水旱轮作条件下免耕土壤微生物特性研究

通过野外调查和室内分析,研究了水旱轮作条件下,不同免耕年限土壤微生物数量和生物量的变化特点及其影响因素。结果发现:（1）旱作和水作后,免耕土壤细菌数量显著低于常规耕作。随着免耕年限延长,旱作后土壤细菌数量呈先降低再增加的趋势,免耕5～6 a时最低;而水作后,不同免耕年限间无显著差异。（2）旱作后,免耕土壤真菌和放线菌数量显著高于常规耕作,而水作后,真菌和放线菌数量较常规耕作显著降低。随着免耕年限的延长,旱作后土壤真菌数量呈先降低再增加的趋势,免耕7～8 a时最低;土壤放线菌数量在免耕5～6 a后趋于稳定。水作后,土壤真菌和放线菌数量呈显著负相关。（3）旱作和水作后,免耕土壤微生物量碳和氮显著高于常规耕作,两者呈极显著正相关,变化趋势一致。随着免耕年限延长,旱作后,土壤微生物量碳、氮呈逐渐降低的趋势;水作后,土壤微生物量碳、氮呈先增加再降低的趋势。     

秸秆还田和耕作方式对花生土壤微生物量、酶活性和产量的影响

通过两年的田间小区定位试验,研究免耕无秸秆还田(RN)、常规翻耕无秸秆还田(RS)、垄耕无秸秆还田(RD)、免耕秸秆还田(TN)、常规翻耕秸秆还田(TS)、垄耕秸秆还田(TD)6种耕作方式对科尔沁风沙地花生耕层土壤微生物量、土壤酶活性和产量的影响,探究适合辽西风沙半干旱条件下花生高产的耕作方式。结果表明:相同耕作条件下秸秆还田处理组土壤微生物量碳、氮、磷含量和土壤酶活性均高于无秸秆还田处理组,秸秆还田能显著提高土壤微生物量碳、氮、磷含量和酶活性;在相同秸秆还田处理条件下,与常规耕作和垄耕处理相比,免耕处理能显著提高土壤微生物量碳、氮、磷含量和土壤酶活性;免耕秸秆还田处理下,花生产量高出未还田处理4.32%。综上,免耕秸秆还田处理能显著提高土壤微生物量碳、氮、磷含量和土壤酶活性,提高耕层土壤生物学肥力,促进作物增产。     

保护性耕作对坡耕地土壤微生物量碳、氮的影响

利用长期定位试验(1999年开始保护性耕作,2004年采样测定),研究了豫西旱区坡耕地不同保护耕作对土壤有机碳、全氮和微生物量碳(SMB-C)、微生物量氮(SMB-N)的影响.结果表明:深松覆盖和免耕覆盖耕层有机碳、全氮较传统耕作均有增加,其中深松覆盖耕作下有机碳含量最高,为6.79 g/kg,比传统耕作增加了13.82%;免耕土壤全氮含量最高为0.797 g/kg,比传统耕作增加了10.42%;土壤有机碳、全氮随着土层的加深逐渐降低;长期保护性耕作(免耕、深松)显著增加了土壤微生物碳、氮含量,0～20 cm免耕和深松的土壤SMB-C、SMB-N含量分别较传统耕作增加79.3%,19.9%和17.92%,8.13%.长期耕作导致坡耕地土壤微生物碳、氮具有不同程度的坡下富集现象.土壤SMB-C与全氮、SMB-N呈显著正相关.由于微生物量C、N可作为评价土壤质量的生物学指标,因此可以认为,长期保护性耕作(免耕和深松)可以提高豫西旱区坡耕地土壤质量,增加土壤肥力.     

东北黑土旱田改稻田对土壤团聚体微生物群落功能多样性的影响

为了解东北黑土旱田改种稻田后土壤团聚体中微生物群落功能多样性的变化,将东北黑土旱田(种植玉米为主)改种为稻田(简称“旱改稻”),采用Biolog-Eco微平板技术,研究了“旱改稻”后不同粒径土壤团聚体微生物的多样性指数以及其对碳源利用能力的变化。结果表明,“旱改稻”显著增加了黑土土壤水稳性微团聚体数量,增加了不同粒径土壤团聚体内有机碳(SOC)的含量。旱田和稻田不同粒径土壤团聚体内的土壤微生物群落平均颜色变化率(AWCD)表现为旱田淤泥+粘土>旱田大团聚体>旱田微团聚体>稻田大团聚体>稻田淤泥+粘土>稻田微团聚体。“旱改稻”明显降低了各粒径土壤团聚体微生物的多样性指数以及碳源利用能力,尤其对氨基酸与碳水化合物最为明显。主成分分析结果表明,旱田和稻田不同粒径土壤团聚体微生物群落功能多样性差异显著。综上,“旱改稻”明显改变了黑土土壤团聚体微生物群落功能多样性,降低了以碳源为底物的土壤微生物代谢活性。本研究结果为东北黑土区土壤可持续利用提供了理论参考。     

