长期保护性耕作对黄土高原旱作农田土壤碳含量及转化酶活性的影响

【目的】探究黄土高原旱作农田粮草轮作系统长期保护性耕作对土壤碳含量、碳转化酶活性的影响,为旱作农田土壤固碳和农业可持续发展提供科学依据。【方法】基于甘肃庆阳草地农业生态系统国家野外科学观测研究站开展的长期保护性耕作试验（开始于2001年）,分析传统耕作（T）、免耕（NT）、传统耕作+秸秆覆盖（TS）、免耕+秸秆覆盖（NTS）对玉米-冬小麦-饲用大豆粮草轮作系统玉米收获季不同土层（0—5、5—10、10—20 cm）土壤有机碳（SOC）、微生物量碳（MBC）含量、β-葡萄糖苷酶（βG）、纤维二糖水解酶（CBH）、β-木糖苷酶（βX）活性的影响。【结果】（1）保护性耕作措施可显著增加SOC、MBC含量,其中0—5 cm土层提升效果最显著。与传统耕作相比,秸秆覆盖使SOC和MBC含量分别升高19.1%和39.9%,免耕使SOC和MBC含量分别升高15.1%和34.3%。（2）保护性耕作措施显著提高了土壤碳转化酶活性,表现为βG>CBH>βX活性,对保护性耕作措施最敏感的酶是CBH。相比传统耕作,秸秆覆盖使0—5和5—20 cm土层βG、CBH、βX活性分别增加20.3%、37.6...     

不同间伐强度对杉木人工林土壤呼吸速率的短期影响

【目的】比较不同间伐强度下杉木Cunninghamia lanceolata人工林土壤呼吸速率,解释影响土壤呼吸速率的主要因子,为森林经营及碳汇管理提供科学依据。【方法】采用随机区组设计,设置对照(间伐0%)、中度间伐(间伐45%)、重度间伐(间伐70%) 3种间伐处理,采用静态箱-气象色谱法对杉木人工林土壤呼吸速率进行短期原位监测。【结果】间伐显著增加了杉木林土壤呼吸速率(P<0.05),与对照相比,中度和重度间伐的土壤呼吸速率分别增加了23.30%和44.94%。土壤呼吸速率与5 cm土壤温度呈显著指数相关,而与土壤含水量无关。不同间伐处理下,土壤呼吸温度敏感性系数(Q₁₀)为1.77～2.16,对照处理下Q₁₀最高,间伐降低了杉木林土壤呼吸的温度敏感性。杉木人工林土壤呼吸速率与土壤水溶性有机碳、微生物生物量碳和易氧化有机碳呈显著正相关(P<0.01)。【结论】间伐初期,间伐对杉木林土壤呼吸速率有促进作用,且随着间伐强度的增加而增加。土壤温度是土壤呼吸速率变化的主要影响因子,土壤活性有机碳是重要因子。图3表5参44     

夏大豆土壤微生物有机碳及颗粒有机碳对不同耕作措施的响应

【目的】研究周年土壤不同层次碳对耕作措施的响应,为复播条件下进行有利大豆土壤固碳的合理耕作措施提供参考依据。【方法】在2017年大田滴灌条件下,设置翻耕覆膜(TP)、翻耕(T)、深松(ST)、免耕(NT)4种土壤耕作处理,研究不同耕作处理对不同土壤层次土壤总有机碳(SOC)、微生物有机碳(MBC)、土壤颗粒有机碳(POC)含量的影响。【结果】相对于T与TP处理,NT与ST处理均有利于增加0~10 cm表层土壤的SOC、MBC和POC的质量分数,但两者间无显著性差异。在10~30 cm耕作层,TP处理较比于其余三种处理,能保持土壤中SOC、MBC和POC的质量分数。但在土层深度30 cm以下,ST处理的MBC、POC质量分数逐渐与其余三种处理的差异性逐渐增大并呈显著性差异。在0~60 cm土层深度,微生物有机碳与颗粒有机碳占总有机碳的比例范围分别为1.29%~2.35%与17.81%~31.99%,并均在深度至60 cm的土层达到最高点,其占在总有机碳的比率为ST>TP>T>NT。【结论】深松和免耕均能够有效增加表层土壤的SOC、MBC和POC的质量分数,其中深松对土层深度30 cm以下的MBC、POC质量分数与比率具有显著提升,而在土层20~30 cm翻耕覆膜能够更好保持土壤中SOC、MBC和POC的质量分数。     

