Effect of farm management on topsoil organic carbon and aggregate stability in water: A case study from Southwest England,UK

There are few reliable data sets to inspire confidence in policymakers that soil organic carbon (SOC) can be measured on farms. We worked with farmers in the Tamar Valley region of southwest England to select sampling sites under similar conditions (soil type, aspect and slope) and management types. Topsoils (2–15 cm) were sampled in autumn 2015, and percentage soil organic matter (%SOM) was determined by loss on ignition and used to calculate %SOC. We also used the stability of macroaggregates in cold water (WSA) (‘soil slaking’) as a measure of ‘soil health’ and investigated its relationship with SOC in the clay‐rich soils. %SOM was significantly different between management types in the order woodland (11.1%) = permanent pasture (9.5%) > ley‐arable rotation (7.7%) = arable (7.3%). This related directly to SOC stocks that were larger in fields under permanent pasture and woodland compared with those under arable or ley‐arable rotation whether corrected for clay content (F = 8.500, p < .0001) or not (F = 8.516, p < .0001). WSA scores were strongly correlated with SOC content whether corrected for clay content (SOC_adj R² = .571, p < .0001) or not (SOC_unadj R² = 0.490, p = .002). Time since tillage controlled SOC stocks and WSA scores, accounting for 75.5% and 51.3% of the total variation, respectively. We conclude that (1) SOC can be reliably measured in farmed soils using accepted protocols and related to land management and (2) WSA scores can be rapidly measured in clay soils and related to SOC stocks and soil management.     

黄淮海旱作区土壤压实度空间分布特征及其影响因素

为探究旱作区农田不同层次土壤压实度特征,基于2017年采集的255个土壤样品,运用Mann-Kendall突变检验法、地统计学和冗余分析等方法,探究黄淮海旱作区耕作层和压实层空间分布特征,分析不同层次的土壤压实度的空间变异特性及影响因素,并提出了最佳土壤压实度范围。研究结果表明:旱作区耕作层和压实层厚度均呈现由北向南递增的趋势,耕作层最大厚度可达22.50 cm,最低仅有10.21 cm;压实层厚度最大可达17.50 cm,最小值也达到7.50 cm。从不同层次来看,耕作层和压实层的压实度具有空间分布一致性,耕作层压实度高值区主要分布在河南省东部、安徽北部及河北北部地区,最大值可达87.68%以上,低值区则主要集中在山东西北部以及河北南部地区。和压实层压实度相比,耕作层压实度是影响粮食产量的主要因素,且在70%～80%时获得较高产量。分析表明,土壤压实度受到年降水量、平均气温、土壤自然属性等环境因子和机械耕作等人为因素综合作用的影响。研究结果可为黄淮海农田土壤压实情况的改善及管理措施的科学制定提供理论支撑。     

长期少免耕对中国东北玉米农田土壤呼吸及碳氮变化的影响

在黑土区37年不同耕作模式定位试验田，采用原位法比较常规旋耕灭茬起垄（CT）、旋耕留高茬行间深松-少耕（RT）、免耕（NT）和深翻（PT）4种耕作模式土壤呼吸速率及其与土壤温度和湿度的关系，测定土壤总碳氮、无机氮，微生物碳氮的变化。结果表明，玉米生育期间土壤呼吸呈单峰变化，开花期达最大值，生长季平均呼吸速率依次为RT > NT > CT > PT。4个处理土壤温度与土壤呼吸速率间存在显著指数关系。不同耕作模式0~10 cm土壤温度可解释土壤呼吸速率变异的38.3%~67.9%，温度敏感性系数Q10范围为2.1~5.3；RT和NT处理显著提高0~20 cm土壤碳氮含量；RT处理在0~20 cm土壤中微生物碳含量均高于CT、NT和PT处理。RT处理土壤呼吸对温度响应提高，RT和NT处理显著增加上层土壤总碳氮含量，利于土壤质量提升。     

