间作小麦秸秆还田对地膜覆盖玉米灌浆期冠层温度及光合生理特性的影响

【目的】作物的光合生理特性是影响产量的重要因素,冠层温度反映作物冠层的能量平衡状况,与作物光合生理特性及产量形成密切相关。研究不同覆盖方式下作物冠层温度与光合生理特性及产量形成,旨在优化耕作制度,提高干旱内陆灌区作物生产潜力。【方法】2014—2016年,在西北干旱灌区,通过田间试验,研究不同小麦秸秆还田及地膜覆盖利用方式下,小麦间作玉米模式中玉米灌浆期的冠层温度及光合生理特性。【结果】间作较单作可降低玉米灌浆期的冠层温度,以免耕小麦带25—30 cm高茬收割覆盖还田与玉米带地膜2年覆盖（NTSI2）,免耕小麦带25—30 cm高茬收割立茬还田与玉米带地膜2年覆盖（NTSSI2）处理降低效果更为显著,较传统耕作每年覆新膜单作（CTM）处理分别降低10.3%与7.5%,比传统翻耕小麦带无秸秆还田与玉米带每年覆新膜（CTI）处理分别降低7.6%与4.7%。从冠气温差可知,NTSI2处理随气温变化玉米灌浆期冠层温度变化较小,可减小气温变化对玉米生长发育造成的不利影响。间作较单作可增大玉米灌浆期的光合速率（P_n）、蒸腾速率（T_r）及叶片水分利用效率（WUE_L）,以NTSI2、NTSSI2处理提高幅度较大,较CTM处理玉米P_n提高比例分别为23.0%与18.1%,较CTI处理提高比例分别为13.4%与8.9%;同理,与CTM处理相比,T_r分别提高7.9%与5.8%,与CTI处理相比,T_r分别提高6.1%与4.1%;NTSI2、NTSSI2处理WUE_L较CTM处理提高14.4%与12.0%,较CTI提高7.2%与4.9%,呈现水分高效利用的潜势。相同的净占地面积下,间作较单作玉米具有增产效应,增产幅度达到52.2%,其中NTSI2、NTSSI2处理较CTM处理分别增产57.2%与53.4%,较CTI处理分别增产17.6%与14.7%,说明免耕地膜2年覆盖与秸秆还田同步应用于间作模式可进一步加强玉米增产效应。【结论】在河西绿洲灌区,集成应用免耕秸秆还田与地膜2年覆盖技术是实现高产高效间作模式的理想耕作措施。     

耕作措施对东北黑土微生物呼吸的影响

【目的】利用东北黑土13年保护性耕作定位试验,研究耕作措施（免耕和秋翻处理）对土壤微生物的影响,从土壤微生物角度分析免耕是否有利于土壤有机碳（SOC）的固定,为合理评价农田黑土碳“源”与“汇”功能提供科学依据。【方法】以连作玉米为研究对象,采用单因素随机区组设计,耕作处理包括免耕和秋翻。免耕除播种外不扰动土壤,秸秆覆盖地表。秋翻处理的田间管理包括人工除草、中耕起垄和秋翻,秋翻时将秸秆翻于地表之下。土壤微生物呼吸速率通过PVC环在野外采用动态气室法（Li-Cor8100）直接测定（去除植物根系）,定期监测土壤微生物呼吸速率的季节变化,并在土壤微生物呼吸速率最高的季节取样分析不同处理土壤微生物量碳和数量特征。【结果】生长季节内免耕和秋翻处理下土壤微生物呼吸速率分别为0.42-3.35和0.48-3.24 μmolCO₂·m^-2·s^-1,两处理平均值差异不显著（8.8%）,但土壤累积CO₂-C释放量免耕比秋翻高10.0%（2012）和4.3%（2013）（P＜0.05）。免耕显著地增加0-5 cm表层土壤细菌、真菌和放线菌的数量,分别比秋翻高125.7%、112.4%和53.3%;还显著地增加了其他土层的真菌数量,分别为105.3%（5-10 cm）,159.4%（10-20 cm）和114.7%（20-30 cm）。耕作处理影响土壤温度,主要体现在春季,秋翻（0-5 cm,5-10 cm）春季（6月）土壤温度比免耕分别高2.8%和5.8%。土壤微生物呼吸速率表现出显著的季节变化规律,与土壤温度具有相似的动态变化,夏季（7、8月份）最高,秋季较低。尽管耕作处理没有明显地影响土壤微生物呼吸速率的季节动态格局,但秋翻的土壤微生物呼吸最高值比免耕晚半个月。土壤微生物呼吸速率随土壤温度（5 cm和10 cm）呈指数型增长,10 cm处的回归模型明显好于5 cm。耕作处理只改变了5 cm的Q₁₀值,免耕比秋翻高10.8%。土壤微生物呼吸速率与土壤温度、水分混合回归模型能更好地反应其变化规律,解释土壤微生物呼吸速率变异的65%（秋翻）和81%（免耕）。【结论】免耕增加了表层（0-5 cm）的SOC含量,从而使得该土层的土壤微生物量碳和活性增加,但是由于免耕处理增加0-30 cm 土层SOC含量的加权平均值,因此相对于传统的耕作措施（秋翻）,免耕有利于SOC含量的增加。     

