华北高寒区多年保护性耕作对农田土壤容重的影响

为了在保护土壤、减抑风蚀的同时,兼顾作物的产量,探索适合华北高寒区的保护性耕作模式,给当地作物生产提供理论依据,在农业部张北野外观测站连续9年不同耕作方式定位研究的基础上,于2007—2009年探讨了免耕、松耕和翻耕对土壤耕层容重的影响。结果表明,3种耕作方式播种期不同耕层土壤容重均以免耕最高,翻耕最低,播前0~10 cm、10~20 cm土壤容重免耕分别为1.65、1.81 g/cm3,翻耕则分别为1.38、1.47 g/cm3,收获期土壤容重差异不明显。华北高寒区不同耕作方式对农田耕层土壤容重具有明显的影响,翻耕和松耕可以显著降低耕层土壤容重。受作物根系生长生物力的影响,收获期与播种期相比,免耕及松耕农田耕层土壤容重呈下降趋势,翻耕则无明显变化。     

不同土壤耕作方式下稻田土壤微生物多样性研究进展

土壤耕作方式是影响土壤环境和质量重要的因素；土壤微生物是土壤重要的组成部分,是有机质分解营养转化中最活跃的部分。目前,前人开展了不同土壤耕作方式对稻田耕层土壤微生物影响的研究,但是因为土壤类型、气候、田间管理措施等因素的影响,其研究结论各异。为深入了解不同土壤耕作方式下土壤微生物的变化情况,本文系统分析了前人在免耕、旋耕、翻耕等不同耕作方式对土壤微生物影响的研究进展。结果表明：(1)免耕处理下土壤微生物生物量碳、氮含量高于翻耕和旋耕,土壤微生物生物量随着土壤深度的增加而减少。(2)不同耕作处理间微生物数量及酶活性均存在着显著差异,微生物数量及酶活性均随土壤深度、季节变化、耕作年限等变化而改变,微生物数量总体趋势呈现细菌>放线菌>真菌数量。(3)保护性耕作下土壤微生物多样性高于翻耕、旋耕等耕作处理且土壤微生物多样性随着土壤深度增加呈下降的变化趋势。总的来说,本文总结了目前不同土壤耕作方式下土壤微生物的研究进展,并深入分析了对所出现差异的原因,其结果对今后进一步研究我国南方双季稻田根际土壤微生物的变化规律提供参考依据,为完善我国南方双季稻田土壤耕作方式、保护稻田生态环境提供理论依据。     

轮耕对双季稻田耕层土壤养分库容及Cd含量的影响

研究长期不同耕作措施下双季稻田土壤结构、养分及重金属含量的变化规律,对构建稻田合理耕层、提升耕地质量、促进粮食可持续丰产具有重要意义。2005-2014年在湖南醴陵双季稻田设置长期免耕(NT-NT)、长期旋耕(RT-RT)、长期翻耕(CT-CT)、翻免轮耕(CT-NT)和旋免轮耕(RT-NT) 5种耕作方式定位试验,测定并分析不同耕作方式对耕层深度、土壤容重、土壤C、N、P、K养分含量、养分库容量及重金属Cd含量等的影响。结果表明,NT-NT由于长期没有动土,土壤容重较高,而RT-RT、CT-CT、CT-NT和RT-NT均使土壤容重值降到了较理想区间。CT-NT和RT-NT 0~5 cm耕层土壤有机碳、活性有机碳、全氮、碱解氮、有效磷、速效钾和Cd含量均显著低于NT-NT,而高于RT-RT、CT-CT,说明NT-NT在促进土壤养分向表层聚集的同时,也促进了土壤镉向表层聚集,且随着耕作频率的增加土壤表层养分及土壤镉均呈下降趋势。CT-NT和RT-NT 5~10 cm耕层土壤各养分含量均显著高于NT-NT,而10~20 cm耕层土壤各养分含量均低于RT-RT、CT-CT,说明轮耕促进了土壤养分积累并主要向土壤中层聚集。耕层厚度、有效养分总库容量及土壤Cd含量均表现为RT-RT、CT-CT>CT-NT、RT-NT>NT-NT,说明随着耕作频率减少土壤耕层逐渐变浅,有效养分总库容量逐渐变小,土壤总镉、有效镉含量也逐渐降低。本研究表明,长期免耕和长期翻(旋)耕均存在一定弊端,长期免耕虽然降低了土壤镉含量,但同时也降低了土壤养分库容,长期翻(旋)耕虽然增加了土壤养分库容,但同时也增加了土壤镉含量,而合理土壤轮耕既可改善土壤结构,促进土壤养分积累、增加土壤养分库容,又能适当降低土壤镉含量,改善土壤环境。     

