Tillage,crop residue,and nutrient management effects on soil organic carbon in rice-based cropping systems:A review

Soil organic carbon(SOC) sequestration is one of the major agricultural strategies to mitigate greenhouse gas(GHG)emissions,enhance food security,and improve agricultural sustainability.This paper synthesizes the much-needed stateof-knowledge on the effects of tillage,crop residue,and nutrient management practices on SOC sequestration and identifies potential research gap,opportunities,and challenges in studying SOC dynamics in rice(Oryza sativa L.)-based cropping systems in South Asia,mainly in Bangladesh,Bhutan,India,Nepal,Pakistan,and Sri Lanka.Improved management practices such as reduced- and no-tillage management,nitrogen(N) fertilizer and farmyard manure(FYM) application,and crop residue addition can improve SOC accumulation.Positive effects of no-tillage,crop residue addition,N addition through manure or compost application,and integration of organic and chemical fertilizers on SOC accumulation in rice-based cropping systems have been documented from South Asia.However,limited data and enormous discrepancies in SOC measurements across the region exist as the greatest challenge in increasing SOC sequestration and improving agricultural sustainability.More research on SOC as influenced by alternative tillage,crop residue,and nutrient management systems,and development of SOC monitoring system for existing long-term experiments will advance our understanding of the SOC dynamics in rice-based cropping systems and improve agricultural system sustainability in South Asia.     

不同农业措施对土壤微生物的影响

在查阅大量科技文献的基础上,本文对不同农业措施与土壤微生物变化关系进行了概括性叙述,主要介绍了无机肥、有机肥、免耕、秸秆还田和轮作对土壤微生物生物量、多样性及活性的影响。     

Significance, progress and prospects for research in simplified cultivation technologies for rice in China

Simplified cultivation technologies for rice have become increasingly attractive in recent years in China because of their social, economical and environmental benefits. To date, several simplified cultivation technologies, such as conventional tillage and seedling throwing (CTST), conventional tillage and direct seeding (CTDS), no-tillage and seedling throwing (NTST), no-tillage and direct seeding (NTDS) and no-tillage and transplanting (NTTP), have been developed in China. Most studies have shown that rice grown under each of these simplified cultivation technologies can produce a grain yield equal to or higher than traditional cultivation (conventional tillage and transplanting). Studies that have described the influences of agronomic practices on yield formation of rice under simplified cultivation have demonstrated that optimizing agronomy practices would increase the efficiencies of simplified cultivation systems. Further research is needed to optimize the management strategies for CTST, CTDS and NTST rice which have developed quickly in recent years, to strengthen basic research for those simplified cultivation technologies that are rarely used at present (such as NTTP and NTDS), to select and breed cultivars suitable for simplified cultivation and to compare the practicability and effectiveness of different simplified cultivation technologies in different rice production regions.     

Residue management induced changes in soil organic carbon and total nitrogen under different tillage practices in the North China Plain

Crop residue retention has been considered a practicable strategy to improve soil organic carbon(SOC) and total nitrogen(TN), but the effectiveness of residue retention might be different under varied tillage practices. To evaluate the effects of residue management on the distribution and stocks of SOC and TN under different tillage practices, a bifactorial experiment with three levels for tillage practices(no-tillage, rotary tillage, and conventional tillage) and two levels for residue managements(residue retention and residue removal) was conducted in the North China Plain(NCP). Results showed that after a short experimental duration(3–4 years), concentrations of SOC and TN in the 0–10 cm layer were higher under no-tillage than under conventional tillage, no matter whether crop residues were retained or not. Residue retention increased SOC and TN concentrations in the upper layers of soil to some degree for all tillage practices, as compared with residue removal, with the greatest increment of SOC concentration occurred in the 0–10 cm layer under rotary tillage, but in the 10–30 cm layer under conventional tillage. The stocks of SOC in the 0–50 cm depth increased from 49.89 Mg ha–1 with residue removal to 53.03 Mg ha–1 with residue retention. However, no-tillage did not increase SOC stock to a depth of 50 cm relative to conventional tillage, and increased only by 5.35% as compared with rotary tillage. Thus, residue retention may contribute more towards SOC sequestration than no-tillage. Furthermore, the combination between residue retention and no-tillage has the greatest advantage in enhancing SOC and TN in the NCP region.     

