耕作方式对土壤活性有机碳和碳库管理指数的影响

基于在黄土高原半干旱地区的典型代表—定西市安定区连续进行6 a的保护性耕作试验,研究了不同耕作方式对土壤总有机碳和活性有机碳的影响,并对各处理的碳库活度(A)、碳库活度指数(AI)、碳库指数(CPI)和土壤碳库管理指数(CMPI)进行了计算。结果表明:与传统耕作不覆盖(T)相比,免耕秸秆覆盖(NTS)、传统耕作结合秸秆还田(TS)和免耕不覆盖(NT)有利于土壤总有机碳含量和活性有机碳含量的提高,并且有随着土层深度的增加而递减的趋势;NT、NTS和TS有助于提高0～5 cm土层土壤活性有机碳占土壤总有机碳的百分率,尤以NTS处理的效果最为明显,说明NTS处理的土壤碳素活性大、易转化;对碳库各项管理指数来说,总体上秸秆覆盖或还田的贡献大于耕作措施,说明对土壤进行秸秆覆盖或还田有利于土壤碳库管理指数提高。     

不同耕作措施对(土娄)土土壤有机碳形态及活性的影响

为了探明不同耕作措施对土壤有机碳形态和活性的影响,以关中地区小麦、玉米轮作条件下,历时7 a不同耕作方式(深松、旋耕、免耕、传统耕作)的定位试验为研究对象,测定了不同土层土壤的总有机碳,高、中活性有机碳含量以及松结态、稳结态、紧接态有机碳含量,并计算了松结态有机碳与紧结态有机碳的比值(松/紧)。结果表明,与传统耕作比较,在小麦秸秆高留茬情况下,无论玉米秸秆是否还田,旋耕、深松和免耕处理均既能提高土壤有机碳含量,又能提高土壤的活性有机碳和松结态有机碳含量,并提高松结态有机碳与紧结态有机碳的比值,而深松和旋耕的效果比免耕明显,是关中地区比较理想的耕作模式。     

不同耕作措施下陇中黄土高原旱作农田土壤活性有机碳组分及其与酶活性间的关系

通过设置在陇中黄土高原半干旱雨养农业区15年的不同保护性耕作措施长期定位试验,研究了传统耕作(T)、免耕(NT)、免耕结合秸秆覆盖(NTS)、传统耕作结合秸秆还田(TS)4种不同耕作措施下不同土层的土壤总有机碳、土壤活性有机碳、土壤微生物量、碳库管理指数和土壤蔗糖酶、淀粉酶、纤维素酶和过氧化物酶等4种参与碳循环土壤酶,并分析了土壤有机碳及其活性碳组分与土壤酶之间的相关关系。结果表明:0~30 cm土层,NTS处理可显著提高土壤有机碳、土壤活性有机碳、土壤微生物量碳及碳库管理指数,分别较T处理增加了16.3%、28.26%、41.88%、37.04%,NT、TS处理较T处理各指标也均有不同程度提高;在0~30 cm土层,NTS、TS、NT处理与T处理相比,蔗糖酶分别提高了33.84%、21.59%、25.15%,淀粉酶活性分别提高了20.90%、13.43%、12.69%,纤维素酶活性分别提高了39.13%、17.39%、4.34%,过氧化物酶活性分别提高了7.81%、2.08%、3.65%;土壤蔗糖酶、淀粉酶、纤维素酶、过氧化物酶与各形态有机碳及碳库管理指数均表现为显著或极显著正相关关系;蔗糖酶活性增加对有机碳积累作用最显著,有助于土壤总有机碳、活性有机碳、微生物量碳含量提高,土壤纤维素酶对土壤总有机碳和活性有机碳含量的增加有促进作用,过氧化物酶有利于总有机碳的积累。免耕结合秸秆覆盖是适宜该地区农田生态系统健康稳定发展,减少碳库损失的重要途径。     

不同土地利用方式下秦王川灌区土壤活性有机碳库的变化

研究了秦王川灌区耕地、果园地、荒草地3种土地利用方式下的土壤有机碳及易氧化碳、微生物量碳、水溶性有机碳。结果表明:3种土地利用方式土壤有机碳及3种活性有机碳含量均表现为耕地果园地荒草地。不同土地利用方式土壤活性有机碳含量均随着土层加深而递减。土壤易氧化碳、微生物量碳、水溶性有机碳分配比例为耕地果园地荒草地,土壤活性有机碳的分配比例随土层加深而降低。不同土地利用方式下,土壤水溶性有机碳的分配比例随土层加深表现出先上升后下降的趋势。耕地和果园地20-40cm土层与0-20cm土层相比,其土壤易氧化碳分配比例有所下降,与40-60 cm土层相比,其分配比例略有升高,而荒草地土壤易氧化碳随土层加深而小幅度下降。微生物量碳的分配比例随土层加深而下降。     

