免耕对小麦-玉米轮作下玉米季土壤微生物生物量碳、氮的影响

以夏玉米和冬小麦两季作物作为整体来研究保护性耕作对玉米季各生育期土壤微生物生物量碳(SMB-C)和微生物生物量氮(SMB-N)的影响。设置5种耕作处理,分别为小麦、玉米每年均翻耕(CTWT),玉米免耕+小麦每年翻耕(CNTWT),玉米免耕+小麦每2年翻耕(CNTW2T),玉米免耕+小麦每4年翻耕(CNTW4T),小麦、玉米每年均免耕(CNTWNT),所有处理在作物收获后移出地上部分全部秸秆。研究结果表明:在玉米生育期内,各处理土壤SMB-C、SMB-N随作物的生育期表现出先上升,在玉米抽雄期达到最大,然后开始下降,在乳熟期出现低谷,随后缓慢回升的趋势。而在整个生育期内各处理土壤SMB-C、SMB-N表现为CNTWNTCTWTCNTW2TCNTWT。由于SMB-C、SMB-N可作为评价土壤质量的生物学指标,因此可以认为,玉米-小麦轮作保护性耕作体系下,免耕较传统耕作可以提高耕地土壤质量,增加土壤肥力。     

耕作和秸秆还田对土壤团聚体有机碳及其作物产量的影响

通过3年的田间定位试验,研究不同耕作方式、秸秆还田对土壤团聚体、有机碳含量和作物产量的影响。试验共设置6个处理:翻耕+化肥(T1)、翻耕+秸秆还田+化肥(T2)、旋耕+化肥(T3)、旋耕+秸秆还田+化肥(T4)、免耕+化肥(T5)、免耕+秸秆还田+化肥(T6)。结果表明:与翻耕相比,0—20cm土层免耕处理大团聚体(2mm)含量增加35.79%,中粒度团聚体(2~0.25mm)含量增加30.81%,微团聚体(0.25~0.106mm)含量增加25.80%。免耕+秸秆还田的T6处理土壤团聚体中有机碳含量最高,大团聚体(A1)、中粒度团聚体(A2)和微团聚体(M1)中分别比"翻耕+化肥"的T1处理高25.04%,28.55%,18.12%。传统耕作作物产量高于保护性耕作,"翻耕+化肥"的T1处理在2013,2014,2015年的水稻当量产量分别比"免耕+化肥"的T5处理高12.30%,13.22%,15.20%。免耕和秸秆还田等保护性耕作方式提高了土壤团聚体含量,增加了土壤固碳,但一定程度上影响了水稻和小麦幼苗生长,降低了作物产量。     

耕作方式和秸秆还田对砂姜黑土碳库及玉米小麦产量的影响

长期秸秆还田免耕覆盖措施导致沿淮区域砂姜黑土耕层变浅、下表层(10～30 cm)容重增加、土壤养分不均衡等问题凸显,限制了小麦-玉米周年生产力的提高。耕作和秸秆还田措施合理的搭配组合是解决这一问题的有效方法。通过8年的小麦-玉米一年两熟田间试验,设置4个处理:1)玉米季免耕-小麦季免耕秸秆不还田(N);2)玉米季深耕-小麦季深耕秸秆不还田(D);3)玉米季秸秆免耕覆盖还田+小麦秸秆免耕覆盖还田(NS);4)玉米季秸秆免耕覆盖还田+小麦季秸秆深耕还田(DS)。通过分析作物收获后不同土壤深度(0～60 cm)总有机碳(TOC)、颗粒态碳(POC)、微生物生物量碳(MBC)、易氧化态碳(KMnO4-C)、可溶性有机碳(DOC)和土壤碳库管理指数(CPMI),并结合小麦-玉米的周年产量变化,以期获得培肥砂姜黑土的最佳模式。研究结果表明:1)相对于长期免耕措施(N),DS处理能够提高0～30 cm土层TOC、POC、MBC、KMnO4-C等组分含量和CPMI;而NS措施仅提高土壤表层(0～10 cm)TOC、活性有机碳组分含量和CPMI;2)DS处理显著提升了小麦-玉米的周年生产力,其麦玉的周年产量均值分别比N、D和NS处理高出14.7%、12.9%和8.5%;3)MBC和KMnO4-C对于耕作和秸秆还田措施都是较为敏感指示因子。总的来说,玉米季小麦秸秆覆盖还田+小麦季玉米秸秆深耕还田(DS)是改善沿淮地区砂姜黑土土壤碳库、提高小麦-玉米周年产量的一种有效农田管理模式。     

