保护性耕作对农田碳效应影响研究进展

 土壤碳循环在全球气候变暖上具有重要的作用,也越来越受到人们的关注。保护性耕作具有减少土壤侵蚀、提高秸秆利用效率和增加土壤有机质等特点,对土壤碳汇效应具有重要的影响。国内外在保护性耕作上对土壤碳循环等方面取得了丰硕的成果。随着保护性耕作碳循环方面研究的深入,人们对保护性耕作的农田碳效应及其机制的认识也越来越深入。本文对国内外保护性耕作对农田碳效应的影响进行了比较客观详尽的阐述,并再此基础上提出了未来本领域的研究重点,以期对中国开展相关的研究提供借鉴。     

保护性耕作对潮土碳、氮含量的影响

为了探明保护性耕作条件下有机碳循环与农田地力提升机制,为保护性耕作技术的推广应用提供科学理论支撑,笔者以保护性耕作长期试验地为平台,研究不同耕作处理对总有机碳、全氮及其不同组分在潮土中含量的影响.笔者通过研究不同耕作处理下土壤总有机碳、全氮、溶解性有机碳、溶解性有机氮、微生生物量碳、易氧化有机碳在不同土层深度中的分布情况,揭示保护性耕作措施对潮土碳、氮含量的影响.结果表明:相比于常规翻耕,2年或4年翻耕1次的间歇性翻耕和全免耕处理0～5 cm土层土壤总有机碳含量分别提高了1.81％、6.43％、14.04％,全氮含量分别提高了0.80％、10.04％ 、7.93％,免耕处理下10～20cm土层中总有机碳、全氮含量显著低于其它处理;秸秆还田条件下,实施间歇性翻耕和免耕能显著提升0～5、5～10 cm土层中土壤溶解性有机碳、氮含量;相比于常规翻耕,间歇性翻耕、免耕处理下0～5 cm土层土壤微生物量碳与易氧化有机碳含量均有不同程度地升高,免耕处理下10～20 cm土层中微生物量碳含量显著低于其它处理;秸秆还田对0～10 cm土层土壤总有机碳、全氮、溶解性有机氮及其它活性有机碳组分含量均有不同程度的提升作用.总体来看,保护性耕作措施有利于表层0～5 cm土层中碳、氮储量的增加,免耕条件下“养分表聚”的负面效应可通过间歇性翻耕得到改善.     

保护性耕作对土壤有机碳稳定化影响的研究进展

为进一步明确保护性耕作对土壤有机碳固持(Carbon sequestration)的影响,系统分析2000—2018年农田生态系统中,保护性耕作对土壤有机碳稳定化(Stabilization)影响的相关研究文献。结果表明,保护性耕作并不直接影响土壤有机碳本身的稳定性(Stability),而是通过改变土壤物理化学性质及有机碳分子结构(Molecular structure)促进土壤有机碳稳定化,增加土壤固碳。未来研究重点应在阐明保护性耕作条件下外源有机碳的投入(主要源于作物秸秆)与土壤有机碳变化的关系,保护性耕作条件下土壤理化性质对土壤有机碳矿化的影响以及保护性耕作对土壤有机碳分子结构及其对有机碳稳定的影响。     

东北黑土区玉米带保护性耕作固碳效应研究进展

东北黑土区是我国重要粮食生产区,黑土地保护和利用已经上升到国家战略,目前在东北黑土区实施的保护性耕作技术是缓解气候变化的一项重要策略,但不同研究中保护性耕作对黑土固碳、释碳和作物产量的影响存在较大的差异,需要进一步阐明黑土固碳与释碳的影响机制。围绕东北黑土区玉米带的特殊环境条件以及保护性耕作方式,系统地梳理了黑土固碳与释碳理论的演变及最新试验证据,明确黑土区环境特征、施肥及耕作方式对黑土碳固存与释放的影响机制、途径及效果。提出未来黑土固碳与释碳研究的重点方向和内容,建议后续进行长期性、针对性与定量性的研究,以推动黑土固碳与释碳研究的深入开展。     