连续14年保护性耕作对土壤总有机碳和轻组有机碳的影响

依托于2001年布设在陇中黄土高原半干旱雨养农业区的保护性耕作定位试验,于2014年测定了5种保护性耕作(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)和传统耕作T处理下小麦-豌豆双序列轮作中表层土壤(0~5、5~10、10~30 cm)总有机碳(SOC)和轻组有机碳(LFOC)在作物生育期前后的变化。结果表明:土壤总有机碳和轻组有机碳在土壤剖面上均随着土层深度的增加而降低;相比传统耕作T,NTS和TS处理能显著提高0~30 cm土层中SOC、LFOC的含量,在作物播种前较T分别提高了19.51%、64.58%和13.36%、42.08%,在收获后分别提高了28.00%、85.37%和18.61%、77.82%,而SOC、LFOC含量NT和TP处理与T处理间差异不显著;从作物播种前至收获后,各处理下0~30 cm土层SOC含量均有减小趋势,其中NTS和TS处理变化量最小,NT和TP处理加大了作物生育期间SOC和LFOC的消耗;LFOC可以灵敏地反应出土壤有机碳的变化。因此,在该区推行以免耕、秸秆覆盖为主的保护性耕作措施更有利于碳的积累和土壤质量的改善,促进该区农业的可持续发展。     

保护性耕作措施对西南旱地玉米田土壤有机碳、氮组分及玉米产量的影响

针对西南地区季节性干旱多发、土层浅薄、水土流失严重等问题,以"蚕豆/玉米/甘薯"旱三熟种植模式下玉米田为研究对象,设置平作+无秸秆覆盖(FT)、垄作+无秸秆覆盖(RT)、平作+半量秸秆覆盖(FH)、垄作+半量秸秆覆盖(RH)、平作+全量秸秆覆盖(FW)、垄作+全量秸秆覆盖(RW)6个处理开展田间试验,分析了玉米田土壤有机碳、氮组分对不同保护性耕作措施的响应规律。结果表明:土壤有机碳、全氮含量的土层分布特征均表现为0～10 cm10～20 cm。同一生育期内,垄作和适量的秸秆覆盖均能增加土壤有机质含量,且能减少氮组分的流失;全量秸秆覆盖不利于土壤有机碳的增加与氮组分的固定。垄作较平作、秸秆覆盖较无秸秆覆盖更有利于提升土壤有机碳含量和减少土壤氮含量的损失。各处理中,RH处理对总有机碳、易氧化有机碳、颗粒有机碳、水溶性有机碳、全氮含量均能产生明显的促进作用,各组分在成熟期玉米田0～10 cm土层中的含量相较于移栽前分别显著增加5.1%、39.2%、38.5%、18.8%、8.7%。此外,RH能有效减缓水溶性氮的流失,其流失量为FT的45.57%。活性有机碳与总有机碳极显著正相关(P0.01),可以表征总有机碳;玉米产量与土壤有机碳、氮之间存在正相关关系。垄作+半量秸秆覆盖(覆盖3 750 kg·hm~(-2)蚕豆秸秆)在西南旱地能产生显著的增碳固氮效应,且具有一定增产效应,有利于保护农田生态环境、提高农业生态效益。     

陇中旱地不同保护性耕作方式表层土壤结构和有机碳含量比较分析

在陇中黄土高原半干旱区进行保护性耕作定位试验,研究了不同保护性耕作措施对表层土壤结构和有机碳含量的影响。结果表明:与传统耕作(T)、传统耕作结合秸秆还田(TS)相比,免耕秸秆覆盖(NTS)土壤容重在作物生长期保持稳定;虽然两种序列NTS处理土壤总孔度较低,但其>30μm的非毛管孔度显著高于其它三种处理,W→P→W序列(2002年小麦→2003年豌豆→2004年小麦)NTS处理分别比T处理、TS处理和NT处理提高3.605%、4.749%、3.338%;P→W→P序列(2002年豌豆→2003年小麦→2004年豌豆)NTS处理分别比T处理、TS处理和NT处理提高2.834%、4.023%、2.728%;就大团聚体(>0.25 mm)含量而言,W→P→W序列下T处理、TS处理、NT处理和NTS处理分别为7.412%、9.493%、9.098%、10.577%,P→W→P序列下分别为7.600%、10.027%、8.085%、9.933%,且统计分析表明两种序列下NTS处理均与T和TS两处理差异显著。同时发现,NTS处理可显著增加土壤有机碳含量,两种序列下分别比T处理增加0.958 g/kg和1.045 g/kg,而单一的免耕(NT)或覆盖(TS)效果并不显著。     