利用最小限制水分范围评价短期免耕对黑土有机碳矿化的影响

【目的】探索免耕、秋翻和垄作通过土壤物理特性对农田耕层黑土有机碳的影响。【方法】以2001年秋开始在吉林省德惠市中层黑土上进行了7年的田间定位试验小区土壤为研究对象,对免耕、秋翻和垄作3种耕作处理下耕层土壤有机碳含量进行分析。利用不同耕作方式下最小限制水分范围为评价指标来比较不同耕作处理对土壤有机碳矿化的影响。【结果】与秋翻相比,免耕显著增加了0—5cm土层有机碳含量,但5—30cm土层有机碳含量显著小于秋翻。免耕处理土壤有机碳分层率大于其它两种耕作方式。各年份免耕和秋翻处理下最小限制水分范围在0.129—0.170之间,随着耕作年限的增加,最小限制水分范围有减小的趋势,并表现出免耕小于秋翻的规律性。【结论】随着耕作年限的增加,覆盖于地表的秸秆在土壤有机碳表层累积过程中已经发挥了明显作用,与秋翻和垄作相比,免耕处理下土壤有机碳的分层率最大;最小限制水分范围可以用来评价免耕对土壤有机碳的影响,通过最小限制水分范围说明免耕对土壤有机碳的固定作用开始显现。     

刺槐林凋落物输入量变化对土壤有机碳的影响

【目的】分析刺槐林凋落物输入量变化对土壤有机碳含量的影响,以探明其调控机制,为预测全球变化背景下土壤碳动态提供科学依据。【方法】2018年3月-2019年3月,在黄土高原中部,选择林龄15年的典型人工刺槐林开展野外试验,设置对照（地上凋落物输入量无变化）、地上凋落物完全去除和加倍3个处理,采集0～10和10～20 cm土层的土壤样品,测定不同处理的土壤温度、含水量、有机碳、易氧化有机碳、顽固性有机碳、微生物生物量碳含量以及土壤呼吸速率,并用结构方程模型对土壤有机碳与土壤呼吸速率、微生物生物量碳之间的关系进行了分析。【结果】在0～10 cm土层,与对照相比,地上凋落物去除处理土壤温度在2018年6,9和12月份均显著增加,而在2019年3月份无显著差异;地上凋落物加倍处理土壤温度在整个试验期间与对照相比均无显著差异。在2018年6月和9月,土壤含水量在3个凋落物处理间均无显著差异;而在2018年12月,与对照相比,凋落物去除处理0～10 cm土层土壤含水量显著降低了24.44%,而地上凋落物加倍处理无显著变化;在2019年3月,3个凋落物处理土壤含水量差异显著。2019年3月,在0～20 cm土层,与对照相比,凋落物加倍处理中土壤有机碳、易氧化有机碳、顽固性有机碳含量均无显著变化,而地上凋落物去除处理的土壤有机碳、易氧化有机碳、顽固性有机碳含量均明显增加且总体差异达显著水平。在0~10 cm土层,与对照相比,地上凋落物加倍处理仅在2018年6月显著降低了土壤微生物生物量碳含量;凋落物去除处理土壤微生物生物量碳含量在2018年6月显著降低了71.96%,而在2018年9月和12月分别显著增加了101.59%和120.27%。对照和地上凋落物加倍、去除处理的土壤呼吸速率分别为1.41,1.84和1.32 μmol/（m²·s）。结构方程模型表明,土壤呼吸速率和土壤微生物生物量碳含量能解释土壤有机碳41 %的方差变异,且土壤有机碳与土壤微生物生物量碳呈显著正相关关系,而与土壤呼吸速率呈极显著负相关关系。【结论】在黄土丘陵区,短期去除凋落物有利于土壤有机碳的积累,而凋落物加倍处理则对其无显著影响,这可能与微生物的碳储存过程及土壤呼吸的碳释放过程有关。     

