华北典型区域土壤耕作方式对土壤特性和作物产量的影响

华北平原是我国重要的小麦玉米种植区,长期土壤旋耕免耕和秸秆全量还田带来耕层变浅、犁底层变厚和上移、土壤养分表聚等现象,通过耕作方式改变,解决上述问题对维持区域粮食生产有重要意义。试验以冬小麦-夏玉米轮作系统为研究对象,分别在代表华北平原高产区的栾城试验区和代表中低产区的南皮试验区进行,设置冬小麦播种前进行土壤深耕、深松、窄深松3种处理,以生产上常用的旋耕为对照。所有处理夏玉米季均采用土壤免耕播种,测定项目包括土壤容重、作物根系、作物产量和水分利用效率。结果表明,不同耕作方式对土壤特性和作物产量的影响具有区域差异。南皮试验区土壤深耕(松)显著地(P0.05)提高了作物产量,深耕、深松和窄深松处理的冬小麦产量比旋耕分别增加16.5%、19.3%和13.1%,夏玉米产量分别增加17.3%、16.2%和21.9%,周年产量分别增加16.9%、17.6%和17.8%;深耕、深松和窄深松处理间作物产量差异不显著。栾城试验区冬小麦、夏玉米产量和周年产量各处理之间差异不显著。土壤深耕、深松、窄深松和旋耕均能降低0～20 cm土层土壤紧实度和土壤容重。冬小麦播种后,与土壤耕作前比较,土壤深耕、深松和旋耕处理土壤紧实度南皮试验区分别平均降低71.6%和68.2%,栾城试验区分别降低88.8%和?7.7%,常用的旋耕模式在栾城试区没有降低土壤紧实度。小麦收获时不同耕作方式0～40cm土层的土壤容重均低于土壤耕作前的土壤容重,至夏玉米收获时不同耕作处理的土壤容重与耕作前基本一致,不同耕作处理对土壤容重的影响差异不显著。在南皮试验区, 3种耕作方式与旋耕相比,均显著提高了冬小麦和夏玉米水分利用效率;在栾城试验区,各处理冬小麦和夏玉米水分利用效率差异不显著。本研究结果显示在华北平原高产区连续实施土壤旋耕模式没有影响作物产量,而在中低产区实施土壤深耕或者深松模式更利于作物产量提高。     

夏玉米耕作方式对耕层土壤特性时间变异性的影响

以室外田间小区试验测定和室内试验为手段,比较和评价了夏玉米生长期内不同耕作方式（传统耕作、免耕及深松）对耕层土壤物理性质和水力学特性的影响,定量描述了土壤干容重、地面入渗率以及饱和导水率等特性在作物整个生长季节内的时间变异性。深松耕作方式明显地减少了耕层土壤的干容重、增加了孔隙度,土壤孔隙尺度分布状况的改变使得土壤饱和时土壤的水分传导性能得以改善,但干旱时土壤的持水能力相对减弱。耕作方式引起的耕层土壤特性变化在整个夏玉米生长期内呈现出较强的时间变异性,尤其体现在土壤干容重、地面入渗率和饱和导水率等性能上。尽管耕作活动带来的土壤特性间的差异随着时间的延长有所减弱,但仍存在于夏玉米末期生长阶段中。     

深松对土壤特性及玉米产量的影响(英文)

土壤压实和缺水成为制约华北平原作物产量的2个重要因素,为了提高半干旱地区旱地对自然降水的利用率,打破犁底层,达到节约用水、提高作物产量的目的,该文于2011年至2013年,在济宁进行了深松和当地旋耕2种耕作方式对土壤物理性质和玉米产量影响的试验研究。试验采用随机化完全区组设计,并采用方差分析评价不同耕作方式的耕作效果。试验结果表明,除了表层土(0~15 cm),在作物的所有生长时期,深松耕作下的土壤容重和紧实度明显小于旋耕,尤其是玉米吐丝期。另外,在玉米吐丝期,深松下的25~35 cm土层含水量比旋耕高出9.45%(2012年)和8.64%(2013年)。深松能显著提高玉米产量达6.08%~7.23%,但2种耕作方式对玉米的千粒质量影响相差不大。该研究对为华北平原提供一种更可持续的耕作方式—深松耕作具有重要意义。     

