旱地土壤周年覆盖试验效应分析

2000～2002年在平阴、青州、沂水和邹城等县市区的丘陵旱地进行了土壤周年覆盖效应试验。结果表明,旱地土壤周年覆盖有较好的土壤增温和保水效果,能有效地改善作物生长田间环境和土壤理化性状,小麦、花生、玉米等作物增产效果显著。     

秸秆覆盖对红壤旱地作物生长及土壤质量的影响

为了解红壤旱地秸秆覆盖还田的效应,在江西典型红壤旱地上建立定位试验,以研究秸秆覆盖还田对土壤质量演变及作物产量的影响,为提高红壤旱地的综合生产能力提供依据。4a定位试验的结果表明:(1)红壤旱地作物行间秸秆覆盖还田有利于促进作物根系和地上部生长、提高作物产量,作物单产较对照(不覆盖)提高15%～20%;(2)提高土壤肥力水平,有机质提高1.8g/kg、土壤速效N、K含量分别较对照提高8.0%、8.1%;(3)增加土壤生物活性,土壤真菌、细菌的数量分别较对照增加92.0%、31.1%,土壤脲酶、蔗糖酶、过氧化氢酶的活性分别较对照提高37.6%、19.9%和42.1%;(4)改善土壤结构,土壤容重降低了0.022g/cm3,干旱时土壤含水量较对照高出4个百分点左右。而且随着定位时间的延长,作物增产和培肥改土效果更明显。     

红壤旱坡地免耕覆盖研究

红壤旱地免耕覆盖能明显减少水土流失;长期免耕覆盖会增加土壤亚表层容重,减少土壤毛管孔隙,降低１０－５０ｃｍ土层贮水量;免耕覆盖土壤养分略高于常规耕作,免耕覆盖初期微生物量高于常规耕作,但后期微生物量低于常规耕作,免耕覆盖对作物产量影响因作物而异,对作物的增产效果随着时间推移而降低,甚至导致减产。     

渭北旱塬不同田间管理措施下冬小麦产量及水分利用效率

水分是限制旱地作物产量最主要的因素,提高自然降水利用效率是增加旱地作物产量的有效途径。2001～2003年在渭北旱塬粉砂壤土上的田间试验研究表明,不同田间管理措施对冬小麦的产量及水分利用效率有显著的影响。秸秆覆盖不仅增加雨水入渗,提高上层土壤含水量,而且促进水分向下运输。在覆盖第二年小麦产量较常规种植显著增加,同时覆盖下土壤有机质含量有较快增加的趋势。夏季休闲期种植填闲作物将不影响下一季作物的水分状况,短期内填闲作物对土壤有机质,小麦产量及水分利用效率也没有影响。     

旱地春玉米草纤维膜覆盖的农田生态效应

试验研究了草纤维膜旱地农田春玉米及其对土壤理化性状,土壤温度和水分状况及作物生长发育的影响,结果表明,草纤维膜覆盖在改善土壤结构、调节土壤温度、蓄水保墒、促进作物生长发育等方面效果明显,是解决我国北方旱农地区干旱缺水与土壤瘠薄缺肥的有效途径之一。     

旱地春玉米草纤维膜覆盖的农田生态效应

试验研究了革纤维膜覆盖旱地农田春玉米及其对土壤理化性状、土壤温度和水分状况及作物生长发育的影响。结果表明,草纤维膜覆盖在改善土壤结构、调节土壤温度、蓄水保墒、促进柞物生长发育等方面效果明星,是解决我国北方旱农地区干旱缺水与土壤瘠薄缺肥的有效途径之一．     

