耕作措施对华北农田CO_2排放影响及水热关系分析

为探讨不同耕作措施对农田土壤呼吸排放的影响及其与土壤温度、水分之间的关系,该研究利用长期定位试验研究翻耕、旋耕、免耕3种耕作措施下冬小麦、夏玉米生育期农田CO2的排放通量及其季节变化规律,并通过农田土壤温度、水分对CO2的排放通量进行回归统计分析.结果表明:不同耕作措施下农田CO2排放通量具有明显的季节排放规律,冬小麦、夏玉米生育期农田CO2排放通量:翻耕>旋耕>免耕,且处理间差异都达到显著或极显著水平.不同耕作措施对农田土壤温度及土壤含水率具有显著的影响,免耕条件下农田各层土壤温度最低,冬小麦季免耕农田土壤水分含量高于其他两处理.各处理条件下农田CO2排放通量与土壤温度具有显著的相关性,其中翻耕处理的CO2排放通量与10 cm土温相关性最高,旋耕和免耕则均与20 cm土温相关性最高.当土壤温度高于10℃时CO2排放通量与5 cm土壤含水率具有显著的相关性,此时土壤水分成为CO2排放的主要影响因素.     

耕作方式对长期免耕农田土壤微生物生物量碳的影响

以华北冬小麦-夏玉米两熟区长期免耕土壤为研究对象, 研究不同耕作方式(免耕、翻耕和旋耕)对长期免耕土壤微生物生物量碳(SMBC)的影响, 为制定合理的轮耕制度提供依据。试验结果表明: 长期免耕土壤进行耕作处理后SMBC 的时空分布和稳定性产生显著变化。不同耕作处理SMBC 含量在0~5 cm 和5~10 cm 土层变化明显, 小麦起身期含量最低, 收获期最高; 深层SMBC变化不明显。免耕处理SMBC 随土壤层次明显降低, 且各土壤层次SMBC 差异达显著(P<0.05)水平; 翻耕、旋耕处理0~5 cm 和5~10 cm 土层间SMBC 无明显差异, 其他层次间差异显著(P<0.05)。从生育期平均值看, 0~5 cm 土层免耕处理SMBC 含量较高, 翻耕和旋耕处理则分别比免耕降低6.7%、6.1%; 与免耕相比, 5~10 cm 土层SMBC 翻耕、旋耕处理分别增加30.2%和20.7%(P<0.01),10~20 cm 土层SMBC 翻耕、旋耕处理比免耕增加48.1%(P<0.01)和10.5%(P<0.05)。在冬小麦生育期内, 0~20 cm土层SMBC 稳定性表现为翻耕>旋耕>免耕, 20~30 cm 土层SMBC 稳定性表现为免耕>翻耕>旋耕。     

耕作措施对华北地区冬小麦田N2O排放的影响

为研究不同耕作措施对冬小麦田N2O排放的影响以及探明N2O排放季节性波动的原因,该研究选取河北栾城县中国科学院农业生态系统试验站不同耕作处理下冬小麦田为研究对象,利用静态箱法测定翻耕秸秆还田（CT）、旋耕秸秆还田（RT）和免耕秸秆还田（NT）下冬小麦田N2O的排放。结果表明,耕作初期72 h翻耕、旋耕及免耕处理N2O排放总量分别为3.83、10.27、10.55 mg/m2。秸秆还田条件下,不同耕作措施冬小麦田N2O季节排放总量为：CT＞RT＞NT。CT、NT处理下N2O排放通量与0～20 cm各层次土壤温度呈极显著正相关。CT、NT处理表层0～5 cm土壤N2O排放通量与土壤充气孔隙度显著性负相关。NT处理土壤具有较高的C/N比,可能有利于减少N2O的排放。因此,华北冬小麦田采用NT能有效减少N2O排放。     

