秸秆还田方式对砂姜黑土有机碳组分和孔隙结构的影响

砂姜黑土容重高、土壤有机碳(soil organic carbon,SOC)含量低是限制作物产量的关键因子,秸秆还田能有效改善土壤结构,提高土壤有机碳含量。为探明砂姜黑土区适宜的秸秆还田方式,进一步培肥改良耕地地力,该研究利用砂姜黑土连续6 a耕作与秸秆还田定位试验,探究不同秸秆还田方式(免耕还田、旋耕还田、深翻还田)对砂姜黑土不同土层(0～10、>10～20、>20～40 cm)有机碳及其组分颗粒有机碳(particulate organic carbon,POC)、矿物结合态有机碳(mineral-associated organic carbon,MAOC)和孔隙结构的影响。研究结果表明:在0～10 cm土层内,3种还田方式下SOC及其组分、土壤总孔隙度和大孔隙度(>50 μm)均无显著性差异(P>0.05)。与旋耕还田相比,免耕还田使>10～20和>20～40 cm土层SOC含量分别降低了14.1%、23.7%(P<0.05),对>10～40 cm土层内孔隙结构特征参数无显著影响(P>0.05);与旋耕还田相比,深翻还田使&...     

覆盖作物种植对砂姜黑土团聚体稳定性及其有机碳组分的影响

为探究覆盖作物种植对淮北平原砂姜黑土团聚体稳定性和有机碳组分的影响,本研究以淮北平原砂姜黑土为研究对象,研究不压实及压实处理下不同覆盖作物类型（休闲、苜蓿、油菜、萝卜+毛苕子混播）对表层土壤（0~10 cm和10~20 cm）团聚体稳定性及其有机碳组分的影响。结果表明：与休闲相比,种植不同覆盖作物（苜蓿、油菜、萝卜+毛苕子）均能显著提高两种压实处理0~10 cm土层有机碳（SOC）含量,其中苜蓿处理增幅最大（14.3%）;在10~20 cm土层,仅苜蓿处理显著增加了SOC含量（9.17%~10.8%）。在0~10 cm和10~20 cm土层,各覆盖作物处理土壤水稳性团聚体平均质量直径（MWD）的变化规律与土壤有机碳完全一致,均表现为苜蓿处理显著提高了两个土层的MWD。与休闲相比,3个种植覆盖作物处理均能显著提高0~10 cm土层水稳性大团聚体（≥2 000 μm）的含量;10~20 cm土层中仅苜蓿处理在两种压实处理下水稳性大团聚体（≥2 000 μm）含量较休闲处理有显著提升。种植覆盖作物使不同粒级团聚体SOC含量均呈现出增加的趋势,其中苜蓿处理显著增加了0~10 cm和10~20 cm土层≥2 000、250~<2 000 μm和53~<250 μm团聚体SOC含量。与休闲处理相比,苜蓿、油菜和萝卜+毛苕子处理均显著增加了0~10 cm和10~20cm土层土壤颗粒有机碳（POC）含量,其中苜蓿处理的增幅均为最大（25.2%~34.5%）。覆盖作物对土壤矿物结合态有机碳（MOC）含量无显著影响。与不压实处理相比,压实处理对SOC、POC和MOC含量以及水稳性团聚体MWD均无显著影响。研究表明,种植覆盖作物尤其是苜蓿可以显著提高砂姜黑土总有机碳和颗粒有机碳含量以及水稳性团聚体的稳定性,从而改善砂姜黑土质量并提升其生产力。     

“旋松一体”耕作对潮土和砂姜黑土物理性质及作物生长的影响

为改善潮土和砂姜黑土容重大,穿透阻力强,犁底层紧实等结构障碍。研究提出一种“旋松一体”耕作方式,并在山东德州的典型潮土和安徽怀远的典型砂姜黑土进行试验。其中,潮土设置旋耕15 cm、旋松一体30 cm两个处理;砂姜黑土设置旋耕15 cm、深翻30 cm和旋松一体30 cm三个处理,研究旋松一体耕作对两种土壤0 ~ 40 cm土层土壤容重、紧实度、水分动态和小麦玉米根系及产量生长的影响。结果表明:与旋耕相比,旋松一体耕作显著降低了潮土和砂姜黑土容重和穿透阻力,与深翻相比,旋松一体耕作也显著降低了砂姜黑土容重和穿透阻力。旋松一体耕作显著提高了降水后土壤水分下渗速度、下渗量及下渗深度,进而提高潮土深层,砂姜黑土小麦季表层及玉米季深层土壤体积含水量。与旋耕相比,旋松一体耕作分别增加潮土和砂姜黑土小麦产量11.4%和7.1%,玉米产量6.7%和37%（受涝害胁迫）,提高直接经济收益1748和3277元hm?2。旋松一体耕作有效改善了潮土和砂姜黑土物理性质,提高作物产量和经济效益显著,可作为华北平原土壤耕层结构改良的新型耕作模式。     