玉米免耕播种机漏播补偿方法对比研究

为解决玉米免耕播种机播种作业时存在漏播的问题，针对漏播自补偿和漏播辅助补偿方法进行了对比研究。对水平圆盘排种器的排种性能进行试验，获取了排种器在不同排种盘转速和播种粒距下排种合格指数、漏播指数和重播指数。由漏播自补偿补种性能分析可得，在排种口检测漏播信号进行加速补种，补种的实际粒距LPR>1.5L，补种粒距依然为漏播，无法实现漏播补偿功能，若在种子脱离排种口之前检测到漏播信号，提前做好加速准备再进行补种，可实现漏播自补偿功能。由漏播自补偿试验可知，漏播自补偿受播种速度和播种粒距影响较大，在播种粒距为20、25cm，播种速度不大于5km/h时，补种合格率不小于88%，在播种粒距为15cm或播种速度大于5km/h时，补种合格率较低；由漏播辅助补偿补种性能试验可知，在播种速度3~7km/h，粒距15~25cm下，补种成功率不小于89%，在播种速度不大于5km/h，补种合格率不小于96%。为了保证补种位置精确，采用漏播辅助补偿装置进行补种，〖JP2〗需合理设计漏播补偿装置安装位置，同时受播种速度、播种粒距、排种盘线速度、投种角的影响，通过合理设计补种装置安装参数后，控制补种装置响应时间t和补偿装置排种盘的线速度vb实现补种位置的精确控制。     

不同耕作方式对黑土区农田土壤物理特性的影响

为探讨耕作方式对黑土区农田土壤物理特性的影响,2016年6—9月在内蒙古自治区呼伦贝尔市阿荣旗试验区设置3种耕作方式深松(SS)、免耕(MG)及常规耕作(CK),分别采集0-10 cm、10-20 cm和20-30 cm土层的土样,对土壤容重、含水量、土壤渗透速率及土壤孔隙度进行调查。结果表明：3种耕作方式土壤容重及含水量均表现为SS>CK>MG；土壤入渗特征表现为初始入渗率>平均渗透率>稳定入渗率；土壤入渗速率及累计入渗量表现为SS>CK>MG；土壤孔隙度以SS处理下最高且随着月份的增加土壤孔隙度降低。主成分分析表明,初始入渗速率和渗透总量对不同耕作方式最为敏感,可以作为考察东北黑土区农田耕作效应与缓解黑土地退化的评价指标。由综合得分可知,不同耕作方式下土壤性能优劣表现为SS>MG>CK。综上,深松耕作可以有效的降低土壤容重,提高土壤含水量,促进土壤渗透能力；免耕更有利于水分的保持,降低土壤的无效蒸发。     

油-棉连作棉田油菜秸秆覆盖对棉田杂草发生及土壤杂草种子库的动态影响

在安徽省沿江棉区开展了油菜秸秆覆盖对棉田杂草发生、棉花生长及土壤杂草种子库影响的研究。结果表明,随着油菜秸秆覆盖量的增加,对棉田杂草的抑制效果增强。与未覆盖秸秆且不除草处理相比较,7000Kg/hm²秸秆覆盖量处理棉花单株铃数和子棉产量显著提高。7000Kg/hm²秸秆覆盖量处理在覆盖后30d、60d和120d逐步减少0-20cm土层杂草种子库密度,与全程除草剂处理较一致；随着覆盖量减少,对0-20cm土层杂草种子库密度降低幅度减小。全程除草剂处理降低0-5cm土层杂草种子库多样性,而油菜秸秆覆盖则可能增加0-5cm土层的杂草种子库多样性。3500Kg/hm²覆盖量+秸秆覆盖30d后喷施除草剂处理的抑草效果和增产效果与全程除草剂处理一致。因此,在安徽省沿江棉区油-棉连作棉田推荐使用3500Kg/hm²油菜秸秆覆盖量+秸秆覆盖30d后喷施除草剂。     