秸秆全量还田下土壤氮素特征对耕作措施的响应

为揭示北疆地区秸秆全量还田下不同耕作措施对土壤氮素特征的影响,进而筛选出适宜北疆复播大豆资源高效利用的耕作措施。于2019年进行了复播大豆田间试验,在冬小麦收获后秸秆全量还田条件下,设置了翻耕（TS）、翻耕覆膜（TPS）和免耕秸秆覆盖（NTS）3种耕作措施处理,研究不同耕作措施对复播大豆土壤铵态氮、硝态氮及氨挥发的影响。结果表明,复播大豆花期施肥后,土壤氨挥发速率和积累量表现为TPS>TS>NTS;不同耕作措施下土层0~20cm硝态氮和铵态氮含量差异显著,0~20cm耕层TPS和TS处理土壤硝态氮含量分别较NTS处理高17.12%和18.45%,铵态氮含量分别高82.76%和4.66%。综合考虑认为,秸秆全量还田下,北疆复播大豆适宜的耕作方式为翻耕覆膜。     

耕作方式对潮土有机碳及碳库管理指数的影响

为了探明华北潮土区农田耕作方式对土壤有机碳库及碳库管理指数的影响,应用田间试验,研究撂荒、翻耕、免耕和旋耕4种方式下,耕层(0~20 cm)土壤总有机碳和不同态活性有机碳含量的变化,对比分析不同耕作方式对土壤碳库管理指数的影响。结果表明：免耕和旋耕均有利于土壤有机碳累积,与撂荒相比,免耕和旋耕处理土壤总有机碳含量分别增加26.42%和12.52%;土壤活性有机碳对不同耕作措施的响应不同,与撂荒相比,翻耕、免耕和旋耕处理,土壤易氧化有机碳含量分别提高23.72%,44.34%和27.84%,水溶性有机碳含量分别降低了24.11%,24.56%和43.89%。土壤微生物量碳含量仅在免耕方式下提高了109%,其他耕作方式下没有显著变化;免耕、旋耕和翻耕处理下,土壤碳库活度、碳库指数均显著增加,碳库管理指数分别比撂荒处理提高47.82%,27.18%和30.47%,可见耕作对优化土壤碳库管理具有显著促进作用。     

耕作方式对农田土壤微生物功能多样性的影响

通过种植前对土壤进行不同耕作处理试验,探讨不同耕作方式对土壤微生物群落代谢功能多样性的影响。采用Biolog-ECO微平板检测法,研究了撂荒、翻耕、免耕和旋耕4种不同耕作方式下土壤微生物碳源代谢的多样性变化特征。结果表明：在168 h培养期内,撂荒和免耕处理下AWCD值明显高于翻耕和旋耕处理;免耕条件下微生物功能多样性指数、优势度指数和丰富度指数与撂荒条件相似,而进行翻耕和旋耕后,三指标均显著下降。土壤微生物群落主成分分析和聚类分析结果显示,免耕条件下,土壤微生物具有接近于撂荒处理的碳源代谢模式和代谢能力,翻耕和旋耕则差异较大。分析试验结果,不同耕作方式对土壤微生物群落代谢和功能多样性产生较显著影响,免耕对其具有较好的保护作用。     

华北平原免耕冬小麦生长发育特征研究

2004—2006年在河北栾城中国科学院农业生态试验站开展了不同耕作方式下冬小麦生长发育特征及其影响因素的比较研究。冬小麦基本苗数和分蘖率在不同耕作方式间差异显著, 表现为免耕<旋耕<翻耕。免耕处理冬小麦分蘖成穗率高于翻耕和免耕处理, 但基本苗数低, 2004—2005生长季比翻耕和旋耕处理分别低28.9%和29.7%, 2005—2006生长季分别低11.7%和10.0%; 免耕处理冬小麦株高、叶面积指数、地上部干物质积累和产量均低于翻耕和旋耕处理, 其中叶面积指数在2004—2005和2005—2006生长季的最高值分别为2.9和6.0, 产量比翻耕降低30.1%和27.19%、比旋耕降低15.3%和25.20%。免耕可保持耕层较高的土壤水分含量, 总体上高于翻耕和旋耕处理; 免耕处理在冬小麦苗期和返青期表现出明显的“降温效应”, 耕层土壤日均温度低于翻耕和旋耕, 冬小麦出苗和返青较翻耕和旋耕分别晚1~3 d和4~5 d。     