陕西关中一年两熟地区保护性耕作关键技术综合效应研究——Ⅱ. 对两季作物生长发育及产量产值的影响

针对陕西关中一年两熟地区应用保护性耕作技术存在的问题,以冬小麦传统翻耕技术为对照,研究了5种类型10种耕作关键技术对作物生长发育及产量、产值的影响。结果表明：（1）在裸地深松间隔年限三技术中,两季作物均以隔年深松的生长发育状况最好,产量、产值最高,居11项处理第3位;（2）在裸地与秸秆覆盖旋耕两技术中,两季作物均以秸秆覆盖旋耕的生长发育状况最好,产量、产值最高,居11项处理第6位;（3）在秸秆覆盖深松深度两技术中,两季作物均以秸秆覆盖深松的生长发育状况最好,产量、产值最高,居11项处理第1位;（4）在裸地与秸秆覆盖免耕两技术中,两季作物均以裸地免耕的生长发育状况最好,产量、产值最高,居11项处理第7位;（5）在翻耕两技术中,两季作物均以秸秆还田翻耕的生长发育状况最好,产量、产值最高,居11项处理第2位。     

中层黑土不同耕作方式对玉米、大豆产量的影响

在吉林省德惠市中层黑土上进行了不同耕作方式对玉米和大豆产量及土壤质量影响的田间试验。3年的试验结果表明：保护性耕作（免耕）的玉米产量为10507kg／hm^2，略高于常规秋翻下的玉米产量（10196kg／hm^2），且2002年免耕玉米产量明显高于其它处理。同样，免耕大豆的3年平均产量（2777kg／hm^2）也显著高于秋翻管理下的大豆产量（2563kg／hm^2）。     

覆膜免耕对玉米间作豌豆农田土壤有机碳和氮的影响

借助2013年在河西绿洲灌区建立的不同耕作措施长期定位试验,通过探究耕作措施与种植模式对土壤有机碳和氮的变化特征,以期为构建试验区农田高效生产技术提供理论依据。试验设置耕作方式和种植模式两个因素,包括传统覆膜耕作（CT）和覆膜免耕（NT）2种耕作方式;单作玉米（M）、玉米间作豌豆（M/P）、单作豌豆（P）3种种植模式,共6个处理;通过分析不同种植模式下0~20 cm、20~40 cm土层土壤有机碳、全氮、硝态氮、铵态氮和C/N,明确覆膜免耕对禾豆间作农田土壤碳氮的影响。结果表明：与传统覆膜耕作相比,覆膜免耕显著增加0~20 cm土层土壤有机碳、全氮、硝态氮和铵态氮含量,2 a平均分别增加4.8%、  5.3%、11.1%、17.8%,同时也增加20~40 cm土壤的有机碳、硝态氮和铵态氮含量,但对全氮含量影响不显著。在覆膜免耕措施下,玉米间作豌豆较单作玉米显著提高0~20 cm土层土壤有机碳、全氮、硝态氮和铵态氮含量,分别提高4.6%、7.0%、14.5%和21.6%,而20~40 cm土层中仅土壤全氮含量无显著差异。覆膜免耕较传统覆膜耕作降低0~20 cm土层的C/N,而种植模式之间土壤C/N表现为玉米间作豌豆小于单作玉米。相对于其他处理,覆膜免耕玉米间作豌豆体系能有效提高土壤有机碳、全氮及其组分。因此,在河西绿洲灌区玉米间作豌豆体系中,覆膜免耕玉米间作豌豆为该区域高效、可持续种植模式。     

保护性耕作方式对土壤微生物的影响研究进展

文章概述了覆盖耕作、少耕、免耕和轮耕轮作对土壤微生物的影响。认为采用保护性耕作技术配套合适的施肥除草制度,可以使土壤微生物数量、活性等保持较高水平,并能创造良好的生态环境,达到高产、高效、低耗、保护环境及保证农业可持续发展的目的。     

