木本泥炭对红黄壤性水田土壤有机质提升和细菌群落组成的影响

通过工程措施开发新垦耕地是增加耕地面积的重要方法,这些新垦耕地的主要问题为土壤有机质(SOM)低下,而农田SOM培育是一个漫长的过程。本研究以新垦红黄壤性水田为研究对象,通过施用腐熟秸秆及与土壤腐殖质结构类似的木本泥炭,明确其快速提升SOM效应。此外,为了促进秸秆养分的快速转化,本研究进一步比较分析了3种商用激发剂的激发秸秆分解潜力,并采用16s高通量测序技术阐明其微生物机制。试验包含6个处理:对照(CK)、施用腐熟秸秆(S)、施用腐熟秸秆+木本泥炭(SP)、以及在SP基础上添加激发剂Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ(SPJ1、SPJ2、SPJ3)。结果表明,SP、SPJ1、SPJ2、SPJ3中的土壤有机质(SOM)、易氧化碳(EOC)、可溶性有机碳(DOC)分别比S或CK处理高12.1%～20.6%、29.9%～48.9%、50.8%～75.5%,微生物生物量碳(MBC)则为它们的10.5倍～16.1倍,导致MBC/MBN增加了5.1倍～12.4倍;土壤有效磷(Ava P)和团聚度在SPJ1、SPJ2、SPJ3间类似,并比SP、S、CK处理显著提高44.7%～63.6%、26.4%～43.6%,表明木本泥...     

木本泥炭对谷子物质生产及产量构成的影响研究

针对新整治旱地土壤养分及有机质含量低、作物产量低等问题,以冀谷38号为供试品种,设置试验处理[FD-A1:木本泥炭+腐熟秸秆+生物激发调节剂I+常规施肥;FD-A2:木本泥炭+腐熟秸秆+生物激发调节剂II+常规施肥;FD-B1:木本泥炭+腐熟秸秆+常规施肥;FD-B2:木本泥炭(减量)+腐熟秸秆+常规施肥]和对照CK(FD-C1:常规施肥)开展大田试验,探究木本泥炭及添加辅料对谷子农艺指标、干物质量积累以及产量的影响。试验结果表明,与常规施肥模式相比,施用木本泥炭能提升谷子农艺指标,木本泥炭减量后还能促进谷子地上生物量及根生物量干物质量积累,木本泥炭添加生物激发调节剂后不仅能提升谷子农艺指标,促进干物质量积累,还能提高谷子产量,添加生物激发调节剂II和生物激发调节剂I较常规施肥模式分别增产15.72%和14.18%,其中木本泥炭+生物激发调节剂II+腐熟秸秆+常规施肥模式为最佳处理模式。     

不同改良材料对黄河三角洲耕层土壤理化性质及微生物多样性的影响

为提高黄河三角洲滨海低产田耕层有机质含量,探究施用不同材料对研究区域土壤改良效果,设置WM(木本泥炭+腐熟秸秆)、BS(生物炭+腐熟秸秆)、OS(有机肥+腐熟秸秆)、S(腐熟秸秆)、CK(常规施肥)5种不同类型改良材料处理进行田间试验,改良材料用量均为30 t hm~(-2),腐熟秸秆用量为14 t hm~(-2)。经过两茬玉米种植后,采集土壤样品,分析了土壤微生物及养分变化。研究结果表明,木本泥炭材料+腐熟秸秆处理的Chao1、Simpson指数、Shannon指数提高,土壤微生物多样性增加。各处理中土壤细菌类群主要有Proteobacteria(变形菌门)、Acidobacteria(酸杆菌门)、Actinobacteria(放线菌门)、Chloroflexi(绿弯菌门)、Bacteroidetes(拟杆菌门),其合计量的相对丰度在5种处理WM、BS、OS、S、CK中分别为26%、16%、15%、15%、9%。在5种处理中相对占比较高的六种优势菌属为Exiguobacterium(微小杆菌属)、Citrobacter(柠檬酸菌属)、Pseudomonas(假单胞杆菌属)、Acinetobacter(不动杆菌属)、Kaistobacter、Pontibacter。冗余分析发现与有机质、可溶性有机碳等指标相关性最好的浮霉菌门(Planctomycetes)、疣微菌门(Verrucomicrobia)、芽单胞菌门(Gemmatimonadetes)微生物在腐熟秸秆处理中OTU指数最高。在施加不同改良材料处理中,木本泥炭材料+腐熟秸秆提高碱解氮、有机质含量效果显著,有机肥+腐熟秸秆处理提高土壤溶解性有机碳效果显著。     