保护性耕作对潮土碳、氮含量的影响（英文）

为了探明保护性耕作条件下有机碳循环与农田地力提升机制,为保护性耕作技术的推广应用提供科学理论支撑,笔者以保护性耕作长期试验地为平台,研究不同耕作处理对总有机碳、全氮及其不同组分在潮土中含量的影响。笔者通过研究不同耕作处理下土壤总有机碳、全氮、溶解性有机碳、溶解性有机氮、微生生物量碳、易氧化有机碳在不同土层深度中的分布情况,揭示保护性耕作措施对潮土碳、氮含量的影响。结果表明:相比于常规翻耕,2年或4年翻耕1次的间歇性翻耕和全免耕处理0~5 cm土层土壤总有机碳含量分别提高了1.81%、6.43%、14.04%,全氮含量分别提高了0.80%、10.04%、7.93%,免耕处理下10~20cm土层中总有机碳、全氮含量显著低于其它处理;秸秆还田条件下,实施间歇性翻耕和免耕能显著提升0~5、5~10 cm土层中土壤溶解性有机碳、氮含量;相比于常规翻耕,间歇性翻耕、免耕处理下0~5 cm土层土壤微生物量碳与易氧化有机碳含量均有不同程度地升高,免耕处理下10~20 cm土层中微生物量碳含量显著低于其它处理;秸秆还田对0~10 cm土层土壤总有机碳、全氮、溶解性有机氮及其它活性有机碳组分含量均有不同程度的提升作用。总体来看,保护性耕作措施有利于表层0~5 cm土层中碳、氮储量的增加,免耕条件下"养分表聚"的负面效应可通过间歇性翻耕得到改善。     

稻田保护性耕作对土壤微生物量碳的影响

通过对不同秸秆还田量以及还田后不同时期下土壤微生物量碳变化的研究结果表明,实施稻田保护性耕作,土壤微生物量碳含量与传统耕作相比有明显增加。在秸秆还田直播小麦和直播油菜处理下,秸秆中的碳将会在田中积累,随着时间推移土壤中含碳量不断上升,根据秸秆还田量的不同,土壤微生物量碳的变化为秸秆全量还田秸秆半量还田常规耕作。     

保护性耕作对麦-豆轮作土壤有机碳全氮及微生物量碳氮的影响

通过设置在甘肃省定西市李家堡镇的保护性耕作措施长期定位试验,共设4个处理(T:传统耕作;NT:免耕无覆盖;TS:传统耕作+秸秆还田;NTS:免耕+秸秆覆盖),采用春小麦豌豆双序列轮作(即小麦→豌豆→小麦和豌豆一小麦一豌豆,本文中所指春小麦地、豌豆地分别指2008年种植春小麦、豌豆的轮作次序),于2008年3月中旬对春小麦、豌豆双序列轮作下的土壤有机碳、全氮、土壤微生物量碳及土壤微生物量氮含量进行了采样测定.结果表明,经过7 a的轮作后,两种轮作次序下,0～30 cm土层中土壤有机碳、全氮、土壤微生物鼍碳、土壤微生物量氮含量均有在免耕+秸秆覆盖、传统耕作+秸秆还田处理较免耕不覆盖、传统耕作处理高的趋势,且其含量均随着土壤深度的增加而降低.其中,土壤微生物鼍碳含量在两种轮作次序下的排序均为:免耕+秸秆覆盖(NTS)>传统耕作+秸秆还田(TS)>免耕不覆盖(NT)>传统耕作(T);而土壤微生物量氮含量在春小麦地和豌豆地的排序则分别表现为:免耕+秸秆覆盖(NTS)>传统耕作+秸秆还田(TS)>传统耕作(T)>免耕不覆盖(NT)和免耕+秸秆覆盖(NTS)>传统耕作+秸秆还田(TS)>免耕不覆盖(NT)>传统耕作(T).同时,微生物量碳、微生物量氮与有机碳和全氮均呈显著正相关,说明提高土壤有机质、全氮含量的保护性耕作模式有利于土壤微生物量碳与氮的积累.     

黑河流域灌区保护性耕作农田土壤微生物生物量碳、氮的动态变化

以黑河流域灌区不同保护性耕作作为研究对象,研究保护性耕作农田土壤微生物量的季节变化及剖面分布规律,探讨保护性耕作农田土壤有机质、土壤水分和土壤微生物生物量碳、土壤微生物生物量氮的变化规律,分析影响土壤微生物量的因素。结果表明,保护性耕作明显提高农田土壤有机质、微生物量C和微生物量N含量,且均表现为自上层到下层显著递减的规律。黑河流域农田土壤微生物生物量碳含量平均值为158.06mg/kg,变幅为35.04~414.34mg/kg,随季节变化表现为播种期>休闲期>收获期,土壤微生物生物量氮含量平均值为24.73mg/kg,变幅为9.47~82.87mg/kg。土壤微生物生物量氮随季节变化也呈现出春秋较高,夏季较低的规律,但季节差异较小。土壤微生物生物量碳对外界环境变化的响应较土壤微生物生物量氮更为敏感,更适宜于作为评价土壤质量快速变化的指标。     

