陇中黄土高原半干旱区苜蓿-作物轮作对土壤物理性质的影响

本研究通过设置在陇中黄土高原半干旱区苜蓿-作物轮作系统的长期定位试验,探讨了不同轮作模式对土壤物理性质的影响。6种轮作模式包括:苜蓿-苜蓿(L-L)、苜蓿-休闲(L-F)、苜蓿-小麦(L-W)、苜蓿-玉米(L-C)、苜蓿-马铃薯(L-P)和苜蓿-谷子(L-M)。结果表明,不同轮作模式下耕层土壤容重、孔隙度、土壤饱和导水率、土壤渗吸率、宏观毛管长度和有效孔径差异显著,苜蓿-作物轮作对土壤团聚体稳定性有一定影响,但不明显。L-F、L-W、L-C、L-P和L-M模式的土壤容重比L-L模式分别降低了6.86%,7.69%,6.22%,9.29%与10.17%。土壤渗吸率在L-F、L-W、L-C、L-P和L-M模式下分别比L-L模式提高了1.19,2.31,0.25,0.66和0.75倍,宏观毛管长度分别提高了3.73,2.92,1.49,2.62和1.15倍,有效孔径分别降低了79.43%,72.99%,56.71%,69.41%和56.35%,L-F、L-W和L-M模式土壤饱和导水率分别比L-L模式提高了0.32,1.52和0.33倍。轮作对土壤团聚体的影响主要表现在0~10 cm和10~30 cm的土层,其中L-C模式显著增加了土壤大团聚体含量,且增大了平均重量直径(MWD)和几何平均直径(GMD)值,提高了土壤的机械稳定性,L-P模式次之,但轮作在一定程度上降低了土壤水稳性团聚体的含量,L-F、L-W、L-C、L-P和L-M模式比L-L模式分别降低了33.44%,23.08%,7.36%,27.09%和20.29%。说明在黄土高原半干旱区,轮作有助于形成良好的土壤结构,改善土壤的渗透性能,促进土壤物理质量的提高。     

基于景观指数的耕地细碎化与农业经济水平的空间相关性分析

为了探索耕地细碎化与农业经济水平的空间相关关系,为耕地的适度化规模经营提供一定的参考依据,该文基于2010年民乐县土地利用现状图,获得民乐县耕地细碎化6个景观指数,运用主成分分析降维得到能够代表耕地细碎化的2个主成分指标,分析了耕地细碎化与农业经济水平的空间相关性规律。结果表明:(1)第一主成分F1与斑块数量、斑块密度、斑块平均面积、聚集度指数的载荷值大于80.2%,代表面积与分布指标;第二主成分F2与面积加权形状因子,面积加权分维数的载荷值大于96.6%,代表形状指数。(2)F1—农户人均纯收入,F1—第一产业增加值的双变量全局莫兰指数分别为0.449、0.442,F1与农业经济水平指标在空间上呈正相关关系。F2—农户人均纯收入,F2—第一产业增加值的双变量全局莫兰指数分别为0.467,0.5,F2与农业经济水平指标在空间上呈正相关关系。由此可见,耕地细碎化与农业经济水平在空间上呈正相关关系,空间耦合性很好。     

保护性耕作对黄土高原旱地土壤总磷及组分的影响

为了探明保护性耕作对土壤总磷及磷组分的影响,依托在陇中黄土高原旱地区设立的保护性耕作长期定位试验,采用Tiessen土壤磷素分级法,系统研究了传统耕作(T)和5种保护性耕作方式—免耕(NT)、传统耕作秸秆还田(TS)、免耕秸秆覆盖(NTS)、传统耕作地膜覆盖(TP)、免耕地膜覆盖(NTP)下0—5,5—10,10—30cm土层总磷和各磷组分分布特征。结果表明:(1)较之T处理,5种保护性耕作方式均可提高0—10cm土层总磷含量,尤以NTS处理表现最明显,10—30cm土层NTS、TS处理总磷含量显著高于T处理,而NT、NTP、TP处理显著低于T处理;(2)NTS、NTP、NT处理可不同程度地提高0—10cm土层活性无机磷组分Resin—Pi、NaHCO_3—Pi的含量,尤其以NTS、NTP效果最显著,但10—30cm土层NTP处理2种磷组分分别较T处理低39.2%,13.6%;(3)保护性耕作对NaOH—Pi的影响没有明显规律;(4)D.HCl—Pi、C.HCl—Pi和Residual—P对耕作方式的响应不明显;(5)NTS、TS处理可以显著提高0—30cm土层有机磷组分NaHCO_3—Po、NaOH—Po、C.HCl—Po含量,NTP处理也可以提高NaHCO_3—Po和NaOH—Po含量,但该处理下稳定态的C.HCl—Po较T处理低11.5%;(6)各处理总磷和多数磷组分在土壤剖面呈自上而下逐渐递减分布规律,且在10—30cm土层同种覆盖条件下免耕处理的降幅大于耕作处理,无机磷组分Resin—Pi、NaHCO_3—Pi、NaOH—Pi的降幅明显,而有机磷组分NaHCO_3—Po、NaOH—Po的降幅相对较小;(7)Resin—Pi、NaHCO_3—Pi、NaHCO_3—Po对有效磷和作物产量都具有正向作用且贡献较大,免耕秸秆覆盖方式促进3种磷组分积累的效果最明显,从土壤磷素角度看它是最适合本地区农业可持续发展的保护性耕作方式。     

