秸秆还田与耕作方式对双季稻产量及土壤肥力质量的影响

中国南方双季稻区秸秆资源丰富,但秸秆还田与耕作制度的最佳组合方式目前尚不明确。通过连续3年的田间定位试验(2013—2015年),研究秸秆还田条件下不同耕作方式对双季稻产量及土壤肥力质量的影响。试验处理包括翻耕与秸秆不还田(CT)、翻耕与秸秆还田(CTS)、旋耕与秸秆还田(RTS)和免耕与秸秆还田(NTS)。结果表明:与CTS处理相比,CT和NTS处理早稻平均产量分别降低3.5%和5.2%,晚稻平均产量分别降低3.6%和6.4%,其中,NTS处理晚稻产量显著低于CTS处理(p0.05);与CTS处理相比,RTS处理早稻和晚稻平均产量分别增加6.1%和3.1%。秸秆还田条件下土壤有机碳(SOC)、全氮(TN)、有效磷(AP)和速效钾(AK)均呈增加的趋势,其中,2015年CTS、RTS和NTS处理SOC、TN、AP和AK显著高于CT处理。与CT处理相比,NTS处理土壤容重(BD)增加4.9%(p0.05),CTS和RTS处理BD分别降低4.1%和5.2%,其中RTS处理显著低于CT处理。与CT处理相比,秸秆还田下CTS、RTS和NTS处理土壤p H分别降低1.9%、1.5%和2.5%,其中,CTS和NTS处理显著降低。CT处理土壤肥力质量呈下降的趋势,秸秆还田条件下各处理土壤肥力质量均呈提高的趋势,其中,2015年RTS处理分别高于CTS、NTS处理16.4%和80.4%。由此可见,在南方双季稻区,与常规翻耕和免耕相比,秸秆还田条件下,采用长期旋耕的方式能够进一步提高土壤肥力质量和水稻产量。     

不同耕作方式与秸秆还田对土壤有机碳和稻麦周年产量的影响

为探索不同耕作方式与秸秆还田对土壤有机碳含量及稻麦周年产量的影响,从2001年秋播开始在扬州大学校内实验农场开始长期定位试验。试验共设置6个处理,分别为稻麦连续免耕秸秆覆盖还田(NTS)、稻季免耕麦季翻耕(RT1)、麦季免耕稻季翻耕(RT2)、稻麦连续翻耕秸秆还田(CTS)、稻麦连续少耕秸秆还田(MTS)、稻麦连续翻耕秸秆不还田(CT),在水稻成熟后,对土壤有机碳含量进行测定。结果表明:(1)秸秆还田可以显著增加土壤耕层有机碳含量,与CT处理相比,20年NTS、RT1、RT2、CTS和MTS处理土壤有机碳含量平均分别提高13.29%、4.76%、8.18%、19.88%和21.34%;(2)NTS处理对土壤表层有机碳含量影响更大,比其他耕作方式提高14.49%～39.02%,RT1、RT2、CTS、MTS处理则可以均衡提高耕层有机碳含量;(3)CTS和MTS处理稻麦产量较高,与CT处理相比平均分别增产3.68%和4.09%,NTS处理则减产3.48%。综合以上结果表明,适量秸秆还田与少耕相结合对土壤耕层有机碳含量和产量的提升效果最显著,是最适宜本地区的耕作方式。     

冬小麦灌水模式和农艺措施对夏玉米土壤含水量及水分利用效率的影响

通过将农艺措施进行综合调配,在冬小麦季设置4个水分处理(无灌水,春后1水,春后2水,春后3水),玉米季设置4种不同的农艺措施(深松,有机肥,秸秆还田,施用无机肥的对照处理),采用裂区实验设计,研究冬小麦灌水模式和农艺措施对土壤含水量及水分利用效率(WUE)的影响。结果表明,夏玉米的底墒随着小麦季灌水次数的增多而增加,冬小麦季灌水次数对玉米耗水和玉米水分利用效率及其周年耗水和周年水分利用效率都有显著的影响。深松和秸秆还田分别在玉米生长前期和后期阶段性地提高土壤贮水增量;各种农艺措施对于玉米产量的影响并不显著(深松有机肥秸秆还田对照),但由于对耗水的显著影响,玉米和周年WUE显著提高,大致呈现出如下趋势:深松秸秆还田有机肥对照。综合分析,在玉米季降水较多的年份,采取冬小麦拔节期灌一次水,夏玉米土壤深松的措施可以达到节水高产的目的。     

