed the temporal dynamics of microbial biomass and selected soil enzymes (β-d-glucosidase, cellobiohydrolase, polyphenol oxidase, urease, glycine-aminopeptidase and alkaline phosphatase) during wheat cultivation, under four different tillage practices in the rice–wheat system. The four practices involved conventional tilling of soil before cultivating each crop (CTR-CTW); no tilling before cultivating rice but conventional tillage before wheat (NTR-CTW); conventional tilling before cultivating rice but no tilling before wheat (CTR-NTW) and no tilling before cultivation of each crop (NTR-NTW). Microbial biomass and activities of hydrolytic enzymes increased under NTR-NTW followed by CTR-NTW and NTR-CTW with respect to the conventional practice CTR-CTW, thus reflecting improvement in microbial activities with reduced tillage frequency. Enzyme activities generally depended on soil moisture and temperature, but nature of relationships varied among different practices. Nutrient demand appeared to be the strongest driver of alkaline phosphatase and urease, and soil temperature for glycine-aminopeptidase. Under CTR-CTW, activities of most of the extracellular enzymes were related with β-d-glucosidase or urease, but such relations altered under rest of the practices. The study showed that extracellular soil enzymes respond sensitively to tillage practices as well as environmental variables, particularly soil temperature and moisture and hence can serve as a sensitive indicator of changes in soil processes. Considering improvement in microbial biomass and enzymatic activities as indicators of better soil quality, adoption of no tillage apparently improved soil quality. Still, more number of field studies are required under tillage managements to explore the relationships between different enzyme activities and environmental factors.