小麦-玉米轮作体系不同旋耕和深耕管理对潮土微生物量碳氮与酶活性的影响

【目的】通过研究黄淮平原潮土区两年不同轮耕模式下土壤微生物量碳氮、酶活性的差异和变化特征,为该地区选择适宜的耕作制度提供理论依据。【方法】2016-2018年采用裂区设计进行田间小麦–玉米轮作系统下的轮耕试验。主处理为小麦季旋耕(RT)和深耕(DT),3个副处理为玉米季免耕(NT)、行间深松(SBR)、行内深松(SIR),共6个处理。2017、2018年玉米收获后,每10 cm一个层次,测定了0-50 cm土层土壤有机质、全氮、速效养分、微生物量碳(SMBC)、微生物量氮(SMBN)和脲酶、蔗糖酶、中性磷酸酶活性。【结果】各处理土壤有机质、全氮、速效养分、SMBC、SMBN及酶活性均随土层深度的增加而降低,40-50cm土层不受耕作方式的影响。小麦季深耕和玉米季深松对表层土壤有机质和全氮影响不明显,但显著提高了深层土壤有机质和全氮含量。小麦季旋耕显著增加了玉米季0-10 cm土层中速效养分含量,而小麦季深耕条件下的DT-SBR和DT-SIR处理则显著增加了20-40 cm土层中的速效养分含量。在0-20 cm土层,小麦季旋耕条件下的RT-NT、RT-SBR和RT-SIR处理的SMBC明显高于小麦季深耕条件下的DT-NT、DT-SBR和DT-SIR处理,但在20-40 cm土层,SMBC和SMBN均表现为小麦季深耕处理显著高于旋耕处理,且以DT-SIR处理SMBC (67.99 mg/kg)和SMBN (45.96 mg/kg)最高。小麦季深耕处理提高了深层(30-40 cm)土壤微生物量氮/全氮值,但降低了表层(0-20 cm)土壤中的微生物熵。玉米季深松处理(RT-SBR、RT-SIR、DT-SBR和DT-SIR)较免耕处理(RT-NT和DT-NT)均提高了土壤酶活性,其中,在0-20 cm土层,RT-SBR和RT-SIR处理土壤脲酶活、蔗糖酶和中性磷酸酶活性较高;而DT-SBR和DT-SIR处理则提高了深层(20-40 cm)土壤中这三种酶的活性。【结论】在本试验期内,小麦季旋耕–玉米季深松处理(RT-SBR和RT-SIR)能明显提高0-10 cm土壤速效养分含量、0-20 cm土壤微生物量碳含量,而小麦季深耕–玉米季深松处理(DT-SBR和DT-SIR)则提升了20-40 cm土层土壤有机质、全氮、速效养分、微生物量碳和氮含量;小麦季深耕处理提高了深层(30-40 cm)微生物量氮/全氮比,但降低了表层(0-20 cm)土壤微生物熵。     