耕作方式对燕麦田土壤微生物群落多样性的影响

为探究不同耕作方式对燕麦田土壤微生物群落多样性的影响,丰富土壤微生物的种类与数量,设置机械免耕和传统翻耕2种耕作方式,分别于燕麦拔节期和灌浆期取0~20cm土壤样品,用16S rRNA测序技术和ITS测序技术分别对土壤细菌和真菌进行测序,分析微生物群落多样性与差异性。结果表明,在免耕处理下,土壤微生物的种类更多,丰度更高。优势度分析显示,真菌优势菌门为子囊菌门和担子菌门;细菌优势菌门为放线菌门、变形菌门和酸杆菌门。因此,免耕处理较传统翻耕处理提高了土壤微生物多样性,为燕麦田耕作方式的选择提供理论依据。     

不同耕作方式与秸秆还田对土壤养分及小麦产量和品质的影响

为探寻稻麦两熟区高产优质高效的耕作方式和秸秆还田组合,从2001年开始,在长江中下游稻麦两熟区进行田间连续定位试验。设置稻麦双季免耕与秸秆还田（NTS）、麦季免耕与秸秆减量还田（RNT）、稻季免耕与秸秆减量还田（RCT）、稻麦双季翻耕与秸秆还田（CTS）、稻麦双季少耕与秸秆减量还田（MTS）以及稻麦双季翻耕无秸秆还田（CT,对照）6个处理。分析了不同耕作方式与秸秆还田组合下2009-2018年土壤有机质与全氮含量的变化,进一步明确其对小麦产量与品质的影响。结果表明,连续秸秆还田显著提高耕层土壤养分含量,其中MTS处理下土壤有机质与全氮含量较对照分别增加了29.64%和19.76%,具有明显的养分积累效果;但连续免耕不利于小麦产量的提高,RNT和RCT处理小麦产量较高,分别比NTS处理增加了16.33%和10.34%;同时RNT处理小麦的加工品质及面条质量也有提高趋势。因此,麦季免耕与秸秆还田结合的耕作模式有利于提高中弱筋小麦的产量和品质,可作为该地区发展优质高产高效小麦优先选择的耕作技术组合。     

轮耕对小麦–玉米两熟农田耕层构造及作物产量与品质的影响

为了解不同轮耕模式对小麦-玉米两熟制耕层构造、作物产量和品质的影响,从2009年小麦季开始至2012年玉米生长季结束连续3个种植周期设置小麦季免耕、深松或翻耕+玉米季免耕或深松的6种耕作模式组合,研究其对农田土壤孔隙度和水分含量、作物产量、以及籽粒蛋白质含量、油分含量和容重的影响。结果表明,与免耕相比,玉米季深松大幅度提高0~40 cm土壤的周年总孔隙度,小麦季深松或翻耕改善了土壤孔隙状况。小麦季耕作和玉米季耕作的交互效应是各层次土壤毛管孔隙度的决定因素,而玉米季耕作的独立效应是土壤各层次非毛管孔隙度的决定因素。小麦季深松和翻耕促进小麦生育后期对土壤水分的吸收,深松较翻耕和免耕处理的小麦产量显著升高。玉米季深松比免耕提高了玉米在灌浆阶段对水分的吸收,有利于提高玉米产量,同时对后茬小麦有积极作用。从全年产量与品质看,6种耕作模式组合中,全年两季深松效果最佳,其次是小麦季深松+玉米季免耕,这两种轮耕模式均适合在华北平原推广应用。     

不同耕作和有机培肥措施对土壤理化性质及小麦产量的影响

为探索黄淮海潮土区小麦最佳耕作和施肥模式,以河南省夏邑县潮土试验基地为平台设置了2种耕作方式（深耕和旋耕）和5种施肥模式（不施肥、单施化肥及3种化肥配施有机肥）,测定不同耕作和培肥措施下土壤理化性质、植株和籽粒氮、磷、钾含量及产量。结果表明,增施有机肥显著提高了表土层和犁底层土壤全氮、速效磷、速效钾和有机质含量;旋耕条件下土壤表层养分高于深耕。旋耕增施有机肥促进了植株和籽粒氮、磷、钾含量,籽粒氮和植株氮在化肥配施有机肥22 500kg/hm²时效果最佳;籽粒磷和植株磷含量在化肥配施有机肥7 500kg/hm²时效果最佳。深耕增施有机肥明显提高了小麦产量,最佳有机肥施用量为化肥配施有机肥15 280kg/hm²。     