不同耕作方式对砂姜黑土物理性质和玉米生长的影响

砂姜黑土结构不良是影响其生产力的主要限制因子。为改良其土壤结构,基于安徽龙亢农场砂姜黑土耕作定位试验基地,设置免耕、旋耕、深松和深翻四种处理,研究不同耕作方式对砂姜黑土0～40 cm土层土壤物理结构、玉米根系发育及其产量的影响。结果表明:1)在玉米生育期内,免耕处理下0～40cm土壤平均容重和紧实度分别为1.52～1.57g·cm~(–3)和926～1 748 kPa,高于其他耕作处理;0～10 cm土层有效水分库容和饱和导水率低于其他耕作处理,分别仅为0.12 cm~3·cm~(–3)和3.5×10~(–5)mm·min~(–1);根系发育受到明显抑制,根长密度和根干物质的量密度较其他耕作方式分别降低42.5%～117%、35%～73.9%;2016—2017周年作物产量较深松和深翻降低8%～12%。2)与旋耕和深松相比,深翻处理下10～20cm土壤容重和10～30 cm土壤穿透阻力分别降低至1.39～1.51 g·cm~(–3)和725～1 575kPa,0～10 cm土壤饱和导水率显著提高至4.15×10~(–2) mm·min~(–1),0～20 cm土壤有效水分库容提高至17.9%～18.4%,促进了0～10 cm土层根系发育,具有较好的增产效果。3)相关分析表明根长密度与土壤容重(r=–0.74**,P 0.01)和穿透阻力(r=–0.73**,P 0.01)呈极显著负相关关系。综上所述,深翻改良砂姜黑土结构效果明显,有利于作物生长,为该区较适宜的耕作模式。     

覆盖作物根系对砂姜黑土压实的响应

轮作直根系的覆盖作物被认为是缓解土壤压实的有效手段,但不同覆盖作物对土壤压实的适应性在不同气候和土壤条件下存在较大差异。为筛选更适宜缓解砂姜黑土压实的覆盖作物品种(模式),在安徽典型砂姜黑土设置不压实(Non-compacted,NC)与压实(Compacted,C)处理,通过种植不同覆盖作物(休闲、苜蓿、油菜、萝卜+毛苕子混播),分析覆盖作物根系对压实土壤的响应。结果表明:与不压实处理相比,压实处理显著增加了0~30 cm土层土壤容重(8.65%);显著增加了0~27.5 cm和37.5~45 cm土层的穿透阻力;显著改变0~20 cm土层土壤收缩特征。同时,土壤压实大幅度降低了0~50 cm土层苜蓿、油菜、萝卜+毛苕子的根干重密度,增加了苜蓿、油菜、萝卜+毛苕子的根比表面积。压实处理下50~70 cm土层萝卜+毛苕子根干重密度、根体积密度和根长密度均大于苜蓿和油菜,表明萝卜+毛苕子混播种植模式下根系穿透压实土壤能力最强。压实处理下不同覆盖作物地上覆盖度和生物量均表现为由大到小依次为萝卜+毛苕子、油菜、苜蓿。与不压实处理相比,压实处理分别减少苜蓿、油菜、萝卜+毛苕子地上部分生物量的62.5%、67.6%、15.8%,地下部分生物量的61.4%、57.7%、47.8%。因此,萝卜+毛苕子种植模式下根系生长受压实影响最小,在压实土壤中适应性最好。     

淮北平原砂姜黑土玉米产量与土壤性质的区域分析

以淮北平原作为调查区域,对砂姜黑土区48个样点的玉米产量及0～20 cm耕层土壤性质进行了分析。结果表明:在涡阳县东、西部,蒙城县南部和怀远县北部,玉米产量多在8.7t/hm~2以上,土壤容重较小;而在蒙城县北部,玉米产量多在7t/hm~2以下,土壤容重最大,平均达到1.6g/cm~3以上。涡阳县土壤有机碳含量最高,平均值达到15.4g/kg,较怀远县和蒙城县分别增加了28.3%和55.9%。土壤全量养分和速效养分随玉米产量等级变化不明显。相关性分析表明:玉米产量与耕层土壤穿透阻力(r=–0.348,P0.05)、土壤容重(r=–0.484, P0.01)呈负相关,而与土壤有机碳(r=0.421, P0.01)呈正相关。因此,土壤物理性质与土壤有机碳是影响该区玉米产量的关键因子。     