保护性耕作对黄绵土有机碳的影响

本文对定西地区黄绵土耕种了两年的保护性地和传统耕地进行比较。结果显示,保护性耕作不仅能够增加表土层有机碳含量。保护性耕作中的四种处理(传统耕作、传统耕作+秸秆覆盖、免耕、免耕+秸秆覆盖)对土壤有机碳的累积的分布,在0~5cm的图层有显著的差异性,在5~10cm的土层无显著的差异性。其中的免耕+秸秆覆盖处理影响最大,其次是传统耕作+秸秆覆盖和免耕,传统耕作最差。但在免耕+秸秆覆盖处理下,小麦—豌豆轮作所含的总有机碳与豌豆—小麦轮作所含的总有机碳相比,具有显著的差异性,而其他处理下,轮作次序对土壤中所含的总有机碳的含量无显著的差异性。     

保护性耕作下农田表土有机碳含量变化特征分析——基于中国农业生态系统长期试验资料

本文收集整理1979-2008年有关中国保护性耕作的长期试验文献,整合分析了长期保护性耕作下中国农田表土有机碳的变化特征.采用的48篇有效文献涉及18个省(区、市)的59个长期试验点,涵盖12种土类.总样本88个(其中旱地51个,水田37个).结果表明.保护性耕作处理下旱地和水田表土有机碳年变化分别介于-0.30～0.75 g·kg~(-1)·a~(-1)和-0.20～2.71 g·kg~(-1)·a~(-1),平均增幅分别达0.21 g·kg~(-1)·a~(-1)和0.51 g·kg~(-1)·a~(-1).可见长期保护性耕作下,农刚表土有机碳含量总体呈上升趋势,水田下增长高于旱地.和少免耕相比,秸秆还田更有利于促进表土有机碳的积累.统计分析还表明,结合秸秆还田的综合保护性耕作措施可以使水田和旱地的有效固碳期限分别持续27 a和23 a,水田在保持较高固碳速率的同时,延长了有效固碳年限.耕地表土有机碳含量在保护性耕作下特别是秸秆还田可以较大幅度地提高.实行保护性耕作可以具有农业稳产与土壤固碳的双重意义.     

保护性耕作方式对土壤碳、氮及氮素矿化菌的影响研究

采用稻田红壤免耕稻草覆盖方式种植红薯,研究保护性耕作方式对土壤碳、氮和氮素矿化菌的影响以及它们之间的相关关系。结果表明,保护性耕作能增加0—10cm土层土壤总有机碳、活性有机碳、全氮和碱解氮含量,降低土壤的碳氮比;保护性耕作处理的氨化细菌数量无论是在0～10cm土层还是10～20cm土层均比传统耕作处理高近1倍,而硝化细菌数量则是0-10cm土层高于传统耕作处理,且差异显著,10～20cm土层与传统耕作处理差异不大。说明保护性耕作能增加表层土壤碳、氮含量,降低土壤碳氮比,有利于氮素矿化菌的生长,为作物生长发育提供更多的速效氮素。     

保护性耕作对土壤有机碳含量的影响

为了探讨土壤有机碳对不同耕作措施的响应,进行长期田间定位试验,研究了采用秸秆还田免耕(NTS)、秸秆还田翻耕(TS)、免耕(NT)及常规翻耕(T)4种措施下春小麦-豌豆轮作后土壤有机碳含量的变化,测定了0～5.0 cm、5.1～10.0 cm、10.1～30.0 cm土层中总有机碳含量、腐殖质碳含量和热水溶性有机碳含量。结果表明:轮作10年后,与T处理相比,NTS、TS和NT处理的0～30 cm土层中土壤总有机碳含量、腐殖质碳含量和热水溶性有机碳含量均有不同程度的提高。土壤总有机碳含量、热水溶性有机碳含量及NTS和NT处理下腐殖质碳含量均随土层深度的增加而减少;TS和T处理下,5.1～10.0 cm土层中腐殖质碳含量最高,0～5.0 cm土层中腐殖质碳含量最低。10.1～30.0 cm土层中,TS处理的腐殖质碳含量大于NTS处理。表明秸秆覆盖和免耕均有利于土壤总有机碳、腐殖质碳和热水溶性有机碳的积累。     

