不同耕作方式对土壤有机碳的影响研究

东北地区是我国重要的粮食主产区,农作物秸秆是重要的生物资源,农业生产产生数以亿吨的秸秆被闲置或者焚烧,造成了秸秆资源的浪费、利用率低和环境污染等问题。本研究通过不同的耕作方式与秸秆还田对土壤有机碳的影响,为提高土壤固碳能力和资源利用率提供科学依据,为实现农业的可持续发展、减少农田CO2排放提供理论参考。     

耕作方式对土壤有机碳库的影响

通过在甘肃中部干旱半干旱农业区进行6a的田间定位试验,探讨了传统耕作(T)、免耕(NT)、免耕 秸秆覆盖(NTS)以及传统耕作 秸秆还田(TS)等处理对土壤有机碳库的影响.结果表明,在0-30 cm土层中,NTS、TS、NT处理土壤有机碳含量分别比T处理提高了5.09%、2.64%和4.08%;与T处理相比,NTS、TS、NT处理土壤微生物量碳含量分别增加了69.67%、47.72%和33.22%.NTS、TS、NT处理有利于土壤有机碳的累积.不同处理(NTS、TS、NT、T)条件下土壤有机碳和微生物量碳在土壤剖面分布是随着土层深度的增加而呈现递减趋势.     

喀斯特峰丛洼地不同适生植物配置模式 固碳能力及效益评价

为将植被的固碳增汇效应纳入到贵州喀斯特山区植被恢复与重建工程中,研究了贵州典型喀斯 特峰丛洼地环境下5 种植物配置模式的碳储量、空间分布特征及其固碳效益。结果表明：不同配置模式植被 各层碳储增量表现为草本层＞藤本层＞灌木层＞乔木层,其中草本层碳储量增量占植被层碳储量比重变化范 围为36.56%~78.07%,在植被层中居主导地位;不同配置模式土壤层碳储量与对照相比没有明显变化,女 贞林、国槐林、任豆林和白蜡林较对照有略微增加,而构树林则稍有下降,且土壤层的碳储量在各配置模 式碳储量中占据主导地位;研究区实施植被恢复后各配置模式碳储量均有所升高,女贞林、国槐林、任 豆林、白蜡林和构树林的碳储量分别增加了0.579、1.813、3.254、1.227、1.349 t/hm2,固碳效益表现为任豆林 （848.97 元/hm2）＞国槐林（473.01 元/hm2）＞构树林（351.95 元/hm2）＞白蜡林（320.12 元/hm2）＞女贞 林（151.06 元/hm2）。     

华北高寒区不同耕作方式对农田土壤水分的影响

[目的]不同耕作方式对华北高寒区砂质栗钙土耕层含水率和水分利用效率的影响,探讨区域水分高效利用途径,为作物生产提供理论依据。[方法]供试材料为当地主栽晚熟莜麦品种品五。采用烘干法,分别于苗期、分蘖期、拔节期、孕穗期、抽穗期和收获期测定耕层土壤水分。[结果]耕层平均含水率苗期免耕为6.26%,高于松耕的5.33%和翻耕的5.39%,分蘖期之后三者差异不显著。不同耕作方式不同生育时期间莜麦耗水强度无显著差异,生育期耗水强度变化趋势一致,呈双峰双谷型,峰值分别出现在苗期和抽穗期为2.31～2.51 mm/d,谷值出现在分蘖期和收获期为1.07～1.32 mm/d。免耕平均水分利用效率为2.24 kg/(mm.hm2),显著小于松耕和翻耕的4.10和4.07 kg/(mm.hm2),莜麦产量及水分利用效率年际间与耗水变异趋势相同,但同一年内不同耕作方式耗水量差异不显著,而产量与水分利用效率变化趋势一致。[结论]华北高寒区免耕能在苗期提高土壤耕层含水率,但在苗期之后作用不明显;莜麦耗水强度主要受气候因子的影响,不同耕作方式对其影响不大;翻耕和松耕莜麦水分利用效率明显高于免耕,松耕是该地区兼顾生态环境保护及农田稳产增收的有效技术措施。     