不同耕作条件下豆麦双序列轮作农田土壤温室气体的排放及影响因素研究

为了研究耕作措施对双序列轮作农田土壤温室气体的排放及影响, 采用CO₂分析仪、静态箱 气相色谱法在陇中黄土高原半干旱区对传统耕作不覆盖、免耕不覆盖、免耕秸秆覆盖和传统耕作+秸秆还田4种耕作措施下豆麦双序列轮作农田土壤温室气体(CO₂、N₂O和CH₄)的排放及影响因素进行了连续测定和分析。结果表明: 测定期内4种耕作措施下农田土壤均表现为CO₂源、N₂O源和CH₄净吸收汇; 除传统耕作不覆盖措施, 其他3种耕作措施不同程度地减少了2种轮作序列土壤的N₂O排放通量, 并显著增加了土壤对CH4的吸收。CO₂和N₂O的排放通量分别与地表、地下5 cm处、地下10 cm处的土壤温度呈极显著和显著正相关关系, 相关系数分别为0.92^**和0.89^**、0.95^**和0.91^**、0.77^*和0.62^*; 而CH₄吸收通量与不同地层的温度之间无明显的相关关系; CO₂和CH₄的通量与0~5 cm、5~10 cm的土壤含水量均呈显著正相关关系, 相关系数分别为0.69^*和0.72^*、0.77^*和0.64^*, 而与10~30 cm土壤含水量无明显相关关系; N₂O排放通量与各层次的土壤含水量之间均呈不显著负相关关系。对2种轮作序列各处理下土壤中排放的3种温室气体的增温潜势计算综合得出: 4种耕作措施中, 免耕不覆盖处理可相对减少土壤温室气体的排放量, 进而降低温室效应。     

轮耕对土壤物理性状和冬小麦产量的影响

针对华北地区土壤连续单一耕作存在的主要问题,进行了土壤轮耕效应的研究。试验选择冬小麦夏玉米玉两熟区连续5 a免耕田,设置免耕、翻耕和旋耕3种轮耕处理（即免耕一免耕,免耕一翻耕和免耕一旋耕）,冬小麦播种前进行耕作处理。研究结果表明：多年免耕后进行土壤耕作（翻耕、旋耕）可以显著降低土壤体积质量;旋耕显著降低0～10 cm土壤体积质量,翻耕则降低0～20 cm体积质量;随时间变化各处理土壤体积质量差异逐渐降低。翻耕、旋耕均显著增加了0～10 cm土壤总孔隙,同时翻耕显著增加了10～20 cm土壤总孔隙;翻耕、旋耕显著提高了5～10 cm毛管孔隙。0～10 cm土壤饱和导水率表现为旋耕＞翻耕＞免耕,翻耕、旋耕在5%水平上显著高于免耕;10～20、20～30 cm土层均表现为翻耕＞旋耕＞免耕,且10～20 cm翻耕5%水平上显著高于免耕;饱和导水率与体积质量呈显著线性负相关。翻耕、旋耕有效穗数与免耕相比分别提高了24.1%、22.3%;冬小麦的实际产量表现为：旋耕＞翻耕＞免耕,翻耕、旋耕分别比免耕增产11.8%、16.9%。总之,长期免耕后进行土壤耕作有利于改善土壤物理性状,提高作物产量。     

免耕施肥条件下冬小麦季土壤呼吸速率及影响因素

基于连续8年的田间试验,研究分析了不同耕作施肥措施下冬小麦农田土壤呼吸的季节变化及影响因素。结果表明:不同耕作施肥处理可以显著影响土壤呼吸速率,与传统耕作相比,免耕覆盖处理显著降低了旱地农田土壤呼吸速率;而相同耕作处理下,增施有机肥会显著提高土壤呼吸速率,说明翻耕和增施有机肥均会促进土壤呼吸。冬小麦季土壤温度和水分是土壤呼吸的主要影响因素,其中土壤温度可以解释土壤呼吸变化的83.2%~93.7%,土壤水分可以解释44.0%~76.5%,土壤温度对土壤呼吸的影响大于土壤水分;土壤温度对土壤呼吸的影响程度因不同耕作施肥处理而异,翻耕和增施有机肥均会提高土壤呼吸的温度敏感性(Q_(10)),免耕覆盖条件下减小了土壤呼吸受温度的影响程度。     