石榴-绿豆间作系统土壤呼吸及其影响因子研究

土壤呼吸是陆地生态系统碳循环的重要环节,在维持全球碳平衡中发挥着重要作用。于2010年6—10月,在黄河小浪底森林生态系统研究站,利用Li-8100红外动态土壤呼吸自动观测系统、温湿度自动观测系统测定了石榴-绿豆间作系统（间作系统）和绿豆单作系统（单作系统）土壤呼吸速率(soil respiration rate, SRR)及土壤温度和湿度。结果表明:1) 间作系统和单作系统的SRR日波动在晴天-多云呈单峰变化趋势,在阴天日波动变化幅度较小。间作系统的SRR高于单作系统。整个观测时期内间作系统和单作系统的平均SRR分别为2.996 μmol ·m^-2· s^-1和2.378 μmol·m^-2·s^-1。2) 间作系统和单作系统SRR与15 cm处土壤温度存在显著的指数相关关系,在该深处的Q₁₀值分别为2.462和1.793 3) 间作系统和单作系统与20 cm处的土壤体积含水量与SRR的相关关系均不明显。     

土壤温度与水分对昆明城市绿地土壤呼吸时间动态的影响

为探明土壤温湿度对城市绿地土壤呼吸时间动态的影响,采用Li-6400-09土壤呼吸室,连续定位测定了昆明城市森林与草坪等2种绿地类型土壤呼吸速率的时间动态特征。结果表明:2种绿地类型土壤呼吸速率存在极显著差异（P＜0.01）,城市草坪的年均土壤呼吸速率是城市森林的1.37倍;森林与草坪土壤呼吸速率具有明显的时间变化,其中城市草坪土壤呼吸波动（1.08～7.77 μmol·m^-2·s^-1）显著高于森林（0.95～4.76 μmol·m^-2·s^-1）;土壤水分与土壤温度是影响城市绿地类型土壤呼吸时间动态的主要影响因子,但土壤水分对土壤呼吸速率的贡献率显著高于土壤温度。土壤温度只能分别解释城市森林与草坪土壤呼吸的66.2%及67.1%,而土壤水分能够解释城市森林土壤呼吸的87.8%及城市草坪的75.8%。因此,西南地区近年来的严重干旱导致土壤含水率的减少,已成为调控昆明城市绿地土壤呼吸速率时间动态的主要影响因子。     