耕作和灌水处理对冬小麦-夏玉米水分利用及产量的影响

为探索华北平原冬小麦-夏玉米复种连作合理耕层构建的技术途径和技术指标,于2015―2016年在河南新乡实施了深松(ST)、深松+秸秆还田(ST+RS)和常规旋耕(RT)3种耕作方式,在不同耕作方式中根据土壤湿润层有效含水量各设置3种灌水控制下限,高灌水控制下限为60%(H)、中灌水控制下限为50%(M)和低灌水控制下限为40%(L),通过对土壤和作物生长指标及产量的测定,分析各处理作物产量和水分利用效率的变化规律。结果表明,ST和ST+RS处理均能降低土壤容重,增加土壤孔隙度、田间持水量和饱和含水量,且以深松+秸秆还田处理效果最佳;与RT相比,ST和ST+RS处理0～40 cm平均土壤容重降低5.0%和6.0%,土壤孔隙度增加6.9%和8.0%,田间持水量增加6.2%和12.8%,饱和含水量增加6.2%和5.7%。耕作方式与灌水处理互作显著增加了冬小麦-夏玉米复种连作周年0～100 cm土层的储水量。ST和ST+RS处理0～100 cm土层储水量较RT分别增加11.0%和15.8%,高水分、中水分处理较低水分处理分别增加18.1%和11.1%。耕作方式对冬小麦、夏玉米产量和水分利用效率(WUE)影响显著,其中,ST和ST+RS处理周年产量较RT分别平均增加9.2%和15.5%,WUE平均提高11.2%和15.3%;灌水处理同样对冬小麦、夏玉米的产量和水分利用效率(WUE)影响显著,产量随灌水控制下限的增加而增加,即高水分中水分低水分,而WUE则以中水分处理最高。因此在该地区土壤和气候条件下,深松秸秆还田辅以适宜灌水控制下限是较为理想的栽培措施,有利于土壤耕层合理构建,并提高水分利用效率和作物产量。     

不同耕作施肥方式对夏玉米氮素利用及土壤容重的影响

合理的耕作与施肥方式是实现作物高产高效的重要措施,为研究不同耕作及施肥方式对夏玉米氮素利用、产量和土壤容重的影响,在2016年和2017年夏玉米生长时期分别设置免耕浅施肥(T1)、深松全层施肥(T2)、新型深松两肥异位分层施肥(T3)3种耕作施肥方式。结果表明:与T1比,2种深松处理的成熟期植株干物质积累量、全氮积累量平均分别提高9.68%,13.97%,夏玉米平均增产17.20%;深松耕作处理的氮肥生产效率和农学效率较T1平均分别增加14.74%和59.95%,氮肥表观利用率平均抬升14.15个百分点;0—40 cm土壤容重降低8.54%。深松耕作方式下,与T2比,T3的成熟期植株干物质积累量、全氮积累量平均分别提高9.41%,6.28%,夏玉米平均增产9.70%,氮肥生产效率和农学效率分别增加8.59%和32.32%,氮肥表观利用率抬升14.10个百分点。与T1比,2种深松施肥方式T2和T3均显著降低土壤容重,提高夏玉米产量,促进氮肥利用。控释氮肥与深松两肥异位分层施肥(T3)相结合的方式能够更加有效地降低土壤容重,提高作物产量和氮素利用效率,是黄淮海平原区夏玉米生产中值得推荐的一种新型耕作施肥方式。     

