Can conservation tillage mitigate climate change impacts in Mediterranean cereal systems? A soil organic carbon assessment using long term experiments

Simulation models, informed and validated with datasets from long term experiments (LTEs), are considered useful tools to explore the effects of different management strategies on soil organic carbon (SOC) dynamics and evaluate suitable mitigative options for climate change. But, while there are several studies which assessed a better prediction of crop yields using an ensemble of models, no studies are currently available on the evaluation of a model ensemble on SOC stocks. In this study we assessed the advantages of using an ensemble of crop models (APSIM-NWheat, DSSAT, EPIC, SALUS), calibrated and validated with datasets from LTEs, to estimate SOC dynamics. Then we used the mean of the model ensemble to assess the impacts of climate change on SOC stocks under conventional (CT) and conservation tillage practices (NT: No Till; RT: Reduced Tillage). The assessment was completed for two long-term experiment sites (Agugliano – AN and Pisa – PI2 sites) in Italy under rainfed conditions. A durum wheat (Triticum turgidum subsp. durum (Desf.) Husn.) – maize (Zea mays L.) rotation system was evaluated under two different climate scenarios over the periods 1971–2000 (CP: Present Climate) and 2021–2050 (CF: Future Climate), generated by setting up a statistical model based on canonical correlation analysis. Our study showed a decrease of SOC stocks in both sites and tillage systems over CF when compared with CP. At the AN site, CT lost −7.3% and NT −7.9% of SOC stock (0–40 cm) under CF. At the PI2 site, CT lost −4.4% and RT −5.3% of SOC stocks (0–40 cm). Even if conservation tillage systems were more impacted under future scenarios, they were still able to store more SOC than CT, so that these practices can be considered viable options to mitigate climate change. Furthermore, at the AN site, under CF, NT demonstrated an annual increase of 0.4%, the target value suggested by the 4 per thousand initiative launched at the 21st meeting of the Conference of the Parties in Paris. However, RT at the PI2 needs to be coupled with other management strategies, as the introduction of cover crops, to achieve such target.     

滴灌条件下秸秆覆盖和土壤含水量对冬小麦灌浆特性的影响

为阐明滴灌条件下秸秆覆盖和土壤含水量以及两因素交互作用对冬小麦籽粒灌浆、产量形成的影响,以冬小麦矮抗58为试验材料,设计了秸秆处理(覆盖T、不覆盖T0)与土壤相对含水量(40%(W1)、50%(W2)、60%(W3)、70%(W4)4个水平)两因素裂区试验。结果表明:Richards方程拟合秸秆覆盖和水分调控下冬小麦籽粒灌浆过程的决定系数在0.977 5~0.999 6,达到极显著水平。秸秆覆盖和水分调控间的交互作用对除最大灌浆速率和平均灌浆速率(V)外其他冬小麦籽粒灌浆特征参数的影响达到显著或极显著水平。其中,秸秆覆盖下土壤相对含水量60%(TW3)处理组合具有最长的灌浆持续期T(51.91 d),最长的灌浆中期持续期T_2(15.230 d)和灌浆后期持续期T_3(26.556 d),最大的灌浆中期灌浆速率R_2(0.897 mg/d)和灌浆后期灌浆速率R_3(1.365 mg/d)。产量、水分利用效率和耗水量的二次曲线关系表明,在耗水量240~270 mm可达到产量与水分利用效率双高的效果。本试验中以秸秆覆盖与土壤相对含水量60%(TW3)处理组合水分利用效率最高(29.02 kg/(mm·hm~2)),较秸秆覆盖下土壤相对含水量的70%(TW4)提高了5.30%;产量为7 097.7 kg/hm~2,与TW4处理组合差异不显著。     

