秸秆还田方式对关中盆地土壤微生物量碳氮和冬小麦产量的影响

为了探究秸秆还田方式对土壤碳氮过程、水热过程和作物产量的影响,对比分析了关中平原无秸秆还田(T0)、秸秆覆盖还田(T1)、秸秆翻压还田(T2)和氨化秸秆翻压还田(T3)4种还田方式对冬小麦生育期土壤微生物量碳(MBC)、微生物量氮(MBN)、有机碳(SOC)、全氮(TN)、温度、水分利用效率(WUE)和产量的影响。结果表明:MBC和MBN在整个生育期大致呈现先增加再降低的趋势,在拔节期达到最大值,不同秸秆还田处理在生育期均能有效增加土壤MBC和MBN含量;不同秸秆还田方式均能增加耕作层SOC和TN含量,且对表层(0—10cm)的影响最为明显,大于下表层(10—20cm);T1、T2和T3在前期可提升土壤温度,T2日均温最大,越冬期后降低日平均地温;T3、T1和T2分别增加地上部生物量19.41%,5.63%和11.19%,增加籽粒产量23.48%,20.17%和13.17%,其中T3增产效果达到显著水平,明显优于其他秸秆还田方式;同对照相比,T3、T2和T1可显著提高WUE 28.73%,15.36%和18.83%。T3提高冬小麦籽粒产量和地上部生物量的效果优于其他秸秆还田方式,建议氨化秸秆翻压还田最为优化,对于关中地区旱作农业秸秆还田技术的完善和实践具有一定的指导作用。     

耕作方式和秸秆还田对砂姜黑土碳库及玉米小麦产量的影响

长期秸秆还田免耕覆盖措施导致沿淮区域砂姜黑土耕层变浅、下表层(10～30 cm)容重增加、土壤养分不均衡等问题凸显,限制了小麦-玉米周年生产力的提高。耕作和秸秆还田措施合理的搭配组合是解决这一问题的有效方法。通过8年的小麦-玉米一年两熟田间试验,设置4个处理:1)玉米季免耕-小麦季免耕秸秆不还田(N);2)玉米季深耕-小麦季深耕秸秆不还田(D);3)玉米季秸秆免耕覆盖还田+小麦秸秆免耕覆盖还田(NS);4)玉米季秸秆免耕覆盖还田+小麦季秸秆深耕还田(DS)。通过分析作物收获后不同土壤深度(0～60 cm)总有机碳(TOC)、颗粒态碳(POC)、微生物生物量碳(MBC)、易氧化态碳(KMnO4-C)、可溶性有机碳(DOC)和土壤碳库管理指数(CPMI),并结合小麦-玉米的周年产量变化,以期获得培肥砂姜黑土的最佳模式。研究结果表明:1)相对于长期免耕措施(N),DS处理能够提高0～30 cm土层TOC、POC、MBC、KMnO4-C等组分含量和CPMI;而NS措施仅提高土壤表层(0～10 cm)TOC、活性有机碳组分含量和CPMI;2)DS处理显著提升了小麦-玉米的周年生产力,其麦玉的周年产量均值分别比N、D和NS处理高出14.7%、12.9%和8.5%;3)MBC和KMnO4-C对于耕作和秸秆还田措施都是较为敏感指示因子。总的来说,玉米季小麦秸秆覆盖还田+小麦季玉米秸秆深耕还田(DS)是改善沿淮地区砂姜黑土土壤碳库、提高小麦-玉米周年产量的一种有效农田管理模式。     