利于小麦—玉米轮作田土壤理化性状和作物产量的耕作方式研究

【目的】干旱缺水是陕西渭北旱塬粮食生产的主要矛盾。该区长期采用单一土壤耕作方法,造成土壤质地紧实,蓄水纳墒和提供营养的能力变差,直接影响粮食作物产量的提高。本文通过多年不同轮耕方式定位试验研究,旨在探讨免耕/深松、深松/翻耕和翻耕/免耕3种土壤轮耕模式对旱地冬小麦春玉米轮作田土壤理化性状和作物产量的影响。【方法】以平衡施肥（每公顷基施N 150 kg、P2O5 120 kg和K2O 90 kg）为主处理,免耕、深松和翻耕3种耕作方式组成免耕/深松、深松/翻耕和翻耕/免耕3种土壤轮耕模式为副处理,以连年免耕、连年深松和连年翻耕为对照,进行为期连续 4 年（2007~2011年）的土壤轮耕结合平衡施肥定位试验,详细探讨了不同土壤处理模式对土壤的理化性状和作物产量的影响。【结果】在四年试验中,免耕/深松、深松/翻耕和翻耕/免耕模式下的040 cm土壤容重较连年免耕分别降低4.50%、6.45%和3.57%,深松/翻耕较连年深松无差异,而较连年翻耕降低1.78%。深松/翻耕较对照组040 cm土壤有机质、全氮、全磷、全钾、碱解氮和速效钾分别增加0.27%~15.60%、3.14%~8.61%、3.76%~24.32%、15.62%~25.17%、10.90%~14.43%、8.61%~15.53%,翻耕/免耕较连年翻耕仅有机质、全氮、碱解氮和速效钾含量提高。各处理的040 cm土壤0.25 mm水稳性团聚体含量依次为连免免/深连深深/翻翻/免连翻,连免显著高于（P0.05）其他处理1.1~2.5倍。冬小麦和春玉米籽粒产量有3年表现为深松/翻耕＞免耕/深松＞翻耕/免耕,2009年在免耕/深松轮耕模式下春玉米产量显著高于深松/翻耕模式。其余免耕/深松较连年免耕增产12.05%（P0.05）,深松/翻耕较连年免耕增产18.15%（P0.05）、较连年深松增产4.55%（P0.05）,较连年翻耕增产11.22%（P0.05）,比免耕/深松和翻耕/免耕分别增产5.44%（P0.05）和14.57%（P0.05）;而翻耕/免耕则在各方面的效应下降,增产效果降低,较连年翻耕减产2.92%（P0.05）。总之,以免耕/深松和深松/翻耕轮耕模式可创造良好的土壤耕层结构,增加水稳性团聚体,降低耕层及耕层以下土壤容重,提高土壤养分,促进作物生长发育。其中以深松/翻耕轮耕模式的效果较为明显,增产效果更突出。【结论】在渭北旱塬干旱少雨的生态环境下,深松/翻耕土壤耕作模式可以显著改善土壤的理化性状,提高土壤水性团聚体,降低土壤容重,释放土壤养分,从而提高作物产量,是陕西省渭北旱塬及类似地区冬小麦、春玉米一年一熟制作物轮作模式最佳的土壤轮耕模式,其次是免耕/深松轮耕模式。     

晋南土壤质地、耕作方式及茬口对小麦播前土壤贮水量的影响

在山西临汾、襄汾采用大区对比法研究了土壤质地、耕作方式及茬口对小麦播前土壤贮水量的影响。结果表明：夏闲制不同土壤质地的传统土壤耕作方式,小麦播前0-200cm的各主要土壤层面的贮水量为中粘土〉中壤土〉轻壤土;夏季复播制的土壤质地和复播作物对小麦播前贮水量的影响以土壤质地〉复播作物种类;夏闲制不同土壤耕作方式的小麦播前贮水量以浅旋灭茬〉免耕〉隔行深松〉传统耕作〉全耕层深松。不同春播作物茬口小麦播前的贮水量以地黄茬贮水量最高,其次为丹参茬,棉花茬较差。该项研究为小麦播前土壤贮水量的恢复选择夏季复播制的土壤质地、夏闲制合理的土壤耕作方式和春播作物茬口提供了理论依据。     

