贵州坡耕地三种种植模式的水土保持效果对比研究

通过研究紫花苜蓿—玉米间作、作物分带轮作和玉米单作3种种植模式下地表覆盖度和表层土壤含水量月变化,年均土壤和养分流失量以及产量等,比较不同模式的水土保持效果。结果表明:紫花苜蓿—玉米间作与分带轮作模式可保持坡耕地全年覆盖,并在整个雨季保持较高的覆盖度。紫花苜蓿根系发达,增加了0—20cm耕层土壤中的根量,增强了土壤的渗透能力,保护了生物多样性,可减少地表径流39.3%,减少土壤侵蚀59.3%;分带轮作可减少地表径流10.4%,减少土壤侵蚀21.3%;两种模式都提高了雨季前和雨季耕层土壤中的水分,减少了水土流失引起的有机质流失29.9%～52.4%,全N流失26.7%～54.9,全钾流失27.3%～70.9%,缓效钾流失21.4%～58.9%,提高玉米产量33.0%～35.9%;紫花苜蓿—玉米间作还可收获紫花苜蓿干草13 664kg/hm2,复合产量是农民习惯的4.1倍;分带轮作可收获大豆、红薯、油菜等,复合产量为12 492kg/hm2,是农民习惯的2.7倍。     

施用磷肥对土壤磷层化和水质的影响

免耕会导致耕地中磷(P)层化,进而促使农田可溶性磷(SP)的流失,导致富营养化。为减少土壤磷流失,提出玉米—大豆轮作区减少土壤磷层化和径流磷流失的施肥策略。实验共设立未施肥、施用磷酸二铵(DAP)、施用磷酸一铵(MAP)、地表施肥(干性肥料或液体肥料)两种施肥方式、注入肥料(干性肥料或液体肥料)、耕作施肥以及覆盖作物措施9个实验样地。隔年施肥量为24.4 kg/hm~2,逐年施肥量为9.6 kg/hm~2。翻地与其他处理相比,在0～5 cm表土层中可溶性磷含量更高。在降雨实验中,肥料来源和施肥量对径流中的总磷量和可溶性磷量影响不大。实验中可溶性磷浓度最高的地块为隔年施磷酸二铵的实施覆盖作物措施的样地。注入肥料施肥法在降低土壤可溶性磷的流失的同时加剧了土壤侵蚀及总磷的流失。耕种时注入液体肥料(聚磷酸盐)的样地损失的总磷量和可溶性磷量比地表施肥的样地低。     

中层黑土不同耕作方式下玉米和大豆产量及经济效益分析

为探索免耕与常规耕作下玉米和大豆的产量和经济效益,2001年秋开始在吉林省德惠市中层黑土上进行免耕、秋翻和垄作耕作方式下的不同轮作试验。试验结果表明：免耕玉米和大豆的田间作业次数比垄作、秋翻的作业次数分别减少3～6次。不同耕作方式对玉米产量的影响直到2006年才逐渐显现出来,垄作玉米年均产量最高,为10136kg·hm^-2,比产量最低的免耕玉米连作高12．3％,但几种耕作方式间玉米和大豆年均产量均无显著差异。按农业生产成本排序,玉米为秋翻〉免耕〉垄作,大豆为秋翻〉垄作〉免耕。按经济效益排序,玉米为垄作轮作〉免耕轮作〉秋翻轮作〉免耕连作〉秋翻连作,大豆为免耕轮作〉垄作轮作〉秋翻轮作。除玉米连作外,免耕不会降低作物产量,其中免耕玉米-大豆轮作可获得与常规耕作相当的玉米产量和较高的大豆产量。从生产成本和经济效益来看,免耕处理在人工和农机上的生产费用比其他处理少,且免耕轮作的经济效益明显大于秋翻,但长期效果如何还有待于进一步的试验和观测。     

轮作对作物生物量影响的研究

美国中西部地区的农作物以玉米为主,轮作是提高作物产量和保护环境的重要耕作措施之一。研究单作玉米(CC),玉米—大豆轮作(CS),玉米—大豆—小麦轮作(CSW)对作物产量和碳(C)和氮(N)质量分数及果实、秸秆和玉米芯中C、N所占比例。在威斯康星州3个试验点,连续4 a(2011—2014年)测定作物生物量。方差分析表明,轮作对作物总生物量、秸秆中C质量分数及试验点与轮作交互作用对大豆产量影响差异显著。轮作可提高玉米和大豆产量,CSW玉米的产量比CC和CS提高了15%和8%。CS或CSW玉米产量比CC提高了540 kg/hm^2,轮作玉米的果实、秸秆、玉米芯生物量占总生物量比例分别为52%、41%和7%。轮作对玉米果实、秸秆中N质量分数、C/N比影响差异不显著。     