添加不同辅料对污泥堆肥腐熟度及气体排放的影响

选择玉米秸秆和木本泥炭两种辅料添加至脱水污泥中进行联合好氧堆肥,研究了秸秆和木本泥炭作为添加剂对污泥堆肥腐熟度和堆肥过程中气体排放(NH_3、CH_4和N_2O)的影响。两种辅料添加量均为初始物料的15%,堆肥在60 L的密闭反应器中共持续35 d。研究结果表明,秸秆作为添加剂与污泥联合堆肥,堆肥产品可以达到卫生标准和腐熟标准。添加秸秆处理整个堆肥过程中累积NH_3、CH_4和N_2O排放量分别为2.2、0.14和0.09 g/kg,NH_3和CH_4排放主要发生在堆肥的升温期和高温期,N_2O排放主要发生在堆肥的后腐熟阶段。添加木本泥炭作为添加剂不能成功启动堆肥,整个堆置过程中未检测到NH_3和CH_4排放,但是在堆肥前期有大量N_2O产生。对于添加秸秆的处理,CH_4、N_2O和NH_3对总温室气体排放的贡献率分别为45%,36%和19%,CH_4所占比重最高。     

秸秆腐熟还田对中低产田土壤及玉米生长发育的影响

以玉米品种先玉335为指示品种,以基础田(不施肥)为对照,采用秸秆直接还田、秸秆腐熟还田、农家肥、短期绿肥、当地常规施肥处理等措施,研究不同培肥措施对土壤养分、含水量、耕作层温度、玉米生长发育及产量的影响。结果表明,以施腐熟秸秆15 000 kg/hm2+不施肥的处理效果最好,玉米折合产量最高,为 13 006.7 kg/hm2,较对照基础田(不施肥)增产43.88%;纯收益增量最高,为7 342元/hm2,纯收益增长率为79.05%。施农家肥15 000 kg/hm2的处理和施腐熟秸秆7 500 kg/hm2+农家肥7 500 kg/hm2 的处理玉米折合产量较高,分别较基础田增产41.00%、40.78%,纯收益增长率分别为76.75%、72.86%。秸秆腐熟还田可以显著提高土壤有机质、氮、磷、钾含量及土壤含水量,对土壤耕作层温度也有显著的提升作用。农家肥和秸秆还田可以促进后茬玉米的生长发育, 促使玉米提前达到旺盛生长期。在玉米整个生育阶段,秸秆腐熟还田处理能显著提高玉米出苗率和单株叶面积、棒三叶叶面积的增加速率,优化玉米干物质的积累与分配特性, 提高玉米叶、茎、鞘对籽粒的贡献率,增加玉米籽粒产量。建议在农业生产上加大秸秆腐熟还田的推广力度。     

不同培肥措施对新垦耕地红壤肥力和作物产量的影响

在浙江省余杭区瓶窑镇选择2012～2013年开垦建成的红壤农田,设置对照、冬绿肥+秸秆还田、商品有机肥+冬绿肥+秸秆还田和食用菌废渣+冬绿肥+秸秆还田等4种培肥处理,在玉米-番薯旱粮种植模式下,连续进行3年定位试验,探讨了不同培肥措施对新垦耕地红壤肥力和作物产量的影响。田间试验结果表明,对新垦耕地红壤综合培肥效果最好的为冬绿肥+秸秆还田+商品有机肥处理,其土壤有机质、有效磷、全氮及速效钾含量分别比对照增加90.7%、71.1%、71.0%和28.6%,旱粮产量增加22.6%;其次为冬绿肥+秸秆还田+食用菌废渣处理,其土壤容重比对照处理下降了6.7%,土壤有机质、全氮、有效磷和速效钾含量分别比对照增加88.4%、40.3%、39.1%和18.3%,旱粮产量增加21.6%;单纯采用种植冬绿肥和秸秆还田措施对新垦耕地红壤培肥的效果不明显。试验结果也表明,在不施石灰的情况下,以施用有机物质为主的培肥措施可能会导致土壤酸化。据此认为,由于新垦红壤基础地力较差,应采用多种途径增加有机肥料的投入,如在种植冬绿肥和秸秆还田的基础上适当施用养分含量较高的有机肥料可获得更好的作物增产、地力提升效果。     

