保护性耕作对土壤团聚体、微生物及线虫群落的影响研究进展

保护性耕作具有良好的生态效益,有利于农业生态系统的可持续发展。本文对比分析了国内外有关常规耕作和保护性耕作措施对土壤团聚体、土壤有机碳、土壤微生物及土壤线虫影响的研究进展。结果表明:保护性耕作减少土壤大团聚体的破坏,降低团聚体周转速率,提高土壤结构的稳定性;保护性耕作提高表层土壤总有机碳及活性有机碳含量;保护性耕作可以提高耕层微生物生物量,尤其对真菌生物量影响显著;保护性耕作不同程度地提高了团聚体中微生物量和微生物多样性,但并未改变微生物在团聚体中的分布模式;保护性耕作可提高土壤线虫多度,提高原状土壤和土壤各粒级团聚体中线虫群落的成熟度指数和结构指数,但并未改变线虫总数、营养类群、功能团及生态指数在团聚体中的分布模式。针对目前国内外研究现状,展望了保护性耕作今后的研究重点,以期为因地制宜选取保护性耕作措施提供理论支持,推进我国农业可持续发展。     

保护性耕作对土壤氮组分影响研究进展

土壤氮组分虽性质各异,但均是土壤氮库不可缺少的成分,关系到土壤肥力、作物氮素利用以及土壤氮素损失。保护性耕作是气候智慧型的农田管理措施之一,对土壤氮库及其组分有重要的影响。目前关于保护性耕作对土壤氮库影响的研究较多,且呈上升趋势,但研究主要是针对土壤全氮或有机氮,而关于土壤氮组分的研究还相对较少。该文综述了国内外关于保护性耕作对土壤氮组分影响的相关研究,分析认为颗粒氮、轻组氮含量对土壤耕作措施变化响应敏感,在保护性耕作下,这些活跃态氮组分含量较高。此外,保护性耕作可改变土壤微生物量氮、潜在矿化氮含量,进而影响植物氮素吸收,亦可改变土壤溶解性有机氮、提取态有机氮含量,进而控制农田土壤氮素损失。然而,研究主要集中在保护性耕作对土壤氮组分含量的影响,而关于其对土壤氮组分影响的原因以及氮组分与作物的关系尚不完全清楚。在此基础上,提出未来中国保护性耕作对土壤氮组分影响方面的重点研究方向:结合土壤生物学性状(如微生物活性、酶活性),进一步揭示保护性耕作对土壤氮组分的影响机制;基于同位素标记,以土壤-作物系统为研究对象,深入研究保护性耕作对土壤氮素矿化及作物氮素吸收的影响,分析土壤氮组分与作物氮素吸收的关系。     

绿肥压青粉垄保护性耕作对土壤水分入渗及其后延效应的影响

研究绿肥压青下粉垄耕作稻田土壤水分入渗规律对完善稻田保护性耕作体系具有重要意义。2016-2017年,在广西农业科学院试验田设置粉垄保护性耕作与单免保护性耕作两种耕作模式,并设不施肥、常规施肥、单倍绿肥压青和双倍绿肥压青4种施肥处理,然后分别于早稻、晚稻收获后用土壤紧实度仪及单环入渗法测量稻田土壤紧实度及稳定入渗速率,并于晚稻水稻收获后用环刀法测定土壤容重,以了解绿肥压青下粉垄保护性耕作对当季稻田土壤入渗的影响,并就其对后季稻田的后延效应影响进行研究。结果表明,绿肥压青下粉垄保护性耕作对当季和后季稻田0-15cm土壤紧实度的影响不明显,但是可以显著降低15-30cm土壤紧实度。同时显著降低了当季及后季土壤表层及耕层的稳定入渗率,使土壤入渗能力降低,提高了土壤容重,降低了土壤孔隙度,使土壤密实。绿肥压青下粉垄保护性耕作可显著降低后季稻田土壤稳定入渗率和紧实度,对土壤结构及水分入渗的后延效应明显。     