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     

不同耕作措施对雨养冬小麦碳足迹的影响

为了解不同耕作管理措施对我国北方旱作农田作物生产生命周期内生产资料及生产过程碳排放足迹的影响,在山西省临汾市尧都区连续15年保护性耕作长期定位试验基地,利用静态箱-气相色谱法连续两年测定了不同秸秆管理和耕作措施(秸秆不还田旋耕、秸秆还田旋耕、秸秆覆盖免耕)下,旱作冬小麦田N_2O周年排放通量,并对不同耕作管理措施的生产资料和生产过程中的碳排放进行全面分析与计算,以估算不同耕作措施的碳足迹。结果表明:1)秸秆覆盖免耕和秸秆不还田旋耕条件下旱作冬小麦田N_2O年度累积排放量较秸秆还田旋耕分别平均减少19.2%和18.9%;2)旱作冬小麦在秸秆覆盖免耕条件下产量最高;3)旱作农田碳足迹中氮肥生产、农田N_2O直接排放和柴油消耗排放占到总排放足迹的90%以上;4)秸秆覆盖免耕较其他耕作方式的碳足迹低,两年试验期间,较秸秆还田旋耕处理碳足迹分别低11.0%和6.9%,较秸秆不还田旋耕处理碳足迹分别低7.9%和8.3%。5)在半干旱地区,秸秆覆盖免耕处理单位产量碳足迹最低,是本研究中低碳低排的推荐措施。本研究结果可为旱作农田以低碳减排为目标的可持续发展提供科学依据。     

秸秆覆盖时间和覆盖量对冬小麦田温度效应及地上地下生长的影响

为探明华北平原灌溉条件下秸秆覆盖的土壤温度效应对冬小麦根系和籽粒产量的影响,利用大田试验研究了不同秸秆覆盖时间和覆盖量处理对冬小麦土壤温度、根系和籽粒产量的影响。试验设冬小麦播种后覆盖和三叶期覆盖,覆盖量设上茬作物(夏玉米)秸秆全量覆盖(HM)、1/2量覆盖(MM)、1/3量覆盖(LM)和不覆盖(CK)。结果表明:1)与不覆盖(CK)相比,播种后覆盖和三叶期覆盖冬小麦产量分别降低8.6%和2.0%,播种后覆盖减产幅度大于三叶期覆盖;播种后减产是由于小麦千粒重比CK降低4.1%、穗粒数降低6.6%和收获指数降低2.4%,三叶期覆盖减产的原因是收获时有效穗数比CK降低5.8%造成。播种后覆盖处理中随着覆盖量的增加千粒重、有效穗数、收获指数显著降低,三叶期覆盖处理的产量构成没有显著差异。2)秸秆覆盖对小麦分蘖期和越冬期(冬季)土壤温度具有提升作用。覆盖处理日均温平均比CK提高0.56℃;小麦返青期后随着气温的升高,秸秆覆盖具有降温作用。冬季秸秆覆盖提升土壤温度的贡献主要是提升了夜间土壤温度,返青后降温的作用是降低白天的土壤温度;冬季随覆盖量增加增温效应增大,返青后随着覆盖量的增加降温效应增加,各覆盖处理间的土壤温度差异不显著。3)秸秆覆盖促进了冬季冬小麦根系生长,秸秆覆盖处理的根长密度大于CK;返青后秸秆覆盖减弱了根系生长,至扬花期随小麦冠层覆盖度增加,秸秆覆盖与CK的根长密度差异减小。由于小麦分蘖期和越冬期土壤温度高于CK,根系生长快于CK,消耗了更多的土壤氮,造成返青—拔节期土壤全氮含量低于CK。因此,华北平原冬小麦-夏玉米一年两熟灌溉区,为了降低秸秆覆盖对冬小麦产量的不利作用,秸秆覆盖应在三叶期后实施,覆盖量采用上茬玉米秸秆产量的1/3~1/2,其余秸秆可以用于畜牧业饲料。     