呼伦贝尔草原蘑菇圈对土壤呼吸作用的影响

【目的】 蘑菇圈是草原上常见的生态学景观,蘑菇圈的真菌不仅会影响植物的生长,而且会极大地改变土壤理化性质和微生物群落,从而间接影响土壤呼吸。探究草原蘑菇圈的土壤呼吸作用,为精确估算草地土壤温室气体排放提供科学依据。【方法】 采用Li-8100土壤呼吸监测系统,对呼伦贝尔草甸草原蘑菇圈不同位置（圈上、圈内、圈外）的土壤呼吸作用进行监测,并使用探针式电子温度计（CJTP-101）和手持式土壤水分仪测量土壤温度和土壤含水量,同时测定蘑菇圈土壤生物量和土壤养分,探讨它们之间的相关性。【结果】 蘑菇圈上的地上生物量为246.2 g·m^-2,显著高于圈内（153.1 g·m^-2）和圈外（132.6 g·m^-2）,圈上地上生物量分别为圈内和圈外的1.61倍和1.86倍;蘑菇圈上地下生物量为763.9 g·m^-2,小于圈内（927.4 g·m^-2）和圈外（824.8 g·m^-2）,圈上、圈内、圈外地下生物量差异不显著（P>0.05）;蘑菇圈上枯落物量为17.9 g·m^-2,大于圈内（13.1 g·m^-2）和圈外（9.6 g·m^-2）,但差异不显著（P>0.05）;圈上土壤速效氮和速效磷的含量分别为52.2和7.8 mg·kg^-1,显著高于圈内和圈外（P<0.05）,速效氮的含量分别比圈内、外平均值高42%和40%,速效磷的含量分别比圈内、外平均值高53%和59%;蘑菇圈上土壤有机质和全氮含量分别为3 560.1和319.8 mg·kg^-1,均低于圈内和圈外;而全磷含量为502.2 mg·kg^-1,高于圈内和圈外,但均无显著差异（P>0.05）。草原蘑菇圈上平均土壤呼吸速率为5.26 μmol·m^-2·s^-1,显著大于圈内（4.07 μmol·m ^-2·s^-1）和圈外（4.17 μmol·m ^-2·s^-1）,土壤呼吸速率与土壤温度和土壤含水量之间分别存在显著的指数和线性回归关系（P<0.01）。【结论】 土壤温度和水分不是造成蘑菇圈土壤呼吸速率差异性的主导要素,蘑菇圈上的土壤呼吸速率增强与圈上较高的速效养分和较强的微生物活性及酶活性有关。     

少耕轮作小麦间作玉米的产量表现和水分利用效率

通过田间定位试验,研究少耕轮作和小麦秸秆覆盖方式对小麦间作玉米产量和水分利用效率的影响。结果表明,少耕轮作和留茬覆盖小麦间作玉米具有明显的增产和提高水分利用效率(WUE)的作用。一个轮作周期内,间作轮作中小麦籽粒产量较相应单作轮作提高43.98%～55.55%,玉米籽粒产量较相应单作轮作提高61.03%～69.98%,增产效果显著;间作轮作的耗水量及WUE较相应单作轮作分别增加42.07%～43.94%与11.54%～15.51%。与传统间作相比,少耕轮作留茬覆盖可显著提高产量、水分利用效率和降低间作的耗水量,25cm高等量秸秆覆盖免耕处理较其他间作处理产量与水分利用效率分别提高2.54%～10.97%与4.13%～15.69%,耗水量降低1.54%～4.09%。所以25cm高等量秸秆覆盖免耕处理为本试区减少水分无效损耗、提高WUE的可行模式,是试区内较适宜采取的耕作措施。     

枣园间作棉花、苜蓿土壤呼吸差异及效益分析

不同种植模式会对土壤温室气体排放、作物产量和经济效益产生不同的影响。本试验采用静态箱法结合气相色谱仪对枣棉间作、棉花单作、枣苜间作和苜蓿单作4种不同种植模式下土壤温室气体的排放进行测定,并对其产量和经济效益进行计算和综合分析,以确定综合收益最高的种植模式。结果表明,枣棉间作与棉花单作相比,CO₂排放通量减少了15.78%,N₂O排放通量减少了76.40%。枣苜间作与苜蓿单作相比CO₂排放通量减少了1.06%,N₂O排放通量减少了57.89%。枣棉间作与枣苜间作相比CO₂排放通量增加了206.42%,N₂O排放通量增加了375.00%。棉花单作比枣棉间作的产量增加了40.90%。在总共收割的两茬苜蓿中,第一茬的苜蓿单作比枣苜间作产量增加了93.24%,第二茬苜蓿单作比枣苜间作产量增加了27.31%。枣棉间作比棉花单作净收入增加了24.00%。两茬苜蓿间作比单作的净收入增加了35.00%。间作模式有利于土壤CO₂、N₂     

