辽西地区垄作和平作保护性耕作方式比较研究

比较了平作和垄作下不同保护性耕作方式对土壤水分、温度和作物生长发育和产量的影响。结果表明,几种耕作方式中平作的平均产量都要高于垄作,其增产率在11.38%￣15.20%之间。在相同的垄作或平作方式下,不同的保护性耕作方式的增产幅度不同,其中秸秆还田增产幅度最大。平作方式的出苗率、叶面积指数、根干重和干物重都高于垄作,但不同的保护性耕作方式其各项指标变化有所不同。平作下保护性耕作方式的土壤含水量高于垄作;垄作方式有一定的增温效应,尤其在苗期的土壤表层。     

不同覆盖施用保水剂对土壤物理性状、酶活及烤烟产质量的影响

为明确不同覆盖措施下施用保水剂对烤烟抗旱能力的影响,以烤烟‘红花大金元’为材料,研究秸秆覆盖(T1)、地膜覆盖+保水剂(T2)、秸秆覆盖+保水剂(T3)、秸秆与地膜双覆盖+保水剂(T4)、地膜覆盖(CK)对植烟土壤物理性状、酶活性以及烤烟生长发育、经济性状、烟叶品质的影响。结果表明,与对照CK相比,不同覆盖下施用保水剂(T2、T3、T4)均可提高土壤含水量,降低植烟土壤容重,增加土壤中>0.25 mm大团粒结构比例特别是2~5、0.5~1 mm粒级水稳性团聚体比例,提高土壤蔗糖酶和脲酶活性,烤烟农艺性状较好,烤后烟叶产量产值较高,烟叶品质略有提升。不同覆盖下施用保水剂对烤烟抗旱能力的影响有差异;T2和T4处理整体表现优于T3处理,其中T4处理烤烟经济性状最好,而T2处理烤后烟叶感官质量相对更好。     

保护性耕作对黄土高原旱地表层土壤理化性质变化的影响

为了揭示表层土壤对耕作方式的响应,阐明保护性耕作对土壤理化性质变化的影响,通过研究西北高原干旱区6种不同耕作方式下（传统耕作(T)、免耕(NT)、传统耕作秸秆还田(TS)、免耕秸秆覆盖(NTS)、传统耕作地膜覆盖(TP)和免耕地膜覆盖(NTP)）,小麦→豌豆轮作长期的试验中0~5 cm、5~10 cm、10~30 cm土层的土壤含水量、容重、孔隙度、团聚体结构、有机碳含量的变化。结果表明：T处理的含水量随土层深度的增加而升高,NT、TS、NTS处理均呈先升高后降低的趋势,TP、NTP处理均随土层深度的增加而逐渐降低;T处理下,土壤容重呈现先升高后降低的趋势,其他保护性耕作方式均随土层深度的增加而逐渐升高;T、TS处理下土壤孔隙度均呈现先升高后降低的趋势,其他保护性耕作方式均随土层深度的增加而逐渐降低;NT、NTS、NTP有利于土壤中较大粒径结构体的形成,随着土层深度的增加,土壤粒径逐渐增大,TS、NTS有利于表层团粒结构的形成,TP、NTP处理对于5~10 cm土层中土壤团粒的形成具有促进作用;6种耕作方式中,总有机碳含量均随土层深度的增加而逐渐降低,NT、NTS和NTP处理总有机碳的含量均相应高于T、TS和TP,其中,NTS处理下总有机碳含量在0~5 cm、5~10 cm、10~30 cm均达到最大值,分别为10.78、10.36、9.83 g/kg,相对于T处理分别提高了4.46%、14.98%、11.83%。综合结果显示,保护性耕作方式对于维持表层土壤含水量、降低土壤容重、提高土壤孔隙度、促进土壤团粒结构的形成及总有机碳高效利用方面在一定程度上具有良好的效果。     