保护性耕作对土壤养分分布及冬小麦吸收与分配的影响

通过田间试验研究了华北平原山前平原区不同耕作方式下土壤氮、磷、钾等养分分布及冬小麦吸收与分配变化和对产量的影响。试验设深翻耕秸秆还田(MC)、秸秆还田旋耕(X)、秸秆粉碎免耕(NC)和整秸覆盖免耕(NW) 4 种冬小麦播前土壤耕作方式。试验结果表明, 6 年的不同耕作处理对土壤养分分布及冬小麦吸收与分配有显著影响。秸秆还田旋耕可显著提高土壤表层(0~5 cm)有机质、全氮以及碱解氮、速效磷、速效钾含量,但随土壤深度增加, 提高效果呈逐渐下降趋势; 20~30 cm 土层土壤有机质、全氮和速效氮含量显著低于秸秆粉碎免耕处理。两种免耕模式(NC、NW)植株的全氮、全磷、全钾含量在苗期明显低于翻耕(MC)和旋耕(X)模式,在返青期差异最为显著。到拔节和扬花期, 免耕(NC、NW)植株的全氮、全磷、全钾含量与翻耕(MC)和旋耕(X)之间的差异逐渐减少, 并最终影响到籽粒养分的积累。     

稻麦两熟条件下不同土壤耕作方式与秸秆还田效用分析

该文通过大田小区和网室水泥池微区的3年定位试验，比较研究了稻麦两熟条件下免耕秸秆覆盖、免耕高茬、翻耕秸秆还田(秸秆稻季翻埋麦季覆盖)、翻耕(对照，CK)4个处理对土壤理化性质和稻麦产量的影响，从土壤管理技术方面探讨了不同耕作方法与秸秆直接还田在稻麦两熟地区的应用效果。结果表明：免耕使土壤容重和穿透阻力增加，而秸秆还田可改善土壤结构，提高土壤养分含量，翻耕还田3年后土壤有机质、全氮、速效磷、速效钾含量比对照分别增加4.7%～13.0%、0%～10.6%、0.2%～10.6%、8.4%～15.5%。麦季秸秆还田的产量有增有减，实际产量免耕覆盖还田略低，对照的产量较高，秸秆还田平均减产1%左右；而水稻翻耕秸秆还田的产量最高，比对照平均增产3%左右。因此，在稻麦两熟条件下，从省工节本和提高地力角度可采用稻麦免耕秸秆覆盖与留高茬还田，从提高产量和地力角度宜采用稻季翻耕秸秆还田。     

玉米秸秆覆盖对麦田土壤温度和土壤蒸发的影响

研究了秸秆覆盖下的麦田土壤温度和土壤蒸发的动态变化规律。试验结果表明，玉米秸秆覆盖冬小麦田后，日最高地温比对照低，日最低地温比对照高，日振幅减小，温度变化较对照平缓；冬季具有提高土壤温度的作用，春季则有降低地温的作用。少覆盖处理冬季0～10 cm地温3年平均提高0.3℃/d，春季降低0.42℃/d；多覆盖处理冬季0～10 cm地温3年平均提高0.58℃/d，春季降低0.65℃/d；秸秆覆盖后有效地抑制了土壤蒸发，冬小麦生育期内，少覆盖处理比对照平均减少了21%，多覆盖减少了40.4%。覆盖处理春季的低温效应，推迟生育期3～7 d，加上后期的干热风，造成覆盖处理的冬小麦非正常成熟，影响了冬小麦的产量，少覆盖平均减产4.1%，多覆盖平均减产10.4%。     

少免耕与秸秆还田对极端土壤水分及冬小麦产量的影响

为了高效利用天然降雨,缓和农业水资源短缺,该试验在小麦、玉米一年两熟条件下,设置耕作措施和秸秆2个因素,其中耕作措施分为常规耕作、深松耕、耙耕、旋耕、免耕5种,秸秆因素分为玉米秸秆全量还田与不还田,共10个处理,研究了耕作措施与秸秆因素对极端土壤水分和冬小麦产量的效应。结果表明,无论秸秆还田与否,相对于常规耕作,深松耕能提高土壤水分充足期的土壤含水率,增加冬小麦产量,尤其是深松耕秸秆还田,比常规耕作无秸秆还田分别高25.74%和11.45%。秸秆因素在土壤水分充足时影响土壤含水率方面占主导地位,秸秆因素与耕作措施在土壤水分亏缺时影响土壤含水率和冬小麦产量方面均起着重要的作用。免耕、深松耕、耙耕与秸秆还田的交互效应能够增加集雨,提高冬小麦产量。研究结果还表明,冬小麦产量与土壤水分亏缺时土壤含水率相关不显著,而与土壤水分充足期土壤含水率相关显著。     