旱作条件下保护性耕作对土壤结构和容重影响试验研究

【目的】明确外源有机物和耕作方式及其交互作用对土壤容重、团聚体表征物理指标变化的影响。【方法】依托半湿润偏旱区国家农业环境晋中长期耕作试验观测平台,设置免耕(NT)、深松(SU)、旋耕(RT)、翻耕(CT)以及耕作与秸秆耦合作用下免耕+秸秆覆盖还田(NTS)、深松+秸秆还田(SUS)、旋耕+秸秆还田(RTS)、翻耕+秸秆还田(CTS)共8种处理,连续5年进行玉米连作田间试验,通过测定和比较土壤水稳性团聚体(WSA)和容重,探讨了耕作方式及其与秸秆还田措施配合的培肥改良土壤效果。【结果】(1)与CT相比,NT和SU土壤水稳性团聚体的平均重量直径(MWD)、几何平均直径(GMD)、> 0.25 mm团聚体含量(R_0.25)分别得到了显著提升(31.94%,36.61%;23.29%,26.09%;14.42%,12.63%)。(2) 0～40 cm土层的容重,RTS最小,SU次之。相比CT,NT、SU、RT在土层垂直方向上,随着土层深度的增加,对土壤容重影响效果均在逐步减弱。秸秆和耕作的耦合作用,对容重的影响呈随机分布。0～10 cm表层,相比CTS,NTS、R...     

少免耕与秸秆还田对极端土壤水分及冬小麦产量的影响

为了高效利用天然降雨,缓和农业水资源短缺,该试验在小麦、玉米一年两熟条件下,设置耕作措施和秸秆2个因素,其中耕作措施分为常规耕作、深松耕、耙耕、旋耕、免耕5种,秸秆因素分为玉米秸秆全量还田与不还田,共10个处理,研究了耕作措施与秸秆因素对极端土壤水分和冬小麦产量的效应。结果表明,无论秸秆还田与否,相对于常规耕作,深松耕能提高土壤水分充足期的土壤含水率,增加冬小麦产量,尤其是深松耕秸秆还田,比常规耕作无秸秆还田分别高25.74%和11.45%。秸秆因素在土壤水分充足时影响土壤含水率方面占主导地位,秸秆因素与耕作措施在土壤水分亏缺时影响土壤含水率和冬小麦产量方面均起着重要的作用。免耕、深松耕、耙耕与秸秆还田的交互效应能够增加集雨,提高冬小麦产量。研究结果还表明,冬小麦产量与土壤水分亏缺时土壤含水率相关不显著,而与土壤水分充足期土壤含水率相关显著。     

不同耕作方式下秸秆还田对晋中玉米田水分时空分布及产量的影响

为探讨保护性耕作和秸秆还田有机结合对春玉米休闲期蓄水保墒效果、生育期土壤水分时空变化、贮水量季节变化、产量及水分利用效率的影响,设置不同耕作方式(免耕、深松、翻耕)结合秸秆还田(100%秸秆还田、秸秆不还田)6个处理组合,2016-2018年在山西晋中连续2年进行定位试验研究。结果表明:(1)春玉米冬闲期不同耕作处理下土壤贮水量差异显著,且随着时间推移贮水量都有降低趋势,免耕和深松处理分别较翻耕土壤贮水量平均增加10.4,9.3 mm。在玉米的整个生育时期,免耕和深松处理土壤贮水量分别比翻耕提高4.8%,1.2%。(2)平均2年土壤含水量大小顺序为免耕>深松>翻耕,各处理平均土壤含水量分别为23.0%,21.8%,21.5%。丰水年不同耕作方式土壤含水量垂直变化在各生育时期差异较大,干旱年其变化的差异较小。(3)免耕与100%秸秆还田组合下玉米产量和水分利用效率最高,2年平均产量和WUE(水分利用效率)分别为12 679.9 kg/hm²和25.8 kg/(hm²·mm),翻耕与100%秸秆还田处理组合最低。无论是否秸秆还田,免耕和深松处理在春玉米冬闲期土壤蓄水保墒效果、生育期土壤水分状况、产量与水分利用效率均优于翻耕处理;在秸秆还田下免耕和深松耕作方式对玉米田水分的集蓄保用有良好的效果,以免耕秸秆还田效果最佳,可在晋中地区春玉米生产中推广应用。     