不同耕作措施对黄土高原春小麦(Triticum aestivuml)氮素吸收与分配的影响

为了探索不同耕作措施下氮肥利用效率。本研究以春小麦品种‘定西42号’为试验材料进行田间小区试验,设置4个处理:传统耕作覆盖(traditional tillage cover,TS)、免耕(no-tillage,NT)、免耕覆盖(no-tillage cover,NTS)和传统耕作(traditional tillage,T)(CK)的保护性耕作试验,研究不同耕作措施对黄土高原丘陵沟壑区春小麦氮素累积与转运的影响。研究表明:保护性耕作免耕覆盖促进小麦植株对氮素的吸收,TS、NT、NTS处理分别T处理的氮素吸收量增加24.2%、3.9%和58.7%,各处理差异显著(p<0.05)。成熟期春小麦各器官氮素的分配量和分配比例为:子粒>茎杆+叶鞘>叶片>根。NTS处理条件下,其子粒中的氮素分配量最大(152.78 kg/hm^2),与之相比,T、TS、NT处理分别减少了30.4%、12.1%及19.3%,各处理差异显著(p<0.05)。春小麦营养器官中的氮素向子粒的转移量和转移率在开花期之后均以NTS处理最大,分别比T、TS、NT处理显著增加37.0%、8.2%、19.1%和22.4%、5.3%、9.5%,但NTS处理小麦氮素转移量对子粒的贡献率最小(73.04%)。各处理氮肥生产效率和收获指数均呈NTS>TS>NT>T,以NTS处理最高,分别比T处理显著高37.8%、18.7%,各处理差异显著(p<0.05)。因此综合考虑氮素吸收、分配及氮素利用效率等因素,NTS是基于本试验条件下该地区春小麦最佳耕作模式。本研究为黄土高原丘陵沟壑区最佳耕作模式提供科学依据。     

秸秆覆盖深松对夏玉米田土壤酶活性的影响

探讨秸秆覆盖深松对夏玉米田土壤酶活性的影响。采用4种保护性耕作模式(SS+M、SS+NM、NT+M、NT+NM)在河南西平进行连续3年田间试验,研究不同处理对土壤脲酶、土壤碱性磷酸酶、土壤蔗糖酶、土壤过氧化氢酶活性的影响。结果表明,4种保护性耕作方式下土壤脲酶、土壤碱性磷酸酶、土壤蔗糖酶、土壤过氧化氢酶活性均随着土层的加深而降低。4种酶的活性随着玉米生育期的变化而变化,即随着玉米生育时期的推进,土壤酶活性从播种到花后45天先升高后下降,土壤脲酶和土壤蔗糖酶活性在开花期达到最大值,而土壤碱性磷酸酶和土壤过氧化氢酶活性在花后15天达到最大值。在0~5 cm和5~10 cm土层,秸秆覆盖处理下土壤酶活性显著高于不覆盖处理,SS+M>NT+M>SS+NM>NT+NM;在10~20 cm土层,NT+M处理下土壤酶活性急剧下降;在20~30 cm和30~40 cm土层,在大多数时期深松处理下土壤酶活性显著高于免耕处理,SS+M>SS+NM>NT+M>NT+NM。在豫南雨养区实施秸秆覆盖深松能够提高土壤的酶活性,值得推广。     

耕作方式对松嫩平原半干旱区土壤养分含量和玉米产量的影响

针对松嫩平原半干旱区玉米栽培长期采用单一土壤耕作制度存在的问题,研究了6种耕作方式对土壤养分含量和玉米产量的影响。结果表明:免耕处理0~10cm土层土壤碱解氮含量、速效磷含量和速效钾含量较对照垄作分别提高6.27%、14.50%、5.89%。旋耕垄作+深松、旋耕平作+深松、免耕+深松处理均有利于提高10~20cm土层土壤平均养分含量。以旋耕平作+深松、旋耕垄作+深松处理表现最优,其中土壤碱解氮含量分别较对照提高11.78%、11.13%,速效磷含量分别提高15.48%、13.26%,速效钾含量分别提高7.38%、6.31%。在6种耕作处理中,旋耕平作+深松处理玉米产量最高,较对照增产9.80%。综合可知,旋耕平作+深松土壤养分含量和玉米增产效果较好,为松嫩平原半干旱区玉米田土壤较适宜的耕作方式。     

秸秆全量还田下土壤氮素特征对耕作措施的响应

为揭示北疆地区秸秆全量还田下不同耕作措施对土壤氮素特征的影响,进而筛选出适宜北疆复播大豆资源高效利用的耕作措施。于2019年进行了复播大豆田间试验,在冬小麦收获后秸秆全量还田条件下,设置了翻耕（TS）、翻耕覆膜（TPS）和免耕秸秆覆盖（NTS）3种耕作措施处理,研究不同耕作措施对复播大豆土壤铵态氮、硝态氮及氨挥发的影响。结果表明,复播大豆花期施肥后,土壤氨挥发速率和积累量表现为TPS>TS>NTS;不同耕作措施下土层0~20cm硝态氮和铵态氮含量差异显著,0~20cm耕层TPS和TS处理土壤硝态氮含量分别较NTS处理高17.12%和18.45%,铵态氮含量分别高82.76%和4.66%。综合考虑认为,秸秆全量还田下,北疆复播大豆适宜的耕作方式为翻耕覆膜。     