蚂蚁活动对小果野芭蕉群落土壤呼吸季节动态的影响

【目的】揭示蚂蚁活动对热带森林土壤呼吸的影响,为探索土壤动物介导“地—气”碳交换的生物学机制提供数据支撑。【方法】以西双版纳小果野芭蕉Musa acuminata群落为研究对象,设置蚂蚁巢穴与非蚁巢地2种处理,采用Li-6400-09测定土壤呼吸速率,并分析蚂蚁筑巢引起土壤温湿度、微生物生物量碳及碳氮库组分的改变对土壤呼吸动态的影响。【结果】①蚁巢地土壤呼吸速率(7.19μmol·m^-2·s^-1)是非蚁巢地(5.24μmol·m^-2·s^-1)的1.37倍;②蚁巢地与非蚁巢地土壤呼吸均呈单峰型季节波动,其中最大值出现在9月(10.64,7.90μmol·m^-2·s^-1);③蚁巢地不同土层土壤温度与微生物生物量碳变化对土壤呼吸的平均解释率(82.32%、70.85%)均显著高于非蚁巢地(73.20%、52.50%)(P<0.05),但蚁巢地水分对土壤呼吸速率的解释率低于非蚁巢地;④蚂蚁活动增加土壤碳氮库各组分含量达5.29%～65.95%,并显著促进土壤...     

玉米大豆间作降低小麦玉米轮作体系 土壤氮残留的效应与机制

【目的】阐明夏播玉米大豆间作对小麦玉米轮作体系产量、吸氮量、土壤含水量和硝态氮残留的影响,明确间作地上部和地下部因素对间作优势的相对贡献率,为优化资源配置、提高土地生产力提供科学依据。【方法】2011年6月至2012年10月,在河北省徐水县代表性农田设置玉米单作（T1）、大豆单作（T2）、玉米与大豆间作根部不分隔（T3）、玉米与大豆间作根部分隔（T4）4个处理,并对关键生育时期的作物生长、土壤水分和硝态氮含量进行实时观测。【结果】相对作物单作种植模式,间作产量优势明显,玉米大豆间作种植的土地当量比（LER）大于1,间作模式总吸氮量（256.1 kg·hm^-2）显著高于玉米单作种植（159.7 kg·hm^-2）。玉米大豆间作主要通过促进玉米生长和氮素吸收来提高间作系统生产能力,其中地上部因素对间作玉米生物量、产量和吸氮量提高的贡献率分别为81.6%、83.4%和75.7%,而地下部因素的贡献率仅为18.4%、16.6%和24.3%。间作玉米条带土壤含水量显著低于单作玉米,隔根间作玉米土壤含水量显著低于不隔根间作玉米,单作大豆与间作大豆土壤含水量无显著差异,隔根对间作大豆土壤含水量无显著影响。相对单作种植,间作系统降低了玉米收获后各层土壤硝态氮含量,而提高了大豆条带土壤硝态氮含量;相对不隔根处理,间作隔根对玉米土壤硝态氮含量影响不大,但降低了间作大豆土壤硝态氮含量。夏季无论是单作种植还是间作种植,其后茬小麦产量和吸氮量均无显著差异,但间作可以显著降低小麦收获后土壤硝态氮残留量（P＜0.05）,相对玉米单作,间作种植的后茬小麦收获后0-100 cm土层硝态氮残留量降低了87.2 kg·hm^-2,其中地上部因素贡献率为77.5%,地下部因素对此贡献仅为22.5%。【结论】夏播间作种植产量优势明显,间作模式整体吸氮量高于玉米单作,其中地上部因素对间作优势的贡献大于地下部因素,并且夏播间作种植对后茬小麦产量和吸氮量均无显著影响。相对单作种植,间作种植降低了玉米条带土壤含水量而对大豆条带无显著影响,间作玉米条带土壤硝态氮含量显著降低而大豆条带土壤硝态氮含量显著提高,但间作系统当季及后茬作物收获后的整体土壤硝态氮残留显著降低。     

