耕作和有机物料还田对黑土区坡耕地田间杂草群落和生物量的影响

农田管理对杂草群落变化影响是现代生态农业关注的热点问题,但耕作和有机物料还田作为最常见的农田管理方式对杂草群落和生物量的交互影响尚未探明.以黑龙江省海伦市一块连续3年施行不同耕作方式[免耕(NT)、旋耕(RT)、旋耕+深松(RTS)、翻耕(PT)、翻耕+深松(PTS)、深翻耕(DPT)]和不同有机物料还田方式[无物料还田(0)、秸秆还田(1)、牛粪还田(2)]的玉米轮作农田为研究样地,调查并比较了不同耕作与有机物料还田管理模式下农田春季杂草群落特征.研究发现,经过3年耕作配施有机物料还田,玉米地的田间杂草群落结构基本稳定,常见杂草有稗草、灰菜、节骨草、蓼吊子和鸭拓草,且这5种常见杂草占杂草群落总量的72.2％～81.9％,田间偶发杂草仅占杂草群落总量的18.1％～27.8％.但耕作配施有机物料还田后,玉米地常见杂草的出现频次和种类在不同的年际间有一定的差异,耕作方式明显影响稗草、灰菜和蓼吊子在杂草群落中的占比.无物料还田条件下,翻耕相较于免耕(NT),明显降低农田杂草的生物量;且这一降低效益随着翻耕措施的加强而加剧,即翻耕(PT)<翻耕+深松(PTS)<深翻耕(DPT).在秸秆还田的条件下,旋耕+深松(RTS)相较于免耕,在一定程度上增加了田间杂草的生物量;而在牛粪还田的条件下,旋耕(RT)及旋耕+深松(RTS)相较于免耕,显著地增加了田间杂草的生物量(P<0.05).在不同的耕作配施有机物料还田条件下,土壤的容重和含水量是造成杂草群落组成年际差异的主要农田环境因素.     

秸秆还田和不同耕作方式对稻麦轮作田土壤杂草种子库的影响

为了研究苏州和南通地区的稻麦轮作田不同耕作方式和秸秆还田条件下土壤杂草种子库特征,采用田间取样、温室诱萌法对主要杂草进行统计分析。结果表明:免耕、旋耕和翻耕处理下春季杂草中优势种均为牛繁缕,秋季杂草中优势种分别为异型莎草、水虱草和千金子;土壤杂草种子库密度依次为免耕>旋耕>翻耕,但翻耕处理春季杂草比例大于免耕处理。耕作方式显著影响杂草种子的垂直分布,免耕处理随着土壤深度加深杂草种子数呈明显下降趋势;旋耕处理0~5 cm土层杂草种子数量略多于6~10 cm土层,明显多于11~15 cm和16~20 cm土层;翻耕田中11~15 cm土层杂草种子数量最多,比例达37.21%。秸秆还田增加土壤杂草种子数量,免耕、旋耕、翻耕、深翻耕处理春季杂草种子库密度分别比对照增加了5.5%、6.2%、5.9%、4.2%,秋季杂草种子库密度增加了7.0%、6.6%、4.5%、3.3%。     

耕作方式与秸秆还田对潮土养分剖面分布的影响

为明确淮北平原潮土区麦玉米轮作制度下机播玉米生产适宜的耕作与秸秆还田方式,于2016—2017年通过田间试验设置免耕(NT)、免耕秸秆还田(NT+S)、翻耕(T)和翻耕秸秆还田(T+S)4个处理,研究耕作方式及秸秆还田对土壤养分剖面分布的影响。结果表明:免耕、翻耕秸秆还田处理均显著降低了表层土壤容重(-6.25%、-3.68%),提高了表层水稳定性大团聚体WR0.25含量(+14.65%、+10.96%),且免耕秸秆还田处理较翻耕秸秆还田处理更好地提高了表层土壤有机质(+8.98%)、全氮(+4.63%)含量,翻耕秸秆还田处理更有利于表层土壤碱解氮、土壤有效磷和土壤速效钾的增加;但在剖面深层,免耕、翻耕秸秆还田处理效应出现差异:在20～60 cm土层,免耕秸秆还田处理促进pH增加,而翻耕秸秆还田处理降低土壤pH,翻耕秸秆还田处理土壤有机质、全氮、全磷含量显著高于免耕秸秆还田处理,而免耕秸秆还田处理则更有利于速效养分的增加;免耕和翻耕模式下秸秆还田处理均提高了玉米产量(+15.58%和+2.71%)。可见,在淮北平原潮土区,免耕模式下的秸秆还田有利于提高剖面土壤肥力质量和玉米产量。     

