保护性耕作小麦--玉米农田生态系统能流特点的研究

通过在黑龙港地区主要土壤类型壤质潮土上连续3年的耕作试验，研究在不同耕作条件下农田生态系统的能流特点与能量分配的合理性。结果表明，与传统耕作制度相比，保护性耕作（免耕）能够明显提高小麦-玉米一年两作农田生态系统的能量转化率，能量投产比间的差异显著（P<0.01）；不同耕作农田生态系统的熵变和自由能绝对值的差异均无统计学意义，但在一定程度上表明免耕增强了农田生态系统的有序性，从而提高了系统的相对生产力。     

东北大豆农田保护性耕作水热效应的Meta分析

摘要：基于公开发表文章中有关东北地区保护性耕作下大豆农田土壤温度和湿度数据，以传统耕作（CT）为对照，免耕（NT）、少耕（RT）、秸秆覆盖（SM）、免耕秸秆覆盖（NTSM）为处理，应用Meta分析方法定量评估保护性耕作措施对东北大豆农田土壤水热状况的影响程度。结果表明：与CT相比，保护性耕作总体上使东北大豆农田0-170cm土层的土壤体积含水量增加了9.2%，使浅层土壤（0-30cm）温度降低了8.2%；不同气候条件下4种保护性耕作措施均能提高土壤湿度；秸秆覆盖可以提高大豆整个生育时期土壤含水量，且在营养生长期对土壤水热的影响最大，土壤温度随秸秆覆盖量的增加而增加；保护性耕作措施降低土壤温度的幅度随着土壤黏粒减少而降低，提高土壤湿度的幅度随土壤深度增加而降低；免耕秸秆覆盖在不同土壤深度的蓄水保墒效果最明显，在0-20cm土层提高了32.9%的土壤湿度。综上，保护性耕作措施较传统耕作具有增湿降温效应，气温、降水、生育时期、秸秆覆盖量、土壤类型及土壤深度均对保护性耕作下大豆农田的土壤水热状况产生影响。     

基于Meta-analysis研究不同管理措施对中国农田土壤剖面有机碳的影响

深入理解土壤剖面深层有机碳的含量和变化（Soil Organic Carbon, SOC）对于准确估算农田土壤碳库具有重要意义，因此，探讨不同农田管理措施对剖面SOC的影响程度至关重要。本研究收集了1980-2019年间国内外已发表有关中国农田管理措施对剖面SOC影响的文献，利用Meta-analysis整合分析不同农田管理措施对我国农田土壤剖面SOC变化的影响。结果表明，不同耕作条件下，NTS对土壤剖面SOC的提升速率显著大于CT，年变化率达36.1%，深层土壤（<20 cm）SOC也明显增加约7%-31%，增加了深层土壤碳的输入量；与不施肥相比，不同施肥措施均能显著提高剖面SOC含量，其中MNPK处理对耕层（0-20 cm）SOC增长速率最大，约为0.52 g/(kg·yr)；常年水田耕作形成的淹水厌氧环境，可有效减缓有机物质的矿化分解、增加表层（0-20 cm）SOC累积，年增长率达24.84%；随耕作年限增加，表层土壤碳随耕作输入深层土壤，深层（<20 cm）SOC固定量增加约2.17%-20.29%。不同农田管理措施比较分析结果显示，MNPK、NTS和水田耕作通过保护土壤结构稳定、维持土壤环境不被破坏、增加土壤碳输入等手段，均可达到抑制SOC矿化分解和提升土壤固碳量的效果，其中，NTS对剖面SOC的年提升率达11%-36%，在管理措施中表现最佳，可广泛推广。     

