中国旱作农区不同量秸秆覆盖综合效应研究进展Ⅰ.不同量秸秆覆盖的农田生态环境效应

随着节水农业和土壤碳循环理论的发展和成熟,不同量秸秆覆盖研究作为当代保护性农业的新颖课题之一,备受广泛关注.为了深刻理解不同量秸秆覆盖的农田生态环境效应,本文综述了不同量秸秆覆盖对土壤温度、水分、养分、酶、土壤碳库、生物结构和农田杂草病虫及小气候影响的研究现状和进展,旨在为该领域的研究和发展提供参考依据.     

秸秆覆盖的农田效应

综合分析已有秸秆覆盖试验研究的成果表明,秸秆覆盖能改善土壤物理性质,增加氮,磷,特别是有机质和速效钾含量,具有蓄水保墒,调节地温和减缓土壤水分,温度波动,降低田间杂草密度,调节土壤ｐＨ值,提高土壤生物活性的作用,对农田防护也重要意义,由于农田覆盖秸秆的综合生态效应,使作物产量得以显著提高。     

旱地冬小麦秸秆带状覆盖不同模式的水分效应

在黄土高原半干旱雨养条件下以露地种植为对照(CK),设置了4种玉米整秆带状覆盖方式:带状3行(MS3),带状4行(MS4),带状5行(MS5),带状6行(MS6),比较研究了不同带幅对冬小麦产量、土壤水分变化的影响。结果表明:适宜带幅(MS3、MS4)的秸秆带状覆盖能显著改善土壤水分状况并提高冬小麦产量和水分利用效率,MS3、MS4分别较CK增产69.1%、41.3%,水分利用效率提高88.1%、39.1%。MS3与MS4对土壤含水量在不同时期、不同土层均具有增墒和降墒的双重效应,但增墒效应更为突出,全生育期平均分别较CK提高土壤含水量1.00和0.35个百分点。MS3可以显著改善土壤水分在各生育时期各土层的分布情况,其在播种期~越冬期、返青期~孕穗期的供水效果,以及60cm以下土层对60 cm以上土层的水分补给效果均好于其它处理,有利于冬小麦生长、成穗,提高穗粒数,因此MS3更适合黄土高原半干旱雨养地区的冬小麦生产。     

半干旱栽培稻田不同秸秆覆盖材料的产量效应

采用田间观测的方法,分析了不同覆盖材料对半干旱栽培条件下杂交水稻田间茎蘖数、干物质积累和土壤水分的影响,探讨了不同覆盖材料的产量效应。结果表明:(1)在川西北丘陵旱区进行秸秆覆盖有利于增加非灌溉期田间土壤贮水量,提高田间茎蘖数;秸秆腐烂所释放的养分,缓解了稻田磷钾供应相对不足的现状,有效提高了杂交稻的结实率、有效穗数和千粒重;覆盖处理稻田0~0.5 m土层贮水量较不覆盖处理增加2%~13%,田间茎蘖数增加4%~15%,有效穗数增加4%~8%,结实率增加3%~7%,千粒重增加0.6%~1.7%。(2)在灌溉水源没有保证的丘陵旱区,将半干旱栽培与秸秆覆盖相结合,可有效提高杂交水稻产量。冈优725和D优363实收产量平均值在油菜荚壳覆盖、麦草覆盖和麦糠覆盖处理下分别较对照增加10.2%、7.0%和7.7%。     

