耕作对旱区坡耕地土壤碳素转化及冬小麦产量的影响

利用长期定位试验(1999开始保护性耕作,2004年采样测定),在豫西旱区坡耕地上进行了不同耕作对土壤有机碳、微生物态碳及水分利用效率的影响研究。结果表明:深松覆盖和免耕覆盖处理的耕层有机碳增加较明显,以深松覆盖有机碳含量最高为6.79gkg-1,比传统耕作高13.82%,其次是免耕,较传统高11.58%,而少耕却较传统降低了1.38%,随着土层的加深,土壤有机碳含量降低,0～60cm有机碳平均值,深松和免耕较传统分别增加了14.08%、5.41%,少耕较传统减少1.12%。土壤微生物碳对耕作敏感,其含量免耕>深松>传统>少耕,分别为206.87mgkg-1、138.43mgkg-1、115.42mgkg-1和112.57mgkg-1,较传统增加79.3%、19.9%和-2.5%。土壤有机碳和土壤微生物态碳都有坡下富集现象。少耕、免耕、深松和传统的SMBC/SOC的值分别为1.91%、3.11%、2.04%和1.93%,免耕和深松对培肥地力、改善环境有好的应用前景;同时免耕覆盖与深松覆盖可提高产量,增产分别达10.22%与9.26%;可提高水分利用效率。     

保护性耕作对坡耕地土壤微生物量碳、氮的影响

利用长期定位试验(1999年开始保护性耕作,2004年采样测定),研究了豫西旱区坡耕地不同保护耕作对土壤有机碳、全氮和微生物量碳(SMB-C)、微生物量氮(SMB-N)的影响.结果表明:深松覆盖和免耕覆盖耕层有机碳、全氮较传统耕作均有增加,其中深松覆盖耕作下有机碳含量最高,为6.79 g/kg,比传统耕作增加了13.82%;免耕土壤全氮含量最高为0.797 g/kg,比传统耕作增加了10.42%;土壤有机碳、全氮随着土层的加深逐渐降低;长期保护性耕作(免耕、深松)显著增加了土壤微生物碳、氮含量,0～20 cm免耕和深松的土壤SMB-C、SMB-N含量分别较传统耕作增加79.3%,19.9%和17.92%,8.13%.长期耕作导致坡耕地土壤微生物碳、氮具有不同程度的坡下富集现象.土壤SMB-C与全氮、SMB-N呈显著正相关.由于微生物量C、N可作为评价土壤质量的生物学指标,因此可以认为,长期保护性耕作(免耕和深松)可以提高豫西旱区坡耕地土壤质量,增加土壤肥力.     

保护性耕作对麦-豆轮作土壤有机碳全氮及微生物量碳氮的影响

通过设置在甘肃省定西市李家堡镇的保护性耕作措施长期定位试验,共设4个处理（T：传统耕作;NT：免耕无覆盖;TS：传统耕作＋秸秆还田;NTS：免耕＋秸秆覆盖）,采用春小麦豌豆双序列轮作（即小麦→豌豆→小麦和豌豆→小麦→豌豆,本文中所指春小麦地、豌豆地分别指2008年种植春小麦、豌豆的轮作次序）,于2008年3月中旬对春小麦、豌豆双序列轮作下的土壤有机碳、全氮、土壤微生物量碳及土壤微生物量氮含量进行了采样测定。结果表明,经过7a的轮作后,两种轮作次序下,0-30cm土层中土壤有机碳、全氮、土壤微生物量碳、土壤微生物量氮含量均有在免耕＋秸秆覆盖、传统耕作＋秸秆还田处理较免耕不覆盖、传统耕作处理高的趋势,且其含量均随着土壤深度的增加而降低。其中,土壤微生物量碳含量在两种轮作次序下的排序均为：免耕＋秸秆覆盖（NTS）〉传统耕作＋秸秆还田（TS）〉免耕不覆盖（NT）〉传统耕作（T）;而土壤微生物量氮含量在春小麦地和豌豆地的排序则分别表现为：免耕＋秸秆覆盖（NTS）〉传统耕作＋秸秆还田（TS）〉传统耕作（T）〉免耕不覆盖（NT）和免耕＋秸秆覆盖（NTS）〉传统耕作＋秸秆还田（TS）〉免耕不覆盖（NT）〉传统耕作（T）。同时,微生物量碳、微生物量氮与有机碳和全氮均呈显著正相关,说明提高土壤有机质、全氮含量的保护性耕作模式有利于土壤微生物量碳与氮的积累。     

