耕作方式对土壤水分入渗、有机碳含量及土壤结构的影响

为探明不同耕作方式对土壤剖面结构、水分入渗过程等的作用机理,采集田间长期定位耕作措施(常规耕作、免耕、深松)试验中的原状土柱(0~100 cm)及0~10 cm、10~20 cm、…、90~100 cm环刀样、原状土及混合土样,通过室内模拟试验进行了0~100 cm土层土壤入渗过程和饱和导水率的测定,分析了不同土层的土壤有机碳含量、土壤结构特征及相互关系。结果表明:从土柱顶部开始供水(恒定水头)到水分全部入渗到土柱底部的时间为:常规耕作免耕深松;土柱土壤入渗速率和累积入渗量为:深松免耕常规耕作;土柱累积蒸发量为:常规耕作免耕深松。土壤的饱和导水率表现为:0~10 cm和50~60 cm土层,免耕深松常规耕作;20~50 cm和60~100 cm土层,深松免耕常规耕作。随土层的加深,0.25 mm水稳性团聚体含量和土壤有机碳含量均表现为先增加(10~20 cm)再降低的趋势。在0~40 cm土层和80~100 cm土层,均以深松处理0.25 mm水稳性团聚体含量最高。在60 cm以上土层,土壤有机碳含量表现为:免耕深松常规耕作,而60 cm土层以下土壤有机碳显著降低,均低于4 g·kg?1,且在70 cm以下土层,常规耕作免耕深松。综上,耕作措施能够改变土壤有机碳含量,改善土壤结构,促进土壤蓄水保墒;深松更利于水分就地入渗,而免耕则更利于有机碳的提升和水分的储存,其作用深度在0~60 cm土层。     

保护性耕作对豫西黄土坡耕地降水产流、土壤水分入渗及分配的影响

利用长期定位试验(1999~2007年),在豫西旱区坡度为8°的黄土坡耕地上,研究了免耕覆盖、深松覆盖和传统耕作不同耕作措施对降水产流、土壤水分入渗及分配的影响。结果表明:(1)免耕覆盖和深松覆盖延迟产流时间,缩短降水结束后径流持续时间,径流系数较传统耕作分别减少了97.49%和81.20%,径流量和土壤侵蚀量减少80%以上。免耕覆盖水土保持效果最好,在降雨强度为123 mm/h、历时40 min产生微弱水土流失。(2)传统耕作的土壤水分入渗速率初始最大,随后急剧下降,至4 min降至最低。在3~60 min入渗速率稳定过程,免耕覆盖和深松覆盖平均入渗速率相同,为0.07 mm/s,是传统耕作的1.40倍。免耕覆盖土壤水分入渗速率变化比较平缓,稳定入渗速率最大。(3)在土壤初始含水量较高、降水(74.2 mm)结束1 h后,2种保护性耕作水分下渗的土层深度比传统耕作的高出30~40 cm,160 cm土体降水的贮蓄量增量是传统耕作的2倍多。     

轮作条件下免耕对黄土高原旱作土壤水分入渗特性的影响

为明确免耕轮作对旱作农田土壤水分入渗时空特征的影响,2005-2010年,在内蒙古清水河县进行了3种轮作模式(燕麦-大豆-玉米,大豆-玉米-燕麦,玉米-燕麦-大豆)下免耕留低茬(NL)、免耕留高茬(NH)、免耕留低茬覆盖(NLS)、免耕留高茬覆盖(NHS)和常规耕作(T)5种耕作方式对土壤水分入渗特性影响的研究。结果表明:免耕、轮作,特别是两者的叠加效应能明显提高土壤入渗能力,其中免耕结合燕麦-大豆-玉米模式对土壤入渗性能的改善作用最好。当0～20cm土壤质量含水率较高(低)时,土壤水分初始入渗率较低(高),而土壤水分稳定入渗率与质量含水率呈相同变化趋势,且随土层加深,土壤水分稳定入渗率整体呈降低趋势。轮作2个周期后NL、NH、NLS和NHS分别较T,土壤初始入渗率降低了18.60%、24.93%、27.31%和29.95%,土壤稳定入渗率提高了22.22%、34.61%、82.05%和104.70%。可见免耕轮作能明显改善土壤水分入渗特性。     