京郊农田保护性耕作技术实施效益的评价指标体系研究

在分析农田保护性耕种技术实施意义的基础上,剖析了构建农田保护性耕作技术实施效益评价指标体系的程序,最后提出了构建农田保护性耕作技术实施效益评价指标体系的初步设想。     

不同耕作方式对黑土区农田土壤物理特性的影响

为探讨耕作方式对黑土区农田土壤物理特性的影响,2016年6—9月在内蒙古自治区呼伦贝尔市阿荣旗试验区设置3种耕作方式深松(SS)、免耕(MG)及常规耕作(CK),分别采集0-10 cm、10-20 cm和20-30 cm土层的土样,对土壤容重、含水量、土壤渗透速率及土壤孔隙度进行调查。结果表明：3种耕作方式土壤容重及含水量均表现为SS>CK>MG;土壤入渗特征表现为初始入渗率>平均渗透率>稳定入渗率;土壤入渗速率及累计入渗量表现为SS>CK>MG;土壤孔隙度以SS处理下最高且随着月份的增加土壤孔隙度降低。主成分分析表明,初始入渗速率和渗透总量对不同耕作方式最为敏感,可以作为考察东北黑土区农田耕作效应与缓解黑土地退化的评价指标。由综合得分可知,不同耕作方式下土壤性能优劣表现为SS>MG>CK。综上,深松耕作可以有效的降低土壤容重,提高土壤含水量,促进土壤渗透能力;免耕更有利于水分的保持,降低土壤的无效蒸发。     

稻田不同耕作模式效益分析

稻田3种不同耕作模式效益分析结果表明:水旱轮作改善了土壤的理化性状,培肥了地力,提高了作物产量,改善了产品品质,实现增产增收。综合效益表现最好的是超级稻—香葱—香葱耕作模式,产值达到295 278.0元/hm2。     

不同蔬菜品种生产效益和碳效益评价

实验通过对浏阳市4个农场2种生产模式8种蔬菜3年的经济(生产成本、投入产出比等)和环境(碳排放量、碳足迹)指标值进行分析,结果表明:(1)有机生产模式的投入产出比和碳足迹分别为无公害生产的18.5%和87.4%;(2)肥料和电耗是最主要的碳排放来源,分别占碳排放总量的58.76%和16.67%;(3)碳排放量和碳足迹都与N肥之间成正相关关系,即施用的N肥越多,碳排放量就越多,碳足迹也越大;(4)有机模式下,有机肥用量达到122352 kg·hm^-2时,作物产量最大;而无公害模式下,农用化学品投入20103元·hm^-2时,叶菜产量最大。因此,要保障蔬菜增产丰收,同时尽可能地减少碳排放量,其主要出路在于推广有机模式,增施有机肥,减少无机N肥和其他农用化学品的使用,建立节水灌溉体系以节约用电量。     

江苏沿江砂壤土耕作配套模式的研究

本文剖析了沿江砂壤土的成土特点、土壤耕作方面存在的主要问题.以7年不同耕法的定位试验和大面积生产实践为依据,提出了以少耕为主体,少、免交替,2-3年一耕的深、浅、免结合的轮耕配套模式.实践证明,这种耕法具有保护土壤、争取农时、省工降本、持续高效等经济效益和生态、社会效益.近3年推广面积达221.7万亩,平均比常规耕法增产5.2％-14.9％,节约农本5％-8.9％,增加纯收入20％-30％。     

