心土间隔混层技术改善白浆土理化性质提高大豆产量

为了提高改土效率,打破白浆土障碍层次白浆层,改善贫瘠的心土层创造有利条件,该文设计了将白浆土"上翻20 cm,下混30 cm,同时间隔62 cm不混拌"的心土间隔混层犁。2016-2017年在黑龙江省八五四农场设置心土间隔混层区和浅翻深松区大区对比试验,研究改土作业后土壤理化性质、大豆产量及其农艺性状变化,明确改土机械作业效果与作物增产机理。结果表明:与浅翻深松相比,心土间隔处理改土2 a内:改善白浆土心土层土壤物理性质,提高土壤含水率,20～40 cm土层土壤含水率提高幅度为2.13～3.20个百分点;降低心土层土壤硬度,硬度值降低40%～50%,且在20～40cm心土层没有出现峰值,改善土壤三相比例,固相值降低5.06个百分点,液相值增加3.17个百分点,气相值增加1.89个百分点。改善心土层化学性质,20～40 cm土层碱解氮提高33.77%,有效磷提高39.25%,速效钾提高4.16%,有机质提高15.85%,同时提高心土层全量养分含量,降低土壤pH值,但效果不明显。连续调查两年大豆产量,心土间隔混层区比浅翻深松区增产12.66%～13.28%,一次改土后效时间长,增产效果显著。该研究结果可为旱地白浆土及其同类低产土壤的改良提供技术支撑。     

秸秆还田方式对土壤酶及大豆产量的影响

研究了秸秆不同还田方式,即秸秆覆盖还田、秸秆心土还田、秸秆焚烧还田对土壤不同层次酶活性的影响,同时探讨对大豆产量的影响,结果表明:土壤过氧化氢酶变化情况心土还田与对照相比降低了白浆层过氧化氢酶活性,低于对照13.51%。覆盖还田、焚烧还田与对照相比增加了土壤耕层过氧化氢酶活性;土壤脲酶活性变化情况与对照相比心土还田的白浆层、淀积层两个层次的土壤脲酶活性差值减少。覆盖还田、焚烧还田与对照相比增加了土壤耕层脲酶活性,增加百分比分别为26.62%、18.78%;土壤蔗糖酶变化情况为心土还田白浆层土壤蔗糖酶活性低于对照,淀积层高于对照,心土还田白浆层与淀积层土壤蔗糖酶差异不大,覆盖还田、焚烧还田与对照相比增加了土壤耕层蔗糖酶活性,增加百分比分别为26.83%、18.37%。本研究所采用的秸秆还田方式对大豆增产均有促进作用,与对照比相比,覆盖还田增产22.50%;心土还田增产32.31%;焚烧还田增产13.65%。本研究为合理认识秸不同还田方式对土壤酶活性及作物产量的影响提供数据依据。     

心土培肥改良白浆土的研究Ⅰ白浆土心土培肥的效果

采用心土培肥犁将白浆土的白浆层和淀积层混拌,并向混拌层施入改土物料钙肥和磷肥。试验结果显示:心土培肥的增产效果稳定,磷培肥区比对照区增产17.4%～26.4%,钙培肥区比对照区增产9.2%～16.3%。在心土混层耕基础上进行心土培肥,磷培肥的增产效果明显。对白浆土进行心土培肥,改善了其障碍层次,从而达到培肥土壤的目的。     

秸秆心土混合犁改良白浆土效果

为将表层秸秆施入心土,改善贫瘠的心土层创造有利条件,该文设计了将白浆土"上翻20 cm,下混30~40 cm,同时将有机物料施入心土层"的秸秆心土混合犁。该研究通过设置秸秆心土混合区和浅翻深松区田间对比试验,调查机械作业后土壤理化性质,指示作物农艺性状以及产量指标等,明确秸秆心土混合的改土增产机理,进一步拓宽白浆土改良途径,为机械改土技术的广泛应用提供技术支撑。研究结果表明:与浅翻深松相比,秸秆心土混合改善心土层土壤物理性质,20~40 cm土层土壤含水率提高2.69~4.90个百分点;硬度降低44.45%左右,且没有出现峰值;改善土壤通透性,固相降低幅度为4.51~2.14个百分点,液相增加幅度为1.17~4.13个百分点,气相增加幅度为0.38~0.98个百分点,容重下降幅度为0.16~0.11 g/cm~3;提高心土层养分含量,碱解氮提高17.33%,有效磷提高116.39%,速效钾提高37.86%,有机质提高36.66%,同时提高心土层全量养分含量,缓解土壤酸性。连续2 a调查大豆产量,秸秆心土混合区比对照区增产15.77%~16.33%,一次改土后效时间长,增产效果显著。该研究结果可为白浆土及其同类低产土壤改良及作物高产提供技术支撑。     

