种植方式和耕作措施对土壤结构与水分利用效率的影响

在连续9年田间定位试验基础上,分析了渭北旱塬小麦连作和小麦/玉米轮作两种种植方式下耕作措施对黑垆土水稳性团聚体含量、有机碳(SOC)含量、小麦产量和水分利用效率(WUE)的影响。结果表明:小麦/玉米轮作下0～20 cm土层大于0. 25 mm水稳性大团聚体含量(R_(0. 25))、水稳性团聚体平均重量直径(MWD)、SOC含量、各粒级团聚体有机碳含量和WUE大多高于小麦连作。与连年翻耕(CC)相比,连年免耕(NN)、连年深松(SS)、免耕-深松(NS)处理主要增加了0～10 cm土层R_(0. 25)、SOC、各粒级团聚体有机碳含量和大于0. 25 mm大团聚体有机碳贡献率(I_(SOC0. 25))。在大于10cm土层,NS处理的SOC含量有所增加,且提高了35～50 cm土壤R_(0. 25)、各粒级团聚体有机碳含量以及I_(SOC0. 25)。相对于连年翻耕处理,免耕-深松处理的小麦产量和WUE均显著增加,且在小麦连作和小麦/玉米轮作两种种植方式下,小麦产量分别增加了14. 25%、19. 30%; WUE分别增加了24. 98%、9. 89%。整体来看,小麦/玉米轮作比小麦连作更有利于改善土壤结构、增加土壤有机碳含量和提高WUE,且免耕-深松相结合的轮耕措施是该地区较适宜的耕作模式。     

保护性耕作下棉花-春玉米轮作对玉米田土壤性状及水分利用效率的影响北大核心

为探索棉花-春玉米轮作下,棉花秸秆还田配合耕作措施对土壤性状和玉米水分利用效率的影响,通过4 a大田定位试验,以试验处理前土壤理化性质为参照,研究了翻耕秸秆还田(PT+SR)、旋耕秸秆还田(RT+SR)、翻耕秸秆不还田(PT+NSR)、旋耕秸秆不还田(RT+NSR)、免耕秸秆还田(NT+SR)、免耕秸秆不还田(NT+NSR)对土壤容重、水分、养分、微生物等的影响;不同处理方式对玉米产量、产量构成因素、水分利用效率的影响。结果表明,秸秆还田配合耕作措施可有效降低0~20 cm和20~40 cm土层土壤容重,以PT+SR处理效果最优,与处理前相比,降幅达9.87%和7%。PT+SR处理在玉米生长中后期具有较好的蓄水保墒效应,玉米产量和水分利用效率最高,2 a平均玉米籽粒产量和水分利用效率分别达到了1.29万kg/hm~2和2.42 kg/m~3。秸秆还田配合耕作措施可有效提高耕层土壤有机碳、全氮、碱解氮、有效磷和速效钾含量以及真菌、细菌和放线菌数量,其中以PT+SR处理效果最优,分别较试验处理前提高了11.9%、40.5%、32.8%、23.1%、24.6%、74.3%、72.1%和41.9%。通过多年试验证实,在棉花-春玉米轮作区,棉花秸秆还田配合翻耕,可以有效改善土壤物理特性,增加土壤养分含量和有益微生物数量,增强土壤蓄水保墒能力,进而显著提高玉米籽粒产量和水分利用效率。     

秋耕覆盖对马铃薯生长及水分利用效率的影响

在宁南旱区,采用免耕、深松、翻耕结合秸秆、地膜等覆盖耕作措施,以翻耕不覆盖为对照,研究覆盖耕作模式下休闲期土壤的蓄水保墒效果、马铃薯生育期土壤水分的变化特征及对作物生长、产量及水分利用效率的影响.结果表明:在休闲末期,不同覆盖耕作处理下0~200 cm土层土壤蓄水量均比休闲初期明显提高.与翻耕不覆盖处理相比,免耕覆盖地膜、深松覆盖地膜和翻耕覆盖地膜处理0~200 cm土层土壤蓄水量分别比对照处理提高7.6%,9.3%和8.0%.马铃薯生育前期,覆盖地膜结合不同耕作措施下0~200 cm土层土壤蓄水量最高,生育中后期覆盖秸秆结合不同耕作处理对0~200 cm土层土壤保水效果最佳.覆盖地膜结合不同耕作处理能促进马铃薯生育前期的生长,生育中后期以覆盖秸秆结合不同耕作处理促进作用最为显著.不同覆盖耕作处理均能提高马铃薯的产量和水分利用效率,增产效果以免耕覆盖秸秆、深松覆盖秸秆和翻耕覆盖秸秆处理最为显著,分别较对照组增产51.2%,42.8%和35.3%,水分利用效率分别比对照组提高50.0%,42.3%和32.3%.可见,覆盖秸秆结合不同耕作处理的增产效果和提高水分利用效率最高.     