水旱轮作后免耕水稻土微生物数量和生物量的变化特征研究

土壤微生物数量和生物量能迅速反映土壤肥力和土壤质量的演变趋势。通过野外调查和室内分析,研究了水旱轮作后,不同免耕年限土壤微生物数量和生物量的变化特点。结果表明:水旱轮作后,免耕耕层(0～20cm)土壤微生物数量、生物量P和生物多样性显著低于常规耕作,而微生物生物量C和N显著高于常规耕作;随着免耕年限延长,生物多样性、微生物生物量C和N在免耕7～8年时最低;免耕0～5cm土壤微生物数量和生物量显著高于5～10cm,而常规耕作0～5cm和5～10cm土壤微生物数量和生物量无显著差异。     

保护性耕作对黑土微生物群落的影响

耕作方式通过影响土壤微生物群落而影响土壤生态系统过程。本研究以传统耕作玉米连作处理为对照,通过测定土壤微生物量碳及磷脂脂肪酸含量,分析了保护性耕作(包括免耕玉米连作和免耕大豆-玉米轮作)对黑土微生物群落的影响。结果表明,保护性耕作可显著增加土壤表层(0～5cm)全碳、全氮、水溶性有机碳、碱解氮和微生物量碳(P0.05),为微生物代谢提供了丰富的资源。同时,保护性耕作显著提高了土壤表层(0～5cm)总脂肪酸量、真菌和细菌生物量(P0.05),提高了土壤的真菌/细菌值,有利于农田土壤生态系统的稳定性。研究结果对于探讨保护性耕作的内在机制具有重要意义。     

水旱轮作条件下免耕土壤主要理化特性研究

采用野外调查取样与室内分析相结合的方法,研究了水旱轮作条件下.不同免耕年限土壤主要理化特性的变化特点.结果表明:(1)水作及早作后.随免耕年限延长土壤容重在免耕7～8年达到最大值,与常规耕作差异显著.长期免耕导致土壤板结;土壤pH值在免耕2～3年显著低于常规耕作.免耕致使土壤酸化.(2)水作及旱作后.免耕土壤有机质、全氮、速效氮、速效磷、速效钾均在表层(0-5 cm)富集.(3)水作及早作后,免耕土壤耕层有机质、全氮均高于常规耕作,随免耕年限延长,免耕7～8年时明显下降;旱作后耕层土壤速效氮、速效磷变化特征与有机质和全氮一致,水作后免耕土壤速效氮含量高于常规耕作,但各免耕年限间无显著差异,土壤速效磷在免耕5～6年达到最大值,显著高于常规耕作,后随免耕年限延长变化趋于稳定;水作及旱作后,土壤速效钾在免耕5～6年内.与常规耕作均无显著差异,免耕7～8年达到最大值.水作与旱作相比.各肥力指标均表现为水作高于旱作.     

不同耕作方式下玉米农田土壤养分及土壤微生物活性变化

通过连续3年的野外调查与室内分析试验,研究了不同耕作方式（翻耕、旋耕、免耕）对玉米农田土壤养分及土壤微生物活性的影响。结果表明,不同耕作方式下土壤pH值略显酸性,土壤容重与土壤总孔隙度变化趋势相反;土壤容重基本表现为:免耕 > 翻耕 > 旋耕;土壤总孔隙度TSP基本表现为:翻耕 > 旋耕 > 免耕,不同耕作方式差异均显著（p<0.05）。不同耕作方式下土壤养分（有机碳、全氮含量）和有效养分（有效磷、铵态氮和硝态氮）均呈现出一致性规律,大致表现为翻耕 > 旋耕 > 免耕,不同耕作方式下土壤全磷含量差异均不显著（p > 0.05）;与免耕相比,土壤微生物量碳和氮、土壤微生物数量（细菌、真菌、放线菌、固氮菌和纤维素菌）均有明显的增加,大致表现为:翻耕 > 旋耕 > 免耕。土壤微生物活度的变化范围为0.38~0.69,依次表现为翻耕 > 旋耕 > 免耕,不同耕作方式下土壤微生物活度差异均显著（p<0.05）。不同耕作方式下土壤微生物量碳周转率高于氮周转率,说明微生物量碳更新比微生物量氮快,其中翻耕处理下土壤微生物量碳和氮更新较旋耕和免耕快。通径分析发现,不同土壤环境因子对土壤微生物活度产生直接和间接负作用,其中有机碳、全氮、硝态氮、铵态氮、细菌数量对土壤微生物活度产生直接效应;土壤微生物量碳、微生物量氮、真菌数量和固氮菌数量对土壤微生物活度产生间接效应。     