不同种植模式对农田土壤呼吸速率的影响

【目的】探讨不同种植模式对农田土壤CO_2排放的影响,以期为农田固碳减排提供理论参考.【方法】以河西绿洲灌区的7种种植模式为研究对象,采用CFX-2开放式呼吸测定系统进行土壤呼吸速率测定.【结果】7类种植模式下农田土壤呼吸速率具有明显的季节变化规律,其中,单作玉米的波动幅度最大,呈先上升再下降的趋势;平均土壤呼吸速率表现为单作玉米玉米间作豌豆小麦间作玉米春小麦复种冬油菜春小麦复种冬小麦春小麦复种春油菜春油菜复种马铃薯,且不同处理间平均土壤呼吸速率差异显著(P0.05);单作玉米农田土壤呼吸速率最强,春油菜复种马铃薯最小,且单作玉米农田土壤呼吸速率为春油菜复种马铃薯的4.6倍.间作模式下小麦、玉米带土壤呼吸速率较相应的单作分别降低20.9%和26.3%.【结论】7种种植模式中,单作玉米潜在温室气体排放量最大,春油菜复种马铃薯最有利于农田温室气体减排,而间作模式可有效降低配置作物的土壤呼吸速率强度.     

少耕秸秆覆盖对小麦间作玉米棵间蒸发的影响研究

在河西绿洲灌区,通过大田试验,研究了前茬小麦25cm高茬收割免耕(T0S1)、25cm高等量秸秆覆盖免耕(T0S2)、25cm高等量秸秆翻压(TS3)和低茬收割翻耕(TS0)对后茬小麦、玉米的单作和间作群体耗水量和棵间蒸发的影响,以期为通过优化小麦间作玉米的秸秆管理、提高水分利用率提供理论依据。结果表明,秸秆覆盖可降低作物群体的总棵间蒸发量,与未覆盖处理相比,秸秆覆盖小麦间作玉米的棵间总蒸发量降低了4.7%~8.9%,单作小麦棵间总蒸发量降低了4.8%~11.2%。间作群体的棵间蒸发主要发生在小麦收获前,约占总蒸发量的70%,秸秆覆盖处理在小麦收获前使棵间蒸发降低了5.2%~10.8%。间作中,小麦带棵间蒸发量较玉米带高16.6%~19.8%;秸秆覆盖处理与未覆盖处理相比较小麦带棵间蒸发量降低了5.4%~10.0%,玉米带棵间蒸发量降低了3.9%~6.1%。秸秆覆盖处理的E/ET相比于无覆盖处理小麦间作玉米群体降低了2.9%~5.2%,单作小麦群体降低了2.1%~9.0%,小麦秸秆覆盖可减少水分的无效损失,提高水分利用率。     

小麦玉米间作和氮肥对作物耗水特性及水分利用的影响

通过大田试验,在半湿润区雨养条件下研究小麦玉米间作种植与单作种植在两个氮肥水平下的阶段耗水量、土面蒸发特征及水分利用效率,探究间作系统中各组成作物的耗水特性以及氮肥对水分利用的调节作用。研究结果表明,间作种植模式可增加小麦耗水量、全生育期土面蒸发量与土面蒸发量占耗水量的比例(E/ET),而降低玉米耗水量。在同一种植模式下,施氮处理增加作物耗水量,同时降低全生育期土面蒸发量与土面蒸发量占耗水量的比例,说明施氮能适当地增加土壤水分的有效性。与单作相比,间作使小麦在施氮时产量、水分利用效率分别提高33.20%与12.15%,在不施氮时较单作小麦产量、水分利用效率分别提高26.97%与23.81%;玉米间作与单作种植对产量的差异不显著,但显著提高水分利用效率,在施氮时和不施氮情况下分别提高8.37%和10.06%。在同一种植模式下,施氮处理同时增加小麦和玉米的产量与水分利用效率。因此,可在半湿润区适当发展施氮处理的间作种植模式,以提高作物的水分利用效率和达到作物高产。     