河西灌区啤酒大麦保护性耕作技术试验研究

在甘肃省八一农场(金昌市)机播条件下,对免耕高留茬、免耕秸秆覆盖、免耕秸秆覆盖加播前耙耱、传统耕作等4种耕作方式进行了试验研究.结果表明,3种保护性耕作方式与传统耕作的大麦产量无明显差异,但保护性耕作能有效保持土壤水分,减少土壤风蚀,节约生产成本,3种处理的纯收益比传统耕作处理增加448.1～509.1元/hm2,社会效益和经济效益显著.     

不同农业措施对大豆田土壤木霉菌的影响

在不同的农业措施下,对大豆播前、苗期、花期和成熟期的土壤木霉菌数量进行测定结果表明,多年连作后大豆田土壤中木霉菌数量有明显减少的趋势,而轮作大豆田土壤中木霉菌数量明显增加;采取秸秆还田、施有机肥和化肥等措施有利于大豆田土壤中木霉菌的繁殖,采用免耕和深松措施比常规耕翻有利于土壤中木霉菌的数量增多。     

免耕与耕作栽培蚕豆对稻田土壤水分和养分的影响

[目的]研究免耕与传统耕作方式种植蚕豆对稻田土壤水分和养分的影响。[方法]以云南陆良蚕豆为试材,在免耕和耕作栽培下分别设置株距为253、03、5 cm 3个密度处理,以耕作栽培下种植密度为36.30万株/hm2为对照。在蚕豆成熟期,测定土壤水分和养分指标。[结果]不同耕作方式和种植密度对水分和土壤全氮的影响很小;土壤有机质含量为免耕大于耕作;免耕30 cm的处理土壤碱解氮含量最高,为224.90 mg/kg,耕作30 cm的处理最低,为182.67 mg/kg;对土壤速效磷的影响表现为免耕25 cm>免耕35 cm>耕作35 cm>耕作30 cm>耕作25 cm>免耕30 cm;有效钾的变化是免耕25 cm>耕作25 cm>免耕35 cm>免耕30 cm>耕作30 cm>耕作35cm。[结论]免耕栽培,能提高土壤的肥力,改善土壤生态环境。     

论保护性耕作技术的基本原理与发展趋势

 本文综合分析国内外保护性耕作技术发展趋势和特点，提出保护性耕作技术概念是泛指为了减少农田土壤侵蚀，保护农田生态环境而采取的综合性技术体系，其核心技术是土壤少耕免耕技术、农田地表微地形改造技术及地表覆盖技术，其技术原理是达到农田“少动土”、“少裸露”“少污染”以及“适度湿润”和“适度粗糙”的耕层土壤状态，保持可持续的土地生产力。在此基础上提出了基于中国国情的保护性耕作技术研究方向以及不同区域需要解决的关键技术，建立具有中国特色的保护性耕作技术体系。     

耕作方式对耕层黑土有机碳库储量的短期影响

【目的】探索不同耕作方式对耕层黑土有机碳含量的影响。【方法】以2001年秋在吉林省德惠市中层黑土上进行了3年的田间定位试验小区土壤为研究对象，对免耕、垄作和秋翻3种耕作处理下耕层土壤有机碳的动态变化进行了分析，并采用等深度和等质量土壤碳库储量计算方法，比较了不同耕作处理对耕层土壤有机碳库储量的影响。【结果】不同耕作处理对黑土耕层有机碳的影响无显著性差异，而且免耕处理在短期内没有引起耕层土壤有机碳含量的明显增加，反而有所降低。与2001年试验开始时相比，3年免耕管理使表层0～5 cm土壤有机碳含量仅增加了0.18％，而5～20 cm土层有机碳含量则明显降低。利用等深度（0～30 cm）和等质量（4 040 Mg）土壤碳库储量计算方法对比研究表明，将土壤容重考虑在内的等质量土壤有机碳库储量计算方法可以更准确的反映耕作对土壤有机碳库储量的影响。等质量方法计算表明，3年的免耕试验并没有使耕层土壤有机碳库储量发生明显变化。【结论】在质地粘重和排水不良的土壤上实行免耕，短期内土壤有机碳含量并没有增加。长期效果如何还有待观测。     

