耕作方式对耕层土壤结构性能及有机碳含量的影响

为了寻求能够提高土壤结构稳定性的耕作模式,在陇中黄土高原半干旱区连续7年的定位试验研究基础上,采用常规分析方法(湿筛法、重铬酸钾容量法、环刀法),研究了不同耕作方式对耕层土壤结构性能及有机碳含量的影响.结果表明:与传统耕作(T)相比,免耕无覆盖(NT)、传统耕作+秸秆还田(TS)和免耕+秸秆覆盖(NTS)3种保护性耕作方式均能不同程度地增加耕层土壤的有机碳和不同粒径水稳性团聚体的含量,其中免耕+秸秆覆盖(NTS)处理效果最佳.在0～10 cm土层中,NTS处理的土壤容重低、孔隙度大,土壤结构得到了较大改善.不同耕作方式下0～5 cm、5～10 cm和10～30 cm土层粒径1～0.5 mm水稳性团聚体的含量最高,粒径>0.25 mm水稳性团聚体含量与有机碳含量和孔隙度呈显著正相关,与容重呈显著负相关.     

不同耕作措施对旱地土壤有机碳转化的影响

通过田间定位试验探讨了黄土高原旱地不同耕作措施下土壤有机碳的存在形式、转化过程以及有机碳各组分之间的关系。结果表明，免耕可以增加土壤有机碳含量，作物秸秆的保留与否主要影响土壤全碳（TOC）的变化。免耕秸秆覆盖（NTS）极显著提高了表层TOC含量，在干旱半干旱地区秸秆还田17个月就可使表层土壤TOC含量增加20．77％。传统耕作不覆盖（T）和传统耕作结合秸秆还田（TS）等耕作措施会破坏土壤结构，不利于土壤有机碳的积累。不同处理间的土壤焦磷酸钠提取态碳（SPPC）含量差异不显著，SPPC的含量占TOC的比例随耕作措施和土壤性质的不同变幅很大，从23．70％到50．60％不等。NTS处理的SPPC含量最高，NT处理的SPPC含量最低，说明免耕秸秆覆盖有利于改善土壤理化性质，而单纯免耕、不归还秸秆不利于土壤有机质的积累。土壤热水溶性碳水化合物（HWCC）的积累量是NTS〉NT〉TS〉T，说明免耕秸秆覆盖有利于土壤活性有机质的产生和积累，有利于土壤理化性质的改良，能够给土壤微生物提供大量能源物质，有利于土壤的健康发展。     

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。     

保护性耕作对农田土壤碳库特性的影响

为了探讨土壤碳库特性对不同耕作措施的响应,在大田豆麦轮作定位试验条件下,研究了保护性耕作对农田土壤各层次总有机碳和活性有机碳含量的影响,并计算各处理土壤活性有机碳占总有机碳比率及土壤碳库管理指数。结果表明:土壤总有机碳和活性有机碳均随土层的增加而减少,且秸秆覆盖处理效果显著高于不覆盖处理,其0-40cm平均总有机碳含量表现为旋耕覆盖深松覆盖免耕覆盖翻耕覆盖翻耕,免耕覆盖有利于提高0-10cm土壤总有机碳和活性有机碳,且差异达到显著水平;相反,翻耕则降低土壤总有机碳,促进土壤活性碳的分解。与翻耕相比,免耕覆盖能够显著提高表层活性有机碳占总有机碳比率,深松覆盖和旋耕覆盖则有利于耕层活性有机碳占总有机碳的比率的提高。翻耕有利于0-10cm土壤碳库各项参数的提高,10-20cm和20-40cm则降低碳库活度和活度指数;保护性耕作措施均有利于各层次土壤碳库管理指数的提高。说明不同保护性耕作措施能显著改善土壤经营和管理水平,有利于土壤质量向着良性发展。     