不同耕作方法对土壤水温动态和春玉米产量的影响

针对华北高产农区连年旋耕导致耕层变浅、耕层生产能力下降的问题,在河北吴桥地区设置了6种耕作处理,研究大田条件下不同耕作方法对土壤水热状况与春玉米产量的影响.结果表明:1)不同耕作处理对土壤蓄水量的影响较大.耕作初期,深旋松耕处理土壤易于跑墒,随着时间推移,深旋松耕处理表现出利于降水入渗、储蓄更多水分的优势,并且越是干旱的时段,表现越突出,在抽雄吐丝期深旋松耕处理土壤蓄水量均极显著高于旋耕处理和间隔深松处理,其中深旋松耕50 cm处理的0～50 cm土层土壤蓄水量分别比旋耕处理和间隔深松处理增加37.67和26.41 mm,提高了60.57％和35.96％.土壤耕作结合地膜覆盖可以防止水分蒸发,提高土壤蓄水保墒能力,其中深旋松耕30 cm+地膜处理的0～30和0～50 cm土层土壤蓄水量分别比深旋松耕30 cm增加18.18和24.67 mm,提高35.26％和24.64％.2)单纯耕作方法对春玉米土壤温度没有太大影响.深旋松耕结合地膜覆盖会在春玉米封垄之前气温较低时有较好的保温效应,从而延长生育期5d左右,延长了灌浆时间,利于提高产量.3)耕作方式的不同对土壤水温状况有影响,并进而影响春玉米物候期、群体LAI、干物质积累和灌浆速率以及产量的形成.所有耕作处理中,深旋松耕处理的春玉米产量显著高于深松耕作和旋耕耕作,其中深旋松耕50 cm+地膜处理产量最高达12 698.93 kg/hm2,与长期旋耕耕作相比增产27.45％.总体来看最适宜本地区的耕作处理是深旋松耕结合地膜覆盖处理.     

基于最小限制水分范围评价不同耕作方式对土壤有机碳的影响

以2009年吉林省德惠市中层黑土上进行了8a的田间定位试验小区土壤为研究对象,对免耕和秋翻两种耕作方式及玉米-大豆轮作和玉米连作两种种植方式下耕层有机碳进行分析,分别采用加权平均和分层两种方法计算最小限制水分范围(LLWR),用其评价不同耕作方式对土壤有机碳的影响.结果表明,免耕在玉米-大豆轮作和玉米连作下0-5 cm土壤有机碳含量分别比秋翻增加了15.2％和11.5％ (P＜0.05).采用加权平均法计算的LLWR值为0.148-0.166 cm3/cm3,不同耕作方式下玉米-大豆轮作的LLWR高于玉米连作且在两种种植方式下均表现出免耕小于秋翻的特点;利用分层法计算得到的LLWR值介于0.130-0.173 cm3/cm3之间,玉米-大豆轮作和玉米连作下免耕0-5 cm LLWR均显著小于秋翻,而5-30 cm LLWR数值免耕大于秋翻(P＞0.05);玉米-大豆轮作下0-30 cm各层LLWR均高于玉米连作.由于LLWR可以评价不同耕作方式对土壤有机碳的影响,因此采用加权平均法计算的LLWR可以客观的反映不同耕作处理尤其是种植方式对土壤有机碳的影响;而采用分层法计算的LLWR则更清晰的刻画了土壤表层与亚表层固碳能力的差异.     

耕作措施对土壤水热特性和微生物生物量碳的影响

通过山西寿阳设置的8a田间定位试验,比较了全量秸秆还田、免耕覆盖和常规耕作3种耕作措施下土壤含水量、温度及土壤微生物生物量碳变化.结果表明:免耕覆盖与全量还田处理显著提高土壤含水量,与常规耕作相比表层土壤体积含水量在玉米苗期、拔节期、灌浆期和成熟期分别高出18％、22％、29％、21％和3％、10％、12％、13％,具有保水保墒的作用.在苗期不同耕作措施对土壤温度的影响达到显著水平,5 cm处免耕覆盖、全量还田与常规耕作处理土壤温度依次为:18.12、18.76和19.44℃,免耕覆盖和全量还田处理平均温度比常规耕作分别低1.32℃和0.69℃.土壤微生物量碳在整个生育期动态变化是首先迅速上升在玉米生育高峰期(拔节期)达到最高峰,然后开始下降,成熟期趋于平缓.免耕覆盖与全量还田处理下玉米各生育期土壤表层微生物量碳显著高于常规耕作,在苗期、拔节期、灌浆期和成熟期分别比常规耕作高出70％、40％、85％和30％和10％、20％、15％和15％.土壤微生物量碳与土壤温度和土壤含水量相关和极相关.     