秋耕覆盖对土壤水热肥与马铃薯生长的影响分析

为探明秋耕覆盖措施下农田土壤水热肥特性对旱作马铃薯生长及产量的影响，于2013—2016年在宁南旱区秋作物收获后，通过设置不同耕作覆盖措施，研究马铃薯生育期0~200cm层土壤贮水量、0~25cm耕层土壤温度和0~40cm层土壤养分含量的动态变化，以及对马铃薯生长和产量的影响。结果表明，耕作方式、覆盖措施及二者交互作用可显著影响马铃薯播种期土壤贮水量，免耕秸秆覆盖、深松秸秆覆盖处理保水效果最佳，平均土壤贮水量较翻耕不覆盖处理分别提高14.4%和14.7%；耕作方式、覆盖措施及二者交互作用对马铃薯关键生育期土壤贮水量影响显著，深松秸秆覆盖处理改善土壤水分效果最佳，平均土壤贮水量较翻耕不覆盖处理提高20.7%。在马铃薯播种期，耕作方式、覆盖措施及二者交互作用对耕层土壤温度影响显著，但随着生育期的推进其影响程度减小；同一耕作方式下的平均耕层土壤温度，地膜覆盖处理较不覆盖处理显著提高3.6℃，而秸秆覆盖处理显著降低1.4℃。经过3年秋耕覆盖后，耕作与覆盖交互作用对0~40cm层土壤养分各指标影响均呈极显著水平，在所有处理组合中，免耕秸秆覆盖、深松秸秆覆盖处理的土壤有机质、全氮、碱解氮、有效磷、速效钾含量较高，而翻耕不覆盖处理最低。同一耕作方式下，地膜覆盖的保温效应对马铃薯生育前期生长有促进作用，但后期高温不利于马铃薯生殖生长；秸秆覆盖在整个生育期具有稳温和降温效应，有利于马铃薯中后期生长。所有处理组合中，深松秸秆覆盖、免耕秸秆覆盖处理下马铃薯总产量和净收益较高，分别较翻耕不覆盖显著增产49.4%和38.3%，净收益分别提高129.1%和103.3%；深松地膜覆盖、深松秸秆覆盖处理对提高商品薯率效果较好，分别较翻耕不覆盖处理显著提高18.4%和16.2%。从经济与环境效益角度考虑，免耕、深松结合秸秆覆盖措施可调控农田土壤水、热及养分环境，实现马铃薯增产增效，在宁南半干旱区马铃薯生产中具有应用推广价值。     

玉米保护性耕作机具的种类与功能

玉米保护性耕作技术主要有秸秆粉碎还田地表覆盖技术、机械免耕播种技术、机械深松整地技术和机械高效植保技术等,应用的机具主要有免耕播种机、深松机、植保机和秸秆还田机等。因此,选择适合的保护性耕作机具,是顺利实施玉米保护性耕作技术的重要措施。     

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。     

长期保护性耕作对冬小麦氮素积累和转运的影响

基于长期定位耕作试验(2006—2016年),探讨长期传统翻耕、免耕和深松耕作对冬小麦关键生育期0~100 cm土层土壤含水率的影响,分析长期免耕和深松耕作下冬小麦植株氮素积累和转运的特性。试验结果表明:长期免耕和深松耕作较传统翻耕均不同程度提高了0~100 cm土层土壤含水率,但在较干旱年份,不同生育期免耕蓄水保墒效果优于深松耕作。从冬小麦扬花期到成熟期,无论何种耕作方式氮素在茎和叶中的分配比例逐渐减小,在穗中的分配比例逐渐增大。扬花期,与传统翻耕相比,连续2 a免耕分别提高茎、叶和穗的平均氮素积累量44.3%、80.5%和70.9%,而连续2 a深松耕作未呈现显著变化;成熟期,连续2 a免耕和深松耕作较传统翻耕均显著降低了茎的平均氮素积累量,增加了籽粒的平均氮素积累量(P0.05),且免耕优于深松耕作。此外,与传统耕作相比,免耕显著提高冬小麦植株营养器官氮素转运量、转移率和营养器官对籽粒的贡献率(P0.05),而深松耕作仅在较干旱年份未明显提高冬小麦植株营养器官转运量和对籽粒的贡献率。综上,长期深松耕作并不能持续促进冬小麦植株氮素积累与转运,对于干旱少雨年份免耕优于深松耕作。     