免耕对东北黑土水稳性团聚体中有机碳分配的短期效应

 【目的】探讨免耕措施下黑土总有机碳和水稳性团聚体中有机碳分配的动态变化,以及免耕对团聚体结合碳和总有机碳之间相关关系的影响,为筛选出免耕对黑土结构和质量影响的评价指标提供科学依据。【方法】以在吉林省德惠市中层黑土上进行了5年田间定位试验的小区土壤为研究对象,对免耕（NT）、秋翻（MP）和垄作（RT）3种耕作处理下耕层（0～30 cm）黑土有机碳和团聚体结合碳的动态变化及其相互关系进行分析。【结果】5年的NT处理并没有增加耕层有机碳（SOC）平均含量,但显著增加了表层（0～5 cm）的SOC含量,增加量为2001年的9.9%。NT试验前后,黑土总有机碳和＞1 000 μm级团聚体结合碳变化趋势一致,总有机碳除在表层（0～5 cm）变化显著外,其它土层变化均不明显,但＞1 000 μm级团聚体结合碳各层均有显著变化,说明＞1 000 μm级团聚体结合碳对耕作方式的响应较总有机碳更为敏感。相关分析表明,NT处理下黑土总有机碳与＞1 000 μm级团聚体结合碳之间存在显著的正相关关系。【结论】黑土＞1 000 μm级团聚体可以用于评价免耕对黑土结构和肥力的短期影响。     

15年保护性耕作对黄土坡耕地区土壤及团聚体固碳效应的影响

【目的】保护性耕作是提高土壤有机碳（SOC）含量、促进土壤团聚体形成的重要措施。论文旨在揭示保护性耕作对土壤表层（0-10 cm）有机碳含量及储量的影响,探讨不同级别团聚体的固碳特征,为阐明土壤固碳机理和筛选黄土坡耕地区农田土壤增碳耕作措施提供理论依据。【方法】长期试验位于黄土高原坡耕地区,开始于1999年,共设4个处理：少耕（RT）、免耕覆盖（NT）、深松覆盖（SM）和传统翻耕（CT）。利用15年长期试验的作物产量和0-10 cm 土层土壤有机碳数据分析农田碳投入和土壤固碳量;通过湿筛法筛分＞2、1-2、0.25-1、0.053-0.25和＜0.053 mm粒级团聚体,分析不同团聚体的固碳特征。【结果】15年长期免耕覆盖和深松覆盖处理显著提高了土壤0-10 cm表层有机碳含量及储量,同传统翻耕处理相比,有机碳含量分别提高了22.9%和21.8%,有机碳储量分别提高了21.8%和16.7%,固碳速率分别为0.09和0.06 t C?hm^-2?a^-1。微团聚体（＜0.25 mm）存储了大部分的有机碳,占总团聚体有机碳储量的65%,但其有机碳含量较低。大团聚体（＞0.25 mm）有机碳含量较高,约为微团聚体的3-8倍,且对不同耕作措施反应敏感,可作为评价长期不同耕作措施对土壤有机碳含量影响的指标。土壤固碳量随着累积碳投入量的增加而显著增加,要维持土壤有机碳储量稳定,每年最低需投入外源碳2.4 t C?hm^-2。【结论】长期保护性耕作（包括免耕覆盖和深松覆盖）提高了黄土坡耕地区土壤及团聚体有机碳储量,是有利于该地区土壤增碳的管理措施。     