用人工模拟降雨研究保护性耕作下的地表径流与水分入渗

采用人工模拟降雨试验研究了保护性耕作控制农田地表径流的效果,重点探讨了表土耕作、秸秆覆盖及土壤压实３种因素对地表径流和水分入渗的影响。试验表明,保护性耕作具有明显的处缓径流,增加水分入渗的效果。在土壤干燥,模拟降雨强度为７２ｍｍ／ｈ的条件下,传统翻耕比保护性耕作早１２－１６ｍｉｎ产生径流,入渗率降低６０．９％,总径流量高１１倍。３种试验因素中,秸秆覆盖对径流和入渗的影响最大,压实次之。在本试验中,     

滴灌条件下免耕对复播油葵土壤水分利用及产量的影响

通过田间试验分析比较滴灌免耕、滴灌翻耕、漫灌免耕和漫灌翻耕4种处理措施对土壤含水量、土壤水分入渗率、土壤贮水量以及复播油葵水分利用效率的变化情况,以了解滴灌免耕技术对绿洲农田水分动态变化及水分利用效率的影响。结果表明,滴灌免耕栽培技术与常规翻耕漫灌相比,滴灌、免耕,特别是两者的叠加效应使耕层土壤长期保持浸润状态,可改善根层内的土壤水分分布;同时可减少水分过度蒸发,增加0-30cm土层土壤贮水量及含水量,提高土壤入渗能力,但耕层以下土壤水分变幅相对较小。滴灌免耕产量较常规翻耕漫灌增加11.9%,生育期耗水量节省了31.8%,水分利用效率提高了64.2%。采用滴灌免耕技术可以提高复播油葵产量以及水分利用效率、促进农田生态系统的良性循环。     

旱地小麦保护性果作对土壤水分的影响

 为检验保护性耕作技术在我国北方干旱地区的适应性,采用覆盖免耕、覆盖深松等方法,研究了保护性耕作对地表径流、水分蒸发、0～50cm土层贮水量、水分利用效率和小麦产量的影响。结果表明:保护性耕作比传统耕作径流强度减少57.3%,降雨入渗量提高98.6%,土壤蓄水量提高10.5%,蒸发量减少11.2%,供作物生长的有效水分增加19.7mm,小麦单产提高12.2%;因此,保护性耕作是北方干旱地区控制水土流失,提高小麦产量的有效耕作法,是宜于推广的一项技术措施。     

耕作方式对黄土高原旱地土壤渗透性能的影响

通过对陇中黄土高原半干旱区保护性耕作的定位研究，探讨了耕作方式对土壤渗透性能的影响。结果表明，免耕覆盖可以改善土壤结构性能，增加土壤有机碳含量，从而提高水分入渗能力。通径分析进一步发现，免耕覆盖对土壤渗透性能的改善作用是通过增加土壤非毛管孔隙度和有机碳含量来实现，而有机碳的作用也是通过土壤非毛管孔隙度间接达到的。     

残茬覆盖与耕作方式对土壤性状及夏玉米水分利用效率的影响

采用田间和小面积模拟降水试验的方法,对小麦机械收获后残茬覆盖与不覆盖两种条件下免耕、翻耕和间隔深松3种土壤耕作方式夏玉米田的土壤物理性状和水分利用效率进行了研究。结果表明,残茬覆盖与深松相结合,可平衡和改善耕层土壤温度状况,在土壤温度较低时具有保温作用,在土壤温度较高时具有降温作用;可以增加土壤的蓄水和保水能力,模拟降水后24 h测定1 m土层含水量比免耕不盖多26.1 mm,全生育期平均耕层土壤含水量比免耕不覆盖高9.37%;土壤通透性也得到改善;最终水分利用效率比免耕不盖提高25.26%。     