保护性耕作对土壤有机碳稳定化影响的研究进展

为进一步明确保护性耕作对土壤有机碳固持(Carbon sequestration)的影响,系统分析2000—2018年农田生态系统中,保护性耕作对土壤有机碳稳定化(Stabilization)影响的相关研究文献。结果表明,保护性耕作并不直接影响土壤有机碳本身的稳定性(Stability),而是通过改变土壤物理化学性质及有机碳分子结构(Molecular structure)促进土壤有机碳稳定化,增加土壤固碳。未来研究重点应在阐明保护性耕作条件下外源有机碳的投入(主要源于作物秸秆)与土壤有机碳变化的关系,保护性耕作条件下土壤理化性质对土壤有机碳矿化的影响以及保护性耕作对土壤有机碳分子结构及其对有机碳稳定的影响。     

基于因子分析的不同耕作措施土壤肥力质量评价：以毛乌素沙地南缘为例

【目的】对毛乌素沙地南缘不同机械耕作措施(免耕秸秆覆盖(SM)、免耕留茬(NT)、翻耕覆膜(FM)、传统翻耕(CT))的土壤肥力质量进行综合评价。【方法】基于6年的试验基础,选取13项反映土壤肥力的指标,采用因子分析法对土壤肥力质量进行评价,将13项土壤肥力指标归纳为3个公因子,分别为潜在供肥因子F1、有机质因子F2、生物活性因子F3,计算各耕作措施的综合得分,并且用春玉米产量来验证评价结果。【结果】(1)不同耕作措施下土壤肥力质量得分大小变化趋势为翻耕覆膜>传统翻耕>免耕留茬直播>免耕秸秆覆盖,与春玉米产量变化趋势翻耕覆膜>免耕留茬直播≈传统翻耕>免耕秸秆覆盖基本吻合,评价结果可靠有效。2)免耕秸秆覆盖措施由于秸秆还田微生物消耗大量的养分,造成此措施下3个公因子得分较低,肥力质量综合得分最低;免耕留茬直播措施有机质因子得分最高,说明免耕留茬直播措施有利于土壤有机质积累;传统翻耕措施潜在供肥因子得分最高,有机质因子得分最低,说明传统翻耕措施不利于有机质积累,不能作为发展可持续农业的首选耕作措施;翻耕覆膜措施生物活性因子得分最高,潜在供肥因子得分最低,说明翻耕覆膜措施有利于潜在养分有效化。【结论】基于因子分析的评价方法,能客观准确地反映土壤肥力质量,可以用于土壤肥力质量评价。     

保护性耕作对农田碳、氮效应的影响研究进展

作物产量的高低主要取决于土壤肥力,如何保持并提高土壤肥力是确保我国粮食安全和农业可持续发展的重要任务,也是众多学者关注的焦点。土壤有机碳和氮素是评价土壤质量的重要指标,其动态平衡直接影响土壤肥力和作物产量。随着全球气候变化及环境污染问题的愈加突出,农田土壤固碳及提高氮效率成为各界科学家研究的热点。目前,保护性耕作已成为发展可持续农业的重要技术之一,对土壤固碳及氮素的利用具有很大的影响。深入了解保护性耕作对土壤有机碳固持与氮素利用效率提高的影响机制,对于正确评价土壤肥力有着重要意义。但由于气候、土壤及种植制度等条件不一致,关于保护性耕作对农田碳、氮效应结论不一。阐述了国际上保护性耕作对农田系统土壤有机碳含量变化及其分解排放(如CO₂和CH₄)、氮素变化及其矿化损失(如NH₃挥发、N₂O排放与氮淋失)和碳氮素相互关系(如C/N层化率)影响的研究进展,并分析了其影响因素和相关机理。尽管国内保护性耕作的研究已进行30 多年,但在土壤有机碳与氮素方面与国外相比依然有较大的差距。保护性耕作对土壤固碳与氮素利用的影响机制,碳素和氮素在土壤-植株-大气系统中的转移变化,及结合农事管理等综合评价其生态效应的研究很少。在此基础上,提出未来我国保护性耕作在土壤有机碳固定和氮素利用方面的重点研究方向:(1)在定位试验基础上进一步探讨保护性耕作对土壤有机碳及氮素利用的影响机制;(2)深入研究土壤有机碳和氮素的相互关系及其对土壤肥力的影响;(3)结合环境保护与土壤可持续管理对保护性耕作农田土壤固碳及氮素高效利用的系统评价研究;(4)加强保护性耕作对农田碳、氮效应的宏观研究,合理评价保护性耕措施下对农田碳、氮综合效应。     