10 a保护性耕作下轮作系统土壤碳氮磷生态化学计量特征

[目的]研究长期免耕和秸秆覆盖对轮作系统土壤质量的影响规律和机制。[方法]比较分析了10a传统耕作、免耕、传统耕作+秸秆覆盖和免耕+秸秆覆盖的玉米—冬小麦—大豆轮作系统0—200cm内土壤有机碳、全氮、全磷含量及其生态化学计量比变化。[结果]长期免耕提高土壤表层C和N的含量,仅秸秆覆盖对C和N含量的影响不大;长期保护性耕作对土壤P含量没有显著影响;保护性耕作使N和P最低含量均出现在20—30cm,而传统耕作则在30—60cm土层最低;土壤C/N,C/P和N/P均普遍低于10a前,C/P和N/P的变化量随土层深度增加均呈现出先降低后增高的趋势。[结论]10a保护性耕作对C,N,P的影响均不明显,但4种耕作模式下,土壤C/N,C/P和N/P均普遍低于10a前。     

不同耕作措施下SCS-CN模型中CN的比较研究

SCS-CN模型可用来估算降雨地表径流,径流曲线数(CN)是SCS-CN模型反映降雨前流域特征的一个综合参数。在俄亥俄州北阿巴拉契亚的3个实验流域(NAEW),对连续长期免耕流域(WS191)及其它不同耕作措施流域的CN,进行对比试验研究。实验处理包括:玉米,小麦,玉米-小麦-草甸-草甸轮作(CWMM),连续种植草甸,连续免耕玉米,覆盖玉米以及传统耕作玉米。在免耕期间免耕玉米的平均径流量为4.0 mm/a,永久草甸为44 mm/a,免耕玉米的平均径流量是永久草甸的11%。在同一个流域(WS191)连续48a免耕玉米与免耕前的传统耕作相比CN显著减少到66.3,自然资源保护服务手册值中CN值大于82。免耕玉米地CN值较小可能是由于众多蚯蚓的存在增大了土壤孔隙率,从而增强了土壤的入渗率。覆盖耕种玉米的CN(74.6)明显低于传统耕作玉米的CN(90.6)。连续草甸的CN值也较高(77.4)。在轮作的小麦年CN值(63.7)也较小,这表明有机农业可产生较小的CN。连续免耕玉米(66.3)比CWMM(61.9)CN值大,表明施行免耕的草甸可有效减少径流,CN最低约为60。该实验结果适用于与NAEW流域具有类似的地形、管理实践、地质、土壤与气候相似的流域。手册值与实测的CN之间的差异表明,实测值比手册值更具有代表性。     

作物生长期三种棉花耕作法对水土流失的影响

在亚巴拉马州田纳西流域,对棉花生长期的三种耕作法,在天然降雨条件下引起的地表径流和土壤流失进行了小区试验研究.传统耕作法产生的土壤流失量最大,其次是少耕法无覆盖和少耕法有覆盖(冬小麦覆盖作物).依据传统耕作的最晚栽培时间,将作物生长季节划分为两个时期,在第1个时期里所有耕作处理小区的土壤流失量,占总土壤流失量85%以上.在播种阶段,传统耕作小区产生径流最大,而在其它所有生长阶段,少耕无覆盖小区产生的径流最大.在高强度降雨条件下,两种少耕法比传统耕作产生更大的径流量.少耕有覆盖、少耕无覆盖及传统耕作试验小区,3年平均籽棉产量分别为2223,2123,2076kg/ha.由于耕作方法不同,籽棉产量也不同.在干旱年景,水土保持耕作法的经济效益明显超过传统耕作法.1987年在作物种植前和临界生长期,因为连续两次干旱,使少耕有覆盖小区出现了严重减产现象.     