少免耕模式对土壤呼吸的影响

土壤耕作影响土壤呼吸.为了研究耕作模式对冬小麦/夏玉米一年两熟高产灌溉农田全年土壤呼吸的影响,在秸秆还田条件下采用了翻耕、旋耕、耙耕和免耕4种土壤耕作模式在山东龙口进行了田间试验.结果表明:全年土壤呼吸速率翻耕旋耕耙耕免耕.平均分别为515.70,491.08,485.63,455.65 mg/(m2·h),模式间差异显著.各模式土壤呼吸速率与5 cm土壤温度的相关性最大.翻耕、旋耕、耙耕和免耕模式全年秸秆腐解率分别为91.94%,89.72%,86.86%和66.22%,与土壤呼吸速率呈显著正相关.3年定位试验后,翻耕、旋耕、耙耕和免耕模式的土壤有机碳含量分别为7.66,8.62,8.93,8.07 g/kg.皆高于定位试验开始时的7.61 g/kg,说明在本试验条件下,农田土壤为碳汇,旋耕和耙耕两种模式的碳汇功能最强.     

耕作措施对温带半干旱地区土壤温室气体(CO2、CH4、N2O)通量的影响

通过设置在甘肃省定西市李家堡镇的不同耕作措施试验, 利用CO₂分析仪、静态箱-气相色谱法对双序列轮作次序下春小麦地、豌豆地生育期内CO₂、CH₄和N₂O通量进行了测定。试验结果表明: 4种耕作措施下春小麦地和豌豆地在生育期内均表现为CO₂源、N₂O源和CH₄汇的功能。传统耕作不覆盖、免耕不覆盖、免耕秸秆覆盖和传统耕作结合秸秆还田下, 春小麦生育期内平均土壤CO₂通量(μmol·m^-2·s^-1)分别为0.203 6、0.221 2、0.241 8、0.224 9, CH₄通量(mg·m^-2·h^-1)分别为-0.041 6、-0.078 0、-0.081 8、-0.053 7, N₂O通量(mg·m^-2·h^-1)分别为0.089 1、0.069 2、0.046 1、0.065 6; 豌豆生育期内平均土壤CO₂通量(μmol·m^-2·s^-1)分别为0.273 6、0.261 6、0.218 1、0.236 0, CH₄通量(mg·m^-2·h^-1)分别为-0.055 0、-0.073 7、-0.066 2、-0.054 5, N₂O通量(mg·m^-2·h^-1)分别为0.123 4、0.084 7、0.080 6、0.035 0。少免耕及小麦秸秆覆盖有利于减少土壤CO₂排放通量, 免耕不覆盖、免耕秸秆覆盖及传统耕作结合秸秆还田均能不同程度地增加CH₄吸收通量、减少N₂O排放通量。综合来看, 免耕不覆盖、免耕秸秆覆盖和传统耕作结合秸秆还田3种保护性耕作措施有助于减少土壤温室气体的排放量。春小麦地CO₂通量随着土壤温度、土壤含水量的逐渐升高而增大; CH₄吸收通量随着土壤含水量的逐渐升高而增大, 而随着土壤温度的逐渐升高而减小。豌豆地CO₂通量的变化与土壤含水量存在极显著正相关关系; 而春小麦地N₂O通量则与平均土壤温度呈显著正相关, 豌豆地则为极显著正相关。     

不同耕作方式下旱作玉米田土壤呼吸及其影响因素

为揭示不同耕作方式对旱作玉米田土壤呼吸的影响,对比研究深松耕、免耕、旋耕和翻耕4种耕作方式下土壤呼吸速率的动态变化及其与土壤水分、温度、有机质、全氮、pH值等的关系。结果表明,夏玉米生长季,4种耕作方式下土壤呼吸速率随生育时期均呈先增加后降低的趋势,平均土壤呼吸速率为深松耕>翻耕>旋耕>免耕;播种前至拔节期土壤温度为翻耕>深松耕>旋耕>免耕,抽雄期至成熟收获期为免耕>旋耕>深松耕>翻耕;各耕作方式下0～20cm层土壤有机质、全氮均逐渐增加,与免耕比较,翻耕有机质和全氮均降低;生育前期土壤pH值波动明显,抽雄期后趋于平缓,土壤pH值平均值为翻耕>旋耕>免耕>深松耕。各影响因素与土壤呼吸速率相关分析表明,深松耕和翻耕土壤水分、温度与土壤呼吸速率呈显著或极显著正相关;有机质与土壤呼吸速率呈负相关,且与深松耕措施下土壤呼吸速率呈显著负相关;除免耕外,其他耕作方式下土壤全氮、pH值与土壤呼吸呈负相关。该研究可为补充完善土壤呼吸排放机理、评估区域碳收支平衡及制定科学有效的土壤碳调控管理措施提供依据。     

