覆盖作物与耕作法对土壤性质的影响

冬季种植覆盖作物结合免耕法构成的保护性耕作法，在冬春季土壤休闲时期可提高土壤含水率，抑制土壤风蚀，回收土壤残留氮素；在夏季作物栽培时期仍可提高土壤的含水率，抑制土壤有机质下降，提高土壤生物活性，改善土壤团粒结构，起到土壤保护作用。     

垄作免耕下紫色水稻土有机碳的分布特征

土壤有机碳的空间分布特征是研究土壤有机碳储量及其动态的重要内容之一。本文从土壤团聚体、剖面和田块等尺度研究了四川盆地紫色水稻土在垄作免耕下有机碳的分布特征。结果表明：紫色水稻土团聚体含碳量在大团聚体（2～0．25mm）中最高，但有机碳总量主要分布在0．25～0．02mm。其次是0．02-0．002mm；垄作免耕下团聚体有机碳主要富集在0—10cm土层的大团聚体（〉0．25mm）中（富集系数〉1．5），而常规平作、水旱轮作和垄作翻耕下，剖面中土壤有机碳含量分布自上而下缓慢降低；实验田表层土壤有机碳含量及相关土壤特性的空间分布呈条带状和斑块状格局，具有明显的空间变异性。土壤有机碳含量在垄作免耕处最高，达30．71g kg^-1，在常规平作处最低，为16．50g kg^-1左右。长期垄作免耕会导致有机碳向土壤表层大团聚体的相对富集及在土壤剖面的层次分异。     

不同耕作方式下覆草旱作稻田土壤肥力的特征

通过始建于2003年中国南方季节性干旱区(江西省余江县)的双季稻田定位试验,于2005～2007年研究了水稻覆草旱作和免耕覆草旱作对稻田土壤理化性质和生物学性质的影响。结果表明,覆草旱作、免耕覆草旱作的耕层土壤容重和总孔隙度与常规水作的差异不显著。与常规水作相比,免耕覆草旱作显著提高土壤有机质、全氮、碱解氮和土壤基础呼吸;与常规水作相比,覆草旱作和免耕覆草旱作均显著提高土壤微生物生物量碳含量、脲酶和蔗糖酶活性。由此可知,覆草旱作和免耕覆草旱作可以作为该区积极推行的具有培肥地力作用的节水型稻作栽培模式。     

免耕播种春玉米田土壤封闭除草药剂试验

对5种除草剂的14个组合处理进行田间比较试验,结果表明:莠去津与3种除草剂分别混用的除草效果比单用莠去津好。筛选出了适合免耕春玉米田土壤封闭使用的高效除草剂配方,即每公顷用38%莠去津悬浮剂1650ml加90%禾耐斯乳油900ml,或96%金都尔乳油900ml,或33%施田补乳油1950ml,于玉米播后至出苗前施药,除草效果可达92%;对有苘麻(Abutilontheophrasti)和铁苋菜(AcalyphaaustralisLinn.)等难治的双子叶杂草较多地块,每公顷用96%金都尔乳油900~1200ml或90%禾耐斯乳油900~1050ml加80%阔草清水分散粒剂45~60g,防除双子叶杂草效果达96%以上;另外,对免耕春播玉米田使用土壤封闭方法除草,播种前或播种同时杀明草也是必要的。     