前茬小麦秸秆处理方式对河西走廊地膜覆盖玉米农田土壤水热特性的影响

【目的】农田土壤水热特性是决定作物生长发育和资源利用效率的关键因素,研究前茬处理方式对后茬农田土壤水热特性的影响,为试区高效麦玉轮作模式耕作措施的优化提供依据。【方法】在甘肃河西绿洲灌区,通过田间试验,研究前茬小麦秸秆不同处理方式和耕作措施（25 cm高茬收割立茬免耕-NTSS,25 cm高茬等量秸秆覆盖免耕-NTS,25 cm高茬等量秸秆翻压-TIS和传统低茬收割翻耕-CT）对后茬地膜覆盖栽培玉米农田土壤水热特性的影响。【结果】与CT相比,NTSS、NTS可提高后茬地膜覆盖玉米农田0-110 cm土层播种至苗期、拔节至大喇叭口期、吐丝至开花期的平均土壤含水量,分别高5.0%-7.8%、4.4%-5.4%和4.8%-7.1%,NTSS与NTS间的平均土壤含水量差异不显著;灌浆期内,NTS的土壤含水量比CT高4.7%,但NTSS与CT差异不显著,NTS具有保持后茬地膜覆盖玉米全生育期良好土壤水分含量的优势。NTSS、NTS减小了后茬地膜覆盖玉米吐丝期之前的耗水量,增大了吐丝期之后的耗水量,有效协调玉米生育前期与后期需水矛盾,以NTS的效果更突出。NTSS、NTS可有效改善后茬地膜覆盖玉米农田表层0-25 cm土壤的热量条件,NTS调控效应更强,2010年,NTS 8:00时的平均土壤温度比CT高0.76℃;2个试验年度内,NTS 14:00和18:00时的平均土壤温度比CT分别低3.67-3.87℃和1.19-1.30℃,说明前茬小麦秸秆免耕覆盖在昼夜低温期具有保温效应,而高温时具有降温作用。NTSS、NTS降低了后茬地膜覆盖玉米农田土壤积温,其中NTS处理玉米播种至拔节期、拔节至吐丝期、吐丝至灌浆末期的土壤积温比CT分别低67.1-76.2℃、29.3-50.5℃和46.7-75.3℃,降幅大于NTSS。从玉米不同生育时期平均大气-土壤温差可知,NTS在低温季有保持土壤温度的作用,在高温季节有相对降温的作用,是减少气温变化对玉米生长发育过度影响的重要机制。与CT相比,NTSS、NTS、TIS提高了后茬地膜覆盖玉米的籽粒产量,增产幅度为11.3%-17.5%,其中NTS两年籽粒产量最高,分别达到13 470和13 274 kg·hm^-2,较TIS高5.6%-9.0%。【结论】前茬小麦秸秆免耕覆盖（NTS）是绿洲灌区地膜覆盖玉米适宜的前茬处理措施。     