保护性耕作对旱作农田耕层土壤肥力及酶活性的影响

通过田间定位试验,研究了不同耕作方式对黄土高原西部旱农区耕层土壤肥力和酶活性的影响。结果表明,秸秆还田可以显著提高 0—5和5—10 cm土层有机质、全氮、全磷、全钾、铵态氮、速效磷、速效钾和3种水解酶活性; 10—30 cm 土层仅提高了有机质、全钾和速效钾含量,对其余各养分含量和水解酶活性并无明显影响。免耕降低了0—5、5—10和10—30 cm土层硝态氮含量,但对过氧化氢酶活性有明显促进作用。相关分析表明,土壤有机质、养分和碱性磷酸酶、蔗糖酶活性之间呈极显著相关关系。进一步应用主成分分析表明,土壤有机质、养分和水解酶活性共同反映着黄土高原雨养农区土壤肥力水平的高低。     

不同耕作措施对旱作农田土壤水稳性团聚体稳定性的影响

为了探明陇中黄土高原旱作农田土壤水稳性团聚体崩解机制,以连续进行15年的不同耕作措施长期定位试验为研究对象,利用LB湿筛法(快速湿润法、慢速湿润法和预湿润后扰动法)和传统湿筛法探索了传统耕作(T)、传统耕作+秸秆还田(TS)、免耕(NT)、免耕+秸秆覆盖(NTS)4种耕作措施对陇中黄土高原旱作农田土壤水稳性团聚体稳定性的影响及其破坏机制。结果表明:不同耕作措施下,4种湿筛法处理后,0.25 mm非水稳性团聚体含量排序为:传统湿筛法快速湿润法预湿润后扰动法慢速湿润法;4种湿筛法处理后,团聚体平均重量直径排序为:慢速湿润法预湿润后扰动法快速湿润法传统湿筛法;不同耕作措施下,土壤团聚体相对崩解指数高于相对机械破坏指数。不同湿筛法处理后,在0~5 cm和5~10 cm土层均以NTS的水稳性团聚体含量和平均重量直径最高,且NTS处理的平均重量直径显著(P≤5%)高于NT和T处理;而10~30 cm土层,TS处理的水稳性团聚体含量和平均重量直径最高,且显著高于T处理的平均重量直径,但与NTS处理的平均重量直径无显著差异。不同耕作措施下的团聚体崩解指数和机械破坏指数均以T处理最高,NT次之,NTS处理最低。秸秆对0~5cm、5~10 cm、10~30 cm土层的团聚体崩解指数和机械破坏指数的降低均具有显著效应,而免耕仅在0~5 cm土层具有显著效应。因此,该区水稳性团聚体分散主要是由于水分入渗而引起的,且快速湿润时的破坏最大;同时,NTS处理可有效提升土壤水稳性团聚体稳定性,更有利于该区农田水土保持。     

不同耕作方式对旱地土壤酶活性的影响

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,研究了传统耕作(T)、免耕(NT)、免耕结合秸秆覆盖(NTS)以及秸秆还田(TS)处理对土壤酶活性的影响。结果表明:(1)与T相比,NT、NTS以及TS处理均可使土壤酶活性增加,对于表层土壤而言,效果更为明显;(2)脲酶、蔗糖酶和碱性磷酸酶等水解酶活性在耕翻处理下随土层的加深呈现先增加后降低的趋势,而在免耕处理下随土层的加深而减少;(3)过氧化氢酶和多酚氧化酶等氧化还原酶活性均随土层的加深而减少;(4)五种土壤酶活性之间的相关性都达到了显著相关。     