华北平原缺水区保护性耕作技术

针对华北平原缺水地区农田生产效益偏低和地下水严重超采导致的生态环境问题,以建立节水、高产、固碳的华北平原缺水区保护性耕作集成技术为目标,在国家科技支撑计划长期支持下,建立了华北平原历时最长的保护性耕作长期定位试验平台(2001年—),开展了小麦/玉米两熟制保护性耕作理论和关键技术研究,集成了农机农艺结合的高产节水型保护性耕作技术体系,并在河北省进行广泛示范推广。主要结果:1)华北平原冬小麦/夏玉米一年两熟区保护性耕作具有固碳、减排、节水、提高土壤质量等生态效应。长期保护性耕作具有土壤养分分层表聚现象:0~5 cm土层的土壤C、N、P、K、有机质含量高于5~10 cm土层,旋耕(RT)和免耕(NT1:秸秆直立免耕;NT2:秸秆粉碎免耕;NT3:整秸秆覆盖免耕)处理土壤有机碳(SOC)的层化比率为1.74~2.04,显著高于翻耕处理(CK和CT)的1.37~1.45。保护性耕作的固碳效应与机制:保护性耕作实施9年后不同耕作方式年固碳量(0~30 cm)NT2处理为840 kg·hm~(-2)·a~(-1)、RT处理为780 kg·hm~(-2)·a~(-1)、CT处理为600kg·hm~(-2)·a~(-1),14年后土壤有机碳(0~30 cm)发生了变化,NT2处理为540 kg·hm~(-2)·a~(-1)、RT处理为720 kg·hm~(-2)·a~(-1)、CT处理为710 kg·hm~(-2)·a~(-1);长期免耕减少了土壤的扰动而降低了土壤碳的矿化率,土壤碳的累积主要固定在土壤大团聚体的颗粒有机碳中,固定态碳首先进入活性易分解有机碳库,然后缓慢转入稳定碳库。保护性耕作的减排效应:不同耕作系统全球增温潜力的计算结果表明,免耕是大气增温的碳汇,而其他耕作系统为碳源。NT处理每年农田生态系统净截留碳947~1 070 kg(C)·hm-2;CK、CT和RT每年向大气分别排放等当量碳3 364kg(C)·hm-2、989 kg(C)·hm-2和343 kg(C)·hm-2。保护性耕作的土壤微生物多样性机制:保护性耕作显著提高了土壤中真菌、细菌、氨氧化古菌和亚硝酸还原酶(nir K)基因的反硝化微生物的多样性,但对氨氧化细菌与含nir S基因的反硝化微生物的多样性影响不大。保护性耕作节水保墒的土壤结构与水力学机制:常规耕作对土壤有压实的作用,而保护性耕作改善了土壤结构,有效提高了储水孔隙、导水率、田间持水量和有效水含量,秸秆覆盖又能有效减少土壤蒸发,具有开源与节流双重节水机制。2)建立了趋零蒸发的麦田玉米整秸覆盖全免耕种植模式。在小麦/玉米一年两熟种植区,首次提出了玉米整秸秆覆盖小麦全免耕播种的种植模式,实现了小麦玉米全程全量秸秆机械化覆盖,形成土壤无效蒸发趋于零的保护性耕作体系与方法;研制了实现趋零蒸发的4JS-2型梳压机和2BMF-6型小麦全免耕播种机组,比目前推广的2BMFS-6/12小麦免耕播种机减少作业动力45.2%,降低作业费用33.3%。3)建立了3年一深松(翻)的少免耕-深松轮耕模式,集成了节水高产保护性耕作技术体系。制定了华北平原冬小麦/夏玉米一年两熟区保护性耕作技术体系等河北省地方标准,与农业、农机部门联合示范,推动了河北省保护性耕作技术的推广和应用。成果在河北平原冬小麦/夏玉米一年两熟区进行了示范推广,社会效益和生态效益显著,2013年获河北省科技进步一等奖。     

免耕对旱作燕麦田耕层土壤微生物生物量碳、氮、磷的影响

2005～2008年,在内蒙古清水河县研究了免耕留低茬(NL)、免耕留高茬(NH)、免耕留低茬覆盖(NLS)、免耕留高茬覆盖(NHS)和常规耕作(T)5种耕作方式对旱坡地燕麦田耕层土壤微生物生物量碳、氮、磷的影响。结果表明:各处理土壤微生物生物量碳、氮、磷含量在不同年际间的变化趋势一致。土壤微生物生物量碳、氮含量均呈双峰曲线变化,其中,NHS和NLS处理土壤微生物生物量碳的峰值出现在拔节期和灌浆期,NH、NL和T处理的土壤微生物生物量碳的峰值出现在孕穗期和灌浆期,而土壤微生物生物量氮的峰值则出现在苗期和灌浆期。土壤微生物生物量磷呈单峰曲线变化,各处理的峰值均出现在灌浆期。不同年份间、不同生育期间,土壤微生物生物量碳、氮、磷含量的大小顺序为:NHS>NLS>NH>NL>T。其中,免耕各处理的燕麦产量相对常规耕作呈先降低后增加的趋势,以2008年为例,NHS、NLS、NH、NL燕麦产量分别较T增加了22%、17%、11%、5%。综上所述,免耕有利于提高土壤微生物生物量碳、氮、磷含量,而且可有效地增加作物产量,尤其是NHS和NLS处理比较明显。     

