东北黑土稻区免耕轻耙对稻田土壤理化性质及水稻产量的影响研究

2007～2010年,在东北黑土稻作区,探索不同免耕措施对稻田土壤理化性质及水稻产量的影响。结果表明,全年免耕和免耕轻耙土壤容重分别增加19.0%和9.5%,土壤总孔隙度分别降低8.5%和4.2%;分别使土壤0～10 cm表层有机质含量增加50.3%和53.8%,使10～20 cm土层有机质含量降低42.5%和33.9%,土壤其他养分也表现出相同的趋势;全年免耕比常规翻耕单位面积产量降低3.6%,免耕轻耙单位面积产量则变化不大。说明免耕轻耙对土壤理化性质和产量的影响比全年免耕小,可作为水稻免耕的主要方式在东北黑土稻区推广。     

土壤水分对玉米秸秆还田腐解率、土壤肥力及小麦籽粒蛋白质产量的影响

为提高玉米秸秆还田效果,通过防雨棚微区控水设施,研究了土壤水分对还田玉米秸秆腐解、土壤肥力及小麦籽粒蛋白质产量的影响,3个土壤水分水平分别为田间持水量的50%～55%(干旱)、60%～65%(轻旱)和70%～75%(适宜水分)。结果表明,小麦季还田玉米秸秆腐解速率表现为"快-慢-快"的变化趋势。随着土壤水分含量的增加,秸秆量减少率逐渐增加。秸秆腐解前期(0～70 d),干旱条件下秸秆量累计减少率、氮素释放率显著降低(P0.05);成熟期,不同土壤水分条件下秸秆量累计减少率及氮素释放率分别为66.50%～69.51%和75.88%～77.31%,不同土壤水分处理间差异不显著。与播前相比,成熟期不同处理0～25 cm耕层土壤有机质含量基本表现为降低趋势,但秸秆还田(RS)处理土壤有机质含量下降幅度较对照(CK)显著降低。与CK相比,RS处理0～25 cm耕层土壤有机质含量显著提高(16.1%～17.2%);不同生育时期土壤0～25 cm耕层的碱解氮含量显著提高(11.65%～23.10%);小麦籽粒蛋白质含量略有降低,籽粒蛋白质产量显著降低(4.63%)。在秸秆还田条件下,干旱处理的小麦籽粒蛋白质含量均显著高于轻旱和适宜水分处理。综上,还田玉米秸秆的腐解和氮素释放需要较好的土壤水分条件;土壤水分适宜时进行秸秆粉碎翻压还田有利于提高土壤有机质和碱解氮含量;干旱条件下秸秆还田导致小麦籽粒产量和蛋白质产量均显著降低。     

氮肥施用方式对土壤有机质与氮素含量的影响

在秸秆还田条件下,研究了氮肥施用方式对白浆土有机质与氮素时空动态的影响.结果表明:在秸秆还田条件下,白浆土0～20 cm土壤有机质含量随生育进程呈增加的趋势,至收获期达到最大值,20～30 cm土壤于R4期达到最大值;白浆土全氮含量随生育进程呈单峰曲线,于R2～R4期达到最大值;碱解氮含量随生育进程呈单峰曲线,0～20 cm土壤于R5期、20～30 cm土壤于R2期达最大值.种肥施氮增加了0～20 cm土壤有机质含量,追施氮肥使10～30 cm土壤有机质含量增加;种肥施氮增加了R2期以前土壤全氮含量,追施氮肥对土壤全氮含量影响不明显;种肥施氮使20～30 cm土壤碱解氮含量降低,对0～20 cm土壤影响不大,追施氮肥使土壤碱解氮含量增加.白浆土有机质含量与全氮含量、有机质含量与碱解氮含量、碱解氮含量与全氮含量均呈极显著正相关.     