麦前深松对夏玉米土壤物理性状和生长特性的影响

为探明华北地区深松耕作方式对夏玉米生育期土壤物理性状和水分利用效率的影响,在河南省新乡采用冬小麦播前深松耕作(PS)、传统旋耕(CK)2种耕作方式,对夏玉米各生育期间的土壤粒径组成、容重、土壤紧实度、夏玉米生长发育指标及水分利用效率等进行了研究。结果表明:PS处理下土壤粒径组成无明显变化,全生育期PS较CK处理0—40cm土层土壤容重降低0.63%~3.85%,孔隙度提高0.27%~3.67%;拔节期PS较CK处理20—30,30—40cm土层土壤紧实度显著降低37.76%,22.26%;全生育期PS处理的土壤含水率、夏玉米株高、叶面积指数、干物质积累量均高于CK,产量提高了9.50%,穗长和穗粒重提高了4.18%和6.50%(p0.05),水分利用效率提高5.08%,节水增产效果显著。     

耕作方式对农田土壤水分变化特征及水分利用效率的影响

探讨耕作方式对土壤含水量及水分利用效率的影响,对于高效利用自然降水,提高自然降水利用效率,增加作物产量具有重要的理论与实践意义。因此,采用铝盒称重法测定不同年份、季节、土壤剖面及冻融前后土壤含水量,研究不同耕作方式对土壤含水量及作物水分利用效率的影响。结果表明:在特定时期内土壤含水量随土层深度的增加而减少,特别是土层40cm以下尤为明显,而且随季节呈波动性变化且受降雨影响较大;季节冻融作用明显降低土壤含水量,但深松较其他处理土壤含水量增幅为0.93%~2.23%;土壤贮水量随季节呈先增后降的趋势变化,且生育前期明显高于生育后期;不同耕作方式对田间耗水量和耗水系数无显著影响,但深松耕作显著提高作物水分利用效率,并且水分利用效率与产量的相关性达到极显著水平(r=0.76**)。综合分析认为,保护性耕作结合深松是有效改善耕层结构,增加土壤含水量,提高自然降水利用效率的有效耕作方法。因此,该研究可为东北雨养农业区留茬深松保护性耕作技术的推广提供理论依据。     

深松深度对砂姜黑土耕层特性、作物产量和水分利用效率的影响

研究深松深度对砂姜黑土耕层特性、作物产量和水分利用效率的影响,可为构建砂姜黑土合理耕层的耕作深度指标提供依据。本研究基于多年定位大田试验,采用大区对比设计,设置4个深松深度(30 cm、40 cm、50 cm、60 cm)处理,以旋耕(RT,平均耕作深度为15 cm)作为对照,研究不同深松深度对土壤紧实度、土壤三相比(R)值、作物根系形态、作物产量和水分利用效率的影响。研究结果表明,深松深度增加能显著降低土壤紧实度,使土壤的三相比(R)更加合理,进而促进作物根系生长。不同深松深度中,深松60 cm处理的土壤紧实度和三相比(R)值与对照相比降幅最大,深松40 cm处理的冬小麦根系生物量最大,深松50 cm处理的夏玉米根系生物量最大。深松不仅增加作物产量,还提高作物水分利用效率。深松30 cm处理的周年作物产量最高,比对照增产12.2%,但与深松40 cm处理差异不显著。深松50 cm处理的周年水分利用效率最高,但与深松30 cm和深松40 cm处理差异不显著。深松30 cm、40 cm和50 cm的周年水分利用效率比对照分别增加9.1%、8.8%和12.7%。因此,砂姜黑土适宜的深松深度为30~40 cm。     

