不同耕作措施下秸秆还田土壤CO2排放与溶解性有机碳的动态变化及其关系

田间定位试验开始于2008年,共设置秸秆还田翻耕(CT+)、无秸秆翻耕(CT-)、秸秆还田免耕(NT+)和无秸秆免耕(NT-)四个处理。利用静态箱——气相色谱法,测定分析了2010—2011年度和2012—2013年度两个小麦生长季内土壤CO2排放、土壤DOC含量及土壤有机质含量的动态变化。结果表明:两个小麦生长季内土壤CO2排放规律基本一致,从当年小麦出苗到越冬土壤CO2排放量下降,第二年小麦返青后,土壤CO2排放量开始上升,到开花期达到排放高峰,其后开始下降直至小麦成熟。各处理2010-2011年、2012—2013年度土壤CO2平均排放通量分别为:CT+246.44、273.94 mg·m-2·h-1,CT-183.54、212.57 mg·m-2·h-1,NT+188.41、200.06 mg·m-2·h-1,NT-179.66、179.10 mg·m-2·h-1。土壤DOC含量的动态变化表现为在一定范围内上下波动,各处理2010—2011年、2012—2013度年土壤DOC平均含量分别为:CT+0.601、0.467 g·kg-1;CT-0.530、0.377 g·kg-1;NT+0.621、0.544 g·kg-1;NT-0.528、0.402 g·kg-1。方差分析表明,秸秆还田能增加土壤CO2排放、DOC含量和有机质含量;翻耕能增加土壤CO2排放,对DOC含量和有机质含量无显著影响;免耕减少土壤CO2排放,对DOC含量无显著影响,能增加土壤有机质含量。相关分析表明,土壤CO2排放与DOC含量动态变化没有显著相关关系,土壤CO2排放总量与土壤有机质含量正相关,DOC含量和土壤有机质含量无明显相关关系。     

耕作方式与秸秆还田对表层土壤活性有机碳组分与产量的短期影响

为探明耕作方式和小麦秸秆还田对稻田表层(0～20cm)土壤活性有机碳(LOC)、碳库管理指数(CPMI)和作物产量的短期影响,于2011年在湖北省随州市均川镇,设置了免耕(NT)和翻耕(PT)两种耕作方式以及6000(SR3)、4000(SR2)、2000(SR1)、0kg·hm-2(SR0)4种还田量。结果表明:相对于翻耕,免耕显著提高水溶性有机碳(WSOC)23%～68%(P<0.0001)、微生物生物量碳(MBC)21%～40%和易氧化态碳(EOC)10%～63%(P<0.0001),但不影响颗粒态碳。相对于秸秆不还田处理(SR0),SR2和SR1显著提高WSOC37%～74%(P<0.0003);EOC含量随还田量增加而增加。对CPMI的影响,耕作处理表现为免耕>翻耕,秸秆还田处理为SR3>SR2>SR1>SR0。处理SR3、SR2和SR1比SR0分别使产量提高了7.7%～16%、17%～35%和23%～28%。线性相关分析表明,WSOC与产量有极显著相关性(P<0.01),表明土壤水溶性碳对短期土壤管理措施的改变反应敏感。     

秸秆还田方式对旱地草甸土活性有机碳组分的影响

为阐明不同秸秆还田方式下草甸土活性有机碳组分的分布特征,基于玉米田间定位试验,分析了不同耕作与秸秆还田方式下三个深度土层土壤有机碳及其活性组分的变化。结果表明：频繁的翻耕加速了表层（0~20 cm）土壤有机碳的矿化分解,使有机碳含量下降;免耕秸秆覆盖还田有利于表层土壤有机碳的增加,秸秆翻耕还田促进了中层（20~40 cm）土壤有机碳的积累;秸秆连续翻耕还田提高了中层土壤高活性和中活性有机碳的含量及土壤碳库管理指数,秸秆浅翻还田对表层和中层低活性有机碳的影响显著高于深翻还田与覆盖还田,但短期内秸秆连续浅翻还田与深翻还田对提高土壤碳库管理指数的差异不大。研究表明,土壤高活性和中活性有机碳对耕作深度的响应更加敏感,而秸秆还田主要使低活性有机碳增加,这也是玉米增产的主要原因。     