基于秸秆还田条件下辽北地区适宜耕作方式及施肥量研究

通过两年田间小区试验,在秸秆还田条件下,设不同耕作方式(旋耕、翻压和免耕)和还田周期(连年和隔年),研究不同秸秆还田模式和施肥量对土壤理化性质和玉米产量的影响。结果表明,与常规种植不还田相比,翻压还田处理显著降低耕层土壤容重,免耕还田处理显著增加耕层土壤含水率,秸秆还田提高土壤有机质、氮、磷、钾养分含量。连年翻压还田处理玉米穗部性状最优,子粒产量最高;其次为免耕还田处理,旋耕还田处理不利于玉米产量的提高。在同等氮肥施用水平下,秸秆还田处理使玉米产量显著提高,在此基础上增加氮肥投入量并未带来显著增产效应。相同秸秆还田条件下,减施50%钾肥处理的玉米子粒产量无显著变化。在辽北地区,秸秆还田配合翻压、免耕耕作措施能够改善土壤理化形状,有利于玉米稳产高产,连年翻压还田对玉米增产效应最理想,且秸秆还田配合适宜的化肥减量措施不仅能保证作物产量,可降低养分流失污染环境的风险。     

不同耕作处理对土壤酶活性的影响

通过田间定位试验,研究吉林省西部半干旱区不同耕作处理(常规垄作、平作留茬免耕、平作灭茬覆盖)对土壤酶活性的影响。结果表明,平作灭茬覆盖对播种前表层土土壤酶(脲酶、磷酸酶和过氧化氢酶)活性的影响较大,这与平作灭茬覆盖处理下秸秆覆盖对土壤温度的影响有关;平作留茬免耕和平作灭茬覆盖对玉米生育期间土壤脲酶和过氧化氢酶的影响较大,对土壤磷酸酶活性影响较小;平作留茬免耕对收获后土壤中过氧化氢酶及脲酶活性影响较大。在垂直方向上,随着土壤深度的增加,土壤脲酶和过氧化氢酶的活性都表现为先升高后下降的趋势,土壤磷酸酶活性无规律。     

不同耕作方式对瘠薄型黑土区土壤结构的影响

通过深松和玉米秸秆粉碎直接覆盖、秸秆粉碎0～20 cm耕层混拌方式,分析深松和秸秆不同还田方式对土壤容重、孔隙度、三相比及硬度的影响,研究秸秆添加腐解剂快速腐解后土壤物理特性的变化。结果表明,通过深松和秸秆还田后土壤结构均较未深松对照(CK)明显改善,土壤三相比较试验播种前趋于合理,田间持水量和孔隙度较CK明显提高,田间持水量提高3.30～6.78个百分点,孔隙度提高2.90～5.63个百分点,其中秸秆粉碎耕层混拌+腐解剂处理表现最好;其次是秸秆粉碎覆盖+腐解剂。土壤硬度变化表明,收获期秸秆粉碎覆盖+腐解剂和秸秆粉碎耕层混拌+腐解剂处理土壤硬度在地表0～10 cm较CK降低74.4%和65.1%;11～20 cm土壤硬度较CK降低58.6%和56.1%;秸秆粉碎覆盖和秸秆粉碎耕层混拌处理土壤硬度在地表0～10 cm较CK降低80.3%和43.7%,11～20 cm土壤硬度分别较CK降低56.7%和15.5%。试验表明,深松+秸秆粉碎还田处理明显降低土壤硬度,改善土壤结构,腐解剂在雨水充沛时期发挥效果明显。     

玉米秸秆不同还田方式对黑土肥力特征的影响

通过4年田间定位试验,研究均匀垄与宽窄行种植模式下玉米秸秆不同还田方式对黑土肥力特征与玉米产量的影响。结果表明,在均匀垄与宽窄行种植模式下,玉米秸秆深翻还田能明显降低耕层(0~20 cm)的土壤容重,增加相应的土壤含水量,提高土壤有机质与速效氮、速效钾含量。对亚耕层(21~40 cm)土壤的培育作用更为突出,与无秸秆还田处理相比,秸秆深翻还田使亚耕层土壤容重分别下降6.8%和10.2%,土壤有机质含量分别增加20.1%和14.2%,速效氮含量分别增加12.2%和12.3%,速效钾含量分别增加20.0%和22.0%。秸秆覆盖还田显著增加耕层的土壤有机质与速效氮含量,对亚耕层土壤肥力特征的影响不明显。在两种植模式下,秸秆不同还田方式玉米产量均表现为秸秆深翻无秸秆还田秸秆覆盖。在东北黑土区,玉米秸秆深翻还田措施能够有效提升土壤肥力,实现玉米的稳产与增产。     