玉米秸秆覆盖量对农田土壤动物群落结构的影响

2008年7月和9月,文章基于对中国科学院东北地理与农业生态研究所德惠农业试验示范基地5种不同秸秆覆盖量处理农田土壤动物调查的基础上,研究了玉米秸秆覆盖量差异对农田土壤动物群落结构的影响。大型土壤动物采用手拣法,中小型土壤动物采用改良干漏斗分离法(Modified Tullgren),显微镜下分析鉴定,研究区共捕获土壤动物44科5336只,优势类群为棘跳科(Onychiuridae)、球角跳科(Hypogastruridae)和摇蚊科(Chironomidae)幼虫,占总捕获个体数量的59.51%。结果表明：随着玉米秸秆覆盖量的增加,农田土壤动物类群多样性与丰富度相应增加,类群分布更均匀。玉米秸秆覆盖量的不同对农田土壤动物群落结构有着显著的影响,秸秆覆盖量的多少直接影响的农田土壤动物群落的多样性。     

滴灌条件下秸秆覆盖和土壤含水量对冬小麦灌浆特性的影响

为阐明滴灌条件下秸秆覆盖和土壤含水量以及两因素交互作用对冬小麦籽粒灌浆、产量形成的影响,以冬小麦矮抗58为试验材料,设计了秸秆处理(覆盖T、不覆盖T0)与土壤相对含水量(40%(W1)、50%(W2)、60%(W3)、70%(W4)4个水平)两因素裂区试验。结果表明:Richards方程拟合秸秆覆盖和水分调控下冬小麦籽粒灌浆过程的决定系数在0.977 5~0.999 6,达到极显著水平。秸秆覆盖和水分调控间的交互作用对除最大灌浆速率和平均灌浆速率(V)外其他冬小麦籽粒灌浆特征参数的影响达到显著或极显著水平。其中,秸秆覆盖下土壤相对含水量60%(TW3)处理组合具有最长的灌浆持续期T(51.91 d),最长的灌浆中期持续期T_2(15.230 d)和灌浆后期持续期T_3(26.556 d),最大的灌浆中期灌浆速率R_2(0.897 mg/d)和灌浆后期灌浆速率R_3(1.365 mg/d)。产量、水分利用效率和耗水量的二次曲线关系表明,在耗水量240~270 mm可达到产量与水分利用效率双高的效果。本试验中以秸秆覆盖与土壤相对含水量60%(TW3)处理组合水分利用效率最高(29.02 kg/(mm·hm~2)),较秸秆覆盖下土壤相对含水量的70%(TW4)提高了5.30%;产量为7 097.7 kg/hm~2,与TW4处理组合差异不显著。     

免耕栽培不同秸秆覆盖量下土壤温度变化研究

试验采用微区定位方法, 研究免耕栽培条件下不同秸秆覆盖量对大豆田土壤温度的影响。结果表明： 秸秆覆盖平作免耕栽培处理间随秸秆覆盖量增加, 土壤温度呈下降趋势, 较 0%秸秆覆盖常规秋翻垄作对照比, 0、 30、 60、 100%秸秆覆盖免耕处理分别降低 0.35~4.39、 0.45~4.55、 0.57~5.34、 0.77~6.14℃; 各生育时期间以苗期各处理土温与对照差异最大, 开花以后土温差异变小; 各处理不同土层间降温幅度为0.46~3.62℃, 仍以苗期降幅最大为 3.62℃。因此, 在高纬度寒地应用秸秆还田免耕技术关键是在苗期采用增温措施, 促进幼苗发育。     