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。     

耕作方式与秸秆还田对冬小麦-夏玉米耗水特性和水分利用效率的影响

【目的】黄淮海地区是中国粮食主产区之一,但农业生产中旱涝频繁发生,同时还存在土壤紧实、耕层变浅和土壤蓄水保墒能力低等问题,严重影响了该区的粮食生产。耕作方式和秸秆还田作为农业生产中两项重要的技术措施,对改善土壤结构、提高土壤蓄水能力和水分利用效率有显著作用。本文旨在探索耕作方式、秸秆还田以及二者交互对冬小麦-夏玉米耗水特性和水分利用效率的影响,为优化黄淮海地区的土壤耕作方式提供依据。【方法】采用土壤耕作方式与秸秆还田相结合的方法,设置常规耕作＋秸秆还田、常规耕作＋无秸秆还田、深耕＋秸秆还田、深耕＋无秸秆还田、深松＋秸秆还田、深松＋无秸秆还田6个处理,研究耕作方式与秸秆还田对冬小麦-夏玉米一年两熟农田耗水量、耗水模系数、土壤贮水消耗量、株间蒸发量、籽粒产量和水分利用效率的影响,分析不同耕作方式、秸秆还田以及二者交互对冬小麦-夏玉米耗水特性和水分利用效率的影响。【结果】耕作方式、秸秆还田对土壤容重、农田耗水量、土壤贮水消耗量、株间蒸发量、籽粒产量和水分利用效率均存在显著或极显著影响。与常规耕作相比,深耕和深松主要降低了20-40 cm土层的土壤容重,增加了冬小麦、夏玉米和周年总农田耗水量,提高了0-100 cm土层的土壤贮水消耗量,同时降低了休闲期无效农田耗水量。此外,深耕和深松还降低了夏玉米的株间蒸发量,但深耕显著增加了冬小麦的株间蒸发量,深松则相反。秸秆还田也可以降低土壤容重,提高土壤贮水消耗量,增加冬小麦农田耗水量,降低夏玉米和休闲期农田耗水量,增加冬小麦的株间蒸发量,降低夏玉米的株间蒸发量。与常规耕作相比,深耕和深松处理的周年作物产量分别提高了10.7%和9.8%,周年水分利用效率分别提高了8.8%和6.3%。秸秆还田处理的周年作物产量和水分利用效率分别比秸秆不还田处理提高了6.3%和7.6%。耕作方式与秸秆还田对冬小麦-夏玉米的耗水特性、籽粒产量和水分利用效率存在显著交互作用。与常规耕作＋无秸秆还田处理相比,深耕＋秸秆还田和深松＋秸秆还田处理的周年农田耗水量分别提高3.3%和2.4%,冬小麦-夏玉米的农田耗水量分别提高了4.2%和3.3%,休闲期的农田耗水量分别降低了7.0%和9.9%,周年作物产量分别提高了18.0%和19.3%,水分利用效率分别提高了15.9%和15.1%。【结论】在几种耕作模式中,深耕＋秸秆还田、深松＋秸秆还田的周年作物产量和水分利用效率最高,且二者无显著性差异,表明深耕或深松结合秸秆还田有利于作物产量和水分利用效率的提高。因此,在本试验条件下,在秸秆还田的基础上深松或深耕是黄淮海地区适宜的耕作方式。     

还田玉米秸秆氮释放对关中黄土供氮和冬小麦氮吸收的影响

【目的】在陕西关中冬小麦-夏玉米轮作区,研究还田玉米秸秆的氮释放对土壤供氮和冬小麦氮吸收的影响,为优化区域秸秆还田的小麦氮素管理提供理论依据。【方法】田间试验于2012年10月至2013年5月在陕西省周至县终南镇进行,冬小麦播种后,在小麦行间填埋装有风干玉米秸秆的尼龙网袋,采用网袋法与¹⁵N同位素交叉标记还田玉米秸秆和氮肥,在秸秆还田条件下,设置不施氮和施氮200 kg N·hm^-2两个处理,重复4次,定期取样测定网袋中剩余秸秆的氮素变化和收获期小麦不同器官的氮含量,研究小麦生长季还田玉米秸秆的氮素释放,秸秆氮和肥料氮的去向,及不同来源的氮素对小麦地上部氮吸收的贡献。【结果】残留在玉米秸秆中的总氮量从小麦播种到越冬前降低,此后到返青期上升,返青期后又逐渐下降。从播种至收获,不施氮和施氮量200 kg N·hm^-2时,秸秆自身氮素的释放量分别为19.7和18.3 kg·hm^-2,吸持的土壤氮为10.4和7.5 kg·hm^-2;吸持肥料氮（施氮时）为3.6 kg·hm^-2,因此秸秆向土壤净释放的氮素分别为9.4和7.2 kg·hm^-2。小麦收获期,不施氮和施氮200 kg N·hm^-2时分别有65.1%和67.7%的秸秆氮残留在未腐解的秸秆中,31.5%和30.4%随着秸秆腐解释放进入土壤或损失,小麦当季吸收利用的秸秆氮很少,分别为3.4%和1.9%。秸秆还田条件下,施氮量为200 kg N·hm^-2时,经吸收进入小麦地上部、残留于土壤及损失、被玉米秸秆吸持的肥料氮分别占施入土壤肥料氮总量的25.0%、73.2%和1.8%。土壤氮对小麦当季氮吸收的贡献最大,肥料氮次之,秸秆氮的贡献最小,不施氮与施氮时,分别为98.3%和69.2%、0和30.1%,1.7%和0.6%。小麦吸收的土壤、肥料和秸秆氮素主要分配在小麦籽粒中,不施氮与施氮时分别为98.1%和68.8%、0和30.5%、1.9%和0.7%。【结论】在陕西关中冬小麦-夏玉米轮作区,种植一季小麦后,还田秸秆氮主要残留在田间未腐解的秸秆中,占65%以上;肥料氮以残留于土壤或损失为主,高于70%;土壤氮对小麦氮吸收的贡献最大,约为70%。     