耕作方式对耕层黑土有机碳库储量的短期影响

【目的】探索不同耕作方式对耕层黑土有机碳含量的影响。【方法】以2001年秋在吉林省德惠市中层黑土上进行了3年的田间定位试验小区土壤为研究对象，对免耕、垄作和秋翻3种耕作处理下耕层土壤有机碳的动态变化进行了分析，并采用等深度和等质量土壤碳库储量计算方法，比较了不同耕作处理对耕层土壤有机碳库储量的影响。【结果】不同耕作处理对黑土耕层有机碳的影响无显著性差异，而且免耕处理在短期内没有引起耕层土壤有机碳含量的明显增加，反而有所降低。与2001年试验开始时相比，3年免耕管理使表层0～5 cm土壤有机碳含量仅增加了0.18％，而5～20 cm土层有机碳含量则明显降低。利用等深度（0～30 cm）和等质量（4 040 Mg）土壤碳库储量计算方法对比研究表明，将土壤容重考虑在内的等质量土壤有机碳库储量计算方法可以更准确的反映耕作对土壤有机碳库储量的影响。等质量方法计算表明，3年的免耕试验并没有使耕层土壤有机碳库储量发生明显变化。【结论】在质地粘重和排水不良的土壤上实行免耕，短期内土壤有机碳含量并没有增加。长期效果如何还有待观测。     

免耕覆盖下土壤水分、团聚体稳定性及其有机碳分布对小麦产量的协同效应

【目的】基于山西运城8年（2008—2015）长期定位试验,研究免耕覆盖下土壤团聚体稳定性、团聚体活性有机碳分布特征、冬小麦水分利用效率和产量变化特征,分析土壤水分、土壤团聚体稳定性及其有机碳组分对小麦籽粒产量的协同关系,为选择适宜黄土高原旱作农业区最佳耕作模式提供理论依据。【方法】选取传统耕作秸秆翻耕还田（CT-SP）和免耕秸秆覆盖还田（NT-SM）两种耕作措施,在冬小麦收获期,利用干筛法测定土壤团聚体各粒级质量分数;测定各粒级土壤团聚体有机碳（SOC）及活性有机碳（可溶性有机碳,DOC;易氧化有机碳,EOC;微生物量碳,MBC）含量;测定土壤水分（土壤体积含水量,θ_v;播种前贮水量,SB;收获后贮水量,SA;生育期耗水量,ET;降水利用效率,PUE;水分利用效率,WUE）和作物产量等关键指标。【结果】（1）与CT-SP处理相比,NT-SM处理显著提高0.25—2 mm团聚体含量、>0.25 mm 团聚体含量（R_0.25）和几何平均直径（GMD）,分别提升13.9%、8.8%和9.6%。（2）与CT-SP处理相比,NT-SM处理中全土SOC、>2 mm和0.25—2 mm粒级团聚体SOC与MBC含量分别提升17.7%与23.6%、18.4%与18.2%和22.4%与39.2%。0.25—2 mm粒级团聚体对SOC和MBC的贡献率,分别提升18.4%和28.4%。（3）与CT-SP处理相比,NT-SM处理提高了SA、PUE、WUE和小麦产量,分别提升17.7%、8.92%、14.98%和8.92%,并且SOC、WUE、R_0.25、MWD和GMD等指标与小麦产量相关系数均达到0.9以上。（4）通过结构方程模型分析发现,土壤团聚体DOC和EOC通过协同效应影响MBC的变化,MBC含量对SOC的总效应为0.88,是影响SOC变化的主导因子。（5）土壤贮水量、土壤团聚体稳定性及其有机碳分布协同影响小麦产量,并且土壤团聚体稳定性对小麦产量表现为极显著正效应。【结论】在黄土高原旱作农业区,免耕秸秆覆盖还田可改善土壤团聚体结构,增加土壤水分含量,提高小麦水分利用效率,显著增加耕层土壤有机碳和活性有机碳组分含量,从而实现土壤固碳保墒和作物增产的协同效应。     

