轮作、耕作及行距对麦田土壤温度动态的影响

研究了加拿大南部冬小麦田在轮作、耕作和行距共同作用下的土壤温度动态。田间裂区试验主区为3个轮作(冬小麦连作、冬小麦/油菜轮作和冬小麦/夏休闲),副区包括两种耕作技术(免耕和常规耕作),小裂区包括两种种植行距(等行距和大小行)。结果表明,免耕处理下秸秆覆盖有效地降低了冬季土壤的冻结深度。在1993～1994年度,连作小麦免耕土壤的-5℃等温线要比常规耕作浅22cm。免耕秸秆覆盖的温度效应在冬小麦连作和冬小麦/油菜两种轮作上比在冬小麦/夏休闲上更为明显。在冬小麦连作和冬小麦/油菜轮作下,免耕土壤2.5cm的春季温度连续4个月显著低于常规耕作土壤。1994年4月8日,免耕和常规耕作农田2.5cm处的温差在冬小麦连作处理上达到4.1℃。对于冬小麦/夏休闲处理,由于秸秆覆盖量较少,耕作措施对土壤温度的影响不太明显。在1994年春季,大小行种植的土壤温度显著高于等行距种植的土壤温度。因此,免耕主要通过秸秆覆盖来改变土壤的温度状况。通过轮作、耕作和行距等措施,可以在一定程度上实现土壤温度的人为调节     

耕作方式与秸秆还田对土壤呼吸的影响及机理

为探明耕作方式、秸秆还田以及二者交互对冬小麦-夏玉米一年两熟农田土壤呼吸特征的影响,通过两年田间裂区设计试验,研究了不同土壤耕作方式(常规翻耕、深翻、深松)与秸秆还田(秸秆还田、秸秆不还田)对周年农田土壤呼吸速率、相关土壤理化性状(土壤温度、水分、紧实度、有机碳含量)的影响、两因素的互作效用,以及土壤物理性状与土壤呼吸速率的相关性。结果表明,深耕(深翻和深松)显著增加了全年土壤呼吸速率;秸秆还田增加了冬小麦季的土壤呼吸速率,却显著降低了夏玉米季的土壤呼吸速率;深耕+秸秆还田可使冬小麦季和夏玉米季的土壤呼吸速率分别增加41.9%和21.0%。土壤温度、土壤有机碳与土壤呼吸速率呈正相关,土壤紧实度与土壤呼吸速率呈显著负相关,且土壤温度与土壤呼吸速率相关系数最大。深耕与秸秆还田交互使冬小麦和夏玉米的干物质积累量分别提高34.9%和38.2%,根系干质量密度分别提高45.0%和39.4%,故在秸秆还田的基础上深翻或深松是黄淮海地区适宜的耕作方式。该研究结果可为制定黄淮海地区科学有效的土壤耕作方式提供理论依据。     

夏玉米-冬小麦轮作期土壤呼吸的温度敏感性分析

研究土壤呼吸和温度敏感性(Q_(10))的季节变化对丰富农田土壤的碳循环理论具有重要理论和现实意义。采用动态密闭气室法于2018年6月-2019年6月连续监测北京夏玉米-冬小麦轮作期间农田土壤呼吸速率,研究不同作物生育期Q_(10)值和土壤呼吸变化特征,综合分析土壤温度和土壤含水率对土壤呼吸的影响。结果表明:日内尺度上不同作物生育期土壤呼吸变化均呈单峰型,对土壤温度昼夜变化的响应关系呈顺时针近椭圆曲线;Q_(10)具有明显的季节变化特征,夏玉米苗期、拔节-抽雄、开花-成熟3个时期Q_(10)分别为2.27、6.13、1.28,在整个夏玉米季,土壤体积含水率在19.52%～45.43%变化,水分解释了50%的土壤呼吸变化(P0.05),临界值土壤体积含水率为27.84%(田间持水量的83.83%),土壤温度只能解释夏玉米季土壤呼吸速率变化的3%(P0.05),Q_(10)为1.29。冬小麦出苗-分蘖期、越冬期、返青-拔节期、孕穗-抽穗期、开花-成熟期Q_(10)分别为4.17、8.41、6.57、2.53、1.92,与土壤温度呈显著负相关关系(P0.05),温度能够解释冬小麦季土壤呼吸变化的88%(P0.01),Q_(10)为2.50。在整个轮作周年,土壤温度和土壤含水率分别解释54%(P0.01)、28%(P0.05)的土壤呼吸变化,周年尺度的Q_(10)为1.72。可见,在气候变化背景下,使用Q_(10)预测土壤呼吸需采用合适的时间尺度,同时注意土壤水分对Q_(10)模型适用性的影响。     