不同秸秆覆盖量对旱地小麦生理生化特性的影响

为了阐明秸秆覆盖对小麦生理生化特性的影响,筛选出适宜豫西旱地小麦高产栽培的秸秆覆盖量,以豫麦49-198为材料,采用大田试验,设置5个秸秆覆盖量水平(不覆盖为对照(Ⅰ)、2 000 kg·hm-2(Ⅱ)、4 000 kg·hm-2(Ⅲ)、6 000 kg·hm-2(Ⅳ)、8 000 kg·hm-2(Ⅴ)),研究了小麦抽穗期后旗叶SPAD值和光合速率,可溶性糖、脯氨酸、可溶性蛋白质、丙二醛(MDA)含量及超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化物酶(POD)、过氧化氢酶(CAT)活性等生理生化特性和产量特征。结果表明:小麦抽穗后,在一定秸秆覆盖量范围内随覆盖量的增加,各处理总体表现为小麦旗叶SPAD值升高,净光合速率增强,可溶性糖、脯氨酸和可溶性蛋白质含量升高,MDA含量降低,SOD、CAT和POD活性增强,小麦产量增加;且秸秆覆盖处理,除MDA含量减少外,其余各指标均较对照有所增加,但覆盖量超过一定水平后,各指标增幅(降幅)不明显。处理Ⅳ的各指标均优于其它覆盖处理并与对照有显著差异。综合分析可知,在豫西旱地生态条件下,6 000 kg·hm-2为最佳秸秆覆盖量。     

玉米旱作栽培条件下不同秸秆覆盖量对土壤酶活性的影响

通过玉米旱作栽培条件下秸秆覆盖栽培定位试验,研究了不同秸秆覆盖量对土壤酶活性的影响.结果表明:秸秆覆盖可使土壤酶活性增加,蔗糖酶和碱性磷酸酶活性在9 000 kg/hm2 覆盖量下达到最高,在0～20 cm层蔗糖酶和碱性磷酸酶活性分别比对照(覆盖量0 kg /hm2)增加46.9%和9.0%,脲酶活性在13 500 kg/hm2覆盖量下最高,且在0～20 cm层脲酶活性较对照增加了3.9倍;脲酶、蔗糖酶和过氧化氢酶活性均随土层的加深而降低,而碱性磷酸酶活性各层间差异不显著.     

不同水分状况下秸秆覆盖量对玉米根、冠生长的影响

在遮雨棚控水条件下,采用盆栽的方式研究了不同秸秆覆盖量对玉米根、冠生长的影响.试验按对照(CK)和秸秆覆盖量0.3 kg/m2(SM0.3)、0.6 kg/m2(SM0.6)、0.9 kg/m2(SM0.9)、1.2 kg/m2.(SM1.2)共设5个处理,水分按高水(占田间持水量的90%)和低水(占田间持水量的60%)设两个水平.分别测定了玉米根、茎、叶、穗干重,根系垂直空间分布及叶片叶绿素相对含量等指标.结果表明:秸秆覆盖明显改变了玉米根系和地上部分的生长;高水条件下SM0.6处理玉米根系、茎秆、叶和穗干重均高于其它处理;低水条件下,地上部分干重SM1.2最大,SM0.6次之;根系的垂直空间分布与水分和覆盖条件都有密切的关系,覆盖措施主要影响下层根系的生长和发育.     

秸秆覆盖量和覆盖时间对党参生长及光合特性的影响

试验以露地不覆盖(CK1)和地膜露头覆盖(CK2)为双对照,设置了移栽覆盖(A1)和出苗覆盖(A2)2个覆盖时间,4 500 kg·hm~(-2)(B1)、7 500 kg·hm~(-2)(B2)、10 500 kg·hm~(-2)(B3)、13 500 kg·hm~(-2)(B4)4个覆盖量,采用二因素随机区组设计,研究了秸秆覆盖量和覆盖时间对党参农艺性状、经济性状、光合特性及产量等的影响。结果表明:党参秸秆覆盖的最佳覆盖时间为移栽覆盖,覆盖量以10 500～13 500 kg·hm~(-2)为宜;党参苗期株高在A1B3处理下最高,为9.75 cm,党参的根部干物质积累量在A1B3和A2B3处理下较多,分别为5.13 g和4.82 g;进行秸秆覆盖后,党参的叶面积增大,A1B4和A2B3处理较对照(CK1)分别增加80.86%和60.28%;秸秆覆盖党参光合作用增强,平均净光合效率分别较CK1和CK2增加46.83%和12.07%;平均胞间CO_2浓度较CK1降低了32.06%。同时研究表明,秸秆覆盖显著提高党参的产量,较CK1和CK2,增产分别达到27.21%和25.53%。     