保护性耕作对科尔沁沙地坨沼区土壤理化性质的影响

试验研究了科尔沁沙地坨沼区坨子地和甸子地在不同耕作方式(传统、防护林保护)、不同耕作年限下的土壤理化性质动态变化。结果表明:保护性耕作对土壤容重、土壤机械组成影响较大,与CK2相比,坨子地保护性耕作T4、T5的耕层土壤容重分别降低了0.16,0.21g/cm3;2～0.02mm的颗粒含量分别降低了27.99%,40.59%;与CK1相比,甸子地保护性耕作D3、D4的耕层土壤容重分别降低了0.21,0.29g/cm3;2～0.02mm的颗粒含量分别降低了42.85%,55.59%。且保护性耕作土壤容重和2～0.02mm的颗粒含量均低于传统耕作。保护性耕作能增加土壤养分含量,与CK2相比,坨子地保护性耕作T4、T5的耕层有机质含量分别增加了12.69,18.65g/kg;碱解氮含量分别增加了7.7,15.7mg/kg;速效磷含量分别增加了15.27,27.06mg/kg;速效钾含量分别增加了40.19,46.58mg/kg;与CK1相比,甸子地保护性耕作D3、D4的耕层有机质含量分别增加了19.77,22.83g/kg;碱解氮含量增加了28.35,25.55mg/kg;速效磷含量分别增加了27.36,38.22mg/kg;速效钾含量分别增加了19.3,81.5mg/kg。差异均达极显著水平。保护性耕作的有机质、碱解氮、速效磷、速效钾含量均高于传统耕作。     

黄土高原旱作麦田土壤真菌多样性对长期保护性耕作的响应

农业管理实践会干扰土壤生态系统,对土壤微生物特别是根系周围微生物产生不同影响,保护性耕作被认为是对土壤扰动较小的耕作方式,在全球范围内应用广泛,但其可持续性受到了秸秆覆盖可能会增加土壤病原微生物的挑战,对土壤微生物多样性的影响仍存在争议。因此,为全面了解黄土高原旱作麦田长期保护性耕作对土壤生态系统的影响,本研究依托山西省临汾市长达27年的保护性耕作试验平台,采用高通量测序技术,开展了土壤真菌群落结构和多样性对传统耕作(TT1)、免耕覆盖(NTS)、深松+免耕覆盖(SNTS)的响应分析。结果表明:与TT1相比, NTS和SNTS处理小麦根围土壤真菌组成及相对丰度发生了显著变化, NTS处理出现了未知真菌类群;各处理土壤真菌的主要优势菌门为子囊菌门、担子菌门和接合菌门;从属水平物种分布热图可以看出,与传统耕作相比,该地区多年的保护性耕作会加大小麦赤霉病发生的风险;UPGMA(非加权组平均法)分析表明,2种保护性耕作土壤真菌群落组成相似;TT1中具有显著差异的关键优势物种属担子菌门,NTS和SNTS处理的属子囊菌门; NTS处理土壤真菌丰富度和系统发育多样性最高, SNTS处理土壤真菌多样性最高;但土壤真菌多样性和丰富度指数在各处理间并无显著差异。综上,长期保护性耕作显著改变了土壤真菌群落结构及组成,提高了土壤真菌的丰富度和多样性,但不存在显著差异。同时该地区多年的保护性耕作可能会加大小麦赤霉病发生的风险。本研究对黄土高原旱作麦田区推广保护性耕作及土壤管理具有一定的指导意义。     

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。     

华北平原一年两熟保护性耕作体系试验研究

冬小麦-夏玉米一年两熟的种植方式在华北地区的农业生产中具有极为重要的地位。但是传统耕作方式使该地区的农业生产不可持续。保护性耕作技术是一种先进的保水保土的生产技术。该文在田间试验的基础上，研究了保护性耕作体系对作物产量、土壤容重、土壤含水率、土壤温度的影响，结果表明：保护性耕作能够提高作物的产量，增加土壤的含水率。其对土壤容重和土壤温度的影响并未对作物的生长产生不利影响。但是，从长远来看，对保护性耕作引起的土壤容重增加、温度降低的问题必须引起足够的重视。结果初步表明：以免耕加覆盖为主的保护性耕作体系可以在华北平原一年两熟地区试验推广。     