不同耕作方式对花生田蛴螬发生及产量的影响

花生田分别采用免耕清理秸秆、免耕秸秆还田、翻耕秸秆还田、休耕田、翻耕清理秸秆五种耕作方式来进行田间比较试验.结果表明,在不同耕作方式下,以免耕秸秆还田处理花生蛴螬(Holotrichia diomphalia)数量最多,为每平方米12.8头,其次是免耕清理秸秆处理每平方米11.4头,以休耕田处理蛴螬数量最少,为每平方米8.6头,虽然各不同处理花生田间蛴螬的数量不相同,但各处理间蛴螬数量差异不明显.其中以免耕秸秆还田处理经济效益最优.     

免耕秸秆还田的花生效益最高

花生田分别采用免耕清理秸秆、免耕秸秆还田、翻耕秸秆还田、休耕田、翻耕清理秸秆5种耕作方式来进行田间比较试验。结果表明,在不同耕作方式下,以免耕秸秆还田处理花生蛴螬数量最多,为每平方米12.8头,其次是免耕清理秸秆处理每平方米11.4头,以休耕田处理蛴螬数量最少,为每平方米8.6头,虽然各不同处理花生田间蛴螬的数量不相同,但各处理间蛴螬数量     

豆麦轮作模式下保护性耕作对冬小麦田杂草群落的影响

为了揭示保护性耕作措施下农田杂草群落的变化规律,采用田间定位试验,运用群落生态学方法研究了豆麦轮作模式下传统耕作、传统耕作+秸秆覆盖、旋耕+秸秆覆盖、免耕+秸秆覆盖和深松+秸秆覆盖5种耕作方式对冬小麦田杂草种类、密度、群落结构及其物种多样性的影响。结果表明:与传统耕作相比,保护性耕作的杂草种类和总密度显著增加,泽漆密度显著降低,猪殃殃为不同耕作处理区的偶见杂草,荠菜和婆婆纳仅在免耕+秸秆覆盖和深松+秸秆覆盖处理出现。保护性耕作显著降低了播娘蒿的综合优势度比,传统耕作+秸秆覆盖处理显著提高了泽漆的综合优势度比,旋耕+秸秆覆盖处理的夏至草综合优势度比显著高于其他处理。保护性耕作显著提高了杂草的物种丰富度和物种多样性,免耕+秸秆覆盖处理的物种多样性最大,保护性耕作的群落优势度有明显降低的趋势,传统耕作+秸秆覆盖处理的群落优势度最低,均匀度最高。     

Soil carbon storage and stratification under different tillage/residue-management practices in double rice cropping system

The importance of soil organic carbon(SOC) sequestration in agricultural soils as climate-change-mitigating strategy has become an area of focus by the scientific community in relation to soil management.This study was conducted to determine the temporal effect of different tillage systems and residue management on distribution, storage and stratification of SOC, and the yield of rice under double rice(Oryza sativa L.) cropping system in the southern China.A tillage experiment was conducted in the southern China during 2005–2011, including plow tillage with residue removed(PT0), plow tillage with residue retention(PT), rotary tillage with residue retention(RT), and no-till with residue retention on the surface(NT).The soil samples were obtained at the harvesting of late rice in October of 2005, 2007 and 2011.Multiple-year residue return application significantly increased rice yields for the two rice-cropping systems; yields of early and late rice were higher under RT than those under other tillage systems in both years in 2011.Compared with PT0, SOC stocks were increased in soil under NT at 0–5, 5–10, 10–20, and 20–30 cm depths by 33.8, 4.1, 6.6, and 53.3%, respectively, in 2011.SOC stocks under RT were higher than these under other tillage treatments at 0–30 cm depth.SOC stocks in soil under PT were higher than those under PT0 in the 0–5 and 20–30 cm soil layers.Therefore, crop residues played an important role in SOC management, and improvement of soil quality.In the 0–20 cm layer, the stratification ratio(SR) of SOC followed the order NTRTPTPT0; when the 0–30 cm layer was considered, NT also had the highest SR of SOC, but the SR of SOC under PT was higher than that under RT with a multiple-year tillage practice.Therefore, the notion that conservation tillage lead to higher SOC stocks and soil quality than plowed systems requires cautious scrutiny.Nevertheless, some benefits associated with RT system present a greater potential for its adoption in view of the multiple-year environmental sustainability under double rice cropping system in the southern China.     

