保护性耕作下黑土水热动态研究

通过连续监测东北典型黑土耕作长期定位试验下的土壤含水量和温度,研究了保护性耕作措施下农田黑土水热动态规律。结果表明:免耕秸秆覆盖(NTS)可显著提高0~50 cm土层水分含量,其中免耕在0~20 cm土层平均土壤体积含水量最高值分别比少耕(RT)和传统(CT)高3%~10%,尤其是可提高作物播种期表层土壤含水量。0~10 cm土层深度范围内RT土壤温度均高于NTS和CT,其中5 cm土层土壤温度日平均最高值较NTS和CT分别高3.04℃和5.27℃。三种耕作措施下的水热动态表明,少耕是我国东北旱作黑土区最佳的保护性耕作措施。     

不同耕作措施对旱地农田土壤物理特性的影响

通过在山西寿阳地区设置的田间试验,分析比较秸秆还田、免耕覆盖、浅旋耕和常规耕作等4种耕作措施不同时期土壤紧实度、容重、入渗速率、土壤含水量以及土壤温度的变化情况,以了解各耕作措施对旱地农田土壤物理特性的影响程度。结果表明,秸秆还田措施除引起旱地农田土壤入渗速率显著降低外,其他物理特性与常规耕作基本一致;免耕覆盖措施对旱地农田土壤物理特性的影响最大,可导致0~10 cm表层土壤紧实度和容重显著增加,土壤入渗速率在播前显著降低,但随着生育期推进与其他处理间差异逐渐减小,蓄水保墒效果显著,同时会引起土壤温度显著降低,播前较常规耕作平均降低2.0℃;浅旋耕措施则在改善表层土壤紧实度,增加土壤入渗速率方面较秸秆还田和免耕覆盖措施要好,土壤含水量显著高于其他处理,较常规耕作措施平均能提高10%,但同时会引起40~60 cm土层土壤容重增加。     

不同保护性耕作措施对黄土高原旱作农田土壤物理结构的影响

选取黄土高原半干旱区连续4年进行保护性耕作的玉米样地,定位试验,研究了不同耕作方式对耕层土壤理化性质的影响。结果表明:免耕秸秆覆盖(NTS)可显著降低0~5 cm表层土壤容重,传统耕作秸秆粉粹还田(TS)和NTS处理可显著降低5~10 cm、10~30 cm土层的土壤容重;NTS处理可显著增大0~5 cm表层土壤孔隙度,TS和NTS处理可显著提高5~10 cm1、0~30 cm土层的土壤孔隙度;NTS处理可显著降低各层土壤的坚实度,其它处理对表层0~5 cm无显著影响,免耕无秸秆覆盖(NT)处理显著增加了5 cm以下的土壤坚实度;NTS处理0~5 cm表层土壤水分入渗率显著加强,而NT处理则显著减弱;土壤水稳性大团聚体含量均为:NTSNTTS传统耕作(T)。本试验中NT处理对土壤结构的改良效应不明显,NTS处理对于黄土高原土壤结构改良效果最佳。     

豫西旱坡地长期定位保护性耕作研究——Ⅱ.连年免耕和深松覆盖对麦田土壤温度的影响

通过田间长期定位试验,采用温度记录仪全年连续观察0、5、10、30 cm深度土壤温度的系统数据,研究分析豫西旱作区坡耕地保护性耕作土壤温度效应。结果表明:与传统耕作比,(1)0~30 cm平均土壤温度周年的变化,深松覆盖和免耕覆盖具有稳定地温的效果。1~12月免耕覆盖和深松覆盖较高,6~9月份明显偏低。(2)深松覆盖和免耕覆盖土壤表层温度表现出"高温时降温,低温是增温"的效果。随着土层的加深,这种效果减弱。15cm土层,免耕覆盖和深松覆盖从冬小麦播种至拔节,表现低温效应;深松覆盖在夏休闲高温期呈现出增温现象。(3)免耕覆盖和深松覆盖对冬小麦生长发育前期有抑制作用,地上部表现为株高降低,分蘖和主茎叶龄减少,地下部表现为次生根数减少,耕层(0~20 cm)根重减轻,干物质积累速度缓慢。拔节后,两种保护性耕作处理下的冬小麦生长发育加快,至抽穗期除分蘖外,其余各项指标逐渐赶上并超过传统耕作。     