耕作方式与秸秆还田对麦田土壤有机碳积累的影响

通过大田定位试验,研究了稻麦两熟制下耕作方式与秸秆还田对麦田土壤总有机碳积累的影响。结果表明:秸秆还田可以显著提高土壤总有机碳和土壤微生物生物量碳的含量,其中旋耕+连续3季稻麦秸秆还田处理使土壤总有机碳含量提高了37.19%,翻耕+连续3季稻麦秸秆还田处理使土壤微生物生物量碳含量提高了62.88%;翻耕处理的15～25 cm土层土壤总有机碳和微生物生物量碳含量显著高于旋耕处理;在相同秸秆还田方式下,旋耕处理的0～7 cm和7～15 cm土层的微生物熵显著大于翻耕处理,而15～25 cm土层的则相反。     

秸秆还田下褐土易氧化有机碳及有机碳库的变化特征

研究长期秸秆还田对褐土土壤有机碳(TOC)含量、有机碳储量(TOCs)与固碳速率(DTOC)、易氧化有机碳(ROOC)含量和碳库管理指数(CPMI)的影响,为评价土壤质量、固碳减排、培肥土壤提供理论依据。基于北方旱地连续24 a不同秸秆还田方式下春玉米长期定位试验,选择4个处理(秸秆不还田(CK)、长期秸秆覆盖还田(SM)、秸秆粉碎还田(SC)和秸秆过腹还田(CM))进行分析,通过测定土壤TOC与ROOC含量来确定碳库变化特征。结果表明,秸秆还田处理对0~20 cm土层TOC含量与ROOC含量影响显著,且先降低然后向一个新的平衡移动;CM处理对TOCs的维持最有利,SM,SC处理也对TOCs有显著的积极影响;DTOC表现为净释放,但CK处理的有机碳释放速率为秸秆处理的180.99%~135.57%;CM处理的CPMI值显著高于其他处理,且比CK高62.33%;碳库管理指数与易氧化有机碳含量呈显著正相关。可见,秸秆还田处理可极显著影响土壤有机碳固存,减少有机碳的释放,使土壤性质向良性发展,有利于培肥土壤、保护环境。     

不同有机物料还田对东北黑土活性有机碳的影响

 【目的】阐明不同有机物料培肥对黑土总有机碳和活性有机碳组分的影响,探讨合理调控农田土壤肥力的施肥模式。【方法】以黑龙江省海伦市国家野外科学观测研究站试验区上进行了6年田间定位试验的小区土壤为研究对象,通过对土壤活性有机碳的提取以及室内作物栽培试验,对比和分析不同有机物料配施化肥处理下土壤活性有机碳与土壤生产力的变化。【结果】与试验初期相比,经过6年单施化肥处理后,土壤总有机碳（TOC）、微生物量碳（MBC）、水溶性有机碳（WSOC）以及轻组有机碳（LFOC）的含量显著下降;而有机无机配施则显著提高了土壤有机碳及各活性有机碳组分的含量。不同有机物料还田对土壤总有机碳和各活性有机碳组分的作用存在显著差异,作物秸秆与化肥配施更有助于TOC和LFOC的积累,其中以玉米秸秆配施化肥的效果最为突出,与单施化肥相比,增幅分别为26%和136%;粪肥配施化肥对MBC和WSOC的积累效果优于作物秸秆,其中以猪粪配施化肥的效果最为突出,与单施化肥相比,增幅分别为52%和85%。室内作物栽培试验表明,单施化肥处理将引起土壤生产力的下降,有机无机配施则能明显改善土壤生产力水平。不同有机物料配施化肥对土壤生产力的提升效果表现为：猪粪＞牛粪＞小麦秸秆≈玉米秸秆。【结论】在东北黑土区,不同有机物料处理之间土壤总有机碳、活性有机碳以及土壤生产力存在明显差异,玉米秸秆配施化肥能够显著提高土壤总有机碳和轻组有机碳的含量,而猪粪配施化肥则更有助于土壤微生物量碳和水溶性有机碳的积累,有利于土壤生产力的提升。     