不同免耕模式对水稻产量及土壤理化性状的影响

为了研究不同免耕栽培模式对水稻产量及土壤理化性状有何不同影响,采用田间定位试验,以常规插秧为对照,研究免耕直播和免耕抛秧对水稻产量的影响及土壤理化性质变化。结果表明：此试验条件下,免耕直播前期分蘖速度较快,株高、结实率及产量都较高,穗粒数和千粒重则与常规插秧相当,而免耕抛秧有效穗较多,但穗粒数、结实率、千粒重及产量均较低。在土壤理化性状方面,与常规插秧比,免耕栽培稻田表层（0~5cm）土壤有机质增加,腐殖质品质改善,>0.25mm水稳性大团聚体、全量氮、速效磷和速效钾养分含量都有提高。两种免耕栽培模式中,免耕直播的腐殖质品质、>0.25mm大粒团聚体含量及速效磷高于免耕抛秧,而土壤有机质总量和速效钾则低于免耕抛秧。免耕栽培模式有利于稻田表层土壤肥力的改善;此试验条件下,免耕直播更有利于提高水稻产量。     

稻田免耕年限与复耕次数对土壤容重和水稻生长的影响

试验以免耕1~10年稻田和免耕3~6年后复耕1次、复耕2次、复耕3次稻田为对象,探索不同免耕年限与复耕次数对稻田土壤容重和水稻生长的影响,以期为因地制宜推广免耕技术提供科学依据。结果表明：无论土壤表层还是下层,免耕土壤容重总是大于翻耕土壤,且随着免耕时间的延长,其土壤容重逐渐加重,免耕3年及以后处理土壤容重显著大于翻耕处理(P<0.05),随着复耕次数的增加,土壤容重逐渐降低。连续免耕1~5年的田块,免耕栽培处理水稻最高苗和有效穗以及产量均表现为比翻耕栽培处理高,免耕6年处理表现相对平缓稳定,免耕7年及以后分蘖能力和产量明显下降。免耕3~5年后进行复耕处理水稻分蘖能力和产量总是低于对应的免耕4~6年处理,且随着复耕次数的增加差距逐渐扩大,免耕7年处理水稻分蘖能力和产量与免耕6年后进行复耕1次处理基本持平。结论为稻田免耕应以6年内为宜,当稻田连续免耕超过最适年限后,需要进行复耕作业,复耕1次即可。     

紫云英和稻草还田免耕抛栽对水稻产量和土壤肥力的影响

【研究目的】研究紫云英和稻草还田免耕抛栽对水稻产量和土壤肥力的影响,为南方稻区免耕抛秧栽培技术的推广应用提供参考。【方法】2007-2008年在连续两年双季稻免耕抛栽定位试验的基础上,以翻耕抛栽处理为对照,探讨紫云英和稻草还田免耕抛栽对土壤物理性状、养分、土壤酶活性、土壤微生物和水稻产量的影响。【结果】连续免耕两年以后,免耕水稻产量低于翻耕处理,施用有机肥能够提高水稻单位面积的有效穗数和每穗粒数,从而提高水稻产量;随着稻田免耕时间的延长,土壤物理性状变差,紫云英和稻草还田可以降低土壤容重,改善土壤孔隙性;免耕稻田的土壤养分在表层土壤富集,紫云英和稻草还田对提高翻耕处理土壤养分的效果更明显;脲酶,过氧化氢酶、多酚氧化酶、过氧化物酶的活性均与土壤全氮含量呈极显著相关;土壤微生物总量免耕处理小于翻耕处理,免耕土壤细菌的数量增加,而放线菌和真菌的数量减少,施用有机肥后三大类微生物数量均有所增加。【结论】紫云英和稻草还田可以提高水稻产量,降低土壤容重,改善土壤孔隙性,缓解长期免耕导致的土壤板结,有利于土壤养分含量和土壤酶活性的提高,改善微生物的生存环境。     