美国关于免耕和轮作周期对侵蚀影响的研究

与传统耕作相比 ,免耕可减轻土壤侵蚀、提高燃料利用率和劳动效率 ,并有助于减少温室气体排放量和碳的流失 ,但会一定程度地降低作物产量。所以很多农民不愿采用免耕。不同作物品种间轮作可提高作物产量 ,防止病虫害。免耕与作物轮作科学地相结合 ,既能保护环境、防止土壤侵蚀 ,又可改善土壤理化性质、提高作物产量 ,进而增加农民收入 ,提高农民采用免耕措施的积极性     

连续耕作和轮作对作物产量,残茬复盖及土壤水分的影响

不同耕作和轮耕制对作物产量反应的信息对决定一个区域或地区特定生产系统的适应性是必要的。本试验旨在确定玉米单作和玉米－大豆轮作情况下，连续耕作和轮耕顺序对残茬复盖，土壤水分和籽粒产量的影响。在５年试验期间，对传统的连续耕作（简称ＣＴ），连续免耕（ＮＴ），或每隔一年的ＣＴ和ＮＴ轮耕效果进行了评估。试验地的土壤为：在Ｐｉｅｄｍｏｎｔ地区的为砂粘壤复区，其中的Ｒｉｏｎ的为细砂壤质，热带典型弱发育湿润老成土     

水土保持耕作下陇东玉米-小麦-大豆轮作系统产量、土壤易氧化有机碳动态

在陇东黄土高原定位研究了玉米－冬小麦－大豆轮作系统中4种耕作处理：传统耕作（T1）、耕作覆草（T2）、免耕（T3）和免耕覆草（T4）对作物产量和表层土壤有机碳的影响。结果表明，2001年至2004年，经过2个轮作周期后，4个处理下作物产量无显著差异；免耕＋秸秆还田下土壤易氧化有机碳比传统耕作处理下显著增加2.44g／kg，易氧化有机碳与土壤全氮和水稳性团粒结构有显著的正相关关系，说职水土保持耕作对改善土壤理化性质有积极促进作用。易氧化有机碳组分可指示轻壤质地土壤对耕作措施的响应，水土保持耕作对产量增加的效应滞后于其对土壤理化性质产生的良好效应。     

耕作方式对麦–玉轮作农田固碳、保水性能及产量的影响

【目的】 农田固碳保水性能是影响作物产量的关键因素,研究耕作方式对耕层 (0—20 cm) 土壤碳、水含量和产量的影响,为选择适宜该地区的最佳耕作措施提供参考。 【方法】 保护性耕作长期定位试验始于2002年,种植制度为冬小麦–夏玉米一年两熟,两季秸秆全量粉碎 (3～5 cm) 还田,试验设传统翻耕、深松、旋耕和免耕4种耕作方式。对2015—2016年作物生长各时期土壤有机碳含量、土壤含水量、碳水储量、产量和等价产量等进行了测定。 【结果】 不同处理麦–玉轮作农田0—20 cm土层有机碳含量有所不同。耕作措施对土壤有机碳含量有显著 (P < 0.05) 影响,表现为深松和免耕能显著增加0—10 cm土层有机碳含量,且以深松效果最为显著 ( P < 0.05)。与传统翻耕相比,免耕和旋耕降低了10—20 cm土层土壤有机碳含量;深松比传统翻耕显著 ( P < 0.05) 增加了小麦季土壤有机碳含量,玉米季没有显著性差异 ( P < 0.05)。0—10 cm土层,玉米季旋耕和免耕处理的土壤含水量高于深松和传统翻耕;在10—20 cm土层小麦季免耕处理土壤含水量高于其他三种耕作方式。产量结果表明,深松能有效增加作物的有效穗数、穗粒数和千粒重,进而增加籽粒产量和周年等价产量;免耕显著 ( P < 0.05) 降低了亚表层 (10—20 cm) 有机碳含量,降低穗粒数和千粒重,不利于作物增产。两年小麦玉米单作产量和周年等价产量均表现为深松 > 传统翻耕 > 旋耕 > 免耕。 【结论】 深松能有效促进耕层土壤有机碳积累和保水性能提高,增加作物的有效穗数、穗粒数和千粒重,从而增加产量;免耕显著 (P < 0.05) 提高了表土层 (0—10 cm) 碳储量,有助于增强耕层土壤的保水性能。      

土壤磷分层对水质潜在影响

免耕引起磷(P)分层,加剧农田水溶性磷(SP)流失,导致水体富营养化。伊利湖SP负荷增加,部分原因在于免耕以及随之而来的免耕土壤P分层。通过研究玉米-大豆轮作体系,发现免耕土壤磷分层与磷流失之间的关系。设计了未施肥、磷酸二铵(DAP)、磷酸二氢铵(MAP)、多磷酸盐、撒施、穴施、条施、耕作、种植覆盖作物等9个处理。隔年施肥的施肥量为24.4 kg/hm~2,年年施肥的施P量为9.6 kg/hm~2。条施减少P分层,0～5 cm的SP和Mehlich 3 P显著高于其它处理。不同种类的P肥(MAP、DAP),不同施肥量径流中SP或全P(TP)差异不显著。隔年施DAP(施肥量为24.4 kg/hm~2)种植覆盖作物处理SP浓度最高,这说明覆盖作物不是减少农田SP流失的理想方法。施肥与耕作结合减少了SP流失,但增加了土壤侵蚀,有可能增加TP的流失。穴施液体肥料多磷酸盐(Poly)的SP和TP负荷低于撒施。     