基于气候带与农业区划的农田生态系统服务权衡及驱动机制

农田生态系统作为重要的陆地生态系统之一,不同气候带与农业区的农田生态系统服务权衡关系与机理尚不明确。该研究定量分析了1990—2019年典型区域淮河流域农田生态系统关键服务食物供给与土壤保持的权衡强度,运用地理探测器方法揭示了不同气候带与农业区划下农田生态系统服务权衡关系的驱动机制,完善与细化了农田生态系统服务权衡机理,为推进淮河流域不同气候区和农业区的粮食安全和生态安全协同和精准施策提供科学依据。结果表明：1）淮河流域食物供给服务总体呈现增长趋势,黄淮海平原食物供给增长幅度显著高于长江中下游。土壤保持服务分区差异较大,在气候带上表现为亚热带增长趋势快于暖温带,在农业区划上表现为长江中下游增长趋势快于黄淮海平原,但黄淮海平原土壤保持平均值高于长江中下游。2）淮河流域农田食物供给与土壤保持两种服务间的权衡关系存在时空分异性,总体呈现加剧态势,权衡强度表现为暖温带长江中下游农业区>亚热带农业区>暖温带黄淮海平原农业区。3）淮河流域农田生态系统食物供给与土壤保持间的权衡关系受自然因素和人为因素共同作用,人为因素尤其是化肥施用量显著增强了食物供给与土壤保持间的权衡;在不同气候带与农...     

气候变化下黄土高原耕作系统演变与适应性管理

耕作系统主要包括土壤系统、作物系统和区域气候系统等几个相对独立、但又紧密关联的组成部分,涉及作物栽培模式、作物类型、杂草和病虫害及农田水土资源管理等方面,在黄土高原生态系统管理和农业可持续发展中占有重要地位。过去50a (1951-2000年),黄土高原的年平均气温升高了1.1℃,且其变率逐渐增加,降雨和热量资源分布呈现复杂的时空异质性。作物种植区域的变迁、熟制制度的演变和农田灾害的加剧促使农田管理模式不断寻求改变,对当地农业耕作系统产生了深远影响。本文总结了黄土高原过去多年的气候变化（气温、降水量、积温）特征和发展趋势,气候变化下耕作系统（种植区、耕作制度、土壤环境）和作物系统（需水量、物候、品种、产量）的演变规律,作物与土壤互作关系,以及气象灾害对黄土高原耕作系统的影响,并提出气候变化下耕作系统适应性管理途径和策略。旨在为黄土高原耕作技术和田间管理提供新的理论,寻求气候变化下区域农业可持续发展应对策略。     

太行山区不同土地利用方式下土壤碳贮量的研究

通过实测对比分析了太行山区不同土地利用方式下土壤有机碳贮量的变化。研究结果表明：（1）不同土地利用方式下，土壤有机碳含量有明显差异，总的趋势是经济林（板栗林）〉水土保持林〉农田；（2）各种土地利用方式下，土壤有机碳和有机碳密度均随土壤深度增加呈现递减的趋势，但土地利用方式不同，其减少程度不同，农田土壤有机碳含量在土层深度上变化较小；（3）研究区域土壤总碳贮量为41573．67t，土壤碳贮量以经济林（板栗林）最大，达到了46．02％，水土保持林次之，而农田贡献最小，仅占5．43％。分析表明：土地利用方式对陆地生态系统碳贮量有明显影响，通过调整土地利用方式可以增加土地生态系统的碳贮量；经济林虽然人为干扰较为强烈，但由于人为投入较大，土壤碳贮量仍能保持较高的水平。     

深松耕对玉米根茎叶氮磷比及地上生物量的影响

植物器官氮磷比可以揭示植物生长发育过程的营养平衡。深松耕作为黄土高原半干旱区一种较好的农田耕作方法被广泛应用,尽管已被证实深松耕可以提高作物产量和地上生物量,但深松耕是否影响作物器官N/P及从作物器官N/P角度能否解释地上生物量增加的机制尚有待进一步研究。该研究于2016－2018年在黄土高原区设置了不同耕作方法（深松耕、旋耕、翻耕和免耕）和施氮量（基肥200 kg/hm2、基肥200 kg/hm2+拔节期肥100 kg/hm2）的田间裂区试验,研究了不同处理对玉米地上生物量、不同器官（根、茎和叶）中N/P的影响以及其N/P与地上生物量的关系。结果表明：1）相比翻耕、免耕,深松耕能显著提高地上生物量（P<0.05）,2016和2018年地上生物量深松耕比翻耕、免耕分别提高了9.56%、9.29%和4.67%、5.94%;2）相比翻耕、免耕,深松耕和旋耕均能显著降低根、叶的N/P（P<0.05）,深松耕根、叶N/P分别为19.90、17.74,降幅最大;施肥措施及耕作方法与施肥措施的交互作用对根、茎和叶的N/P无显著影响;3）通过结构方程模型分析发现,耕作方法通过影响根和叶N/P,间接影响地上生物量,效应值分别为0.10和0.14,耕作方法对地上生物量无直接显著影响,说明了根和叶的N/P是影响地上生物量的两种重要的间接因素;通过线性混合效应模型分析得出,地上生物量与根、叶N/P呈显著负相关关系,与茎N/P无相关性。研究表明深松耕通过降低玉米根和叶N/P,促进植物氮磷营养平衡的生态策略来提高地上生物量。研究结果对进一步揭示耕作与施肥对玉米生产与农田生态系统氮磷平衡的影响机制具有一定的借鉴意义。     