不同耕作方式对土壤理化性状及玉米产量的影响

通过2010,2011年的大田试验,对常规耕作、免耕、深翻、深松4种处理的土壤含水量、容重和氮、磷、钾、有机质含量以及玉米产量进行分析。结果表明,各处理在玉米拔节期、大喇叭口期、灌浆期和成熟期的土壤含水量由高到低的顺序均为:深翻>深松>常规耕作>免耕;深翻和深松处理0～30 cm,土壤容重较常规耕作分别降低10.27%和2.10%,免耕较常规耕作增加4.1%;深翻和深松处理较常规耕作的土壤速效钾、有效磷、有机质含量增加;深翻和深松处理的玉米产量分别较常规耕作提高20.38%和3.74%,免耕处理较常规耕作减产15.11%。选择合理的耕作方式,能够有效改善土壤结构,提高土壤含水量、有机质含量和作物产量。     

中国保护性耕作试验研究的产量效应分析

【目的】明确中国目前开展的保护性耕作研究的产量效应以及具体分布情况。【方法】收集公开发表的涉及保护性耕作的研究论文,对有关数据进行整理和分析。【结果】研究发现,中国保护性耕作研究具有明显的地域特色：少耕研究集中在东北地区,免耕研究集中在长江下游及东南地区,秸秆处理和综合型措施的研究以西北地区最多。中国保护性耕作的产量研究结果多为增产,但也有10.92%的减产数据见诸于各地的报道,其中黄淮海、华北平原、西北内陆、青藏高原、黄土高原区的减产概率比较高;少耕和免耕处理的减产概率较高;小麦减产概率最高,玉米减产概率最小。不同区域、不同作物对保护性耕作措施的反应不同：小麦在黄淮海、华北平原及西北地区的减产发生频率较高,少耕处理的减产概率最大,但在西南地区的稳产性能较好;水稻在西南地区减产概率高,在长江中下游和东南地区的稳产性能较好,秸秆处理减产概率高,而免耕稳产性能较好。少、免耕和秸秆处理相结合的综合型保护性耕作措施减产概率很低,且在所有区域对所有作物的表现相同,值得重点研究。【结论】保护性耕作是实现农业可持续发展的重要手段,但保护性耕作措施的选择应因地制宜,根据生产条件采用最具生产价值的耕作模式。本研究的结果能够为我国保护性耕作的稳产丰产研究和推广应用提供指导。     

