黑土坡耕地秸秆覆盖对表层土壤结构和导气性的影响

[目的]调查研究秸秆覆盖对黑土坡耕地表层土壤结构和导气性的影响,揭示秸秆覆盖措施对农田黑土土壤物理性状和功能的影响。[方法]利用黑土农田保护性耕作连续7a的坡耕地长期定位田间试验,系统观测秸秆覆盖免耕处理和传统耕作处理的表层0—10cm的土壤容重、孔隙度、饱和含水量、田间持水量和土壤导气率等指标,并加以分析。[结果](1)与秸秆移除传统耕作相比,秸秆覆盖免耕处理能够显著增加表层土壤容重、饱和含水量以及田间持水量,减少总孔隙度和非毛管孔隙度;(2)秸秆覆盖免耕处理使土壤水稳性团聚体显著增加,水稳性大团聚体(0.25mm)的含量、平均重量直径(MWD)和几何平均直径(GWD)分别提高了10.41%,45.28%和22.58%,且土壤表层导气性降低了30%。[结论]连续7a的秸秆覆盖免耕改善了表层土壤团粒结构,增加了保水能力,但导气性较差。     

保护性耕作对土壤物理特性及玉米产量的影响

保护性耕作措施是干旱区农田提高作物产量的新型耕作技术。为了探讨其区域适应性,在2004～2007年期间,以毛乌素沙地南缘的靖边县北部风沙区农田为研究对象,选用了免耕、秸秆覆盖、覆膜和传统翻耕(CK)4种措施,采用完全随机试验设计进行了田间定位试验研究。结果表明,秸秆覆盖和免耕地的地温在春播初期略比传统翻耕低0.1℃,但随后迅速回升,覆膜在玉米生长期都高于其他措施。耕作措施对播种前土壤容重没有显著影响,而对收获后土壤容重影响显著,与传统翻耕相比,免耕降低了表层土壤容重1.65%,但次层20～40 cm容重增加了1.8%。3种保护性耕作措施均增加了土壤含水量,顺序依次为秸秆覆盖>覆膜>免耕>翻耕,且在作物需水关键期免耕和秸秆覆盖下的土壤含水量相对稳定,保证作物需水,提高水分利用率,分别为8%、22.0%和13.3%。使作物分别增产4.44%、13.14%和19.26%。因此,保护性耕作在风沙区有利于改善农田土壤物理条件,提高作物产量,适于在风沙区推广。     

少免耕土壤结构与导水能力的季节变化及其水保效果

通过对黑土坡耕地免耕、少耕与传统耕作土壤物理性状全生育期观测,比较研究土壤结构和导水性状季节变化差异及其与水土流失的关系。结果表明,表层0~20 cm土壤,免耕土壤容重全生育期维持在1.20~1.30 g cm-3,变化小,大于0.25 mm的水稳性团聚体含量(WR0.25)和平均重量直径(MWD)高于传统耕作,初始和稳定入渗速率均高于少耕和传统耕作,土壤含水量分别较少耕和传统耕作高4.7和4.4个百分点,较传统耕作分别减少地表径流和土壤流失量86%和100%;少耕除夏季各项性状均介于免耕和传统耕作之间,夏季垄沟深松后,垄沟土壤容重显著降低,较免耕和传统耕作降低0.15 g cm-3以上,提高土壤初始入渗速率30%以上,较传统耕作减少水和土壤流失量20%和40%。传统耕作土壤容重,垄台由播种时的0.91 g cm-3增加至收获时的1.23 g cm-3,垄沟一直维持在1.30 g cm-3左右,WR0.25、MWD、土壤稳定入渗速率、含水量均较低,全生育期10%的雨水流失,土壤流失量615 t km-2a-1。免耕土壤结构稳定,蓄水保水最佳,为效果显著的水土保持耕作措施,少耕也有一定的保水保土作用;免耕和少耕均能够改善土壤物理性状。     