免耕秸秆覆盖对旱作麦田土壤温度的影响

通过2001~2004年的大田试验研究了免耕秸秆覆盖对黄土高原西部旱地麦田土壤温度的影响。结果表明,土壤温度与气温关系密切;雨季土壤贮水多会导致土壤比热增大而来年早春地温回升慢;免耕秸秆覆盖与传统耕作的地温差不受天气状况的影响。与传统耕作相比,免耕秸秆覆盖可以稳定土壤温度,白天升温较慢,下午至夜间降温更慢。免耕秸秆覆盖降低春小麦全生育期的平均温度0.5℃~1.6℃,拔节至成熟期降低得更多,但对休闲期土壤温度影响不大。免耕秸秆覆盖春小麦经济产量可提高8.8%~28.8%,但产量与耕层平均地温无明显相关性。     

辽西干旱半干旱区免耕行间深松培土对土壤水分及玉米产量的影响

为了探究免耕行间深松培土(集成模式)对辽西干旱半干旱区土壤水分、水分利用效率及玉米产量的影响,依托辽宁省北票市蒙古营乡沈阳农业大学定点试验田,通过监测土壤水分和玉米产量,探讨不同耕作方式(旋耕CK、深松、翻耕、免耕秸秆覆盖、集成模式)对干旱半干旱区春玉米地土壤水分、产量、水分利用效率以及经济效益的影响。结果表明:(1)免耕秸秆覆盖能显著提高0～60 cm土层土壤含水量,相比于旋耕(CK),生育期内各层次的土壤含水量平均值增幅为19.49%～29.21%;(2)中耕深松培土后至成熟期的0～60 cm各层次的土壤含水量平均值集成模式(14.51%～17.07%)显著高于免耕秸秆覆盖(13.78%～15.32%),增幅为5.30%～17.07%,尤其10～40 cm土层增幅为12.11%～17.07%;(3)2019年播种前未降雨时,相比于旋耕(CK),免耕秸秆覆盖和集成模式大幅提高了0～10 cm和10～20 cm土层的土壤含水量,其中0～10 cm和10～20 cm土层土壤含水量为集成模式13.15%和14.12%、免耕秸秆覆盖11.30%和13.04%,在无降雨条件下,集成模式的土壤墒情优于免耕秸秆覆盖,能满足玉米出苗;(4)水分利用效率(kg·hm~2·mm~(-1)):2018年集成模式(33.27)深松(31.74)免耕(28.65)旋耕(28.60)翻耕(27.85),2019年集成模式(30.28)免耕(25.79)深松(25.44)翻耕(25.09)旋耕(23.18);(5)集成模式2018年产量为10 980.28 kg·hm~(-2),2019年产量为15 450.10 kg·hm~(-2),两年均显著高于其他耕作方式,相比旋耕(CK)分别增产18.93%和31.75%;(6)集成模式2018年和2019年的经济效益都是最高水平,相比旋耕(CK),集成模式2018年的利润增加量为3 321.16元·hm~(-2),2019年增加量为7 074.97元·hm~(-2)。通过两年的试验,综合来看集成模式效果最佳。在辽西干旱半干旱区该集成模式部分打破了犁底层,有效吸纳了降水,具有良好的抗旱保墒能力,缓解了该地区的春旱,提高了农田水分利用效率和玉米产量。     

不同保护性耕作对渭北旱塬麦玉轮作田肥力和产量的影响

2007～2010年在渭北旱塬实施了冬小麦-春玉米轮作模式连续保护性耕作定位试验,研究了秸秆覆盖免耕、秸秆覆盖深松和秸秆还田翻耕等不同保护性耕作方式和平衡施肥、无肥(或低肥)和常规施肥处理组合对土壤养分、WUE和作物产量的影响.结果表明:随着保护性耕作年限延长,0～40 cm土层土壤养分含量显著增加;有机质含量由研究初...     

