秸秆还田对东北黑土水分特征及物理性质的影响

为明确秸秆还田对东北黑土水分特征及物理性质的影响,设置秸秆覆盖还田（FG）、秸秆翻埋还田（FM）和秸秆不还田翻耕(FD)3个处理,测定土壤含水量、水分特征曲线、容重、硬度、土壤三相比及结构稳定性等参数。结果表明：（1）秸秆覆盖还田可显著提高春季耕层（0~30 cm）土壤含水量,较秸秆不还田翻耕处理增幅为11.17%~150.84%;不同处理耕层土壤在水吸力中吸力段土壤含水量变化曲线平滑,秸秆覆盖还田处理具有较高的土壤持水性。（2）秸秆还田能显著提高土壤水分有效性,与秸秆不还田翻耕处理相比,秸秆覆盖还田处理0~10 cm土层土壤田间持水量提高4.85%~11.03%,土壤凋萎系数提高10.85%~18.00%;秸秆翻埋还田处理0~10 cm土层土壤重力水增加9.65%~80.73%。秸秆翻埋还田提升了土壤供水能力,土壤比水容量较秸秆不还田翻耕处理增加4.8%~10.0%。（3）与秸秆不还田翻耕处理相比,秸秆还田降低了收获后土壤紧实度,降低幅度为0.18~0.31 MPa;秸秆覆盖还田增加表层土壤容重,降低土壤孔隙度,促进三相结构趋于合理,显著增加土壤结构稳定性。（4）皮尔森相关分析表明,三相比R值与结构距离（r=0.73^*）、土壤容重（r=0.70^*）相关性显著,在一定范围内三相比R值的增加有利于改善并促进土壤结构稳定。综上可知,东北黑土农田实施秸秆还田是提高春季土壤含水量、增强土壤持水性、提升土壤供水能力、调节土壤紧实性、调控土壤三相比、改善土壤结构和提高土壤宜耕性的有效措施。     

耕作方式对根土关系的影响及CT技术在其研究上的应用

东北是中国重要的粮食生产基地,在保障国家粮食安全发挥了重要作用,合理的土壤结构促进作物根系生长,为高产奠定了良好的物质基础。而土壤耕作调控土壤结构创造良好耕层结构,促进作物根系生长,是良好土壤结构形成和根系健康生长的“桥梁”,将土壤结构与作物根系之间关系结合起来,起着非常重要调控作用。本文阐述了耕作方式对土壤结构的影响及土壤结构与作物根系之间的互作关系,分析了CT技术在土壤结构和根系结构上的应用,展望了东北农田黑土区土壤结构和作物根系互作关系的研究重点及发展方向：一是要明确保护性耕作原状土体和团聚体结构特征,解析新型耕作技术对土壤结构的调控作用机制,阐明土壤结构决定土壤功能的内在机理;二是要明确保护性耕作玉米根系的结构特征,解析玉米根系生理代谢及衰老机制,揭示玉米根系生长对土壤结构应答的响应机制。其研究将为保育东北黑土,塑造理想根型,提升作物产量和助推全程机械化安全生产提供理论支撑。     

农田不同耕层构造对玉米生长发育及产量的影响

在公主岭市吉林省农科院长期定位试验田(1983年)4种耕层构造(上虚下实、全虚耕层、全实耕层和虚实并存)上,通过对玉米出苗率、株高、茎粗、叶片数、叶面积、根系及产量指标测定,探讨不同耕层构造对玉米生长发育及产量的影响。结果表明,虚实并存耕层玉米出苗率为94.90%,明显高于其他耕层,增加苗期玉米株高和茎粗,叶片数较全虚耕层和上虚下实耕层分别增加0.8和1.2片,但与全实耕层相比差异不明显。从玉米生育中后期来看,虚实并存耕层促进玉米生长发育,增加叶面积,改善根系性状,与上虚下实耕层比较,根条数增加16.80条,气生根和地下根干重分别增加4.60 g和20.50 g,且气生根层数增加0.80层。同时,虚实并存耕层玉米产量显著高于其他耕层,增产幅度为8.17%~15.02%,上虚下实耕层产量最低。可见,虚实并存耕层"既发小苗,又发老苗",稳产高产,是较为理想的耕层构造。     

长期耕作对农田黑土几丁质降解菌群及酶活性的影响

以黑土区耕法长期定位试验为平台，采用荧光定量和高通量测序技术研究不同耕作措施（灭茬打垄、免耕、间隔深松和翻耕）下0~40 cm土层chiA几丁质降解菌基因丰度、微生物群落结构和酶活性，以揭示长期耕作对农田黑土几丁质降解菌群及酶活性的影响及其驱动因子。结果表明：0~20 cm土层，免耕显著提高chiA基因丰度，20~40 cm土层，免耕降低chiA基因丰度、alpha多样性和变形菌门（Proteobacteria）相对丰度，但是增加放线菌门（Actinobacteria）相对丰度。土壤pH、平均重量直径和养分含量显著影响chiA基因丰度和群落结构。与灭茬打垄相比，免耕显著提高0~20 cm土层几丁质酶活性，而间隔深松和深翻显著提高0~40 cm土层几丁质酶活性。结构方程模型模拟发现耕作方式、土壤深度、平均重量直径、土壤有机碳、全氮、全磷、chiA基因丰度和放线菌门相对丰度对几丁质酶活性具有显著直接效应。研究结果为明确黑土区不同耕作措施对土壤几丁质降解的影响提供理论基础。     

基于最小数据集评价耕作方式对黑土农田土壤质量的影响

东北黑土区是我国重要的商品粮生产基地，其土壤质量优劣关系着国家粮食安全。本研究以吉林中部耕法定位试验为平台，对连续35年传统耕作(CT)、间隔深松(ST)、免耕(NT)及翻耕(MP)4种耕作方式下的0～20cm土壤进行土壤质量评价。选取26个涵盖土壤物理、化学、生物学性质的指标作为全量数据集，运用最小数据集法筛选指标，计算土壤质量指数，选取适合东北黑土区的耕作方式。结果表明，不同耕作方式耕层土壤质量评价最小数据集由紧实度、平均重量直径、有机质、全磷、β-葡萄糖苷酶、N-乙酰葡糖胺糖苷酶构成。不同耕作方式对土壤质量指数呈现的大小关系为ST>MP>CT>NT。由此可见，间隔深松能显著提高黑土耕层土壤质量，可作为东北春玉米农田可持续发展适宜的耕作方式。