有机物料循环对红壤稻田系统有机质积累的贡献研究

中长期定位试验研究有机物料循环再利用对红壤稻田系统土壤有机质积累的贡献结果表明,红壤稻田系统有机物料自然归还量可达6 16 2kg/hm2 ,人为归还量可达13480kg/hm2 ;仅依靠系统内有机物料的自然归还,其土壤有机质亏缺为5 0 %左右,呈下降趋势;系统内可循环再利用的有机物料全部还田,土壤有机质盈余率可达80 %以上;预测结果显示有机物料循环再利用5 0年内可提高土壤有机质19.4～32 .6 g/kg ,增长率达83.6 %～14 0 .5 %     

碳源调理剂对黄瓜秧堆肥进程和碳氮养分损失的影响

由于中国蔬菜产地的黄瓜秧无害化处理与循环利用缺乏针对性的使用技术,这类废弃资源多成为当地的环境污染源。该文以黄瓜秧为原料(空白对照,CK)进行高温好氧堆肥,并在此基础上设置2组处理,即把玉米秸秆(CS)和木本泥炭(WP)作为辅助碳源调理剂,按照C/N比为25添加到物料中。通过对比分析不同处理的CO2和氨气的排放速率和累积量、物料损失率、有机质含量、p H值、电导率(EC)、发芽指数等指标,研究外加碳源对黄瓜秧堆肥过程和碳氮氧分损失的影响,以期实现对黄瓜秧堆肥化进程进行工艺优化,并降低碳氮元素以气态形式的损失,进而减少温室气体排放。结果表明:玉米秸秆和木本泥炭作为外加碳源调理剂,可以减少物料损失量,加速堆肥腐熟进程,其中尤以玉米秸秆效果更佳。但是,玉米秸秆的添加会增加整个堆肥过程中有机质的降解和CO2的排放强度,提高累积排放量(100g/kg),而木本泥炭会减少有机质的降解总量和CO2的累积排放量(77g/kg);玉米秸秆和木本泥炭都有利于控制堆肥过程中氨气的排放,且作用时间和机理不同。综合考虑堆肥进程和气体损失,木本泥炭作为碳源调理剂的改良效果更优于秸秆,应进一步研究两者联合使用的效果。     