玉米秸秆覆盖对春小麦田土壤物理性状的影响

为了明确生物覆盖对塔里木盆地绿洲区土壤性能的影响,采用田间试验研究了玉米秸秆不同覆盖处理方式对土壤容重、温度及含水量的影响。结果表明,覆盖处理、立秆处理都较常规处理降低了土壤容重。在春小麦播种期和分蘖期,覆盖处理的5cm土层温度最低,较常规处理的分别低2.13℃和1.79℃;15cm土层温度较常规处理的分别低2.36℃和1.90℃;土层加深10cm土壤温度的最高点和最低点都延迟3h出现。土壤含水量表现为0～10cm土层立秆、覆盖处理的土壤含水量均较常规处理的高,而10～20cm土层则表现为立秆、覆盖处理的土壤含水量均较常规处理的低。     

不同轮耕模式对黑土土壤微生物群落结构的影响

以吉林省公主岭市黑土3年的田间试验为研究对象,采用高通量测序方法,研究不同轮耕模式和秸秆还田对土壤微生物群落组成及其多样性的影响。结果表明,与秸秆离田处理(A)相比,秸秆连年深翻(D)、深翻/旋耕(C)和覆盖/覆盖/深翻(E)3个还田处理均显著提高亚表层(20～40 cm)土壤有机质和氮磷钾含量。对于微生物总量OTU分析表明,经过秸秆深翻处理亚表层土壤微生物总数均高于表层土壤,秸秆连年覆盖还田(B)处理则是表层(0～20 cm)土壤微生物总量高于亚表层土壤。经秸秆深翻处理亚表层土壤Chao1指数较高,Simpson指数较低,物种丰度明显提高;连年覆盖还田处理表层土壤物种Chao1指数和Shannon指数较高;秸秆覆盖还田可提高表层土壤物种丰度。C和D处理与A处理亚表层土壤组间物种多样性有显著差异,具体差异在分类学上的组成中有所体现,门水平上物种组成无差异,但属水平上亚表层土壤与表层土壤之间微生物组成不同。冗余分析显示,不同秸秆还田模式下土壤有机质及有效N、P养分变化是引起土壤微生物群落结构变化的重要环境因子。秸秆覆盖还田和秸秆深翻还田分别能够有效改善表层和亚表层土壤微生物群落结构和多样性。     

秸秆带状覆盖对旱地冬小麦土壤温度及产量的影响

为了解小麦秸秆带状覆盖栽培的效果,以冬小麦兰天26号为研究对象,分析了秸秆带状覆盖3行(SC1)、秸秆带状覆盖4行(SC2)、全膜覆土穴播(PC)和无覆盖露地(CK)下旱地冬小麦土壤温度及产量。结果表明,秸秆带状覆盖可显著提高冬小麦籽粒产量,穗数、穗粒数和产量较CK分别增加13.4%~20.2%、26.7%~33.3%和41.3%~69.1%,但秸秆带状覆盖与PC间产量差异不显著。秸秆带状覆盖显著降低了全生育期0~25cm土壤平均温度,土温较CK低1.4~2.0℃;随着生育进程的推进和土层的加深,秸秆带状覆盖表现出增温和降温的"双重效应",SC1在返青期5cm土层和拔节期5和10cm土层增温,SC2在越冬期5和10cm土层及拔节期5cm土层增温,其余各时期各土层秸秆带状覆盖均表现出降温效应,且总体上降温效应大于增温效应;秸秆带状覆盖较PC和CK减小全生育期土壤日变化幅度;SC1、SC2的全生育期有效积温较CK分别减少86.6和69.8℃,使得秸秆带状覆盖下冬小麦较CK晚熟15d。从环保和可持续发展等方面综合考虑,秸秆带状覆盖较全膜覆土穴播在西北旱作区更具优越性。     