东北大豆农田保护性耕作水热效应的Meta分析

摘要：基于公开发表文章中有关东北地区保护性耕作下大豆农田土壤温度和湿度数据，以传统耕作（CT）为对照，免耕（NT）、少耕（RT）、秸秆覆盖（SM）、免耕秸秆覆盖（NTSM）为处理，应用Meta分析方法定量评估保护性耕作措施对东北大豆农田土壤水热状况的影响程度。结果表明：与CT相比，保护性耕作总体上使东北大豆农田0-170cm土层的土壤体积含水量增加了9.2%，使浅层土壤（0-30cm）温度降低了8.2%；不同气候条件下4种保护性耕作措施均能提高土壤湿度；秸秆覆盖可以提高大豆整个生育时期土壤含水量，且在营养生长期对土壤水热的影响最大，土壤温度随秸秆覆盖量的增加而增加；保护性耕作措施降低土壤温度的幅度随着土壤黏粒减少而降低，提高土壤湿度的幅度随土壤深度增加而降低；免耕秸秆覆盖在不同土壤深度的蓄水保墒效果最明显，在0-20cm土层提高了32.9%的土壤湿度。综上，保护性耕作措施较传统耕作具有增湿降温效应，气温、降水、生育时期、秸秆覆盖量、土壤类型及土壤深度均对保护性耕作下大豆农田的土壤水热状况产生影响。     

保护性耕作对黄土高原南部地区小麦产量及土壤理化性质影响

以1992年设置于山西省临汾市尧都区的保护性耕作试验基地为基础,研究了长期保护性耕作对旱地小麦产量、土壤理化性质及剖面水分含量的影响。结果表明,11年免耕覆盖和15年免耕覆盖分别比传统耕作平均增产192%和276%; 丰水年份增产率为52%和117%,而干旱年份增产率高达850%和976%,表现为实施保护性耕作年限越长、越是干旱,保护性耕作的增产效果越显著。保护性耕作能降低土壤容重,增加土壤孔隙度,提高土壤剖面水分含量和土壤贮水量,提高表层010 cm土壤有机质、碱解氮和速效钾含量, 但不利于有效磷含量的提高。11年免耕覆盖和15年免耕覆盖,表层010 cm土壤有效磷含量比传统耕作降低68和63 mg/kg,降低了561%和519%,应注意磷肥的施用。     

民勤绿洲灌区保护性耕作对土壤风蚀的影响

[目的]研究绿洲灌区保护性耕作对土壤风蚀的影响,评估保护性耕作在该区防治农田土壤风蚀的作用,为揭示相关机理提供参考。[方法]以甘肃省民勤治沙综合试验站为例,通过野外风洞试验,以传统耕作为对照,分析保护性耕作对风速廓线、风沙流结构(输沙量)、风蚀量的影响。[结果]保护性耕作近地表风速降低,大风时近地表风速随高度增加仍均匀增大,与传统耕作迅速增大不同,从而阻止风沙流结构出现"象鼻效应",输沙量在0—20 cm减小最为明显,土壤风蚀量减小。随试验风速的增大,保护性耕作土壤风蚀减小的程度越大。[结论]绿洲灌区保护性耕作能有效防止土壤风蚀,其中,立茬地表风速降低最多,输沙量、风蚀量较小,实施简便,适宜推广应用。     

Soil fauna community in the black soil of Northeast China under different tillage systems

Soil fauna is an important component in soil ecosystems. This study tested whether conservation tillage or conventional tillage of a black soil (Udic Mollisol) field in Northeast China could affect its soil fauna communities. Two different conservation tillage systems, no-tillage (NT) and reduced tillage (RT), as well as a conventional rotary tillage system (CT), were chosen for this study. There were 4562 individuals isolated from this study, which included two orders and 35 families. Acariformes was the most abundant family and represented 91.56% of the total faunal abundance. The abundance and the number of faunal families were higher in conservation tillage systems than in the CT. The RT system had the highest individual number of soil fauna among three tillage methods. The faunal accumulation in the soil surface also was significantly higher in the two conservation tillage systems than in the CT. Our results indicate that the conservation tillage systems could protect the soil fauna in the soil ecosystem better than the CT.     