旱作麦田秸秆覆盖的生态综合效应研究

研究了秸秆覆盖春小麦田土壤温度、水分、养分和微生物数量的变化趋势，结果表明：秸秆覆盖对表层(0～10cm)土温变化有明显的调节作用，在低温时有增温作用，高温时有降温作用；覆盖有一定的抑蒸保墒作用，可提高作物水分利用效率9．61％～20．93％，其保水作用主要发生在上层土体0～40cm，并随覆盖量的增加而增强；覆盖后0～40cm土体中土壤全N、全P在一个生长季节后变化不明显，但土壤有机质、速效钾含量有所增加；覆盖处理后小麦生育时期土壤细菌、放线菌和真菌的数量均高于对照，形成了不同时期新的土壤微生物区系，改变了土壤生物学活性。适量秸秆覆盖有利于寻求适宜作物生长发育的水热组合，具有良好的农田综合效应，可提高产量12．47％～29．63％。     

旱地冬小麦返青前秸秆覆盖的土壤温度效应

设置田间试验,研究旱地麦田秸秆覆盖的土壤温度效应,采用微型温度纪录仪连续24 h观测,获得了小麦返青前10 cm和20 cm深度土壤温度的系统数据.结果表明:秸秆覆盖使麦田冬前(11月21日～12月20日)和越冬前期(12月21日～1月20日)的昼夜平均温度显著升高;冬前和越冬前期,秸秆覆盖土壤10 cm温度在13∶00～17∶00之间低于无覆盖,其余时间高于无覆盖土壤,越冬后期,秸秆覆盖土壤10 cm温度在12∶00～23∶00之间低于无覆盖,其余时间则高于无覆盖;覆盖土壤20 cm温度在24 h内则始终高于无覆盖土壤(冬前和越冬前期);8∶00～10∶00覆盖与无覆盖温差最大.土壤20 cm昼夜平均温度均显著高于10 cm土壤;秸秆覆盖条件下20 cm与10 cm温差昼夜平均值在冬前显著低于无覆盖,在越冬期则稍高于无覆盖;秸秆覆盖显著降低土壤温度的变幅,土壤的升温速率和降温速率也显著低于无覆盖土壤.     

旱地春小麦不同覆盖栽培水肥效应研究

2002年在宁夏西吉县对旱地春小麦膜侧栽培技术及其膜下加盖秸秆和单纯秸秆覆盖栽培技术进行了试验研究。结果表明：这些技术措施都具有明显的节水增效作用,以膜下加盖秸秆效果最为突出。它不仅能改善土壤物理化学性状,平抑地温,提高降水利用率,而且增强了植株活力和群体动态发育,抑制田间杂草,增加土壤有机质,保证了农田土壤肥力的可持续提高。     

秸秆覆盖还田的整体功能效应与系列化技术研究

１９８９－１９９２年，在宁南山区黑垆土耕地采用裂区设计，通过定位主试验并辅以年度副试验，研究了秸秆覆盖还田的效应与技术。结果表明，秸秆覆盖还田具有蓄水保墒，平抑地温，保持水土，抑制杂草等覆盖效应和改善土壤结构，提高土壤有机质与矿质营养水平，增强土壤生物活性等培肥效应。４５００ｋｇ／ｈｍ＾２秸秆配施１．１％Ｎ素覆盖还田，４年粮油总产增加２９．８４％。覆盖方式，覆盖期，覆盖还田量及氮磷化配施构成秸秆覆     

秸秆覆盖下油菜间作紫云英的土壤微环境效应

为探索绿肥紫云英在我国西南地区旱地的应用前景，通过秸秆覆盖下种植紫云英，探讨其对土壤微环境的影响。结果表明：秸秆覆盖可显著提高10 cm土层农田土壤温度，在整个生育期内平均可提高0.11℃，同时间作紫云英显著提高了油菜苗期10 cm处的土壤温度，且在秸秆覆盖下表现更为明显；秸秆覆盖对0~5 cm土层土壤含水量和土壤电导率的影响较小，紫云英单作显著提高了0~5 cm土层土壤含水量，其平均土壤含水量为0.26 m³·m^-3，而紫云英油菜间作则降低了0~5 cm土层土壤含水量和土壤电导率，其平均土壤含水量和土壤电导率分别为0.24 m³·m^-3和0.16 dS·m^-1。另外，不同种植模式对农田土壤养分的影响主要体现在玉米季，而且种植紫云英对油菜季和玉米季的土壤养分综合评价均较好，秸秆覆盖下紫云英单作评价值最高，其中油菜季为1.101，玉米季为1.214。可见，西南旱地秸秆覆盖下种植紫云英可改善农田土壤水热环境，同时有较好的土壤养分综合评价效果。     