不同气候和施肥条件下保护性耕作对农田土壤碳氮储量的影响

【目的】 土壤有机碳氮是影响土壤肥力与作物产量的重要物质,而耕作是影响土壤碳氮储量的重要因素。通过分析不同耕作措施对我国东北、华北地区农田土壤碳氮储量的影响,为优化农田耕作管理、实现固碳减排、保护土壤提供科学依据。 【方法】 基于山西寿阳 (SSY)、山西临汾 (SLF)、河北廊坊 (HLF) 和吉林公主岭 (GZL) 四个长期定位试验,选择传统耕作 (CT)、免耕 (NTN) 和浅旋耕 (NTD) 三个耕作处理,分析了0—80 cm土壤剖面有机碳、氮的储量分布。 【结果】 1) 与传统耕作相比,浅旋耕显著降低褐土 (寿阳) 容重,免耕增加黑土 (公主岭) 容重,保护性耕作对沙性土 (临汾) 和潮土 (廊坊) 的影响很小。2) 耕作影响0—60 cm土壤有机碳储量。与传统耕作处理相比,黑土 (公主岭) 采用免耕和浅旋耕可显著提高0—60 cm土壤中的有机碳含量;免耕可提高褐土 (寿阳)0—50 cm的有机碳含量;沙性土 (临汾)、潮土 (廊坊) 免耕由于表层秸秆覆盖可提高0—15 cm土壤有机碳含量,但降低15—50 cm层土壤碳储量;潮土 (廊坊)15—60 cm土层,浅旋耕可增加土壤有机碳储量,而免耕则相反。3) 免耕处理的潮土 (廊坊) 土壤氮储量比传统耕作高出260 kg/hm2,差异不显著;黑土 (公主岭) 免耕和浅旋耕土壤氮储量则分别高出112 kg/hm2和207 kg/hm2,差异显著,保护性耕作降低临汾和寿阳1 m深土壤的氮储量。4) 保护性耕作加剧了0—20 cm沙性土和潮土壤氮储量的分层,对黑土 (公主岭) 和褐土 (寿阳) 土壤碳储量的层间分布影响很小。 【结论】 耕作影响0—60 cm土壤有机碳储量,免耕可以增加褐土的碳储量和潮土的氮储量,免耕和浅旋耕配合秸秆覆盖可显著增加黑土的碳、氮储量。因此,免耕适用于褐土和潮土,免耕和浅旋耕适用于黑土,沙性土采用保护性耕作的效果不显著。      

免耕对旱作燕麦田耕层土壤微生物生物量碳、氮、磷的影响

2005～2008年,在内蒙古清水河县研究了免耕留低茬(NL)、免耕留高茬(NH)、免耕留低茬覆盖(NLS)、免耕留高茬覆盖(NHS)和常规耕作(T)5种耕作方式对旱坡地燕麦田耕层土壤微生物生物量碳、氮、磷的影响。结果表明:各处理土壤微生物生物量碳、氮、磷含量在不同年际间的变化趋势一致。土壤微生物生物量碳、氮含量均呈双峰曲线变化,其中,NHS和NLS处理土壤微生物生物量碳的峰值出现在拔节期和灌浆期,NH、NL和T处理的土壤微生物生物量碳的峰值出现在孕穗期和灌浆期,而土壤微生物生物量氮的峰值则出现在苗期和灌浆期。土壤微生物生物量磷呈单峰曲线变化,各处理的峰值均出现在灌浆期。不同年份间、不同生育期间,土壤微生物生物量碳、氮、磷含量的大小顺序为:NHS>NLS>NH>NL>T。其中,免耕各处理的燕麦产量相对常规耕作呈先降低后增加的趋势,以2008年为例,NHS、NLS、NH、NL燕麦产量分别较T增加了22%、17%、11%、5%。综上所述,免耕有利于提高土壤微生物生物量碳、氮、磷含量,而且可有效地增加作物产量,尤其是NHS和NLS处理比较明显。     