耕作方式和多年生草对土壤入渗率影响的研究

为了测定免耕的效益,美国水土保持学家Wuest等对西北太平洋地区气候土壤系列的7种半干旱土壤采取免耕、传统耕作和紧邻农田的多年生草地的稳定状态淹没入渗率进行了测试。结果表明,免耕和多年生草地的平均入渗率比传统耕作地块高30%。入渗率与沙粒含量正相关,与粉沙含量负相关,但由于土壤质地对入渗的影响太大,水稳性团聚体对入渗的影响可以忽略不计。耕作年限和入渗率、颗粒状有机质、活性碳和有机碳正相关。在土壤性质中,有机碳与活性碳、颗粒状有机质、水稳性团聚体和粉粒正相关。     

少免耕土壤结构与导水能力的季节变化及其水保效果

通过对黑土坡耕地免耕、少耕与传统耕作土壤物理性状全生育期观测,比较研究土壤结构和导水性状季节变化差异及其与水土流失的关系。结果表明,表层0~20 cm土壤,免耕土壤容重全生育期维持在1.20~1.30 g cm-3,变化小,大于0.25 mm的水稳性团聚体含量(WR0.25)和平均重量直径(MWD)高于传统耕作,初始和稳定入渗速率均高于少耕和传统耕作,土壤含水量分别较少耕和传统耕作高4.7和4.4个百分点,较传统耕作分别减少地表径流和土壤流失量86%和100%;少耕除夏季各项性状均介于免耕和传统耕作之间,夏季垄沟深松后,垄沟土壤容重显著降低,较免耕和传统耕作降低0.15 g cm-3以上,提高土壤初始入渗速率30%以上,较传统耕作减少水和土壤流失量20%和40%。传统耕作土壤容重,垄台由播种时的0.91 g cm-3增加至收获时的1.23 g cm-3,垄沟一直维持在1.30 g cm-3左右,WR0.25、MWD、土壤稳定入渗速率、含水量均较低,全生育期10%的雨水流失,土壤流失量615 t km-2a-1。免耕土壤结构稳定,蓄水保水最佳,为效果显著的水土保持耕作措施,少耕也有一定的保水保土作用;免耕和少耕均能够改善土壤物理性状。     

2种典型耕作方式影响下的蔗田土壤孔隙结构及其水分运动特性

为了明确农业生产过程中耕作方式对田间土壤孔隙结构及土壤水分运动特性的影响,以广西农地蔗田为研究对象,基于土壤切片技术分析研究免耕和垄耕2种典型耕作方式蔗田的田间土壤孔隙结构特征,并结合土柱模拟入渗试验,探究土壤孔隙结构对土壤水分运动的影响,进一步揭示孔隙结构与土壤水分运动特性之间的相互作用关系。结果表明：随着土层深度的增加,免耕蔗田孔隙形态以聚集的团块状分布为主,垄耕蔗田孔隙形态以条状分布为主。与免耕蔗田相比,垄耕蔗田的土壤总孔隙度和>2.5 mm孔径的孔隙度分别增加32.5%和21.9%。垄耕蔗田在局部土层深度范围内显著增加上下土层孔隙的变异度(p<0.05),显著降低土壤孔隙的连通性(平均邻近指数为0.448)(p<0.05),土壤孔隙形态相对规则(平均成圆率为0.335)。对于土壤水分运动特性,免耕蔗田总体的土壤饱和导水率和质量流率显著高于垄耕蔗田(p<0.05),初始含水率显著低于垄耕蔗田(p<0.05),质量流率随时间变化强度相对较大,提高水流入渗能力。垄耕降低土壤孔隙结构连通性,使水分蓄存在表层土壤中,一定程度上可降低土壤水分的入渗现象,改变蔗...     