深松与免耕频次对黄土旱塬春玉米田土壤团聚体与土壤碳库的影响

【目的】明确减少深松频次对黄土旱塬春玉米田土壤结构与土壤碳库的影响。【方法】2007—2019年在渭北旱塬春玉米田实施不同深松与免耕频次的保护性耕作长期定位试验,以连续深松（S）为对照,设置减少深松频次的免耕与深松结合耕作模式,分别是两年一深松（NS）和三年一深松（NNS)。分析减少深松频次对土壤团聚体、团聚体固碳能力、土壤碳库组成及碳库管理指数的影响。【结果】（1）减少深松频次提高了土壤大土壤团聚体（R_0.25）含量,NNS处理下0—40 cm土层机械稳定性团聚体（DR_0.25）含量提升3.8%,水稳定性团聚体（WR_0.25）含量提升38.9%,NS处理下WR_0.25 提升41.8%。NNS处理降低了团聚体破坏率（PAD）和不稳定团粒指数（E_LT）,平均质量直径（MWD）和几何平均直径（GMD）显著增加13.2%和16.6%。（2）减少深松频次处理下团聚体总固碳能力（TOPC）得到显著提升。NNS处理0—40cm土层平均团聚体固碳能力提升10.8%,但20—30cm土层团聚体固碳能力有所下降。不同粒径团聚体固碳能力表明,<0.25mm粒径团聚体固碳能力较强。（3）NNS处理对0—40cm土层土壤总有机碳（TOC）含量无显著影响,但增加了10—20cm土层TOC含量,减轻了表层土壤有机碳层化效果,降低了30—40cm土层TOC含量,促进了深层土壤有机碳的层化。（4）NNS处理0—40cm土层活性有机碳（EOC）含量显著增加24.9%,EOC含量的增加提升了EOC/TOC比值,增加了碳库活度（A）和碳库活度指数（AI）,相比于S处理,增加碳库管理指数（CPIM）39.8%。【结论】长期连续深松不利于土壤团聚体的形成及土壤碳库的良性循环,而三年一深松的耕作模式有助于降低土壤团聚体的破坏程度,提高碳库管理指数,增强土壤碳库的活度,调节土壤碳库的更新和循环,是适合该地区的耕作模式。     

保护性耕作对旱作农田干湿交替过程中土壤呼吸速率的影响

【目的】探讨免耕及秸秆覆盖等保护性耕作措施对旱作农田干湿交替过程中土壤呼吸速率的影响。【方法】基于设在陇东黄土高原的长期草田轮作定位试验,试验开始于2001年,包括传统耕作(T,翻耕并移除秸秆)、耕作覆盖(TS,翻耕之后覆盖秸秆)、免耕移除秸秆(NT,不翻耕但除去秸秆)和免耕(NTS,不翻耕且保留秸秆)4个处理。2014年7—8月干湿交替阶段季采用LI-8150多通道土壤碳通量测量系统对农田土壤呼吸速率、土壤温度和含水量进行连续原位测定。【结果】T、TS、NT和NTS处理干旱阶段的平均土壤呼吸速率分别为2.16、3.56、2.26和2.45μmol·m~(-2)·s~(-1),湿润阶段分别为2.09、5.31、2.80和3.56μmol·m~(-2)·s~(-1)。降雨初期秸秆覆盖处理(TS和NTS)土壤呼吸速率动态变化与无秸秆覆盖处理(NT和T)具有显著差异。干湿交替过程中,干旱阶段土壤呼吸速率与土壤温度(19.1—28.2℃)呈负相关、与土壤含水量呈正相关关系;湿润阶段则相反,且土壤含水量对土壤呼吸速率的解释程度降低。土壤呼吸速率在湿润阶段日动态波动较大,其温度敏感性(Q10)在T、TS、NT和NTS处理下分别为1.37、1.24、1.31和1.25;干旱阶段土壤呼吸速率日动态平缓,Q10值低于1.0。【结论】长期保护性耕作提高了农田的土壤呼吸速率,且秸秆覆盖处理比免耕措施提高土壤呼吸速率的效应更加显著。秸秆覆盖能够有效平抑土壤水分和温度的变化,提高土壤呼吸速率,降低土壤呼吸的温度敏感性。论文明确了干湿条件下旱作农田土壤呼吸动态及其影响因素,对准确量化旱作农田碳通量具有积极意义。     