秸秆还田与旋耕对川中土壤物理性状及玉米机播质量的影响

为明确川中丘陵地区紫土小麦-玉米两熟种植模式下机播玉米生产适宜的秸秆还田方式与耕作方式,改善土壤的瘠薄、黏性过大等问题,提高耕层土壤的播种条件、播种质量,达到作物高产的目的,设置秸秆还田旋耕(RTS)、秸秆还田免耕(NTS)、秸秆不还田旋耕(RT)、秸秆不还田免耕(NT)4个处理,研究麦秸还田与旋耕对川中丘区紫色黏土物理性状及机播夏玉米播种质量的影响。结果表明:与秸秆不还田相比,麦秸还田显著增加了拔节期0~10 cm土层土壤毛管孔隙度和免耕处理0~10 cm全生育时期土壤含水量,显著降低出苗率、播种均匀度和幼苗整齐度等指标。与免耕相比,旋耕处理降低了0~10 cm土壤容重、含水量,增加了毛管孔隙度,出苗率提高9.9%,幼苗株高、茎粗、叶面积和干重显著提高。麦秸还田条件下,旋耕处理较免耕处理0~10cm土壤容重降低2.0%~12.1%,出苗率、播种均匀度、每穴苗数、幼苗整齐度显著提高,其中出苗率增加17.9%。玉米出苗率与0~10 cm土壤含水量呈显著正相关,播种均匀度与幼苗整齐度均与0~10 cm土壤容重呈显著负相关。可见,麦秸还田下旋耕处理改善了土壤结构,增加了土壤含水量,更有利于川中丘陵地区小麦-夏玉米种植模式机播玉米质量和幼苗素质的提高。     

麦季牛场肥水灌溉对冬小麦–夏玉米轮作土壤氮素平衡的影响

规模化畜禽养殖废弃物已成为当前重要的污染来源,为有效控制畜禽养殖污水面源污染,将处理后的养殖肥水作为水、氮资源进行农田灌溉,在华北冬小麦–夏玉米轮作灌溉区,连续3 a进行牛场肥水灌溉田间定位试验,研究冬小麦季牛场肥水灌溉对作物产量、氮表观利用率、土壤无机氮残留及轮作体系氮平衡的影响。结果表明,肥水灌溉能显著提高作物产量,肥水灌溉处理(冬小麦生育期内肥水灌溉带入氮为160、240和320 kg/hm2)冬小麦和夏玉米3 a产量平均增幅分别为36.78%和40.82%。随着牛场肥水灌溉年限的推移作物增产效果逐渐明显,冬小麦–夏玉米轮作体系作物累计氮利用率逐年升高,6季作物收获后氮累计利用率达47.87%~67.63%,肥水氮后效明显。肥水灌溉增加了100 cm土体内无机氮残留,NO3--N残留量显著高于NH4+-N。对冬小麦–夏玉米轮作体系氮平衡分析表明,随牛场肥水灌溉带入氮量增加,作物氮累计吸收增加,在冬小麦生育期内肥水氮带入量为160 kg/hm2夏玉米生育期内不施氮处理(T1),氮表观利用率显著高于其他肥水灌溉处理(T2和T3),100 cm土体无机氮残留率和氮表观损失率均显著低于T3处理,与T2处理差异不显著。该试验条件下,综合产量、氮累计利用率及土壤无机氮残留考虑,冬小麦–夏玉米轮作体系肥水灌溉适宜氮带入量为160~240 kg/hm2。适量牛场肥水灌溉冬小麦–夏玉米能够增加作物产量,增加作物对肥水氮的利用率,减少氮在土壤中的积累。     