地表覆盖对黄土高原土壤有机碳及其组分的影响

基于中国科学院长武黄土高原农业生态实验站2008年开始田间定位试验资料，分析研究秸秆覆盖与地膜覆盖对黄土高原土壤有机碳（SOC）及其组分的影响，试验包括5个处理：对照不覆盖（CK）、作物生育期9000 kg ·hm-2秸秆覆盖（M1）、作物生育期4500 kg·hm-2秸秆覆盖（M2）、夏闲秸秆覆盖（SF）、作物生育期地膜覆盖（PM）。2010（干旱年）、2012（丰水年）两次测定结果表明：0～30 cm土层平均，与CK相比，2012年土壤有机碳（SOC）含量M1处理提高了7．4％，潜在矿化碳（PCM）含量M1、M2、SF处理分别提高了37．8％、23．9％、7．2％，微生物量碳（MBC）含量M1和M2处理分别提高了59．9％和42．3％，碳库管理指数（CMI）M1、M2、SF 处理分别提高了53．1％、35．6％、13．9％；2010年M1处理CMI较CK提高了16．1％（P＜0．05），其余处理土壤有机碳各指标与CK差异两年均不显著。不同覆盖方式对表层土壤有机碳及各项指标影响较大，随土层加深影响减弱，其中秸秆覆盖4年后碳库管理指数均有显著提高。两种活性有机碳的相对含量与其各自绝对含量的变化基本一致，且有机碳各指标间显著相关。综合来看，高量秸秆覆盖能够提高表层土壤有机碳及其组分含量，地膜覆盖对土壤有机碳及其组分积累影响不大。     

秸秆带状覆盖对土壤有机碳及其活性组分的影响

为了探讨秸秆带状覆盖对旱地不同剖面深度土壤总有机碳(TOC)、可溶性有机碳(DOC)、微生物量碳(MBC)和易氧化态碳(EOC)的影响,于2017—2020年在甘肃省布设秸秆带状覆盖试验,设玉米整秆带状覆盖(TSM)处理,以黑膜双垄沟全膜覆盖(TPM)和传统露地平作(TNM)为对照.结果表明:土壤有机碳和活性碳组分含量...     

长期定位施肥对旱作农田土壤有机碳及其组分的影响

基于田间定位试验,研究了长期施肥对旱作冬小麦农田土壤有机碳及其组分的影响,试验包括4个处理:不施肥(CK)、氮磷配施(NP)、化肥与有机肥配施(NPM)以及长期休闲地(BL)。结果表明:长期持续施肥30年后,在0~30 cm土层,NPM处理土壤有机碳、微生物量碳、潜在矿化碳以及碳库管理指数分别较CK提高了42.2%、55.9%、40.9%和40.0%(P0.05),NP处理土壤有机碳和微生物量碳与CK差异不显著,潜在矿化碳和碳库管理指数分别提高了29.1%和20.0%(P0.05),施肥对两种活性有机碳含量的影响在15~30 cm土层表现更加显著;与种植作物相比,长期休闲显著降低了土壤潜在矿化碳含量,BL处理较CK降低了20.5%(P0.05)。相关性分析表明,土壤有机碳、潜在矿化碳、微生物量碳以及碳库管理指数两两之间存在着显著的相关性,且有机碳组分含量与土壤有机碳含量在处理间变化具有一致性(除NP处理外),两种活性有机碳相对含量在各处理间差异均不显著。总的来说,长期持续施入有机肥能够有效地增加旱作农田土壤有机碳同时增加其活性组分,有助于培肥地力和土壤固碳。     

Effects of different tillage and straw retention practices on soil aggregates and carbon and nitrogen sequestration in soils of the northwestern China