民勤绿洲灌区保护性耕作对土壤风蚀与土壤物理性质的影响

通过春小麦田间试验,以传统耕作为对照,设置免耕不覆盖、免耕秸秆覆盖、立茬和残茬压倒4种保护性耕作处理,研究河西绿洲灌区保护性耕作下土壤风蚀与土壤结构的关系,分析了田间输沙量与土壤团聚体、<0.01mm物理性粘粒、<0.01mm分散性粘粒、分散系数随年限增加的变化及其相关关系。结果表明：与传统耕作相比,保护性耕作能显著减少输沙量；>0.05mm各级团聚体随年限的增加基本无显著变化,但保护性耕作大团聚体(>0.25mm)有增大趋势,微团聚体(0.25-0.05mm)有减少趋势；保护性耕作实施2年后,<0.05mm土粒占比除立茬处理减少不显著外,其他保护性耕作处理均显著减少；试验第3年,传统耕作<0.01mm物理性粘粒较保护性耕作有减少趋势；免耕不覆盖、立茬和残茬茬倒处理<0.01mm分散性粘粒含量随年限的增加显著下降,免耕秸秆覆盖处理变化不显著；免耕不覆盖和残茬压倒处理土壤分散系数随年限的增加显著下降,免耕秸秆覆盖和立茬下降不显著；保护性耕作实施的第3年,各保护性耕作处理分散系数出现减小的趋势。输沙量与>1mm团聚体、<0.05mm土粒和<0.01mm分散性粘粒含量都有极显著的负相关关系,与0.25-0.05mm团聚体呈极显著正相关关系。综上所述,保护性耕作能促进土壤微结构的改善,土壤微结构的改善有利于土壤大团聚体的形成。     

黑土坡耕地不同水土保持措施的土壤水蚀特征研究

针对北方干旱地区坡耕地严重的水土流失问题,采取垄向区田、深松、横坡种植、免耕播种等水土保持耕作措施,于2010年,以黑龙江省齐齐哈尔市东兴村5°坡耕地径流场为研究对象,研究了不同耕作措施对地表径流、土壤侵蚀和降雨入渗的影响。结果表明,这几种水土保持耕作措施均有不同程度的减流减沙作用,其中横坡种植效果最为明显,地表径流量和土壤流失量较常规耕作分别减少了92%和90%,稳定入渗率较常规耕作提高了41.2%。不同耕作措施的径流系数过程线的变化、径流含沙率变化以及产流量、产沙量的变化均符合横坡免耕>横坡种植>深松+区田>垄向区田>少耕深松>免耕>常规耕作>裸地这一变化规律。     

水保措施对红壤坡地柑橘林土壤呼吸及其水热因子的影响

[目的]探讨不同水土保持措施对红壤坡地柑橘林土壤呼吸的影响,为科学评价水土保持生态建设在应对气候变化方面的作用提供基础数据。[方法]采用试验观测和对比分析的方法研究横坡间作+等高草带、横坡间作、顺坡间作和清耕对照4种处理对柑橘林土壤呼吸速率的动态变化及其对土壤温度、土壤水分的响应。[结果]4个不同处理的柑橘林土壤呼吸速率均呈明显的单峰曲线变化,峰值出现在7月;各处理的土壤呼吸速率季节动态变化一致,采取横坡间作+等高草带和横坡间作两种水保措施均一定程度上增加了土壤呼吸速率;土壤呼吸速率与土壤温度呈显著正相关;横坡间作+等高草带和横坡间作处理的土壤呼吸的温度敏感性指数Q10较柑橘清耕和顺坡间作处理Q10值略有增加。[结论]红壤柑橘林采取水土保持措施后,土壤呼吸速率增强,且其对温度的响应增加。     