秸秆还田的小麦–玉米农田 N2O 周年排放的量化分析

【目的】N₂O 是重要的温室气体之一,主要来源于农田土壤。华北平原是我国的粮食主产区,秸秆还田是该地区主要的农田管理措施,明确不同秸秆还田量对小麦玉米农田周年土壤温度和含水量的影响以及与 N₂O 排放之间的量化关系,对发挥秸秆还田的生态效应,明确硝化和反硝化作用机制具有重要意义。【方法】以冬小麦、夏玉米为研究对象,设置 5 种不同秸秆还田量处理:小麦、玉米秸秆均不还田 (T0);小麦秸秆 1875 kg/hm2 + 玉米秸秆 2000 kg/hm2 还田 (T1);小麦秸秆 3750 kg/hm2 + 玉米秸秆 4000 kg/hm2 还田 (T2);小麦秸秆 5625 kg/hm2 + 玉米秸秆 6000 kg/hm2 还田 (T3);小麦秸秆 7500 kg/hm2 + 玉米秸秆 8000 kg/hm2 还田 (T4)。于 2014 年 10 月～2015 年 10 月,采用静态箱–气相色谱法对农田 N₂O 排放进行测定,探究不同秸秆还田量下小麦玉米农田 N₂O 排放的周年变化,并量化分析土壤温度、含水量与 N₂O 排放的关系。【结果】秸秆还田量显著影响 N₂O 的排放,随着秸秆还田量的增加,周年内 N₂O 排放总量呈增加的趋势,增加量为 1.33～3.50 kg/hm2,增加率为 32.3%～85.0%;通量增加量为 15.52～40.87 μg/(m2·h),增加率为 32.3%～85.1%。玉米季 N₂O 排放通量和总量分别是小麦季的 2.42～2.62 和 1.05～1.14 倍。秸秆还田可提高 0—10 cm 土壤温度和 0—20 cm 土壤含水量,增加范围分别为 0.63～2.14℃ 和 0.6%～1.8%。相关性分析表明,各处理土壤温度和 N₂O 排放通量无相关关系(P > 0.05)。T0、T1、T2 处理土壤含水量与 N₂O 排放通量呈显著正相关(P < 0.05),而 T3、T4 处理与 N₂O 排放通量之间不相关(P > 0.05)。【结论】随着秸秆还田量的增加,N₂O 排放通量和总量均呈现增加趋势,且玉米季高于小麦季。秸秆还田显著促进 N₂O 排放并可提高 0—20 cm 土壤含水量和 0—10 cm 土壤温度,周年秸秆还田量在 7750 kg/hm2 及以下时,N₂O 排放通量与土壤含水量之间呈显著正相关,而与土壤温度之间不相关。     

全膜双垄沟播带状秸秆还田模式对土壤温度的影响

在田间全膜双垄沟播膜下设置带状秸秆还田不同模式,研究玉米生育期内土壤耕层温度的变化规律。结果表明,在玉米非种植带将5 cm长秸秆按3 750 kg/hm2深翻15 cm与土壤混匀后,土壤温度日(8:00～20:00时)变化增温速度最快,逐日变化幅度最高,相应的0～25 cm土层温度振幅最大。不同秸秆还田方式玉米生育期0～15 cm土层温度日变化不同,苗期(5月13日)膜下秸秆还田0～15 cm土壤温度随着白天气温的升高快速增高,16:00时达最高峰,为26.8～28.9 ℃,持续2 h后迅速下降;拔节期(6月10)土壤温度在16:00时达到最高,随后缓慢下降。玉米生长后期不同处理0～15 cm土层温度没有差异。整个玉米生长期内,土壤温度的逐日变化表现出S型波动。各处理0～25 cm土层温度的振幅随着土壤深度增加和生育期延后而减小。     