黄土塬区长期不同耕作、覆盖措施对表层土壤理化性状和玉米产量的影响

【目的】研究不同耕作、覆盖措施对土壤理化性质及对作物农艺性状的影响,为选择适合黄土高原沟壑区最佳耕作、覆盖措施提供参考。【方法】田间定位试验设置12个处理,分别为传统耕作、传统耕作+膜上种植、传统耕作+秸秆覆盖、传统耕作+膜侧种植、传统耕作+全膜覆盖、传统耕作+秸秆覆盖+地膜覆盖、隔年耕作、免耕、免耕+地膜覆盖、免耕+秸秆覆盖、免耕+生草覆盖、免耕+秸秆覆盖+地膜覆盖,每个处理3个重复。于2014年对已持续12年的不同耕作、覆盖措施土壤理化性质与农艺指标进行测定与分析。【结果】免耕处理降低了土壤容重,提高了土壤饱和导水率和4月下旬至10月上旬表层土壤含水量,降低了作物出苗期温度,降低了成熟期土壤全磷与速效磷含量,降低了株高、叶面积指数和产量。相反,地膜覆盖极显著增加了土壤容重(P < 0.01),显著降低了土壤饱和导水率(P < 0.05),降低了成熟期土壤有机质、全氮含量,有较为明显的保持和调节温度的作用,不同类型的地膜覆盖均能极显著提高玉米株高和叶面积指数进而提高产量(P < 0.01)。秸秆覆盖对土壤容重和含水量的影响与耕作方式有关,翻耕条件下,秸秆覆盖增加了土壤容重;免耕条件下,降低了土壤容重且均不显著。翻耕+秸秆覆盖土壤表层含水量最高;免耕+秸秆覆盖处理的土壤含水量最低。但秸秆覆盖下土壤有机质含量、全氮含量、作物株高、叶面积指数和产量与未覆盖时相比均有增加,影响皆达到显著水平(P < 0.05),且均有降低地表温度的作用。【结论】免耕虽有利于改良土壤物理性状,却较传统耕作降低了作物产量。免耕条件下秸秆+地膜处理显著提高作物产量和土壤全氮、有机质含量(P < 0.05),是免耕处理组中最优选择。不同类型的地膜覆盖均可显著提高作物产量(P < 0.05),而且秸秆+地膜双覆盖增产效果最显著,并显著提高土壤全氮、有机质含量,是黄土塬区最适宜的覆盖措施。     

秸秆覆盖量对不同容重黑土坡耕地水土流失的影响

[目的] 研究免耕背景下土壤容重和秸秆覆盖对东北黑土坡耕地水土流失的影响,为东北黑土区保护性耕作技术的改良和推广提供理论依据。[方法] 通过模拟传统翻耕和免耕条件下的土壤容重（1.2,1.3 g/cm³）,结合不同秸秆覆盖量（0,328,656,984 g/m²）开展人工降雨试验,对比不同方式下黑土的初始产流时间、产流速率、径流量以及土壤流失量。[结果] ①土壤容重的增加显著缩短了初始产流时间并增加了水土流失量。同一秸秆覆盖量条件下,与容重为1.2 g/cm³时相比,1.3 g/cm³容重时的土壤初始产流时间缩短了13.1%～49.9%,径流量增加了0.4%～90.4%,土壤流失量增加了24.6%～302.8%;②与无秸秆覆盖相比,秸秆覆盖下的土壤初始产流时间延长了1.2～2.9倍,径流量减少了3.1%～38.9%,土壤流失量减少了34.0%～97.9%,且秸秆覆盖的保土效果与秸秆覆盖量呈极显著正相关关系（p<0.01,r=0.862）;秸秆覆盖量为656 g/m²时达到最佳的水土保持效果;③土壤容重的增加会加剧黑土水土流失,但秸秆覆盖显著降低了黑土水土流失,综合对比发现土壤容重为1.3 g/cm³时采取秸秆覆盖,平均减少了10.7%的径流量和74.2%的土壤流失量。[结论] 为有效防治水土流失,建议东北黑土区免耕时应注意结合秸秆覆盖措施,且秸秆覆盖量保持在656 g/m²以上为宜。     