黄土高原长期保护性耕作对麦-豆轮作土壤有机碳组分的影响

通过设置在陇中黄土高原半干旱区的豌豆-小麦-豌豆(W-P-W)和小麦-豌豆-小麦(P-W-P)轮作系统的长期定位试验,探讨了土壤有机碳及活性有机碳组分对不同耕作措施的响应.结果表明:保护性耕作的3个处理均能不同程度地提高两种轮作次序下土壤SOC、ROC和MBC的含量,其中免耕和秸秆覆盖结合处理效果最佳.同时,各处理土层的含碳量均随土壤深度的增加而降低.与免耕处理相比,免耕秸秆覆盖(NTS)、免耕不覆盖(NT)和传统耕作秸秆还田(TS)处理能够显著增加表层(0~30cm)土壤有机碳的含量,但降低了深层(30~80cm)土壤有机碳的含量,说明与传统耕作相比,3种保护性耕作有利于表层土壤有机碳的积累,而不利于深层土壤有机碳的积累.     

保护性耕作对土壤团聚体、微生物及线虫群落的影响研究进展

保护性耕作具有良好的生态效益,有利于农业生态系统的可持续发展。本文对比分析了国内外有关常规耕作和保护性耕作措施对土壤团聚体、土壤有机碳、土壤微生物及土壤线虫影响的研究进展。结果表明：保护性耕作减少土壤大团聚体的破坏,降低团聚体周转速率,提高土壤结构的稳定性;保护性耕作提高表层土壤总有机碳及活性有机碳含量;保护性耕作可以提高耕层微生物生物量,尤其对真菌生物量影响显著;保护性耕作不同程度地提高了团聚体中微生物量和微生物多样性,但并未改变微生物在团聚体中的分布模式;保护性耕作可提高土壤线虫多度,提高原状土壤和土壤各粒级团聚体中线虫群落的成熟度指数和结构指数,但并未改变线虫总数、营养类群、功能团及生态指数在团聚体中的分布模式。针对目前国内外研究现状,展望了保护性耕作今后的研究重点,以期为因地制宜选取保护性耕作措施提供理论支持,推进我国农业可持续发展。     

扩蓄增容肥对土娄土土壤有机碳和氮的影响

【目的】研究扩蓄增容肥对土壤有机碳、氮含量的影响,为土壤扩蓄增容肥研发和施用提供科学依据。【方法】以有机页岩、油渣和无机化肥研制的有机无机复合型土壤扩蓄增容肥为供试肥料,采用田间试验与室内分析的方法,以不施肥为对照,比较扩蓄增容肥的不同施用量、扩蓄增容材料和传统施肥（无机化肥）对土娄土耕层土壤有机碳（SOC）、全氮(TN)、可溶性有机碳(DOC)、可溶性有机氮（DON）等不同形态碳氮含量的影响。【结果】与不施肥处理相比,传统施肥处理和扩蓄增容肥处理均可以提高土壤有机碳（SOC）、可溶性有机氮（DON）、NO₃^--N含量,而扩蓄增容肥处理还能够提高土壤易氧化有机碳（KMnO₄ C）、可溶性有机碳（DOC）含量以及DOC/SOC。与传统施肥处理相比,扩蓄增容肥处理可明显提高土壤SOC和DOC含量。随着扩蓄增容肥施用量的提高,土壤SOC、TN含量明显升高,KMnO₄ C有增加的趋势。所有施肥处理对土壤的微生物量碳（MBC）、微生物量氮（MBN）以及NH₄⁺-N含量均没有产生显著影响。【结论】 扩蓄增容肥提高土壤SOC和DOC含量的作用较传统施肥明显,更有利于土壤肥力提升,且有效减少化肥投入并降低污染环境的风险。     

黄土高原旱地保护性耕作农田土壤团聚体特性变化研究

以春玉米品种沈玉17为材料,设置保护性耕作（NT）、传统耕作＋秸秆还田（TS）和传统耕作（CT）3种耕作方式,通过多年定位试验,研究黄土高原旱塬地保护性耕作农田土壤有机质及团聚体特性的变化。结果表明,NT与TS和CT相比能显著提高土壤有机质含量。干筛法分析结果表明,0-30 cm深度,NT处理粒径〉0.25mm的大团聚体含量、平均重量直径（mean weight diameter,MWD）均显著高于TS和CT处理。湿筛法分析结果表明,水稳性团聚体MWD在0-10 cm深度为NT〉TS〉CT,处理间差异显著（P〈0.05）;0-20 cm深度,NT处理土壤团聚体破坏率均低于CT处理。保护性耕作能促进土壤团聚体的形成,提高团聚体的稳定性,而传统耕作则由于人为扰乱土层结构,降低了土壤团聚体数量和稳定性。     