不同种植模式对土壤矿质氮累积量的影响—以北京通州区为例

运用对通州区调查资料和试验结果,分析了不同典型种植模式对0—2 m土壤矿质氮累积量的影响。结果表明,不同种植模式对0—2 m土壤矿质氮提取利用能力顺序为:向日葵—向日葵﹥冬小麦—夏玉米（玉米秸秆还田）﹥冬小麦—夏玉米（玉米秸秆不还田）﹥冬小麦—大豆﹥玉米—玉米。在大田作物生产中,应进行合理的作物轮作、增加地面覆盖度、轮作中加入有固氮能力的豆科作物、注重与根系发达或深根作物进行轮作,能有效地提取利用土壤深层NO3--N,并能有效减少氮肥向土壤下层的淋洗。蔬菜生产田0—2 m土壤含有较高的NO3--N和NH4+-N,累积量达1935.03 kg/hm2和201.8 kg/hm2,因此,应通过减少氮肥投入量,优化轮作种植模式以提高作物对深层土壤NO3--N的回收利用。     

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.     

不同秸秆还田方式对滨海盐渍土水盐运动的影响

为了探究不同秸秆还田方式对滨海盐渍土水盐调控机制,设置4种处理方式:秸秆覆盖（P）,秸秆深埋（S）,秸秆覆盖+深埋（T）,常规耕作（CK）,以CK为对照,通过大田试验研究不同处理下冬小麦生育期内土壤水盐运动及其对冬小麦产量的影响。结果表明:秸秆还田增加了土壤储水量,P,S和T处理0-70 cm土层生育期储水量均值高于CK处理8.28 mm,6.86 mm和13.76 mm;冬小麦前中期对0-30 cm土层保墒效果明显,随生育期的推移各处理间差异及土壤含水率均逐渐减小。秸秆还田抑制了土壤盐分表聚,T处理可显著降低0-50 cm土层土壤含盐量,生育期含盐量均值低于P,S和CK处理41.24%,32.08%和52.77%,淡化土壤耕层效果明显;S处理对0-30 cm土层脱盐效果优于P处理。秸秆还田改善土壤水盐状况,显著增加了冬小麦产量,产量表现出T > P > S > CK的顺序。T处理改善土壤水盐状况和提高产量表现较优,为试验的最佳处理方式。     

保护性耕作下大豆农田土壤呼吸及影响因素分析

为了探讨保护性耕作对旱作农田土壤呼吸的影响,采用LI6400-09仪器(LI6400便携式光合作用系统连接6400-09呼吸室)在重庆北碚西南大学试验农场对平作(T)、垄作(R)、平作+覆盖(TS)、垄作+覆盖(RS)、平作+覆盖+秸秆速腐剂(TSD)、垄作+覆盖+秸秆速腐剂(RSD)6种处理下的西南紫色土丘陵区小麦/玉米/大豆套作体系中大豆生长季节的土壤呼吸及其水、热、生物因子进行测定和分析,探讨西南丘陵区保护性耕作下大豆农田土壤呼吸及其影响因素。结果表明,大豆整个生育期内土壤呼吸先缓慢增强,到开花期开始增长迅速,成熟期明显下降。不同处理土壤呼吸速率存在差异,表现为TTSD>TS、R>RSD>RS,土壤呼吸的土温敏感指标Q10值排序为TS>TSD>RS=R>T>RSD。秸秆覆盖处理的土壤呼吸对于土壤温度敏感性较高,垄作则降低了土壤温度敏感性。5 cm土层的土壤含水量高低排序为TSD>RSD>TS>RS>T>R。本研究中土壤呼吸与土壤水分呈抛物线函数关系,垄作处理下土壤呼吸与土壤水分正相关,达到显著水平;其他处理均表现负相关,其中TS达到极显著水平。在大豆农田生态系统中优势类群有弹尾目、螨目和双翅目,干漏斗法、陷阱法捕获的土壤动物与土壤呼吸均没有显著的相关关系,两种方法所得土壤动物数量加总与土壤呼吸进行相关分析,发现处理T相关系数达到显著水平,r=0.901,P=0.037。     

Long-term straw mulch effects on crop yields and soil organic carbon fractions at different depths under a no-till system on the Chengdu Plain,China

Proposal

A 12-year field experiment was conducted to assess straw mulch effects on soil organic carbon fractions, the carbon pool management index (CPMI) at different depths, and crop yield under a no-till rice-wheat rotation system on the Chengdu Plain, southwestern China.