不同耕作模式下秸秆还田对土壤理化性质的影响

通过连续两年定位试验,研究不同耕作模式下秸秆还田对土壤理化性质的影响。试验结果表明,秸秆还田能够改善土壤理化性质,提高土壤有机质、速效钾含量,但是对土壤全磷、速效磷影响较小。秸秆还田是影响土壤理化性质的主要因素,不同耕作模式之间差异不显著。     

不同还田方式下有机物料有机碳分解规律研究

利用网袋法和砂滤管法模拟田间还田方式,研究不同处理下各有机物料有机碳的腐解特征。结果表明,网袋法玉米、大豆秸秆经过150 d后,其秸秆生物量有38.9%～46.6%被分解。秸秆还田分解趋势为:土埋处理露天处理;土埋玉米秸秆土埋大豆秸秆;露天大豆秸秆和玉米秸秆分解规律一致。从组织结构上看,玉米秸秆随着还田时间的增加,组织结构模糊、松散,基本组织和维管束遭到破坏,大豆秸秆组织结构变化不明显。不同还田方式下秸秆有机碳的分解规律为:玉米秸秆大豆秸秆。在砂滤管模拟条件下玉米、大豆秸秆和根茬有机碳分解趋势基本相似,均表现为埋管初期分解较快,后期分解较慢,其有机碳分解率趋势为:玉米秸秆大豆秸秆;降低C/N后,各有机物料有机碳分解率均高于不调节C/N。     

秸秆不同还田方式对土壤团聚体及有机碳含量的影响

为提高玉米秸秆综合利用率,本文采用小区试验方法,研究连续5年不同秸秆还田方式对土壤化学性质、土壤团聚体比例及有机碳含量和玉米产量的影响。结果表明:秸秆连续还田后较对照明显增加土壤有机质含量和土壤pH。秸秆还田处理较对照增加土壤2.00 mm和0.25～2.00 mm团聚体粒级含量,其中秸秆全量还田处理的2.00 mm粒级团聚体比例较对照提高38.0%;秸秆全量还田除0.053 mm土壤团聚体有机碳含量均较对照降低,其余均增加;秸秆1/2还田可以有效增加土壤大团聚体粒级含量(0.25 mm),提高0.053 mm粒级团聚体中有机碳含量,明显提高玉米产量。由此可知,秸秆还田后有效改善土壤结构,增强通气与保水能力,提高土壤团聚体的稳定性,并增加土壤有机碳含量和改善土壤团聚体结构,并提高作物产量。     

保护性耕作对土壤有机碳含量的影响

为了探讨土壤有机碳对不同耕作措施的响应,进行长期田间定位试验,研究了采用秸秆还田免耕(NTS)、秸秆还田翻耕(TS)、免耕(NT)及常规翻耕(T)4种措施下春小麦-豌豆轮作后土壤有机碳含量的变化,测定了0～5.0 cm、5.1～10.0 cm、10.1～30.0 cm土层中总有机碳含量、腐殖质碳含量和热水溶性有机碳含量。结果表明:轮作10年后,与T处理相比,NTS、TS和NT处理的0～30 cm土层中土壤总有机碳含量、腐殖质碳含量和热水溶性有机碳含量均有不同程度的提高。土壤总有机碳含量、热水溶性有机碳含量及NTS和NT处理下腐殖质碳含量均随土层深度的增加而减少;TS和T处理下,5.1～10.0 cm土层中腐殖质碳含量最高,0～5.0 cm土层中腐殖质碳含量最低。10.1～30.0 cm土层中,TS处理的腐殖质碳含量大于NTS处理。表明秸秆覆盖和免耕均有利于土壤总有机碳、腐殖质碳和热水溶性有机碳的积累。     

