玉米-小麦一年两熟保护性耕作体系试验研究

采用将夏玉米、冬小麦两季作物作为整体来研究适合华北一年两熟地区保护性耕作技术体系，确定了耕作和覆盖两个因素，包括免耕、深松、耙地、翻耕4种耕作方法，以及100%秸秆覆盖，50%秸秆覆盖和0覆盖3种秸秆覆盖水平。筛选设计了8种保护性耕作和2种传统翻耕共10种体系的试验方案。试验中测定了土壤含水量、容重、地温等参数和根系、产量等作物指标。试验结果表明，我国华北地区实施保护性耕作有利于节约用水，提高水分利用效率，增加作物产量。试验得出最适合的两种保护性耕作体系是：玉米-小麦全程免耕100%秸秆覆盖体系、玉米深松100%秸秆覆盖+小麦免耕100%秸秆覆盖体系。     

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。     

一年两熟地区小麦的磷肥累积利用率研究

本研究是在田间试验和土壤、植株实验室大量分析结果基础上完成的。通过连接三茬的磷肥后效试验，弄清了小麦施用不同量级磷肥条件下，磷肥首季利用率的变化及后季作物对前茬残留磷肥的利用状况。为适当降低或隔茬施用磷肥，实行测土调控施磷，合理利用磷肥资源提供科学依据。     

保护性耕作适应性试验及关键技术研究

国内外围绕旱地农业的可持续发展,进行了长期的研究和试验,我国于1991年引进澳大利亚先进模式——保护性耕作法,在山西省布点试验。试验表明:保护性耕作具有保水改土、增产增收、改善生态环境的综合效益。但播种质量不高,一度使试验受挫,虽然靠改进机具在一定程度上可以提高其适应性,但当秸秆产量达到80%的覆盖率时,又出现秸秆越冬防风防火难、春季地温回升缓慢,清除长在秸秆中的杂草难等一系列问题。通过进一步试验,增加浅旋或浅耙表土作业,可解决问题。秸秆覆盖,表土浅耕和硬茬播种构成保护性耕作法成熟的技术体系。     

中国北方一年两作区保护性耕作技术研究

该文主要研究适于中国北方半湿润偏旱区一年两作保护性耕作的技术模式。介绍了在“杨凌农业机械化保护性耕作新技术新机具试验示范园地"建立的小麦玉米一年两作区10种不同机械化保护性耕作的模式、试验方案以及自主研制开发的配套机具的性能;将不同模式与传统犁耕作业模式进行了对比试验与分析研究。结果表明：小麦生长全程秸秆粉碎还田、麦收后玉米免耕播种作业模式与传统犁耕无秸秆覆盖相比,小麦增产53%,玉米增产25％,土壤蓄水量增加1%～1.2%,各类保护性耕作模式土壤有机质平均增加1.03 g/kg 。另外,深松作业增产节水效果优于深耕作业;前茬小麦高留茬玉米免耕播种效果优于低留茬的玉米免耕播种。经济分析还表明,由于作物增产并降低了机械作业成本,保护性耕作技术模式的经济效益明显优于传统犁耕作业。     

三种一年两熟地区小麦免耕播种机适应性试验与分析

免耕播种是保护性耕作技术最重要的作业环节之一,为了在一年两熟旱作区选择适合的播种机来实施保护性耕作技术,对国内目前可选用的JOHN DEERE 1590型小麦免耕播种机、2BMD-12型小麦对行免耕播种机、2BMFS-6/12型带状浅旋免耕播种机在3种地表覆盖状况下进行田间播种适应性试验,结果表明：参照播种机国家标准和农业部农机试验鉴定总站对小麦免耕播种机播种质量的检测指标,3种免耕播种机在秸秆粉碎覆盖地面条件下基本上都能满足播种要求。JOHN DEERE 1590型小麦免耕播种机不适合于在直立秸秆情况下     