绿洲灌区耕作方式与秸秆还田对玉米田水热特征的调控效应

为探讨干旱绿洲灌区耕作方式与秸秆还田对玉米田土壤水热特征的调控效应,基于甘肃河西绿洲灌区田间定位试验,研究耕作方式(免耕、传统翻耕)和秸秆还田方式(秸秆还田、秸秆不还田)下农田土壤水分、温度动态变化特征。结果表明,耕作方式、秸秆还田显著影响土壤贮水量、耗水量、土壤温度、土壤有效积温、玉米籽粒产量、水分利用效率及积温生产效率,且互作效应显著。较秸秆不还田,秸秆还田提高了玉米各生育期0～120 cm土层的土壤贮水量,降低了玉米拔节至成熟期耗水量、播种至拔节期与吐丝期0～25 cm土层的土壤温度及各生育期土壤有效积温。免耕较传统翻耕提高了玉米拔节前土壤贮水量,降低了拔节至吐丝期耗水量,而传统翻耕较免耕提高了玉米各生育期土壤温度及有效积温。秸秆还田条件下玉米籽粒产量、水分利用效率及积温生产效率较秸秆不还田分别提高20.3%、23.6%和23.2%。传统翻耕的玉米籽粒产量、水分利用效率及积温生产效率较免耕分别提高20.8%、22.6%和12.3%。传统翻耕结合秸秆还田降低了玉米拔节前、吐丝至成熟期的耗水量,提高了各生育期土壤温度与有效积温。传统翻耕结合秸秆还田的玉米籽粒产量、水分利用效率及积温生产效率较其他处理分别提高20.3%～37.9%、22.0%～40.5%和7.0%～32.4%。因此,传统翻耕结合秸秆还田是绿洲灌区玉米高产、农田水热资源高效利用的理想耕作措施。     

耕作方式与秸秆还田对土壤肥力的影响

[目的]探讨不同耕作方式与秸秆还田对土壤肥力影响。[方法]利用扬州大学连续定位的稻麦两熟保护性耕作试验平台为主要技术,试验共设置6个处理(连续免耕秸秆覆盖、轮耕1、轮耕2、翻耕秸秆全量还田、少耕秸秆半量还田、翻耕秸秆不还田)。[结果]秸秆还田,特别是翻耕秸秆全量还田(CTS)有助于提高土壤耕层有机质的含量,但土壤有机质含量受秸秆还田量的多少和翻耕程度影响不大。与其他处理相比,少耕(MTS)和翻耕秸秆还田(CTS)处理均能提高土壤全氮含量。[结论]连续免耕秸秆覆盖处理显著提高了土壤表层的碱解氮、速效磷、速效钾含量。一定程度的秸秆还田也有助于土壤养分的提高。     

耕作方式对晋中玉米田土壤有机碳储量的影响

试验设置深翻秸秆不还田(PT)、深翻秸秆还田(PTS)、免耕秸秆不还田(NT)和免耕秸秆还田(NTS)4个处理,测定收获后耕层0～30 cm剖面土壤容重、有机碳含量及其储量,以探究不同耕作方式对晋中地区玉米田土壤有机碳储量的影响。结果表明,NTS和NT处理下土壤容重显著高于PT和PTS处理;NTS处理0～20 cm土层有机碳含量及其储量均最高,而PT处理20～30 cm土层有机碳含量及储量均显著高于其他处理;从0～30 cm剖面来看,NTS处理土壤有机碳储量显著高于其他处理。采用免耕秸秆还田措施可能是晋中地区玉米田潜在的土壤固碳途径。     