耕作方式与秸秆还田对土壤呼吸的影响及机理

为探明耕作方式、秸秆还田以及二者交互对冬小麦-夏玉米一年两熟农田土壤呼吸特征的影响,通过两年田间裂区设计试验,研究了不同土壤耕作方式(常规翻耕、深翻、深松)与秸秆还田(秸秆还田、秸秆不还田)对周年农田土壤呼吸速率、相关土壤理化性状(土壤温度、水分、紧实度、有机碳含量)的影响、两因素的互作效用,以及土壤物理性状与土壤呼吸速率的相关性。结果表明,深耕(深翻和深松)显著增加了全年土壤呼吸速率;秸秆还田增加了冬小麦季的土壤呼吸速率,却显著降低了夏玉米季的土壤呼吸速率;深耕+秸秆还田可使冬小麦季和夏玉米季的土壤呼吸速率分别增加41.9%和21.0%。土壤温度、土壤有机碳与土壤呼吸速率呈正相关,土壤紧实度与土壤呼吸速率呈显著负相关,且土壤温度与土壤呼吸速率相关系数最大。深耕与秸秆还田交互使冬小麦和夏玉米的干物质积累量分别提高34.9%和38.2%,根系干质量密度分别提高45.0%和39.4%,故在秸秆还田的基础上深翻或深松是黄淮海地区适宜的耕作方式。该研究结果可为制定黄淮海地区科学有效的土壤耕作方式提供理论依据。     

绿洲灌区小麦免耕秸秆还田对后作玉米产量性能指标的影响

产量性能是决定作物生长发育和产量形成的关键因素,研究前茬秸秆处理方式对后茬作物产量性能指标的影响,对于建立高效种植制度、优化栽培措施具有重要指导意义。2009—2012年,在甘肃河西绿洲灌区,通过田间定位试验,研究了前茬小麦不同秸秆还田和耕作措施(NTSS:25 cm高茬收割立茬免耕;NTS:25 cm高茬等量秸秆覆盖免耕;TIS:25 cm高茬等量秸秆翻耕;CT:不留茬翻耕对照)对后作玉米产量性能指标的影响,以期为优化试区玉米种植模式提供依据。结果表明,与CT相比,前茬小麦秸秆还田降低了后作玉米大喇叭口期之前的叶面积指数(LAI)与光合势(LAD),但增大了吐丝期之后的LAI与LAD,延缓了衰老,以NTSS、NTS延缓衰老作用突出;NTSS、NTS和TIS处理玉米全生育期的平均叶面积指数(MLAI)比CT分别提高12.8%、19.1%和7.0%,总光合势分别提高12.9%、18.6%和6.8%,免耕秸秆还田(NTSS和NTS)提高MLAI和LAD的效果最好。免耕秸秆还田提高了玉米全生育期的平均净同化率(MNAR),以NTSS提高作用明显,较CT高10.7%;但净同化率(NAR)表现为吐丝期之前增大,吐丝期之后降低。NTSS、NTS提高了后作玉米的籽粒产量,比CT分别高13.0%、15.6%,TIS比CT提高7.9%,NTS增产效应最大。不同秸秆还田及耕作方式下,玉米籽粒产量与MLAI、穗数(EN)、穗粒数(KNE)呈极显著正相关性,与收获指数(HI)呈显著正相关性,但与MNAR无显著相关性。MLAI、EN、KNE增加、HI提高是前茬小麦免耕秸秆还田提高后作玉米产量的主要原因。前茬秸秆免耕还田优化后茬玉米主要产量性能指标的效果最好。因此,前茬小麦25 cm秸秆覆盖免耕还田是绿洲灌区优化后作玉米产量性能指标及获得高产的可行栽培措施。     