苜蓿-作物轮作研究

苜蓿-作物轮作可提高后茬作物的产量与品质,其作用受作物种类与种植年限、苜蓿地耕作方式 及耕作时间、苜蓿品种与种植年限、作物对土壤中苜蓿-N利用率及施肥水平的影响。苜蓿-作物轮作可改善农田生态环境,提高土壤N素、有机质含量和水稳性团粒结构,降低土壤容重。苜蓿通过生物脱盐和大量吸水可降低地下水位,改良盐渍化土壤,减少地表径流量和土壤冲刷量,减轻农作物病虫草害。     

免耕和轮作对太平洋内陆区水土保持的影响

在3种不同地形进行作物轮作及休耕试验,通过比较免耕、常规扰动耕作和少耕3种措施在径流量、土壤侵蚀量、作物残留量和总产量上的对比,得出以下结论:在排水和平原试验点各耕作系统中作物产量相差不多,在免耕系统中没有显著的产量损失。3个试验中免耕系统都减少了径流和土壤侵蚀,依次为免耕少耕常规扰动耕作,地面覆盖物下降时侵蚀率增大。在排水试验的背坡上,水土流失超过了允许土壤流失量2.2~11.2 t/(hm2·a)。充足的地面覆盖物在这个地形位置上起关键的作用,免耕和少耕处理覆盖率都大于60%。这说明在坡地试验点,免耕和少耕都能有效防止沟蚀和土壤流失的发生。     

传统耕作和保护性耕作对土壤元素流失的影响

土壤元素在作物生长中起着至关重要的作用,农地中土壤元素的流失会降低土壤肥力,影响水质。就条带耕作(ST)和传统耕作(CT)对花生—棉花轮作土壤地表径流和地下径流中各元素含量的影响进行了比较。采用发射光谱法测定了地表径流和地下径流中钙(Ca)、铁(Fe)、钾(K)、镁(Mg)、锰(Mn)、钠(Na)、磷(P)、硫(S)、硅(Si)和锌(Zn)的质量浓度。2006年CT地表径流中各元素流失量明显高于其它年份,这与2006年降水量及施石膏有关。Fe、K、Mn、P、Si和Zn主要通过地表径流流失,Ca、Mg、S主要通过地下径流流失。ST地下径流中Ca、Mg、Na和S的质量浓度低于CT,这表明适宜的耕作方法、最佳的施肥时间可减少农地土壤元素流失。     

洱海流域不同轮作与施肥方式对农田氮磷径流损失的影响

为了探讨洱海流域不同轮作与施肥方式对农田土壤径流氮磷损失的影响,在洱海地区利用田间小区试验,研究了7种轮作模式(大蒜-玉米、大麦-水稻、油菜-水稻、蚕豆-烤烟、大蒜-烤烟、蚕豆-水稻、大蒜-水稻)和3种施肥方式(速效肥、缓释掺混肥、不施肥)下的作物产量以及地表径流氮磷损失特征。与习惯施肥处理(CF)相比,施用缓释掺混肥(BB)能够减少肥料使用量,氮、磷肥减少量分别为9.85%～47.49%和10.81%～63.33%;同时部分作物产量有明显提高,大麦-水稻轮作下水稻产量提高19.69%,蚕豆-水稻轮作下蚕豆产量提高16.99%,大蒜-水稻轮作下大蒜产量提高24.32%,油菜-水稻轮作下油菜产量提高35.79%。7种轮作模式下施用BB肥均能降低土壤径流中氮磷损失,BB处理较CF处理土壤径流总氮和总磷流失量分别降低10.72%～28.80%和17.13%～47.87%。种植烤烟施肥量偏高,易造成土壤径流氮磷流失,总氮和总磷流失量分别达到5 907.00g·hm-2和821.25 g·hm-2;油菜-水稻轮作易造成土壤径流磷损失,总磷损失量达到1 045.77 g·hm-2。研究表明,在洱海地区,施用相应作物专用BB肥能够有效降低土壤径流氮磷损失,蚕豆-水稻轮作是一种较好的减少氮磷面源污染的种植模式。     

轮作体系中免耕管理的经济风险分析

为促进农业种植者应用免耕管理制度,对免耕下的经济效益和传统耕作的经济效益进行了对比,目的是广泛推广免耕管理制度.通过作物产量、作物价格、投入（燃料和肥料）的历史数据,模拟免耕（NT）和常规耕作（CT）稻谷、大豆两年轮作的净效益分布.分析结果表明,风险中立和风险的稻谷生产者将选择NT;在轮作区,免耕大豆效益对整体效益的贡献率较大.     