保护性耕作对陇中黄土高原雨养农田土壤物理性状的影响

依托设置于陇中黄土高原雨养农田豆麦双序列轮作系统的保护性耕作长期定位试验,探讨不同耕作措施对土壤物理性状的影响。共设6种耕作措施:T(传统耕作)、NT(免耕不覆盖)、TS(传统耕作+秸秆还田)、NTS(免耕+秸秆覆盖)、TP(传统耕作+地膜覆盖)及NTP(免耕+地膜覆盖)。结果表明:保护性耕作可降低土壤容重,提升土壤总孔隙度,NTS处理可显著降低0-30cm各土层土壤容重,并显著提升0-30cm各土层总孔隙度和表层土壤饱和导水率;保护性耕作可增大0-30cm各土层机械稳定性和水稳性团聚体含量(≥0.25mm)、平均重量直径(MWD)和平均几何直径(GMD),NTS效果最好;容重和总孔隙度分别与产量呈极显著负相关、极显著正相关,机械稳定性团聚体的含量、MWD和GMD分别与产量呈极显著正相关、显著正相关、显著正相关;水稳性团聚体的含量、MWD和GMD均与产量呈极显著正相关。说明保护性耕作可以改善土壤结构,进而促进作物增产。     

粮草豆隔带种植保护性耕作对坡耕地土壤水蚀的影响

在黄土高原西部坡耕地上采用人工模拟降雨研究保护性耕作对水土流失的影响,重点探讨了传统耕作与免耕秸秆覆盖两种耕作措施下春小麦、鹰嘴豆、马铃薯与苜蓿间作对土壤水分和水蚀的影响.结果表明:(1)NTS处理增加地表覆盖,保蓄作物生育期内的降雨效果明显,模拟降雨后不同处理的平均土壤含水量总体表现为:NTSpl>NTScl>NTSwl>Tpl>Tcl>Twl.(2)不同处理径流过程分为产流、峰值、稳定、消失4个过程;土壤侵蚀分为发生、峰值、削减3个过程.(3)不同处理径流总量、侵蚀总量排序均为:Twl>NTSwl>Tcl>NTScl>Tpl>NTSpl,通过聚类分析得出NTS处理的马铃薯与苜蓿间作模式水土保持效应最佳,适合在黄土高原西部推广种植,能够达到较好的生态效益、经济效益和社会效益.     

保护性耕作对农田地表径流与土壤水蚀影响的试验研究

在黄土坡地建立天然降雨径流小区,采用翻斗式自动测试系统同步动态地监测降雨—径流的过程,试验研究了保护性耕作农田水土保持的效果和耕作、覆盖及压实3种因素对农田水土流失的影响。2年的试验表明,雨强和雨型与坡地水土流失密切相关,在暴雨情况下,由秸秆覆盖与少免耕相结合的保护性耕作具有明显的保持水土作用;采用少免耕而无秸秆覆盖配合的情况下,水土流失甚至高于传统翻耕。在试验的6种处理中,免耕覆盖不压实的保水保土效果最佳,相对传统翻耕年径流量减少52.5%,年土壤流失量减少80.2%。在覆盖、压实及耕作3因素中,秸秆覆盖对保持水土的作用最大,可减少年径流量47.3%,减少年土壤水蚀77.6%;压实次之,地表耕作的影响较小。     

玉米-小麦一年两熟保护性耕作体系试验研究

采用将夏玉米、冬小麦两季作物作为整体来研究适合华北一年两熟地区保护性耕作技术体系，确定了耕作和覆盖两个因素，包括免耕、深松、耙地、翻耕4种耕作方法，以及100%秸秆覆盖，50%秸秆覆盖和0覆盖3种秸秆覆盖水平。筛选设计了8种保护性耕作和2种传统翻耕共10种体系的试验方案。试验中测定了土壤含水量、容重、地温等参数和根系、产量等作物指标。试验结果表明，我国华北地区实施保护性耕作有利于节约用水，提高水分利用效率，增加作物产量。试验得出最适合的两种保护性耕作体系是：玉米-小麦全程免耕100%秸秆覆盖体系、玉米深松100%秸秆覆盖+小麦免耕100%秸秆覆盖体系。     