不同保墒耕作措施对小麦、玉米耗水特征及周年水分利用的影响

为探明土壤结构改良与保墒耕作措施对小麦、玉米周年水分利用的作用机制。采用田间试验,研究了常规耕作、秸秆还田、保水剂、有机肥、免耕、深松、深松+秸秆覆盖等措施对小麦、玉米生长过程中的耗水特征、光合特征及周年水分利用的影响。结果表明:深松+秸秆覆盖在小麦生育期内储水量较高。从小麦播种-返青期,深松+秸秆覆盖处理的耗水量最低。而在返青-拔节期,该处理最大,而其在孕穗-抽穗期的耗水量却最低。在拔节-孕穗期,保水剂处理的耗水量最大,而在抽穗-灌浆期,其耗水量最小。在灌浆-收获期,秸秆还田和保水剂处理的耗水量较其他处理低。在玉米整个生育期内,保水剂和免耕处理的耗水量较其他处理低。不同措施改善了小麦和玉米的光合生理特征,促进了小麦、玉米产量和水分利用率的提高。各处理中,以免耕处理的小麦产量和水分生产效率最高,分布较常规耕作提高了18.3%和20.0%。以秸秆还田处理的玉米产量和水分生产效率最高,分别较常规耕作提高了21.6%和23.8%。而深松处理的小麦-玉米复合产量最高,其次为免耕处理,其分别较常规耕作处理增产14.9%和14.3%。而深松+秸秆覆盖处理和免耕处理的总水分生产效率较其他处理高,分别较常规耕作处理提高了18.5%和18.1%。说明深松和免耕处理更利于小麦、玉米周年节水增产。     

Effects of different soil conservation tillage approaches on soil nutrients,water use and wheat-maize yield in rainfed dry-land regions of North China

Excessive tillage compromises soil quality by causing severe water shortages that can lead to crop failure. Reports on the effects of conservation tillage on major soil nutrients, water use efficiency and gain yield in wheat (Triticum aestivum L.) and maize (Zea mays L.) in rainfed regions in the North China Plain are relatively scarce. In this work, four tillage approaches were tested from 2004 to 2012 in a randomized study performed in triplicate: one conventional tillage and three conservation tillage experiments with straw mulching (no tillage during wheat and maize seasons, subsoiling during the maize season but no tillage during the wheat season, and ridge planting during both wheat and maize seasons). Compared with conventional tillage, by 2012, eight years of conservation tillage treatments (no tillage, subsoiling and ridge planting) resulted in a significant increase in available phosphorus in topsoil (0–0.20 m), by 3.8%, 37.8% and 36.9%, respectively. Soil available potassium was also increased following conservation tillage, by 13.6%, 37.5% and 25.0%, and soil organic matter by 0.17%, 5.65% and 4.77%, while soil total nitrogen was altered by −2.33%, 4.21% and 1.74%, respectively. Meanwhile, all three conservation tillage approaches increased water use efficiency, by 19.1–28.4% (average 24.6%), 10.1–23.8% (average 15.9%) and 11.2–20.7% (average 15.7%) in wheat, maize and annual, respectively. Additionally, wheat yield was increased by 7.9–12.0% (average 10.3%), maize yield by 13.4–24.6% (average 17.4%) and rotation annual yield by 12.3–16.9% (average 14.1%). Overall, our findings demonstrate that subsoiling and ridge planting with straw mulching performed better than conventional tillage for enhancing major soil nutrients and improving grain yield and water use efficiency in rainfed regions in the North China Plain.     

秸秆覆盖下的土壤水热运移

土壤水热耦合运移的数值模拟研究是在二十世纪五十年代在等温水分运动模型的基础上发展起来的,随着秸秆覆盖节水技术的发展,秸秆覆盖下水热耦合运移的数值模型得到不断研究和发展。秸秆覆盖下水热耦合数值模拟由于考虑了覆盖层对水热运移的影响变得复杂,文中综述了土壤水热运移模拟到秸秆覆盖下水热运移数值模拟的发展过程,常用的推求土壤参数的经验公式和秸秆覆盖下土壤水热耦合的上边界条件的确定方法。     

耕作与保墒措施对小麦不同生育阶段水分利用及产量的影响

为探明不同耕作与保墒措施下冬小麦不同生育阶段的水分利用特征,采用田间试验,研究了普通耕作、深松、秸秆覆盖、保水剂、有机肥等措施对小麦不同生育阶段的耗水量、干物质积累量、水分利用及产量等的影响。结果表明,在小麦不同生育阶段均以秸秆覆盖和深松处理的保墒、储水效果较佳。在小麦整个生育期中,有机肥处理的耗水量最大,而深松和秸秆覆盖处理较少。在小麦拔节期前,有机肥处理更利于干物质的积累;在小麦拔节-孕穗期,以保水剂和深松处理积累的干物质量较高。孕穗期以后,秸秆覆盖处理的干物质积累量均高于其他处理,且秸秆覆盖处理在小麦全生育期的干物质积累量也较高。除返青-拔节期和孕穗-扬花期外,小麦不同生育阶段的水分利用效率均以秸秆覆盖处理最高,且其产量和水分生产效率均高于其他处理,其产量较普通耕作提高了50.9%,水分生产效率提高了11.7 kg/(mm·hm~2)。综上所述,秸秆覆盖处理较其他措施更能有效地改善小麦不同生育阶段的水分环境,从而促进小麦产量和水分利用率的提高。     