秸秆还田的土壤酶效应初探

【目的】研究不同秸秆还田模式对土壤有机碳含量及酶活性的影响,探讨秸秆还田适宜模式。【方法】试验地位于陕西关中平原的三原县,在小麦-夏玉米一年二熟轮作模式下,采用田间试验,进行2因素3水平试验设计,分别设置小麦、玉米秸秆还田2个因素,每个因素下设3个水平(小麦秸秆还田:小麦秸秆高留茬覆盖还田模式、小麦秸秆粉碎还田模式和小麦秸秆不还田模式;玉米秸秆还田:玉米秸秆粉碎还田模式、玉米秸秆粉碎深松还田模式和玉米秸秆不还田模式),共组成9种模式,分析不同秸秆还田模式下5~30和30~60cm土层土壤有机碳、易氧化碳含量及β-葡萄糖苷酶、FDA水解酶、蔗糖酶、多酚氧化酶、碱性磷酸酶、脱氢酶活性和总体酶活性(TEI)的变化特征。【结果】与对照(玉米秸秆不还田+小麦秸秆不还田)相比,8种秸秆还田模式有机碳、易氧化碳含量均明显增加,其中小麦秸秆不还田+玉米秸秆粉碎还田模式5~30cm土层土壤有机碳含量增幅最大,达到34.72%;小麦秸秆粉碎还田+玉米秸秆不还田模式5~30cm土层土壤易氧化碳含量增幅最大,达到27.02%。与对照相比,秸秆还田模式总体上提高了5~60cm土层β-葡萄糖苷酶、FDA水解酶、蔗糖酶、多酚氧化酶、碱性磷酸酶和脱氢酶6种酶的活性,除脱氢酶外差异均达到了显著水平;在5~60cm土层,所有秸秆还田模式TEI均高于对照,总体上差异达显著水平,其中小麦秸秆不还田+玉米秸秆粉碎还田模式5~30cm土层TEI增幅最大,达到40.23%。土壤FDA水解酶、蔗糖酶和TEI可在一定程度上用于表征秸秆还田模式的优劣。【结论】综合考虑可知,小麦秸秆不还田+玉米秸秆粉碎还田模式是陕西关中地区适宜的秸秆还田模式。     

秸秆还田配施腐秆剂下不同氮肥运筹对土壤养分 及活性有机碳库的影响

为探明秸秆促腐还田条件下沿淮地区不同氮肥运筹对土壤养分及活性有机碳库的影响,为秸秆还田后氮肥的合理施用提供依据,通过沿淮麦田的定位试验,设置4个处理,分别为稻秸还田+腐秆剂（CN₅₂,C/N=52∶1）、稻秸还田+腐秆剂+增基减拔施N肥（CN₁₁,C/N=11∶1）、稻秸还田+腐秆剂+常规施肥（CN₁₇,C/N=17∶1）和稻秸还田+腐秆剂+减基增拔施N肥（CN₂₂,C/N=22∶1）,并对耕层土壤养分、不同形态碳素、不同形态碳素有效率和碳库管理指数等进行分析。结果发现：土壤碱解氮以CN₁₇最高,为166.23 mg·kg^-1,而土壤速效磷和速效钾以CN₁₁最高,分别为22.12和138.75 mg·kg^-1;土壤总有机碳、活性有机碳、可溶性有机碳、活性有机碳有效率和可溶性有机碳有效率均以CN₁₁最高,分别为15.52 g·kg^-1、11.87 g·kg^-1、38.04 μg·kg^-1、76.49% 和0.25%;土壤碳库管理指数也以CN₁₁最高,为204.19;土壤养分含量、碳素有效率与土壤碳库指数的相关性最高。总之,沿淮地区稻秸促腐还田施用氮肥调节土壤初始C/N至11时,土壤养分含量、有机碳中活性组分含量及其有效率和土壤碳库管理指数的提升效果最大。     