适量有机肥与氮肥配施方可提高河西绿洲土壤肥力及作物生产效益

【目的】 河西绿洲灌溉农业区是我国主要的商品粮生产及玉米制种基地,结合当地耕作制度进行土壤有效培肥是提高农业生产效益和可持续发展的基础。本研究以河西灌漠土长期定位试验为依托,探讨了长期施用一种或者多种有机肥以及有机无机肥配合对土壤养分、土壤酶活性及产量的影响,为筛选出适于当地农业可持续发展的施肥模式提供理论依据。 【方法】 试验采用随机区组排列,除对照外,在施磷肥 (P₂O₅) 150 kg/hm2 的基础上,再设 12 个处理:单施用农家肥 120 t/hm2 (M);单施绿肥 45 t/hm2 (G);单施秸秆 10.5 t/hm2 (S);单施氮肥 375 kg/hm2 (N);农家肥 60 t/hm2 + 绿肥 22.5 t/hm2 (1/2MG);农家肥 60 t/hm2 + 秸秆 5.25 t/hm2 (1/2MS);农家肥 60 t/hm2 + 氮肥 187.5 kg/hm2 (1/2MN);绿肥 22.5 t/hm2 + 氮肥 187.5 kg/hm2 (1/2GN);秸秆 60 t/hm2 + 氮肥 187.5 kg/hm2 (1/2SN);农家肥 40 t/hm2 + 绿肥 15 t/hm2 + 氮肥 124.5 kg/hm2 (1/3MGN);农家肥 40 t/hm2 + 秸秆 3495 kg/hm2 + 氮肥 124.5 kg/hm2 (1/3MSN);农家肥 30 t/hm2 + 秸秆 2625 kg/hm2 + 绿肥 11.25 t/hm2 + 氮肥 94.5 kg/hm2 (1/4MGSN)。调查了耕层土壤有机质和速效养分含量变化以及几种主要土壤酶活力,采用主成分分析、聚类分析、经济效益分析综合比较了不同施肥方式对土壤质量与经济收益的影响。 【结果】 长期不施肥、单施氮肥(N)、氮肥配施绿肥或者秸秆均会造成土壤钾素匮缺,较 1988 年初测土土壤速效钾含量分别下降了 16.59%、39.37%、25.04%、23.31%;M、G、S 三种有机肥单施或与氮配施均能提高土壤碱解氮、土壤有效磷、土壤有效钾、土壤有机质(SOM)含量,不同施肥方式下,其含量大小总体表现为高量有机肥 > 减量有机肥 + 减量 N > N > CK;M、G、S、N 单施或 1/2MN、1/2GN、1/2SN 处理均能提高蔗糖酶、磷酸酶、脲酶、过氧化氢酶活性,以 G、1/2GN 处理对提高土壤蔗糖酶、脲酶的活性的效果最显著,M、G、MN、GN 处理对提高碱性磷酸酶活性的效果最显著;主成分得分进行聚类分析,不同处理培肥土壤质量效果由高到低分成四类,分别为一类高量有机肥 M、G、1/2MG > 二种有机肥与氮肥减量配施 1/2MN、1/3MSN、1/3MGN、1/2GN、1/2MS、1/4MSGN > 三类氮肥、秸秆、秸秆与氮肥 N、1/2SN、S > 四类不施肥(CK);各施肥方式均能提高作物产量,与不施肥(CK)相比,增产幅度为 12.21%～235.4%,肥料贡献率在 10.89%～70.18% 之间,单施肥增产总趋势为 N > G > M > S,减量配施肥增产总趋势为 1/2GN > 1/2MN>1/2MS,施肥方式以有机肥配施 N 对产量贡献最大;经济效益分析表明施 N 或有机肥与 N 配施对于提高净收益作用较大。 【结论】 通过主成分分析与聚类分析、经济效益与产量综合比较,农家肥、绿肥和秸秆长期单施成本高,产量和经济效益低,维持土壤养分和产量需要的用量大。因此,提倡适量有机肥与氮肥配施,达到提高作物产量,增加经济效益,保证土壤肥力可持续发展。      

木本泥炭添加比例对猪粪堆肥腐熟度和污染及温室气体排放的影响

针对当前猪粪好氧堆肥过程中存在的腐熟度低、氮素损失严重、污染气体排放量大等问题,该研究以木本泥炭作为添加剂与猪粪进行联合堆肥,研究了不同木本泥炭添加量(添加比例依次为占物料湿基质量的5%、10%、15%和20%的4个处理)对猪粪好氧堆肥产品腐熟度和堆肥过程中CH4、NH3和H2S等污染气体排放变化的影响。结果表明:在猪粪堆肥中添加木本泥炭作为调理材料,堆体可成功启动升温,在第2~4天堆体可进入高温期,并持续7 d以上,达到无害化卫生标准;经28 d好氧堆肥以后,堆肥产品p H值为8.0左右,电导率值为1.47~1.82 m S/cm,发芽指数均大于80%,达到腐熟标准;木本泥炭添加量增加至15%以上时,有机质分解程度高,物料干质量降解率达22%左右,28 d堆体含水率下降35%左右,CH4、NH3和H2S排放量分别减少82.12%~89.48%、53.47%~63.31%、50.98%~62.76%,总温室气体排放当量减少70.34%~83.26%,堆体总氮损失减少率达44%~63%,保氮效果显著。因此,建议木本泥炭用作猪粪堆肥添加剂的最优添加量为15%~20%(以物料总湿重计)。     