旱坡地截流蓄水种植沟耕作技术及其水肥效益研究

根据宁南山区的气候特点和生产现状，通过截流蓄水各植沟，保护垄（埂）和地膜覆盖为 ，采取耕作、栽培、轮作培肥、蓄水保墒管理，在坡耕地截流蓄水沟耕作技术下，以夏秋作物单种、套种等形式，建立了以旱坡耕地截流蓄水保墒，促进农田水分转化效率与大幅度提高农田生产力状况相适应的耕作技术体系。结果表明：该项耕作技术能有效地增蓄天然降水，控制水土流失，提高作物防旱抗旱能力，明显提高作物对有限降水的生产效率。粮油作物     

农田管理措施对土壤有机碳周转及微生物的影响

农田管理措施对农田生态系统碳循环影响显著,进而制约土壤肥力、农业生产及粮食安全,影响气候变化和环境健康。本文综述了不同农田管理措施(施肥方式、种植制度、耕作模式)对农田土壤有机碳、含碳温室气体排放和土壤微生物的影响。发现有机肥与无机肥配施情景下土壤有机碳增速最快,且施肥量与土壤碳库存在阈值效应;有机肥的施用增加了土壤中CO2排放通量,磷、钾两种肥料的施用与施用氮肥相比更能降低农田土壤排放温室气体产生的全球增温潜势;提高有机肥和磷肥的施用比例有利于土壤中微生物丰富度的提高和微生物量碳的积累。种植结构和种植密度均会影响农田土壤的碳储量,种植结构对农田生态系统温室气体排放影响显著,轮作和间作的种植模式与传统单一作物种植相比可有效减少农田含碳温室气体的排放,同时,轮作与连作相比更有利于土壤微生物多样性的增加。保护性耕作措施有利于农田土壤固碳效率的提高,可降低农田温室气体的排放,且对微生物活性、多样性、群落结构以及碳源利用情况均有积极影响。最后总结了国际主流碳模型在农田生态系统的应用概况,并提出了未来发展展望。     

基于景观开发强度法的湿地健康变化研究

基于景观开发强度法（LDI方法）,对黄旗海湿地生态系统健康受人类干扰程度进行评价。以黄旗海湖区及其缓冲区（100～600 m）为研究对象,根据Landsat MSS、TM、ETM影像解译得到1976年、1987年、1993年、1999年、2006年、2010年的土地利用分类,计算不同土地利用类型（耕地、草地、裸地、湿地）的景观开发强度系数（LDI系数）,并加权计算各年总体LDI值。结果表明,湿地内部各土地利用类型LDI系数均呈现增加趋势,其中湿地增幅最大（77%）。空间LDI系数分布由湖区内部向边缘逐渐增加。湿地LDI值总体呈现增加的趋势,而生态系统健康呈下降趋势。1976—1993年黄旗海湿地及其缓冲区处于“健康”状态,1993—1999年生态系统由“健康”向“一般”过渡,1999—2010年彻底转变为“一般”。湖区不合理的农田耕作、草地放牧以及非点源污染是造成LDI值逐年上升的主要原因。建议加强保护区建设,有效禁止湖区内部放牧及耕作,设立湖岸带缓冲区以减少农田非点源污染。     