长期保护性耕作对黄绵土总有机碳和易氧化有机碳动态的影响

长期定位试验研究了黄土高原西部旱农区不同耕作措施(传统耕作T、免耕+秸秆覆盖NTS、免耕NT、传统耕作+秸秆翻埋TS、传统耕作+地膜覆盖TP和免耕+地膜覆盖NTP)对黄绵土土壤总有机碳和易氧化有机碳的影响。结果表明, 土壤有机碳含量随土壤深度的增加而降低, 10~30 cm土层土壤有机碳含量的下降较为明显, 并且在0~5 cm、5~10 cm和10~30 cm土层中, 均表现为由研究初期各处理相对差异较小到试验中后期各处理出现显著差异的变化。不同耕作措施下0~30 cm土壤总有机碳和易氧化有机碳在2002-2012年的平均含量均为NTS>TS>NTP>NT>T>TP。与传统耕作相比, 免耕各处理和传统耕作秸秆翻埋处理可增加1.2%~7.2%的土壤总有机碳, 5.3%~16.6%的土壤易氧化有机碳含量, 而传统耕作覆膜处理分别降低4.3%和2.7%。免耕和秸秆覆盖处理均有利于黄绵土土壤有机碳和易氧化有机碳的积累, 免耕结合秸秆覆盖效果最佳, 而多年传统耕作覆盖地膜后有机碳明显降低。免耕秸秆覆盖处理土壤总有机碳和易氧化有机碳含量平均值在2004年、2006年、2008年、2010年及2012年分别较2002年提高9.5%和42.9%、13.2%和67.6%、21.5%和71.5%、1.1%和15.9%、2.7%和12.6%。因此, 在西部黄土高原黄绵土区, 采用免耕结合秸秆覆盖的保护性耕作措施有利于土壤总有机碳和易氧化有机碳含量的提高, 从而有利于土壤质量的持续改善。易氧化有机碳对不同耕作措施的响应比总有机碳更灵敏, 可以将其作为指示黄绵土有机碳变化的早期指标。     

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。     

保护性耕作对土壤易氧化和总有机碳的影响

以11年的不同耕作方式的长期试验为基础,在甘肃省定西试验站研究了在两种轮作序列下传统耕作不覆盖(T),免耕+秸秆还田(NTS),免耕+不覆盖(NT)和传统耕作+秸秆覆盖(TS)四种耕作方式对土壤总有机碳和易氧化有机碳的影响。研究结果表明:在两种轮作序列下,种植豆科作物,秸秆覆盖和切碎还田都能增加土壤有机碳总量,其中,切碎还田(TS)效果最为明显;种植豌豆、免耕、秸秆还田等处理都能提高易氧化有机碳含量,其作用的大小为TSNTSNT;与传统耕作相比,秸秆覆盖和免耕均有利于黄绵土表层有机碳和易氧化有机碳的积累,尤其是保护性耕作对0~10 cm土层总有机碳有重要影响。     

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.     

半湿润偏旱区坡耕地保护耕作土壤碳素转化及增产机理

利用长期定位试验在豫西半湿润偏旱区坡耕地进行了不同保护耕作下土壤有机碳、微生物量碳及小麦增产机理的研究.结果表明:深松覆盖和免耕覆盖处理耕层土壤有机碳增加较明显,深松覆盖有机碳(SOC)含量最高,为6.79g·kg-1,比传统耕作高13.8%;其次是免耕,较传统耕作高11.6%;而少耕降低了1.4%.随土层加深,土壤有机碳含量降低.土壤微生物量碳(SMBC)对耕作敏感,其含量为免耕＞深松＞传统耕作＞少耕,免耕、深松和少耕较传统耕作增加79.3%、19.9%和-2.5%.土壤有机碳和土壤微生物量碳都有坡下富集现象.免耕和深松的土壤微生物商(SMBC/SOC)较高,分别为3.11%和2.04%.深松覆盖在任何年型均能提高小麦产量,免耕覆盖在欠水年能提高小麦产量,但增产效果低于深松;深松覆盖和免耕覆盖土壤含水量较高,小麦中后期干物质积累量较多,能延缓小麦植株衰老.     

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.     

Effects of different land use types on infiltration capacity in a catchment in the highlands of Ethiopia

Infiltration capacity is an important variable for understanding and predicting a range of soil processes. This study investigated for different slope positions the effects of forest conversion to cultivation and grazing on soil infiltration capacity. Infiltration capacity was measured in the field in each land use type using a double‐ring infiltrometer. A total of 108 soil samples (3 slope positions × 3 land use types × 4 soil profiles × 3 soil depths) were collected to determine the variables that affect infiltration capacity viz. particle size distribution, organic carbon content, dry bulk density and soil moisture content. The results showed that in the cultivated and grazed land compared with forest, infiltration capacity and soil moisture content were 70 and 45% smaller respectively, and dry bulk density was 13–20% larger. Changes in soil structure caused by surface soil compaction because of tillage and animal trampling coupled with a smaller soil organic carbon content, are likely to be the principal factors causing the decline in infiltration capacity and soil moisture content after conversion of forest to cultivation and grazing.     