Characterization of soil physical properties and organic matter under long-term primary tillage in a humid climate

Chisel ploughing is considered to be a potential conservation tillage method to replace mouldboard ploughing for annual crops in the cool-humid climate of eastern Canada. To assess possible changes in some soil physical and biological properties due to differences in annual primary tillage, a study was conducted for 9 years in Prince Edward Island on a Tignish loam, a well-drained Podzoluvisol, to characterize several mouldboard and chisel ploughing systems (at 25 cm), under conditions of similar crop productivity. The influence of primary tillage on the degree of soil loosening, soil permeability, and both organic matter distribution throughout the soil profile and organic matter content in soil particle size fractions was determined. At the time of tillage, chisel ploughing provided a coarser soil macrostructure than mouldboard ploughing. Mouldboard ploughing increased soil loosening at the lower depth of the tillage zone compared to chisel ploughing. These transient differences between primary tillage treatments had little effect on overall soil profile permeability and hydraulic properties of the tilled/non-tilled interface at the 15–30 cm soil depth. Although soil microbial biomass, on a volume basis, was increased by 30% at the 0–10 cm soil depth under chisel ploughing, no differences were evident between tillage systems over the total tillage depth. Mouldboard ploughing increased total orgainc carbon by 43% at the 20–30 cm soil depth, and the carbon and nitrogen in the organic matter fraction ≤ 53 μm by 18–44% at the 10–30 cm soil depth, compared to chisel ploughing.     

耕作对土壤生物碳动态变化的影响

本文讨论了耕作方法对作玉米地土壤生物碳动态变化的影响。实验证明，传统耕法、短期免耕和长期免耕处理中的不同点位，土壤生物碳量分布有系统的差异。     

保护性耕作对麦-豆轮作土壤有机碳全氮及微生物量碳氮的影响

通过设置在甘肃省定西市李家堡镇的保护性耕作措施长期定位试验,共设4个处理（T：传统耕作;NT：免耕无覆盖;TS：传统耕作＋秸秆还田;NTS：免耕＋秸秆覆盖）,采用春小麦豌豆双序列轮作（即小麦→豌豆→小麦和豌豆→小麦→豌豆,本文中所指春小麦地、豌豆地分别指2008年种植春小麦、豌豆的轮作次序）,于2008年3月中旬对春小麦、豌豆双序列轮作下的土壤有机碳、全氮、土壤微生物量碳及土壤微生物量氮含量进行了采样测定。结果表明,经过7a的轮作后,两种轮作次序下,0-30cm土层中土壤有机碳、全氮、土壤微生物量碳、土壤微生物量氮含量均有在免耕＋秸秆覆盖、传统耕作＋秸秆还田处理较免耕不覆盖、传统耕作处理高的趋势,且其含量均随着土壤深度的增加而降低。其中,土壤微生物量碳含量在两种轮作次序下的排序均为：免耕＋秸秆覆盖（NTS）〉传统耕作＋秸秆还田（TS）〉免耕不覆盖（NT）〉传统耕作（T）;而土壤微生物量氮含量在春小麦地和豌豆地的排序则分别表现为：免耕＋秸秆覆盖（NTS）〉传统耕作＋秸秆还田（TS）〉传统耕作（T）〉免耕不覆盖（NT）和免耕＋秸秆覆盖（NTS）〉传统耕作＋秸秆还田（TS）〉免耕不覆盖（NT）〉传统耕作（T）。同时,微生物量碳、微生物量氮与有机碳和全氮均呈显著正相关,说明提高土壤有机质、全氮含量的保护性耕作模式有利于土壤微生物量碳与氮的积累。     