耕作方式转变对土壤蓄水保墒影响的RZWQM模型模拟

基于2011—2012年和2013—2014年河南禹州冬小麦长期定位试验,利用传统耕作、免耕和深松处理下土壤水分、地上部生物量和产量对RZWQM(Root zone water quality model)模型进行率定和验证,然后利用率定后的模型模拟传统耕作转变为保护性耕作方式后0~100 cm土层贮水量、耗水量、土壤剖面水分平衡及水分利用效率的动态变化。在模型率定和验证中,土壤分层含水率模拟值和实测值之间的均方根误差(RMSE)分别在0.009~0.025 cm3/cm3和0.005~0.054 cm3/cm3范围内变化。模型模拟结果表明RZWQM模型能够较好地模拟耕作方式转变后土壤分层水分的动态变化,4种不同耕作转变模式(传统耕作分别转变为免耕、免耕+秸秆覆盖、深松、深松+秸秆覆盖)下,传统耕作转变为免耕后产量最高,水分利用效率最大,达19.3 kg/(hm2·mm)。因此,该模拟条件下传统耕作转变为免耕的蓄水保墒效果最好。     

秸秆覆盖与表土耕作对东北黑土根区土壤环境的影响

为探索秸秆覆盖模式及表土耕作方式对东北黑土根区土壤环境调控效应,设置浅松覆盖(STS)、免耕覆盖(NTR)、浅松覆盖+压实(SCTS)、免耕覆盖+压实(NCTR)及翻耕秸秆不还田(对照TC)5个处理,分析其对黑土区土壤水、热、养分及物理特性时空动态变化的影响。结果表明:相对于传统耕作,秸秆覆盖与土壤压实结合可改善土壤物理结构,春播期、秋收期0~50 cm土层容重分别降低1.32%~4.06%、0.81%~1.64%,0~30 cm土层有机质与速效养分含量分别提高4.89%~20.74%、1.94%~40.37%与7.18%~30.26%、1.22%~28.09%,0~70 cm土层生长期墒情增加6.83%~13.84%,调控苗期0~10 cm土层温度日温差减小0.5~2.8℃,且对表层各因素影响高于底层。秸秆覆盖模式可降低机械压实所引起的负效应,从高效可持续方面综合分析本试验条件下浅松压实覆盖(SCTS)在改善根区土壤环境方面具有一定优势,研究成果可为东北黑土区覆盖耕作措施实施提供参考依据。     

不同耕作方式对夏玉米土壤含水量的影响研究

为精确研究不同耕作方式对夏玉米土壤水分变化的影响,选择常规耕作秸秆还田和深松秸秆还田两种耕作措施,通过对两种耕作方式下玉米全生育期土壤水分的实时监测,分析玉米土壤水分在不同时间尺度的动态变化规律。研究结果表明:(1)深松能提高10、30、70 cm土壤含水量,分别提高了7.66%、8.74%和6.37%,两种耕作方式下30 cm土层的土壤含水量变化呈现较大差异;(2)从小时尺度研究发现两种耕作方式下雨后各层土壤含水量的变化过程差异较大。雨后土壤水达到饱和后常规耕作时10 cm土壤水在晚上突降,而深松耕作在一天内逐渐下降;(3)除出苗期外,深松能显著提高其他生育期的土壤含水量,拔节期和灌浆期提升最多,分别提升5.00%和6.03%;(4)深松增产5.70%。     