长期定位施不同氮源有机肥替代部分含氮化肥对陇东旱塬冬小麦产量和水分利用效率的影响

在陇东黄土旱塬覆盖黑垆土大田,利用陇鉴301进行了连续10年的定位试验,观测长期施用不同氮源有机肥(发酵有机肥、农家肥)或小麦秸秆还田各处理对冬小麦产量相关性状和水分利用效率的影响。结果显示,小麦产量和水分利用效率年际间变化较大,与降雨量有直接关系;不同有机氮源替代部分含氮化肥处理对提高冬小麦产量和水分利用效率具有明显作用。在干旱、平水和丰水年型,较不施肥对照分别增产53.1%~103.7%、40.3%~79.3%和73.1%~94.8%,较单施化肥对照分别增产6.6%~41.8%、7.0%~36.8%和-2.9%~9.3%。以发酵有机肥做替代物处理的产量和水分利用效率最高,增产幅度最大,10年平均产量较不施肥和单施化肥对照分别增加88.9%和25.4%,水分利用效率和边际水分利用率也最高,分别为10.8 kg mm~(-1) hm~(-2)和1.03 kg m~(-3);并且产量构成因素和植株生理指标也优于其他处理。因此,发酵有机肥是陇东半湿润偏旱雨养农业区(年降水量约550 mm)冬小麦生产上替代部分含氮化肥的首选有机氮源。     

TOPSIS法综合评价宁夏中部干旱带五种风蚀环境抗风蚀性能

针对宁夏中部干旱带土壤风蚀严重、沙尘暴频发等生态问题,分别选择典型压砂农田、沙质旱作传统翻耕农田、人工灌木林地、封育草场和流动沙地5种风蚀环境为研究对象,利用TOPSIS法综合评价不同风蚀环境抗风蚀性能。结果表明:灌木林地的抗风蚀性能最强,其Ci值为0.674257,其次为压砂农田、封育草场;抗风蚀性能最弱的是翻耕农田、流动沙地,Ci值分别为0.087007和0.003552。可见翻耕农田和流动沙地是当地主要沙尘来源。     

稻田土壤养分特性对不同耕作方式的生态响应

为深入了解耕作措施对稻田耕层土壤的作用效果,笔者在前人研究结果的基础上综述了免耕、翻耕等不同耕作方式对稻田土壤物理性质包括容重、孔隙度、团聚体、水分、温度,土壤化学性质如氮、磷、钾、有机质和微量元素含量以及土壤生物学特性包括微生物、酶活性的影响,分析了不同稻作措施的优缺点。最后对稻田耕层的合理调控提出因地制宜,依据当地的气候、土壤条件、栽培模式选择合理的耕作方式;合理轮耕,免耕、翻耕和旋耕交替运作;配施绿肥和有机肥;推行节水稻作模式等建议。     

滴灌水肥一体化下施氮量对小麦氮素吸收及土壤硝态氮含量的影响

为探明华北地区山前平原水肥一体化条件下小麦合理的氮肥运筹。于2013-2015年2个小麦生长季,设置4个滴灌施氮量(N0-不施氮、N1-120 kg/hm~2、N2-240 kg/hm~2、N3-360 kg/hm~2)处理,研究滴灌水肥一体化下施氮量对小麦氮素吸收积累和土壤硝态氮含量的影响。结果表明:施氮量N1、N2和N3处理的小麦干质量及产量较处理N0显著增加,N1、N2和N3处理间无显著差异;施氮量对小麦茎秆的氮含量影响较大,但对籽粒氮含量的影响差异不显著;处理N3的小麦总吸氮量分别显著高于处理N0、N1和N2,但处理N1和N2之间无显著差异;氮肥收获指数以N2处理最高,氮肥当季回收利用率、氮肥农学效率、氮肥生产效率和氮肥利用效率均表现出随施氮量增加而降低的趋势;施氮量超过240 kg/hm~2,土壤硝态氮含量增加,且随种植年限的延长更加明显。采用一元二次方程拟合,获得小麦最高产量的施氮量为238.46~250.78 kg/hm~2,经济施氮量为174.28~207.18 kg/hm~2。综合考虑经济效益和生态效益,该条件下小麦滴灌经济施氮量以174~207 kg/hm~2为宜。     