长期保护性耕作对稻田土壤团聚体稳定性和碳氮含量的影响

为研究双季稻(Oryza sativa L.)土壤团聚体稳定性及C、N含量对耕作方式的响应,该研究利用已进行12 a的包括翻耕+秸秆不还田(CT),翻耕+秸秆还田(CTS),旋耕+秸秆还田(RTS)和免耕+秸秆还田(NTS)的保护性耕作稻田定位试验,运用湿筛等方法测算了团聚体的构成与稳定性,C、N含量及其对土壤总C、N的贡献。结果表明:长期秸秆还田显著增加0～10 cm土层大团聚体比重,弱化翻耕、旋耕和免耕等不同耕法对表层大团聚体的差异化影响(P0.05),但5～30 cm土层大团聚体随耕作强度的减弱有所提高。总体来看,稻田土壤团聚体以2 mm粒径为主(占35.02%～64.44%),其C、N贡献率分别达52.12%和52.16%;秸秆还田有利于微团聚体向大团聚体的转化,外源C、N更多被大团聚体固持和保护。NTS在0～20 cm的2 mm团聚体对土壤C、N的贡献率显著大于其他处理;土壤C、N含量与团聚体稳定性呈显著正相关关系(P0.05)。相比于CTS与RTS,长期采取NTS显著改善土壤C、N含量,促进大团聚体的形成和稳定,对改善稻田耕层(尤其0～20 cm)土壤团聚体稳定性具有显著的效果(P0.05)。因此,采取保护性耕作措施对南方双季稻田土壤质量及农业生态持续性具有积极的作用。     

玉米-小麦一年两熟保护性耕作体系试验研究

采用将夏玉米、冬小麦两季作物作为整体来研究适合华北一年两熟地区保护性耕作技术体系，确定了耕作和覆盖两个因素，包括免耕、深松、耙地、翻耕4种耕作方法，以及100%秸秆覆盖，50%秸秆覆盖和0覆盖3种秸秆覆盖水平。筛选设计了8种保护性耕作和2种传统翻耕共10种体系的试验方案。试验中测定了土壤含水量、容重、地温等参数和根系、产量等作物指标。试验结果表明，我国华北地区实施保护性耕作有利于节约用水，提高水分利用效率，增加作物产量。试验得出最适合的两种保护性耕作体系是：玉米-小麦全程免耕100%秸秆覆盖体系、玉米深松100%秸秆覆盖+小麦免耕100%秸秆覆盖体系。     

稻麦两熟条件下不同土壤耕作方式与秸秆还田效用分析

该文通过大田小区和网室水泥池微区的3年定位试验，比较研究了稻麦两熟条件下免耕秸秆覆盖、免耕高茬、翻耕秸秆还田(秸秆稻季翻埋麦季覆盖)、翻耕(对照，CK)4个处理对土壤理化性质和稻麦产量的影响，从土壤管理技术方面探讨了不同耕作方法与秸秆直接还田在稻麦两熟地区的应用效果。结果表明：免耕使土壤容重和穿透阻力增加，而秸秆还田可改善土壤结构，提高土壤养分含量，翻耕还田3年后土壤有机质、全氮、速效磷、速效钾含量比对照分别增加4.7%～13.0%、0%～10.6%、0.2%～10.6%、8.4%～15.5%。麦季秸秆还田的产量有增有减，实际产量免耕覆盖还田略低，对照的产量较高，秸秆还田平均减产1%左右；而水稻翻耕秸秆还田的产量最高，比对照平均增产3%左右。因此，在稻麦两熟条件下，从省工节本和提高地力角度可采用稻麦免耕秸秆覆盖与留高茬还田，从提高产量和地力角度宜采用稻季翻耕秸秆还田。     