秸秆一次性深埋还田量对亚表层土壤肥力质量的影响

【目的】在以小麦–玉米轮作制为主的黄淮海北部地区,由于长期实施浅旋耕,亚表层土壤结构紧实、有机质匮乏,本研究通过分析不同倍量的粉碎秸秆深埋还田对亚表层土壤肥力的影响,为该地区选择适宜的秸秆还田方式进行亚表层培肥提供理论依据。【方法】本试验在微区土池中进行,设置低(6000 kg/hm^2,T1)、中(12000 kg/hm^2,T2)、高(18000 kg/hm^2,T3) 3种不同量粉碎秸秆的一次性深埋还田试验,并与常规旋耕下的秸秆不还田处理(CK)进行对比,研究2013-2016年深埋还田条件下不同用量秸秆对土壤蓄水量、紧实度、有机碳、全氮、速效氮磷钾含量及作物根系生物量、籽粒产量等指标的影响,并运用主成分分析法评估秸秆增量深还对亚表层土壤肥力质量的影响。【结果】1) 0-40 cm土壤蓄水量随秸秆用量增加而提高,其中T3、T2处理下土壤蓄水量在冬小麦季平均分别提高了50.94%(P <0.05)和59.77%(P <0.05),夏玉米季增幅低于冬小麦季,这表明增加秸秆用量更有利于干旱季土壤水分的保蓄;增加秸秆用量能降低亚表层土壤紧实度高达60%,且能调节土壤pH使之趋于中性;2)中、高量秸秆深埋还田显著提高了亚表层土壤养分含量,如T2、T3处理下有机碳含量显著提高7%~20%(P <0.05),全氮含量显著提高7%~18%(P <0.05),速效养分含量显著提升10%~30%(P <0.05),并增加了亚表层土壤C/N及养分库容;3)主成分分析表明,T3处理的土壤肥力质量略优于T2处理,而以T1处理最差,一次性秸秆增量深还能够长时间维持较高的土壤肥力;4)中、高量秸秆深埋还田可提高冬小麦及夏玉米籽粒产量及其根系生物量,以T2处理冬小麦、夏玉米3年平均籽粒产量最高,增幅分别为7.02%和5.11%(P <0.05),T2、T3处理冬小麦根系生物量平均提高21.9%和16.0%(P <0.05),提高夏玉米根系生物量18.4%和19.5%(P <0.05),然而对秸秆生物量的提高不显著,且T2处理在还田前期对作物生物量的提升作用优于T3处理。【结论】秸秆深埋还田可显著改善亚表层土壤结构,增加土壤养分库容,并提高根系生物量及籽粒产量。12000~18000 kg/hm^2秸秆一次性深埋还田可显著提高亚表层土壤肥力质量,是该地区培肥土壤的有效措施。     

土壤湿度对冬小麦光合速率的影响

本文通过盆栽及大田试验,对冬小麦开花灌浆期不同土壤湿度的小麦叶片光合速率测定得出:(1)土壤湿度在田间持水量的70%-85%时小麦光合速率最高,光合对土壤湿度的反应低湿较高湿更敏感;(2)土壤干旱可使小麦光合午休加重,适当灌溉可减小光合速率中午降低的程度;(3)土壤干旱后灌水,可明显提高小麦光合速率,以适宜土壤湿度下限时灌水效果最好.     

甘肃陇东粘黑垆土区冬小麦土壤水分利用特征

连续三年进行田间水分动态监测.结果表明,冬麦耗水量主要受生育期降水的影响;不同年份间对土壤水分的消耗量差别不大.对0～150cm土层水分的利用系数(WUC)为0.543～0.799,在中下部土层中有相当数量的水分是不能够被冬小麦利用的,其WUC降低到0.2以下.     