秸秆覆盖和灌水量对枸杞生长和水分利用效率的影响

为确定适宜引黄灌区枸杞灌溉生产模式,在甘肃省景秦县玉杰枸杞种植园进行了秸秆覆盖和灌水试 验研究。试验以三年生宁杞1号为研究对象,设秸秆覆盖下灌溉定额7 840 m³·hm^-2(T1)、6 270 m³·hm^-2(T2)、4 705 m³·hm^-2(T3)处理,无覆盖措施、灌溉定额为7 840 m³·hm^-2(CK)处理为对照,测定和分析了新梢生长量、耗水量、产 量和水分利用效率等指标。结果表明：(1)新梢生长量随灌溉定额的增大而增大,T1处理的新梢生长量显著高于 (P<0.05)其余处理,T3和对照CK处理差异不显著(P>0.05);(2)灌溉定额与枸杞干果产量没有呈现出正相关, 产量大小依次为：T2>T1>CK>T3,其中T2处理达到2 598.32 kg·hm^-2;(3)水分利用效率以T2处理最高,为2.32 kg·mm^-1·hm^-2,依次较CK、T1和T3处理提高了52.6%、24.7%和25.4%,差异显著(P<0.05);(4)T2处理的耗水量(1 121.36 mm)显著低于(P<0.05)CK和T1处理。灌溉定额为6 270 m³·hm^-2且采取秸秆覆盖处理是一种最优的枸杞节水增产水分管理模式。     

不同冬小麦品种对秸秆覆盖响应的差异

对6个冬小麦品种的秸秆覆盖试验结果表明,秸秆覆盖处理节水效应明显,但不同品种对秸秆覆盖的响应存在一定差异。在华北平原秸秆覆盖农田小气候条件下,8901和6365对春季低温效应不敏感。在节水的同时,可以增产,提高水分利用效率。水分利用效率高的品种总干物质累积以及干物质向穗、茎、叶的运转,与3种处理下品种产量水平水分利用效率的综合评价位次一致,即产量水平水分利用效率高的品种的总干物质累积,以及干物质在穗、茎、叶的累积在不覆盖充分灌溉处理、覆盖充分灌溉处理、和不覆盖亏缺灌溉处理情况下都较高,黄叶干物质累积规律与之相反。     

秸秆覆盖量对土壤水分利用及春玉米产量的影响

为了探明半干旱区秸秆覆盖栽培中适宜的秸秆覆盖量,在宁南旱区进行了春玉米栽培试验。试验设1.35、0.9、0.45和0万kg/hm24个覆盖量处理,分析了不同覆盖量对土壤水分、玉米产量及水分利用效率的影响。结果表明,4年玉米生育期覆盖量从高到低0～200 cm土层平均土壤贮水量分别较CK(无覆盖)高15.47、10.79 mm和6.26 mm(P<0.05)。试验期间,2009年玉米生育期降雨量最低(为266.1 mm),各处理依次较CK增产13.10%、17.37%和5.40%(P<0.05);2010年玉米生育期降雨量最高(为433.6 mm),各处理依次较CK增产3.91%、7.58%(P<0.05)和1.70%。0.9～1.35万kg/hm2覆盖量增产效果明显,4年平均比CK增产14.23%～12.03%,水分利用效率提高了10.64%～8.87%。宁南旱区,0.9万kg/hm2秸秆覆盖量能更好地蓄水保墒,促进农田土壤水分良性循环,且对提高玉米产量和水分利用效率有显著效果。     