深松条件下不同地表覆盖对马铃薯产量及水分利用效率的影响

水分不足是限制旱区作物生长的主要因素,覆盖耕作能够改善土壤的微环境,从而显著提高作物的产量和水分利用效率。为探讨深松结合地表覆盖对土壤物理性状、马铃薯生长、产量及水分利用效率的影响,2013-2015年在宁南旱区采用深松覆盖秸秆、深松覆盖地膜、深松不覆盖3种覆盖耕作模式,以传统耕作不覆盖为对照,对土壤体积质量、团聚体、水分、马铃薯产量和水分利用效率等方面的影响进行了研究。结果表明,与传统耕作相比,深松结合地表覆盖可有效降低耕层土壤体积质量,改善土壤孔隙状况,以深松覆盖秸秆处理效果最佳,深松覆盖秸秆处理0~40 cm平均土壤体积质量较传统耕作降低17.1%。与传统耕作相比,深松覆盖地膜和深松覆盖秸秆处理可使0~40 cm土层0.25 mm机械稳定性团聚体数量显著增加30.7%和17.4%。深松结合不同覆盖方式能有效改善马铃薯生育期0~200 cm土层土壤水分状况,深松覆盖地膜对作物生育前期土壤水分保蓄效果较好,深松覆盖秸秆对生育中后期土壤水分状况的改善效果最佳。深松结合不同覆盖方式下马铃薯植株株高、茎粗及地上部生物量均显著高于传统耕作。作物生育前期以深松覆盖地膜处理效果最佳,中后期以深松覆盖秸秆处理促进作用明显。深松结合地表覆盖能明显提高马铃薯的产量和水分利用效率,深松覆秸秆处理的马铃薯产量、商品薯率和水分利用效率分别较传统耕作处理平均提高37.3%、93.3%和41.2%。通过两年试验研究,在宁南旱区采用深松结合地表覆盖措施具有良好的蓄水保墒效果,对马铃薯生长有利,以深松覆盖秸秆处理的增产和提高水分利用效率效果最为显著。     

耕作措施对土壤特性及作物产量的影响

通过夏玉米田间试验研究了不同耕作措施及秸秆覆盖对土壤特性、水分状况、作物产量及水分利用效率的影响。试验处理包括常规耕作、深松、秸秆覆盖、垄作、浅坑及免耕。结果表明,秸秆覆盖可显著提高土壤蓄水量、作物产量及水分利用效率。其保水增产效果在干旱年份更加明显。深松可有效打破犁底层降低其密度,可增加作物根深、根长及根重,提高作物产量和水分利用效率。免耕可提高夏玉米早期田间土壤含水率,保持相同产量。     

黄土旱塬区平衡施肥下不同土壤耕作模式的蓄水纳墒及作物增产增收效应研究

【目的】黄土旱塬半湿润易旱区是典型的雨养农业区,多数一年一熟或两年一熟制,冬小麦和春玉米是该区主要的粮食作物,平衡施肥是主要的施肥方式。多年研究和生产实践证明,建立与不同作物轮作方式相配套的土壤轮耕技术体系,可以为作物生长发育创造良好的土、 肥、 水、 气、 热的土壤环境条件,保持农田生态健康发展,促进作物增产增收。本文在当地平衡施肥条件下,通过多年耕作模式定位试验,研究在平衡施肥条件下,不同土壤耕作模式对休闲期和作物生育期0200 cm土层蓄水纳墒状况、 作物产量及其经济效益的影响,为黄土旱塬半湿润易旱区建立在一定肥力水平下与作物轮作体系相配套的土壤轮耕模式提供理论依据。【方法】选择位于黄土旱塬半湿润易旱区腹地的陕西省合阳县甘井镇一年一熟旱作冬小麦春玉米轮作田为试验区,采用免耕、 深松和翻耕3种土壤耕作方法组成4种土壤轮耕模式,即: 翻耕免耕翻耕免耕(RT1); 深松翻耕深松翻耕(RT2); 免耕深松免耕深松(RT3); 免耕翻耕深松免耕(RT4); 以连年翻耕(CK1)、 连年深松(CK2)和连年免耕(CK3)为对照,通过连续4年(2007~2011年)定位试验,研究平衡施肥条件下的7种土壤耕作模式对冬小麦春玉米轮作田0200 cm土层土壤贮水量、 土壤水分含量、 作物籽粒产量、 水分利用效率(WUE)和经济效益的影响。【结果】 1)在土壤休闲期,RT3模式下0200 cm土层土壤贮水量最高,其次是RT2。与对照组相比,4种轮耕模式0200 cm土层土壤贮水量均高于CK1; RT3显著高于CK3,但与CK2差异不显著。0200 cm土层土壤剖面含水量,亦以RT3模式最高。2)在冬小麦生育期,0200 cm土层土壤贮水量和土壤含水量,RT3和CK2模式的较高。3)在春玉米生育期,0200 cm土层土壤贮水量和土壤含水量RT3和CK3较高。4)不同耕作模式的作物籽粒产量、 水分利用效率(WUE)和经济效益,以RT2和CK2模式最高。四年平均结果RT2处理较CK1、 CK2和CK3处理增产10.2%、 3.6%和17.1%,增收23.6%(P0.05)、 6.8%(P0.05)和28.3%(P0.05),提高WUE 9.7%(P0.05)、 4.3%和18.6%(P0.05)。【结论】年际间轮流进行深松和翻耕(RT2)处理,虽然其在土壤蓄水保墒效应方面略低于年际间轮流进行免耕和深松(RT3)和连年深松(CK2)处理,但可获得最佳增产增收效果和最高水分利用效率; 连年深松能够增加水分入渗,保护土壤,增加蓄水能力,但产量和经济效益不如RT2处理,也是该区比较适宜的耕作方法。根据实际状况,在平衡施肥条件下的一年一熟作物轮作区,应推荐深松翻耕的轮耕或连年深松的耕作模式。     