秸秆粉碎和焚烧还田对石灰性紫色土耕层土壤孔隙和有机碳的影响

为明确川中丘陵区长期不同秸秆还田方式对石灰性紫色土耕层土壤孔隙及有机碳的影响,利用田间原位监测和计算机断层扫描技术,测定夏玉米-冬小麦轮作、秸秆不还田（RMW₀）,夏玉米-冬小麦轮作、秸秆50%粉碎还田（RMW_shred）和夏玉米-冬小麦轮作、秸秆50%焚烧还田（RMW_burn）处理耕层土壤有机碳浓度、储量及孔隙特征参数。结果表明：RMW_shred和RMW_burn均能显著增加耕层土壤总孔隙度、降低土壤容重,RMW_burn耕层土壤大孔隙度是RMW_shred的2.7倍。RMW_shred和RMW_burn较RMW₀能有效改善土壤大孔隙集中分布现象,使层间大孔隙分布更均匀,3个处理孔隙数量均以当量孔径100~500μm孔隙为主,RMW_shred和RMW_burn优化了耕层土壤不同当量孔径孔隙数量比和体积比,且以RMW_shred更优。RMW_burn有利于增加耕层土壤>1000μm孔径的孔隙数量,RMW_shred耕层土壤>1000μm孔径的孔隙平均直径趋小。RMW_shred和RMW_burn平均喉道截面积、平均喉道截面形状因子、平均孔隙形状因子均较RMW₀低,长期秸秆还田使耕层土壤孔隙向有利于保水保肥的方向转变,且RMW_shred保水保肥能力较RMW_burn更优。秸秆连续还田15a后,只有RMW_shred耕层土壤有机碳浓度增幅显著。综合比较两种还田方式在改善川中丘陵区石灰性紫色土耕层土壤孔隙特征和固碳效果的差异表明,长期秸秆粉碎还田较焚烧还田更有利于改善耕层土壤孔隙特征,更能有效积累耕层土壤有机碳,更有利于川中丘陵区农业绿色发展。     

秸秆还田对麦玉系统土壤有机碳稳定性的影响

为揭示不同秸秆还田量对华北小麦-玉米轮作系统土壤有机碳官能团结构及稳定性的影响,研究了秸秆还田5 a后土壤有机碳官能团结构、团聚体组成及有机碳含量、活性有机碳含量、土壤铁离子的变化。田间实验设置4个处理:秸秆不还田作为对照(CK)、秸秆1/3还田(S1)、秸秆2/3还田(S2)、秸秆全部还田(S3)。采用常规方法测定土壤理化性质、粒径、铁离子及土壤微生物量碳含量,13C核磁共振波谱技术(NMR)检测分析土壤有机碳官能团结构。结果表明:秸秆还田5 a后,土壤总有机碳(TOC)、2mm与2.00～0.25 mm团聚体有机碳、可溶性有机碳(DOC)、易氧化态碳(EOC)和微生物量碳(MBC)含量,均随还田量增加而逐渐增加,且不同处理增加量不同,与CK相比,S3处理显著增加了这些有机碳的含量(P0.05)。各处理土壤有机碳以烷基碳与烷氧基碳为主,其次是芳香碳与羰基碳,秸秆还田增加了烷氧基碳、羰基碳(易分解碳组分)含量,降低了烷基碳和芳香碳(难分解碳组分)含量,与CK相比,S3处理显著增加烷氧基碳含量(P0.05)而显著降低了芳香碳含量(P0.05)。与CK相比,S2、S3处理也显著降低了有机碳的芳香度、疏水碳/亲水碳、烷基碳/烷氧基碳比值(P0.05),而对脂族碳/芳香碳影响不明显。与CK相比,S3处理显著增加了2.00 mm团聚体组分,增加了2.00～0.25 mm组分,而降低了0.25～0.053 mm组分和显著降低了0.053 mm组分(P0.05)。秸秆还田对土壤游离铁、活性铁、螯合铁含量的影响不明显。有机碳官能团组成与土壤因子间的冗余分析表明土壤TOC、MBC含量、团聚体组分、铁离子的改变是导致不同处理间有机碳官能团结构存在差异的重要原因。综上所述,由于短期秸秆还田增加了活性有机碳含量、易分解有机碳组分,减少了难分解有机碳组分,降低了微团聚体物理保护作用,改变了微生物活性和铁离子络合作用,在一定程度上降低了土壤有机碳稳定性,可能导致麦玉复种系统土壤碳排放水平的增加。     

土壤耕作方式及秸秆还田对土壤性质和烤烟性状的影响

为研究土壤耕作方式及秸秆还田对土壤性质和烤烟性状的影响,设置2种耕作深度（常规旋耕15 cm、机械深耕30 cm）与添加秸秆的交互试验。结果表明：深耕能提高土壤容重和孔隙度,降低0～20 cm土层全氮、有效磷、速效钾和碱解氮含量,提高20～40 cm土层养分的含量;秸秆还田可以显著降低土壤容重,提高土壤孔隙度,显著提高0～20 cm土层的全氮、速效钾和碱解氮含量;土壤微生物变化不明显,可能与耕作年限较短有关。     