不同耕作方式对烟草—水稻轮作农田杂草种子库的影响

为明确不同耕作方式下烟草—水稻轮作农田杂草种子库的物种组成、季节和空间垂直分布规律。采用杂草种子萌发法,调查烟稻轮作田免耕、翻耕2种耕作模式下烟草—水稻农田0～15 cm土层土壤杂草种子库组成及特征。2017—2018年试验统计结果表明,免耕烟稻轮作田共有杂草13科27种,翻耕烟稻轮作田共有杂草13科25种,有22种杂草在翻耕和免耕烟稻轮作田均有分布。有5种杂草只在免耕田出现,有3种杂草只在翻耕田出现。在试验中发现7种主要杂草种子,其中,马唐、无芒稗和狗尾草是不同季节杂草种子库的共同优势物种。免耕处理下杂草总密度大于翻耕处理下杂草总密度,翻耕处理中优势物种在种子库种子中所占比例高于免耕处理。春季和秋季是杂草种子库杂草种子发生的高峰期。免耕对杂草种子库的垂直分布影响明显,免耕杂草种子主要集中于土壤上层(0～5 cm),翻耕处理对杂草种子库的垂直分布影响很小,翻耕处理下杂草种子库密度没有产生显著性差异。研究结果明确了不同耕作模式土壤杂草种子库的物种组成、季节分布和垂直变化规律,为今后杂草的管理和控制提供理论依据。     

保护性耕作对麦-豆轮作土壤有机碳全氮及微生物量碳氮的影响

通过设置在甘肃省定西市李家堡镇的保护性耕作措施长期定位试验,共设4个处理(T:传统耕作;NT:免耕无覆盖;TS:传统耕作+秸秆还田;NTS:免耕+秸秆覆盖),采用春小麦豌豆双序列轮作(即小麦→豌豆→小麦和豌豆一小麦一豌豆,本文中所指春小麦地、豌豆地分别指2008年种植春小麦、豌豆的轮作次序),于2008年3月中旬对春小麦、豌豆双序列轮作下的土壤有机碳、全氮、土壤微生物量碳及土壤微生物量氮含量进行了采样测定.结果表明,经过7 a的轮作后,两种轮作次序下,0～30 cm土层中土壤有机碳、全氮、土壤微生物鼍碳、土壤微生物量氮含量均有在免耕+秸秆覆盖、传统耕作+秸秆还田处理较免耕不覆盖、传统耕作处理高的趋势,且其含量均随着土壤深度的增加而降低.其中,土壤微生物鼍碳含量在两种轮作次序下的排序均为:免耕+秸秆覆盖(NTS)>传统耕作+秸秆还田(TS)>免耕不覆盖(NT)>传统耕作(T);而土壤微生物量氮含量在春小麦地和豌豆地的排序则分别表现为:免耕+秸秆覆盖(NTS)>传统耕作+秸秆还田(TS)>传统耕作(T)>免耕不覆盖(NT)和免耕+秸秆覆盖(NTS)>传统耕作+秸秆还田(TS)>免耕不覆盖(NT)>传统耕作(T).同时,微生物量碳、微生物量氮与有机碳和全氮均呈显著正相关,说明提高土壤有机质、全氮含量的保护性耕作模式有利于土壤微生物量碳与氮的积累.     