不同耕作方式对旱地土壤酶活性动态的影响

结合中长期田间定位试验,研究了传统耕作(T)、免耕(NT)、免耕结合秸秆覆盖(NTS)以及秸秆还田(TS)处理下春小麦生长期内土壤过氧化氢酶、脲酶、蔗糖酶和碱性磷酸酶等活性的动态变化趋势。结果表明:(1)各种酶的活性随着小麦生育期的变化呈现出明显的规律性变化,并且四种耕作方式下各种酶活性的变化趋势基本一致。土壤过氧化氢酶和蔗糖酶活性呈现先上升,在灌浆期出现峰值后逐渐下降的变化规律。土壤脲酶和碱性磷酸酶活性呈现先上升,在拔节期出现峰值后逐渐下降,而在灌浆期到收获后又处于回升阶段。(2)在春小麦的各生育期:与T相比较,NT、NTS以及TS处理均可使土壤酶活性增加。     

保护性耕作对麦-豆轮作条件下土壤团聚体组成及有机碳含量的影响

在位于黄土高原西部半干旱区定西市李家堡镇设置不同保护性耕作试验,对不同麦-豆轮作次序下0~5cm,5~10 cm,10~30 cm土壤机械稳定性团聚体和水稳性团聚体组成、团聚体稳定系数及土壤总有机碳含量进行了测定。结果表明:经过5年的轮作后,干筛法获得的机械稳定性团聚体在两种轮作次序下均以大团聚体为主,但处理间各层次的表现无明显规律;相对于传统耕作,免耕 秸秆覆盖、传统耕作 秸秆还田以及免耕不覆盖处理在两种轮作次序下均能不同程度地提高各层次土壤水稳性团聚体含量和团聚体稳定率;各层次土壤免耕 秸秆覆盖、传统耕作 秸秆还田土壤总有机碳含量均较传统耕作处理有提高,而免耕不覆盖处理土壤总有机碳含量在麦→豆→麦序列下比传统耕作处理高,在豆→麦→豆序列下比传统耕作处理低。     

秸秆与不同水平氮素配施对陇中黄土高原旱作农田土壤氮素矿化的影响

为了探明秸秆配施氮素对陇中黄土高原旱作农田土壤氮素矿化的影响,采用Stanford间歇淋洗培养法,经过120d室内培养,测定分析小麦秸秆0t/hm^2+施纯氮0kg/hm^2(N0)、小麦秸秆4.5t/hm^2+施纯氮0kg/hm^2(SN0)、小麦秸秆4.5t/hm^2+施纯氮50kg/hm^2(SN50)、小麦秸秆4.5t/hm^2+施纯氮100kg/hm^2(SN100)4种施肥方式下陇中黄土高原旱作农田土壤氮素矿化的特征。研究发现:①秸秆配施氮素降低了土壤氨化速率和硝化速率;②与N0相比,SN0、SN50、SN100处理土壤氮素累积矿化量分别下降了19.14%、17.22%、13.47%;③土壤氮素累积矿化量的变化是硝态氮的变化引起的。表明秸秆配施氮素能够降低土壤氮素矿化水平。     

Meta分析有机肥施用对中国北方农田土壤CO2排放的影响

为了探明中国北方地区不同气候类型、施肥措施、有机肥类型和试验年限下,有机肥施用(单施有机肥、有机无机肥配施)对生育期农田土壤CO_2排放量的影响,该研究以不施肥、施用无机肥分别作为对照,根据已发表的相关田间试验数据,采用Meta分析方法,定量研究有机肥、有机肥配施无机肥对农田土壤CO_2排放量的影响。结果表明:与不施肥、施用无机肥相比,有机肥施用总体上显著提高了农田土壤CO_2排放量,分别提高了50.6%和36.3%;有机肥施用下,农田土壤CO_2排放量依次减少的顺序为:单施有机肥、有机无机配施、无机肥+有机肥+缓释肥;采用有机肥+无机肥+缓释肥配施,土壤CO_2排放量未显著增加;相比牛粪、猪粪和商品有机肥,鸡粪类有机肥对土壤CO_2排放正效应最大;有机肥施用下,灰漠土农田土壤CO_2排放量相对高;农田土壤CO_2排放量与年均气温正相关,与年均降水量负相关。从环境的角度考虑,建议在中国北方采用无机肥+有机肥+缓释肥配施技术,不建议鸡粪大量施用及在灰漠土农田大量施用有机肥。该研究成果可为有机肥替代部分化肥在中国北方地区的推广应用提供参考。