轮耕对渭北旱塬麦田土壤有机质和全氮含量的影响

【目的】研究由秸秆覆盖免耕、秸秆覆盖深松和秸秆还田翻耕组成的不同保护性轮耕模式对渭北旱塬连作麦田土壤肥力的影响。【方法】2007-2014年在陕西合阳实施夏闲期免耕/深松轮耕（NT/ST）、深松/翻耕轮耕（ST/CT）、翻耕/免耕轮耕（CT/NT）、连续免耕（NT/NT）和连续翻耕（CT/CT） 5种不同耕作模式定位试验,测定并分析2011-2014年小麦收获后不同耕作处理下土壤有机质和全氮变化规律及产量差异。【结果】与连续翻耕相比,连续免耕有利于表层土壤有机质和全氮积累,而免耕、深松和翻耕组成的3种轮耕处理更有利于提高20-40和40-60 cm土层土壤有机质和全氮含量,其中随着耕作年限延长,连续免耕处理下土壤养分逐渐表现出“上层富集,下层贫化”的现象;而免耕/深松轮耕更有利于耕层及耕层以下土壤养分均匀分布。随着轮耕年限增加,各耕作处理0-60 cm土层土壤有机质含量和总量均呈现出整体增加趋势,其中以免耕/深松处理增加趋势比较明显。与2007年相比,免耕/深松、深松/翻耕和翻耕/免耕3种轮耕处理的0-60 cm土层年平均有机质含量增加速率分别为4.53%、3.02%和2.26%,2014年土壤有机质总量分别增加了4.07、2.68和1.65 kg·m^-3。轮耕7年后,免耕/深松、深松/翻耕和翻耕/免耕轮耕处理较连续翻耕处理0-60 cm土层土壤有机质含量分别显著增加25.3%、15.2%和10.2%,有机质总量分别增加31.57%、21.45%和13.94%,其中免耕/深松处理较连续免耕有机质含量增加9.20%,总量增加3.84%。在2011-2014年期间,与连续翻耕相比,连续免耕和3种轮耕处理0-60 cm土层土壤全氮含量及总量均有不同程度增加。其中2014年免耕/深松、深松/翻耕和翻耕/免耕轮耕处理较连续翻耕处理0-60 cm土层土壤全氮含量分别增加17.3%、8.0%和6.4%,氮总量分别显著增加了0.21、0.13和0.09 kg·m^-3,其中,免耕/深松处理较连续免耕全氮含量增加了3.02%,总量减少了2.26%。2011-2014年冬小麦平均产量表现为深松/翻耕＞免耕/深松＞连续翻耕＞翻耕/免耕＞连续免耕,其中深松/翻耕和免耕/深松处理冬小麦平均产量接近,分别较连续翻耕处理显著增产10.36%和9.80%,较连续免耕处理显著增产17.84%和17.24%;翻耕/免耕较连续翻耕处理减产1.59%,较连续免耕处理增产5.08%,但差异不显著。不同保护性轮耕措施下,各土层土壤有机质含量与全氮含量间呈显著正相关;0-20 cm土层有机质含量与轮耕年限呈显著线性相关。【结论】3种轮耕模式较连续翻耕有利于提高0-60 cm土壤有机质和全氮总量,且较连续免耕有利于土壤养分含量在耕层及耕层以下土层均匀分布,其中以免耕/深松轮耕处理效果最优,且增产效应较佳,为渭北旱塬连作麦田较适宜的休闲轮耕模式。     