保护性耕作下双季稻农田甲烷排放特征及温室效应

 【目的】传统耕作方式和秸秆焚烧造成土壤有机质的大量损失,使农田成为温室气体一个重要排放源,本文旨在研究保护性耕作对稻田CH4排放通量及其温室效应的影响,为评价耕作措施对土壤固碳潜力和温室气体减排影响提供依据。【方法】通过对翻耕秸秆不还田（CT）、翻耕秸秆还田(CTS)、旋耕秸秆还田(RTS)、免耕秸秆还田(NTS)处理的稻田CH4排放进行连续观测,分析稻田CH4排放特征及其温室效应。【结果】在秸秆还田情况下,早稻生长季旋耕和翻耕的CH4排放量差异不大,但显著高于免耕;晚稻生长季旋耕CH4排放量显著高于翻耕和免耕;冬闲季节各处理CH4排放量较小,翻耕CH4排放量显著高于旋耕和免耕。在翻耕情况下,秸秆还田处理和秸秆不还田处理全年CH4排放特征基本相同。秸秆还田主要增大晚稻生长季和冬闲季节的CH4排放,对早稻生长季CH4排放影响较小。全年CH4排放导致的温室效应为RTS＞CTS＞NTS＞CT,且差异均达显著水平。各处理全年CH4排放主要来自早晚稻生长季,冬闲季节占的比重很小均不到1%。与翻耕相比,旋耕对温室效应的贡献是翻耕的1.98倍,而免耕减小温室效应,约减排15%。与秸秆还田相比,秸秆不还田减小温室效应,约减排42%。【结论】目前双季稻区推行保护性耕作的主要措施旋耕秸秆还田对温室效应的贡献最大,秸秆不还田和免耕均有利于减小温室效应。但考虑到秸秆还田有利于提升地力,且秸秆以其它方式处理导致的温室效应还有待于研究,建议在长江中下游双季稻区推广以免耕秸秆还田为主的保护性耕作。     

不同耕作方式对小麦硝酸还原酶活性和旗叶衰老指标的影响

为了从生理角度揭示不同耕作方式下春小麦产量的差异,重点研究了传统耕作(CT)、秸秆还田(CS)、免耕不覆盖(NT)和免耕覆盖(NTS)等4种处理方式对干旱区春小麦硝酸还原酶(NR)活性和旗叶衰老指标的影响。结果表明:翻耕CS与对照CT无显著差异,免耕方式NT和NTS对其花后旗叶叶绿素含量或叶面积指数的影响均表现为显著差异,其大小均为NTS>NT>CS>CT;在小麦花后的各时期,除CS外,免耕方式对NR活性的影响呈显著差异,NTS表现为最优,其次分别为NT、CS和CT;综合以上生理特性,NTS处理最有利于延缓叶绿素的降解和NR活性的提高,减缓叶片衰老,表现最佳。     

不同耕作措施下双季稻田生态系统碳循环及其生态服务价值

耕作方式对稻田碳循环有着较大的影响.采用田间试验方法,研究了秸秆还田条件下,不同耕作措施双季稻田碳循环及其生态服务价值,为稻田生态服务价值计算及土壤固碳潜力评价提供依据.试验于湖南省宁乡县进行,通过静态箱法测定翻耕秸秆还田(CT)、旋耕秸秆还田(RT)、免耕秸秆还田(NT)稻田CH_4及CO_2排放,根据美国橡树岭国家生态实验室得出的碳折算系数计算各项农资投入的碳释放.结果表明:(1)机械操作造成的碳排放为CT>RT>NT,免耕分别比翻耕和旋耕碳减排61.69、35.70 kg C·hm~(-2);(2)含碳农资碳减排对于稻}H碳减排具有较大作用,其中减少含碳农资投入对于免耕碳减排作用最大;(3)免耕促进了稻田土壤碳固定,稻田生态系统总体碳固定为NT>CT>RT;(4)采用免耕、减少含碳农资投入有利于固碳及增加稻出生态系统服务价值.本研究得出免耕秸秆还田有利于减少碳排放及增加稻田生态系统生态服务价值,建议长江中下游双季稻区采用以免耕秸秆还田为主的保护性耕作.     