白浆土心土间隔改良对土壤理化性状及作物产量的影响

为了探索机械作业改良白浆土新途径,在原有改土原理"上翻20 cm,下混30~40 cm"的农艺参数下,自主设计了将白浆土"上翻20 cm,下混30~40 cm,同时间隔62 cm不混拌"的新农艺参数及配套机械,即所谓的心土间隔混拌。应用该犁在白浆土上作业,2 a后调查土壤理化性状:结果显示,20~60 cm混拌层土壤含水量提高,两地提高分别为2.25%~1.43%和3.70%~2.48%;硬度降低,幅度为300~1300 kPa;改善土壤三相比和容重,固相降低幅度为4.71%~2.63%,液相增加幅度为2.19%~1.67%,气相增加幅度为2.52%~0.96%,容重下降幅度为0.12~0.07 g cm-3;提高心土土壤速效养分和全量养分、pH和有机质含量。连续2a调查作物产量,种植大豆第1 a、第2 a改土区分别比对照区增产4.8%和4.9%;种植玉米增产20.4%和21.3%。研究结果可为低产土壤改良及作物高产提供技术支撑。     

深翻结合心土与不同改土物料混合改良白浆土的效果

该研究通过设置心土混拌配施改土物料区和浅翻深松区进行小区对比试验,调查心土混拌配施不同改土物料对白浆土心土理化性质的改良效果,进而进一步拓宽白浆土心土改良途径。试验共设置浅翻深松区(CK);心土混合区(SML);秸秆+心土混合区(S+SML);秸秆+心土混合区+磷肥(S+SML+P),秸秆+心土混合区+石灰(S+SML+L);秸秆+心土混合区+石灰+磷肥(S+SML+L+P)6个处理。研究结果表明:1)与浅翻深松(CK)相比,深翻结合心土与不同改土物料混合能够改善心土层土壤物理性质,20~40 cm土层土壤含水率提高幅度为2.11~6.11个百分点;硬度降低40%~50%,且没有出现峰值;提高土壤通透性,改善土壤三相比值,固相降低幅度为8.5~9.97个百分点,液相增加幅度为2.82~5.41个百分点,气相增加幅度为3.89~6.65个百分点,容重下降幅度为10.13%~17.09%。2)提高心土层养分含量,碱解氮提高82.75%~121.63%,有效磷提高190.91%~681.82%,特别是添加磷肥处理变化明显,是对照处理6.5~6.8倍,速效钾提高20.7%~40.74%。有机质提高157.14%~185.71%。缓解土壤酸性,加石灰处理p H值提高0.45~0.47个单位。提高土壤全量养分,全氮提高45.76%~52.54%,全磷提高108.14%~144.19%,全钾提高8.10%~26.34%。3)连续两年提高作物产量。与对照区相比,第1年大豆增产13.42%~24.46%,第2年玉米增产13.43%~19.17%,一次改土后效时间长,增产效果显著。研究结果认为,心土混合配施秸秆、石灰和磷肥是白浆土区比较理想的心土改良技术,可为白浆土及其同类低产土壤改良及作物增产提供技术支撑。     

不同机械深耕的改土及促进作物生长和增产效果

长期不合理耕作导致土壤结构性能恶化、土壤耕性变差,限制作物根系下扎、影响土壤生产潜力发挥。为了改善土壤耕层构造,该试验采用自主研发的改土机械ES-210型深松犁和前置式心土(亚表层)耕作犁进行深耕,以灭茬旋耕(常规耕作)为对照,进行大区耕作对比试验。结果表明:1)深松、亚表层耕作处理与对照相比,耕层土壤固相率分别降低1.6%~3.3%、2.8%~4.5%,液相、汽相相对增加,三相比更趋于合理化;打破犁底层,降低耕层土壤硬度,其中20~35 cm土层效果更为明显;耕层土壤有效水含量上升1.1%~1.2%、0.9%,束缚水(无效水)含量下降0.4%~1.1%、0.5%~0.9%。2)深松、亚表层耕作处理比对照根长增长,其中甜菜增长5.1%、2.9%,大豆增长11.5%、13.2%;干物质积累量增加,其中甜菜增加2.3%~4.1%、3.1%~4.8%,大豆增加7.8%~10.0%、10.4%~13.6%;3)深松、亚表层耕作处理与对照相比,其中甜菜增产8.5%、12.6%;大豆增产5.0%、6.1%;深松及亚表层耕作改土处理分别比对照增收1003.3、1454.4元/hm2,其中收益大小为亚表层耕作处理深松处理对照。可见,采用ES-210深松犁及心土耕作犁深耕改土,改变了土壤耕层构造,起到扩库增容的效果;改善了作物根系生长环境,提高了作物产量,为今后农业耕作机械的发展提供了技术支撑。     