耕作方式对冀西北栗钙土土壤物理性状及莜麦生长的影响

为了探索不同耕作方式对冀西北栗钙土农田土壤物理性状及莜麦生长的影响,以河北省张北县10 a栗钙土长期定位试验莜麦田为研究对象,研究了免耕、松耕和翻耕对莜麦田土壤容重、土壤含水率、土壤硬度及莜麦生长的影响。结果表明:松耕和翻耕可以显著降低莜麦播种期到拔节期土壤容重,播种期免耕土壤容重1.49 g/cm3,松耕和翻耕分别为1.31和1.30g/cm3;不同耕作方式对土壤含水率影响不大;免耕显著提高土壤硬度,拔节期免耕土壤硬度58.51kg/cm2,为松耕1.74倍(P0.05),为翻耕2.53倍(P0.01);栗钙土土壤硬度与土壤容重、土壤含水率关系模型表明高土壤容重条件下土壤硬度对土壤含水率更敏感,低土壤含水率条件下土壤硬度对土壤容重更敏感;免耕莜麦株高和叶面积生长受到抑制,穗数和穗粒数显著降低,经济产量413.79 kg/hm2,分别为松耕和翻耕的62.27%和51.64%。栗钙土莜麦田免耕与松耕、翻耕相比土壤容重大,土壤硬度高,莜麦产量显著降低;3种耕作方式中,松耕是兼顾生态与经济效益的耕作措施。     

夏闲期不同耕作模式对土壤蓄水保墒效果及作物水分利用效率的影响

为了探讨夏闲期不同耕作模式对土壤蓄水保墒效果及小麦水分利用效率的影响,2007-2010年在宁南旱区采用免耕/深松/免耕、深松/免耕/深松、连年翻耕(传统耕作)3种耕作方式对土壤水分及冬小麦产量的影响进行了研究。结果表明,保护性耕作模式改善了麦田的土壤水分状况,且提高作物产量和水分利用效率效果显著。夏闲末期,相对于传统耕作,免耕/深松/免耕、深松/免耕/深松处理3a平均土壤蓄水量分别增加(P<0.05)3.92%和7.84%,降雨蓄水效率提高(P<0.05)13.64%和22.80%;小麦生育期,3a平均土壤蓄水量分别较传统耕作增加(P<0.05)7.96%和8.60%,平均生育期降水利用效率提高(P<0.05)9.59%和10.69%,平均年降水利用效率提高(P<0.05)9.52%和10.65%;3a平均产量分别较传统耕作提高(P<0.05)9.59%和10.69%,籽粒产量水分利用效率提高(P<0.05)7.17%和7.68%,生物产量水分利用效率提高(P<0.05)3.83%和4.34%。     