长期保护性耕作对土壤有机碳和玉米产量及水分利用的影响

【目的】通过研究保护性耕作对旱地春玉米土壤有机碳(SOC)、产量及水分利用的影响,分析保护性耕作的增产机制,为旱作农田耕作技术应用提供理论和技术支持。【方法】采用2003~2013年连续11年的田间定位试验,设传统耕作(CT)、少耕(RT)和免耕(NT)3种耕作措施,分析土壤0-20 cm和20-40 cm土层有机碳含量、土壤0-20 cm含水量、作物耗水量、玉米产量和水分利用效率的年际变化和耕作处理间的差异,并对玉米产量与影响因素的相关性进行分析。【结果】1)保护性耕作能有效提高土壤有机碳含量,少耕、免耕处理0-20 cm土层有机碳含量11年平均值较传统耕作分别提高了11.2%和3.4%;至2013年少耕、免耕20-40 cm土层有机碳含量分别较传统耕作增加了5.53和3.29 g/kg;土壤0-20 cm有机碳储量净增加速率分别为C 0.365和0.754t/(hm2·a)。2)保护性耕作具有明显的增产效果,少耕产量最高,增产效果最好2003~2013年均产量为5.83t/hm~2,较传统耕作提高了14.7%;免耕次之,年均产量为5.39 t/hm~2,较传统耕作增产6.1%。3)各耕作处理玉米产量与土壤0-20 cm土层含水量之间存在显著的二次方程关系,与作物耗水量之间具有显著的乘幂方程关系。4)保护性耕作可以增加土壤水分减少玉米生育期内的耗水量,提高水分利用效率,其中免耕土壤0-20 cm土层水分含量最高2003-2013年平均含水量为15.2%,较传统耕作和少耕提高了1.90和1.66个百分点,且生育期耗水量最少2003~2013年均耗水量为403.5 mm,较传统耕作和少耕减少了16.1 mm和7.6 mm;少耕、免耕的水分利用效率较传统耕作分别提高了16.1%和10.2%,降水利用效率较传统耕作提高13.9%和5.8%。【结论】长期保护性耕作可以有效地提高土壤有机碳含量、增加土壤水分、减少作物耗水量,从而显著提高了玉米产量和水分利用效率,3种耕作措施中以少耕效果最好,免耕次之在旱作农田推广少、免耕保护性耕作措施是一种增产、节水的有效途径。     

不同保护性耕作措施对麦-豆轮作土壤有机碳库的影响

通过设置在甘肃省定西市李家堡镇的不同保护性耕作试验,对春小麦、豌豆两种轮作次序下的土壤总有机碳、活性有机碳、微生物量碳含量进行了测定,并计算了各处理土壤碳库管理指数.结果表明:经过5年的轮作后,与传统耕作相比,两种轮作次序下免耕秸秆覆盖和传统耕作结合秸秆还田处理均能不同程度地提高土壤总有机碳、活性有机碳、微生物量碳含量及土壤碳库管理指数,而免耕不覆盖处理除在0～5 cm提高了土壤有机碳库管理指数外,其他各层次均降低了土壤有机碳库管理指数,说明仅依靠免耕而不结合秸秆覆盖或还田对于土壤有机碳库的管理来讲是不可持续的.     