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。     

耕作措施对坡耕地红壤地表径流氮磷流失的影响

云南山地面积约占全省土地总面积的94%,特殊的地形特征,极易引发坡面土壤侵蚀和养分流失,严重影响了农业可持续生产。采取有效的农艺措施来减少坡耕地土壤养分流失是十分有必要的。为此,通过4年定位试验对顺坡(2组处理)、横坡(2组处理)2种耕作方向的复合农艺措施处理进行研究。结果表明:云南坡地红壤的径流时间主要集中在6—9月,且产流雨量占年降雨量的65.62%～75.82%。产流雨量与年降雨量呈现一致趋势。径流量和产流雨量呈线性关系(R_(NVF)~2=0.597 7,R_(OVF)~2=0.415 1,R_(OHF)~2=0.378 2,R_(OHFR)~2=0.335 5),其相关性大小顺序为顺坡处理横坡处理,不施肥处理施肥处理,覆膜处理揭膜处理(P0.01)。大雨(25～49.9 mm)和暴雨(≥50 mm)造成了年度大部分径流和养分的流失。横坡垄作组处理产生地表径流(177.13±28.87)～(182.28±33.75) mm,径流中总氮流失量(7.66±2.51)～(7.85±1.92) kg/hm~2,总磷流失量为(0.91±0.26)～(1.09±0.27) kg/hm~2,与顺坡垄作OVF(常规处理)相比径流和养分极显著减少了49.57%～52.13%,33.16%～53.88%(P0.01)。不同耕作措施下,复合耕作模式(优化施肥+横坡垄作+旺长期揭膜)拦截径流和养分流失的效果最好。RDA分析结果发现,与降雨量相比较,径流量是影响氮磷养分变化的主要环境因子(P0.01)。径流量与氮养分(NH_4~+-N除外)流失量的相关性高于与磷的相关性,表明氮比磷更容易随径流流失。顺坡处理NVF和OVF与环境因子径流量和氮磷养分流失量TN、TDN、NO_3~--N、NH_4~+-N、TP、TDP呈正相关,横坡处理OHF和OHFR与其呈负相关。     

保护性耕作对土壤团聚体、微生物及线虫群落的影响研究进展

保护性耕作具有良好的生态效益，有利于农业生态系统的可持续发展。本文对比分析了国内外有关常规耕作和保护性耕作措施对土壤团聚体、土壤有机碳、土壤微生物及土壤线虫影响的研究进展。结果表明：保护性耕作减少土壤大团聚体的破坏，降低团聚体周转速率，提高土壤结构的稳定性；保护性耕作提高表层土壤总有机碳及活性有机碳含量；保护性耕作可以提高耕层微生物生物量，尤其对真菌生物量影响显著；保护性耕作不同程度地提高了团聚体中微生物量和微生物多样性，但并未改变微生物在团聚体中的分布模式；保护性耕作可提高土壤线虫多度，提高原状土壤和土壤各粒级团聚体中线虫群落的成熟度指数和结构指数，但并未改变线虫总数、营养类群、功能团及生态指数在团聚体中的分布模式。针对目前国内外研究现状，展望了保护性耕作今后的研究重点，以期为因地制宜选取保护性耕作措施提供理论支持，推进我国农业可持续发展。     

Novel soil quality indicators for the evaluation of agricultural management practices: a biological perspective

Developments in soil biology and in methods to characterize soil organic carbon can potentially deliver novel soil quality indicators that can help identify management practices able to sustain soil productivity and environmental resilience. This work aimed at synthesizing results regarding the suitability of a range of soil biological and biochemical properties as novel soil quality indicators for agricultural management. The soil properties, selected through a published literature review, comprised different labile organic carbon fractions [hydrophilic dissolved organic carbon, dissolved organic carbon, permanganate oxidizable carbon (POXC), hot water extractable carbon and particulate organic matter carbon], soil disease suppressiveness measured using a Pythium-Lepidium bioassay, nematode communities characterized by amplicon sequencing and qPCR, and microbial community level physiological profiling measured with MicroResp^TM. Prior studies tested the sensitivity of each of the novel indicators to tillage and organic matter addition in ten European long-term field experiments (LTEs) and assessed their relationships with pre-existing soil quality indicators of soil functioning. Here, the results of these previous studies are brought together and interpreted relative to each other and to the broader body of literature on soil quality assessment. Reduced tillage increased carbon availability, disease suppressiveness, nematode richness and diversity, the stability and maturity of the food web, and microbial activity and functional diversity. Organic matter addition played a weaker role in enhancing soil quality, possibly due to the range of composition of the organic matter inputs used in the LTEs. POXC was the indicator that discriminated best between soil management practices, followed by nematode indices based on functional characteristics. Structural equation modeling shows that POXC has a central role in nutrient retention/supply, carbon sequestration, biodiversity conservation, erosion control and disease regulation/suppression. The novel indicators proposed here have great potential to improve existing soil quality assessment schemes. Their feasibility of application is discussed and needs for future research are outlined.