不同土壤耕作方式对东北风沙土区玉米田土壤质量及产量的影响

[目的]研究黑龙江省西部不同土壤耕作方式对玉米产量及土壤性状的影响,为该地区农业生产提供参考。[方法]比较常规耕作、旋耕、翻耕、深翻和超深翻耕作对玉米产量和土壤物理特性的影响。[结果]翻耕和超深翻耕作增加了土壤含水量和田间持水量,降低了耕层土壤渗透速率、土壤容重和土壤紧实度,但是增加犁底层土壤渗透速率、土壤容重和土壤紧实度。翻耕、深翻和超深翻处理耕层土壤三相结构距离(STPSD)和土壤结构指数(GSSI)较好;翻耕、深翻和超深翻处理显著降低犁底层土壤的GSSI,增加STPSD;旋耕处理没有显著影响犁底层土壤GSSI和STPSD。与常规耕作处理相比,翻耕和超深翻分别增加玉米产量7.6%和6.0%。翻耕比超深翻玉米产量高10.9%。深翻处理玉米产量为5.58t/hm2,比常规耕作减产8.1%。[结论]在不完全打破犁底层情况下,在黑龙江西部地区翻耕是比较理想的耕作方式。     

Effect of conservation tillage on crop yield and soil organic carbon in Northeast China: A meta-analysis

Northeast China, the important grain-producing region in China, is under threat from soil degradation because of long-term conventional tillage (CT). The adoption of conservation tillage is anticipated to restore soil fertility, maintain crop yields and enhance sustainability. However, the integrated effects of conservation tillage practice on crop yields and soil organic carbon (SOC) remain unclear. In this meta-analysis of peer-reviewed studies conducted in the Northeast China region, we assess crop yields and SOC values under no-till, ridge tillage and subsoiling tillage practices. The results indicate that in areas with mean annual temperatures (MAT) below 3°C, crop yields were significantly (p < .05) higher under ridge tillage (0.8%) and subsoiling tillage (13.1%) compared with CT, whereas yields reduced under no-till (−3.7%). Ridge tillage generally had a similar effect on crop yield as no-till, without the negative impact in colder regions. We also report that no-till practice increased SOC concentrations by 24.1%, 43.9% and 17.4% in areas of higher temperature (MAT > 6°C), low mean annual precipitation (MAP) (<500 mm) and continuous cropping conditions, respectively. Ridge tillage and subsoiling tillage also had positive effects on SOC concentrations (to a lesser degree than no-till), indicating that conservation tillage can enhance SOC in Northeast China. Overall, the implementation of different conservation tillage measures in Northeast China was found to enhance crop yields and sequester carbon. We recommend that ridge tillage is used in colder areas and that subsoiling tillage is used in rotation with other tillage measures to maintain crop yields.     