耕作和保墒措施对冬小麦生育时期光合特征及水分利用的影响

为探明不同耕作保墒措施下冬小麦生育期间光合生理特征及其增产机理,采用田间试验,以常规耕作为对照,采用深松、秸秆覆盖、免耕、施用有机肥及保水剂等措施,研究了不同耕作和保墒措施对冬小麦生育期间光合作用、产量及水分利用效率的影响。结果表明:冬小麦光合速率和叶片水分利用效率均以孕穗期最高,而灌浆期最低。蒸腾速率和气孔导度均以扬花期最高。对不同处理而言,在各生育时期均以深松处理的光合速率和叶片水分利用效率最高,其次为秸秆覆盖处理。在拔节期、孕穗期和扬花期以有机肥处理的蒸腾速率最高,而灌浆期以秸秆覆盖的蒸腾速率较高,在全生育期对照的蒸腾速率均较低。气孔导度与蒸腾速率表现规律基本一致。不同耕作、保墒措施均提高了小麦的穗数、穗粒数及千粒重,以及小麦籽粒产量和水分生产效率,降低了小麦总耗水量;各处理中以深松处理的效果最佳,其产量和水分生产效率分别较对照提高19.6%和38.3%。相关分析表明:各时期的小麦光合速率及叶片水分利用效率均与小麦产量和水分生产效率呈正相关,且随生育期的推进,其相关性增强,特别在扬花期,光合速率对于小麦产量和水分生产效率的影响更显著。     

不同耕作方式与秸秆还田周年生产力的综合评价(简报)

该文通过3 a的定位试验,比较研究了稻麦两熟条件下免耕套种秸秆覆盖、免耕套种高茬、翻耕秸秆还田、翻耕秸秆不还田（对照,CK）4个处理对周年生产力的影响。结果表明：免耕套种的小麦产量降低,水稻产量增加,年产量略降,翻耕秸秆还田具较高产量生产力。如考虑节省的秧田种植小麦,则免耕套种的稻麦年产量可与翻耕秸秆还田持平。经技术经济分析,采用稻麦免耕套种秸秆还田,具有明显的节本增收、提高活劳动净产率的效果,在稻麦周年产量不减的同时,比翻耕秸秆不还田处理增收1874.8元/hm2,增加18.0%,经济生产力最高。翻耕秸秆还田比不还田有一定的增产增收效果,如果考虑到耕地持续生产力,秸秆还田后所带来的土壤肥力效应和减少肥料用量,其增产增收效果更为明显。从高产、高效、可持续发展等方面,运用综合评分法对稻麦两熟制不同耕作栽培方式周年生产力综合评价,免耕套种秸秆还田得分最高,周年生产力最好,免耕套种高茬和翻耕秸秆还田居中,翻耕秸秆不还田得分最低,周年生产力最差。     

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%。     

华北典型区域土壤耕作方式对土壤特性和作物产量的影响

华北平原是我国重要的小麦玉米种植区,长期土壤旋耕免耕和秸秆全量还田带来耕层变浅、犁底层变厚和上移、土壤养分表聚等现象,通过耕作方式改变,解决上述问题对维持区域粮食生产有重要意义。试验以冬小麦-夏玉米轮作系统为研究对象,分别在代表华北平原高产区的栾城试验区和代表中低产区的南皮试验区进行,设置冬小麦播种前进行土壤深耕、深松、窄深松3种处理,以生产上常用的旋耕为对照。所有处理夏玉米季均采用土壤免耕播种,测定项目包括土壤容重、作物根系、作物产量和水分利用效率。结果表明,不同耕作方式对土壤特性和作物产量的影响具有区域差异。南皮试验区土壤深耕(松)显著地(P0.05)提高了作物产量,深耕、深松和窄深松处理的冬小麦产量比旋耕分别增加16.5%、19.3%和13.1%,夏玉米产量分别增加17.3%、16.2%和21.9%,周年产量分别增加16.9%、17.6%和17.8%;深耕、深松和窄深松处理间作物产量差异不显著。栾城试验区冬小麦、夏玉米产量和周年产量各处理之间差异不显著。土壤深耕、深松、窄深松和旋耕均能降低0～20 cm土层土壤紧实度和土壤容重。冬小麦播种后,与土壤耕作前比较,土壤深耕、深松和旋耕处理土壤紧实度南皮试验区分别平均降低71.6%和68.2%,栾城试验区分别降低88.8%和?7.7%,常用的旋耕模式在栾城试区没有降低土壤紧实度。小麦收获时不同耕作方式0～40cm土层的土壤容重均低于土壤耕作前的土壤容重,至夏玉米收获时不同耕作处理的土壤容重与耕作前基本一致,不同耕作处理对土壤容重的影响差异不显著。在南皮试验区, 3种耕作方式与旋耕相比,均显著提高了冬小麦和夏玉米水分利用效率;在栾城试验区,各处理冬小麦和夏玉米水分利用效率差异不显著。本研究结果显示在华北平原高产区连续实施土壤旋耕模式没有影响作物产量,而在中低产区实施土壤深耕或者深松模式更利于作物产量提高。     