三江平原寒地稻田CH4、N2O排放特征及排放量估算

利用静态暗箱-气相色谱法,于2003-2006年对三江平原寒地稻田CH₄、N₂O通量进行了为期4年的田间原位观测研究。结果表明：三江平原寒地稻田CH₄和N₂O排放具有明显的季节变化,水稻生长季淹水期是CH₄排放的强源,稻田排水后CH₄排放显著下降,休闲期CH₄排放微弱或呈弱吸收汇,整个生长季CH₄排放呈现单峰型态,并随水稻植株生长和叶面积指数而变化;水稻生长季和休闲期N₂O排放通量都很小,冬季休闲期有时还出现微弱的吸收现象。生长季一般在施肥和表土落干时都会出现不同强度的排放峰,除了几次比较显著的排放峰值外,其它淹水状态下N₂O排放很弱;温度和土壤水分状况是影响稻田CH₄和N₂O排放的重要因子,稻田积水深度和气体排放无明显的相关性;水稻植株对稻田土壤CH₄排放起促进作用而对稻田土壤N₂O排放起抑制作用;稻田氮肥用量增加可以降低土壤CH₄排放,但却增加了N₂O的排放。根据试验数据对三江平原地区寒地稻田CH₄和N₂O排放总量估算值分别为0.1035 Tg/a和 0.0021 Tg/a。     

中国西南喀斯特地区周期性温度波动对土壤有机碳矿化的影响

The diurnal fluctuation in soil temperature may influence soil organic carbon (SOC) mineralization, but there is no consensus on SOC mineralization response to the cyclical fluctuation in soil temperature. A 56-d incubation experiment was conducted to investigate the effects of constant and variable temperatures on SOC mineralization. Three soils were collected from the karst region in western Guizhou Province, southwestern China, including a limestone soil under forest, a limestone soil under crops and a yellow soil under crops. According to the World Reference Base (WRB) classification, the two limestone soils were classified as Haplic Luvisols and the yellow soil as a Dystric Luvisol. These soils were incubated at three constant temperatures (15, 20 and 25 ^oC) and cyclically fluctuating temperatures (diurnal cycle between 15 and 25 ^oC). The results showed that the 56-d cumulative SOC mineralized (C₅₆) at the fluctuating temperatures was between those at constant 15 and 25 ^oC, suggesting that the cumulative SOC mineralization was restricted by temperature range. The SOC mineralization responses to the fluctuating temperatures were different among the three soils, especially in contrast to those at constant 20 ^oC. Compared with constant 20 ^oC, significant (P < 0.05) decreases and increases in C₅₆ value were found in the limestone soil under forest and yellow soil under crops at the fluctuating temperatures, respectively. At the fluctuating temperatures, the forest soil with lower temperature coefficient Q₁₀ (the relative change in SOC mineralization rate as a result of increasing the temperature by 10 ^oC) had a significantly (P < 0.05) lower SOC mineralization intensity than the two cropland soils. These indicated that differences in temperature pattern (constant or fluctuating) could significantly influence SOC mineralization, and SOC mineralization responses to the fluctuating temperatures might be affected by soil characteristics. Moreover, the warmer temperatures might improve the ability of soil microbes to decompose the recalcitrant SOC fraction, and cyclical fluctuations in temperature could influence SOC mineralization through changing the labile SOC pool size and the mineralization rate of the recalcitrant SOC in soils.     