耕作方式对麦–玉轮作农田固碳、保水性能及产量的影响

【目的】 农田固碳保水性能是影响作物产量的关键因素,研究耕作方式对耕层 (0—20 cm) 土壤碳、水含量和产量的影响,为选择适宜该地区的最佳耕作措施提供参考。 【方法】 保护性耕作长期定位试验始于2002年,种植制度为冬小麦–夏玉米一年两熟,两季秸秆全量粉碎 (3～5 cm) 还田,试验设传统翻耕、深松、旋耕和免耕4种耕作方式。对2015—2016年作物生长各时期土壤有机碳含量、土壤含水量、碳水储量、产量和等价产量等进行了测定。 【结果】 不同处理麦–玉轮作农田0—20 cm土层有机碳含量有所不同。耕作措施对土壤有机碳含量有显著 (P < 0.05) 影响,表现为深松和免耕能显著增加0—10 cm土层有机碳含量,且以深松效果最为显著 ( P < 0.05)。与传统翻耕相比,免耕和旋耕降低了10—20 cm土层土壤有机碳含量;深松比传统翻耕显著 ( P < 0.05) 增加了小麦季土壤有机碳含量,玉米季没有显著性差异 ( P < 0.05)。0—10 cm土层,玉米季旋耕和免耕处理的土壤含水量高于深松和传统翻耕;在10—20 cm土层小麦季免耕处理土壤含水量高于其他三种耕作方式。产量结果表明,深松能有效增加作物的有效穗数、穗粒数和千粒重,进而增加籽粒产量和周年等价产量;免耕显著 ( P < 0.05) 降低了亚表层 (10—20 cm) 有机碳含量,降低穗粒数和千粒重,不利于作物增产。两年小麦玉米单作产量和周年等价产量均表现为深松 > 传统翻耕 > 旋耕 > 免耕。 【结论】 深松能有效促进耕层土壤有机碳积累和保水性能提高,增加作物的有效穗数、穗粒数和千粒重,从而增加产量;免耕显著 (P < 0.05) 提高了表土层 (0—10 cm) 碳储量,有助于增强耕层土壤的保水性能。      

Effects of rotational tillage practices on soil structure,organic carbon concentration and crop yields in semi‐arid areas of northwest China

Continuous conventional tillage can cause serious soil degradation in rain‐fed agriculture, which reduces crop productivity. Adopting suitable tillage practices is very important for improving the soil and increasing crop productivity. Between 2007 and 2010, a 3‐year field study was conducted in semi‐arid areas of southern Ningxia, China, to determine the effects of rotational tillage practices on bulk density, soil aggregate, organic carbon concentration and crop yields. Three tillage treatments were tested: no‐tillage the first and third year and subsoiling the second year (NT/ST/NT); subsoiling the first and third year and no‐tillage the second year (ST/NT/ST); and conventional tillage each year (CT). A conventional tillage treatment was used as the control. Under the rotational tillage treatments, the mean soil bulk density at a depth of 0–60 cm was significantly (P < 0.05) decreased by 4.9% compared with CT, and with the best effect under ST/NT/ST. The soil organic carbon (SOC) concentration and aggregate size fractions and stability at 0–40 cm depth were significantly (P < 0.05) increased in rotational tillage treatments when compared with the conventional tillage, and the ST/NT/ST treatment produced the highest increases. Significant differences were detected in the SOC concentration in 2 to 0.25–mm size fractions at 0–30 cm depth between rotational tillage treatments and conventional tillage. Biomass and grain yield with the rotational tillage practices were significantly positively influenced over 3 years, and ST/NT/ST produced the highest average crop yields among the three treatments. Therefore, it was concluded that the application of rotational tillage with subsoiling every 2 years and no‐tillage every other year (ST/NT/ST) should be of benefit in promoting the development of dryland farming in semi‐arid areas of northwest China.     

科学耕作与留茬改良小麦-玉米两熟农田土壤物理性状及增产效果

为了探讨不同覆盖耕作方式对农田土壤物理性状及作物产量的影响,该试验研究了免耕、常规2种耕作方式和4种留茬高度的玉米秸秆还田处理,对麦-玉两熟农田土壤含水率、容重、孔隙度以及作物产量的影响。结果表明:在0～40cm土层内,秸秆还田的集雨和保水效果显著,免耕留茬0.5m还田处理的含水率比免耕无覆盖处理增加了15.95%。秸秆还田量对0～40cm内土壤贮水量的影响不同。耕作措施显著影响了土壤容重,小麦播种前常规留茬1m还田、常规全量还田处理容重低至1.0g/cm3左右。秸秆还田能增加土壤总孔隙度、降低毛管与非毛管孔隙度的比值。单一免耕处理降低了作物产量,而免耕覆盖能增产,其留茬1m还田处理比无还田处理增产22.44%,比常规留茬0.5m还田处理高3.64%。因此,免耕留茬1m还田处理在改善农田土壤物理性状和增加作物产量方面显著,该研究可为农田管理过程中耕作措施和秸秆还田量的选择提供参考依据。