有机物料与化肥配施提高黄泥田水稻产量和土壤肥力

农业有机物料具有资源化再利用的特点,与化肥配施既可以保证作物产量,也可以提升地力。为了建立最适宜的南方低产黄泥田培肥模式,该文在浙江金衢盆地开展3年田间试验研究化肥与不同有机物料(菇渣、紫云英、牛粪和秸秆)配施对水稻产量和土壤肥力的影响。结果表明:1)有机物料与化肥配施可以显著提高水稻产量,化肥+菇渣、化肥+紫云英、化肥+牛粪和化肥+秸秆处理下,水稻三年的平均产量分别比单施化肥提高了9.7%、9.5%、12.3%和9.5%;2)有机物料与化肥配合施用,土壤有机质、土壤养分(全氮、有效磷、速效钾和CEC)及土壤容重较单施化肥处理有一定程度的改善,其中,化肥+牛粪效果最明显,有机质质量分数提高了12.5%,土壤有效磷质量分数提高了37.7%,CEC提高了16.1%;3)与单施化肥相比,化肥+菇渣、化肥+牛粪处理下5 mm机械稳定性大团聚体分别提高了10.4%和6.7%,各配施处理均显著降低了团聚体破坏率。总得来讲,连续三年有机物料与化肥配施较单施化肥处理提高了水稻产量、改善了土壤肥力状况、增加了土壤团聚体稳定性,其中又以牛粪与化肥配合施用效果最佳。     

黔西喀斯特区秸秆覆盖对坡耕地产流产沙特征的响应

基于2018-2019年野外径流小区定位观测资料,以玉米单作无秸秆覆盖处理(M0)为对照,探索了玉米单作处理和不同秸秆覆盖量(M1~M5,1111,2222,3889,5556,6944 kg/hm^2)对贵州省黔西喀斯特区坡耕地产流产沙特征的影响。结果表明:(1)不同降雨等级下,秸秆覆盖具有较好的水土保持效果,并随覆盖量的增加,产流、产沙总量逐渐减少,但M4与M5处理之间无显著差异(p>0.05);(2)玉米苗期—拔节期各处理产流和产沙量大于后2个阶段,并且各阶段各覆盖处理产流产沙均低于对照;(3)秸秆覆盖对地表产流产沙影响显著,与对照相比,年均径流深减少21.85%~50.46%,土壤侵蚀模数减少50.10%~85.87%;(4)随着秸秆覆盖量的增加,各处理产流、产沙呈下降趋势,但当秸秆覆盖量超过5556 kg/hm^2后,继续增加秸秆至6944 kg/hm^2时,水土保持效果变化不明显。秸秆覆盖是控制喀斯特地区坡耕地水土流失的有效途径,6000 kg/hm^2左右的覆盖量即可起到较好的水土保持效果。     

松嫩平原不同耕作模式与秸秆还田量对土壤磷组分及大豆产量的影响

了解黑土地区外源介质与不同耕作模式对土壤磷影响,对于优化黑土地区农业系统施肥具有重要意义。玉米秸秆因其自身性质对土壤理化性质具有良好调控作用,该研究在完全随机设计的基础上,通过田间试验分阶段监测不同耕作模式和秸秆还田量对土壤磷组分变化的影响。研究结果表明：1)秸秆通过改善土壤的环境稳定性提高土壤的固磷能力。深耕(DP)搭配9 750 kg/hm²的秸秆还田后,土壤的总磷(TP)含量增加了31%。2)秸秆改善土壤环境增加了土壤磷酸酶含量。与浅耕(SP)相比,深耕搭配9 750kg/hm²的秸秆可使酸性和碱性磷酸酶含量分别提高到12%和32.5%。深耕搭配9 750 kg/hm²的秸秆还田量在大豆植株需磷关键时期时土壤植酸酶含量最低;与0秸秆还田相比,植酸酶含量减少了11.3%～19.4%。3)Langmuir模型在解释磷吸附数据方面优于Freundlich模型,可以更好地评估磷的最大吸附值,秸秆处理的最大磷吸附量、磷吸附亲和常数和最大缓冲容量分别比0秸秆还田处理低2.4%～8.3%、8.3%～13.9%和2.2%～26.3...     

