黄土高原坡耕地植物篱—作物间作系统水分利用特征研究

利用陇中黄土高原典型雨养农业区坡耕地布设田间试验,设置5个处理:裸坡休闲(F)、小麦单作(W)、小麦/甘草(W/L)、小麦/菘蓝(W/I)和小麦/苜蓿(W/A)。通过探讨植物篱-作物间作系统的小麦产量表现及其土壤水分利用特性,明确不同植物篱-作物复合系统土壤耗水特征及影响机制,以期为黄土高原坡耕地适宜植物篱的筛选提供理论依据。结果表明:小麦生育期和休闲期0~200 cm土壤剖面含水量较低,基本接近作物有效水分下限(crop lower limit,CLL)。植物篱-作物间作能够起到积蓄降水的作用,但主要体现在耕层0~30 cm土壤,且以小麦/苜蓿处理效果最佳。不同处理棵间蒸发量和蒸发占总耗水量的比重有一定的差异,其中小麦/甘草处理耗水量最高(250.98 mm),裸坡休闲总蒸发量较大(197.30 mm)。裸坡处理棵间蒸发占耗水量的比例高达80%以上,主要表现为土壤蒸发,而小麦/甘草主要表现为作物蒸腾,说明植物篱-作物复合系统可一定程度有效降低棵间蒸发量和蒸发占总耗水量的比重,增加作物蒸腾量。不同间作系统小麦耗水量与单作耗水量并无差异,但其产量提高了60.00%~83.55%,进而明显提高了小麦水分利用效率。     

玉米秸秆添加量对黄土高原旱作农田土壤固碳特征的影响

【目的】探明不同玉米秸秆添加量对农田土壤固碳特征的影响.【方法】在甘肃省定西市李家堡镇进行玉米田间定位试验,设0(无秸秆还田,CK)、40g/kg(低量秸秆,T3)、60g/kg(中量秸秆,T2)、80g/kg(高量秸秆,T1)4个玉米秸秆还田处理.采用尼龙网袋法对540d观测期内的土壤总有机碳(SOC)、活性有机碳(ROC)、微生物量碳(MBC)动态变化特征进行分析.【结果】从整体来看,不同秸秆添加水平下SOC含量呈连续降低趋势;ROC含量于90d达到峰值后逐渐降低;MBC含量于180d达到峰值后逐渐降低.较之CK处理,T1、T2、T3水平均可提升土壤碳素含量,且随秸秆添加量的增加而增加.T2水平下土壤碳库活度指数最大,为1.25,该水平下秸秆残留率最小.【结论】秸秆还田处理土壤碳库管理指数(CPMI)随秸秆施入量的增加而增加.因此,在0~80g/kg玉米秸秆添加范围内,60g/kg水平更有利于土壤碳素的固持及土壤质量的改善.     

陇中黄土高原不同种植年限苜蓿草地土壤水分及产量响应

本研究利用黄土高原西部典型半干旱雨养农业区不同种植年限苜蓿草地布设田间试验,系统研究了3,6,8,10,12以及14 a 紫花苜蓿生产力及其土壤水分变化特征。结果表明,不同种植年限紫花苜蓿草产量差异显著,且表现为随着种植年限的增加,呈先增加后减小的趋势,其中以 8 a 苜蓿草产量最高,为12128 kg/hm²。持续种植3,6,8,10,12和14 a 苜蓿草地0300 cm土层平均含水量均明显低于当地土壤稳定湿度值,其中12和14 a仅为9.20% 和7.14%,甚至低于作物有效水分下限。随着苜蓿种植年限的延长,土壤干燥化程度加剧,但干燥化速率呈减缓趋势。综合苜蓿生产力动态和土壤水分状况,本研究表明陇中黄土高原地区紫花苜蓿适宜的种植年限为8 a。     

小麦和玉米秸秆不同还田量下腐解特征及其养分释放规律

通过设置在甘肃省定西市安定区李家堡镇麻子川村尼龙网袋埋土试验,研究玉米、小麦秸秆在10g、30g、50g、70g四个还田量水平(等碳量以小麦含碳量为基准)的腐解特征及其养分释放规律。结果表明:经过100天的腐解,玉米、小麦秸秆的腐解速率均呈现出前期快、后期慢的趋势,玉米秸秆腐解率大于小麦秸秆。就秸秆四个还田量水平来说,还田量为26.23g的玉米秸秆腐解最快,累积腐解率为64.15%,而玉米秸秆还田8.74g处理的腐解最慢。而小麦秸秆还田量为50g的腐解效果较好,10g还田量水平下的腐解率最小。因此,玉米秸秆26.23g或小麦秸秆50g还田的腐解效果较好。     