Materials and methods

There were two treatments in the experiment: no-till without straw mulch (CK) and no-till with straw mulch (SM). The soil was sampled at 0–5, 5–10, 10–20, and 20–30-cm depths. Soil total organic carbon (TOC), the labile organic carbon fractions, including particulate organic carbon (POC), dissolved organic carbon (DOC), microbial biomass carbon (MBC), and permanganate-oxidizable carbon (KMnO₄-C), and the CPMI were analyzed. The crop grains were measured between September 2013 and May 2018.

Results and discussion

Between 2013 and 2018, rice and wheat grain yields under SM were comparable to CK, except there were higher rice yields in 2016 and higher wheat yields in 2017 under SM. The soil organic carbon decreased as soil depth increased in both treatments. Soil TOC, POC, and KMnO₄-C concentrations at 0–5 and 5–10 cm, CPMI at 0–5 and 5–10 cm, and DOC at 0–5, 5–10, and 10–20-cm soil depths were significantly greater under SM than under CK, whereas the MBC at 0–5 and 5–10 cm under SM was lower than CK. The POC/TOC, KMnO₄-C/TOC, and DOC/TOC ratios were greater under SM in the 0–5 and 5–10 cm, 0–5 cm, and 5–10 and 10–20-cm layers than CK, respectively, whereas the MBC/TOC ratio decreased under SM at 0–5, 5–10, and 10–20-cm depths.

Conclusions

The results showed that straw mulching should be adopted when a no-till rice-wheat cropping system is used in southwestern China because it leads to effective improvements in SOC sequestration while still maintaining normal crop yields.

     

翻耕和覆盖对我国黄土区麦田土壤水分的影响

Effects of different methods of tillage and mulch on soil moisture at fallow stage were studied in rainy and rain-deficient years.Soil moisture content per 20 cm was measured vertically within 0-300 cm soil layers in an experiment with five treatments:deep-loosening tillage(DLT),traditional tillage(TT),plastic mulch(PM),straw mulch(SM) and plastic plus straw mulch(PSM),All mulch treatments were under no tillage conditions.Total storage of precipitation in soil from 0 to 300cm was determined before sowing,Results showed that the new methods of tillage and mulch were the basic ways to improve water condition in dryland wheat fields.In a rainy year,PM with no tillage played a significant role in storing and conserving precipitation.while in a rain-deficient year,the role was not significant,Due to evaporation.DLT did not promote the storage of soil moisture,SM was the best way to store and conserve soil moisture,In SM treatment the wheat yields increased by more than 20%.     

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。     

免耕与翻耕条件下农田土壤呼吸的比较

采用开路式土壤碳通量测量系统于2010年3-10月在冬小麦-大豆轮作期对免耕与翻耕田土壤呼吸速率、5cm深土壤温度和湿度进行测定,以研究耕作措施对农田土壤呼吸的影响。结果表明,在冬小麦、大豆生长时段,免耕与翻耕田土壤呼吸速率的季节变化趋势基本一致。冬小麦生长时段免耕与翻耕田土壤呼吸速率的平均值分别为2.50±0.14和2.40±0.29μmol.m-2.s-1,大豆生长时段分别为2.82±0.28和3.50±0.52μmol.m-2.s-1。冬小麦生长时段免耕与翻耕田土壤呼吸无显著差异,但大豆生长时段二者存在显著差异(P<0.05),差异最明显的阶段在大豆开花期(7月下旬-8月中旬)。利用温度影响函数(指数函数)和湿度影响函数(二次函数)耦合的模拟模型进行土壤呼吸与土壤温度和湿度的回归分析,得出免耕条件下土壤温度和湿度可以共同解释25.3%的土壤呼吸变异(R2=0.253,P<0.05),翻耕条件下二者可以共同解释44.0%的土壤呼吸变异(R2=0.440,P<0.01)。可见,一方面,耕作措施对土壤呼吸的影响因种植作物而异,与翻耕相比,免耕显著降低了大豆田土壤呼吸,但对冬小麦田无显著影响;另一方面,免耕下土壤温度和湿度对土壤呼吸的影响比翻耕要小。     

Interactive effect of tillage depth and mulch on soil temperature, productivity and water use pattern of rainfed barley (Hordium vulgare L.)