耕作方式对土壤水分入渗、有机碳含量及土壤结构的影响

为探明不同耕作方式对土壤剖面结构、水分入渗过程等的作用机理,采集田间长期定位耕作措施(常规耕作、免耕、深松)试验中的原状土柱(0~100 cm)及0~10 cm、10~20 cm、…、90~100 cm环刀样、原状土及混合土样,通过室内模拟试验进行了0~100 cm土层土壤入渗过程和饱和导水率的测定,分析了不同土层的土壤有机碳含量、土壤结构特征及相互关系。结果表明:从土柱顶部开始供水(恒定水头)到水分全部入渗到土柱底部的时间为:常规耕作免耕深松;土柱土壤入渗速率和累积入渗量为:深松免耕常规耕作;土柱累积蒸发量为:常规耕作免耕深松。土壤的饱和导水率表现为:0~10 cm和50~60 cm土层,免耕深松常规耕作;20~50 cm和60~100 cm土层,深松免耕常规耕作。随土层的加深,0.25 mm水稳性团聚体含量和土壤有机碳含量均表现为先增加(10~20 cm)再降低的趋势。在0~40 cm土层和80~100 cm土层,均以深松处理0.25 mm水稳性团聚体含量最高。在60 cm以上土层,土壤有机碳含量表现为:免耕深松常规耕作,而60 cm土层以下土壤有机碳显著降低,均低于4 g·kg?1,且在70 cm以下土层,常规耕作免耕深松。综上,耕作措施能够改变土壤有机碳含量,改善土壤结构,促进土壤蓄水保墒;深松更利于水分就地入渗,而免耕则更利于有机碳的提升和水分的储存,其作用深度在0~60 cm土层。     

Changes in physico-chemical and biological properties of soil under conservation agriculture based pearl millet – mustard cropping system in rainfed semi-arid region

Poor soil health and low soil water content during crop growing period are major factor for low productivity of pearl millet – mustard rotation under rainfed semi-arid regions. The authors evaluated five different tillage and residue management practices for improving physico–chemical and biological properties of soil. Results showed that conservation agriculture (CA) practice (zero tillage (ZT) with 4 t ha^–1 residue retention) exhibited higher proportion of soil macro-aggregate. It also increased infiltration rate of about 15.2% over conventional tillage without residue but ZT increased soil penetration resistance in surface soil layer. In the residue applied plots, ~2–4% (w/w) higher soil water content was maintained throughout the season than the no-residue plots. CA practice had the highest soil organic carbon (4.96 g kg^–1) and microbial biomass carbon (188.3 μg g^–1 soil). Significant and positive correlation was also found between soil organic carbon with infiltration rate (r = 0.73**), mean weight diameter (r = 0.80**) and microbial biomass carbon (r = 0.86**). Thus, this study suggests that ZT with residue retention can be advocated in pearl millet – mustard rotations for improving, productivity, soil health and maintaining higher soil water content in rainfed semi-arid regions.     

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。     

互花米草控制技术对湿地土壤有机碳保留能力与微生物活性的影响

鉴于多种技术被用于控制崇明东滩互花米草的蔓延,为了选择更好的互花米草控制技术,首先比较不同控制技术作用下湿地土壤总有机碳（SOC）含量的差异,并对土壤中的微生物活性进行研究以分析土壤中总有机碳的输出能力,进而分析土壤总有机碳的保留能力。结果表明,经过刈割／翻耕、刈割／翻耕／水位调节、刈割／生物（芦苇）替代等控制措施后,湿地土壤中土壤总有机碳含量、可培养微生物菌落数、土壤转化酶活性和土壤呼吸强度均高于对照,而通过DGGE技术对微生物种群进行分析后发现,修复后的湿地土壤多样性显著低于对照。在几种不同的控制技术中,刈割／翻耕／水位调节模式由于增加了土壤的滞水时间,其土壤微生物活性相对较低,有机碳含量较高,表明采用该修复技术后土壤的碳代谢能力相对较弱,因此该修复技术更有利于湿地土壤有机碳的保留。相对其他控制技术而言,刈割／翻耕／水位调节模式可在控制互花米草蔓延的同时有效地保留土壤有机碳。     

Development and testing of a model for predicting tillage effects on nitrate leaching from cracked clay soils

Both water movement and nitrate leaching in structured soils are strongly influenced by the nature of the macro-porosity. That macro-porosity can however also be manipulated by choice of tillage operations. In order to investigate the potential impacts of tillage on rates of nitrate leaching from structured soils, a model specific to these soils, CRACK-NP was developed. The model, its application and validation for an experimental site on a heavy clay soil (Verti-Eutric Gleysoil) at Brimstone Farm, Oxfordshire, UK, is described. The model considers the soil as a series of aggregates whose size is also the spacing of the macro-porosity. Water and solutes move in the macro-pores, but within the peds they move only by diffusion, internal infiltration and root uptake (evaporation). The model reflects the influence of diffusion limitation in the release of solutes to by-passing water. The model was then used to investigate the influence of variable ped spacings which were created by variations in tillage practices. The results both from the model and from the field data demonstrated that finer soil structures, which have larger surface contact areas and shorter diffusion path lengths, present greater opportunities for interaction between peds and the water moving around them, and so release more nitrates through the drainage waters.     