丰雨年旱作农业区不同耕作措施麦豆地N_2O、CH_4的排放

采用静态箱-气相色谱法采集丰雨年旱作农业区不同耕作措施春小麦-豌豆地排放气体并计算通量,研究耕作措施、土壤温度和土壤含水量对春小麦-豌豆地N2O和CH4排放的影响,其中,耕作措施包括免耕秸秆覆盖(NTS)、免耕不覆盖(NT)和传统耕作+秸秆还田(TS)以及传统耕作不覆盖(T)四种。研究结果表明:不同措施麦豆地均为N2O的排放源,春小麦地通量波动范围0.018~0.146 mg·m-2·h-1,豌豆地通量波动范围0.024~0.210 mg·m-2·h-1,全生育期春小麦地N2O平均排放通量大小顺序:TTSNTNTS,而豌豆地大小顺序:TNTSNTTS;不同耕作措施麦豆地均表现为CH4的吸收汇,春小麦地吸收通量的波动范围0.051~0.212 mg·m-2·h-1,豌豆地的波动范围0.057~0.193 mg·m-2·h-1,全生育期春小麦地CH4平均吸收通量大小顺序:NTSNTTST,豌豆地大小顺序:NTSTSNTT;不同耕作措施对N2O和CH4全生育期通量有明显的影响,TS、NT和NTS三种耕作措施较T措施而言,有效地减少了N2O的排放且增加CH4的吸收;丰雨年,土壤温度和土壤含水量对旱作农业区N2O和CH4排放综合影响权重有所降低。     

耕作方式对土壤有机碳库的影响

通过在甘肃中部干旱半干旱农业区进行6a的田间定位试验,探讨了传统耕作(T)、免耕(NT)、免耕 秸秆覆盖(NTS)以及传统耕作 秸秆还田(TS)等处理对土壤有机碳库的影响.结果表明,在0-30 cm土层中,NTS、TS、NT处理土壤有机碳含量分别比T处理提高了5.09%、2.64%和4.08%;与T处理相比,NTS、TS、NT处理土壤微生物量碳含量分别增加了69.67%、47.72%和33.22%.NTS、TS、NT处理有利于土壤有机碳的累积.不同处理(NTS、TS、NT、T)条件下土壤有机碳和微生物量碳在土壤剖面分布是随着土层深度的增加而呈现递减趋势.     

免耕对土壤容重总空隙度和水稳性团聚体的影响

在黄土高原半干旱区定西县团结乡进行了免耕与传统耕作对不同类型土地土壤容重、总孔隙度、土壤水稳性团聚体的影响试验,结果表明:与传统耕作相比,免耕对土壤容重的影响不大;免耕增加了土壤总孔隙度,其中水地增加0.22百分点,旱地增加0.97百分点,中间类型土地增加0.40百分点,而传统耕作变化不显著.0～5 cm土层水稳性团聚体,免耕水地增加0.09 g/100 g,旱地增加0.08 g/100 g,中间类型增加0.14 g/100 g;5～10 cm土层水地增加0.13 g/100 g,旱地增加0.14 g/100 g,中间类型增加0.13 g/100 g.     

不同保护性耕作措施对三种土壤微生物氮素类群数量及其分布的影响

通过设置在陇中黄土高原丘陵沟壑区的长期定位试验,研究了不同保护性耕作措施下旱作春小麦-豌豆轮作系统中土壤氨化细菌、硝化细菌和自身固氮菌数量及其分布的差异。结果表明,无论是小麦地还是豌豆地,土壤氨化细菌、硝化细菌、自身固氮菌数量在0～5,5～10和10～30 cm土层中均呈现免耕秸秆覆盖＞秸秆还田＞免耕不覆盖＞传统耕作的趋势,且随着土层的加深,在小麦地中,免耕秸秆覆盖处理的氨化细菌数量比免耕不覆盖处理分别增加了76.21%,146.92%和67.82%, 且差异均达到5%的显著水平,在豌豆地中,各处理自身固氮菌数量逐渐减少,而硝化细菌数量呈先增加后减少的趋势,免耕秸秆覆盖、秸秆还田处理土壤氨化细菌数量逐渐下降,而免耕不覆盖、传统耕作处理的土壤氨化细菌数量先增加后减少。     

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。     

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。