半干旱区夏闲期不同耕作方式对土壤水分及小麦水分利用效率的影响

在宁南旱平地进行了夏闲期深松、免耕及传统翻耕(对照)对土壤水分及后作冬小麦水分利用效率影响的研究结果表明,夏闲期深松和传统翻耕能有效地蓄雨保墒,提高旱平地冬小麦播前的土壤贮水量,深松和翻耕土壤蓄墒率极显著高于免耕处理,深松处理较翻耕高0.79%;夏闲期末深松处理0～200 cm土壤贮水量(310.78 mm)分别较免耕、传统翻耕高8.23 mm、1.61 mm.深松和免耕较传统翻耕显著改善了冬小麦苗期的土壤水分状况,对越冬期0～60 cm耕层土壤水分状况的改善有利于冬小麦的越冬.苗期0～200 cm土壤贮水量深松、免耕分别较传统翻耕(351.05 mm)高35.9 mm、28.8mm,不同的耕作处理对后作冬小麦苗期的土壤水分影响差异主要在80 cm以上土层.冬小麦返青期降雨主要使0～80 cm土层土壤贮水量有所增加,处理间的差异减小.夏闲期深松处理能有效地增加对降雨的蓄保能力,提高旱地冬小麦播前及整个生长阶段0～200 cm的土壤贮水量.不同耕作方式的冬小麦产量以夏闲期翻耕处理最高(3 475.9 kg/hm2),与深松处理(3 322.0 kg/hm2)无显著差异,免耕显著低于其它2种耕作处理;水分利用效率以翻耕最高[14.12 kg/(hm2·mm)],深松次之[13.62 kg/(hm2·mm)],免耕处理显著低于前二者[10.64 kg/(hm2·mm)].     

不同耕作方式对黑土农田土壤水分及 利用效率的影响

在土壤耕作长期定位试验的基础上,研究了免耕秸秆覆盖(NT)和少耕(RT)对东北黑土区农田土壤水分及利用效率、玉米产量及特性的影响。结果表明:在作物生长季3种耕作措施土壤剖面含水量整体上呈先降低后增加的变化趋势,各时期20～40 cm土层含水量均较低。免耕可显著提高0～90 cm土层土壤含水量,90 cm土层以下三种措施土壤含水量差异逐渐降低,到190 cm土层差异不明显。土体储水量主要受降雨及不同耕作措施的影响,在干旱的春季以及降水量较少的秋季土体储水量较低,表现为:免耕>传统>少耕,而在降水量较大时土体储水量相应增加,表现为:少耕>免耕>传统。3种耕作措施下玉米叶面积指数变化趋势一致,总体表现为:传统>少耕>免耕,其中传统和少耕最高分别比免耕高0.22和0.26。在生长季少耕蒸散量最高。传统耕作玉米籽粒产量和水分利用效率分别较免耕和少耕高30%和17%,29%和11%,籽粒产量均存在显著性差异(P<0.05),表现为:传统>少耕>免耕,所以对于玉米而言,在该区不适宜实施免耕秸秆覆盖和少耕这两种保护性耕作体系。     

黄土高原旱地不同保护性耕作措施对马铃薯田土壤水温效应及产量的影响

设计实施了黄土高原西部旱农区马铃薯传统耕作(T)和五种保护性耕作措施:垄上覆膜沟内覆草摆种(PDSS)、垄上覆膜沟内覆草浅播(PDSSH)、垄上覆草摆种(RSS)、平作覆草摆种(FSS)和垄上不覆膜沟内覆草摆种(DSS)的大田对比试验,对不同耕作措施下各层次土壤水分、地温及产量进行了研究.结果表明:马铃薯免耕秸秆覆盖能明显改善0～80 cm土壤贮水量,特别是对0～30 cm土壤贮水量的影响尤为突出;与传统耕种相比,免耕秸秆覆盖可以降低各个土壤测定层的日均积温(≥0℃),并能在晴天14∶00时有效降低结薯层的温度,结薯层的温度FSS为27～29℃,PDSSH为21～28.5℃,较传统耕种的27～32℃略低,降低了高温对马铃薯生长的不利影响;免耕秸秆覆盖除RSS外,出苗率和产量均高于传统耕种,且FSS的产量最高,达27 468.3 kg/hm2,较传统耕种增产30.05%.     

河西绿洲区保护性耕作对土壤微生物量C和有机质的影响

试验设20 cm留茬压倒(NPS20)、40 cm留茬压倒(NPS40)、40 cm立秆(NS40)、20 cm立秆(NS20)、6 750 kg/hm2覆盖(NSB40)和3750 kg/hm2覆盖(NSB20)和传统耕作(CT)7个处理,研究了不同秸秆覆盖量、留茬高度和秸秆处理对土壤有机质、土壤微生物量C和作物产量的影响.结果表明:土壤微生物量C含量随季节变化表现为播种前最高,收获后最低;不同时期土壤操作措施对土壤微生物量C的影响不同.从播种期开始,保护性耕作土壤有机质含量大于传统耕作,且保护性耕作各处理土壤有机质随土层深度的增加而递减,而传统耕作各层次之间无差异;保护性耕作提高了春小麦的产量:NPS20、NPS40、NS40、NS20、NSB40和NSB20较CT分别增产53.08%、46.59%、40.81%、19.93%、17.33%和4.34%.     