心土改良的研究进展

心土作为作物生长发育重要的养分、水分储存库和供给源,在植物生长发育过程中发挥着重要的作用。心土改良的目的是为作物创造更加适宜的土壤条件,心土改良主要包括深松改土、混层耕改土和心土培肥改土等技术,并具有以下特点:一是改土增产效果明显。超深松在朽土上的增产效果4.1%~35%,第一代心土混层犁在白浆土上增产8%~16%,第二代混层耕犁增产10%~27%;心土培肥增产17%~26%。二是改土后效持久。超深松改良黑朽土的增产后效为2~3年,在特殊土壤上后效可持续10~15年;心土混层耕和心土培肥的后效为7~10年,土层置换为3~5年,是"半永久性"土壤改良技术。三是依赖特殊的改土机械才能实施。四是心土改良一次性投入大,作业效率相对较低,制约了心土改良技术的推广和普及。     

三段式心土混层犁及其改良白浆土效果的研究

三段式心土混层犁为改造白浆土土体构型实现了“上翻20 cm，下混30～40 cm”的农艺要求，白浆层与淀积层的土壤混拌率M_x达到0.7，白浆层向淀积层的土壤转移率T_Aw→B达到了0.3。0～40 cm土层土壤物理性状明显改善，疏松透水，硬度下降，农田表涝现象得到缓解，效果持久稳定，连续4年测定，耕翻一次后至第4年其土壤硬度仍然明显低于常规耕作田块。1996年～1998年大面积示范试验，使用该犁耕翻地块作物增产达10%～27.9%。该犁作业幅宽50 cm，深度60 cm，总牵引阻力30～35 kN。     

心土培肥犁改良瘠薄土壤的效果

研究根据心土培肥的改土技术要求研制出心土培肥犁,并分别在瘠薄黑土和碳酸盐草甸黑钙土上开展大面积机械改土试验,明确自主研发的心土培肥犁改土后对土壤理化性质影响及对作物产量的效果,为其广泛应用到低产土壤改良提供机械及技术支持。试验设深松、心土培肥和常规对照耕作,采用大田对比方法。研究结果表明:心土培肥和深松在不同类型土壤上对土壤理、化性质,对作物产量及产量性状影响后效不完全一致;心土培肥降低土壤抗剪强度后效明显,碳酸盐草甸黑钙土10~30 cm土层土壤抗剪强度比对照降低6.65~12.16 k Pa,黑土比对照降低8.20~11.31 k Pa,碳酸盐草甸黑钙土改土后效果明显,黑土改土后效长,心土培肥改土效果优于深松;土壤容质量和硬度趋势同上;心土培肥提高土壤透气系数为2.78~14.28倍,饱和导水率为2.38~11.62倍;深松和心土培肥可提高下层土水分消耗比例,30~60 cm土层耗水量为心土培肥区深松区对照区,心土培肥耗水量比照高10%;心土培肥处理可提高土壤磷含量和供磷强度,20~30 cm和30~40 cm土层土壤供磷强度比对照分别提高4.19~5.17倍和4.96~17倍,碳酸盐草甸黑钙土高于黑土;心土培肥可提高玉米产量,碳酸盐草甸黑钙土上心土培肥增产幅度为6.82%~18.01%,黑土增产幅度为6.45%~11.18%,平均增产效果碳酸盐草甸黑钙土薄层黑土,但黑土持续增产效果好。     

白浆土施有机肥及石灰对土壤酶活性与大豆产量的影响

白浆土是我国东北地区主要低产土壤之一,土体中白浆层通气透水能力极差,生物酶活性很低,导致土壤表旱表涝严重,旱田作物根系有效土层一般只有20 cm左右。为研究白浆土增施有机肥及石灰对大豆土壤酶活性及大豆产量的影响,设置了4个处理。结果表明3种酶活性均为:常规施肥+有机肥常规施肥+石灰+有机肥常规施肥常规施肥+石灰,说明有机肥的施用增加了土壤酶活性,石灰的施用降低了土壤酶活性;有机肥施用增加了土壤有机质,石灰施用增加土壤pH值,与对照相比,常规施肥+石灰处理大豆增产23.76%;常规施肥+有机肥处理增产28.32%;常规施肥+石灰+有机肥处理增产13.07%。说明有机肥及石灰无论是单独施用或是组合施用均对大豆增产有效。     