秸秆还田对麦玉系统土壤有机碳稳定性的影响

为揭示不同秸秆还田量对华北小麦-玉米轮作系统土壤有机碳官能团结构及稳定性的影响,研究了秸秆还田5 a后土壤有机碳官能团结构、团聚体组成及有机碳含量、活性有机碳含量、土壤铁离子的变化。田间实验设置4个处理:秸秆不还田作为对照(CK)、秸秆1/3还田(S1)、秸秆2/3还田(S2)、秸秆全部还田(S3)。采用常规方法测定土壤理化性质、粒径、铁离子及土壤微生物量碳含量,13C核磁共振波谱技术(NMR)检测分析土壤有机碳官能团结构。结果表明:秸秆还田5 a后,土壤总有机碳(TOC)、2mm与2.00～0.25 mm团聚体有机碳、可溶性有机碳(DOC)、易氧化态碳(EOC)和微生物量碳(MBC)含量,均随还田量增加而逐渐增加,且不同处理增加量不同,与CK相比,S3处理显著增加了这些有机碳的含量(P0.05)。各处理土壤有机碳以烷基碳与烷氧基碳为主,其次是芳香碳与羰基碳,秸秆还田增加了烷氧基碳、羰基碳(易分解碳组分)含量,降低了烷基碳和芳香碳(难分解碳组分)含量,与CK相比,S3处理显著增加烷氧基碳含量(P0.05)而显著降低了芳香碳含量(P0.05)。与CK相比,S2、S3处理也显著降低了有机碳的芳香度、疏水碳/亲水碳、烷基碳/烷氧基碳比值(P0.05),而对脂族碳/芳香碳影响不明显。与CK相比,S3处理显著增加了2.00 mm团聚体组分,增加了2.00～0.25 mm组分,而降低了0.25～0.053 mm组分和显著降低了0.053 mm组分(P0.05)。秸秆还田对土壤游离铁、活性铁、螯合铁含量的影响不明显。有机碳官能团组成与土壤因子间的冗余分析表明土壤TOC、MBC含量、团聚体组分、铁离子的改变是导致不同处理间有机碳官能团结构存在差异的重要原因。综上所述,由于短期秸秆还田增加了活性有机碳含量、易分解有机碳组分,减少了难分解有机碳组分,降低了微团聚体物理保护作用,改变了微生物活性和铁离子络合作用,在一定程度上降低了土壤有机碳稳定性,可能导致麦玉复种系统土壤碳排放水平的增加。     

不同施肥措施对小麦－玉米轮作中作物产量和土壤肥力的影响

A 15-year field experiment was carried out in Henan Province, China, to study the effects of different fertilization practices on yield of a wheat-maize rotation. Fertilizers tested contained N alone (N), N plus P (NP) or plus P and K (NPK), all with or without manure (M). Different long-term fertilization practices affected the yields under the rotation system of wheat and maize differently and the effects on yields was in a general trend of MNPK＞MNP＞MN＞NPK＞NP＞M＞N＞the control. The average contribution rate of soil fertility to the highest yield was 37.9%, and the rest 62.1% came from fertilizer applications. The yield effects of the chemical fertilizers were in the order of N＞P＞K and were increased by application of manure.Balanced fertilization with multielement chemical fertilizers and manure can be effective in maintaining growth in agricultural production. Combined application of chemical fertilizer and organic manure also increased the content of soil organic matter.     

秸秆还田对土壤养分及土壤微生物数量的影响

为探明秸秆还田后土壤养分及土壤微生物数量的变化情况，通过田间试验，研究了秸秆还田对小麦-玉米轮作体系中土壤养分及土壤微生物数量的影响。结果表明：秸秆还田可以增加土壤有机质含量，提高土壤养分库容，增加土壤中细菌、真菌及放线菌数量。50%秸秆还田、100%秸秆还田、150%秸秆还田条件下，土壤有机质增幅为0.02~0.04个百分点，土壤碱解氮、有效磷、速效钾分别增加6.64~9.00、3.37~4.07、10.33~19.00 mg/kg。不同秸秆还田量增加土壤微生物丰富度，细菌、真菌、放线菌增幅分别为2.2×10⁸个/g~3.1×10⁸个/g、0.5×10⁶个/g ~3.5×10⁶个/g、1.3×10⁷个/g ~1.9×10⁷个/g。但过量秸秆还田不利于农田生产力。     