黄淮海平原小麦保护性耕作对土壤动物总量和多样性的影响

强度的耕作管理使土壤生物多样性下降,也使农业可持续发展面临困难,而实行保护性耕作可以缓解这一问题。通过调查小麦季保护性耕作下土壤动物群落结构,分析了耕作方式和秸秆覆盖对土壤动物群落的影响,采用冗余分析（RDA）并设置协变量的方法对土壤动物数量变异进行了研究。结果表明,弹尾目和蜱螨目是土壤动物优势类群,两者数量之和占总数比例约为80％,土壤动物在表层（0～10cm）分布较大,约占总数的75％。土壤动物类群数免耕高于翻耕,覆盖量越大,个体数量越多。免耕在小麦拔节期有更高的多样性指数,但在成熟期土壤动物优势类群明显,多样性指数下降。相似性指数表现为土壤动物类群对环境具有选择性,翻耕和免耕之间类群差异较大。耕作方式、覆盖数量、土壤层次和时间共解释了土壤动物数量变异量的28．7％,其中时间占最大的变异量,为12．2％,其次是秸秆覆盖处理（8．7％）和土壤层次（6．4％）。耕作方式直接解释的变异量较小,但耕作方式显著影响了秸秆覆盖的作用形式,进一步影响了土壤动物的垂直分布状况。     

保护性耕作对土壤水分和小麦产量的影响

采用3种稻田保护性耕作栽培模式与传统栽培模式的定位试验,对成都平原稻田小麦季的土壤水分及产量进行了研究。结果表明:小麦全生育期,免耕覆盖处理的土壤含水率明显地高于翻耕覆盖处理,而翻耕不覆盖处理最差;小麦分蘖高峰期,覆盖处理的土壤含水率比不覆盖处理高17.7%～75.9%,免耕覆盖处理的土壤含水率比翻耕覆盖处理高12.7%～41.0%;免耕覆盖处理的小麦最高茎蘖数又比翻耕覆盖处理增加23.8%～72.3%,均极显著优于翻耕处理;覆盖处理的小麦产量比不覆盖处理增产6.3%～19.5%,免耕覆盖处理比翻耕覆盖处理增产3.2%～8.0%。稻田保护性耕作有利于提高成都平原区小麦产量。     

不同耕作模式对小麦—玉米轮作下潮土养分和作物产量的影响

通过分析裂区设计下的6个处理,即小麦季深耕和旋耕2个主处理×玉米季免耕播种、行间深松和行内深松3个副处理:(1)旋耕+免耕播种(RT—NT);(2)旋耕+行间深松(RT—SBR);(3)旋耕+行内深松(RT—SIR);(4)深耕+免耕播种(DT—NT);(5)深耕+行间深松(DT—SBR);(6)深耕+行内深松(DT—SIR),对土壤养分含量和作物产量影响,筛选适宜于小麦—玉米轮作体系的耕作模式。结果表明,各处理土壤养分含量在小麦、玉米两季中均随土层深度增加而降低。小麦季,旋耕处理0—10cm土层土壤全氮、碱解氮、有效磷含量、硝态氮含量显著高于深耕处理;但深耕增加当季30—40cm土层土壤有机质、全氮、碱解氮、有效磷、硝态氮、铵态氮含量。玉米季,DT—NT处理0—30cm土层有机质含量较RT—NT处理增加40.1%～64.3%。RT—SBR、RT—SIR处理显著提升土壤0—30cm全氮含量,其中RT—SBR处理0—10cm土层全氮含量最高,为1.4g/kg。RT—SIR处理显著增加0—20cm土壤碱解氮含量,较RT—NT显著增加15.0%～25.3%。在0—40cm土层,DT—SBR处理的有效磷含量最高,而RT—SBR处理的速效钾含量最高。DT—SIR处理显著提升20—50cm土层硝态氮和铵态氮含量,其中硝态氮含量为8.5～30.4mg/kg,铵态氮含量为2.6～8.9mg/kg。与小麦季相比,玉米季提升10—20cm土层有机质含量、0—50cm土层的碱解氮、有效磷、速效钾含量以及40—50cm土层的硝态氮、铵态氮含量。DT—SBR和DT—SIR处理穗长、百粒重、收获指数和产量显著高于其他处理,且二者产量较RT—NT处理显著增加6.4%～10.8%。玉米季DT—SIR处理的肥料偏利用率和经济效益最高。综上所述,深耕+行内深松处理有利于增加土壤养分含量,且增产效果较好,在本研究中最优。     