硫酸铝和有机物料对盐碱土有机碳组成及复合体的影响

通过进行实验室室内培养试验,以盐碱土为研究对象,添加不同梯度有机物料(10,20,30,40,50,60 t/hm²)和同一硫酸铝添加量(0.2 t/hm²),研究硫酸铝和有机物料对盐碱土有机碳组成及复合体的影响。结果表明：施用硫酸铝和有机物料能够显著提高有机碳含量及活性有机碳含量。在施用硫酸铝且有机物料施用量为30 t/hm²时,微生物碳增长趋势开始减缓,土壤微生物商值到达峰值,Kos值与其他处理相比最低;硫酸铝和有机物料的施用可以促进土壤中粒级由小向大聚集,同时使各粒级复合体内有机碳含量增加,在有机物料施用量为30 t/hm²时,可以明显看出土壤结构变化。即在施用硫酸铝且有机物料施用量为30 t/hm²时,既能够有效提高盐碱土土壤肥力,又能改善土壤结构,能够经济合理地改良培肥盐碱地。     

不同有机物料投入下黄河故道土壤有机碳积累特征的研究

潮土有机质含量低、结构差是限制黄河故道区作物优质高产的主要原因.通过连续施用不同种类及用量有机物料,探究有机物料投入下,黄河故道区土壤有机质的积累特征,为该区土壤快速固碳提供理论依据和参考方案.试验采用随机区组设计,设置7个处理:单施氮磷钾肥作为对照(CK),其他处理在单施氮磷钾肥的基础上增施有机肥6 000 kg/h...     

复合改良剂对盐碱土改良及植物生长的影响

为探寻更加高效的复合型改良剂，本研究通过田间试验，对土壤理化性质和植物生长指标进行分析，探讨了脱硫石膏、黄腐酸钾和稻壳三种物料不同配比施用对盐碱土理化性质及植物生长状况的影响，筛选出最佳复合物料添加比例，旨在为盐碱地改良与合理利用提供参考依据。结果表明：与对照组相比，不同处理下0-20和20-40 cm土壤pH均有显著降低，分别降低了4.2%~9.6%和4.5%~9.4%。0-20 cm土层的土壤盐分含量也显著降低，土壤中〖HCO〗_3^-、〖Cl〗^-、〖Na〗^+含量分别降低了6.1~39.4%、18%~43.1%和6.2%~33.2%，其中稻壳、黄腐酸钾和脱硫石膏配比为5-1.2-9 t/hm2和15-0.4-9 t/hm2时对〖HCO〗_3^-、〖Cl〗^-、〖Na〗^+降低效果最为明显。复合改良剂均能提高土壤有机质、碱解氮和有效磷含量与景天植株生物量。与对照组相比，有机质增加了3%~46%、碱解氮增加了16.1%~111.8%、有效磷增加了59.5%~154.8%和景天生物量增加了7.1%~47.6%。效应综合评价的主成分分析结果表明，稻壳、黄腐酸钾和脱硫石膏配比为5-1.2-9 t/hm2时是滨海盐碱土壤最适宜的生物化学复合改良剂组分。     

