秸秆还田、一膜两年用及间作对农田碳排放的短期效应

针对作物高产模式碳排放高、生产实践中缺乏减排理论和技术问题,通过田间试验,探讨了不同秸秆还田方式、地膜一膜两年用及间作对小麦、玉米农田碳排放特征的影响,以期为碳减排种植模式及配套技术的构建提供理论与实践依据。结果表明,间作具有显著的碳减排作用,与传统单作小麦、玉米相比,小麦||玉米间作全生育期平均碳排放总量减少279~876 kg·hm~(-2),减幅达5.1%~16.0%,达到显著性差异。免耕秸秆还田及免耕一膜两年用可降低次年农田土壤的碳排放,免耕秸秆还田单作小麦较传统翻耕处理CO2排放显著减少648~966 kg·hm~(-2),减幅21.3%~31.8%;免耕一膜两年用单作玉米较翻耕覆新膜传统处理碳减排632 kg·hm~(-2),减幅10.0%,差异显著。小麦秸秆还田及地膜两年用集成应用于小麦间作玉米进一步提高了间作的碳减排效应,与传统间作处理(CTI1)相比,间作小麦高留茬免耕结合一膜两年用处理(NTSSI2)和小麦秸秆还田覆盖结合一膜两年用处理(NTSI2)的碳排放总量分别降低471 kg·hm~(-2)与518 kg·hm~(-2),降幅分别为9.2%与10.1%,达到显著水平;NTSSI2和NTSI2的总固碳量/土壤呼吸释放总碳量(NPPC/Ras)值分别为13.7与14.0,较CTI1分别高19.1%与21.7%,即NTSI2减排、碳汇潜力更为突出。因此,小麦高茬25~30 cm秸秆覆盖免耕结合一膜两年用间作(NTSI2)可作为干旱绿洲灌区碳减排、碳增汇高效农作制模式。     

秸秆还田对稻麦两熟高产农田净增温潜势影响的初步研究

对长江下游稻麦两熟农田生态系统2009—2010年的CH4和N2O排放以及土壤碳固定进行了分析,初步研究了秸秆还田对稻麦两熟高产农田净增温潜势的影响。结果表明,秸秆还田对稻麦两熟高产农田周年CH4和N2O排放总量、土壤碳固定量以及净增温潜势均有显著或极显著影响：秸秆还田条件下周年CH4、N2O排放总量分别为394 kg CH4.hm-2、2.39 kg N2O.hm-2,土壤碳固定量、净增温潜势分别为1.14 t C·hm-2、6383 kg CO2-equivalents·hm-2;较秸秆不还田增加CH4排放总量152%、减少N2O排放总量14%、增加土壤碳固定量531%、增加净增温潜势57%。以上结果表明,秸秆还田使短期内稻麦两熟高产农田的温室效应明显提高,但其长期效果如何还有待观测。     

秸秆还田对农田棕壤氧化亚氮排放动态的影响

通过田间试验,采用静态箱法对不同量秸秆还田(单施氮肥、半量秸秆还田、全量秸秆还田)下不同时期土壤氧化亚氮排放动态进行了研究。结果表明,和单施氮肥相比,秸秆覆盖还田提高了土壤氮素积累,也同时影响土壤N_2O排放动态。在玉米生长期间,半收获量秸秆还田增加了7.8%的N_2O排放,全量秸秆还田降低了2.2%的N_2O排放,与土壤铵态氮变化一致;玉米收获后,秸秆还田显著增加了N_2O排放,增幅分别为6.7%(半量秸秆还田)和22.6%(秸秆全量还田)。试验期间单施氮肥、半量秸秆还田和全量秸秆还田三个处理N_2O排放的年累计量分别为1183 g hm~(-2)、1269 g hm~(-2)和1294 g hm~(-2)。尽管秸秆还田增加了总的N_2O排放,但是,由于秸秆增加了土壤氮素的投入,当以N_2O损失的氮素占总氮素投入的比例进行估算时,全量秸秆还田损失率最低为0.52%、半量秸秆还田为0.57%、单施氮肥为0.59%。由此可见,秸秆还田在增加土壤肥力的同时,降低了单位氮素的氧化亚氮损失,有利于氮素在土壤中的保留。     

秸秆还田对农田生态系统及作物生长的影响

秸秆还用是利用秸秆的一种有效方式．大量试验表明，秸秆还田会对土壤产生多种作用：能改善土壤物理性状，降低土壤容重，增加孔隙度；能增加土壤微生物数量，增强生物和多数酶的活性；增加土壤有机质积累和养分含量；能改变土壤腐殖质组成及特性；影响作物生长发育，促进作物产量提高．其中，秸秆覆盖还田还具有蓄水保墒，调节地温和保持水土，抑制田间杂草等功能．总之，秸秆还田对农田具有良好的生态效应。     