基于土壤功能与胁迫的耕地土壤健康评价方法

基于功能性土壤管理理论,针对初级生产力、养分供给与循环、生物多样性供给、水净化与调节、碳封存与调节5种功能选取评价指标,通过识别水田、水浇地和旱地对不同土壤功能的供给和需求关系,构建土壤功能供需判别矩阵,并叠加重金属污染胁迫因素,评价耕地土壤的健康状况,从而实现了基于土壤功能与胁迫的耕地土壤健康评价。在河南省温县进行了评价方法的适用性研究,结果表明：温县5种土壤功能供需空间格局基本呈现由南向北逐渐递增的趋势,以青峰岭为界,中北部土壤功能的供需处于盈余状态,而南部区域处于失衡状态;土壤健康等级交错分布,亚健康面积占比最大,为44.4%,健康土壤零散分布在黄庄镇、番田镇、武德镇和祥云镇;土壤质地、土体构型、土壤养分、土壤生物活性和重金属污染胁迫是导致耕地土壤健康空间分异的主要因素。本研究可在理论上丰富土壤健康评价方法体系,在实践上促进耕地资源可持续利用与管理。     

土壤密度对土壤抗侵蚀性的影响

通过研究不同密度土壤的抗冲性、抗蚀性及抗剪强度,探索密度与土壤抗侵蚀性之间的相关关系,并进一步分析密度对土壤抗侵蚀性影响的机理。研究表明,随着土壤密度的增大,土壤的抗冲性与抗剪强度增强;但在土壤密度小于1.27g/cm3时,土壤的抗蚀性随着土壤密度的增大而增加,当土壤密度大于1.27g/cm3时,土壤的抗蚀性随着土壤密度的增大而减小。     

土壤采样器采样性能试验研究

农田土壤样品的快速获取及分析对科学施肥具有重要意义。土壤采样器是农田土壤采样的重要设备,获取和松放土壤的能力是评价其采样性能的重要指标。本文通过试验,从土壤样品长度和土壤松放后残余土壤质量两个方面分析自行设计的5种土壤采样器的采样能力,指出了1号土壤采样器设计综合采样性能较好。      

不同改良剂对滨海盐渍区土壤有机碳及土壤肥力的影响

研究了不同改良剂对滨海盐渍区土壤有机碳、盐分、pH值、土壤密度、养分及作物产量的影响。结果表明,与对照相比,不同改良剂均能明显提高0~20cm土层土壤有机碳,增加幅度为9%~57%。石膏、腐殖酸、有机肥的单施或配合施用均能明显降低表层土壤盐分和密度,提高土壤全氮、有效磷和速效钾,并能明显增加作物生物量和产量,增加幅度最高为35%和131%。     

土壤调理剂在水稻土壤上的应用效果初报

采用田间对比试验的方法,探讨土壤调理剂在水稻土壤上的应用效果。试验结果表明:与常规施肥相比,土壤调理剂可显著改变土壤的pH值和CEC值;促进水稻生长发育,表现为株高、穗数、穗粒数、千粒质量均有明显增加;提高水稻产量,增产率在7.1%以上。     

土壤失水过程对土体收缩特性的影响

为探求不同质地和容重土壤失水过程中的土体收缩特性,选取山东壤土(SD)和陕西粉粘壤土(SX)作为供试土壤,并分别设定初始容重为1.30、1.40、1.50 g/cm~3,采用离心机法测定土壤水分特征曲线,同时对土壤脱水过程中土体轴向和径向收缩特征进行研究。结果表明,对于SD和SX土样,不同容重土壤含水率随吸力增加呈现不同幅度的减小趋势,但其减小速率均表现出"慢-快-慢"的变化特点;在土壤脱水过程中,土体线缩率随含水率减小而增大,Logistic模型可以较好地拟合线缩率与含水率之间的非线性关系(R~2在0.96~0.99之间);土壤轴向(δ_s)、径向(δ_r)和体积收缩应变(δ_V)均随容重增加而减小,SD和SX土样分别以水平收缩形变和垂直收缩形变为主。相关性分析表明,δ_s、δ_r和δ_V与砂粒含量呈负相关关系,与粉粒和粘粒含量呈正相关关系,且3种收缩特征指标与土壤颗粒含量之间的相关性受容重影响;对于SD土样,δ_s和δ_r与粘粒和粉粒含量显著相关,δ_V与砂粒含量显著相关;对于SX土样,δ_s、δ_r和δ_V与砂粒和粉粒含量显著或极显著相关,而与粘粒含量无显著相关性。     