江汉平原典型农业灌排单元土壤有机碳密度分布特征

农田土壤有机碳库是陆地生态系统最重要的土壤碳库之一,明晰农田土壤有机碳的空间分布特征与影响机制,可为农田土壤肥力及固碳能力评价提供采样依据和理论基础。以江汉平原典型农业灌排单元（面积45 hm²）为研究对象,测定了104个样点0—200 cm深度范围内1 560个土壤样品的有机碳含量,并计算碳密度,揭示土壤有机碳密度的空间分布特征,并分析耕作方式和耕作历史对其分布的影响。结果表明：（1）0—200 cm农田土壤剖面内,20,200 cm厚度土层有机碳密度的均值变化范围分别为1.75~3.77,11.67~34.24 kg/m²,随着土层深度的增加,农田土壤有机碳密度先急剧降低后缓慢增加,且100—200 cm土层的有机碳密度约占整个土壤剖面的45.26%,深层有机碳储量需引起重视;（2）在灌排单元尺度上,0—20 cm土层和0—200 cm剖面有机碳密度均具有较强空间自相关性,表明成土母质和地形等结构性因素是影响灌排单元尺度土壤有机碳空间空间分布特征的主导因子;（3）耕作方式和耕作历史影响农田土壤的有机碳密度,稻田所有土层的有机碳密度均高于旱地,0—200 cm剖面的有机碳密度是旱地的1.31倍;老稻田所有土层的有机碳密度均高于新稻田;林地改稻田和旱地改稻田样地在0—200 cm剖面有机碳总密度差异较小,但林地浅层土体的碳密度更大;合理的增加稻田面积是快速提高农田碳储量的有效途径之一;（4）灌排单元尺度农田土壤有机碳密度的代表性稳定深度为180—200 cm,在进行土壤有机碳密度调查时应尽量延伸采样深度。研究结果为提高农田土壤有机碳密度估算的准确性与采样设计的合理性,以及农田土壤的固碳能力评价提供了科学依据。     

农作制度对黑河中游沙质土壤硝态氮积累及作物产量的影响

为研究沙地农田不同土壤耕作、覆盖方式和轮作对作物产量、土壤硝态氮含量及积累的影响,在黑河中游边缘绿洲典型沙地进行农田定位试验。试验结果表明,在沙地农田生态系统,相对传统的三耕两耱的耕作方式,减少秋耕对玉米和大豆产量没有显著影响;相对于地膜覆盖处理,麦秆覆盖处理使玉米减产11.3%～18.8%,使大豆产量增加6%;不同处理0～40cm土壤硝态氮积累量存在显著差异,作物收获后传统耕作处理土壤硝态氮的平均积累量比少耕处理低8.5%～22.7%,覆膜处理比覆麦秆处理低7.0%～8.8%,玉米连作处理比玉米-大豆轮作处理高54.9%。分析结果表明,减少秋耕、麦秆代替地膜覆盖均有利于土壤硝态氮在作物根系集中层的积累,玉米大豆轮作对土壤硝态氮积累和淋失的影响仍需进一步研究;该试验研究的继续深入将对维持绿洲农田环境的健康和提高沙地农田生态系统生产力提供重要的理论依据。     

不同耕作方式对坡耕地土壤水分的影响

在半湿润偏旱的豫西丘陵区坡耕地上，进行了夏季休闲期间不同耕作方式的试验研究，观测其对降水的保蓄能力与减少地表径流之效果。结果表明，不同耕作方式之间差异明显：免耕和深松处理比对照（一般耕作）的保蓄能力分别提高5.67和6.11个百分点，径流量减少0.43mm和0.72mm；单纯深翻的处理两种作用均低于对照。而以种植作物的防径流效果最佳，比对照少2.33mm，比免耕、深松也减少1.87mm与1.59mm，比深翻耕作减少4.07mm。     

农田生态系统碳循环模型研究进展和展望

农田生态系统是陆地生态系统碳循环过程中最活跃的碳库。研究农田生态系统碳循环,对温室气体减排及研究全球气候的变化都具有极其重要的意义。农田生态系统碳循环研究是一个非常复杂的过程,碳循环模型是研究农田生态系统碳循环最有效的手段。该文综述了农田生态系统碳循环的最新研究进展,总结了农田生态系统碳循环的流动过程,介绍了碳素在不同碳库以及碳库不同组分之间迁移转化的规律,梳理了从1960年至今的农田生态系统碳循环模型并进行了分类,阐述了国际主要模型以及中国自主开发的碳循环模型的应用情况。未来农田生态系统碳循环的研究方向为:1)探索农田生态系统碳循环机制;2)从空间时间上完善对碳循环过程的研究;3)考察氮循环、水循环、微生物与碳循环的关系;4)利用碳循环模型来估算不同的管理实践下碳在不同农田的再分配;5)开发利用碳循环模型,为政府制定相关政策提供相关数据参考。     