耕作方式对长期免耕农田土壤微生物生物量碳的影响

以华北冬小麦-夏玉米两熟区长期免耕土壤为研究对象, 研究不同耕作方式(免耕、翻耕和旋耕)对长期免耕土壤微生物生物量碳(SMBC)的影响, 为制定合理的轮耕制度提供依据。试验结果表明: 长期免耕土壤进行耕作处理后SMBC 的时空分布和稳定性产生显著变化。不同耕作处理SMBC 含量在0~5 cm 和5~10 cm 土层变化明显, 小麦起身期含量最低, 收获期最高; 深层SMBC变化不明显。免耕处理SMBC 随土壤层次明显降低, 且各土壤层次SMBC 差异达显著(P<0.05)水平; 翻耕、旋耕处理0~5 cm 和5~10 cm 土层间SMBC 无明显差异, 其他层次间差异显著(P<0.05)。从生育期平均值看, 0~5 cm 土层免耕处理SMBC 含量较高, 翻耕和旋耕处理则分别比免耕降低6.7%、6.1%; 与免耕相比, 5~10 cm 土层SMBC 翻耕、旋耕处理分别增加30.2%和20.7%(P<0.01),10~20 cm 土层SMBC 翻耕、旋耕处理比免耕增加48.1%(P<0.01)和10.5%(P<0.05)。在冬小麦生育期内, 0~20 cm土层SMBC 稳定性表现为翻耕>旋耕>免耕, 20~30 cm 土层SMBC 稳定性表现为免耕>翻耕>旋耕。     

旱地农业持续发展技术研究

1989～1992年在山西省10个县市对旱地玉米和小麦可持续增产技术进行试验研究,建立了旱地玉 米免耕整秸秆覆盖技术、旱地小麦少耕覆盖技术等4种技术体系。试验结果表明,旱地玉米免耕整秸秆覆盖技术比常规耕作玉米增产32.0%,产量增加750～1500kg/hm²,约降低生产成本600元/hm²,增加纯收入1500元/hm²,产投比翻番;水分利用效率(WUE)提高1.95～7.5kg/hm²·mm,3年0～20cm土层有机质提高0.13%,地面径流减少60%,土壤侵蚀量减少50%,土壤动物、微生物量大大增加。     

免耕对土壤微生物生理类群的群落结构与生态特征的影响

[目的]研究免耕对土壤微生物生理类群的群落结构与生态特征的影响。[方法]用＂S＂形取样法分别采取0～5、5～10、10～30cm土样,用不同培养基培养各种细菌。用平板法测定自生固氮细菌、有机磷细菌、无机磷细菌、纤维素分解细菌和硅酸盐细菌含量;用稀释法测定氨化细菌、硝化细菌含量。最后计算出群落生态指标H和Ea。[结果]免耕对土壤微生物生理类群的结构组成有一定影响,土壤微生物各生理类群的数量呈现随土层深度的加深而减少的变化趋势;免耕处理下土壤微生物生理类群的多样性与均匀度在0～5和5～10cm土层均明显高于翻耕处理的土层。[结论]免耕可有效地为当季作物提供养分。     

免耕留茬秸秆覆盖对河西走廊荒漠化土壤改土培肥效应的研究

在荒漠化土壤上进行了免耕留茬秸秆覆盖、免耕留茬、传统土壤耕作的田间比较试验。结果表明,免耕留茬秸秆覆盖对河西走廊荒漠化土壤农田生态环境具有良好的影响。免耕留茬秸秆覆盖与传统土壤耕作比较,0~20cm耕层土壤全盐、孔隙度、pH分别降低1.86g/kg、5.28%和0.32;团粒结构,自然含水量,土壤贮水量分别增加72.5g/kg、32.95g/kg和111.98m3/hm2;玉米产量、产值、利润分别增加1.95t/hm2、1600元/hm2和600元/hm2;增产率达21.56%;土壤有机质、全N、速效N、P、K和CEC亦随之增加。