西南“旱三熟”区不同作物和秸秆覆盖对土壤团聚体及固碳潜力的影响

为了探讨西南"旱三熟"(小麦/玉米/大豆)套作种植模式下农田土壤团聚体的分布特征及有机碳含量变化情况,进而估算该模式下的土壤固碳潜力,在重庆北碚西南大学试验农场对传统耕作(traditional tillage,T)和传统耕作+秸秆覆盖(traditional tillage+straw mulching,TS)2种处理下的土壤团聚体进行筛分和测定。结果表明,3种作物种植下的2mm粒径与2~0.25mm粒径团聚体含量此消彼长,存在显著的负相关关系(r=-0.985,P0.05)。土壤团聚体结构对不同作物的响应不同,水稳性大团聚体(0.25mm粒径)含量在小麦和大豆种植后高达90%左右,玉米种植后约为80%,说明种植玉米有利于土壤水稳性微团聚体的形成。2~0.25mm粒径团聚体的有机碳含量最高,而水稳性微团聚体的两个粒径团聚体有机碳含量相差不大,有机碳含量在团聚体中的分布规律不受种植作物和耕作方式的影响。秸秆覆盖显著提高了0~5cm和5~10cm土层的本土及各个粒径中的有机碳含量,且5~10cm土层团聚体有机碳受秸秆覆盖的影响较大。通过估算固碳潜力发现,玉米条带的土壤固碳潜力显著大于小麦-大豆条带,在耕作处理保持一致的情况下,土壤团聚体有机碳含量对农作物的响应不同。因此,在西南"旱三熟"地区,农田土壤团聚体分布特征和不同粒径有机碳含量受到耕作措施和种植作物的双重影响,土壤固碳潜力主要由水稳性大团聚体的固碳能力决定,水稳性大团聚体更易受到耕作措施和种植作物的影响,在实践中通过秸秆还田提高土壤固碳外,合理安排农作物也有助于提高土壤的固碳能力。     

土壤活性有机碳不同组分对保护性耕作的响应

为分析保护性耕作措施对旱作农田土壤活性有机碳的影响以及对土壤有机碳的敏感响应指标进行归纳总结,探讨适合西南丘陵区紫色土农田生态系统在保护性耕作下的有机碳分组方法和活性碳有效指标提供科学依据,进而为土壤固碳减排、提高土壤质量奠定理论基础。在重庆北碚西南大学试验农场对平作(traditional tillage,T)、垄作(ridge tillage,R)、平作+秸秆覆盖(traditional tillage+straw mulching,TS)和垄作+秸秆覆盖(ridge tillage+straw mulching,RS)4种处理下、西南紫色土丘陵区"旱三熟"种植模式下的土壤总有机碳(Total soil organic carbon,TOC)、颗粒有机碳(Particulate organic carbon,POC)、水溶性有机碳(Dissolved organic carbon,DOC)、易氧化有机碳(Readily oxidized organic carbon,ROC)、可矿化有机碳(Mineralized organic carbon,MOC)以及微生物量有机碳(Microbial biomass carbon,MBC)进行了测定和分析。结果表明,秸秆覆盖不仅增加了表层土壤的TOC,也有利于20cm以上的耕层TOC的增加,而垄作对TOC的影响很小。秸秆覆盖处理下各土层POC均显著高于传统耕作,而单纯的垄作处理对5cm以下土层的POC没有影响,却显著地降低了0-5cm土层POC含量。DOC含量随土层的加深逐渐降低,且不同处理的差异主要出现在表层0-5cm土壤中,5cm以下土壤的DOC含量不易受到耕作措施的影响。TS、RS与对照相比均显著提高0-5cm土层的ROC含量,R与T之间差异不显著,秸秆覆盖只对土壤表层ROC影响很大。T、R、TS、RS处理全年日均土壤呼吸分别为1.84,1.65,2.22,2.21μmol/(m2·s),年土壤呼吸总量分别为696.31,624.41,840.12,836.33g/m2。与对照相比,垄作对土壤呼吸的影响不大,秸秆覆盖加速了土壤呼吸速率。秸秆覆盖处理显著提高了MBC含量,而垄作处理的影响不大。MBC与土壤呼吸速率呈显著正相关,R2介于0.756~0.919之间,P0.05。通过对土壤总有机碳及各组分之间的相关分析分析结果显示,TOC、POC、DOC和ROC在0-5cm土层表现显著的正相关,其他土层没有明显的规律。TOC、POC、DOC、ROC和MBC对耕作措施的响应变化基本一致,表现为对垄作处理的响应不显著,而受秸秆覆盖的影响很大,其中颗粒有机碳占总有机碳的35.74%~49.66%,二者显著正相关,可以作为反映土壤有机碳变化的敏感指标。     