民勤绿洲不同耕作方式农田表层土壤风蚀规律的风洞模拟研究

[目的]比较分析不同耕作方式下农田表层土壤防风蚀机理和效果,为区域社会经济和生态环境建设提供科学依据。[方法]利用室内风洞及相关配套设备对甘肃民勤绿洲区的免耕、少耕、秋翻和深松农田表层土壤进行风蚀测试,计算风蚀速率及输沙率,研究其风沙运动规律,分析各种耕作农田表层土壤防风蚀情况。[结果]耕作措施对土壤风蚀速率的影响与风速大小相关,风速较小时,不同耕作方式对风速的影响差异不显著,而当风速大于14 m/s后不同耕作农田表层土壤风蚀速率开始出现较明显差异;少耕、秋翻、深松等耕作方式对农田表层土壤风蚀速率和输沙率的影响差异不明显;免耕耕作方式下农田表层土壤风蚀速率和输沙率最低,风速越高,差距越大;风速、耕作以及两者交互作用对农田表层土壤风蚀速率和输沙率有极显著影响。[结论]免耕耕作能有效抵抗农田表层土壤的风蚀,大幅度减少输沙率,表现出极佳的抗风蚀效果。     

河套灌区盐渍土壤原核生物群落特征及其潜在功能研究

辨明盐渍土原核生物群落特征及潜在功能对盐渍化程度和土地利用类型的响应，对理解盐渍土壤元素循环与植物互馈效应、构建良性循环农田生态系统具有重要意义。以河套灌区不同盐渍化程度的农田和荒地为研究对象，结合土壤基本理化性质分析与原核生物高通量测序方法，探究盐渍化土壤中原核生物的群落组成特征、环境驱动要素及其潜在功能。结果表明，农田土壤盐渍化程度显著低于荒地，其原核生物多样性更高，特别是富集了大量农田特有的ASV（扩增子序列变体，amplicon sequence variant）；原核生物的群落组成在农田和荒地间差异最大，并主要受到土壤电导率（EC）、pH和有机质（SOM）等环境因子的驱动。基于群落组成和功能预测的差异分析结果表明，盐渍化农田中具有较高丰度的氮循环相关微生物以及潜在的植物促生菌，如亚硝化球菌（Nitrososphaeraceae）、亚硝化单胞菌（Nitrososmonadaceae）、诺卡氏菌（Nocardioidaceae）和鞘氨醇单胞菌（Sphingomonadaceae）等；而盐渍化荒地富集了以盐杆菌（Halobacterota）为代表的古菌和具有烃类化合物分解功能的原核生物类群。本研究对于明晰北方灌区盐渍土原核生物群落特征与土壤微环境的互馈关系、揭示土壤养分周转对提升土壤-植物-微生物跨域有益协同具有指导意义。     

DNDC模型耦合遥感技术的保护性耕作下土壤有机碳模拟

不同耕作措施会改变土壤有机碳储量,影响农田生态系统的碳收支。揭示自实行保护性耕作以来农田土壤有机碳的响应规律,对增加土壤碳库具有重要意义。该研究基于遥感反演技术耦合DNDC模型,从县域和栅格尺度,精细刻画保护性耕作下2000－2020年吉林省土壤有机碳密度（soil organic carbon density,SOCD）的空间分布格局,并模拟不同秸秆还田情景下SOCD增长潜力。结果表明：1）20 a间土壤有机碳储量增加了6.12×10⁸ t,增量主要与耕地面积扩大相关。县域尺度SOCD在4.46～98.09 t/hm²,栅格尺度SOCD在3.34～139.2 t/hm²,呈现中高北低的格局。2）保护性耕作对表层土的影响更大,0～10 cm土层的SOCD增长率最高达0.44%,>10～20 cm土层增长率最高为0.09%。3）吉林西南及中部具有巨大的SOCD增长潜力,达0.24～0.57 t/hm²。研究结果可为保护性耕作政策制定提供科学参考。     