绿洲膜下滴灌调亏对马铃薯土壤环境及产量的影响

为测定膜下滴灌调亏马铃薯全生育期内不同调亏水平土壤养分、土壤水热动态、生长动态、产量效应和水分利用效率,于2016年在河西荒漠绿洲灌区民乐县益民灌溉试验站开展了马铃薯不同生育阶段水分调亏灌溉的试验研究,结果表明,马铃薯膜下滴灌调亏土壤水热变化均匀且利用率高,有利于马铃薯对土壤养分的充分吸收和利用;土壤养分是土壤肥力的核心,是植物在生长发育过程中不可或缺的重要因素,膜下滴灌调亏栽培能有效减少土壤速效养分的流失,并提高马铃薯对土壤速效养分的利用效率;不同生育阶段马铃薯耗水量受水分调亏程度影响较大,其耗水量随调亏程度增大而显著减少(P0.05),水分调亏处理马铃薯全生育期总耗水量均低于全生育期充分灌水CK处理。块茎形成期轻度水分亏缺马铃薯水分利用效率、灌溉水利用效率、生物量均达到最大,较全生育期充分灌水显著提高29.04%,35.61%。因此,块茎形成期轻度水分亏缺灌溉方式能使马铃薯根区土壤始终保持湿润状态,有效减少渗漏损失和植株间无效蒸发损失,改善土壤水、肥和热量状况,有利于提高作物水分利用效率,且不显著降低马铃薯最终产量。     

不同抗热应激添加剂对热应激小鼠精液品质的影响

为探讨抗热应激添加剂对热应激状态下小鼠精液品质的影响,选取年龄和健康状况相近的成年雄性鼠150只,按照常温、热应激、添加剂处理后热应激的方式进行分组试验,对各组精液品质等指标进行统计分析。结果表明,3组热应激添加剂在缓解热应激小鼠的精液品质的影响效果上存在显著差异,其中效果最好的为中药组,其次是电解质组,最后是维生素组。从Hsp70mRNA表达量上来看,抗热应激添加剂组明显高于常温对照组。但与热应激组比较,维生素组与电解质组表达量低,而中药组表达量高。     

不同栽培技术对大豆土壤水分、容重及产量的影响

以不同栽培技术为切入点,用大豆半矮秆品种绥农22为试材,于2010年开展了不同栽培技术组合对大豆增产效果的研究.结果表明:苗期0～ 10 cm的土壤含水量,覆膜+垄沟深松、大垄密植+垄沟深松、平播密植、平播密植+化控+深松栽培技术分别较对照(“垄三”栽培)增加10.57％、3.17％、4.41％和2.62％；分枝期0～...     

农户田块尺度冬小麦不同产量水平土壤细菌群落差异

为了明确土壤细菌群落对小麦产量的影响，以河南省济源市冬小麦种植户田块为研究对象，通过采集扬花期麦田土壤样品，利用Illumina高通量测序技术测定细菌16S rRNA V3+V4区序列，分析冬小麦不同产量水平土壤的细菌群落差异。结果表明，高产组土壤铵态氮含量显著高于低产组(P<0.05),土壤有机质含量、速效钾含量、有效磷含量、硝态氮含量、pH值在组间均无显著差异，土壤酸性磷酸酶、碱性磷酸酶、脲酶和过氧化氢酶活性在组间也均无显著差异。酸杆菌门(Acidobacteria)和变形菌门(Proteobacteria)是土壤细菌群落的主导菌门。门水平上，小麦产量与芽单胞菌门(Gemmatimonadetes)、装甲菌门(Armatimonadetes)、纤维杆菌门(Fibrobacteres)、Latescibacteria、Dadabacteria相对丰度显著相关。属水平上，Bryobacter、黄杆菌属(Flavisolibacter)、芽单胞菌属(Gemmatimonas)、丰佑菌属(Opitutus)、黏液杆菌属(Mucilaginibacter)、Dongia、Chryseo...