麦稻轮作下耕作模式对土壤理化性质和作物产量的影响

为了探明不同耕作模式对土壤理化性质和作物产量的影响,采用田间定位试验方法,于2007-2010连续4a在麦稻轮作制下开展了本试验研究。结果表明,免耕提高了耕层土壤体积质量,降低了土壤含水率。但是免耕土壤表层(0～10cm)的体积质量仍在作物适宜生长的范围内,并未对作物的生长产生不利影响。免耕促进了土壤有机质和全氮在表层土壤的富集。0～10cm土层有机质和全氮含量比翻耕处理显著增加,而>10～20cm土层上述养分含量明显低于翻耕处理。小麦季免耕土壤的碱解氮、速效磷和速效钾含量的变化趋势与有机质和全氮含量相似,而水稻季免耕处理整个耕层土壤碱解氮、速效磷和速效钾含量均低于翻耕处理。免耕显著的提高了小麦产量,但降低了水稻产量,起主要作用的产量构成因素是小麦和水稻的有效穗数。整个轮作周期的作物产量以小麦免耕水稻翻耕模式的产量较高,比小麦翻耕水稻免耕模式产量增加了5.70%。     

不同免耕覆盖栽培模式对云南春马铃薯适应季节性干旱的影响

为降低云南冬春干旱给旱区农作物带来的农业损失,在云南省马铃薯种植面积较大的曲靖市开展了免耕覆盖栽培试验,试验设置了5种处理:翻耕种植(CK)、翻耕地膜覆盖(处理2)、免耕+玉米秸秆覆盖(处理3)、免耕+玉米秸秆覆盖+宽行地膜覆盖(处理4)、免耕+玉米秸秆覆盖+套种玉米(处理5),分析不同处理对耕层土壤含水率、土壤储水量、马铃薯出苗率、农艺性状和产量的影响,并对其经济效益进行评价。结果表明:马铃薯主要生育期覆盖栽培模式的耕层土壤含水率和土壤储水量都高于CK;覆盖栽培模式的马铃薯出苗率均显著高于CK,处理4的马铃薯出苗率最高,为96.7%。处理4和处理5马铃薯株高与CK及常规种植模式处理2差异显著;处理3、处理4和处理5马铃薯地上部生物量显著高于CK及常规种植模式处理2;处理3和处理4马铃薯商品率显著高于CK,处理4和处理5马铃薯商品率与常规种植模式处理2差异显著;单株结薯数未达到显著水平。马铃薯增产顺序依次为:处理4处理3处理2处理5,其中处理4增产率最高为71.10%。从经济效益来看,5种处理中马铃薯收益最好的是处理4,净收益为12425.07元hm-2,常规种植模式处理2净收益为765.04元hm-2,处理1净收益最低,亏损5941.24元hm-2。综合考虑,马铃薯免耕+玉米秸秆覆盖栽培模式对提高土壤含水率(5.67%)、增加土壤储水量(4.09 m3hm-2)、缓解季节性干旱效果最好,免耕+玉米秸秆覆盖+宽行地膜覆盖栽培模式增产和增效效果最好。     