固定道保护性耕作的试验研究

通过压实试验,分析了无压实以及小型拖拉机、中型拖拉机和联合收获机压实等处理方式的土壤容重、入渗率和耕作阻力。在此基础上,进行了两年的固定道耕作试验,结果表明,机具随机进地行走会造成对土壤的严重压实,降低土壤水分入渗,增加作业能耗,而固定道能够改善土壤结构,提高土壤蓄水能力,减轻地表径流,提高土壤作业适时性和准确性,在目前固定道占地20%的情况下,总产量没有减少     

民勤蜜瓜连体拱棚一年两熟栽培技术

蜜瓜连体拱棚一年两熟栽培是民勤县近年来试验示范推广的新技术、新模式,在民勤蜜瓜产业高质量发展上起着承前启后、接续市场供应的作用。为给蜜瓜连体拱棚栽培提供技术指导,基于多年试验研究和生产实践,从连体拱棚建设、品种选择、穴盘育苗、温室管理、病虫害防治等方面总结了民勤蜜瓜连体拱棚一年两熟栽培技术。     

保护性耕作对农田土壤风蚀影响的试验研究

在河北省北部的丰宁县坝上地区建立农田土壤风蚀试验区，采用美国BSNE采样器观测不同耕作处理条件下的农田风蚀土壤损失情况。试验结果表明：在风蚀过程中，土壤颗粒主要集中在近地表层运动，悬浮在空气中的土壤颗粒随着高度的增加逐渐减少，且与高度之间符合幂函数关系；风蚀土壤颗粒粒度组成随高度增加，砂粒级颗粒含量减少，而粉砂及粘土含量增加；免耕覆盖(NTC)、免耕覆盖＋耙(NTCH)和免耕无覆盖(NTN)三种处理分别比传统翻耕减少风蚀量73.75%、75.31%和14.17%，由秸秆覆盖和少免耕相结合的保护性耕作可明显地减少农田土壤损失；在覆盖和耕作两因素中，覆盖对减小风蚀的作用最大，地表耕作的作用次之；另外，保护性耕作地能够减少农田土壤养分损失。     

右江河谷一年三熟的气候可行性研究

从气候角度论证右江河谷双季稻作区改制“春玉米＋中稻＋秋冬玉米”一年三熟种植的可行性,并提出实施一年三熟改制的相应技术措施。     

黄淮海平原小麦保护性耕作对土壤动物总量和多样性的影响

强度的耕作管理使土壤生物多样性下降,也使农业可持续发展面临困难,而实行保护性耕作可以缓解这一问题。通过调查小麦季保护性耕作下土壤动物群落结构,分析了耕作方式和秸秆覆盖对土壤动物群落的影响,采用冗余分析（RDA）并设置协变量的方法对土壤动物数量变异进行了研究。结果表明,弹尾目和蜱螨目是土壤动物优势类群,两者数量之和占总数比例约为80％,土壤动物在表层（0～10cm）分布较大,约占总数的75％。土壤动物类群数免耕高于翻耕,覆盖量越大,个体数量越多。免耕在小麦拔节期有更高的多样性指数,但在成熟期土壤动物优势类群明显,多样性指数下降。相似性指数表现为土壤动物类群对环境具有选择性,翻耕和免耕之间类群差异较大。耕作方式、覆盖数量、土壤层次和时间共解释了土壤动物数量变异量的28．7％,其中时间占最大的变异量,为12．2％,其次是秸秆覆盖处理（8．7％）和土壤层次（6．4％）。耕作方式直接解释的变异量较小,但耕作方式显著影响了秸秆覆盖的作用形式,进一步影响了土壤动物的垂直分布状况。     