猕猴桃园和小麦—玉米轮作田两种土地利用方式对土壤养分状况的影响

为深入了解不同土地利用方式下土壤养分水平的差异及施肥和管理中存在的问题,选取陕西省周至县农耕区为研究区域,采用地统计分析和GIS相结合的方法,研究了猕猴桃园和小麦—玉米轮作田两种不同土地利用类型下土壤养分含量、养分相关性、空间变异特征及其分布格局。结果表明:猕猴桃园有机质、碱解氮、有效磷和速效钾4种养分含量分别为:(19.55±3.13)g·kg~(~(-1)),(80.58±14.69)mg·kg~(~(-1)),(23.37±6.09)mg·kg~(~(-1)),(102.79±12.74)mg·kg~(~(-1)),pH值为7.32±0.49;小麦—玉米农田有机质、碱解氮、有效磷和速效钾4种养分含量分别为:(19.43±2.63)g·kg~(~(-1)),(78.80±11.39)mg·kg~(~(-1)),(24.83±6.06)mg·kg~(~(-1)),(95.03±11.75)mg·kg~(~(-1)),pH值为7.41±0.58。猕猴桃园土壤有机质、碱解氮和速效钾含量均高于小麦—玉米农田,仅有效磷含量比小麦—玉米农田偏低。研究区主要养分要素的变异系数都处于10%~100%,属于中等空间变异性。在猕猴桃园中,有机质、碱解氮、有效磷、速效钾两两之间均呈极显著或显著正相关;在小麦—玉米农田,pH值与有机质表现出显著负相关。研究区土壤有效磷含量较为丰富,碱解氮含量处于中等偏高水平,有机质含量处于中等偏低水平,而速效钾含量总体缺乏。整体上猕猴桃园比小麦—玉米农田养分水平高,这主要与不同的田间管理和施肥状况有关。因此,今后应采取维持氮肥、控制磷肥、增加钾肥的措施,并十分重视有机肥的使用。此外,针对不同土地利用类型和土壤肥力状况进行分区培肥管理,普及科学施肥,提高肥料利用效率也是提升土壤肥力水平的重要措施。     

小麦间作玉米农田耗水特性及产量变化对根系分隔的响应

通过田间试验,研究了小麦间作玉米塑料薄膜隔根(PW//C)、尼龙网隔根(NW//C)、不隔根(W//C)及单作玉米(C)和单作小麦(W)对土壤水分、棵间蒸发和水分利用效率的影响。结果表明,根系分隔显著影响作物的耗水特性,从而显著影响作物产量及水分利用效率的提高。小麦收获前,W//C、NW//C和PW//C处理玉米带土壤水分含量均高于小麦带,分别提高2.38%、3.82%和6.13%;小麦收获后,NW//C和PW//C处理玉米带土壤水分含量却均低于小麦带,分别降低5.41%和16.07%,而W//C处理玉米带和小麦带间水分差异不显著。根系分隔显著增大了间作模式的作物棵间蒸发量,NW//C和PW//C较W//C处理分别显著提高6.71%和20.13%。以单作小麦、单作玉米加权平均为对照,W//C、NW//C和PW//C处理分别显著提高经济产量33.60%、26.93%和24.69%,增大耗水量-0.2%、1.02%和6.69%,显著提高水分利用效率34.93%、26.67%和17.80%。W//C处理较NW//C和PW//C处理分别提高经济产量5.25%和7.14%,降低耗水量1.21%和6.64%,提高水分利用效率6.52%和14.54%。     

Denitrification losses from an irrigated sandy-clay loam under a wheat-maize cropping system receiving different fertilizer treatments

Studies were conducted on denitrification in the plough layer of an irrigated sandy-clay loam under a wheat-maize cropping system receiving different fertilizer treatments. The treatments were: N-100 (urea-N at 100kgha^–1year^–1), N-200 (urea-N at 200kgha^–1year^–1), FYM-16 (farmyard manure at 16 tonnes ha^–1year^–1), FYM-32 (farmyard manure at 32 tonnesha^–1year^–1) and the control (unfertilized). Averaged across sampling dates during the wheat season, the denitrification rate as measured by the C₂H₂-inhibition/soil-core incubation method was highest in N-200 (83gNha^–1day^–1), followed by FYM-32 (60gNha^–1day^–1, N-100 (51gNha^–1day^–1), FYM-16 (47gNha^–1day^–1) and the control (33gNha^–1 day^–1). During the maize growing season, average denitrification rate was highest in FYM-32 (525gNha^–1day^–1), followed by FYM-16 (408gNha^–1day^–1), N-200 (372gNha^–1day^–1, N-100 (262gNha^–1day^–1) and the control (203gNha^–1day^–1). Denitrification loss integrated over the whole vegetation period was at a maximum under FYM-32 (13.9kgNha^–1), followed by N-200 (11.8kgNha^–1), FYM-16 (10.6kgNha^–1) and N-100 (8.0kgNha^–1), whereas the minimum was observed for the control (5.8kgNha^–1). Under both crops, denitrification was significantly correlated with water-filled pore space and soil NO₃ ^–-N. The best multiple regression models accounted for 52% and 70% of the variability in denitrification under wheat and maize, respectively. Results indicated that denitrification is not an important N loss mechanism in this well-drained, irrigated sandy-clay loam under a wheat-maize cropping system receiving fertilizer inputs in the range of 100–200kgNha^–1year^–1. Received: 14 January 1997     