生草对渭北旱地苹果园土壤有机碳组分及微生物的影响

在渭北旱地苹果园行间播种毛苕子（Vicia villosa）、白三叶（Trifolium repens）、黑麦草（Lolium perenne）和早熟禾（Poa pratensis）,以清耕为对照,对0100 cm土层的土壤有机碳各组分及微生物群落功能多样性进行研究。结果表明,行间生草可显著增加040 cm土层土壤的总有机碳（TOC）、颗粒有机碳（POC）、轻质有机碳（LFOC）、易氧化有机碳（ROC）、可溶性有机碳（DOC）和微生物量碳（MBC）,豆科牧草毛苕子和白三叶的各有机碳含量总体上高于禾本科牧草黑麦草和早熟禾。其中在020 cm土层中,豆科牧草的TOC含量平均每年增加约1.2 g/kg,禾本科牧草每年增加约0.9 g/kg。生草处理的微生物群落碳源利用率（AWCD）、微生物群落Shannon 指数（H）和微生物群落丰富度指数（S）均高于清耕处理,其中豆科牧草的微生物活性更高。因此,生草可以提高土壤有机碳各组分的含量、土壤微生物群落碳源利用率、微生物群落的丰富度和功能多样性,豆科牧草毛苕子和白三叶提高效应更加明显。     

2种典型耕作方式影响下的蔗田土壤孔隙结构及其水分运动特性

为了明确农业生产过程中耕作方式对田间土壤孔隙结构及土壤水分运动特性的影响,以广西农地蔗田为研究对象,基于土壤切片技术分析研究免耕和垄耕2种典型耕作方式蔗田的田间土壤孔隙结构特征,并结合土柱模拟入渗试验,探究土壤孔隙结构对土壤水分运动的影响,进一步揭示孔隙结构与土壤水分运动特性之间的相互作用关系。结果表明：随着土层深度的增加,免耕蔗田孔隙形态以聚集的团块状分布为主,垄耕蔗田孔隙形态以条状分布为主。与免耕蔗田相比,垄耕蔗田的土壤总孔隙度和>2.5 mm孔径的孔隙度分别增加32.5%和21.9%。垄耕蔗田在局部土层深度范围内显著增加上下土层孔隙的变异度(p<0.05),显著降低土壤孔隙的连通性(平均邻近指数为0.448)(p<0.05),土壤孔隙形态相对规则(平均成圆率为0.335)。对于土壤水分运动特性,免耕蔗田总体的土壤饱和导水率和质量流率显著高于垄耕蔗田(p<0.05),初始含水率显著低于垄耕蔗田(p<0.05),质量流率随时间变化强度相对较大,提高水流入渗能力。垄耕降低土壤孔隙结构连通性,使水分蓄存在表层土壤中,一定程度上可降低土壤水分的入渗现象,改变蔗...     

耕作方式对稻田土壤有机碳组分含量及其分布的影响

为深入了解耕作方式对土壤碳组分含量的影响,以南方双季稻田为研究对象,研究了翻耕秸秆不还田（CT）、翻耕（CTS）、旋耕（RTS）和免耕（NTS）4种耕作处理对土壤轻组有机碳（LF-OC）、重组有机碳（HF-OC）、土壤轻组组分（LF）和重组组分（HF）的影响。结果表明,不同耕作方式下,土壤轻组中有机碳含量介于191.21～251.54gC·kg-1,fraction之间,轻组有机碳（LF-OC）含量介于3.01～9.27gC·kg-1之间,为土壤总有机碳（TOC）的11.84%～23.31%;耕作扰动导致土壤LF-OC的损失,而秸秆投入能够增加LF-OC;NTS处理利于表层土壤有机碳的积累,但不利于亚表层土壤有机碳的积累;RTS和CTS处理有利于有机碳增加,但LF-OC分解较快;CT处理则导致土壤有机碳的流失。LF-OC与TOC变化相似,呈显著正相关关系（R2=0.84）,且LF-OC对耕作措施的响应比TOC更为剧烈,可以作为指示土壤有机碳库变化的灵敏指标。