保护性耕作对旱地麦-豆双序列轮作农田土壤水分及利用效率的影响

选择黄土高原陇中丘陵半干旱典型区———定西地区,在前期试验研究的基础上,2002～2004年通过对保护性耕作条件下旱地春小麦—豌豆双序列轮作农田土壤水分及利用效率的试验研究,结果表明:保护性耕作能够显著提高0～200cm土层土壤贮水量及含水量,这种作用在降水较少年份表现更为突出。免耕及免耕覆草较常规耕作土壤贮水量分别提高1 93%～7 25%和0 06%～3 58%。休闲轮作有利于提高土壤对降水的保蓄,具有良好的蓄水保墒作用,但不同的轮作序列表现不同。P/W各处理小麦收获期土壤0～50cm含水量均比W/P各处理小麦收获期土壤0～50cm含水量有所增加,增幅为0 33%～0 62%。0～200cm土壤含水量呈反S型变化,播种期、五叶期及收获期土壤具有较高含水量,而开花期土壤含水量则较低。免耕覆草处理的产量及水分利用效率分别为3709 69kg/hm2和10 45kg/hm2·mm,分别较常规耕作提高30 28%和40 08%。     

Tillage and residue management effects on temporal changes in soil organic carbon and fractions of a silty loam soil in the North China Plain

Soil degradation and associated depletion of soil organic carbon (SOC) have been major concerns in intensive farming systems because of the subsequent decline in crop yields. We assessed temporal changes in SOC and its fractions under different tillage systems for wheat (Triticum aestivum L.) – maize (Zea mays L.) cropping in the North China Plain. Four tillage systems were established in 2001: plow tillage (PT), rotary tillage (RT), no‐till (NT), and plow tillage with residues removed (PT0). Concentrations of SOC, particulate organic carbon (POC), non‐POC (NPOC), labile organic carbon (LOC), non‐LOC (NLOC), heavy fraction carbon (HFC) and light fraction carbon (LFC) were determined to assess tillage‐induced changes in the top 50 cm. Concentrations of SOC and C fractions declined with soil depth and were significantly affected by tillage over time. The results showed that SOC and its fractions were enhanced under NT and RT from 0 to 10 cm depth compared with values for PT and PT0. Significant decreases were observed below 10 cm depths (P < 0.05) regardless of the tillage system. The SOC concentration under NT for 0–5 cm depth was 18%, 8%, and 10% higher than that under PT0 after 7, 9, and 12 yr of NT adoption, respectively. Apparent stratification of SOC occurred under NT compared with PT and PT0 for depths >10 cm. All parameters were positively correlated (P < 0.01); linear regressions exhibited similar patterns (P < 0.01). Therefore, to maintain and improve SOC levels, residue inputs should be complemented by the adoption of suitable tillage systems.     

保护性耕作对麦-豆轮作条件下土壤团聚体组成及有机碳含量的影响

在位于黄土高原西部半干旱区定西市李家堡镇设置不同保护性耕作试验,对不同麦-豆轮作次序下0~5cm,5~10 cm,10~30 cm土壤机械稳定性团聚体和水稳性团聚体组成、团聚体稳定系数及土壤总有机碳含量进行了测定。结果表明:经过5年的轮作后,干筛法获得的机械稳定性团聚体在两种轮作次序下均以大团聚体为主,但处理间各层次的表现无明显规律;相对于传统耕作,免耕 秸秆覆盖、传统耕作 秸秆还田以及免耕不覆盖处理在两种轮作次序下均能不同程度地提高各层次土壤水稳性团聚体含量和团聚体稳定率;各层次土壤免耕 秸秆覆盖、传统耕作 秸秆还田土壤总有机碳含量均较传统耕作处理有提高,而免耕不覆盖处理土壤总有机碳含量在麦→豆→麦序列下比传统耕作处理高,在豆→麦→豆序列下比传统耕作处理低。     