保护性耕作对豫西黄土坡耕地降水产流、土壤水分入渗及分配的影响

利用长期定位试验(1999~2007年),在豫西旱区坡度为8°的黄土坡耕地上,研究了免耕覆盖、深松覆盖和传统耕作不同耕作措施对降水产流、土壤水分入渗及分配的影响。结果表明:(1)免耕覆盖和深松覆盖延迟产流时间,缩短降水结束后径流持续时间,径流系数较传统耕作分别减少了97.49%和81.20%,径流量和土壤侵蚀量减少80%以上。免耕覆盖水土保持效果最好,在降雨强度为123 mm/h、历时40 min产生微弱水土流失。(2)传统耕作的土壤水分入渗速率初始最大,随后急剧下降,至4 min降至最低。在3~60 min入渗速率稳定过程,免耕覆盖和深松覆盖平均入渗速率相同,为0.07 mm/s,是传统耕作的1.40倍。免耕覆盖土壤水分入渗速率变化比较平缓,稳定入渗速率最大。(3)在土壤初始含水量较高、降水(74.2 mm)结束1 h后,2种保护性耕作水分下渗的土层深度比传统耕作的高出30~40 cm,160 cm土体降水的贮蓄量增量是传统耕作的2倍多。     

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。     

三峡库区坡耕地免耕秸秆覆盖下氮磷流失特征

为有效防治三峡库区坡耕地氮磷流失,在三峡库区长坪小流域连续进行两年野外径流小区监测试验。在自然降雨条件下进行免耕秸秆覆盖(SM)和对照(CK)两个处理的田间试验,研究了免耕秸秆覆盖措施对地表径流和氮磷养分流失的影响。结果表明：(1)降雨量与径流量极显著正相关,径流主要由几次暴雨事件造成,需要重点防范玉米季暴雨造成的水土流失。免耕秸秆覆盖能减少地表产流产沙,相比对照处理,免耕秸秆覆盖减少19.1%的径流流失,减少63.6%的泥沙流失。(2)免耕秸秆覆盖分别降低了21.3%,25.8%的总氮和总磷流失量,径流量和氮磷流失量呈极显著正相关,免耕秸秆覆盖主要通过减少径流量来减少氮磷流失。(3)坡耕地油菜—玉米种植制的氮磷流失风险期为6—7月初,该时期CK处理41.3%的径流量贡献了81.4%,52.1%的总氮和总磷流失,SM处理38.4%的径流量贡献了75.2%,48.2%的总氮和总磷流失,在该时期通过免耕秸秆覆盖可分别减少17.5%,31.7%的总氮和总磷流失。研究表明,免耕秸秆覆盖是控制三峡库区坡耕地氮磷养分流失的良好水土保持措施。     

黑土区坡耕地不同秸秆还田方式的水土保持效果分析

为了揭示黑土区坡耕地不同秸秆还田方式的水土保持效果，基于野外原位坡耕地人工模拟降雨试验，以传统顺坡垄作处理为对照，分析50，100 mm/h降雨强度下3种具有代表性的秸秆还田方式（秸秆深还、秸秆碎混和免耕+残茬覆盖）对坡耕地产流产沙过程、径流量、侵蚀量及其减流减沙效益的影响。结果表明：（1）不同秸秆还田方式的产流率皆随降雨量的增加而增大，产流率和产沙率大小均表现为顺坡垄作 > 秸秆深还 > 秸秆碎混 > 免耕+残茬覆盖。（2）与顺坡垄作相比，50，100 mm/h降雨强度下，秸秆还田处理分别延缓产流时间14.0，4.8 min，产流时间的滞后可以体现秸秆还田措施的水土保持效果。（3）秸秆深还、秸秆碎混、免耕+残茬覆盖处理的平均减流效益分别为36.8%，53.9%，65.8%，平均减沙效益分别为84.9%，90.3%，96.8%。可见，免耕+残茬覆盖方式的水土保持效果最好，其次为秸秆碎混和秸秆深还。     