江西省典型森林类型土壤碳贮量 及碳汇能力研究

基于全国林业碳汇监测与计量体系的建立袁采用野外调查尧取样和室内实验分析相结合的方法袁研究了江西省4 种森林类型土壤碳贮量及碳汇能力分布特征袁结果表明院4种森林类型土壤有机碳含量与有机碳密度表现出 相似的规律袁从大到小依次为阔叶林跃杉木林跃针阔混交林跃松木林袁森林土壤平均有机碳密度15.69渊依10.28冤kg/m2袁低于我国森林土壤有机碳密度19.36 kg/m2的平均水平袁其中阔叶林的土壤有机碳密度最大袁其平均碳密度分别是另外3 种森林类型的1.2耀1.8 倍曰4 种森林类型土壤有机碳密度尧土壤有机碳含量及其差异程度均随土壤深度的增加而减少袁0耀30 cm 土层土壤有机碳密度分别占整个剖面的50%左右袁0耀10 cm 土层土壤有机碳含量为10耀30 cm 土层的 1.7~2.3 倍袁为30耀100 cm 土层的3~4 倍曰森林土壤碳贮量占整个森林生态系统总碳贮量的73.72%~79.08%袁在森林生态系统碳循环中具有重要的地位和作用遥     

不同保护性耕作方式对微团聚体有机碳氧化稳定性的影响

【目的】探讨保护性耕作措施对土壤微团聚体有机碳含量及其氧化稳定性的影响。【方法】以关中平原历时7年、不同耕作方式(深松、旋耕、免耕、秸秆还田+传统耕作、传统耕作)的定位试验田为研究对象,于2008-10玉米收获后采集耕层(0~20 cm)土样,测定了全土及0.05~0.25 mm,0.01~0.05 mm,<0.01 mm土壤微团聚体中总有机碳、易氧化有机碳和难氧化有机碳含量,并对其相关性进行了分析。【结果】与传统耕作比较,深松和旋耕提高了土壤总有机碳含量,降低了有机碳的氧化稳定性,而免耕和秸秆还田+传统耕作对土壤总有机碳含量及氧化稳定性的影响较小。旋耕和深松使土壤总有机碳、易氧化有机碳、难氧化有机碳含量在0.05~0.25 mm和0.01~0.05mm微团聚体中显著增加,而在<0.01 mm微团聚体中有所降低;深松和旋耕对微团聚体有机碳氧化稳定性的影响未达到显著水平,免耕明显降低了各粒级微团聚体有机碳的氧化稳定性。相关分析表明,总有机碳、易氧化有机碳含量在全土和0.05~0.25 mm,0.01~0.05 mm微团聚体之间呈极显著相关关系,而与<0.01 mm微团聚体之间无相关关系。【结论】土娄土总有机碳含量和氧化稳定性主要取决于0.05~0.25 mm微团聚体,深松、旋耕有利于总有机碳含量的积累及有机碳氧化稳定性的降低。     

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。     

黄土高原长期保护性耕作对麦-豆轮作土壤有机碳组分的影响

通过设置在陇中黄土高原半干旱区的豌豆-小麦-豌豆(W-P-W)和小麦-豌豆-小麦(P-W-P)轮作系统的长期定位试验,探讨了土壤有机碳及活性有机碳组分对不同耕作措施的响应.结果表明:保护性耕作的3个处理均能不同程度地提高两种轮作次序下土壤SOC、ROC和MBC的含量,其中免耕和秸秆覆盖结合处理效果最佳.同时,各处理土层的含碳量均随土壤深度的增加而降低.与免耕处理相比,免耕秸秆覆盖(NTS)、免耕不覆盖(NT)和传统耕作秸秆还田(TS)处理能够显著增加表层(0~30cm)土壤有机碳的含量,但降低了深层(30~80cm)土壤有机碳的含量,说明与传统耕作相比,3种保护性耕作有利于表层土壤有机碳的积累,而不利于深层土壤有机碳的积累.