根际CO2浓度对网纹甜瓜根系生长和活力的影响

采用气雾法栽培方式,在开花结果期对网纹甜瓜进行不同浓度的根际CO₂处理,探讨根际CO₂浓度对网纹甜瓜根系生长及伤流中4种内源激素含量的影响。结果表明：随着处理时间的延长,根际CO₂浓度为2500 μL/L处理和5000 μL/L处理与350 μL/L处理相比,根系的生长受到了抑制,根系活力呈先升高后降低的趋势。同时伤流液体积、电导率、pH值以及促进生长类激素IAA（生长素）、ZT（玉米素）、GA3（赤霉素）含量显著降低,而ABA（脱落酸）含量升高。说明根际CO₂浓度超过2500 μL/L就会明显影响网纹甜瓜根系生长和根系合成生长类内源激素的能力,这可能也是土壤栽培和基质无土栽培较汽雾法栽培减产的重要原因之一。     

接触施用包膜控释肥对玉米产量、根系分布和土壤残留无机氮的影响

采用田间小区试验,研究了习惯施肥与接触施用包膜控释肥料对夏玉米生长、产量、根系分布和土壤无机氮残留的影响。结果表明,接触施用包膜控释肥料没有抑制玉米的出苗和幼苗生长;减氮1/3的控释肥处理(N 120kg/hm2)与习惯施肥处理(N180 kg/hm2)的玉米产量没有差异。在0—30 cm土层,与对照和习惯施肥处理相比,接触施用控释肥增加了距茎基部0—10 cm区域内玉米根长密度的分布,占总根长的59%~64%;玉米收获后,减量控释肥处理土壤剖面各个土层Nmin含量与对照相比无显著增加,习惯施肥和全量控释肥处理(N 180 kg/hm2)在60—90、90—120 cm土层的Nmin累积显著高于对照。综合考虑玉米生长、产量以及根系分布和氮素淋失风险,本试验条件下,接触施用控释肥N120 kg/hm2是夏玉米季较为理想的选择。     

优化施氮下稻-麦轮作体系土壤N2O排放研究

采用了静态箱法研究优化施氮下湖北稻-麦轮作体系农田N2O排放特征。结果表明,农田N2O排放量随施氮量增加而增加。N2O排放通量峰值大约发生在施氮后的第3～7 d。小麦季土壤N2O排放量范围为N2O 2.43～4.84 kg/hm2,肥料氮通过N2O排放的损失率为0.54%～0.74%。水稻季土壤N2O排放量为N2O 0.89～2.45 kg/hm2,肥料氮通过N2O排放的损失率为0.39%～0.47%。小麦季和水稻季施氮后0～15 d N2O排放量占当季总排放量的百分比分别为62.79%～66.72%和87.97%～93.14%。与习惯施氮相比,基于作物阶段氮素吸收增加追肥比例和施氮次数的优化施氮能有效减少土壤N2O排放。     

硅胶管气样原位采集技术研究土壤N2O浓度及通量变化

箱法被广泛用于监测土壤N2O排放通量,但在原位采集高浓度土壤N2O、全天候监测N2O通量变化、动态研究土壤剖面N2O的行为等方面存在弊端。本研究通过室内模拟硅胶管对N2O的通透性,探索硅胶管用于原位采集土壤气样的理论可行性。田间试验设施用铵态氮肥（NH+4）、施用硝态氮肥（NO-3）及施用硝态氮肥加葡萄糖（NO-3+C）等3个处理,同时安置硅胶管和采样箱,验证硅胶管法在原位采集高浓度土壤N2O气样、监测土壤N2O浓度以及排放通量的实际效果,并与箱法进行比较。结果表明,硅胶管内外的N2O气体经2.9 h达到95%的平衡,完全能满足大田采样要求; 用硅胶管法原位采集高浓度土壤N2O气样的效果显著优于箱法采样。其浓度变化表现出明显的时间规律,浓度梯度法计算的N2O排放通量与箱法测定结果呈显著正相关,但数值偏低; 偏低的程度取决于采样位置和土壤中N2O产生位置的匹配程度。建议采用埋于土壤表层的硅胶管计算地面N2O排放通量,或在不同土层埋入硅胶管研究土壤剖面N2O行为的时空变异。     

有机种植条件下水肥管理对番茄品质和土壤硝态氮累积的影响

采用田间试验方法研究了北京郊区主要蔬菜作物—番茄在大棚有机种植条件下,不同有机肥投入量与灌溉量对番茄产量与品质以及土壤硝态氮累积的影响。结果表明,与当地习惯的水肥管理相比,减半量有机肥投入不会显著降低番茄产量,而且能降低硝态氮、重金属和有机酸的含量,有效地改善果实品质,并增加番茄果实中可溶性糖、Vc、番茄红素等营养元素的含量; 还能显著降低土壤中硝态氮累积量。在施肥量相同的条件下,减量灌溉也有同样的结果,但效果不如减量施肥明显; 过量施用有机肥可造成番茄果实中硝酸盐含量和镉、铬、锌等重金属含量超标。说明在番茄的有机种植中,保证产量和品质的前提下开展节本增效还有很大空间。     