秸秆还田对农田生态环境的影响

本文根据“八五”期间,制定秸秆还田技术规程的研宪和我国已有研究报道,对秸秆还田对农田生态环境的影响进行探讨,认为秸秆还田的增产机制是优化了农田生态环境,秸秆还田不仅有改良土壤,增加作物养分,培肥地力作用,而且对保持土壤水分,调节土壤温度,抑制杂草生长都有显著作用。     

秸秆还田方式对农田土壤结构及冬小麦产量的影响

为探索一种能够充分发挥秸秆改良土壤结构和提高作物产量作用的秸秆还田措施, 通过2 a小区试验, 以传统的秸秆还田方式[长秸秆(50 mm)覆盖或翻压还田, CK1、CK2]作为对照, 对比研究了粉碎、氨化秸秆以及与无机土壤改良剂(硫酸钙)混合翻压施用措施对农田土壤结构及冬小麦产量的影响。结果表明, 粉碎并氨化秸秆施入土壤后, 能显著(P<0.05)降低耕层(0~15 cm)土壤的容重, 增加土壤孔隙度, 但对耕层以下土壤容重及孔隙度改善效果不明显; 氨化秸秆施入土壤后较未氨化秸秆能显著(P<0.05)增加0~15 cm土壤中>0.25 mm土壤团聚体含量, 粉碎并氨化秸秆能显著(P<0.05)降低土壤团聚体分形维数, 提高0~15 cm土壤平均重量直径和几何平均直径各项评价指标。此外, 冬小麦穗粒数、1 m2有效穗数、千粒重和地上部总干物质量与籽粒产量的相关系数分别为0.30(P>0.05)、0.76(P<0.01)、 0.89(P<0.01)和0.88(P<0.01), 提高冬小麦有效穗数或地上部总干物质量可能是增加作物产量的主要途径。粉碎并氨化秸秆还田较秸秆覆盖能显著(P<0.05)提高冬小麦有效穗数; 粉碎并氨化秸秆与无机土壤改良剂(硫酸钙)混合施用措施提高冬小麦产量效果最为显著, 在冬小麦2个生长季比长秸秆覆盖还田(CK1)分别增产11.12%和17.84%, 比长秸秆翻压还田(CK2)分别增产7.39%和16.58%, 是本试验最佳秸秆还田方式。该研究成果可为干旱、半干旱地区改良秸秆还田措施、提高作物产量提供理论依据。     

秸秆还田对中国农田土壤固碳效应影响的研究

采用Meta分析法定量研究了秸秆还田对中国农田土壤有机碳(SOC)含量的影响及影响因素。结果表明：秸秆还田比不还田可显著增加SOC含量，但随土壤深度加大，SOC的增加效果呈现下降趋势。同时，秸秆还田土壤的固碳速率随还田年限的增加而显著减小(P<0.01)，秸秆还田3～5、6～9a及≥10a土壤的固碳速率分别为0.58、0.19和0.09g/(kg·a)。此外，在施氮量100～400 kg/hm²、年均温度≥13℃、年均降水量≥800 mm和初始土壤C/N≥10条件下，0～20 cm土层的固碳作用表现较佳，而超过20 cm深度的土壤固碳作用受上述因素影响效果不显著。     

连续秸秆还田对稻麦轮作农田土壤养分及碳库的影响

为探索苏中地区适宜的秸秆还田量对土壤肥力和产量的影响,本文通过开展大田定位试验,研究了稻麦轮作条件下,不同秸秆还田量对农田土壤养分、碳库以及作物产量的影响。经过连续5季秸秆还田定位试验,结果表明:1不同秸秆还田量能不同程度地增加土壤全氮、有效磷和速效钾含量,且以连续5季75%还田量对土壤养分含量增加效果最为显著,分别比对照提高了3.54%、3.97%和10.28%;2连续5季75%秸秆还田量显著提高了土壤总有机碳含量,而水溶性有机碳和易氧化有机碳含量则以50%和75%还田量表现出明显优势,其对土壤碳素有效率以及碳库管理指数的影响亦是如此;3不同秸秆还田量处理对周年粮食产量均有不同程度的提高,表现为稻麦秸秆均还田仅稻秸或麦秸还田稻麦秸秆均不还田,且以连续5季75%还田量影响最为显著,增幅为10.01%。综合考虑,在该地区稻麦轮作条件下,以75%秸秆还田量为宜,可显著提高土壤肥力,增加作物产量。     