不同降水年型黄土旱塬冬小麦免耕与深松轮耕蓄墒增收效应

目的 为旱区不同降水年型冬小麦蓄墒增产耕作方式的选择提供科学依据。方法 于2007—2018年在陕西黄土旱塬实施免耕与深松轮耕长期定位试验,设置免耕/免耕/深松（NNS）、免耕/深松（NS）和连续免耕（N）3种耕作处理,分析不同降水年型轮耕模式下冬小麦休闲期和生育期蓄墒效果及ET、WUE、产量和经济效益。结果 降水年型对冬小麦休闲期及生育期土壤蓄墒、ET、WUE、产量和经济效益影响显著。丰水年型较干旱和平水年型分别提高冬小麦休闲期（23.9%和31.9%）和生育期（6.5%和16.6%）0—200 cm土层土壤蓄墒量,并在冬小麦水分急剧消耗的拔节期至灌浆期,分别增加耗水量1倍和3倍以上,且较干旱和平水年型WUE分别提高21.1%和16.3%,增产70.0%和25.8%,增效2倍和1/2倍以上。干旱、丰水和平水年型分别以免耕/深松（NS）（106.1 mm）、连续免耕（N）（192.0 mm）和连续免耕（N）（91.5 mm）处理休闲期0—200 cm土壤蓄墒量最高;生育期0—100 cm土壤蓄墒效果受降雨和冬小麦生长发育影响波动较大,但120—200 cm深层土壤蓄水量基本呈“先增后减”的稳定变化趋势,并以免耕和深松轮耕措施蓄墒效果较好;免耕/免耕/深松（NNS）处理在干旱和丰水年型WUE及增产增效优势显著,在平水年型,连续免耕（N）处理产量和经济效益最高,分别为4 297 kg·hm ^-2和4 773元/hm ²。受深松作业及其频次影响,免耕/免耕/深松（NNS）和免耕/深松（NS）轮耕处理分别增加生产成本172和227元/hm ²,但生产投入的高低并非是影响经济效益的关键因素。较免耕/深松（NS）处理,免耕/免耕/深松（NNS）能以较少的深松频次节省生产成本,以较高的籽粒产量实现经济效益的最大化,具有减耗节水、提高冬小麦WUE和节本增效的优势,并在多数试验年份下保持节水减耗、经济高效的生产正效应,更具生产普适性。结论 从可持续农业生产及绿色低耗高效的发展目标综合分析,推荐免耕/免耕/深松（NNS）轮耕措施为黄土旱区冬小麦蓄墒增产增收的最适耕作方式。     

旱地玉米免耕覆盖土壤水分研究

免耕整秸秆半覆盖具有明显的保水效果。在一年一作春播玉米区，免耕覆盖抑制了土壤水分蒸发，延长了上层水分向深层分布的时间，玉米秋收后至结冻期间１００～２００ｃｍ土壤水分比不覆盖提高１～１．６个百分点；但结冻期间，土壤水分蒸发基本停止，０～１００ｃｍ土层水分差异不大；免耕覆盖明显抑制了春季返浆期的土壤蒸发，０～２０ｃｍ土层比常规耕作土壤水分含量高１～１．７个百分点；玉米生育期间，土壤水分变化规律是，封垄前覆盖与不覆盖间土壤水分差异较大，封垄后差异变小；一般情况下，随深度增加，保水效果减小。免耕本身不具保水作用；在覆盖条件下，耕翻与否对保水作用不大，不论是耕翻还是免耕都必须结合秸秆覆盖；随秸秆覆盖量的增加，土壤第一蒸发阶段持续时间增长，土壤蓄保水量增加；秸秆覆盖一方面具有保水效果，另一方面，降水通过秸秆时又要消耗一定量的水分；免耕覆盖改变了地表状况，有利于雨水的入渗，使得更多的水分下移到剖面深层，为植物利用水分提供了机会；持续干旱情况下，秸秆覆盖土壤水分蒸发量与裸露土壤几乎一样多。     

免耕条件下水稻产量及稻田无机氮供应特征

【目的】研究免耕条件下水稻产量及稻田无机氮供应特征。【方法】于2007—2010连续4年采用田间定位试验研究方法。试验设传统翻耕、免耕两个处理,4次重复。供试水稻品种为皖稻68。【结果】免耕显著提高了水稻生育前期耕层土壤NH4+-N含量,但是降低了水稻生育中、后期耕层土壤NH4+-N含量。同时免耕显著提高了0—10 cm土层NO3--N含量,降低了主要生育时期10—20 cm土层NO3--N含量,有利于减少耕层土壤NO3--N的淋失。免耕促进了土壤有机碳和全氮在表层土壤的富集。0—10 cm土层有机碳和全氮含量比翻耕处理显著增加,而10—20 cm土层上述养分含量明显低于翻耕处理。免耕提高了耕层（0—20 cm）土壤容重,增幅为3.06%—6.25%。产量结果显示,免耕使水稻减产4.11%—7.70%。【结论】免耕稻田自拔节期后期土壤NH4+-N供应量的减少使免耕水稻拔节期和抽穗期的氮素吸收量均明显低于翻耕处理,导致免耕水稻成穗率的减少,是免耕水稻产量降低的主要原因。     