不同土壤耕作模式对双季稻区水稻植株养分积累与转运的影响

[目的]本文旨在明确双季稻区不同土壤耕作模式对水稻植株干物质和养分积累与分配的影响。[方法]采用紫云英-双季稻种植模式结合不同土壤耕作模式大田定位试验,以双季水稻旋耕+秸秆不还田为对照(RTO),应用常规分析方法开展了双季水稻翻耕+秸秆还田(CT)、双季水稻旋耕+秸秆还田(RT)、双季水稻免耕+秸秆还田(NT)处理对双季水稻植株各器官干物质和氮、磷、钾积累与分配影响的研究。[结果]早稻和晚稻成熟期,RT和CT处理均有利于增加水稻植株茎、叶、穗和地上部干物质积累量及茎叶干物质转运量; CT、RT和NT处理植株茎叶物质转运率和物质贡献率均高于RTO处理; NT处理抽穗后物质同化贡献率均为最高,均高于CT、RT和RTO处理。早稻和晚稻成熟期,RT处理水稻植株茎的氮素积累量均显著高于CT、NT和RTO处理,CT、RT和NT处理植株穗和地上部的氮素积累量均显著高于RTO处理。CT和RT处理植株茎和叶的磷素积累量均显著高于NT和RTO处理; CT、RT和NT处理植株穗和地上部的磷素积累量均显著高于RTO处理。CT和RT处理植株茎和地上部的钾素积累量均显著高于RTO处理; CT处理植株叶和穗的钾素积累量均显著高于RTO处理。[结论]秸秆还田措施促进了水稻植株各器官干物质积累和转运;其中以土壤翻耕、旋耕结合秸秆还田措施有利于水稻植株群体养分的积累与转运。     

华北农田不同耕作方式的固碳效益评价

为研究长期耕作措施下农田土壤碳储量以及潜在碳成本的情况,在中国科学院石家庄栾城生态系统试验站进行了长期耕作定位试验,设置免耕(NT)、旋耕(RT)和翻耕(CT)3个处理,并对各处理的固碳效益进行了评价。结果表明在秸秆还田、化肥投入的条件下各处理碳储量均呈现增长趋势,2004—2010年各处理间碳储量平均值由37 867.06增长到48 316.33kg/hm2,SCS的大小为CT>NT>RT;潜在碳成本NT、RT与CT分别为499.50,516.91和564.84kg/(hm2.a);通过效益评价可知,NT的生态效益最好,各处理间差异显著。RT的经济效益最好,与NT间差异不显著,但RT显著高于CT。建议华北麦玉两熟区农田优化当前农艺措施,提高机械覆盖面积,提升免耕作物经济产量,在此区域适当推广少免耕技术。     

不同耕作措施下旱作麦田CO2排放速率与土壤水热关系分析

采用定位试验,系统研究翻耕(T)、翻耕+秸秆还田(TS)、旋耕(RT)、旋耕+秸秆还田(RTS)、免耕(NT)、免耕+秸秆覆盖(NTS)6种不同耕作措施下土壤CO2排放速率的季节变化规律,分析土壤CO2排放速率与土壤水热的相互关系。结果表明,CO2排放速率有明显的季节变化规律,均表现为冬季低夏季高;整个生长季平均排放速率为TS>T>RTS>RT>NTS>NT,并且T、RT、NT 3种耕作措施之间差异均达到极显著水平(P<0.01);TS、RTS、NTS 3种有秸秆耕作措施的CO2排放速率均高于相应的T、RT、NT 3种无秸秆耕作措施,且T与TS之间差异达到极显著水平;土壤温度和CO2排放速率表现为极显著正相关,T、RT和NT分别与15、5、10 cm土层温度相关性最大,相关系数分别为0.899、0.779、0.934;土壤含水量与CO2排放速率未表现出显著相关性。     

保护性耕作对冬小麦生长及产量效益影响的研究

对华北平原不同保护性耕作方式下冬小麦生长及产量效益的影响进行了研究。试验设置了秸秆不还田翻耕、秸秆还田翻耕、秸秆还田旋耕、秸秆还田免耕4个处理。结果表明:从冬小麦的地上部和地下部生长情况和产量、产值来看,多数性状表现为秸秆还田翻耕>秸秆还田旋耕>秸秆还田免耕;从劳动生产率来看,秸秆还田免耕的劳动生产率最高为24.48%,其次为秸秆还田翻耕,再次为秸秆还田旋耕,对照的劳动生产率为最低;从产投比来看,秸秆还田旋耕处理的经济效益较好,适宜推广。     

不同耕作模式下秸秆还田对作物产量及田间养分平衡的影响

通过连续两年定位试验,研究不同耕作模式下秸秆还田对作物产量及田间养分平衡的影响。试验结果表明,不论是翻耕还是免耕,秸秆还田均能增加作物产量;翻耕还田处理效果显著高于免耕还田处理。秸秆还田能够缓解土壤养分耗竭状况。