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。     

不同轮耕模式对旱地土壤结构及入渗蓄水特性的影响

为了探索免耕与深松隔年轮耕对土壤结构及入渗蓄水性能的影响,2007-2010年在宁南旱区采用免耕/深松/免耕、深松/免耕/深松与连年翻耕3种耕作模式,对土壤体积质量、团聚体、入渗率及水分利用效率等方面的影响进行了研究。结果表明:与连年翻耕相比,免耕/深松/免耕、深松/免耕/深松处理使0～60cm各土层土壤体积质量平均降低3.5%、6.2%(P<0.05);使0～20cm土层>0.25mm机械稳定性团聚体数量平均分别增加10.3%(P<0.05)和20.3%(P<0.01),>20～40cm土层分别平均增加17.2%(P<0.05)和23.6%(P<0.01)。免耕/深松/免耕处理0～10cm和>30～40cm土层的水稳性团聚体稳定率分别比连年翻耕提高35.1%和45.8%(P<0.05),深松/免耕/深松处理>10～20cm和>20～30cm土层水稳性团聚体稳定率分别提高101.7%和61.7%(P<0.01)。不同轮耕模式显著增强了土壤的入渗性能,提高对土壤水分的有效利用及降水利用率,免耕/深松/免耕、深松/免耕/深松处理降雨入渗率较连年翻耕分别提高35.2%和15.3%(P<0.05),水分利用效率平均提高7.2%和7.7%(P<0.05),降水生产效率平均提高9.6%和10.7%(P<0.05)。     

不同耕作措施对土壤水分和青贮夏玉米水分生产率的影响

适宜的耕作与覆盖措施可在不同程度节约农业用水。本文选用了翻耕处理、燃茬免耕处理和覆盖免耕处理为主要耕作措施,开展了为期2a的田间试验,研究不同措施对农田土壤含水量、土面蒸发、夏玉米生长指标、产量和水分生产率的影响。研究结果表明在降雨较少年份(2010年),覆盖免耕处理0～20cm土壤含水量均高于其他2处理,2a试验期间覆盖免耕处理0～120cm土壤贮水量一直高于其他2处理,且其土面蒸发量最小。2a试验期间,覆盖免耕青贮夏玉米产量较翻耕和燃茬免耕分别提高了11%和9%,青贮夏玉米水分生产率分别提高了11.7%和14.8%。覆盖免耕能减少土面蒸发和提高水分生产率,因此建议在北京地区夏玉米种植采用覆盖免耕措施。     

不同田间工程措施条件下降水入渗规律的数值模拟

采用数值模拟方法针对北京市主要土壤类型研究了不同工程措施（免耕、深松、免耕覆盖、深松覆盖）条件下的降水入渗问题。在研究过程中,考虑了雨滴打击下地表密实问题,即考虑地表密实的降雨入渗问题。地表密实使土壤入渗能力降低,覆盖可以避免表层土壤密实保持土壤入渗能力。深松可使土壤入渗能力提高,在该实验条件下１２０ｍｉｎ入渗量裸地和覆盖分别可以增加入渗１．７９ｃｍ和２．２８ｃｍ;适宜的松土深度裸地为１５～２０ｃｍ,覆盖为３０ｃｍ。提高降水入渗的田间工程措施为深松覆盖,松土深度３０ｃｍ。     

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%。     

保护性耕作对黄土高原南部地区小麦产量及土壤理化性质影响

以1992年设置于山西省临汾市尧都区的保护性耕作试验基地为基础,研究了长期保护性耕作对旱地小麦产量、土壤理化性质及剖面水分含量的影响。结果表明,11年免耕覆盖和15年免耕覆盖分别比传统耕作平均增产192%和276%; 丰水年份增产率为52%和117%,而干旱年份增产率高达850%和976%,表现为实施保护性耕作年限越长、越是干旱,保护性耕作的增产效果越显著。保护性耕作能降低土壤容重,增加土壤孔隙度,提高土壤剖面水分含量和土壤贮水量,提高表层010 cm土壤有机质、碱解氮和速效钾含量, 但不利于有效磷含量的提高。11年免耕覆盖和15年免耕覆盖,表层010 cm土壤有效磷含量比传统耕作降低68和63 mg/kg,降低了561%和519%,应注意磷肥的施用。     