机械化生态沃土耕作模式提高土壤质量及作物产量

为了解决小麦玉米两作区连年翻耕造成的土壤养分、水分流失、土壤沙化以及长期不耕作不利于作物高产等问题,将翻耕、旋耕、深松等适当结合,建立一种械化生态沃土耕作模式,设置一定的周期,周期内对土壤进行适度的耕作,并与连年翻耕和连年免耕模式进行试验对比。试验结果表明:5 a周期内机械化生态沃土耕作模式可以显著提高各层土壤有机质含量,0~10 cm提高最大达0.2%;连年免耕在前3 a可以显著提高O~10 cm土壤有机质含量,后2 a有所减少;连年翻耕在前3a可以显著提高20~30 cm土壤有机质含量,后2a显著减少。土壤含水率表现为机械化生态沃土连年免耕连年翻耕,随着时间变化,差异越来越显著。0~10 cm土壤容重在5%水平上机械化生态沃土耕作模式和连年免耕显著低于连年翻耕。机械化生态沃土耕作模式下作物产量显著高于连年免耕和连年翻耕,2014年增产优势最明显.比连年翻耕小麦增产30.8%,玉米增产28.4%,比连年免耕小麦增产22.5%,玉米增产20.9%。     

秸秆覆盖免耕条件下中小型土壤动物的生态分布特征

分别于2011年5月、7月和9月,通过设置免耕农田不同的玉米秸秆覆盖率,调查了中小型土壤动物的生态分布特征.采用Tullgren法分离中小型土壤动物,室内显微镜下鉴定.结果表明:共获得中小型土壤动物6 814只.其中优势类群:甲螨(Oribatida)和辐螨(Actinedida),占总个体数的77.71％.土壤动物集中分布在0-10 cm土层,占总个体数的76％,表聚性明显.Margalef物种丰富度指数(R)指数显示,R(全秸秆覆盖+免耕)3.10＞R(50％秸秆覆盖+免耕)2.96＞R(普通玉米田)2.18,说明全玉米秸秆覆盖免耕的农田中小型土壤动物类群多样性最高,个体数量最多.50％秸秆覆盖和全秸秆覆盖处理下中小型土壤动物的丰富度均高于普通玉米田.全秸秆覆盖免耕条件下螨类的数量是2 680只,是普通玉米田螨类数量的1.32倍.在50％秸秆覆盖+免耕、全秸秆覆盖+免耕和普通玉米田这3种不同秸秆覆盖率和土壤环境下,中小型土壤动物的季节分布差异明显.全秸秆覆盖与普通玉米田相比,能提供更丰富的生存条件,有效提高了中小型土壤动物的生物多样性.     

Abundance and depth stratification of soil arthropods as influenced by tillage regimes in a sandy loam soil

Different tillage regimes can change soil micro‐environmental characteristics, which may influence the distribution and abundance of soil arthropods. In this study, soil arthropods and soil properties under a winter wheat–summer maize cropping system were investigated in different tillage regimes over four seasons at two depths. The tillage treatments included conventional tillage (CT ), tillage once a year (T1), tillage every two years (T2) and no‐tillage (NT ). The results showed that the primary taxa of soil arthropod were Acarina (65.8%), Collembola (28.5%), Diplura (1.4%) and Coleoptera (1%) over the whole sampling period. The total arthropod density was influenced by tillage treatments and season of sampling. Values for CT plots were significantly greater than those for the NT plots in autumn and spring. In contrast, the Shannon–Wiener diversity index (H’) and the evenness index (J) were relatively higher in CT treatment. The Acarina/Collembola (A/C) ratio was significantly smaller in NT treatment for some sampling seasons as mites were more sensitive to tillage practices. The QBS ‐ar index did not show a clear pattern among treatments in this study. Soil arthropods notably showed seasonal variation in depth stratification. Relative to CT , the total soil arthropods in the NT plots tended to concentrate in the upper layer due to soil compaction in the lower layer. The climate conditions and soil physical properties were the main factors affecting the soil arthropod distribution and composition, as the soil chemical and microbial properties did not differ significantly among all tillage treatments.     