缙云山土地利用方式对土壤有机碳及全氮的影响

【目的】研究西南地区缙云山不同土地利用方式下土壤有机碳(SOC)和全氮(TN)含量及储量的变化,以揭示土地利用方式对SOC和TN积累的影响。【方法】选取缙云山阳坡同一海拔高度处的亚热带常绿阔叶林地、坡耕地、果园和撂荒地,采集0~60cm土层的土壤样品,对其进行SOC、TN以及土壤体积质量的测定分析。【结果】与林地相比,坡耕地和果园的SOC含量分别显著降低了43.83%,21.57%(P>0.05);与坡耕地相比,撂荒地SOC含量极显著增加了239.17%(P=0.001)。相同土壤质量下,不同土地利用方式SOC储量存在显著差异(P<0.05),表现为撂荒地(108.06Mg/hm2)>林地(62.21Mg/hm2)>果园(54.54Mg/hm2)>坡耕地(31.81Mg/hm2)。撂荒地的TN含量及储量均显著高于其他土地利用方式,分别为0.91g/kg和8.64Mg/hm2,而林地、果园、坡耕地三者之间的TN含量及储量不存在显著差异。不同土地利用方式的SOC含量与TN含量之间呈显著的正相关关系。4种土地利用方式的C/N在5.35~12.11,其中撂荒地的C/N最高,坡耕地最低。【结论】撂荒地比坡耕地更有利于SOC和TN的蓄积;虽然林地、果园和坡耕地3种土地利用方式对土壤TN的影响不显著,但林地比果园和坡耕地更有利于SOC的积累;撂荒地有机质的矿化分解程度最低,最有利于土壤中有机质的积累。     

不同保护性耕作方式对微团聚体有机碳氧化稳定性的影响

【目的】探讨保护性耕作措施对土壤微团聚体有机碳含量及其氧化稳定性的影响。【方法】以关中平原历时7年、不同耕作方式(深松、旋耕、免耕、秸秆还田+传统耕作、传统耕作)的定位试验田为研究对象,于2008-10玉米收获后采集耕层(0~20 cm)土样,测定了全土及0.05~0.25 mm,0.01~0.05 mm,<0.01 mm土壤微团聚体中总有机碳、易氧化有机碳和难氧化有机碳含量,并对其相关性进行了分析。【结果】与传统耕作比较,深松和旋耕提高了土壤总有机碳含量,降低了有机碳的氧化稳定性,而免耕和秸秆还田+传统耕作对土壤总有机碳含量及氧化稳定性的影响较小。旋耕和深松使土壤总有机碳、易氧化有机碳、难氧化有机碳含量在0.05~0.25 mm和0.01~0.05mm微团聚体中显著增加,而在<0.01 mm微团聚体中有所降低;深松和旋耕对微团聚体有机碳氧化稳定性的影响未达到显著水平,免耕明显降低了各粒级微团聚体有机碳的氧化稳定性。相关分析表明,总有机碳、易氧化有机碳含量在全土和0.05~0.25 mm,0.01~0.05 mm微团聚体之间呈极显著相关关系,而与<0.01 mm微团聚体之间无相关关系。【结论】土娄土总有机碳含量和氧化稳定性主要取决于0.05~0.25 mm微团聚体,深松、旋耕有利于总有机碳含量的积累及有机碳氧化稳定性的降低。     

保护性耕作条件下土壤物理性状的研究

设置留茬覆盖、留茬无覆盖、旋耕3种处理,研究大豆田的土壤温度、土壤水分、土壤容重的动态变化。结果表明,留茬覆盖处理保水、保土、保肥的效果越好,对地表温度影响也越大。留茬无覆盖处理在耕作层(15cm以上)温度要高于旋耕处理,对种子萌发和出苗有利,但是其土壤水分较留茬覆盖处理低。不同耕法条件下0～20cm土层容重:留茬无覆盖留茬覆盖旋耕,但在20～30cm土层3种处理容重差距不大。