Soil porosity and organic matter content influence the hydrology, thermal status and productivity of agricultural soils. Shape, size and continuity of soil pores are determined by tillage practices. Thus appropriate tillage and mulch management can conserve residual soil moisture during the post rainy season. This can play a key role in enhancing productivity under the rainfed ecosystem of subhumid region in eastern India. A field study was carried out on a fine loamy soil from 1993–1994 to 1995–1996. Two tillage treatments were conventional ploughing (150 mm depth) and shallow ploughing (90 mm) depth. Each tillage practice was tested with three mulch management viz., no mulch, soil dust mulch and rice (Oryza sativa L.) straw mulch. Soil organic carbon, bulk density, moisture retentivity, soil temperature with productivity and water use pattern of barley (Hordium vulgare L.) were measured.Reduction in ploughing depth resulted in nominal increase in profile (0.0–1.2 m) moisture status, yield, and soil thermal status at 14:00 and water use efficiency (WUE). However, it decreased the magnitude of soil temperature in the morning (07:00). Straw mulch conserved 19–21 mm of moisture in the profile (1.2 m) over the unmulched condition. Both soil dust and rice straw mulching elevated soil thermal status at 07:00 as compared to unmulched condition, but this trend was reversed at 14:00. Straw mulching significantly increased grain yield and WUE over soil dust mulch and unmulched condition. Impact of straw mulch was more pronounced under shallow ploughing depth. Shallow tillage with rice straw mulching is recommended to the farmers to obtain higher level of yield and water use efficiency.     

不同秸秆还田方式对黄土高原坡耕地土壤呼吸的影响

选取豫西黄土高原典型玉米坡耕地,设置常规耕作+秸秆不还田（CT）,常规耕作+秸秆还田（TSI）和常规耕作+秸秆覆盖（TSM）3种处理,采用LI-8100A土壤碳通量测定系统,研究非生长季不同秸秆还田方式对土壤呼吸时空变化的影响。结果表明:CT,TSI,TSM处理下土壤呼吸速率随时间变化趋势基本一致,变化范围分别为0.22～1.23,0.29～1.35,0.26～0.91 μmol/（m²·s）,在温度和水分较低时段3者差异不显著,在温度和水分较高的时段3种处理土壤呼吸差异显著,表现为TSI > CT > TSM。3种处理不同坡位土壤呼吸有明显差异,总体表现为坡下 > 坡中 > 坡上,TSM处理下土壤呼吸空间异质性明显低于其他两种处理;不同坡位土壤温度和水分呈现明显的差异性,表现为坡下 > 坡中 > 坡上,并随温度和水分的升高,空间差异性增大。不同处理下土壤呼吸与温度和水分都呈现出显著的线性相关关系（p < 0.01）。秸秆覆盖在非生长季能有效减少土壤呼吸量,而秸秆还田增加土壤呼吸量,因此秸秆覆盖从减少温室气体排放的角度是较合理的秸秆还田方式。     

覆盖方式对夏玉米土壤水分和产量的影响

为探索半湿润偏旱区不同覆盖栽培模式夏玉米田土壤蓄水保墒和增产效果,于2014年6-10月在陕西杨凌节水灌溉试验站,通过设置垄覆地膜沟覆秸秆（PSM）、全覆膜平作（PM）、覆秸秆平作（SM）、露地平作（CK）4种栽培模式进行玉米种植试验,对0-200cm土壤不同深度土层含水率进行全生育期动态监测,分析比较各种模式下土壤含水率、土层贮水量以及作物耗水量的变化规律,并结合产量资料计算各种种植模式的水分利用效率。结果表明：一次30.5mm降水过程结束后,PSM处理的集水作用最明显,降水2d后,垄沟中40cm土层土壤含水率最高,达35.8%。与降水2d后相比,降水6d后,CK、PSM处理沟中（PSM-F）、PM和SM处理40cm土层土壤含水率分别下降10.3%、2.9%、1.8%和0.2%,而PSM处理垄下（PSM-B）含水率则提高10.4%。PSM处理在干旱季沟中和垄下土壤含水量差异明显,降雨较多时,沟垄土壤含水率基本达到平衡。PSM、PM和SM处理能显著提高玉米生育期0-20cm土层贮水量,其中以PSM处理最为显著;各处理苗期以后20-100cm土层贮水量均低于对照;100-200cm土层贮水量以SM处理最高,PSM处理最低。夏玉米产量与拔节-灌浆期耗水量呈显著正相关（r=0.98*）。PSM、PM和SM处理的玉米产量较CK分别提高95.3%、83.1%和55.4%,水分利用效率较对照分别提高75.7%、71.0%和58.8%。研究结果表明垄覆地膜沟覆秸秆栽培模式能够显著提高玉米产量和水分利用效率,适宜在半湿润偏旱区夏玉米生产中应用。     