北方旱区免耕对农田生态系统固碳与碳平衡的影响

农田系统对大气CO2库呈碳汇还是碳源效应取决于土壤有机碳的固定和温室气体释放之间的平衡,而耕作措施会改变土壤有机碳含量和储量,影响农田系统的碳循环与碳平衡。该研究以北方旱区山西临汾20 a长期保护性耕作定位试验为基础,田间原位测定土壤呼吸和土壤有机碳含量,确定各类农业投入碳排放参数,利用碳足迹方法综合分析不同耕作措施(传统耕作CT和免耕NT)下农田生态系统碳平衡。结果表明:在化肥、机械等农业投入产生的间接碳排放量方面,化肥投入碳排放量约占系统农业总投入碳排放量的73.5%~77.4%,是农业投入中主要的碳源。由于免耕减少了翻耕、旋耕和秸秆移除3道程序,NT比CT少排放约5.1%,NT产量显著提高28.9%,且碳生产力大于CT。0~60 cm土壤有机碳储量NT(50.86 Mg/hm2)比CT(46.00 Mg/hm2)高10.5%。与CT相比,在小麦休闲期和生育期NT土壤呼吸CO2释放总量高于CT。但根据农田系统碳平衡公式分析得出,NT更有利于农田生态系统固碳,呈碳汇效应,而CT表现为碳源。因此,长期免耕耕作能够提高农田土壤固碳量,减少大气温室气体排放,对于改善北方旱区土壤碳库和减排效果是一个良好的选择。     

2005-2014年南方农牧交错带净初级生产力时空分布特征

为了解我国南方农牧交错带内生态系统生产能力的变化程度,以2005—2014年MOD17A3H数据为数据源,利用简单差值法和一元线性回归分析法,对区内的植被年均NPP空间分布及变化趋势进行了分析。结果表明:（1）2005—2014年南方农牧交错带内植被NPP分布差异较大,整体呈南部高北部低。（2）年均植被NPP为389 gC/（m²·a）,平均植被NPP变化范围在344～426 gC/（m²·a）之间。（3）2014年较2005年相比,南方农牧交错带植被NPP增加了106 gC/（m²·a）。但10年间植被NPP总体变化呈略微减少趋势,减少的地区面积占南方农牧交错区总面积的57%。（4）不同生态系统平均植被NPP均值表现为:森林生态系统 > 农田生态系统 > 灌丛生态系统 > 湿地生态系统 > 草地生态系统;不同生态系统植被NPP变化相似,呈波动略微减少变化。说明区域内生态系统变化波动较为明显,应对该区域生态系统给予更多的保护。     

改进WHCNS模型模拟耕作方式对作物生长和水分利用效率的影响

耕作改变了土壤物理特性,进而影响了作物生长和水分利用,定量研究不同耕作方式下的农田土壤水分动态与作物生长过程是制定合理耕作制度的基础。该研究在土壤水热碳氮模拟模型（Soil Water Heat Carbon Nitrogen Simulator,WHCNS）的基础上耦合了EPIC模型的土壤耕作模块,构建了适用于不同耕作方式的土壤水热碳氮过程模拟模型。利用华北平原南部河南商丘试验站2015-2017年实测的不同耕作方式下（深耕、免耕和轮耕）的土体储水量、叶面积指数、地上部干物质质量和产量数据对改进后的WHCNS模型进行了校验和模拟效果评价,并模拟分析了不同耕作方式对冬小麦和夏玉米农田蒸散量、作物产量和水分利用效率的影响。结果表明,所有处理的土体储水量、叶面积指数和地上部干物质质量模拟值与实测值的相对均方根误差均小于30%,一致性指数均大于等于0.90,纳什系数均大于等于0.58,决定系数均大于等于0.90,作物产量模拟值与实测值的决定系数达到0.99。两季冬小麦,与深耕和免耕相比,轮耕的蒸散量分别降低了8.8%～10.8%和13.8%～21.0%,水分利用效率分别提高了6.7%～9.4%和15.7%～24.9%。两季夏玉米,与深耕和轮耕相比,免耕的蒸散量分别降低了12.5%～12.9%和20.7%～22.2%,水分利用效率分别提高了13.4%～15.2%和29.1%～31.3%。耕作方式对产量的影响并不明显。总体而言,改进后的WHCNS模型可以较好地模拟华北平原不同耕作方式下土壤水分与作物生长的动态过程。