免耕对土壤物理性质及作物产量的影响

在位于黄河流域半干旱区清水河县,设置免耕不同轮作方式对土壤物理性质及作物产量的影响试验。对免耕不同耕作方式下,土壤团粒结构、总孔隙度、水热变化及作物产量进行了测定。结果表明:经3 a的免耕+轮作后,土壤团粒结构,总孔隙度和水分含量均有逐年增加的趋势,其中留茬覆盖处理尤为明显。秸秆覆盖处理土壤团聚体在0.25~0.5 mm之间含量最高;常规耕作与留茬不覆盖在0.1~0.25 mm之间达到最高值。说明,留茬覆盖有利于形成大粒径的团聚体颗粒,留茬不覆盖处理对于土壤微结构的形成有良好的促进作用。同时,土壤总孔隙度在不同年际间均表现为留高茬覆盖留低茬覆盖留高茬留低茬常规耕作,可见,免耕不同轮作方式对土壤的改善有一定的积极作用。实施免耕的前2 a,作物产量不稳定,甚至造成减产,第3年免耕增产效应有所显现。     

保护性耕作对旱地麦田土壤酶活性的影响

通过在陇中黄土高原半干旱区设置的田间定位试验,研究了5种保护性耕作措施与传统耕作方式对旱地麦田土壤酶活性的影响.结果表明:不同耕作处理下过氧化氢酶活性均随耕作层的加深而递减;脲酶、碱性磷酸酶、蔗糖酶活性表现为三种翻耕处理(T,TS,TP)随土层的加深呈先增加后降低的趋势,而三种免耕处理(NT,NTS,NTP)随土层的加深而递减;与传统耕作(T)相比,免耕秸秆覆盖处理(NTS)下过氧化氢酶活性升高11.74%,脲酶活性升高17.60%,碱性磷酸酶活性升高43.99%,蔗糖酶活性升高40.22%;另外,就产量表现而言,免耕秸秆覆盖(NTS)是传统耕作(T)的1.68倍,统计分析差异显著(P＜0.05).可见,在黄土高原西部旱农区实施免耕秸秆覆盖的保护性耕作措施,既有利于作物产量的提高,也可以改善耕层土壤酶活性.     

免耕覆盖夏玉米耗水特性及土壤环境变化研究

2002～2003年在西北农林科技大学灌溉试验站夏玉米田进行了小麦秸秆不同覆盖量的大田试验.通过不同覆盖处理对夏玉米的耗水特性及土壤水热环境变化影响的研究,表明采用完全覆盖可使作物耗水减少27.6%、产量增加21.22%、1 m土壤含水率提高37%,覆盖焚烧处理耗水量高于免耕覆盖10%～41%.另外,利用秸秆免耕覆盖比覆盖焚烧土壤的速效氮、速效磷、速效钾均有所提高.最后,从节约资源和改善环境污染的角度分析了秸秆覆盖对土壤环境的影响.     

四川盆地丘陵区秸秆还田少免耕对土壤水分特征的影响

四川盆地丘陵区季节性干旱严重,为了阐明秸秆还田少免耕对土壤持水保水性能的影响和抗旱节水效果,采用压力膜法,测定了4年定位试验田的土壤水分及其能态变化特征.结果表明:秸秆还田少免耕土壤水吸力与土壤含水量之间具有明显的幂函数关系,可用幂函数方程θ=a S~b进行拟合;秸秆还田免耕增加了10～20 cm土层通气空隙的当量孔径,降低了无效空隙的当量孔径,改善了心土层土壤结构;秸秆还田提高稻田耕层土壤持水性能,增加土壤水分库容量;秸秆还田后通过增加土壤有机质提高了土壤毛管空隙含量,提高土壤有效水含量;秸秆还田提高土壤耐旱性能和供水能力,不同耕作方式的耐旱性秸秆还田免耕优于秸秆还田间耕.     