Tillage and straw management for modifying physical properties of a subarctic soil

Conservation tillage practices are intended to minimize soil erosion. Yet little is known concerning changes in physical properties of subarctic soils subject to tillage practices. This study ascertained whether physical properties of a newly cleared subarctic soil are altered after 7 years of continuous barley (Hordeum vulgare L.) using different tillage and straw management strategies. Tillage and straw treatments were established in 1983 near Delta Junction, Alaska, and consisted of conventional fall and spring disk, fall chisel plow, spring disk, and no-tillage. Tillage plots were split by straw management practices, which included straw and stubble, stubble only, and no straw or stubble. Soil samples were collected from the upper 0.15 m of the profile in the spring of 1990 to assess water content, bulk density, saturated hydraulic conductivity, dry aggregate and mechanical stability, penetration resistance, water retention, and particle size distribution. Percent non-erodible aggregates, mechanical stability, and penetration resistance were greater for no-tillage compared to conventional tillage, chisel plow, and spring disk. No-tillage soils were also typically wetter, denser, and had a greater hydraulic conductivity. The spring disk treatment was least susceptible to erosion and also conserved soil water compared with chisel plow. Straw maintained on the surface conserved water and promoted soil stability.     

保护性耕作对地表径流及土壤侵蚀的影响

采用人工模拟降雨方法对陇中黄土高原连续实施5a的4种耕作措施：传统耕作（T），传统耕作结合秸秆还田（TS），免耕（NT），免耕加秸秆覆盖（NTS）下豌豆地收获后的径流起始时间、径流量、土壤侵蚀量进行了研究。结果表明，在降雨强度为85mm／h的条件下，NTS可以延缓径流，减小径流强度。与NT，TS，T这3种处理比较，NTS的径流量分别降低了2．4％，12．1％，34．7％。入渗量分别增加了2．7％，13．6％，38．6％。径流出现时间分别延迟1．17，0．83，3．83min。土壤侵蚀量减少了0．3％，17．7％，62．4％。可见，免耕秸秆覆盖的水土保持效应最为明显，传统耕作的方式极易发生土壤侵蚀。     

连续秸秆还田与耕作方式轮换对稻麦轮作田土壤理化性状变化及水稻产量构成的影响

为减少秸秆焚烧带来的环境污染,提高秸秆还田的利用效率,采用大田试验研究了连续秸秆还田与不同耕作方式对稻麦轮作田土壤理化性状变化及水稻产量构成的影响。结果表明:所有处理中,连续两年深耕+秸秆还田处理(DSⅡ)和一年免耕一年深耕+秸秆还田处理(NDS)对土壤容重的降低最有效;一年免耕一年浅翻耕+秸秆还田处理(NLS)最能有效增加土壤有机质含量;一年免耕一年翻耕和旋耕(NRS、NLS、NDS)以及连续两年旋耕处理(RSⅡ)增加土壤全土层全氮含量效果最明显;秸秆还田处理全土层速效磷含量增加较明显,但是不同耕作方式对全土层速效磷含量影响不显著。秸秆还田使水稻穗粒数、千粒重以及产量均减少,秸秆还田处理的穗粒数比无秸秆还田处理减少12.14%,千粒重平均低5.68%,产量低约7.68%。     

保护性耕作对潮土团聚体组成及其有机碳含量的影响

利用保护性耕作长期定位试验平台,研究了小麦-玉米轮作条件下连续5年实施免耕与秸秆还田对农田潮土团聚体组成、团聚体中有机碳含量的影响。结果表明:相比于常规翻耕,常规翻耕+秸秆还田、免耕、免耕+秸秆还田处理下5 mm粒级机械稳定性团聚体含量显著提升,增加比例分别为16.62%、16.05%、44.23%;而免耕、免耕+秸秆还田能显著提升5~2 mm粒级水稳性团聚体含量,提升比例分别为29.81%和64.28%,同时团聚体稳定率也有一定的提高;实施免耕能显著提高5~2、2~1 mm粒级水稳性团聚体中有机碳含量;除常规翻耕+秸秆还田处理下2~1 mm粒级外,秸秆还田对各粒级团聚体中有机碳含量均有不同程度的提升作用。     