滴灌下秸秆覆盖与灌水量对华北冬小麦土壤水分的影响

试验于2014—2015年在北京市大兴区进行,以冬小麦为研究对象,以秸秆覆盖和灌水量为处理,对各小区棵间蒸发量(E)、土壤各层含水率(θ)、土壤表层温度(Tc)、叶面积指数及产量等指标进行实测与分析。结果表明:滴灌条件下湿润带E普遍高于干燥带,全观测期平均高出16.45 mm,较强降雨后干燥带E的波动更剧烈;秸秆覆盖可以有效减少各生育期E,低、中、高灌水量处理下秸秆覆盖比未覆盖处理分别减少20.45%、24.77%、19.14%,但在较强降雨后秸秆覆盖处理E波动更剧烈,不同灌水量对E影响不显著;低灌水量时,秸秆覆盖对灌溉水有明显的截留作用,中、高灌水量时则起到明显的保墒作用;整个观测期,E/ET先变小再变大,灌水量差异对E/ET影响显著,低、中、高灌水量下均值分别为29.71%、25.64%、21.38%;秸秆覆盖和未覆盖相比三种灌水处理E/ET分别减少8.93%、3.01%、0.44%。水分利用效率秸秆覆盖处理要普遍高于未覆盖处理,并与灌溉定额之间呈负相关。整体来看,中灌水量秸秆覆盖处理的产量和水分利用效率均较优,适合当地冬小麦滴灌种植。     

秸秆覆盖量对旱作小麦耗水特性及土壤性质的影响

为了解秸秆覆盖量对旱作小麦耗水特性和土壤性质的调控作用,在宁夏南部半干旱区连续两年进行了0(CK),3 000,6 000,9 000 kg·hm~(-2)四种不同秸秆覆盖量处理的栽培试验。结果表明:随着覆盖量的增加,小麦在各个生育阶段的耗水量逐渐减少,3 000,6 000 kg·hm~(-2)和9 000 kg·hm~(-2)覆盖量处理的小麦全生育期的平均耗水量较CK分别减少了12.7%,21.6%和27.5%,秸秆覆盖量与耗水量呈显著负相关(P0.01);进行秸秆覆盖以后,土壤的蓄水保墒能力得到明显提升,3 000,6 000 kg·hm~(-2)和9 000 kg·hm~(-2)覆盖量处理的小麦收获后土壤平均含水量较CK分别增加了13.1%,19.8%和26.1%;小麦的水分利用效率以覆盖量为9 000 kg·hm~(-2)的处理最大,水分利用效率较CK增加了42.4%(P0.01);不同覆盖量处理的小麦平均产量较CK增加了2.9%~16.7%,仅覆盖量为3 000 kg·hm~(-2)的处理较CK差异达到显著水平(P0.01);秸秆覆盖对表层土壤(0~10 cm)的温度变化有明显的调节作用,能够降低地温的日振幅,避免了地温的剧烈变化,能有效缓解地温的激变对作物根部产生的伤害。秸秆覆盖能够改善土壤肥力,提高土壤中碱解氮、速效钾和有机质的含量,而且有利于作物对土壤磷素的吸收。     

黄土坡面不同土地利用与覆盖方式的产流产沙效应

研究不同地类坡地产流产沙规律,对定量评价林草措施的水土保持效益具有重要的意义。利用布设在山西省吉县蔡家川流域的10个径流小区资料,分析了不同土地利用/覆盖方式对产流产沙的影响,研究结果表明:草地拦蓄暴雨功能明显小于灌木与乔木林地;农地(坡耕地)是坡面侵蚀的主要土地利用类型,天然灌木林与混交林的防蚀功能明显大于人工纯林;水土保持林地拦蓄径流明显大于经济林。     

秸秆覆盖对农田黑土春季地温的影响

通过黑土区田间长期定位试验,研究了秸秆覆盖度对太阳反射和土壤含水量的影响,进而探讨了其对土壤温度的调控作用。在作物出苗前,秸秆覆盖度免耕(覆盖度70%)>少耕(覆盖度10%)>旋松(覆盖度0%)。研究结果表明:免耕、少耕和旋松的累计反射强度依次递减,反射辐射强度越大土壤温度越低;免耕具有较高的质量含水量,质量含水量均与地温存在显著的负相关关系。