秸秆焚烧对不同耕层土壤酶活性、微生物数量以及土壤理化性状的影响

以秸秆焚烧后覆盖的耕层土壤为对象,研究秸秆焚烧对不同耕层土壤酶(过氧化氢酶,磷酸酶,脲酶和多酚氧化酶)活性、微生物数量的影响,并探讨土壤有机质含量、含水量、速效养分、微生物数量的增减程度与土壤酶活性增减程度的相关性。结果表明:过氧化氢酶、磷酸酶、脲酶和多酚氧化酶活性在焚烧秸秆后有不同程度的降低,其中耕层0-2cm,2-5cm土壤酶活性在焚烧前后都形成极显著性差异,5-13cm耕层的酶活性变化较小,13-20cm耕层的酶活性没变化。在微生物数量方面,焚烧秸秆导致0-2cm耕层的微生物数量大幅度减少,减少程度在80%左右,2-5cm耕层的微生物数量也有43%～52%的减少,5-13cm和13-20cm耕层的微生物数量没有变化。相关性分析表明,只有脲酶活性的降低程度与速效磷含量的增加程度达到显著相关,相关系数是0.959*。多酚氧化酶活性的降低程度与细菌、放线菌、真菌数量的降低程度均呈极显著相关性,相关系数分别是0.998**,0.999**,0.998**。同时脲酶活性的降低程度与细菌、放线菌、真菌数量的降低程度均呈显著相关性,相关系数分别是0.977*,0.974*,0.954*。     

黄土旱塬长期秸秆还田对土壤养分、酶活性及玉米产量的影响

研究黄土旱塬区玉米生产中长期秸秆还田对土壤性质及玉米产量的影响,可为农田土壤可持续利用及质量提升提供科学依据。本研究基于连续24年(1992—2016年)秸秆还田长期定位试验,设置秸秆过腹还田、秸秆直接还田、秸秆覆盖还田以及不还田处理,研究长期不同秸秆还田方式对土壤化学性质、酶活性以及玉米产量的影响。研究表明,秸秆不还田处理累积玉米产量为1.695×105 kg·hm?2,覆盖还田、直接还田和过腹还田处理累积玉米产量分别为1.885×105 kg·hm?2、1.854×105 kg·hm?2、2.001×105 kg·hm?2,其增产率分别为10.1%、8.6%、15.3%。3种秸秆还田均可以显著提高0～20 cm土层土壤有机碳含量6%～14%,对20～40 cm土层土壤有机碳含量无显著影响。与秸秆不还田相比,长期过腹还田可显著增加土壤全氮、全磷、全钾、有效氮、有效磷和有效钾含量,秸秆直接还田可显著增加土壤全氮、全钾、有效氮和有效钾含量,长期覆盖还田仅提高土壤有效氮和有效钾含量。土壤蔗糖酶活性表现为过腹还田最高,直接还田和覆盖还田次之,不还田处理最低。秸秆直接还田0～20 cm纤维素酶活性最高,是不还田处理的2.2倍。过腹还田使土壤脲酶活性和碱性磷酸酶活性分别显著提高13.0%和20.5%,直接还田和秸秆覆盖对脲酶和碱性磷酸酶活性无显著影响。玉米生产中长期连续秸秆过腹还田和直接还田对土壤养分含量及酶活性产生了深远的影响,尤其是土壤蔗糖酶活性的提高与玉米产量稳定和提升有非常紧密联系。     