耕作与覆盖措施对黄土塬区春玉米田土壤水气传输的影响

  【目的】  良好的土壤物理和水力学性质是土壤肥力可持续的基础。研究黄土高原旱作农业区长期不同耕作、覆盖措施对土壤水气传输性质的影响,为黄土塬区可持续的农田管理提供参考。  【方法】  基于设在渭北旱塬始于2002年的田间定位试验,选取传统耕作 (CT)、传统耕作+秸秆覆盖 (TS)、传统耕作+地膜覆盖 (TP)、传统耕作+全膜覆盖 (TWP)、免耕 (NT)、免耕+秸秆覆盖 (NS)、免耕+地膜覆盖 (NP)、免耕+生草覆盖 (NG) 共8个处理。于2019年春玉米收获期采集剖面土样,对0—10、10—20、20—30和30—40 cm土层土壤质量含水量、容重、导气率、相对气体扩散率和饱和导水率进行测定与分析。  【结果】  与CT处理相比,TS处理显著增加了0—40 cm土壤平均质量含水量,降低了0—40 cm各层土壤导气率,增加了各层土壤相对气体扩散率,表层 (0—10 cm) 土壤饱和导水率显著降低了75.9%;TP处理收获期耕层 (0—20 cm) 土壤容重增加,土壤总孔隙度显著降低,在0—10 cm土层,土壤导气率显著提高了54.1%;TWP处理耕层土壤容重显著增加,土壤总孔隙度显著降低,剖面0—40 cm土壤导气率和饱和导水率分别平均增加了64.8%和111.2%,尤其是表层土壤导气率显著提高了99.5%。与NT处理相比,NS处理耕层土壤容重降低,总孔隙度增加,表层土壤质量含水量、相对气体扩散率和饱和导水率分别显著提高了14.8%、25.3%和446.4%;NP处理耕层土壤容重增加,总孔隙度降低,表层土壤质量含水量和饱和导水率分别显著增加3.5%和145.2%,土壤导气率显著降低33.7%;NG处理耕层土壤容重降低,总孔隙度增加,表层土壤质量含水量显著提高了11.3%,土壤相对气体扩散率显著降低了42.1%。相同覆盖条件下与传统耕作比较,免耕处理能够降低下层20—40 cm土壤容重,增加土壤总孔隙度,提高土壤持水性,虽然降低了表层0—10 cm土壤导气率,但提高了土壤相对气体扩散率和饱和导水率。  【结论】  免耕秸秆覆盖可降低耕层土壤容重,增加总孔隙度,并且显著提高耕层土壤相对气体扩散率和饱和导水率,增加下层土壤导气率,是免耕处理组中最佳处理。传统耕作全膜覆盖可提高耕层土壤导气率、相对气体扩散率和饱和导水率,是传统耕作组中最佳处理,可有效保持渭北旱塬良好的土壤水气传输能力。     

粮草豆隔带种植保护性耕作水土流失规律

为有效防治坡耕地水土流失,持续利用坡耕地,于2007-2010年在黄土高原西部坡耕地上研究保护性耕作对水土流失的影响,重点探讨传统耕作与免耕秸秆覆盖2种耕作措施下春小麦、鹰嘴豆、马铃薯与紫花苜蓿间作的水土流失规律。结果表明:(1)各处理8月份的径流量分别占观测时段内总径流量的46.46%～51.29%,侵蚀量分别占观测时段内总侵蚀量的40.10%～61.22%。(2)降雨量与径流量、侵蚀量间呈现多元多项式关系。(3)2007-2010年不同种植模式下径流总量和侵蚀总量的变化趋势是一致的,均表现出NTSPL相似文献