不同质地条件下土壤表层温度与土壤蒸发量的关系研究

土壤表层温度与土壤蒸发量有着紧密联系,土壤质地对二者均有着重要影响。【目的】探究不同质地土壤表层温度变化对土壤蒸发的影响。【方法】选取2种质地原状土(粉壤土与砂土),进行配比混合,得到5种不同质地土壤。测量1次性供水与充分供水条件下不同土壤的蒸发量、土壤表层温度数据、土壤砂粒量,探究不同质地条件下土壤相对蒸发量(RE)和土壤表层相对温度差(RT)的关系。【结果】①1次供水和充分供水条件下RT随着蒸发过程的进行逐渐增大,当蒸发过程至水汽扩散阶段时,RT趋于稳定;②随着土壤砂粒量增大,蒸发至水汽扩散阶段时对应的RT逐渐减小;③土壤质地相同情况下,RT越大,其RE越小,回归建立了二者的二次函数关系;④RT相同情况下,土壤中砂粒量越高,其RE越小。【结论】土壤中砂粒量的不同,使土壤孔隙、热容量等性质产生差异,导致蒸发过程中土壤温度及蒸发量变化出现规律性特点,RE与RT呈与含砂率有关的二次函数关系。     

土壤容重对土壤水分入渗特性影响研究

采用一维垂直积水入渗法研究不同容重对入渗率、累积入渗量及湿润锋的影响,试验结果表明对应于同一入渗时间,容重越大,入渗率、累积入渗量及湿润锋深度均越低;相对于基准入渗量和基准湿润锋,容重越大,其减渗率μ和减锋率η均随之越大;稳定入渗率有随土壤容重的增加而减小的趋势;不同容重的累积入渗量和时间的平方根呈显著的线性关系,拟合的系数M随容重增加而降低,并与容重较好的呈幂函数关系;湿润锋深度与入渗时间呈幂函数关系,随着容重的增加,入渗的系数A降低,而指数B差异较小,系数A与容重之间较好的符合乘幂函数关系。研究结果为从入渗特性推求容重与土壤水分运动参数的关系提供定量分析依据。     

小型红壤坡面土壤含水率时空特性研究

为了探索小型红壤坡面土壤含水率的时空分布规律,在桂林市雁山镇平均坡度14°、坡长12 m、宽度5 m的红壤坡面布设14个观测点,分别对0~60 cm土深的6个土层进行了为期1 a的土壤含水率观测,并用统计学方法及时间稳定性概念进行了分析。结果表明,随着土壤深度的增加,各土层平均土壤含水率总体逐步上升,各土层含水率变异系数的均值总体逐步减小,各土层的含水率更加均匀;随着平均含水率的增加,各土层含水率的波动幅度先增大后减小;不同坡位的土壤含水率在干湿2季表现出不同的特点,湿季0~10 cm土层的含水率为下坡位中坡位上坡位,其余土层均表现为上坡位中坡位下坡位,干季0~10 cm土层含水率沿坡位的变化特点与湿季相同,而其余土层未表现出相同的规律。在时间特性上,红壤坡面土壤含水率与降雨量及降雨频次的关系密切,气温和空气湿度也是影响含水率的重要因素;随着土层的加深,土壤含水率的时间稳定性增强;除0~10、40~50 cm土层外,全序列所得时稳最强点对土壤平均含水率的代表性优于其他序列,干季序列所得各点的时间稳定性指数与全序列更为接近,同时干季序列所得时稳最强点对土壤平均含水率的代表性也明显优于湿季序列;植被根系对含水率的时间稳定性有一定影响,40~50 cm土层植被根系最多,使得全序列所得时稳最强点对所在土层平均含水率的代表性较差。     

基于土壤物理基本参数的土壤导气率推求模型

土壤气体传输过程复杂,影响因素众多,各因素之间相互影响与制约,且存在严重的空间变异性,其空间分布特征与变异程度同众多影响因素间关系复杂,野外条件下难以准确计算大范围区域内土壤导气率平均值。通过已经获得的土壤样本实测资料,建立土壤物理基本参数与土壤气体传输参数之间的函数模型,结果表明:偏砂质土壤的导气率与饱和度的拟合度较好,决定系数R2达0.95以上,而偏黏性的土壤结构性强,R2在0.69以上;遗传算法程序拟合系数ai、bi,R2均达0.90以上;利用此函数模型,拟合导气率与实测导气率之间的相对误差绝对值小于0.1,效果较好,验证了预测模型的适用性。提出的推求方法简化了土壤气体传输动力学参数在实际应用中繁琐的测算过程,为野外环境下简单、快速获取土壤气体传输动力学参数提供了参考。