Soil respiration,glomalin content,and enzymatic activity response to straw application in a wheat-maize rotation system

Purpose

Straw residue has been widely applied in the North China Plain agroecosystems due to their positive roles in soil fertility improvement, sustainable production, and climate change mitigation. However, little is known about how straw application alters soil respiration by influencing soil biochemical properties in this region. This is the first study to evaluate the role of soil enzyme activity and glomalin content in the response of soil respiration to straw application at different growth stages in a wheat-maize rotation system.

Materials and methods

Field experiment was conducted in a wheat-maize rotation system and it contained two treatments: straw residue removal (CK) and straw residues application (SR). Soil respiration, moisture, and temperature were measured using LI-8100 at different growth stages during wheat and maize (2013–2015) growing seasons. From 2013 to 2014, soil sample (0–20 cm) was collected at different growth stages during wheat and maize growing seasons and transported to the laboratory. Glomalin content and soil enzyme activity were analyzed by using Bradford and enzyme-labeled meter method, respectively. In addition, we determined soil chemical properties such as soil organic carbon (SOC), soil total N content (TN), ammonium N (NH₄ ⁺-N), and nitrate N (NO₃ ^?-N) concentrations.

Results and discussion

SR significantly increased soil respiration and this promotion effect became more significant after 4-year straw application. Soil respiration exhibited significant seasonal variation and was significantly increased by soil temperature with Q ₁₀ ranging from 1.73 to 2.14 for CK and from 1.51 to 2.28 for SR. Both soil temperature and moisture accounted for 70–72% of the seasonal variation in soil respiration. SR significantly increased easily extractable glomalin-related soil protein during 2013–2014 wheat growing season except jointing stage. In addition, positive and significant effect of SR on activities of β-glucosidase and cellobiohydrolase was observed at initial and vigorous growth stages. Straw application significantly increased TN, but did not significantly influence SOC, NH₄ ⁺-N, and NO₃ ^?-N concentrations.

Conclusions

Our study demonstrated that straw application increased soil respiration by stimulating soil enzyme activities and improving easily extractable glomalin-related soil protein. Straw application is recommended as an agricultural management in the North China Plain because of its role in improving biochemical properties. To improve soil biochemical parameters with a relative low soil respiration rate, further information is necessary about the optimum amount of straw application.

     

华北平原秸秆覆盖冬小麦减产原因分析

秸秆覆盖是减少农田棵间蒸发和提高水分利用效率的措施之一。冬小麦/夏玉米一年两作种植中, 秸秆资源非常丰富, 随着机械化作业的发展, 小麦秸秆覆盖夏玉米技术在同类地区得到成功应用和推广。但夏玉米秸秆覆盖冬小麦后对冬小麦的生长发育产生了一些不利影响, 造成了冬小麦不增产或减产, 限制了该项技术的推广。秸秆覆盖造成冬小麦穗数的降低是冬小麦产量降低的主要原因, 其次是千粒重的降低。大部分研究表明秸秆覆盖小麦地表后, 使根区土壤温度白天最高温度低于不覆盖处理, 夜间的最低温度高于不覆盖处理, 土壤温度的日较差减小。秸秆覆盖下根区温度的变化可能是引起小麦生长发育滞后和产量降低的主导因素。本文综述了华北平原秸秆覆盖冬小麦减产原因, 为实现两熟区冬小麦秸秆覆盖提供理论依据。