耕作措施对土壤物理性状的影响

耕作措施对0~20cm土壤容重影响较大,深层影响较小。稳定入渗率呈现出强烈的时间变异性,从整个生育期看,翻耕都表现出较高的稳定入渗率,随时间的变化,差异减小;不同负压下,翻耕稳定入渗率最高,免耕次之,铁茬最低,不同时期变化趋势一致;翻耕大孔隙较其它两耕作措施多,翻耕后,土壤大孔隙增多,比免耕和铁茬处理高65%左右,达到5%水平差异显著,免耕与铁茬差异不显著。随着时间的推移,不同耕作措施大孔隙比例有所下降,中小孔隙比例增加,大孔隙数目翻耕仍最高,从显著性看,与免耕和铁茬在5%水平显著。     

耕作措施对地表径流和产沙量的影响

通过有无地表残余物和是否深翻评价传统耕作和免耕的水土保持效益。传统耕作、免耕、移走残余物、保留残余物、深翻、不深翻组合成8种处理,每种处理重复4次。每个小区进行2 h模拟降雨。连续测量小区上的径流量和泥沙输移量。观测结果表明:免耕小区的径流量至少比传统小区减少2倍,泥沙输移量减少4倍。无残余物覆盖不深翻的传统耕作小区径流量最大,有残余物深翻的免耕小区径流量最小。移走残余物使免耕小区和传统耕作小区径流量增加,深翻使免耕小区和传统小区径流量减少。对照不深翻的传统小区和免耕小区,深翻使径流速率缓慢增加,使土壤密度和土壤强度降低。通过残余物覆盖和深翻措施的结合,来改善土壤性质和增加入渗,减少了传统小区和免耕小区的径流量和土壤流失量,从而提高土壤中作物的有效水量。     

长期保护性耕作对土壤有机碳和玉米产量及水分利用的影响

【目的】通过研究保护性耕作对旱地春玉米土壤有机碳(SOC)、产量及水分利用的影响,分析保护性耕作的增产机制,为旱作农田耕作技术应用提供理论和技术支持。【方法】采用2003~2013年连续11年的田间定位试验,设传统耕作(CT)、少耕(RT)和免耕(NT)3种耕作措施,分析土壤0-20 cm和20-40 cm土层有机碳含量、土壤0-20 cm含水量、作物耗水量、玉米产量和水分利用效率的年际变化和耕作处理间的差异,并对玉米产量与影响因素的相关性进行分析。【结果】1)保护性耕作能有效提高土壤有机碳含量,少耕、免耕处理0-20 cm土层有机碳含量11年平均值较传统耕作分别提高了11.2%和3.4%;至2013年少耕、免耕20-40 cm土层有机碳含量分别较传统耕作增加了5.53和3.29 g/kg;土壤0-20 cm有机碳储量净增加速率分别为C 0.365和0.754t/(hm2·a)。2)保护性耕作具有明显的增产效果,少耕产量最高,增产效果最好2003~2013年均产量为5.83t/hm~2,较传统耕作提高了14.7%;免耕次之,年均产量为5.39 t/hm~2,较传统耕作增产6.1%。3)各耕作处理玉米产量与土壤0-20 cm土层含水量之间存在显著的二次方程关系,与作物耗水量之间具有显著的乘幂方程关系。4)保护性耕作可以增加土壤水分减少玉米生育期内的耗水量,提高水分利用效率,其中免耕土壤0-20 cm土层水分含量最高2003-2013年平均含水量为15.2%,较传统耕作和少耕提高了1.90和1.66个百分点,且生育期耗水量最少2003~2013年均耗水量为403.5 mm,较传统耕作和少耕减少了16.1 mm和7.6 mm;少耕、免耕的水分利用效率较传统耕作分别提高了16.1%和10.2%,降水利用效率较传统耕作提高13.9%和5.8%。【结论】长期保护性耕作可以有效地提高土壤有机碳含量、增加土壤水分、减少作物耗水量,从而显著提高了玉米产量和水分利用效率,3种耕作措施中以少耕效果最好,免耕次之在旱作农田推广少、免耕保护性耕作措施是一种增产、节水的有效途径。