不同耕作方式对松嫩平原半干旱区玉米土壤生物特性影响

为探究不同耕作方式对松嫩平原半干旱区玉米土壤环境的影响,设置旋耕垄作(CK)、旋耕垄作深松、免耕、免耕深松、旋耕平作和旋耕平作深松6种耕作方式,研究不同耕作方式对土壤细菌、土壤真菌、土壤放线菌、土壤动物和土壤动物群落组成的影响。结果表明,免耕和免耕深松处理能够显著提高土壤细菌、真菌和放线菌数量,提高幅度分别为18.57%～31.01%、27.99%～48.76和12.32%～21.95%。免耕和免耕深松处理显著提高了0～30 cm土壤微生物量碳和微生物量氮含量,提高幅度分别为8.33%～16.55%和9.70%～19.89%。平作深松处理土壤动物捕获量最高,免耕和免耕深松处理Shannon-wiener指数最高,表明免耕更有利于农田生态系统土壤生物的生存环境的维护。     

保护性耕作对黑土农田土壤水热及作物产量的影响

保护性耕作措施是干旱区农田提高作物产量的有效耕作技术,为研究其在冷凉区域的适用性,于2004～2009年,以中国科学院海伦农业生态试验站黑土农田为研究对象,开展了免耕秸秆覆盖、少耕和传统旋耕3种耕作措施长期定位对比研究.结果表明:在大豆玉米轮作制度下,实施免耕秸秆覆盖和少耕的保护性耕作方式,连续3 a免耕大豆产量均表现...     

半干旱区保护性耕作对旱作春小麦光合特性和产量形成的影响

为探究黄土高原半干旱区保护性耕作提高春小麦产量的光合生理机制,依托黄土高原半干旱区2001年建立的不同耕作措施长期定位试验,于2019年研究了传统耕作(T)、传统耕作秸秆翻入(TS)、免耕秸秆不覆盖(NT)、免耕秸秆覆盖(NTS)四种耕作措施对春小麦叶片光合相关性状、干物质积累和产量的影响。结果表明,小麦叶片叶绿素含量和叶面积指数在抽穗期达到峰值,保护性耕作延缓了花后叶片衰老,其中NTS处理的叶片叶绿素含量和叶面积指数在乳熟期均显著高于其他处理;耕作措施对开花期小麦旗叶RuBP羧化酶活性没有影响,但在灌浆期免耕和秸秆还田均提高了RuBP羧化酶活性,其中NTS处理的RuBP羧化酶活性是T处理的1.95倍;秸秆覆盖对小麦旗叶光合速率、蒸腾速率、气孔导度影响显著,NTS处理可有效改善春小麦开花期和灌浆期的光合性能,其中NTS处理的开花期旗叶光合速率、蒸腾速率、气孔导度比T处理分别提高了19.2%、30.7%、23.0%;免耕处理(NT和NTS)下花后干物质积累对籽粒贡献率较耕作处理(T和TS)提高了41.7%,秸秆还田处理(TS和NTS)花后籽粒干物质积累量及花后干物质积累对籽粒产量贡献率较不还田处理(T和NT)分别提高了71.2%和35.7%;NTS处理有效促进了小麦花后干物质积累和转运,显著增加了穗数和千粒重,使产量较T处理提高了18.7%。因此,在黄土高原半干旱区应用免耕秸秆覆盖的保护性耕作措施可促进春小麦旗叶花后光合作用、干物质积累及其向籽粒分配,延缓灌浆后期叶片衰老和叶绿素降解,协调和优化光合性能、光合时间、光合面积之间的关系,从而提高产量。     