耕作与轮作方式对黑土有机碳和全氮储量的影响

土壤有机碳(SOC)及全氮(TN)对土壤肥力、作物产量、农业可持续发展以及全球碳、氮循环等都具有重要影响。为探索不同耕作和轮作方式对耕层黑土SOC和TN储量的影响,本文以吉林省德惠市进行了8 a的田间定位试验中层黑土为研究对象,对免耕、垄作和秋翻三种耕作方式及玉米-大豆轮作和玉米连作两种轮作方式下SOC和TN在各土层的含量变化进行了分析,并采用等质量土壤有机质储量计算方法,对比分析了不同处理对0～30 cm SOC和TN储量的影响。结果表明,与试验开始前相比,玉米-大豆轮作系统中,秋翻下SOC和TN储量均有所降低;免耕显著增加了0～5 cm SOC及TN含量,但SOC在亚表层亏损,导致其储量并未增加;而垄作处理下SOC及TN含量在0～5、5～10 cm的均显著增加,0～30 cm储量亦分别增加了4.9%和10.7%。玉米连作系统的两种耕作处理(免耕和秋翻)下SOC和TN储量均有所增加,且TN储量增幅均高于玉米-大豆轮作系统,其中免耕下TN储量增幅是玉米-大豆轮作的3.2倍。所有处理下C/N均呈降低趋势,其中垄作0～5 cm C/N由12.05降至11.04,降低幅度分别是免耕和秋翻的3.2和2.8倍。综上可知,对质地黏重排水不良的中层黑土,玉米-大豆轮作系统下免耕并不是促进SOC固定的有效形式,而垄作则促进了黑土SOC和TN的积累,这不仅有利于土壤肥力的改善,而且是使农田黑土由CO2"源"变为"汇"的有效形式之一。与玉米-大豆轮作相比,玉米连作下三种耕作方式都有利于SOC和TN积累。     

紫色土两种耕作制的产流产沙过程与水土流失观测准确性分析

设计了一种径流观测系统,可以观测表面径流和壤中流。通过观测不同自然降雨和土壤初始条件下的产流产沙过程,揭示了降雨强度较大的情况下,聚土免耕耕作制的产沙强度明显较常规种植的小,说明聚土免耕耕作制防治土壤流失是可行的;但当土壤达到饱和后,聚土免耕的径流强度与常规耕作制常规种植的差异较小,因此,聚土免耕能明显防治径流流失是有限的;水土流失观测小区的坡脚有渗漏阻碍面(墙),不能将表面流和壤中流分开,土壤达饱和后产流发生时,部分壤中流成为地面径流,而使所测得的结果与实际的差异较明显,径流偏多而蚀沙偏少。这一点,在建水土流失观测小区时,应足以重视。     

农作制度对黑河中游沙质土壤硝态氮积累及作物产量的影响

为研究沙地农田不同土壤耕作、覆盖方式和轮作对作物产量、土壤硝态氮含量及积累的影响,在黑河中游边缘绿洲典型沙地进行农田定位试验。试验结果表明,在沙地农田生态系统,相对传统的三耕两耱的耕作方式,减少秋耕对玉米和大豆产量没有显著影响;相对于地膜覆盖处理,麦秆覆盖处理使玉米减产11.3%～18.8%,使大豆产量增加6%;不同处理0～40cm土壤硝态氮积累量存在显著差异,作物收获后传统耕作处理土壤硝态氮的平均积累量比少耕处理低8.5%～22.7%,覆膜处理比覆麦秆处理低7.0%～8.8%,玉米连作处理比玉米-大豆轮作处理高54.9%。分析结果表明,减少秋耕、麦秆代替地膜覆盖均有利于土壤硝态氮在作物根系集中层的积累,玉米大豆轮作对土壤硝态氮积累和淋失的影响仍需进一步研究;该试验研究的继续深入将对维持绿洲农田环境的健康和提高沙地农田生态系统生产力提供重要的理论依据。