不同秸秆还田模式和施氮量对农田CO2排放的影响

以山东省桓台县高产农田为试验对象，分析在高产条件下，不同秸秆还田模式和氮肥施用量对农田CO2排放的影响。结果表明，氮肥施用量与秸秆还田模式都是影响土壤CO2排放的重要因素，玉米秸秆和小麦秸秆全部还田的处理土壤CO2排放通量高于其它中低氮处理，而小麦秸秆还田与不还田的各处理间差别不大。麦秸还田配施高氮处理的CO2排放通量普遍高于其它处理。     

秸秆还田对宁南旱作农田土壤活性有机碳及酶活性的影响

在宁南旱区通过研究秸秆还田对土壤活性有机碳及酶活性的影响,旨在为该区作物生产及土壤培肥制度的建立提供参考。在为期3a秸秆还田定位试验中,设置了不同秸秆还田量处理,谷子秸秆按3000kg·hm-（2低L）、6000kg·hm-（2中M）、9000kg·hm-2（高H）粉碎还田;玉米秸秆按4500kg·hm-（2低L）、9000kg·hm-（2中M）、13500kg·hm-（2高H）粉碎还田,对照为秸秆不还田,对不同处理条件下的土壤有机碳、土壤酶活性及其相关性进行了分析。结果表明,土壤总有机碳、活性有机碳含量和土壤酶活性均随土层的加深而减少;各处理0～60cm土层土壤有机碳含量和酶活性大小为中、高量秸秆还田〉低量秸秆还田〉秸秆不还田;秸秆还田不仅增加了土壤活性有机碳含量,同时提高了活性有机碳占总有机碳含量的比重。相关性分析表明,运用土壤活性有机碳和碳库管理指数表征土壤酶活性及土壤肥力变化,比土壤有机碳更具灵敏性。在宁南半旱区采用秸秆还田能有效提高土壤活性有机碳含量和土壤酶活性。     

地膜覆盖与秸秆深埋对河套灌区盐渍土水盐运动的影响

为探索不同耕作措施的控抑盐效果,采用大田试验方法,以耕翻(CKT)、地膜覆盖(CKP)、秸秆深埋(CKS)为对照,研究了地膜覆盖与秸秆深埋(P+S)措施对河套灌区盐碱葵花田土壤水盐时空动态变化的影响。结果表明:1)P+S措施可稳定蓄水保墒,尤其针对20～40cm土层具有持续保墒效果,收获期P+S处理>20～40cm土层含水率为20.69%,比CKP高5.62%,比CKS高38.03%,比CKT高39.80%;2)P+S措施可显著抑制积盐。播前到收获期,P+S处理积盐量为0.06g/kg,分别比CKS、CKP和CKT处理低35.11%、133.78%和276.89%;3)P+S措施可建立"高水低盐"的土壤溶液系统,显著提升并延续灌溉淋洗在>20～60cm土层形成的淡化效果,形成"苗期根域淡化层";4)P+S措施可降低土壤体积质量,增加土壤有机质和含水率,从而抑制矿化度较高的潜水蒸发,防止"盐随水来",提高产量。研究成果可为内蒙古河套灌区盐渍土实施地膜覆盖与秸秆深埋改良措施提供参考。     

地膜秸秆双覆盖对免耕种植玉米田土壤水热效应的影响

针对免耕秸秆覆盖种植在北方旱区导致土壤温度降低,从而造成作物产量下降的问题,该研究依托山西寿阳农业部旱地农业野外科学试验站长期保护性耕作定位试验,在免耕秸秆覆盖(NTSM)的处理上增加了地膜覆盖措施,研究秸秆地膜双覆盖免耕(NTSMP)措施对农田土壤水分、土壤温度、水分利用效率及作物产量的影响。研究结果表明,在玉米生长前期,NTSMP 0~20 cm土层的土壤含水率分别比NTSM和对照处理(CT)高20.2%和21.5%,差异显著(P0.05),但在40~110 cm土层,NTSMP处理土壤含水率却分别比NTSM及CT低8.8%~14.0%和12.7%~18.8%,差异显著(P0.05)。整个生育期结束后,NTSMP处理的土壤储水量出现了负增长,但与CT处理相比差异并不显著(P0.05)。玉米生育期前期(4月~5月)0~10 cm土壤平均温度,NTSMP处理比NTSM和CT分别高3.2℃和1.9℃,差异显著(P0.05)。NTSMP处理的玉米产量分别比NTSM和CT高50.3%、36.8%(P0.05),水分利用效率分别提高了42.5%和30.4%(P0.05)。可见,NTSMP在玉米生育前期可以增加表层土壤温度,提高表层土壤含水率,为玉米生长提供了良好的水热条件,并最终实现了玉米产量和水分利用效率的大幅提高。     