Soil Respiration,Nitrification, and Denitrification in a Wheat Farmland Soil under Different Managements

A field experiment was conducted during the 2010 to 2011 winter wheat–growing season to understand the soil respiration (R_s ), nitrification, and denitrification rates in winter wheat farmland soil under no-tillage (NT) treatment with rice straw incorporation. The experimental treatments include NT, NT with rice straw covers on the surface (NTS), conventional tillage (CT), and CT with straw incorporation (CTS). No-tillage and straw incorporation treatments did not change the seasonal patterns of R_s , gross nitrification (Gn), and denitrification (D) rates compared with CT. Compared with the CT treatment, the NT, NTS, and CTS treatments significantly reduced R_s (P < 0.01), and the NT and NTS treatments significantly increased Gn and D (P < 0.01). CTS also significantly increased Gn (P < 0.01) but had no significant effect on D (P > 0.05). Further analysis showed that the temperature sensitivity of soil respiration (Q ₁₀) of CT, NT, NTS, and CTS were 4.26, 1.86, 3.25, and 2.36, respectively. Our findings suggest that, compared with CT, the NT and straw incorporation treatments reduced R_s and Q ₁₀ and increased Gn and D.     

不同耕作措施对旱地作物生育期农田耗水结构和水分利用效率的影响

陇中黄土高原旱农区降水有限、水分利用效率低下是导致该区作物生产力水平低而不稳的主要原因。发展保护性耕作是保护水土资源、提高水分利用效率的重要途径。为揭示耕作措施影响水分利用效率的机制,2015—2016年在陇中黄土高原旱农区研究了不同耕作措施对土壤棵间蒸发、农田耗水量、作物蒸腾量、棵间蒸发与蒸散的比例、产量及水分利用效率的影响。试验设置传统耕作(T)、免耕秸秆覆盖(NTS)、免耕(NT)、传统耕作+秸秆翻入(TS)、传统耕作+覆膜(TP)、免耕覆膜(NTP)6个处理,春小麦和豌豆年间轮作。结果表明:(1)春小麦和豌豆全生育期棵间蒸发量NTS、TP、NTP比T显著减少6.52%~50.81%,NTS降低棵间蒸发量的作用主要在小麦开花后和豌豆结荚后,地膜覆盖在各个生育时期基本上都显著减少了棵间蒸发。(2)NTS对全生育期耗水量无显著影响,NTP的耗水量只在小麦地显著高于T。相比T,NTS显著提高了小麦开花-收获和豌豆结荚-收获期间的阶段耗水量及其占总耗水的比例。(3)NTS、TP、NTP均显著提高了春小麦和豌豆的蒸腾量,降低了田间的蒸发占蒸散的比例,降低了水分的无效损耗。(4)各年份春小麦和豌豆的产量NTS、TP、NTP比T提高了7.64%~62.79%,水分利用效率比T提高了0.43%~50.88%。因此,在陇中黄土高原旱农区,免耕秸秆覆盖、地膜覆盖等保护性耕作措施均能提高水分利用效率及小麦和豌豆的产量。免耕秸秆覆盖通过降低作物生长后期棵间蒸发量,提高作物生长后期耗水量,降低蒸发与蒸散的比例,从而提高春小麦和豌豆的水分利用效率及产量。而地膜覆盖处理主要是通过减少全生育期棵间蒸发量,增加作物全生育期蒸腾量,降低蒸发与蒸散的比例,从而实现作物水分高效利用,提高作物产量。     

Effects of tillage systems and rotations on crop production for a thin Black Chernozem in the Canadian Prairies