覆盖作物的效益及其合理选择的研究进展

覆盖作物的种植是一种可实现农业可持续发展的保护性耕作措施，对维护农业生产的可持续性具有积极意义。目前，对覆盖作物的研究主要侧重于覆盖作物对土壤和后茬作物的影响评价，包括对土壤有机碳、氮的固存，对杂草和病虫害的抑制、对土壤理化性质的改良和对土壤微生物活性的影响等方面。然而，覆盖作物的效益因覆盖作物类型、地理位置和覆盖时间不同而存在差异。另外，覆盖作物的选择、设置方法、终止方法、经济效益等充满了不确定性，这限制了其在农田中的大面积推广。该研究基于当前国内外的研究进展简要介绍了覆盖作物的种植管理现状，总结了覆盖作物提供的多种生态系统服务功能，讨论了限制覆盖作物在农作物种植系统中广泛应用的关键因素，提出了覆盖作物合理选择的建议。同时，基于覆盖作物在农学、生态环境上的经济和生态效益，对覆盖作物的贡献以及面临的瓶颈进行了思考。发现良种培育、覆盖作物-土壤微生物-土壤养分-作物之间的协同机制仍是今后需要突破的重点课题，以期为覆盖作物的合理选择及大面积推广提供依据。     

施肥和秸秆覆盖对旱地作物水分利用效率的影响

１９９２～１９９５年,在陕西省合阳旱地进行了施肥和秸秆覆盖对冬小麦、春向日葵水分利用效率影响试验。结果表明,在一定的施肥范围内,肥水表现为互促协同效应,作物的水分利用效率随着施肥量的增加而提高,试验条件下,冬小麦水分利用效率增加１４．９％～５７．５％。秸秆覆盖能抑制土壤蒸发,增强作物蒸腾,从而提高作物水分利用效率,在旱地推广合理施肥和秸秆覆盖技术是提高作物产量的有效途径。     

旱地秸秆覆盖条件下作物减产的原因及作用机制分析

结合多年的田间试验研究，对中国旱地秸秆覆盖的方法、效果、减产现象及其原因进行了总结和分析，结果表明：虽然绝大多数资料显示秸秆覆盖能明显改善土壤水分状况、提高作物产量，但覆盖条件下作物不增产甚至减产的现象不容忽视，其原因可能与覆盖导致土壤水分、温度和供肥状况等因素的变化有关，作用机理尚需深入探讨，并提出了进一步研究的思路。     

干热河谷旱地覆盖间作两熟种植模式的水分效应

在干热河谷旱地选择玉米/黄豆种植模式进行田间试验,研究不同覆盖栽培措施条件下间作两熟种植模式的水分效应。结果表明,秸秆、地膜覆盖栽培有明显增加和保蓄土壤水的作用,秸秆地膜二元覆盖栽培的作用更为显著,根区成为作物耗水与土壤保蓄水的关键区域,农田水分变化沿土层可划分为3个层次,即0-30cm土层为土壤水分变化活跃层和土壤贮水增加明显层;30-80cm土层为土壤水分变化次活跃层和土壤贮水增加显著层;80-100cm土层为土壤水分变化相对稳定层和土壤贮水增加一般层,且覆盖栽培措施可促进作物耗水量由田间无效蒸发耗水向有效的田间作物蒸腾耗水转化,使旱作农田水分的有效性显著提升。     

旱地两熟周年覆盖栽培技术

介绍了旱地两熟周年覆盖栽培技术的增产效果，增产机理，技术要点。     

秸秆和地膜覆盖模式下土壤水热动态分析

采用减氮追肥、垄覆沟播、秸秆还田等措施种植冬小麦,研究其对冬小麦产量、土壤储水量、土壤水热动态变化过程及作物水分利用效率的影响。结果表明,不同处理之间土壤水分差异显著,不同土层土壤含水量既随降雨量波动,又受不同覆盖栽培条件的影响。"推荐施肥+垄覆沟播"模式0~100 cm土壤储水量最高。不同处理之间日间土壤温度差异较小,但温度日内变化差异较大。不同处理的增温效果为推荐施肥+垄覆沟播推荐施肥推荐施肥+夏闲秸秆。同对照相比,旱地"推荐施肥+垄覆沟播"模式使小麦增产5.25%,水分利用效率提高42.06%,是适合旱地作物生产的栽培措施。HYDRUS-1D模型模拟值同实测值拟合度较好,可用于不同覆盖模式下土壤水热过程分析。     