覆膜年限及灌水方法对河套灌区农膜残留的影响

为阐明内蒙古河套灌区农膜残留现状及覆膜年限、灌水方法对农膜残留的影响,该文采用查阅资料、问卷调研及田间取样等相结合的方法,分析了内蒙古河套灌区及典型研究区地膜覆盖现状,并在典型研究区考虑了覆膜年限(覆膜2、5、10、20 a)、灌水方法(膜下滴灌和地面灌溉覆膜)和作物种类(玉米和葵花)3个因子,探索其对农膜残留强度、破碎率、残膜分布及残膜碎片大小的影响。结果表明:内蒙古河套灌区2005—2014年地膜使用量和覆膜面积均呈跨越式增长,分别增长了125.81%和147.62%;而典型研究区更是增长了240%和265.81%,然而单位面积覆膜量却下降了8.82%和7.08%。不同覆膜年限和灌水方法显著影响农膜残留强度和破碎率(P0.05),其中覆膜5、10、20 a后的残留强度平均比覆膜2 a分别增长了80.14%、163.70%、273.64%,破碎率平均比覆膜2 a分别增长了20.97%、38.14%、60.20%;膜下滴灌与地面灌溉覆膜相比残留强度平均提高了42.92%,破碎率平均提高了20.01%。农膜残留主要集中在土壤0~10 cm土层内,占64.89%;典型研究区面积为0~4和4~20 cm2的残膜分别占残膜总片数的31.06%和27.81%,且随着覆膜年限增加,下层残膜片数占总残膜片数的比例逐渐增加,其中覆膜20 a农田与覆膜2 a农田相比0~10 cm土层残膜占总残膜片数由71.47%降低为54.61%,10~20 cm土层由23.37%升高为32.24%,而不同灌水方式对残膜在土壤中的分布影响不大。随着覆膜年限的增加土壤中不同面积残膜比例差异越显著且小面积残膜比例增加,覆膜2~20 a后,面积为20 cm2以下的残膜数量分别是面积为20 cm2以上的1.43~1.59倍(P0.05)。研究结果可为农膜残留防治提供参考。     

麦草与地膜覆盖对玉米田间生态环境及产量的影响

通过田间试验研究了麦草与地膜覆盖栽培措施对玉米田间生态环境及产量的影响。结果表明,麦草与地膜二元覆盖可降低作物冠层温度1～2℃,显著减少玉米田间土壤水分蒸发,对土壤具有一定的保温作用,并能明显提高玉米产量和水分利用效率。     

地表覆膜对季节性冻融土壤入渗规律的影响

该文以指导农田冬春灌溉为目的,利用双套环入渗仪积水入渗试验法,进行了季节性冻融期田间系列土壤入渗试验,分析了地表覆膜对冻融土壤入渗特性的影响。试验结果表明：地表覆膜具有明显的保温保墒作用,在地膜覆盖条件下,土壤冻结滞后,解冻过程提前,土壤含水率变化较小;冻结初、中期覆膜地的土壤入渗能力高于裸地,而冻结末期和消融期则表现出相反的规律;冻融期地膜覆盖使得土壤出现最小入渗能力的时间滞后于裸地近20 d。研究结果对于指导季节性冻融区冬春灌溉合理灌水技术参数的确定及高效利用土壤水资源具有重要的理论和实际意义。     

农用地膜残留污染的现状与防治

农用地膜良好的增温保墒效果已对中国农业产生了重大的、积极的作用，但同时随着地膜覆盖技术的普及，残留农用地膜也已经带来了一系列的负面影响，大量的残留地膜破坏土壤结构、危害作物正常生长发育并造成农作物减产，进而影响到农业环境，通过对中国有关地膜残留研究文献的综述，对农用地膜的应用现状、残留地膜的分布特征及影响因素，以及残留地膜的危害特点进行了综合分析，并针对目前存在的实际情况，提出了农用地膜残留污染的防治技术措施。     