耕作方式对黑土团聚体含量及特征的影响

【目的】研究保护性耕作对东北黑土团聚体粒级分布和稳定性的影响,为探索有利于东北黑土结构改善的耕作方式提供科学依据。【方法】以2001年(耕作试验开始前)和2008年(耕作试验实施7年后)吉林省中层黑土为对象,分析探讨了免耕(NT)、秋翻(MP)和垄作(RT)处理0—30cm深度的土壤水稳性团聚体、干团聚体特征和土壤结构稳定性。【结果】与2001年相比,2008年各处理(RT、MP、NT)1mm水稳性大团聚体含量在0—5cm表层中均有所增加,且除MP外均达到显著水平(P0.05),其中RT和NT增加幅度分别为2001年的4.78和3.38倍,且显著高于MP。0.25—0.053mm水稳性微团聚体变化趋势则与大团聚体相反。8mm干团聚体在0—10cm土层的相对数量表现为RTNTMP,且均高于2001年背景值,其中0—5cm土层RT显著高于MP及2001年背景值(P0.05)。0.25—1mm干团聚体RTNTMP2001年背景值,呈现与4mm干团聚体相反的变化趋势。2008年各处理团聚体平均重量直径(MWD)和0.25mm团聚体含量(R0.25)均比2001年有所提高,且湿筛法得到的结果远远低于干筛法,说明供试土壤的团聚体中水稳性团聚体比例很小。2008年3种耕作处理的土壤结构体破碎率和不稳定团粒指数(ELT)在各个土层均为MPNTRT,且除了MP处理5—20cm略高外,其它均低于2001年背景值。【结论】传统耕作不利于土壤大团聚体的增加和土壤结构的稳定,使土壤更易遭受风水侵蚀。保护性耕作,尤其垄作,促进了黑土稳定土壤结构体的形成,有利于土壤结构的改善。     

施用生物炭对 土微生物量碳、氮及酶活性的影响

【目的】研究不同用量生物炭对土微生物量碳（SMBC）、微生物量氮（SMBN）及酶活性的影响,为生物炭提升土壤质量提供科学依据。【方法】采用大田试验,将果树树干、枝条生物炭（450℃、限氧条件下裂解）以不同用量（0、20、40、60、80 t·hm^-2分别记作B0、B20、B40、B60、B80）施入土,与耕层（0-20 cm）混匀。经过2年的夏玉米和冬小麦轮作后,分3层测定0-30 cm土层的土壤生物活性及理化性质,采用主成分分析研究施用生物炭后土酶活性及微生物量碳、氮的变化特征。【结果】（1）在0-20 cm土层,SMBC和SMBN均是在生物炭用量为40或60 t·hm^-2时达到最大,而在20-30 cm土层,SMBC和SMBN均在生物炭用量为80 t·hm^-2时达到最大,且在整个测试土层,施炭处理均比对照（B0）含量高。（2）随生物炭施用量的增加,6种土壤酶活性总体上表现为先增加后降低的趋势。施用生物炭显著增加了土壤酶指数（SEI）,在0-10 cm土层,施炭处理较B0显著增加1.6-2.7倍;在10-20 cm和20-30 cm土层,施炭处理较B0分别显著增加26.6%-39.5%和18.7%-21.7%,但用量达到80 t·hm^-2时,SEI则又显著下降。（3）通过主成分分析可以将本研究的8个指标归纳为土壤活性因子和土壤强度因子,其综合得分在不同土层总体上表现为0-10 cm土层＞10-20 cm土层＞20-30 cm土层;在0-10 cm和10-20 cm土层,不同处理综合得分为B60＞B40＞B20＞B80＞B0,在20-30 cm土层,综合得分为B60＞B80＞B40＞B20＞B0。【结论】生物炭的施用增加了土土壤微生物量,提高了土壤酶活性,改善了土壤生物环境。总体而言,60 t·hm^-2的生物炭施用量综合表现最优。     