冷凉区旱地玉米微垄覆膜土壤水热及产量效应研究

针对冷凉区旱地玉米生产中存在的干旱缺水和低温冷凉两大主要限制因子,于2016年采用单因素随机区组设计,在山西省旱作节水农业试验示范基地阳曲县河村,采用地膜半覆盖模式,设置5种不同覆膜起垄高度处理,进行了冷凉区旱地玉米微垄覆膜土壤水热及产量效应研究。结果表明,覆膜垄高每增加5cm,玉米苗期垄侧播种行8cm日平均地温降低0.3℃;当覆膜垄高从0cm增加到5和10cm时,膜侧播种行0~20cm土壤含水量分别极显著（P<0.01）增加3.6和5.3个百分点;覆膜垄高每增加10cm,玉米拔节期推迟1d,抽雄吐丝期相应推迟1d;覆膜垄高5cm处理的经济产量极显著（P<0.01）高于垄高15cm、垄高20cm和地膜平铺处理,与垄高10cm处理之间没有显著差异;覆膜垄高5和10cm处理的水分利用效率最高,极显著（P<0.01）高于地膜平铺和垄高20cm处理,平均较地膜平铺和垄高20cm处理分别提高2.1和2.2kg/(hm ²·mm),增幅分别为6.8%和7.2%。研究认为,微垄覆膜（垄高5~10cm）可以协调垄高增加引起的增温和微集水之间的矛盾,同时兼顾地膜覆盖增温、保墒和微集水效应,增产增效,是冷凉区旱地玉米适宜的地膜覆盖方式。     

我国北方旱作农田保护性耕作发展与展望

保护性耕作是旱地耕作制度的重要组成部分,我国自2002年开始在全国范围内大规模推广保护性耕作。通过少耕、免耕及秸秆还田等综合配套措施,减少农田土壤侵蚀,保护农田生态环境,达到生态、经济效益协调发展的目的。对我国北方旱作农田土壤耕作发展历程、保护性耕作主要成就进行了梳理,并对未来我国北方旱作农田保护性耕作面临的新任务进行了展望,为气候变化条件下旱作农田持续高效发展提供借鉴。     

秸秆覆盖深松对夏玉米田土壤有机碳库的影响

为探究秸秆覆盖深松对土壤有机碳库的影响,采用4种耕作模式处理（深松覆盖、深松不盖、免耕覆盖、免耕不盖）在河南西平进行了连续3年田间试验,研究了不同处理对土壤中有机碳（SOC）、易氧化有机碳（ROC）和溶解性有机碳（DOC）含量的影响。结果表明,4种耕作模式下,SOC、ROC和DOC含量均随着土层的加深而降低;在0~5cm和5~10cm土层,秸秆覆盖处理下SOC、ROC和DOC含量高于不覆盖处理,表现为深松覆盖>免耕覆盖>深松不盖>免耕不盖;而从10~20cm土层以下,免耕处理下SOC、ROC和DOC含量急剧下降,表现为深松覆盖>深松不盖>免耕覆盖>免耕不盖。相关性分析表明,ROC、DOC含量与SOC含量之间分别存在显著和极显著的相关关系,说明土壤ROC和DOC的含量很大程度上与SOC的储量相关。     

耕作方式对烟地土壤养分流失及烟叶产质量的影响

为减少植烟地水土养分流失和实现烟叶产质量最大化,试验研究常规耕作、免耕、免耕+稻草覆盖3种耕作方式对深丘山地烤烟土壤水土流失、养分流失和烟叶产质量的影响。结果表明：与常规耕作比较,免耕和免耕+稻草覆盖均能减少水土流失,径流量分别减少9.54%,26.01%;不同耕作方式养分流失量不同,全氮和全磷流失特征表现为常规耕作＞免耕＞免耕+稻草覆盖;与常规耕作比较,免耕和免耕+稻草覆盖的全氮流失量分别减少13.68%、39.59%,全磷流失量分别减少9.72%、27.57%。免耕栽培能提高烟叶产量、产值和化学成分协调性,并以免耕+稻草覆盖效益最好,增加收益5822.85元/hm²。研究表明,免耕、免耕+稻草覆盖对减少地表径流作用明显,是遏制土壤养分流失的有效途径;免耕+稻草覆盖增产增值明显,具有推广应用价值。