长期增施有机肥/秸秆还田对土壤氮素淋失风险的影响

【目的】研究长期增施有机肥/秸秆还田对作物产量及土壤氮素淋失风险的影响,旨在为华北平原冬小麦-夏玉米轮作区增强土壤肥力、提高作物产量及降低农业面源污染风险提供依据。【方法】以国家褐潮土肥力与肥料效益监测基地的长期肥料试验为平台,研究长达27年不同施肥处理对冬小麦-夏玉米产量、土壤肥力、氮素淋失风险和土壤氮素剖面分布的影响,试验共设置5个施肥处理,即：对照（CK）;氮磷钾（NPK）;氮磷钾+有机肥（NPKM）;氮磷钾+过量有机肥（NPKM+）;氮磷钾+秸秆还田（NPKS）。【结果】（1）在27年的不同施肥处理中,长期增施有机肥/秸秆还田均能使作物增产,改善土壤肥力。其中,增施有机肥处理尤为显著,与NPK相比,NPKM、NPKM+处理提高小麦和玉米产量分别为41%-50%和30%-32%;增加0-20 cm表层土壤有机碳（SOC）和全氮（TN）含量分别为62%-121%、107%-187%;但降低小麦、玉米氮肥偏生产力（PFP_N）分别达22%-32%、27%-41%。而NPKS处理对作物增产及提升土壤肥力的作用低于增施有机肥处理,对小麦产量、玉米产量、SOC、TN含量的增幅分别为24%、6%、9%、97%,但提高小麦季PFP_N为216%、降低玉米季PFP_N为40%。（2）长期增施有机肥/秸秆还田处理中,0-20 cm表层土壤SOC、TN、硝态氮（NO₃^--N）、可溶性碳氮等养分含量以及氮矿化速率、硝化潜势等微生物学过程显著高于20-200 cm,说明长期增施有机肥/秸秆还田等外源碳的添加对土壤养分及微生物学过程的影响主要发生在表层。（3）与NPK相比,NPKM处理能够显著增加100-200 cm深层土壤中NO₃^--N含量,NO₃^--N平均含量为17.8-26.1 mg·kg^-1;而NPKS处理在一定程度上能够增加0-100 cm土层NO₃^--N含量,NO₃^--N平均含量为3.6-13.4 mg·kg^-1,表明增施有机肥会促进土壤NO₃^--N的向下迁移,而秸秆还田对土壤NO₃^--N具有一定的固持作用。此外,由于有机肥和秸秆带入的氮素, NPKM、NPKM+、NPKS处理氮盈余比NPK处理增加312%、1 037%、953%,大大增加了土壤氮素淋失风险。【结论】在氮磷钾化肥基础上增施有机肥/秸秆还田会提高作物产量、增强土壤肥力,但会提高土壤氮盈余量,提高氮素淋失风险,尤其是增施有机肥会大大增加氮素淋失风险。