休闲期不同耕作方式对洛阳冬小麦农田土壤水分的影响

采用连续5a的田间定位试验资料，研究了洛阳地区休闲期4种不同耕作方式对冬小麦农田土壤水分变化、水分利用效率及作物产量的影响。结果表明：休闲期不同耕作方式对冬小麦播种前底墒具有明显的影响，与传统耕作方式相比，免耕和深松覆盖处理可以显著增加土壤含水率，具有良好的保墒作用；各处理以深松覆盖作物产量和水分利用效率最高，其次为免耕处理，深翻处理效果较差。因此，洛阳地区采用深松覆盖保护性耕作方式比较有利。     

The effects of wheel-induced soil compaction on anchorage strength and resistance to root lodging of winter barley (Hordeum vulgare L.)

Lodging is the permanent displacement of cereal stems from the vertical. Cereal plants growing in the edge rows next to both wheel tracks (‘tramlines’) and the gaps between experimental plots (‘inter-plot spaces’), which are traversed by farm vehicles during planting operations and agrochemical application, are less prone to lodge than plants growing elsewhere in fields and plots. Previous research has attributed this phenomenon to an increase in the stem strength of edge row plants, and hence their resistance to stem lodging, resulting from reduced competition between edge row plants for resources. However, this explanation gives no consideration to the anchorage strength of edge row plants, and hence their resistance to root lodging. Differences in soil and plant characteristics between the edge and centre rows of plots of winter barley (Hordeum vulgare L.) were examined on sand, silt and clay dominated soil types. Edge rows next to tramlines were investigated on the silt and clay soil types, whereas edge rows next to inter-plot spaces were investigated on the sand soil type. Edge row plants next to both tramlines and inter-plot spaces had 58.8% greater anchorage strength and hence resistance to root lodging than centre row plants. This was attributed to (1) greater soil compaction in the edge rows resulting from wheel traffic in the tramlines and inter-plot spaces, which increased the strength of the soil matrix surrounding the roots, and (2) greater plant root growth in the edge rows resulting from reduced competition. Bulk density, root plate spread and structural rooting depth were 19, 22, and 12% greater, respectively, in the edge rows of all soil types. The results suggest that in order to reduce lodging risk, energies should be directed towards identifying agricultural practices that optimise soil compaction in the seedbed without causing significant limitations to root growth.     

冬灌对越冬期土壤水分状况影响的数值模拟

根据土壤水动力学、地表能量平衡、空气动力学理论建立了越冬期土壤冻融条件下土壤—大气连续体的水热传输模型，包括冻融条件下土壤水热迁移子模型、地气间水热交换子模型。在该模型的基础上，模拟了北京地区冬灌对越冬期土壤水分状况的影响，从理论上得到了冬灌具有贮水作用的结论，并分析了合理的冬灌定额。     

冬小麦生长期土壤固定态铵与微生物氮的动态研究

田间试验研究冬小麦生长期土壤固定态铵和微生物N动态变化结果表明 ,施入基肥后土壤固定态铵显著上升 ,春季后固定态铵显著下降 ,至扬花期降至最低点。作物生长后期随吸N量的降低 ,各施肥处理固定态铵含量约升至播前水平。冬小麦全生育期土壤微生物N呈明显季节变化 ,施基肥后短期内有所升高 ,且春季施肥后出现第 2次升高 ,至扬花期土壤微生物N降至最低点 ,至生长后期重新回升。     

冬小麦灌溉制度对土壤贮水利用的影响

足墒条件下冬小麦播种时200cm土体总贮水量为619.6mm,有效贮水量为329.5mm。冬小麦播种～拔节期主要消耗0～100cm土层内土壤有效贮水;由于有效贮水能满足作物需水,因此拔节期不出现土壤水分亏缺。拔节～开花期对照(CK)耗水深度为200cm土层,起身期灌1水(Ⅰ-1)处理为160cm,其他处理为130cm;至开花期CK和Ⅰ-1处理0～60cm土层内已呈现一定程度的水分亏缺。开花～成熟期各处理200cm 土体内土壤有效水含量均呈不同程度下降,但主要供水层为0～130cm土层;冬小麦成熟期除春后起身～孕穗～灌浆期(Ⅲ-1)、拔节～开花～灌浆期(Ⅲ-2)灌3水和起身～拔节～开花～灌浆期(Ⅳ)灌4水处理外,大部分处理0～80cm或0～60cm土层内均呈明显的水分亏缺。随灌水次数或灌水量的增加,土壤贮水利用率呈明显下降趋势。     