耕作措施对土壤水稳性团聚体及有机碳分布的影响

通过9a不同耕作的定位试验,研究了深松、旋耕、免耕和传统耕作4种耕作措施对关中塿土小麦-玉米轮作条件下土壤水稳性团聚体及有机碳垂直分布的影响。结果表明,与传统耕作相比,深松、旋耕、免耕措施均提高了0～40cm土层中>2mm和0.25～2mm大团聚体含量、团聚体有机碳贡献率和团聚体平均重量直径,而传统耕作相应地增加了0～40cm土层中0.053～0.25mm微团聚体和<0.053mm粘砂粒含量及其有机碳贡献率。同时深松、旋耕、免耕措施提高了各土层总有机碳和耕层0～10cm所有级别团聚体有机碳含量,相比较而言,深松的作用效果更大。秸秆还田进一步提高了各土壤层次上总有机碳和所有级别团聚体的有机碳含量及大团聚体的形成与稳定。在玉米秸秆不还田的条件下,隔年深松比连年深松更有利于0～30cm大团聚体形成及总有机碳和各级别团聚体有机碳的积累。     

黄土旱塬耕作方式和施肥对冬小麦产量和水分利用特性的影响

【目的】探讨耕作方式与施肥措施对陇东黄土旱塬黑垆土冬小麦-春玉米轮作农田冬小麦产量、水分利用效率及耗水特性的影响。【方法】以设在半湿润偏旱区甘肃省镇原县连续12年的耕作与肥料长期定位试验为平台,采用裂区设计,以传统耕作和免耕为主处理,CK、N、P、M、NP、NMP为副处理,栽培制度为1年春玉米-3年冬小麦轮作,研究了不同耕作方式及施肥措施条件下的冬小麦产量、水分利用效率、耗水特性及产量与耗水量的关系。【结果】在产量方面,相同耕作方式以有机无机肥配施或无机肥配施高于有机肥或无机肥单施,有机肥单施优于化肥单施,磷肥单施优于氮肥单施;耕作方式间为传统耕作高于免耕。在水分利用特性方面,无论何种耕作方式及降雨年型,不同施肥措施在不同年份均以NMP水分利用效率最高,显著高于CK和其他处理,平均水分利用效率大小顺序为NMPNPMPCKN,传统耕作和免耕NMP较CK分别增加84.0%和84.1%;相同施肥措施中传统耕作高于免耕,NMP传统耕作较免耕增加13.6%。不同耕作方式及施肥措施冬小麦阶段耗水量与降雨量密切相关,其中NMP总耗水量相对较高,传统耕作干旱年、平水年、丰水年较CK分别增加了3.0%、4.4%、31.4%,免耕分别增加了10.2%、1.5%、25.7%,且NMP明显降低了播种—返青阶段耗水量及占总耗水量的比例,增加了返青—成熟阶段耗水量。耕作方式间总耗水量变化趋势基本为干旱年传统耕作高于免耕,丰水年和平水年免耕高于传统耕作,而降雨年型间总耗水量变化不一致。另外,无论何种降雨年型,不同耕作方式及施肥措施均在60 cm土层含水量呈拐点变化趋势,但拐点处含水量变化不同,其中NMP低于CK及其他施肥处理,变化顺序为丰水年平水年干旱年。不同施肥措施的边际水分利用效率以NMP最高,耕作方式为传统耕作高于免耕。【结论】无论何种耕作方式及降雨年型,不同年份NMP冬小麦产量、水分利用效率及边际水分利用效率均最高,收获期60 cm土层处含水量出现低值。总耗水量以NMP相对较高,且NMP有利于降低播种—返青阶段耗水量及其占总耗水量的比例,增加返青—成熟阶段耗水量和0—200 cm土层贮水量的消耗。耕作方式及施肥措施间冬小麦水分利用效率、边际水分利用效率均为传统耕作高于免耕。因此,综合考虑冬小麦产量、水分利用效率及耗水特性,认为无论何种降雨年型,采用传统耕作结合有机无机肥配施是本试验条件下的最优耕作施肥组合模式。