保护性耕作对土壤微生物特性及酶活性的影响

大田试验研究了保护性耕作对土壤微生物量、活跃微生物量、土壤呼吸、呼吸商、土壤酶的影响。结果表明，秸秆还田能够显著提高土壤微生物量碳和活跃微生物量，深松耕还田能显著提高土壤活跃微生物量。随耕作作业之后时间的推迟，活跃生物量减小。秸秆还田初期（小麦越冬期）能显著提高土壤呼吸作用，提高99．7％；后期（小麦播种期）能显著降低土壤呼吸，降低16．6％。随耕作作业之后时间的推迟，秸秆还田和保护性耕作都会减少农田向大气中CO2的排放，减少土壤碳库的亏损。深松耕还田显著提高土壤脲酶、蔗糖酶活性。土壤呼吸和土壤活跃微生物量是衡量土壤微生物特性和土壤酶的较好指标。     

基于人工模拟降雨试验的垄作区田水土保持效益的变化研究

[目的]研究垄作区田在不同降雨条件下发生溢流和损毁的情况和水土保持效益的变化,为实施垄作区田的适宜条件评价和水土保持效益的评价提供依据。[方法]对垄作区田和顺垄耕作实施不同雨强的人工模拟降雨实验,分析二者的产流产沙过程和水土保持效益变化。[结果]雨强大于60mm/h时,区田有溢流产生,但土档不会损毁,水土保持效益略有降低;雨强大于60mm/h时,区田土档在溢流后很快损毁,水土保持效益有明显的下降。区田未损毁情况下的蓄水效益为87.5%,保土效益为88.2%;区田损毁后的蓄水效益降至34.1%,保土效益降至21.0%。[结论]垄作区田在60mm/h雨强下具有良好的水土保持效益,超过60mm/h时,由于土档在溢流后容易损毁,从而使其水土保持效益显著下降,丧失了拦蓄径流和泥沙的能力。     

Soil Degradation and Soil Productivity Restoration and Maintenance in Hilly Land of Southern China

Soil fertility degeneration and land productivity loss caused by soil erosion are severe problems in hilly land of southern China. A long term field experiment was conducted during 1984 to 1993 to determine soil productivity in a typical degraded hilly area of purple soil (orthic Entisol) in Yanting, Sichuan, China. Results showed that a conservation tillage system with ridge-furrow cropping and seasonal no-tillage increased topsoil depth by 118 mm over the conventional tillage. Soil structure and soil physical, chemical and biological characteristics were also improved when conservation tillage was adopted. In conclusion, this system is suitable conserving soil and water resources and therefore for restoring dry land crop production in degraded hilly land of southern China     

东北黑土区不同地形垄向坡度的相对水土保持效益研究

垄作是东北黑土区一种非常普遍而重要的耕作措施,具有一定的水土保持效益,但几乎没有学者对其进行研究。探讨黑土区不同地形垄作方向在空间上的分布规律及其具有的水土保持效益具有重要研究价值。以黑龙江省宾县为研究区,用分层抽样的方法提取168个野外调查单元并进行实地填图调查,根据坡度因子和垄向坡度计算公式,利用ArcMAP、SPSS和Excel等软件进行了室内数据分析统计,结果表明:平原区、丘陵区、山区的平均地面坡度分别为1.92°,6.20°,8.27°;平均垄向坡度分别为1.33°,4.52°,6.45°,分别为平均地面坡度的70%,73%,78%;垄作坡度引起的平均土壤流失相对量分别为地面坡度的55%,69%,67%,垄作的相对水土保持效益明显。在此基础上,对垄作现状的原因进行了分析,并提出一些改进措施。研究成果有助于了解东北黑土区不同地形耕地垄作方向的分布情况及其水土保持效益状况,对当地水土保持措施的布设也具有重要的指导意义。     

黑土坡耕地几种水土保持措施的蓄水保土效应研究

水土流失是制约我国北方旱区农业发展的主要因素,研究保护性耕作措施的蓄水保土效应,对北方旱区的水土保持工作具有重要的指导意义。通过田间试验对几种不同保护性耕作措施的土壤储水量、水分平衡及水分利用效率进行了研究,综合评价了几种耕作措施的蓄水保土功效。结果表明:横坡免耕、横坡种植、深松区田、垄向区田、深松、免耕储水量分别为常规耕作的112.6%,110.8%,107.0%,104.9%,103.8%,102.5%。横坡耕作和垄向区田能够有效减少坡面径流和土壤侵蚀,起到蓄水保土的作用,并为农作物生长提供有利的土壤水分环境。