Soil tillage and straw retention in dryland areas may affect the soil aggregates and the distribution of total organic carbon. The aims of this study were to establish how different tillage and straw retention practices affect the soil aggregates and soil organic carbon (SOC) and total nitrogen (TN) contents in the aggregate fractions based on a long-term (approximately 15 years) field experimentin the semi-arid western Loess Plateau, northwestern China. The experiment included four soil treatments, i.e., conventional tillage with straw removed (T), conventional tillage with straw incorporated (TS), no tillage with straw removed (NT) and no tillage with straw retention (NTS), which were arranged in a complete randomized block design. The wet-sieving method was used to separate four size fractions of aggregates, namely, large macroaggregates (LA, >2000 μm), small macroaggregates (SA, 250-2000 μm), microaggregates (MA, 53-250 μm), and silt and clay (SC, <53 μm). Compared to the conventional tillage practices (including T and TS treatments), the percentages of the macroaggregate fractions (LA and SA) under the conservation tillage practices (including NT and NTS treatments) were increased by 41.2%-56.6%, with the NTS treatment having the greatest effect. For soil layers of 0-5, 5-10 and 10-30 cm, values of the mean weight diameter (MWD) under the TS and NTS treatments were 10.68%, 13.83% and 17.65%, respectively. They were 18.45%, 19.15% and 14.12% higher than those under the T treatment, respectively. The maximum contents of the aggregate-associated SOC and TN were detected in the SA fraction, with the greatest effect being observed for the NTS treatment. The SOC and TN contents were significantly higher under the NTS and TS treatments than under the T treatment. Also, the increases in SOC and TN levels were much higher in the straw-retention plots than in the straw-removed plots. The macroaggregates (including LA and SA fractions) were the major pools for SOC and TN, regardless of tillage practices, storing 3.25-6.81 g C/kg soil and 0.34-0.62 g N/kg soil. Based on the above results, we recommend the NTS treatment as the best option to boost soil aggregates and to reinforce carbon and nitrogen sequestration in soils in the semi-arid western Loess Plateau of northwestern China.     

农田冬季覆盖作物对土壤有机碳含量和主作物产量的影响

从冬闲覆盖作物对土壤有机碳的固定及覆盖作物对主作物产量的影响等方面对国内外有关覆盖作物环境改良机理的最新研究结果进行了总结分析。认为,长期轮作覆盖作物可以增加土壤有机碳,提高微生物的活性,而且对主作物的产量提高有不同程度的促进作用。     

保护性耕作方式对土壤微生物生理类群和酶活性的影响

通过设置在甘肃省定西市安定区李家堡乡的田间定位试验,研究了不同耕作方式下（NTS、TS、NT、T）土壤微生物生理类群数量和酶活性及其相关性。结果表明：与传统耕作（T）相比,保护性耕作方式（NTS、TS、NT）能显著增加土壤微生物生理类群数量,增强酶活性。不同的保护性耕作方式下,土壤微生物生理类群数量和酶活性存在显著差异...     

长期施肥对绿洲农田土壤有机碳和无机碳的影响

以中国科学院阜康荒漠生态站的绿洲农田养分循环长期定位试验（始于1990年）为研究平台,研究了无施肥处理（CK）、单施化肥处理（NPK）、有机/无机配施处理（NPKM）和秸秆还田处理（NPKS）下,土壤无机碳(SIC)和有机碳(SOC)在剖面和各施肥年限的含量变化特征及其影响。结果表明：施肥、剖面层次和施肥年限对SOC与SIC含量变化影响显著(P<0.01)。在各施肥处理中,与CK相比,NPK、NPKM和NPKS的SOC与SIC含量明显增加(P<0.05）,并且有机/无机肥配施模式下的SIC含量显著高于单施化肥模式;在剖面层次间,SIC含量从0～20 cm 的9.12 g/kg 增加到40～60 cm 的9.94 g/kg,而SOC变化趋势与之相反。表明合理施肥能够增加土壤表层有机碳含量,有机/无机配施会使耕层以下土壤无机碳增加。     

不同耕作措施下春小麦产量对温度变化的敏感性分析

为了研究温度变化对不同耕作条件下春小麦产量的影响,利用修正参数后的APSIM模型,自变量因子分别为最低温度、最高温度,在9种变化条件下对传统耕作+秸秆还田(TS)、免耕(NT)、免耕覆盖(NTS)3种耕作措施下的春小麦产量进行了模拟,并利用Surfer软件对产量变化率进行了敏感性分析。结果表明:在三种不同耕作措施下,春小麦产量变化率对最高温度的变化更为敏感,最高温度升高,产量变化率呈负敏感;在传统耕作+秸秆还田和免耕覆盖耕作措施下,春小麦平均产量分别是2 268.8 kg·hm-2和2 274.0 kg·hm-2,明显高于免耕耕作措施下的春小麦平均产量1 815.4 kg·hm-2;传统耕作+秸秆还田和免耕覆盖耕作措施下,小麦产量随温度变化相对稳定;当最低温度和最高温度在一定区域范围内变化时,传统耕作+秸秆还田和免耕覆盖产量表现更稳定。     