绿洲农田土壤团聚体组成及有机碳和全氮分布对秸秆还田方式的响应

通过田间定位试验，在甘肃干旱灌区，研究了不同小麦秸秆还田方式(NTSS: 25~30 cm 高茬收割立茬免耕; NTS: 25~30 cm高茬秸秆覆盖免耕; TIS: 25~30 cm 高茬秸秆深翻耕; CT: 传统不留茬深翻耕—对照) 对农田土壤团聚体及有机碳和全氮分布特征的影响，以期为优化试区种植模式与提高农业可持续发展提供依据。结果表明：免耕秸秆还田处理(NTSS、NTS)≥0.25 mm团聚体含量较高，与CT相比，在0~10、10~20、20~30 cm土层分别提高5.4%与12.5%、13.3%与14.1%、11.1%与19.2%，以NTS提高幅度较大。NTSS、NTS提高了0~10、20~30 cm土壤团聚体的平均重量直径，较CT处理分别提高6.7%与11.6%、7.6%与8.1%，以NTS提高效果最明显。NTSS、NTS处理土壤有机碳和全氮含量均高于 CT 处理，在0~10、10~20、20~30 cm土层，有机碳含量分别增大8.1%与13.3%、7.4%与11.4%、7.8%与12.8%；全氮含量分别提高14.6%与17.9%、14.5%与17.9%、16.2%与20.5%，同样，以NTS提高土壤有机碳及全氮程度较大。各级别团聚体中有机碳和全氮含量均随土层深度增加而减小，团聚体中有机碳和全氮含量随团聚体直径减小而增加，NTS处理在各土层各级别团聚体均保持较高的土壤有机碳及全氮含量。因此，前茬小麦25~30 cm秸秆覆盖免耕还田是干旱灌区增强土壤团聚体形成、提高土壤有机碳及全氮含量的适宜栽培措施。     

施肥对旱作免耕土壤酶活性与CO_2排放量的影响

通过对不同施肥处理的免耕土壤酶活性和CO2排放通量测定分析,研究北方农牧交错区施肥对旱作免耕农田土壤酶活性、CO2排放量的影响及其相互关系,为提高土壤质量、实现固碳减排和可持续利用提供理论依据。结果表明:免耕施肥土壤酶活性和CO2排放通量高于不施肥处理;氮肥对脲酶、碱性磷酸酶、蔗糖酶活性和CO2排放通量的增加影响最大,其次是磷肥,钾肥最小;过氧化氢酶活性的增加受钾肥影响最大,磷肥次之,氮肥最小;氮磷或氮磷钾肥配施更能增加土壤酶活性和CO2排放通量,单施钾肥土壤过氧化氢酶活性高于氮磷肥配施。蔗糖酶和脲酶活性与土壤CO2排放量呈显著正相关,碱性磷酸酶和过氧化氢酶与土壤CO2排放量之间相关性不显著。     

Suppression of weeds and weed seeds in the soil by stubbles and no-tillage in an arid maize-winter wheat-common vetch rotation on the Loess Plateau of China

Reduced tillage provides ecological and economic benefits to arable land on the Loess Plateau of China, where soil erosion has long been a serious problem and soil water availability is largely restricted. However, high abundances of weeds in reduced tillage systems cause significant yield losses. In this study, we explored the effects of no-tillage and stubble retention on the number and density of weeds and weed seeds in a 12-year maize-winter wheat-common vetch rotation on the Loess Plateau. Four treatments including conventional tillage, no-tillage, conventional tillage+stubble retention and no-tillage+stubble retention were designed and applied. We found that no-tillage increased the number of weed species and weed density in most of the crops, while stubble retention decreased weed density in maize and tended to suppress weeds in both no-tillage treatments(no-tillage and no-tillage+stubble retention). No-tillage led to an increase in the number of weed species in the weed seedbank and tended to increase seed density during the spring growth of winter wheat, but it decreased seed density during post-vetch fallow. Stubble retention tended to reduce seed density during the spring growth of winter wheat and post-vetch fallow. We concluded that no-tillage can promote weeds in the experimental crop rotation, while stubble retention suppresses weeds in untilled fields. The combined effects of stubble retention and no-tillage on weed suppression varied among the three crops. Based on these results, we recommend stubble retention in untilled legume-crop rotations on the Loess Plateau to improve the control of weeds.     

辽西易旱区不同耕作方式对土壤物理性能的影响

比较了不同耕作方式对土壤水分、温度、容重、孔隙性状和养分的影响。结果表明,保护性耕作有抑制蒸发保墒作用,分别表现在苗期0-20cm土层以及作物生长发育后期40cm以下土层,提高了水分利用率,其中留茬覆盖可以比传统耕作提高16.53%,增产幅度可达13.56%;保护性耕作的土壤温度低于传统耕作,尤其留茬覆盖表现最为明显,其降低土壤温度的效应主要发生在苗期和土壤表层;保护性耕作方式提高了毛管孔隙度,提高了涵养水分的作用,但土壤容重的增加影响作物的播种和出苗;保护性耕作对土壤有机质和速效养分的变化有着一定的影响,但各种方式间差异不显著;在辽宁省西部干旱和半干旱地区建议采用以留茬覆盖为主的保护性耕作方式。