长期少免耕对中国东北玉米农田土壤呼吸及碳氮变化的影响

在黑土区37年不同耕作模式定位试验田,采用原位法比较常规旋耕灭茬起垄（CT）、旋耕留高茬行间深松-少耕（RT）、免耕（NT）和深翻（PT）4种耕作模式土壤呼吸速率及其与土壤温度和湿度的关系,测定土壤总碳氮、无机氮,微生物碳氮的变化。结果表明,玉米生育期间土壤呼吸呈单峰变化,开花期达最大值,生长季平均呼吸速率依次为RT > NT > CT > PT。4个处理土壤温度与土壤呼吸速率间存在显著指数关系。不同耕作模式0~10 cm土壤温度可解释土壤呼吸速率变异的38.3%~67.9%,温度敏感性系数Q10范围为2.1~5.3;RT和NT处理显著提高0~20 cm土壤碳氮含量;RT处理在0~20 cm土壤中微生物碳含量均高于CT、NT和PT处理。RT处理土壤呼吸对温度响应提高,RT和NT处理显著增加上层土壤总碳氮含量,利于土壤质量提升。     

不同耕作条件下春小麦干物质积累动态及其相关性状的研究

为了给干旱区春小麦耕作模式的选择提供依据,通过田间试验,研究了传统耕作(CT)、秸秆还田(CS)、免耕不覆盖(NT)和免耕覆盖(NTS)四种耕作模式对干旱区春小麦各器官干物质积累动态及产量的影响.结果表明,四种模式下小麦地上部干物质的累积量随生育时期均呈"S"型曲线增长,均在开化后30 d达最大值,且在CS、NT和NTS处理下总干重最大值分别比传统耕作(CT)高15.40%、24.58%和35.17%,差异达到显著水平.其中,在整个籽粒形成期内总干物质增加速度表现为NTS＞NT＞CS＞CT;与传统耕作(CT)相比,CS、NT和NTS的籽粒干物质积累速度分别提高了14.68%、31.57%和45.92%.处理NTS的产量及其相关性状均优于其他处理.进一步分析表明,NTS产量提高的原因是由于光合产物在各器官中的分配比例发生变化,收获指数增加,使籽粒所占的百分率得以提高.另外,免耕覆盖能增大春小麦籽粒灌浆速度,延长灌浆时间,有利于光合产物的合成和花后同化物向籽粒的转运.     

耕作方式对玉米秸秆腐解影响的研究

利用长期定位试验对翻耕、旋耕、免耕3种不同耕作方式下玉米秸秆腐解特征进行研究,综合评价不同耕作措施对玉米秸秆腐解的影响。结果表明,华北地区至小麦收获为止,玉米秸秆在翻耕、旋耕、免耕方式下的腐解率分别为42.28%、43.56%、33.78%。3种耕作方式下玉米秸秆腐解与相应层次的土壤水分含量具有显著的正相关性,与温度不具有显著的相关性。玉米秸秆腐解率与腐解天数之间具有较高的相关性,回归分析表明二者之间符合三次模型。由于耕作方式改变了农田土壤的水分状况,进而对麦田秸秆腐解具有显著影响,冬小麦生育期间玉米秸秆腐解率依次为翻耕处理>旋耕处理>免耕处理。     