玉米秸秆覆盖冬小麦免耕播种对土壤微生物量碳的影响

土壤微生物量碳(SMBC)是土壤有机碳的一部分,在养分循环中起着重要作用.本研究目的在于揭示我国华北平原玉米秸秆覆盖冬小麦免耕对土壤微生物量碳的影响.4～5年的试验结果表明,不同耕作方式对农田SMBC含量的时空变异具有显著的影响.玉米秸秆覆盖免耕播种处理上层(0～10cm)的含量比下层(10～20cm)增加47.4%,而清茬翻耕和还田翻耕处理的含量在土壤中的分层不显著.不同的耕作方式的SMBC含量均随气温降低而减少.全年平均来看,在0～10咖土层,不同耕作方式的SMBC含量大小表现为覆免>还翻>清翻,在10～20cm土层则表现为还翻>覆免=清翻.整个耕层(0～20cm)表现为还翻>覆免>清翻.在气温较低时,覆盖免耕的SMBC含量比清茬翻耕和还田翻耕低.在土壤表层,不同耕作方式SMBC含量的稳定性大小表现为还翻>覆免>清翻;在下层,不同耕作方式之间差异不显著.     

豫西长期不同耕作下土壤肥力质量评价

基于河南洛阳长期定位试验(1999—2021年),分析不同耕作措施对土壤化学和生物性状的影响,采用隶属度函数和主成分分析法计算土壤肥力质量综合指数,评估豫西长期不同耕作制度下土壤肥力差异。选取传统耕作(CT)、免耕(NT)、深松(SS)和小麦-花生轮作(TC)共4个耕作处理,采集0~20和20~40 cm的土壤,测定土壤有机碳等指标,分析不同耕作对土壤肥力质量的影响。结果表明:(1)与传统耕作相比,免耕、深松和小麦-花生轮作处理显著提高了0~20 cm土层土壤有机碳、全氮、硝态氮和速效钾含量,降低了土壤全磷和有效磷含量;而在20~40 cm土层小麦-花生轮作和传统耕作土壤养分含量更高。(2)相比于传统耕作,免耕显著提升了0~20 cm土层微生物量碳含量19.14%;免耕和深松显著提高了0~20 cm土壤亮氨酸氨基肽酶的活性;小麦-花生轮作土壤β-葡萄糖苷酶、β-纤维二糖苷酶、β-木糖苷酶、乙酰氨基葡萄糖苷酶、亮氨酸氨基肽酶、碱性磷酸酶酶活性最高。(3)4种耕作措施下0~20 cm土壤肥力质量综合指数从大到小的排序为小麦-花生轮作＞免耕＞深松＞传统耕作,20~40 cm土层为小麦-花生轮作＞传统耕作＞深松＞免耕。综上所述,免耕和深松提高了表层土壤有机碳等指标,改善了土壤肥力质量,小麦与豆科作物轮作也提升了土壤肥力质量。因此,与传统耕作相比,在豫西开展保护性耕作可以有效改善土壤质量。     

耕作方式对麦–玉轮作农田固碳、保水性能及产量的影响

【目的】 农田固碳保水性能是影响作物产量的关键因素,研究耕作方式对耕层 (0—20 cm) 土壤碳、水含量和产量的影响,为选择适宜该地区的最佳耕作措施提供参考。 【方法】 保护性耕作长期定位试验始于2002年,种植制度为冬小麦–夏玉米一年两熟,两季秸秆全量粉碎 (3～5 cm) 还田,试验设传统翻耕、深松、旋耕和免耕4种耕作方式。对2015—2016年作物生长各时期土壤有机碳含量、土壤含水量、碳水储量、产量和等价产量等进行了测定。 【结果】 不同处理麦–玉轮作农田0—20 cm土层有机碳含量有所不同。耕作措施对土壤有机碳含量有显著 (P < 0.05) 影响,表现为深松和免耕能显著增加0—10 cm土层有机碳含量,且以深松效果最为显著 ( P < 0.05)。与传统翻耕相比,免耕和旋耕降低了10—20 cm土层土壤有机碳含量;深松比传统翻耕显著 ( P < 0.05) 增加了小麦季土壤有机碳含量,玉米季没有显著性差异 ( P < 0.05)。0—10 cm土层,玉米季旋耕和免耕处理的土壤含水量高于深松和传统翻耕;在10—20 cm土层小麦季免耕处理土壤含水量高于其他三种耕作方式。产量结果表明,深松能有效增加作物的有效穗数、穗粒数和千粒重,进而增加籽粒产量和周年等价产量;免耕显著 ( P < 0.05) 降低了亚表层 (10—20 cm) 有机碳含量,降低穗粒数和千粒重,不利于作物增产。两年小麦玉米单作产量和周年等价产量均表现为深松 > 传统翻耕 > 旋耕 > 免耕。 【结论】 深松能有效促进耕层土壤有机碳积累和保水性能提高,增加作物的有效穗数、穗粒数和千粒重,从而增加产量;免耕显著 (P < 0.05) 提高了表土层 (0—10 cm) 碳储量,有助于增强耕层土壤的保水性能。      