西南紫色土丘陵区不同耕作方式对土壤水热条件、有机碳含量及蚕豆产量的影响

在重庆北碚西南大学试验农场开展大田试验,设置传统耕作(T)、垄作(R)、传统耕作+半量秸秆覆盖(TS_1)、垄作+半量秸秆覆盖(RS_1)、传统耕作+全量秸秆覆盖(TS_2)、垄作+全量秸秆覆盖(RS_2)6个不同处理,研究不同耕作方式对蚕豆土壤水热条件、有机碳含量和蚕豆产量的影响及其相关关系。结果表明:秸秆覆盖下的土壤温度在低温时显著高于平作,在高温时则显著低于平作,而垄作的土壤温度与平作间没有明显的差异;在苗期、分枝期、开花期和成熟期,RS_2处理土壤水分均显著高于R处理;在分枝期、开花期和成熟期TS_2处理土壤水分均显著高于T处理;垄作和秸秆覆盖能提高土壤的有机碳含量,不同处理间的有机碳含量表现出RS_2TS_2RS_1TS_1RT的趋势;垄作和秸秆覆盖能提高蚕豆的产量,与对照T相比,R、TS_1、RS_1、TS_2、RS_2处理的蚕豆产量分别增产3.55%、9.20%、9.88%、10.78%、12.54%;蚕豆产量与土壤有机碳含量呈显著正相关。     

保护性耕作对蚕豆根际土壤微生物数量和酶活性的影响

为明确保护性耕作对蚕豆根际土壤酶活性、微生物的影响,本研究采用传统耕作(Traditional tillage,T)、垄作(Ridge tillage,R)、传统耕作+半量秸秆覆盖(Traditional tillage+Half amount of straw mulching,TS_1)、垄作+半量秸秆覆盖(Ridge tillage+Half amount of straw mulching,RS_1)、传统耕作+全量秸秆覆盖(Traditional tillage+Whole amount of straw mulching,TS_2)、垄作+全量秸秆覆盖(Ridge tillage+Whole amount of straw mulching,RS_2)6个不同处理,研究保护性耕作对蚕豆土壤微生物(细菌、真菌、放线菌)、酶活性(多酚氧化酶、转化酶、酸性磷酸酶)的影响以及它们之间的相关关系,从而为蚕豆生产实践中选择合理的耕作方式奠定科学基础。试验表明:(1)以T为对照,RS_2、TS_2、RS_1、TS_1、R均能在不同程度上提高细菌、真菌、放线菌的数量,其中RS_2效果最为明显。RS_2处理下根际土壤细菌在苗期、分枝期、开花期、结荚期、成熟期较T处理分别提高525.00%、132.55%、294.44%、23.85%、175.00%,真菌较T处理分别提高27.00%、69.39%、156.41%、48.09%、79.55%,放线菌较T处理分别提高138.01%、178.26%、134.29%、100.23%、130.36%;(2)垄作和秸秆覆盖均能提高土壤各种酶的活性,其中RS_2效果最显著。RS_2处理下根际土壤多酚氧化酶在苗期、分枝期、开花期、结荚期、成熟期较T处理分别提高38.34%、43.24%、1.44%、48.96%、123.89%,转化酶较T处理分别提高79.13%、99.66%、50.95%、24.06%、63.00%,酸性磷酸酶较T处理分别提高26.32%、22.65%、25.32%、21.81%、22.38%。(3)土壤微生物数量与土壤酶均呈正相关,其中细菌、放线菌与酸性磷酸酶、转化酶、多酚氧化酶均呈极显著正相关,真菌与酸性磷酸酶、转化酶呈极显著正相关。