耕作对土壤生物碳动态变化的影响

本文讨论了耕作方法对作玉米地土壤生物碳动态变化的影响。实验证明，传统耕法、短期免耕和长期免耕处理中的不同点位，土壤生物碳量分布有系统的差异。     

Soil microbial dynamics in maize-growing soil under different tillage and residue management systems

The long-term impact of tillage and residue management on soil microorganisms was studied over the growing season in a sandy loam to loamy sand soil of southwestern Quebec, growing maize (Zea mays L.) monoculture. Tillage and residue treatments were first imposed on plots in fall 1991. Treatments consisted of no till, reduced tillage, and conventional tillage with crop residues either removed from (−R) or retained on (+R) experimental plots, laid out in a randomized complete block design. Soil microbial biomass carbon (SMB-C), soil microbial biomass nitrogen (SMB-N) and phospholipid fatty acid (PLFA) contents were measured four times, at two depths (0-10 and 10-20 cm), over the 2001 growing season. Sample times were: May 7 (preplanting), June 25, July 16, and September 29 (prior to corn harvest). The effect of time was of a greater magnitude than those attributed to tillage or residue treatments. While SMB-C showed little seasonal change (160 μg C g⁻¹ soil), SMB-N was responsive to post-emergence mineral nitrogen fertilization, and PLFA analysis showed an increase in fungi and total PLFA throughout the season. PLFA profiles showed better distinction between sampling time and depth, than between treatments. The effect of residue was more pronounced than that of tillage, with increased SMB-C and SMB-N (61 and 96%) in +R plots compared to −R plots. This study illustrated that measuring soil quality based on soil microbial components must take into account seasonal changes in soil physical and chemical conditions.     

Earthworm response to rotation and tillage in a Missouri claypan soil

 Agricultural management practices affect earthworm populations. A field experiment was conducted to determine the effect of two rotations and two tillage systems on earthworm population density and biomass in a claypan soil. The rotations were soybean/corn and wheat/corn, and the tillage systems were conventional tillage (chisel plowed and disked) and no-tillage. Earthworm and soil samples were collected in fall 1995, spring 1996, and fall 1996. Aporrectodea trapezoides and Diplocardia singularis were the species identified at the site. A. trapezoides accounted for 92–96% of the total earthworm population density and D. singularis accounted for only 4–8%. In a no-till system, soybean/corn rotation resulted in significantly greater population density of A. trapezoides compared with the wheat/corn rotation. Crop residue quality (low C:N ratio) and quantity were important factors in increasing A. trapezoides population density and biomass. Conventional tillage markedly decreased population density and biomass of both earthworm species. Our results suggest that rotation and tillage significantly affect earthworm population density and biomass. Received: 6 June 1998     

免耕对黑土春夏季节温度和水分的影响

通过田间定位试验,研究免耕与常规耕作对东北黑土区玉米和大豆生长早期土壤温度和水分的影响。研究结果表明:播种前,由于免耕与常规耕作(秋翻)覆盖率和含水量不同,免耕处理的玉米和大豆小区土壤的白天5cm地温均低于常规耕作处理,夜间差异不大;相同深度的玉米和大豆秋翻处理土壤日平均温度分别比免耕高0. 7℃和0. 5℃;随土壤深度的增加,土壤温度的差异逐渐减小。播种后,除了下午免耕5cm地温略低于秋翻外,下午至夜间免耕的10cm和15cm地温,均略高于秋翻的土壤温度。这是由于免耕下土壤水分增高引起的土壤热容量加大,从而缓解夜间降温和寒流影响,减缓土壤温度下降的结果。播种前,免耕处理的玉米和大豆地土壤水分分别比秋翻处理高2. 4%和1. 8%。播种后的一个月期间,免耕大豆土壤含水量比秋翻高2. 3%。初步的研究结果表明,免耕可以在一定程度上缓解春季黑土墒情不好的问题,这对保证出苗和幼苗的健康生长非常重要。     