红壤水稻土累积酶活性及养分对长期不同施肥处理的响应

本研究基于鹰潭农田生态系统国家野外科学观测研究站24年的长期定位试验,揭示对照(不施肥,CK)、有机肥(C)、化学氮磷钾肥(NPK)、化学氮磷钾肥+有机肥(NPKC)等不同施肥处理对红壤水稻土酶活性及土壤养分的影响。于晚稻收获后采集各小区耕层土壤,测定红壤水稻土中转化酶、脲酶活性(测定时并设加0.5 ml甲苯与不加甲苯处理)及转化酶动力学特征,同时测定土壤养分含量及微生物生物量碳,分析酶活性与养分含量及微生物生物量碳间的关系,明确土壤中累积酶活性及土壤养分对长期不同施肥处理的响应。结果发现,与对照相比,施肥处理下土壤转化酶活性显著提高了31.3%~131.7%,微生物生物量碳显著提高了84.9%~125.1%;在没有甲苯抑制微生物活性下,施肥处理的转化酶底物蔗糖转化速率增加量提高了89.5%~153.7%,脲酶底物尿素转化增加量提高了59.2%~98.9%,表明微生物显著影响两种累积酶表观酶活性;转化酶活性、脲酶活性与微生物生物量碳呈显著正相关。与对照处理相比,施肥处理显著增加了土壤有机碳(30.1%~36.3%)、全磷(28.6%~102.9%)、速效磷(62.2%~445.0%)、碱解氮(35.9%~56.4%)含量;统计分析显示,转化酶活性、脲酶活性均与碱解氮、有机碳含量显著正相关。与对照相比,各施肥处理土壤的转化酶米氏常数(Km)差异并不显著,而转化酶表观活性(Vmax)及转化系数(Vmax/Km)均显著增加。长期施肥处理增加了土壤养分含量和微生物生物量碳,提高了土壤中累积酶的活性。     

Meta-analysis of experimental warming on soil invertase and urease activities

Soil enzymes are regulate terrestrial carbon (C) and nitrogen (N) cycles, and how the activity of these enzymes are affected by soil warming duration is unclear. In the study, the effect of experimental soil warming duration (<2 years and >2 years) on invertase and urease activities were examined by meta-analysis. Soil warming increased invertase activity by 22% (<2 years) and 16% (>2 years), respectively, while they increased urease by 29% and 9%. Meta-analysis of soil warming experiments found that warming by less than 1.5°C increased invertase by 22%, while warming it by more than 1.5°C increased invertase by 29%; the corresponding increases in urease were 16% and 8%. These effects of experiment warming differed among ecosystem types, with warming-induced increases being greatest in forest ecosystem. The results of this meta-analysis suggest that invertase and urease become less responsive to warming over longer periods and invertase with greater warming-responsiveness than urease activity.     

黄瓜有机营养土栽培中土壤酶活性、肥力动态变化及其相互关系

稻草与土按1:1(处理A)、2:1(处理B)的比例混合,经过堆积高温腐熟后在日光温室中栽培黄瓜,试验结果表明:有机营养土中稻草比例高的,脲酶、转化酶、纤维素酶活性升高,碱解氮、速效P、速效K含量增加,分别是处理B>处理A>对照,但过氧化氢酶活性呈降低趋势,变化大小为对照>处理A>处理B。脲酶、转化酶和纤维素酶与速效P呈极显著相关,与速效K显著相关。碱解氮含量与脲酶极显著性相关,与纤维素酶和转化酶显著性相关,但过氧化氢酶活性与碱解氮、速效P、速效K含量呈负相关,因此脲酶、转化酶、纤维素酶活性可以作为评价有机营养土肥力的标准。     

我国主要土壤剖面酶活性状况

本世纪五十年代以来,由于科学的发展以及新技术的引入,土壤酶的研究愈来愈为人们所重视。试验研究已证明,土壤酶是土壤的组成分之一。     

宁夏贺兰山东麓酿酒葡萄基地土壤酶活性

调查了宁夏御马酿酒葡萄基地不同栽培年限下土壤的蔗糖酶、磷酸酶、脲酶、过氧化氢酶的活性,并与土壤的基本理化性质进行了回归分析。结果表明,供试土壤为强碱性反应,耕作施肥对土壤pH和全盐含量影响不显著;土壤有机质、全氮、铵态氮、速效磷、阳离子代换量大都处于最低的六级水平,但肥力随耕种年限的延长显著增加;随栽培年限的延长,表层土壤磷酸酶活性、蔗糖酶和脲酶活性显著增加;蔗糖酶、脲酶活性随剖面深度的加深而显著减小;表土过氧化氢酶活性随栽培年限的延长而显著下降,但不同土地利用下表层以下各层次土壤过氧化氢酶活性总体上高于表层,且差异显著。磷酸酶活性与土壤有机质、全氮、全磷、速效磷、缓效钾、速效钾之间存在着极显著相关关系;磷酸酶活性、蔗糖酶和脲酶活性与土壤有机质、全氮、全磷、速效磷、缓效钾、速效钾之间存在着极显著相关关系;四种酶之间,磷酸酶与脲酶之间存在极显著相关关系,脲酶与蔗糖酶之间存在极显著相关关系。由此表明,磷酸酶、脲酶、蔗糖酶活性的大小可以代表宁夏贺兰山东麓酿酒葡萄栽培区土壤肥力的高低。