华北平原缺水区保护性耕作技术

针对华北平原缺水地区农田生产效益偏低和地下水严重超采导致的生态环境问题,以建立节水、高产、固碳的华北平原缺水区保护性耕作集成技术为目标,在国家科技支撑计划长期支持下,建立了华北平原历时最长的保护性耕作长期定位试验平台(2001年—),开展了小麦/玉米两熟制保护性耕作理论和关键技术研究,集成了农机农艺结合的高产节水型保护性耕作技术体系,并在河北省进行广泛示范推广。主要结果:1)华北平原冬小麦/夏玉米一年两熟区保护性耕作具有固碳、减排、节水、提高土壤质量等生态效应。长期保护性耕作具有土壤养分分层表聚现象:0~5 cm土层的土壤C、N、P、K、有机质含量高于5~10 cm土层,旋耕(RT)和免耕(NT1:秸秆直立免耕;NT2:秸秆粉碎免耕;NT3:整秸秆覆盖免耕)处理土壤有机碳(SOC)的层化比率为1.74~2.04,显著高于翻耕处理(CK和CT)的1.37~1.45。保护性耕作的固碳效应与机制:保护性耕作实施9年后不同耕作方式年固碳量(0~30 cm)NT2处理为840 kg·hm~(-2)·a~(-1)、RT处理为780 kg·hm~(-2)·a~(-1)、CT处理为600kg·hm~(-2)·a~(-1),14年后土壤有机碳(0~30 cm)发生了变化,NT2处理为540 kg·hm~(-2)·a~(-1)、RT处理为720 kg·hm~(-2)·a~(-1)、CT处理为710 kg·hm~(-2)·a~(-1);长期免耕减少了土壤的扰动而降低了土壤碳的矿化率,土壤碳的累积主要固定在土壤大团聚体的颗粒有机碳中,固定态碳首先进入活性易分解有机碳库,然后缓慢转入稳定碳库。保护性耕作的减排效应:不同耕作系统全球增温潜力的计算结果表明,免耕是大气增温的碳汇,而其他耕作系统为碳源。NT处理每年农田生态系统净截留碳947~1 070 kg(C)·hm-2;CK、CT和RT每年向大气分别排放等当量碳3 364kg(C)·hm-2、989 kg(C)·hm-2和343 kg(C)·hm-2。保护性耕作的土壤微生物多样性机制:保护性耕作显著提高了土壤中真菌、细菌、氨氧化古菌和亚硝酸还原酶(nir K)基因的反硝化微生物的多样性,但对氨氧化细菌与含nir S基因的反硝化微生物的多样性影响不大。保护性耕作节水保墒的土壤结构与水力学机制:常规耕作对土壤有压实的作用,而保护性耕作改善了土壤结构,有效提高了储水孔隙、导水率、田间持水量和有效水含量,秸秆覆盖又能有效减少土壤蒸发,具有开源与节流双重节水机制。2)建立了趋零蒸发的麦田玉米整秸覆盖全免耕种植模式。在小麦/玉米一年两熟种植区,首次提出了玉米整秸秆覆盖小麦全免耕播种的种植模式,实现了小麦玉米全程全量秸秆机械化覆盖,形成土壤无效蒸发趋于零的保护性耕作体系与方法;研制了实现趋零蒸发的4JS-2型梳压机和2BMF-6型小麦全免耕播种机组,比目前推广的2BMFS-6/12小麦免耕播种机减少作业动力45.2%,降低作业费用33.3%。3)建立了3年一深松(翻)的少免耕-深松轮耕模式,集成了节水高产保护性耕作技术体系。制定了华北平原冬小麦/夏玉米一年两熟区保护性耕作技术体系等河北省地方标准,与农业、农机部门联合示范,推动了河北省保护性耕作技术的推广和应用。成果在河北平原冬小麦/夏玉米一年两熟区进行了示范推广,社会效益和生态效益显著,2013年获河北省科技进步一等奖。     

有机培肥与耕作方式对稻麦轮作土壤团聚体和有机碳组分的影响

为了明确不同外源有机物和耕作方式对土壤地力培育的影响,以水稻-小麦轮作系统为对象,通过2个年度(2016—2018年)大田试验研究了外源有机物(秸秆和有机肥)和耕作方式及其交互作用[稻麦秸秆还田配合旋耕(SR),稻麦秸秆还田配合翻耕(SP),秸秆不还田、增施有机肥配合旋耕(MR),秸秆不还田、增施有机肥配合翻耕(MP),秸秆不还田、不施用有机肥、旋耕深度15 cm(CKR)]对土壤团聚体和有机碳组成的短期影响。结果表明:SR处理能够降低水稻季土壤容重并增加总孔隙度。相比CKR,小麦季SR处理显著增加0.05mm水稳性团聚体含量,增加量为7.2%。此外,外源有机物和耕作对土壤有机碳活性组分具有显著影响。其中,易氧化有机碳(EOC)主要受耕作与有机物交互作用影响,酸水解有机碳(LPIc和LPII_c)主要受耕作措施的影响, SR处理的土壤EOC和LPI_c含量比CKR提高0.3～2.6 g·kg~(-1)。颗粒有机碳(POC)主要受外源有机物的影响,并且秸秆还田处理POC平均含量高于增施有机肥处理,增加量为0.75g·kg~(-1)。短期内,外源有机物和耕作及其交互作用对稳定性有机碳(黑碳和矿物结合态有机碳)的影响较小。综上,秸秆还田配合旋耕有助于提高土壤水稳性团聚体和活性有机碳的含量(EOC、LPI_c和POC)。     