不同灌溉策略下冬小麦根系的分布与水分养分的空间有效性

通过田间试验研究了少量多次和少次多量的灌溉方式下冬小麦根系的分布与水分养分的空间有效性。结果表明 :少量多次的灌溉方式降低了冬小麦返青后表层根系的生长 ,减少了拔节后该层根系的衰退。在少次多量的灌溉方式下返青期不灌水促进了表层根系的生长 ,然而拔节后该层根系衰退较多 ,但中层 ( 3 0～ 60cm)根系生长高于少量多次的灌溉方式。不同灌溉策略下根系分布的差异并不影响冬小麦对土壤水分和养分的吸收 ,由于播前土体内蓄水不足 ,三种灌溉方式下 0～ 90cm土壤可用水在收获后均消耗殆尽。灌溉促进了表层硝态氮的吸收和向下迁移 ,但两种灌溉方式下硝态氮在土体内的迁移均未超出 60cm土体 ,仍在根层之内。而不同的灌溉方式对冬小麦全生育期内土体速效磷钾的分布没有影响。扬花前两种灌溉方式下冬小麦的生长发育和养分的吸收并无差异 ,扬花后少次多量的灌溉方式由于水分供应不足 ,影响了灌浆 ,降低了千粒重 ,进而影响了产量 ,同时土壤水分缺乏也减少了该时期养分的吸收。而在少量多次的灌溉方式下 ,扬花后灌水不仅可以促进冬小麦灌浆 ,提高千粒重 ,而且增加了对养分的吸收。     

冬小麦旱情监测中土壤水分估算模型的互补性——以河北省为例

旱灾是影响我国农业最大的气象灾害。频发的冬春旱尤其是春旱恰逢冬小麦生长的关键阶段,对我国的冬小麦生产造成了严重影响,利用遥感技术实现冬小麦旱情监测成为当前农业旱情管理的一个重要发展方向。采用2005年EOS/MOD IS数据产品,对春季不同时段内河北省旱情监测遥感信息模型的互补性进行了研究,得出以下结论:(1)在冬小麦生长的不同时期,ATI模型与TVD I模型之间具有较好的互补性,3月冬小麦旱情遥感监测应选取ATI遥感信息模型;(2)4月~5月表层土壤的RSM-TVD I、RSM-ATI的拟合方程均通过了置信度α=0.001水平的t检验且相关性较好,TVD I和ATI均可以用来估算4月~5月土壤表层土壤水分;(3)4月~5月RSM-TVD I、RSM-ATI的相关性与误差分析结果表明:4月上旬和4月中旬可选择ATI模型或TVD I模型进行冬小麦旱情遥感监测,但以4月上旬选择ATI模型、4月中旬选择TVD I模型为佳,4月下旬~5月下旬TVD I模型是比较合适的冬小麦旱情遥感监测模型。     

桓台县麦玉两熟系统化肥投入及土壤养分资源研究

对桓台县麦玉两熟系统化肥投入及土壤养分资源调研结果表明,该县自建成吨粮县后年N、P、K投入分别为599.4±64.8kg/hm~2、211.0±26.4kg/hm~2、103.6±21.2kg/hm~2,N:P_2O_5:K_2O为1:0.353(±0.033):0.176(±0.046)。土壤有机质、碱解氮、有效磷、有效钾平均值及标准偏差分别为14.6±0.3g/kg、64.2±2.9mg/kg、8.5±1.5mg/kg和83.8±8.2mg/kg,表明该县冬小麦套种夏玉米高产农田生态系统中N、P、K投肥结构不合理,N偏高K偏低,应采取减N稳P增K对策。