原位酶谱技术分析旱地长期覆盖下根际酶活性空间分布

根与土壤微生物产生的酶是土壤有机质分解的主要生物驱动因素，对土壤养分循环具有重要意义。该研究利用原位酶谱技术在不破坏作物根系的同时，研究了渭北旱塬长期覆盖春玉米根际土壤酶活性空间分布。田间试验于2020年6月在中国科学院长武黄土高原农业生态试验站进行。以春玉米"先玉335"为供试材料，采用完全随机区组设计，设置秸秆覆盖（SM）、地膜覆盖（FM）和无覆盖（CK）三个处理，于春玉米吐丝期获取根系剖面酶谱图，分析了β-葡萄糖苷酶和亮氨酸氨基肽酶在春玉米根际的分布。结果表明：β-葡萄糖苷酶在秸秆覆盖下根际活性分布（热点）面积最大，是地膜覆盖的1.9倍、无覆盖的8.1倍；同时其在秸秆覆盖下延根分布距离最长为2.5 mm；与之对应，动力学拟合结果也表明秸秆覆盖下的酶动力学参数酶活最大反应速率和米氏常值最大，其土壤底物周转时间最快。亮氨酸氨基肽酶在地膜覆盖下活性分布总面积最大，是秸秆覆盖的1.8倍、无覆盖的6.4倍；其在地膜覆盖下酶活性延根分布距离最长为4.5 mm，秸秆覆盖下的酶动力学参数也为最大，底物周转时间最快。研究揭示了地表覆盖通过调节作物根际土壤酶活性空间分布促进养分吸收，实现旱地玉米高产高效的酶动力学机制。     

旱地长期定位施肥土壤水氮资源利用的研究

黄土高原旱地长期定位施肥N素利用率及作物对土壤深层储水利用试验研究结果表明,旱地长期施用N肥利用效率较高,平均为47.9％,0～100cm土层土壤NO_3~--N含量对作物生长有效,高N肥投入可提高作物产量和利用更多的土壤储水。该区土壤对水分有很大调节作用,土壤水库具有很大的抗旱增产潜力。     

黄土旱塬农田全程全覆盖的“土壤水库”作用

晋南黄土旱塬虽土层深厚 ,蓄水、保水性能良好 ,但传统农业的农田“土壤水库”作用有限 ,在年降水量较小且分布不均匀 ,而蒸发量较大的情况下 ,天然降水利用率很低 ,作物产量极不稳定。为寻求解决这一问题的有效途径 ,于 1991～ 1996年进行了 6年的探索 ,研究出在旱地农田实行全程全覆盖的保水措施 ,采用不同覆盖材料 ,配合垄作方式 ,既能较大程度地吸纳天然降水 ,又可做到全程全封闭地抑制土壤水分蒸发 ,形成良好的“土壤水库”,使不均衡的天然降水变为较均匀的供水 ,在整个覆盖周期内其土壤贮水量始终高于半覆盖和不覆盖处理 ,有效地缓解了作物旱情 ,提高了天然降水的利用效率。     

旱地玉米半耕整秆覆盖效果研究

经过２年的旱地玉米半耕整秆半覆盖试验结果表明，该措施可增加土壤耕作有机质，提高土壤含水量和土壤肥力，改善土壤耕层结构，达到增产目的。     

稻草还田条件下水田和旱地土壤有机碳矿化特征与差异

采用14C示踪技术,通过100 d的原状土柱室内模拟试验,得出以下研究结果:培养100 d后,有34.74%(水田覆盖)、17.85%(水田翻埋)、35.68%(旱地覆盖)和36.06%(旱地翻埋)的稻草碳被矿化,水田和旱地土壤分别有0.99%～1.17%和2.25%～2.53%的原有有机碳被矿化。土地利用和稻草还田方式及两因素的交互作用,对添加稻草碳的矿化速率和累积矿化率均有显著影响(p<0.01),但对于土壤原有有机碳的矿化速率和累积矿化量,只有土地利用方式对其有显著影响(p<0.01);添加稻草后,土壤总累积矿化量没有发生显著变化(旱地翻埋除外),因为稻草还田抑制了土壤原有有机碳的降解,使100 d的累积矿化量相对于各自对照减少了13.95%(水田覆盖)、15.68%(水田翻埋)、11.04%(旱地覆盖)和3.34%(旱地翻埋)。水田翻埋和旱地覆盖是稻草资源合理利用的较好方式,更有利于土壤有机碳的积累;添加的稻草碳和土壤原有有机碳在水田的矿化速率均显著低于旱地,是水田有机碳含量通常高于同一景观单元旱地的主要原因之一。     