长期施肥对栗褐土区土壤-作物系统可持续性的影响

利用长期施肥定位试验开展土壤-作物系统的可持续性评价,可为农田合理施肥和管理提供理论支撑。在黄土丘陵区栗褐土农田进行了26年长期肥料定位试验,设置8个处理,分别是不施肥(CK)、单施氮肥[120.0 kg(N)·hm~(-2),N]、氮[120.0 kg(N)·hm~(-2)]和磷[75 kg(P_2O_5)·hm~(-2)]肥配施(NP)、单施低量有机肥(22 500 kg·hm~(-2),M1)、低量有机肥与氮肥配合施用(M1N)、低量有机肥与氮磷肥配合施用(M1NP)、高量有机肥(45 000 kg·hm~(-2))与氮肥配合施用(M2N)和高量有机肥与氮磷肥配合施用(M2NP)。测定了19项指标,根据三角性面积法计算了土壤养分指数、土壤微生物指数、作物指数和可持续性指数,分析讨论了长期施肥对栗褐土区土壤-作物系统可持续性的影响。结果表明:1)N、M1处理的可持续性指数较CK分别提高27.1%、141.7%,但较临界值(1.30)低53.1%和10.8%;NP处理的可持续性指数虽然较N处理提高62.3%,但仍比临界值(1.30)低23.8%。说明长期单施氮肥、低量有机肥和氮磷配施下土壤-作物系统均不可持续。2)施用无机肥处理(N和NP)的土壤养分指数、土壤微生物指数和作物指数较CK提高7.1%和46.4%、-6.0%和25.4%、40.0%和60.0%;单施低量有机肥(M1)的土壤养分指数、土壤微生物指数和作物指数较CK提高98.2%、41.8%和31.7%。说明施用无机肥有利于作物指数的提升,而施用有机肥有利于土壤养分指数和土壤微生物指数的提升。3)M1N处理的土壤养分指数(1.06)、土壤微生物指数(1.04)、作物指数(1.00)和可持续性指数(1.38)均超过或等于临界值,使土壤-作物系统具有较好的可持续性。4)M1NP、M2N、M2NP处理的土壤养分指数较M1N处理分别提高21.7%、37.7%和72.6%,土壤微生物指数较M1N处理分别提高15.4%、7.7%和18.3%,作物指数与M1N处理相比差异很小,可持续性指数较M1N处理分别提高28.3%、32.6%和68.1%。说明在M1N基础上再增施磷肥或有机肥,可持续性指数可进一步提升是由于土壤养分指数和土壤微生物指数提高的缘故,同时也增加了潜在的环境风险。适量有机肥与无机氮配合施用(M1N)是实现栗褐土区土壤-作物系统可持续生产的较佳施肥模式。     

秸秆覆盖对旱作冬小麦农田土壤呼吸、作物产量及经济 环境效益的影响

基于2009-2011年田间试验, 研究了黄土旱塬区不同秸秆覆盖措施下冬小麦农田土壤呼吸和小麦产量变化, 计算了生产每千克籽粒产量下土壤CO₂的释放量, 并以此比较了处理间的经济 环境效益值。试验包括4个处理: 无覆盖对照(CK)、全年9 000 kg·hm^-2秸秆覆盖(M₉₀₀₀)、全年4 500 kg·hm^-2秸秆覆盖(M₄₅₀₀)和夏闲期秸秆覆盖(SF)。结果表明: 冬小麦生育期内土壤CO₂累积释放量在处理间无显著差异, 但第1年生育期为14.92~17.43 t(CO₂)·hm^-2, 显著高于第2年[12.95~13.69 t(CO₂)·hm ^-2](P<0.05), 处理和年份的交互作用不显著。与CK(产量5.03 t·hm^-2)相比, 秸秆覆盖降低了作物产量, 其中M₉₀₀₀ (4.71 t·hm^-2)与CK差异显著。经济 环境效益值计算结果显示, 冬小麦生育期内生产每千克籽粒释放2.96~3.16 kg CO₂, 处理间无显著差异。从各处理平均值看, 小麦产量以及经济 环境效益值均存在显著的年际差异, 降水偏少的第1年度作物产量(4.60~4.98 t·hm^-2)显著低于降水相对丰富的第2年度(4.50~5.47 t·hm^-2), 但经济 环境效益值(3.03~3.69 kg·kg 1、2.45~2.88 kg·kg^-1)结果相反。处理和年份对作物产量和经济 环境效益值具有显著的交互影响, 在缺水年份秸秆覆盖能够提高作物产量, M₉₀₀₀处理具有最优的经济 环境效益; 而在丰水年份, 秸秆覆盖导致产量显著下降, CK具有更好的经济 环境效益。