设施内PBAT/秸秆基地膜降解特性及对番茄生长的影响

为了探究降解地膜在设施内的应用效果,该研究选取PBAT/秸秆基全生物降解地膜为研究对象,同时设立PE地膜组和不覆膜组进行对比,将其应用于江苏地区设施番茄生产。采用傅里叶红外光谱仪、X射线衍射仪、热分析仪、接触角测量仪、扫描电子显微镜和万能材料试验机探究地膜在降解过程中微观结构与形貌、力学强度的变化特性,同时测定地膜在应用过程中对番茄植株株高、茎粗和产量的影响,并进行地膜产品的综合效益分析。结果表明,PBAT/秸秆基全生物降解地膜在120 d覆膜期内物理化学性质发生一系列变化,逐步发生了降解。PE地膜在120 d覆膜期内表征和力学性能均没有明显变化,说明无降解行为发生。降解地膜对番茄生长的促进效果与PE地膜相当,且均优于不覆膜组。降解地膜组和PE地膜组的番茄果实折合667 m2产量,分别比不覆膜组高出13.5%和15.0%。地膜综合效益分析表明,PBAT/秸秆基全生物降解地膜的综合效益较佳。因此,PBAT/秸秆基全生物降解地膜应用于江苏地区设施番茄栽培的效果良好,后续可在设施内外其他作物上进行推广试用。     

不同灌水水平下一膜两年覆盖间作农田 耗水特征及经济效益研究

以河西走廊区主导间作模式玉米|豌豆间作系统为研究对象,在高(7 200 m3·hm-2)、中(6 450 m3·hm-2)、低(5 700 m3·hm-2)3种灌水水平下,研究了一膜两年覆盖、秋免耕春覆膜和传统耕作覆膜对间作群体耗水量和棵间蒸发的影响,以期为间作种植模式的优化耕作措施、地膜再利用、提高水分利用效率等提供理论依据。结果表明,不同灌水水平对间作群体生育期棵间蒸发量存在显著影响,随灌水水平的提高棵间蒸发量增大;但在相同灌水水平下不同覆膜方式间差异不明显,且互作效应不显著;不同处理豌豆收获前、后,间作农田棵间蒸发在玉米带和豌豆带存在显著差异,不同处理收获前、后豌豆带棵间蒸发量平均值较玉米带分别高68.51%和69.30%;豌豆带是造成间作农田系统蒸发耗水大的主要因素,占地60%的玉米带棵间蒸发量只占农田蒸发总量的44.47%,而占地仅为40%的豌豆带蒸发量却占55.53%;玉米间作豌豆农田棵间蒸发主要发生在豌豆收获以后,豌豆收获前的棵间蒸发仅占总蒸发量的26.98%。一膜两年覆盖可显著提高单方水效益,不同灌水处理平均值较秋免耕春覆膜和传统耕作覆膜方式分别提高7.39%和31.33%,且在中等灌水条件下一膜两年覆盖的单方水效益最高,达2.51元·m-3。研究结果表明相同灌水水平下一膜两年覆盖玉米带抑制农田棵间蒸发、减少水分无效损失的效果与传统覆膜方式相当;农田棵间蒸发量、耗水结构(E/ET)与灌水水平间呈正相关关系;在中等灌水水平下一膜两年覆盖可获得较高的经济效益。     

秸秆和地膜覆盖条件下玉米农田土壤有机碳组分生长季动态

基于黄土高原8 a的春玉米覆盖定位试验,研究了秸秆和地膜覆盖下土壤有机碳、微生物量碳、潜在可矿化碳及颗粒有机碳在作物不同生育期的季节变化特征,探讨旱作农田不同碳组分对地表覆盖的响应规律。结果表明:1)秸秆和地膜覆盖下土壤有机碳及其各组分含量在玉米生长期间总体呈苗期下降、拔节期上升、大喇叭口—抽雄期下降、灌浆和收获期回升的变化趋势。2)与不覆盖对照相比,秸秆覆盖在大部分作物生育期均显著提高了土壤有机碳各组分含量,有助于培肥地力和土壤固碳;而地膜覆盖在作物生育后期导致土壤有机碳及各组分含量显著下降。3)秸秆覆盖下表层土壤颗粒有机碳对总有机碳变化具有重要贡献,地膜覆盖后土壤有机碳变化可能主要来自于潜在可矿化碳和颗粒有机碳,而土壤微生物量碳相对含量在不同处理间差异不大。4)对照和地膜覆盖处理土壤潜在可矿化碳和颗粒有机碳的相对含量在大喇叭口—抽雄期均有显著下降,而秸秆覆盖下两种组分的相对含量则保持平稳,表明秸秆覆盖对生育后期土壤潜在可矿化碳和颗粒有机碳有重要的补给作用。总之,黄土高原的春玉米田秸秆覆盖具有明显的提升土壤有机碳及组分含量的作用,地膜覆盖则无明显效果,且在春玉米生育后期降低了土壤总有机碳及各组分的含量。