耕作方式及秸秆还田对土壤性质、微生物碳源代谢及小麦产量的影响

以小麦品种济麦22为试验材料,采用裂区试验设计,耕作方式为主区,分别设常规翻耕(C)、深松(S)、旋耕(R)处理,副区为秸秆还田量,分别设秸秆全还田(P)和秸秆不还田(A)处理,采用Biolog Eco技术测定土壤微生物碳源代谢功能,并分析土壤基本理化性质和作物产量。结果显示:深松与秸秆还田均有利于土壤含水量和有机碳含量的提高,0～15 cm土层分别提高了9.78%和24.00%,15～30 cm土层分别提高了7.08%和15.81%;深松提高了15～30 cm土层的pH值6.67%,秸秆还田提高了0～15 cm土层的pH值4.32%。深松和秸秆还田均有利于代谢多样性(丰富度指数、香浓多样性指数)、碳源代谢强度的提高,0～15 cm土层分别提高了26.84%、3.84%和38.02%,15～30 cm土层分别提高了11.87%、 3.63%和14.74%。主成分分析表明常规翻耕秸秆不还田和旋耕耕作秸秆不还田碳源代谢功能相近,15～30 cm层次内常规翻耕秸秆全还田碳源代谢功能和深松耕作秸秆全还田处理相近。深松和秸秆还田平均提高了小麦产量5.82%,微生物碳源代谢功能与小麦产量具有极显著的相关性。     

耕作措施对玉米田耕层土壤微生物群落功能多样性的影响

为研究秸秆还田基础上不同耕作措施对土壤微生物群落功能多样性的影响，本文以渭北旱塬玉米田为研究对象，采用Biolog-ECO方法研究了6种耕作措施，即连年翻耕（C/C）、连年免耕（N/N）、连年深松（S/S）、免耕/深松隔年轮耕（N/S）、翻耕/免耕隔年轮耕（C/N）和深松/翻耕隔年轮耕（S/C）对土壤微生物碳源代谢能力的影响。结果表明，不同耕作措施下碳源代谢活性（AWCD）随培养时间的延长均逐渐增加，免耕、少耕的各耕作处理下碳源代谢活性较C/C处理显著提高了12.70%~54.54%，其中N/S和N/N处理的微生物多样性指数（丰富度指数、Shannon-Wiener指数和Simpson指数）显著高于C/C处理。主成分分析对第1和第2主成分起分异作用的主要碳源是氨基酸类、糖类和羧酸类物质，且是该地区土壤微生物利用的主要碳源。冗余分析表明有机碳（SOC）是影响微生物碳源代谢特征的主要因素。研究表明，从微生物群落碳源代谢角度考虑， N/S处理下的土壤微生物活性和功能多样性较高，是适宜该地区的耕作措施。     

西南紫色土丘陵区不同耕作方式对土壤水热条件、有机碳含量及蚕豆产量的影响

在重庆北碚西南大学试验农场开展大田试验,设置传统耕作(T)、垄作(R)、传统耕作+半量秸秆覆盖(TS_1)、垄作+半量秸秆覆盖(RS_1)、传统耕作+全量秸秆覆盖(TS_2)、垄作+全量秸秆覆盖(RS_2)6个不同处理,研究不同耕作方式对蚕豆土壤水热条件、有机碳含量和蚕豆产量的影响及其相关关系。结果表明:秸秆覆盖下的土壤温度在低温时显著高于平作,在高温时则显著低于平作,而垄作的土壤温度与平作间没有明显的差异;在苗期、分枝期、开花期和成熟期,RS_2处理土壤水分均显著高于R处理;在分枝期、开花期和成熟期TS_2处理土壤水分均显著高于T处理;垄作和秸秆覆盖能提高土壤的有机碳含量,不同处理间的有机碳含量表现出RS_2TS_2RS_1TS_1RT的趋势;垄作和秸秆覆盖能提高蚕豆的产量,与对照T相比,R、TS_1、RS_1、TS_2、RS_2处理的蚕豆产量分别增产3.55%、9.20%、9.88%、10.78%、12.54%;蚕豆产量与土壤有机碳含量呈显著正相关。