秸秆还田与有机肥对黑土区土壤团聚性的影响

土地长期处于过度开垦状态,化肥大量施用,使土壤肥力下降,有机碳含量下降,作物产量降低。通过两组试验,1组施用有机肥,另1组秸秆全量还田,2组均以单施化肥处理(CK)作为对照。结果表明,秸秆还田和施用有机肥可增加黑土5 mm粒径大团聚体含量,有效缓解土壤大团聚体减少;有机肥和秸秆还田处理下机械稳定性团聚体平均重量直径(MWD)和水稳性团聚体MWD均高于CK;施用有机肥和秸秆还田显著提高土壤有机碳含量SOC,增幅2.4%～40.8%;施用有机肥和秸秆还田可有效提高作物产量,秸秆还田平均增产17.09%,施用有机肥平均增产23.41%。     

麦秸还田下翻耕和不同水肥管理措施对稻田理化性质及水稻产量的影响

稻麦轮作系统中,还田麦秸腐解产生的毒害物质会对水稻产生不利影响。为有效减缓秸秆还田带来的负面影响,筛选适宜的耕作和水肥管理措施,通过设置翻耕（FS+PT）、泡田换水（FS+WR,2 d泡田后换水施肥）、延长泡田时间（FS+IP,施肥后泡田7d）、延长泡田时间并推迟施肥（FS+IP+FP,泡田7 d后再施肥）处理的田间小区试验,同时设置不施秸秆和化肥（CK）、单施化肥（F）、单施秸秆（S）以及施秸秆和化肥（FS）处理,比较在施用秸秆和化肥的基础上,翻耕和不同水肥管理措施对稻田理化性质及水稻产量的影响。结果表明：延长泡田时间的两个处理（FS+IP和FS+IP+FP）能有效降低稻田田面水酚酸含量;秸秆还田配合不同水肥管理措施处理稻田田面水氮磷含量明显低于F处理;合理的施用秸秆能有效促进水稻生长发育,特别是FS+PT处理,其水稻有效穗数比秸秆还田FS处理提高19.9%,其次为FS+WR处理,比FS处理提高15.2%。研究表明,翻耕、泡田换水、延长泡田时间等水肥管理措施均能有效减缓麦秸还田对水稻生长带来的负面效应,进而促进植物养分吸收及增加作物产量;考虑环境风险等综合效应,在麦秸还田时采用翻耕和延长泡田时间是较好的稻田田间管理措施。     

长期不同耕作方式与秸秆还田对稻田镉生物有效性的影响

以湖南省典型双季稻区的土壤-水稻系统为研究对象,通过长期田间连续定位试验,研究不同耕作方式和秸秆还田对土壤-水稻系统镉生物有效性的影响。试验采用随机区组设计,共设4个处理:翻耕+秸秆不还田(CT);翻耕+秸秆还田(CTS);旋耕+秸秆还田(RTS);免耕+秸秆还田(NTS)。结果表明:NTS处理增加了土壤阳离子交换量,降低了粉粒的比例。NTS处理土壤总镉和离子交换态镉含量分别为(0.48±0.01)mg·kg~(-1)和(0.39±0.01)mg·kg~(-1),与CTS和RTS处理均无显著差异,但显著高于CT处理。NTS处理早稻和晚稻糙米总镉含量分别高达(0.30±0.04)mg·kg~(-1)和(0.60±0.07)mg·kg~(-1),超过0.20 mg·kg~(-1)的国家食品安全标准(GB 2762—2017),且显著高于其他处理。水稻糙米中总镉含量和土壤总镉、碳酸盐结合态镉和铁锰氧化物结合态镉含量显著正相关。研究表明,耕作强度越弱土壤中镉的生物有效性越高,秸秆还田相对于不还田处理增加了镉的生物有效性。耕作方式和秸秆还田通过影响土壤镉生物有效性进而影响水稻镉含量,免耕秸秆还田增加了土壤和水稻糙米中的镉,带来了镉超标的安全问题。