不同耕作方式对砂姜黑土孔隙结构特征的影响

砂姜黑土黏闭僵硬问题突出，耕作是改良其结构的重要措施之一。本文基于安徽龙亢农场砂姜黑土耕作试验基地，采集免耕（No-tillage, NT）、旋耕（Rotary tillage, RT）和深翻（Deep ploughing, DP）处理的原状土柱（高20 cm，直径10 cm），利用X射线CT扫描技术和ImageJ 软件等对土壤孔隙结构进行三维重建和可视化处理，定量分析了不同耕作方式对土壤的孔隙度、孔径大小分布、孔隙形态特征、网络特征以及土壤饱和导水率的影响。结果表明：（1）与免耕相比，旋耕和深翻下土壤的大孔隙度分别增加了192.7%和261.1%（P < 0.05）；与旋耕相比，深翻下土壤大孔隙度增加了23.4%；（2）相较于免耕，旋耕和深翻显著增加了土壤孔隙的水力半径、紧密度、分形维数和全局连通性（P < 0.05），显著降低了各向异性程度和欧拉数（P < 0.05），土壤饱和导水率得到显著提升，且深翻的改良效果总体优于旋耕；（3）相关分析表明土壤饱和导水率与除水力半径外的孔隙结构特征参数均存在显著相关（P < 0.05），其中与连通性最大孔隙度的相关性最高（r=0.833**，P < 0.01）。综上所述，深翻扩大了土壤孔隙的水力半径，改善了连通性，提升了复杂程度，从而构建了相对良好的土壤孔隙形态和网络结构，提高了导水能力，消减砂姜黑土结构性障碍效果显著。     

不同覆盖作物对砂姜黑土剖面硝态氮动态的影响

为探究不同覆盖作物整个生育期内[覆盖作物播种后（2021年11月5日）、营养生长期（2022年3月12日）和生殖生长期（2022年5月5日）]砂姜黑土剖面中硝态氮的动态变化，本研究在安徽省龙亢农场典型砂姜黑土区设置压实（Compacted，C）与不压实（Non-compacted，NC）处理，并裂区设置冬季休闲（Con）、苜蓿（Alf）、油菜（Rap）、萝卜+毛苕子混播（Rhv） 4个处理，动态监测0~120 cm土层中土壤硝态氮含量、储量和植株地上地下生物量及其氮素积累量。结果表明：整个覆盖作物生长季，Alf、Rap、Rhv处理土壤硝态氮含量持续下降，各处理0~120 cm土层平均分别下降43.3%、53.9%、57.5%。营养生长期与生殖生长期3个覆盖作物处理（除生殖生长期不压实条件下Rhv处理）硝态氮储量均较Con处理降低（P<0.05），且营养生长期的平均降幅（压实52.7%，不压实60.7%）高于生殖生长期（压实40.2%，不压实35.6%）。营养生长期，不压实条件下Alf处理土壤硝态氮储量是Rap和Rhv处理的1.41倍（P<0.05）。生殖生长期，压实与不压实条件下3个覆盖作物处理土壤硝态氮储量间无显著差异。营养生长期，Alf处理地上部生物量和氮素累积量低于Rap处理（P<0.05），地下部生物量和氮素累积量低于Rhv处理（P<0.05）；但生殖生长期，Alf处理地上和地下部氮素累积量均显著高于Rap和Rhv处理（P<0.05）。相关分析表明，土壤中硝态氮储量与覆盖作物生物量以及氮素累积量呈负相关（P<0.05），表明覆盖作物对氮的吸收利用是土壤硝态氮下降的主要原因。综上，与Con处理相比，Alf、Rap和Rhv处理均可以有效降低土壤剖面中残余硝态氮，但Alf处理在前期生长缓慢，降低土壤剖面硝态氮的能力低于Rap与Rhv处理。因此，在砂姜黑土区种植油菜或萝卜+毛苕子更有利于降低覆盖作物生长期的硝态氮淋溶风险。