耕作方式对伊犁河谷旱地农田土壤物理性质和小麦产量的影响

为探讨耕作方式对新疆旱地农田土壤物理性质及小麦生长的影响,在免耕、传统耕作和深松3种耕作方式下,通过田间取样和室内烘干称重测得新疆旱地农田土壤容重、孔隙度、土壤含水量、土壤三相比值及小麦产量数据。结果表明：不同耕作方式下土壤容重、孔隙度、含水量、三相比R值和产量表现出一定差异。相比于免耕,传统耕作和深松降低了土壤容重,增加了土壤孔隙度、土壤含水量,改善了土壤三相比例,尤其深松处理土壤容重和孔隙度显著改善。小麦产量以深松处理最高,分别比传统耕作、免耕增加20.71%、24.28%。因此,深松有利于改善土壤结构、改良土壤物理性质,促进小麦产量提高。     

保护性耕作对潮土物理性质的影响

为了研究保护性耕作对土壤物理性质的影响,以黄淮海平原典型潮土区小麦—玉米轮作系统的长期定位试验为基础,探讨不同耕作方式与秸秆还田处理下土壤容重、饱和导水率、紧实度、含水量的变化。结果表明,0~20 cm土层,土壤容重、土壤紧实度随着翻耕频率的减少而增加,每两年翻耕一次(CNTW2T)和每四年翻耕一次(CNTW4T)的土壤紧实度比长期免耕分别降低了40%、17%,土壤紧实度与土层深度呈显著正相关;保护性耕作改变土壤导水性能,随着免耕年限的增加,土壤饱和导水率显著降低;少免耕土壤含水量比传统翻耕高0.77%~3.01%。秸秆覆盖能显著降低土壤紧实度,改良土壤压实状况,提高土壤饱和导水率,减少土壤水分蒸发,从而改善土壤保水能力。免耕有利于土壤蓄水保墒,但长期免耕易导致土壤压实,不利于作物生长,少耕(CNTW2T、CNTW4T)既可改善土壤导水、保水性能,又可减少土壤压实,因此在黄淮海平原实施少耕与秸秆还田相结合的保护性耕作有利于改良土壤物理性质,提高土壤保水能力。     

黄河故道滨海中低产田耕作与增施有机肥对土壤性状及稻-麦周年产量的短期影响

提升中低产田耕地质量是保障地区粮食持续生产能力的重要途径。通过在江苏省滨海县稻-麦轮作区周年秸秆全量还田条件下设置耕作方式与增施有机肥处理,探讨了耕作与有机肥施用对土壤地力及稻麦产量的影响。结果表明,免耕和旋耕处理有助于提升土壤有机质及碱解氮含量,与耕翻处理相比,旋耕处理土壤有机质含量提升13.0%~21.2%,碱解氮含量提高3.6%~26.4%。短期对土壤物理结构改良的效果为耕翻>旋耕>免耕处理,增施有机肥可以降低土壤容重,增加土壤有机质含量,但对产量几乎没有影响。从周年角度来看,有机无机肥结合、耕翻与浅旋结合有助于改善土壤结构和提升土壤肥水水平,麦季以旋耕处理产量最高,稻季以耕翻处理产量最高。黄河故道稻-麦轮作区中低产田通过在传统化肥基础上增施有机肥、旋耕与深翻交替可以在提升耕地质量的同时实现较高产量。     

耕作方式对成都平原稻麦轮作系统吸收累积镉的影响

为研究不同耕作方式（翻耕、旋耕、免耕与秸秆还田）对成都平原水稻-小麦轮作系统吸收累积重金属Cd的影响,探讨Cd污染耕地最优的耕作方式,在轻度污染农田开展了2年定位试验,研究翻耕秸秆还田、翻耕无秸秆、旋耕秸秆还田、旋耕无秸秆、免耕秸秆还田和免耕无秸秆处理对作物产量以及收获物、秸秆和土壤中重金属Cd含量的影响。试验结果表明,与旋耕和免耕相比,翻耕处理能够显著降低小麦籽粒和水稻稻谷中的重金属Cd含量。相同耕作方式下,是否秸秆还田对小麦籽粒和水稻稻谷中的Cd含量影响不显著。在翻耕条件下,表层土壤有效Cd和总Cd含量、小麦和水稻秸秆中Cd含量均显著低于旋耕和免耕处理。因此,从保证作物产量和降低农产品Cd含量的角度出发,翻耕可作为成都平原轻中度Cd污染耕地水稻-小麦安全生产的一项有效技术措施。