长期保护性耕作提高土壤大团聚体含量及团聚体有机碳的作用

【目的】团聚体形成被认为是土壤固碳的最重要机制。本文以河南豫西地区长期耕作试验为研究对象,研究了长期保护性耕作对土壤团聚体性质及土壤有机碳(SOC)含量的影响,为探讨土壤固碳机理,优化黄土高原坡耕地区农田耕作管理措施,实现土壤固碳减排、培肥土壤提供理论依据。【方法】长期耕作试验开始于1999年,试验处理有免耕覆盖(NT)、深松覆盖(SM)和翻耕(CT)。利用湿筛法筛分第3年(2002年)和第13年(2011年)0—10cm和10—20 cm土层中,2000、250~2000、53~250和53μm级别的水稳性团聚体,计算团聚体平均质量直径(MWD),并测定了各级别团聚体的有机碳(SOC)含量。【结果】1)连续13年免耕覆盖和深松覆盖显著提高了土壤表层0—10 cm的SOC含量,分别比翻耕增加了33.47%和44.48%。2011年免耕覆盖和深松覆盖SOC含量较2002年上升了1.92%和8.59%,翻耕下降了18.97%。2)与翻耕相比,免耕覆盖和深松覆盖2000μm团聚体含量显著提高了40.71%和106.75%;53~250μm团聚体含量显著降低了19.72%和22.53%;团聚体平均质量直径显著提高了20.55%和39.68%,显示了土壤结构的明显改善。3)免耕覆盖和深松覆盖显著提高了表层土壤所有团聚体有机碳的含量,尤其以2000μm团聚体提升最多。与翻耕相比,2000μm团聚体有机碳分别提高了40.0%和27.6%。4)免耕覆盖和深松覆盖下表层土壤大团聚体有机碳含量随耕作年限增加,微团聚体有机碳随耕作年限降低。2000μm的土壤团聚体有机碳含量2011年较2002年分别升高了23.93%和7.12%,53~250μm微团聚体有机碳含量分别下降了19.58%和13.27%。【结论】长期保护性耕作(包括免耕覆盖和深松覆盖)可显著提高表层土壤大团聚体含量,降低微团聚体含量,提高团聚体的水稳性,改善土壤结构。同时可增加土壤团聚体有机碳含量,提高土壤肥力。长期保护性耕作在河南豫西丘陵地区是一种较为合理的耕作方式。     

栽培和施肥模式对黄土区旱地土壤微生物量及可溶性有机碳、氮的影响

以黄土高原南部地区的两个定位试验为基础,研究了旱地不同栽培和施肥模式对土壤微生物量碳、氮和可溶性有机碳、氮的影响.结果表明,秸秆覆盖显著提高土壤微生物量氮(SMBN)含量,地膜覆盖使SMBN含量显著降低;秸秆和地膜覆盖显著降低小麦拔节期和灌浆期土壤可溶性有机氮(SON)含量.适量施用化学氮肥(120kg/hm2)有利于小麦生长后期SMBN含量的升高,而过量施用(240 kg/hm2)显著降低SMBN含量.与不施肥处理相比,土地经长期撂荒后0-10 cm土层SMBC,SMBN,SOC和SON含量显著提高;氮磷钾配施有机肥显著提高小麦各生育期0-10,10-20 cm土层SMBC,SMBN,SOC和SON的含量;单施氮磷钾肥对土壤SMBC,SMBN含量无明显影响,提高土壤SOC,SON的平均含量.土壤SMBC,SMBN,SOC和SON含量两两之间呈极显著正相关关系,四者含量与土壤有机碳、全氮含量间的正相关关系也达显著或极显著水平.