稻麦两熟制不同耕作方式与秸秆还田对小麦产量和品质的影响

为给稻套麦的高产栽培和秸秆科学还田提供理论依据,通过大田小区和网室水泥池微区的3年定位试验,比较研究了稻麦两熟条件下免耕套播秸秆覆盖、免耕套播高茬、翻耕秸秆还田、翻耕秸秆不还田(CK)4个耕作方式处理对小麦产量和品质的影响.结果表明,在同期同量播种条件下,免耕套种小麦穗数较少,千粒重较高,第一年实际产量略低.但随着连续免耕时间的延长,残留秸秆较多,稻田水绵严重,影响套种小麦出苗,免耕处理产量明显降低,免耕秸轩覆盖还田比翻耕不还田平均降低7.27%,因而必须改变播种方式或轮耕.耕翻秸秆覆盖还田在麦季的产量有增有减,比翻耕不还田平均减产1%左右.免耕与秸秆还田条件下虽然小麦容重降低,但出粉率提高,小麦的加工品质改善.在土壤肥力较低时,免耕处理小麦的蛋白质和湿面筋含量有降低趋势;而秸秆覆盖还田可提高蛋白质和湿面筋含量,有利于改善中强筋专用小麦的品质.     

耕作方式和施氮量对旱地冬小麦开花后干物质转运特征、糖含量及产量的影响

为探讨耕作方式和氮肥对旱地小麦的互作效应,在甘肃半干旱雨养农业区大田试验条件下,采用双因素裂区设计,以常规耕作(CT)、秸秆还田(CTI)、全膜覆土穴播(PM)、免耕秸秆覆盖(NTS)4种耕作方式为主区,75、150、225、300kg·hm~(-2)4个施氮量(分别用N1～N4表示)为副区,分析了不同耕作方式及施氮量组合处理下旱地冬小麦花后干物质转运、糖含量及产量的差异。结果表明,4种耕作方式中,PM的株高最高,叶面积最大,籽粒产量最高,较CT增产14.50%。PM增产主要是通过增加穗长和穗粒数来实现,也归因于花前营养器官干物质的积累量及其在花后向籽粒中转运量、转运效率和对籽粒产量的贡献率较CT显著增加,特别是增加了叶片和颖壳的干物质转运量、转运效率。CTI的千粒重和有效穗数虽然最高,但产量与CT无显著差异;NTS的株高、千粒重、有效穗数、干物质积累量和花后向籽粒中转运量均处于较低水平,产量较CT降低16.74%。施氮显著增加了旱地冬小麦的籽粒产量,平均产量表现为N4N2N3N1。CT、CTI、NTS下,施氮的增产作用显著,但PM下不显著。在所有处理中,PMN2的籽粒产量最高,比最低的NTSN1增加70.55%。施氮增产的原因主要是促进了不同器官干物质积累和开花后干物质转运。NTS提高了各器官的可溶性糖含量,但其效应在不同生育时期存在差异,茎秆主要表现在开花后20～30d,叶片和颖壳在开花后10～40d,叶鞘在开花后20～40d,籽粒在开花后10～30d。施氮显著降低了开花后0～30d茎秆和叶片的可溶性糖和蔗糖含量,但显著增加了开花后20d籽粒的可溶性糖含量。以上结果说明,在甘肃旱地雨养农业区,常规耕作、秸秆还田、全膜覆土穴播下冬小麦高产的氮肥施用量以中等水平(150kg·hm~(-2))最佳,免耕秸秆覆盖下需增加氮肥施用量(300kg·hm~(-2))。     

耕作措施对燕麦田土壤水分、温度及出苗率的影响

为明确耕作措施对旱作燕麦田土壤水分、温度及出苗率的影响,以燕麦品种坝莜1号为材料,于2011-2013年在内蒙古清水河县进行耕作措施比较试验。结果表明,保护性耕作措施(免耕、春松和秋松)能明显减少农田冬闲期土壤水分散失,提高0~100cm土壤贮水量。在燕麦苗期,免耕、秋松、春松和秋翻处理的0~100cm各土层2年平均土壤含水量较春翻分别高出11.55%、9.66%、7.04%和1.22%。深松与免耕较翻耕在土壤温度较高时有一定的降温作用,在土壤温度较低时又具有一定的升温效应。燕麦出苗率表现为免耕春翻春松秋翻秋松。燕麦出苗率与苗期0~10cm土层土壤含水量呈极显著正相关,与其他土层土壤含水量和耕层土壤温度无明显相关性。综合考虑土壤水分、温度和出苗率,以免耕处理效果最佳。