绿肥压青对粉垄稻田土壤微生物量碳和有机碳累积矿化量的影响

绿肥压青还田是调控现代集约化稻田土壤逆境的重要手段,为评估绿肥压青下粉垄耕作对稻田土壤微生物量碳和土壤有机碳累积矿化量的影响,设置早稻粉垄耕作与常规耕作2种耕作模式,不施肥和同等肥力条件下施化肥、单倍绿肥配施化肥和双倍绿肥配施化肥4种施肥处理,晚稻免耕常规施用化肥,开展双季稻周年大田应用试验。结果表明:单倍绿肥压青下,粉垄耕作能提高稻田土壤微生物量碳含量,可达常规耕作的2倍,能有效增加微生物对土壤碳素的利用率。增加绿肥压青量会提高粉垄耕作稻田土壤有机碳累积矿化量和矿化潜力,与施用化肥相比,单倍绿肥压青下早晚稻分别增加1.6%～32.8%和0.6%～16.6%,双倍绿肥压青下分别增加58.6%～70.9%和29.6%～38.4%。粉垄单倍绿肥压青会降低免耕晚稻齐穗期、收获期土壤呼吸强度,较常规耕作分别降低33.4%和38.7%,较粉垄耕作其他处理降低8.5%～31.4%。单倍绿肥压青下粉垄稻田土壤代谢商较常规耕作累积降低65.5%,与常耕相比,粉垄双倍绿肥压青和粉垄单一化肥的土壤代谢商分别累积增加20.3%和159.2%,粉垄双倍绿肥压青可有效缓解土壤代谢商的提升。微生物量碳含量与有机碳矿化激发效应呈负相关,绿肥压青还田下相关系数达0.44;累积矿化量和代谢商呈极显著正相关,粉垄耕作下相关系数达0.59。可见,绿肥粉垄耦合的模式可作为一种增加稻田土壤微生物量碳含量、减少部分生育时期土壤呼吸强度,增强土壤碳库稳定性及碳固持的重要调控技术措施。     

Effect of long-term conservation tillage on soil biochemical properties in Mediterranean Spanish areas

In semi-arid Mediterranean areas, studies of the performance of conservation tillage systems have largely demonstrated advantages in crop yield, soil water storage and soil protection against wind and water erosion. However, little attention has been given to interactions between soil biochemical properties under different tillage practices. Biochemical properties are useful tools to assess changes caused by different soil tillage systems in long-term field experiments. This study deals with the effect of long-term tillage practices (reduced tillage and no-tillage vs. traditional tillage) on soil chemical properties and microbial functions in three different sites of Spain (two of them located in the Northeast and one in the Southwest) under semi-arid Mediterranean conditions. Soil biological status, as index of soil quality, was evaluated by measuring microbial biomass carbon (MBC) and dehydrogenase (an oxidoreductase) and protease (a hydrolase) activities at three soil depths (0–5, 5–10 and 10–25 cm). In the three experimental areas, increases in soil organic matter content, MBC and enzymatic activities were found at the superficial layers of soil under conservation tillage (reduced tillage and no-tillage) in comparison with traditional tillage. Values of the stratification ratio of some biochemical properties were significantly correlated with yield production in Northeast sites.Conservation tillage has proven to be an effective strategy to improve soil quality and fertility in Mediterranean areas of Spain.     

Effects of three soil tillage systems on some biological activities in an Ultisol from southern Chile

Intensive tillage for annual crop production may be affecting soil health and quality. However, tillage intensity effects on biological activities of volcanic-derived soils have not been systematically investigated. We evaluated the effects of three different tillage practices on some biological activities of an Ultisol from southern Chile during the third year of a wheat–lupin–wheat crop sequence. Treatments were: no tillage with stubble burning (NTB), no tillage without stubble burning (NT) and conventional tillage with disk-harrowing and stubble burning (CT). Biological activities were evaluated in winter and summer at 0–200 mm and at three soil depths (0–50, 50–100 and 100–200 mm) in winter. Total organic C and N were significantly higher under no-tillage systems than CT. In general, NT increased C and N of microbial biomass in comparison with CT, especially in winter. Microbial biomass C was closely associated with microbial biomass N (r = 0.986, P < 0.05); acid phosphomonoesterase (r = 0.999, P < 0.05); β-glucosidase (r = 0.978, P < 0.05), and others. Changes in biological activities occurred mainly in the upper soil layer (0–50 mm depth) in spite of the short duration of the experiment. Biological activities could be used as practical biological indicators to apply the more appropriate management systems for increasing soil sustainability or productivity.     

北方农牧交错带免耕对农田耕层土壤温度的影响

针对北方农牧交错带部分地区免耕措施生态效益好但作物产量有所下降的现状，为了找出影响作物生长的因素，对比分析了免耕和翻耕两种耕作方式下耕层土壤温度的变化。结果表明：免耕地升温和降温都比较缓慢且幅度小，翻耕地土壤温度在日间总体高于免耕地。在垂直方向上，土壤温度随土层深度降低，但一天中不同时刻的表现差异显著。土壤温度变化与当时气温呈正相关关系, 相关系数大于0.5。与免耕地相比，翻耕地气温与土壤温度的直线回归关系更显著。受土壤温度等物理性状的影响，免耕地作物生物量及产量明显不如翻耕地。因此，北方农牧交错带要通过农艺措施改善土壤物理结构，提高免耕农田作物产量。