保护性耕作对黄壤坡耕地水土流失及作物产量的影响

[目的]分析保护性耕作对黄壤坡耕地水土流失及作物产量的影响,为贵州省坡耕地水土流失治理及农业可持续发展提供科学依据。[方法]在西南地区典型黄壤坡耕地设置不施肥+顺坡平作(TR_1)、常规施肥+顺坡平作(TR_2)、优化施肥+顺坡平作(TR_3)、优化施肥+横坡垄作(TR_4)、优化施肥+横坡垄作+秸秆覆盖(TR_5)、优化施肥+横坡垄作+秸秆覆盖+等高植物篱(TR_6)共6个不同试验处理的监测小区,于2017—2018年监测了不同处理间作物产量、地表径流量、氮磷流失量、土壤养分含量的差异,并分析其相关性。[结果]①TR_4,TR_5,TR_6较TR_3的径流量分别减少了59.72%,74.13%和89.18%,氮磷流失总量与径流量趋势相同;②TR_5,TR_6对全量养分含量影响最大,其中全氮比TR_4作高20.00%,23.67%,比TR_3高23.53%,27.31%;③TR_4,TR_5,TR_6处理下的玉米在保持较高产量的同时,作物产量稳定性(SI)和可持续性(SYI)最好;④玉米、油菜产量与全氮、全磷、有效磷、有机质呈极显著正相关(p0.01),与速效氮呈显著正相关(p0.05);玉米产量与氮素流失量、磷素流失量、径流量呈极显著负相关(p0.01)。[结论]在坡耕地实施保护性耕作能有效降低地表径流发生,减少氮磷流失,保持土壤养分肥力的同时促进作物高产,并实现稳产及可持续生产,且实施综合保护性耕作的效能大于单项保护性耕作。     

保护性耕作对黄土旱塬箭筈豌豆地土壤呼吸的影响

[目的]揭示保护性耕作对土壤呼吸的影响,为旱区保护性农业的发展提供理论依据。[方法]采用多通道土壤碳通量系统监测传统耕作(T)、传统耕作+秸秆覆盖(TS)、免耕(NT)和免耕+秸秆覆盖(NTS)下箭筈豌豆(Vicia sativa)地的土壤呼吸速率。[结果]各措施下花期呼吸速率比收获期高10.45%~45.09%,NTS处理下土壤呼吸速率最低别比TS,NT和T处理显著减少39.17%,21.37%和30.25%(p0.01)。耕作处理(T,TS)下日均土壤呼吸速率高于免耕处理(NT,NTS)(p0.05)。晴天土壤呼吸变化呈单峰曲线,最大值出现在14:00。耕作下土壤呼吸速率与气温显著线性相关,免耕下(NT,NTS)与气温呈指数关系(p0.01)。不同耕作措施间气温敏感性Q10值大小依次为:T(1.97)NT(1.62)TS(1.58)NTS(1.52)。[结论]免耕加秸秆还田处理对减少温室气体排放有一定的贡献。     

保护性耕作对坡耕地土壤水分特性和水土流失的影响

在黄土高原西部丘陵沟壑区水土流失严重的坡耕地进行了2 a的定位试验,研究了不同耕作方式对坡耕地土壤水分特性和水土流失的影响.研究结果表明:(1)免耕+覆盖的保护性耕作方式保水效果明显,全年平均土壤含水量比传统耕作高出1%以上,单纯的免耕与传统耕作没有显著差异.(2)免耕可使耕作层土壤水分保持相对稳定,初春播种后土壤较长时间保持较高含水量有利于作物出苗;雨后免耕处理耕作层具有更强保水能力,从而使土壤水分保持相对稳定则有利于作物生长.(3)不同耕作方式对坡耕地土壤水分特性的影响与其对士壤结构的影响有关,免耕虽然增加了耕作层土壤容重,但也增加了团聚体的稳定性,降低了团聚体破坏率,增强了土壤抗蚀力,覆盖能降低免耕地表层土壤容重,增强其持水与保墒能力.(4)免耕措施未必能减少坡地径流量,但可显著降低土壤侵蚀量,免耕辅以秸杆覆盖的保护性耕作可有效防止水土流失,径流量和产沙量较传统耕作处理分别减少了8.35%和88.11%.