基于土地流转的家庭农场经营规模与经济效益分析

在小麦玉米轮作的前提下,分析了黄淮海地区小麦玉米轮作机械化作业模式;以10年承包年限为例,计算了购买农机具10年内作业总费用,将其与租用农机具作业费用进行比较,找到了自购农机具费用低于租赁农机具作业的最低土地面积。在自购农机具的基础上,以40hm^2土地为例计算开始盈利年限。结果表明：在一定范围内,只有通过提高粮食作物的生产规模和承包年限,才能通过土地流转切实提高农民的收入。     

小麦/玉米轮作体系中不同施肥方法下的养分淋溶排污系数测算

为粮田耕地污染监控预警及污染控制提供技术支持,以北京市房山区小麦/玉米轮作为研究对象,采用陶土头负压法,通过2年的田间小区对比试验,以不施肥处理为对照,分析比较优化施肥和常规施肥对淋溶液水质的影响,并测算不同施肥处理的排污系数。研究结果表明:不同的施肥处理氮素淋溶量占总养分淋溶的76%~82%,氮素淋溶中以硝态氮为主,占总氮素淋溶的60%~70%,最高可达到90%;在氮磷钾养分施入量相同的情况下,优化施肥处理在不同程度上降低了养分淋溶量,可使总氮淋溶量减少23%~31%,总磷淋溶量减少32%~46%,硝态氮淋溶量减少22%~36%,在降雨量大时,优化施肥处理可明显减少铵态氮的淋溶;经测算,小麦/玉米轮作农田耕地排污系数(产出每公斤农产品养分淋溶排出量)常规施肥处理总氮、总磷、铵态氮及硝态氮的排放量分别为687.2、3.25、0.22、440 mg,优化施肥处理的排放量分别为348、0.87、0.38、205.9 mg。     

咸水灌溉对麦—玉两熟制农田土壤水稳性团聚体的影响

为探明咸水灌溉对麦—玉两熟轮作农田土壤团聚体的影响效应,在长期定位咸水灌溉试验(始于2006年)的基础上,研究了不同矿化度咸水连续灌溉第13~14年农田土壤盐分(EC e)及水稳性团聚体分布和稳定性指标的变化规律。试验设置5个灌溉水矿化度处理,分别为1,2,4,6,8 g/L。结果表明,0—40 cm土层土壤EC e随灌溉水矿化度增加而增大,4,6,8 g/L灌水处理与1 g/L处理间差异达显著水平。咸水灌溉改变土壤水稳性团聚体的粒级分布,灌溉水矿化度≤4 g/L时,0—40 cm土壤水稳性团聚体以大团聚体(>0.25 mm)为优势粒级,随灌溉水矿化度增加,大团聚体质量分数降低,微团聚体(0.053~0.25 mm)和粉+黏团聚体(<0.053 mm)质量分数增大,当灌溉水矿化度达到6 g/L时,粉+黏团聚体占比最大。咸水灌溉降低土壤水稳性团聚体的稳定性,随灌溉水矿化度的增加,土壤团聚体平均重量直径和几何平均直径减小,分形维数增大,但2 g/L与1 g/L灌水处理间无显著差异。在该研究灌溉制度下,≥4 g/L咸水灌溉显著增加土壤盐分,破坏土壤团粒结构,应谨慎使用。