基于最小限制水分范围评价不同耕作方式对土壤有机碳的影响

以2009年吉林省德惠市中层黑土上进行了8a的田间定位试验小区土壤为研究对象,对免耕和秋翻两种耕作方式及玉米-大豆轮作和玉米连作两种种植方式下耕层有机碳进行分析,分别采用加权平均和分层两种方法计算最小限制水分范围(LLWR),用其评价不同耕作方式对土壤有机碳的影响.结果表明,免耕在玉米-大豆轮作和玉米连作下0-5 cm土壤有机碳含量分别比秋翻增加了15.2％和11.5％ (P＜0.05).采用加权平均法计算的LLWR值为0.148-0.166 cm3/cm3,不同耕作方式下玉米-大豆轮作的LLWR高于玉米连作且在两种种植方式下均表现出免耕小于秋翻的特点;利用分层法计算得到的LLWR值介于0.130-0.173 cm3/cm3之间,玉米-大豆轮作和玉米连作下免耕0-5 cm LLWR均显著小于秋翻,而5-30 cm LLWR数值免耕大于秋翻(P＞0.05);玉米-大豆轮作下0-30 cm各层LLWR均高于玉米连作.由于LLWR可以评价不同耕作方式对土壤有机碳的影响,因此采用加权平均法计算的LLWR可以客观的反映不同耕作处理尤其是种植方式对土壤有机碳的影响;而采用分层法计算的LLWR则更清晰的刻画了土壤表层与亚表层固碳能力的差异.     

残膜对农田土壤养分含量及微生物特征的影响

【目的】探究残膜对土壤养分含量和生物学特征的影响,明确产生危害的土壤残膜强度限值,为中国残膜污染防治工作提供理论支撑。【方法】于2011—2015年在甘肃张掖设置0（CK）、150 kg·hm^-2（T1）、300 kg·hm^-2（T2）、450 kg·hm^-2（T3）以及600 kg·hm^-2（T4）残膜梯度试验,并测定不同残膜强度下土壤理化性状、微生物量碳氮、微生物群落丰度以及土壤酶活性等关键指标。【结果】残膜对土壤含水量、有机质（SOM）、全氮（TN）、铵态氮（NH₄⁺-N）、硝态氮（NO₃^--N）、有效磷（Olsen-P）的影响较大,随着残膜强度的增加,土壤含水量显著增加（P＜0.05）,而SOM、TN、NO₃^--N以及Olsen-P显著降低（P＜0.05）,NH₄⁺-N则表现出先升高后降低的变化趋势。低残膜强度下,土壤微生物量碳（MBC）和土壤微生物量氮（MBN）含量增加,但高残膜强度（T3和T4）则会显著降低土壤微生物量（MBC和MBN）及微生物群落丰度（吸光值平均变化率、丰富度、Shannon指数、Simpson指数以及McIntosh指数）（P＜0.05）。土壤酶活性随残膜强度的变化趋势同微生物量碳氮含量基本一致,残膜强度为300—450 kg·hm^-2时,土壤中α-葡萄糖苷酶（AG）、β-葡萄糖苷酶（BG）、纤维素酶（CBH）、木聚糖酶（BXYL）以及几丁质酶（NAG）活性普遍较高,残膜强度为600 kg·hm^-2时土壤酶活性显著降低（P＜0.05）。【结论】农田土壤中低量残膜存在下可通过保水作用提高土壤微生物活性及其丰富度,而当残膜强度超过450 kg·hm^-2时,土壤微生物量、微生物群落丰度和土壤酶活性显著降低;同时,长期残膜作用下会降低土壤SOM、TN、NH₄⁺-N、NO₃^--N以及Olsen-P含量,引起土壤养分退化。因此,对于中国地膜残膜污染较严重的地区,应加大残膜防治工作力度,降低残膜引起的土壤退化风险。