Soil degradation is the single most important threat to global food production and security. Wind and water erosion are the main forms of this degradation, and conservation tillage represents an effective method for controlling this problem. The objective of this study was to quantify the effects of three tillage methods [zero (ZT), minimum (MT) and conventional (CT)] and three four-year crop sequences [spring wheat (Triticum aestivum L.)–spring wheat–winter wheat–fallow; spring wheat–spring wheat–flax (Linum usitatissimum L.)–winter wheat; spring wheat–flax–winter wheat–field pea (Pisum sativum L.] on crop establishment, plant height, seed weight, soil water storage, crop water use, crop water use efficiency and grain yield over a 12-year period under Canadian growing conditions. Plant establishment was not adversely affected by tillage systems or crop sequences except for flax, where a small reduction was observed with ZT and MT. Conservation tillage showed a yield benefit over CT of 7%, 12.5% and 7.4% for field pea, flax and spring wheat grown on cereal stubble, respectively over the 12 years of the study. Much of the yield increase was due to an increase in soil water in the 0–30 cm soil layer with ZT and MT. However, tillage systems had no effect on grain yield for spring wheat grown on fallow and field pea stubble due to a lack of differences in spring soil water content. Flax grown in sequence with cereals only yielded higher than when it was grown in the sequence which included field pea, even though flax was seeded on spring wheat stubble in both cases. Winter wheat yielded higher when grown on flax stubble than on spring wheat stubble. The results indicate that a one-year non-cereal break crop was enough to alleviate the negative effects of consecutive cereal crops on winter wheat. Spring wheat grown on field pea stubble always yielded more than when grown on cereal stubble. A 10% increase in water use efficiency was observed with flax grown with ZT and MT management. Crop sequence improved water use efficiency in flax and spring wheat. Growing spring wheat on field pea stubble as opposed to growing it on cereal stubble resulted in a 10% increase in water use efficiency. Overall, rainfall accounted for 73%, 72%, 67% and 65% of total water used by field pea, flax, winter wheat and spring wheat, respectively. This explains the large year effect as a result of variation in growing (May–August) season precipitation. The non-significant tillage system by year interaction implies that the positive benefits of ZT and MT occur over a wide range of growing conditions, while the absence of a tillage system by crop sequence interaction suggests that knowledge developed under CT management also applies to ZT and MT. The results of this study support the large shifts towards in conservation tillage being observed in the Canadian prairies.     

基于LSTM神经网络模拟的陇中黄土高原沟壑区保护性耕作下土壤贮水量变化

为分析陇中黄土高原沟壑区不同保护性耕作措施的贮水效果,本研究利用春小麦/豌豆（W/P）、豌豆/春小麦（P/W）轮作的长期定位试验,分别设置传统耕作（T）、免耕（NT）、传统耕作秸秆覆盖（TS）和免耕覆盖（NTS）4种耕作措施,以当地月平均气温、月降水量、月平均辐射量、月平均蒸发量、月作物耗水量为输入因子,以月土壤贮水量为输出,建立基于长短期记忆（Long Short-Term Memory,LSTM）神经网络的土壤贮水量预测模型,并对该模型的有效性进行评估。研究结果表明：1）基于LSTM神经网络建立的土壤贮水量模型对陇中黄土高原沟壑区保护性耕作下土壤贮水量预测具有较好的适用性,模型模拟结果的平均均方根误差为7.76 mm,平均绝对误差为6.95 mm,相对误差控制在-5%~+5%的范围内。2） P/W轮作序列中各处理的土壤贮水量均比W/P轮作序列增加1.09%~1.43%。3）不同轮作序列,NTS处理的贮水效果均优于其他3种耕作措施,在W/P轮作序列中,NTS处理的年均土壤贮水量比T、NT和TS分别增加2.89%、1.70%和2.46%;在P/W轮作序列中,NTS处理的年均土壤贮水量比T、NT和TS分别增加3.03%、1.91%和2.57%。4）不同降水年型,NTS处理的土壤贮水量最高,且干旱年效果更加显著,其中丰水年NTS处理的土壤贮水量比T、NT和TS平均增加2.71%、1.48%和2.19%,而干旱年平均增加3.97%、2.54%和3.64%。5）保护性耕作措施的贮水效果随季节发生变化,作物生长前期（3-5月）保护性耕作措施的贮水优势较为明显,进入作物生长旺盛期（5-6月）保护性耕作措施与传统耕作的贮水效果差异不显著,而作物生长后期（7月）保护性耕作措施较传统耕作土壤贮水量明显增加。基于LSTM神经网络模拟环境下免耕覆盖的贮水保墒效果最好,为陇中黄土高原沟壑区最适宜的保护性耕作措施。