夏闲期不同耕作模式对土壤蓄水保墒效果及作物水分利用效率的影响

为了探讨夏闲期不同耕作模式对土壤蓄水保墒效果及小麦水分利用效率的影响,2007-2010年在宁南旱区采用免耕/深松/免耕、深松/免耕/深松、连年翻耕(传统耕作)3种耕作方式对土壤水分及冬小麦产量的影响进行了研究。结果表明,保护性耕作模式改善了麦田的土壤水分状况,且提高作物产量和水分利用效率效果显著。夏闲末期,相对于传统耕作,免耕/深松/免耕、深松/免耕/深松处理3a平均土壤蓄水量分别增加(P<0.05)3.92%和7.84%,降雨蓄水效率提高(P<0.05)13.64%和22.80%;小麦生育期,3a平均土壤蓄水量分别较传统耕作增加(P<0.05)7.96%和8.60%,平均生育期降水利用效率提高(P<0.05)9.59%和10.69%,平均年降水利用效率提高(P<0.05)9.52%和10.65%;3a平均产量分别较传统耕作提高(P<0.05)9.59%和10.69%,籽粒产量水分利用效率提高(P<0.05)7.17%和7.68%,生物产量水分利用效率提高(P<0.05)3.83%和4.34%。     

耕作方式对东北春玉米农田土壤水热特征的影响

针对东北春玉米农田春季低温冷害和季节性干旱发生频率高的问题,于2009年-2010年设置3种耕作处理,即传统垄作(LL)、平作播种中耕起垄(PL)和全生育期平作(PP),研究大田条件下耕作方式对土壤水分、土壤温度和玉米产量的影响。2a试验结果表明,耕作方式对0～40cm土层储水量有显著影响,其中PL和PP处理播种时的初始储水量比LL处理高8.7和6.0mm,而苗期则分别高4.1和3.4mm;玉米生育中后期PL和LL处理储水量则呈高于PP处理的趋势。3种耕作方式下土壤温度的差异以苗期为主,即5cm土层的平均温度PL和PP处理显著低于LL处理,但最低温度则以PL和PP处理显著高于LL处理,分别高1.6和1.2℃。总体来看,PL处理不仅可提高玉米苗期土壤的最低温度和耕层土壤储水量,而且可增加中后期土壤积蓄雨水量,促进作物生长发育,因而籽粒产量比LL和PP处理分别高7.6%和6.4%。     

免耕与翻耕条件下农田土壤呼吸的比较

采用开路式土壤碳通量测量系统于2010年3-10月在冬小麦-大豆轮作期对免耕与翻耕田土壤呼吸速率、5cm深土壤温度和湿度进行测定,以研究耕作措施对农田土壤呼吸的影响。结果表明,在冬小麦、大豆生长时段,免耕与翻耕田土壤呼吸速率的季节变化趋势基本一致。冬小麦生长时段免耕与翻耕田土壤呼吸速率的平均值分别为2.50±0.14和2.40±0.29μmol.m-2.s-1,大豆生长时段分别为2.82±0.28和3.50±0.52μmol.m-2.s-1。冬小麦生长时段免耕与翻耕田土壤呼吸无显著差异,但大豆生长时段二者存在显著差异(P<0.05),差异最明显的阶段在大豆开花期(7月下旬-8月中旬)。利用温度影响函数(指数函数)和湿度影响函数(二次函数)耦合的模拟模型进行土壤呼吸与土壤温度和湿度的回归分析,得出免耕条件下土壤温度和湿度可以共同解释25.3%的土壤呼吸变异(R2=0.253,P<0.05),翻耕条件下二者可以共同解释44.0%的土壤呼吸变异(R2=0.440,P<0.01)。可见,一方面,耕作措施对土壤呼吸的影响因种植作物而异,与翻耕相比,免耕显著降低了大豆田土壤呼吸,但对冬小麦田无显著影响;另一方面,免耕下土壤温度和湿度对土壤呼吸的影响比翻耕要小。