不同轮作模式下氮肥用量对土壤有机氮组分的影响

通过三年六季的田间定位试验,对比研究了水旱轮作(水稻/油菜)和旱地轮作(棉花/油菜)下氮肥用量对土壤有机氮含量及其组分的影响。结果表明,经过三年轮作后,周年轮作氮肥投入超过300 kg hm~(-2)(以纯氮计,下同)的处理0~20 cm土壤全氮含量明显增加。与不施氮处理相比,周年氮肥用量为300 kg hm~(-2)和375 kg hm~(-2)水旱轮作处理0~20 cm土壤全氮含量增加了13.6%~23.5%,而旱地轮作处理则增加了15.0%~23.0%,土壤酸解态氮含量增加是土壤全氮变化的主要原因。两种轮作模式下土壤酸解态氮含量无显著差异,但土壤酸解态氮各组分的变化却不相同。水旱轮作中酸解铵态氮增加的比例(33.8%)低于旱地轮作(53.9%),但其酸解未知态氮含量增加的比例(36.0%)高于旱地轮作(16.6%)。综上所述,周年氮肥合理施用能明显提高土壤有机氮含量,水旱和旱地轮作下土壤酸解态氮库各组分变化差异明显。根据不同轮作模式下土壤有机氮库转化特点,优化氮肥施用对于提高作物产量和氮肥利用率具有重要意义。     

红壤区旱地和水田土壤磷素状况及其流失风险

红壤一般偏酸且铁铝富集,磷与铁、铝形成Fe-P、Al-P,降低了红壤磷的有效性。施磷提高红壤供磷能力,但是未被作物利用的磷积累在土壤中,对水体环境构成威胁。研究红壤磷素状况对于提高作物产量和保护环境具有重要意义。已有很多关于红壤磷素状况方面的报道,但是很少将红壤磷素状况与水体磷进行关联分析。在典型红壤区江西省余江县布点采集了旱地和水田土样各54份,周边水样24份,分析了土壤有效磷(Olsen-P和Bray-P)含量、水溶性磷(CaCl2-P)含量和水样总磷含量。结果表明,以Olsen-P为指标,11%的旱地和39%的水田土壤缺磷,61%的旱地和39%的水田土壤磷适合作物生长,11%的旱地和11%的水田土壤处于高磷状态。以Bray-P为指标,11%的旱地和33%的水田土壤缺磷,6%的旱地和33%的水田土壤磷适合作物生长,77%的旱地和6%的水田土壤处于高磷状态。Olsen-P、Bray-P与CaCl2-P三者之间具有极显著相关关系,对Olsen-P与Ca Cl2-P、Bray-P与CaCl2-P分别进行回归分析,求得土壤磷流失突变点的Olsen-P和Bray-P含量分别为56.31和118.4 mg·kg^-1。依据这两个标准,水田土壤有效磷均未超过磷流失突变点,旱地土壤Olsen-P和Bray-P超过突变点的样品比例分别为50%和33%。水田周边排水沟渠水的总磷含量均低于《地表水环境质量标准》Ⅱ类水标准。总之,调查的红壤区水田土壤整体较为缺磷、磷流失风险低,旱地土壤有效磷含量和磷流失风险都较高。     

秸秆覆盖对红壤旱地间作生态系统小气候的影响

田间试验研究秸秆覆盖对红壤旱地间作生态系统小气候的影响结果表明,红壤旱地实施秸秆覆盖后湍流交换热通量增大、潜热交换热通量和土壤热通量变小,且使秸秆全覆盖和半覆盖处理近地面温度和土壤湿度增高、土壤温度和近地面湿度降低,秸秆覆盖具有蓄水保墒和低温效应。