氮肥后移对土壤氮素供应和冬小麦氮素吸收利用的影响

采用田间试验研究了氮肥后移对土壤氮素供应和冬小麦氮素吸收利用的影响。结果表明,与农民习惯施氮（N 300 kg/hm2,基肥和拔节肥各占1/2）比较,氮肥后移处理（N210kg/hm2,基肥、拔节肥和孕穗肥各占1/3）在不降低小麦产量的同时,大大提高了氮肥利用率,且全生育期氮素表观损失极低。过量施用氮肥(N 300 kg/hm2)明显提高了60 cm以下土层硝态氮含量,增加了其向地下水淋溶迁移的风险。氮肥后移可提高小麦成熟期0-20cm土层硝态氮积累量,降低其在20-100cm土层的积累。基于冬小麦不同生育阶段的氮素吸收量而进行氮肥后移是可行的,氮肥后移可节省氮肥30%,是较为理想的施氮方式。     

复合改良剂对盐碱土改良及植物生长的影响

为探寻更加高效的复合型改良剂，本研究通过田间试验，对土壤理化性质和植物生长指标进行分析，探讨了脱硫石膏、黄腐酸钾和稻壳三种物料不同配比施用对盐碱土理化性质及植物生长状况的影响，筛选出最佳复合物料添加比例，旨在为盐碱地改良与合理利用提供参考依据。结果表明：与对照组相比，不同处理下0-20和20-40 cm土壤pH均有显著降低，分别降低了4.2%~9.6%和4.5%~9.4%。0-20 cm土层的土壤盐分含量也显著降低，土壤中〖HCO〗_3^-、〖Cl〗^-、〖Na〗^+含量分别降低了6.1~39.4%、18%~43.1%和6.2%~33.2%，其中稻壳、黄腐酸钾和脱硫石膏配比为5-1.2-9 t/hm2和15-0.4-9 t/hm2时对〖HCO〗_3^-、〖Cl〗^-、〖Na〗^+降低效果最为明显。复合改良剂均能提高土壤有机质、碱解氮和有效磷含量与景天植株生物量。与对照组相比，有机质增加了3%~46%、碱解氮增加了16.1%~111.8%、有效磷增加了59.5%~154.8%和景天生物量增加了7.1%~47.6%。效应综合评价的主成分分析结果表明，稻壳、黄腐酸钾和脱硫石膏配比为5-1.2-9 t/hm2时是滨海盐碱土壤最适宜的生物化学复合改良剂组分。     

棉粕对盐碱环境下土壤微生物多样性及其土壤结构的影响

微生物是土壤物质循环的原动力,土壤团聚体的重要生物胶结因素。以棉粕作为盐碱土改良剂,针对不同程度的盐碱土壤为研究材料,探究棉粕对盐碱环境下微生物多样性及其土壤结构的影响。提取土样中微生物总DNA,利用新一代illumina HiSeq高通量测序技术进行相关分析,对于土壤微形态则利用扫描电镜进行观察,结果表明随着盐碱浓度的上升,氯化钠处理下小团聚体所占比例也逐步上升且土壤表面疏松多孔,碳酸钠则相反,其大团聚体随浓度上升而增加,小团聚体所占比例则下降,土壤表面紧实,孔隙少,盐碱土的这两种土壤结构都不利于微生物的生存活动。通过对土壤样品中微生物复杂度分析得出,通过添加棉粕相比CK可以增加盐碱土中微生物群落数量,MN、MA处理Shannon指数最大,Simpson 指数最小,说明添加棉粕后MN、MA的微生物丰富度最高,盐碱土中主要的微生物群落包括 10个门,其中变形菌门占主导地位,其余依次是放线菌门、酸杆菌门、芽单胞菌门、绿弯菌门、拟杆菌门、硝化螺菌门、浮霉菌门、疣微菌门、厚壁菌门。盐碱这种特定的土壤环境中微生物占优势菌门相互类似。