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。     

耕作措施对冬小麦农田土壤团聚体分布及稳定性的影响

在长期定位试验基础上研究传统耕作(T)、免耕不覆盖(NT)和免耕秸秆覆盖(NTS)3种耕作措施对土壤团聚体分布及其稳定性的影响.结果表明,3种耕作措施连续实施5年后,使耕层土壤容重显着增加,免耕秸秆覆盖显著增加了表层土壤有机质.NTS处理>0.25 mm团聚体含量(R0.25)显著高于T处理和NT处理的,同时也明显高于2004年的背景值,0-30 cm土层范围内平均较T处理和NT处理分别高14.88%和6.40%;免耕和免耕秸秆覆盖可显著改善土壤耕层(0-20 cm)团聚体的水稳定性.NTS处理0-30 cm的不稳定团粒指数(ELT)与2004年背景值比较,平均下降了1.88%.说明相对于传统耕作,免耕秸秆覆盖减少了机械的破坏作用,增加了土壤有机质含量,促进耕层团聚体形成,并提高了其稳定性.     

耕作方式对黄绵土水稳定性团聚体形成的影响

研究了不同耕作方式对黄绵土水稳性团聚体形成的影响。结果表明,>0.25mm土壤水稳定性团聚体含量:免耕+秸秆覆盖(NTS)>免耕(NT)>传统耕作+秸秆还田(TS)>传统耕作(T),团聚体稳定率:免耕+秸秆覆盖(NTS)>免耕(NT)>传统耕作+秸秆还田(TS)>传统耕作(T)。水稳定性团聚体数量以及团聚体的水稳定性均与耕作方式有关。免耕+秸秆覆盖(NTS)、免耕(NT)和传统耕作+秸秆还田(TS)有利于土壤水稳定性团聚体的形成。分析结果同时说明,采用适当耕作方式的同时增加土壤有机质更有利于土壤团聚体的形成和稳定性的增加。     

保护性耕作对土壤易氧化和总有机碳的影响

以11年的不同耕作方式的长期试验为基础,在甘肃省定西试验站研究了在两种轮作序列下传统耕作不覆盖(T),免耕+秸秆还田(NTS),免耕+不覆盖(NT)和传统耕作+秸秆覆盖(TS)四种耕作方式对土壤总有机碳和易氧化有机碳的影响。研究结果表明:在两种轮作序列下,种植豆科作物,秸秆覆盖和切碎还田都能增加土壤有机碳总量,其中,切碎还田(TS)效果最为明显;种植豌豆、免耕、秸秆还田等处理都能提高易氧化有机碳含量,其作用的大小为TSNTSNT;与传统耕作相比,秸秆覆盖和免耕均有利于黄绵土表层有机碳和易氧化有机碳的积累,尤其是保护性耕作对0~10 cm土层总有机碳有重要影响。     

保护性耕作对黄土高原旱地土壤总磷及组分的影响

为了探明保护性耕作对土壤总磷及磷组分的影响,依托在陇中黄土高原旱地区设立的保护性耕作长期定位试验,采用Tiessen土壤磷素分级法,系统研究了传统耕作(T)和5种保护性耕作方式—免耕(NT)、传统耕作秸秆还田(TS)、免耕秸秆覆盖(NTS)、传统耕作地膜覆盖(TP)、免耕地膜覆盖(NTP)下0—5,5—10,10—30cm土层总磷和各磷组分分布特征。结果表明:(1)较之T处理,5种保护性耕作方式均可提高0—10cm土层总磷含量,尤以NTS处理表现最明显,10—30cm土层NTS、TS处理总磷含量显著高于T处理,而NT、NTP、TP处理显著低于T处理;(2)NTS、NTP、NT处理可不同程度地提高0—10cm土层活性无机磷组分Resin—Pi、NaHCO_3—Pi的含量,尤其以NTS、NTP效果最显著,但10—30cm土层NTP处理2种磷组分分别较T处理低39.2%,13.6%;(3)保护性耕作对NaOH—Pi的影响没有明显规律;(4)D.HCl—Pi、C.HCl—Pi和Residual—P对耕作方式的响应不明显;(5)NTS、TS处理可以显著提高0—30cm土层有机磷组分NaHCO_3—Po、NaOH—Po、C.HCl—Po含量,NTP处理也可以提高NaHCO_3—Po和NaOH—Po含量,但该处理下稳定态的C.HCl—Po较T处理低11.5%;(6)各处理总磷和多数磷组分在土壤剖面呈自上而下逐渐递减分布规律,且在10—30cm土层同种覆盖条件下免耕处理的降幅大于耕作处理,无机磷组分Resin—Pi、NaHCO_3—Pi、NaOH—Pi的降幅明显,而有机磷组分NaHCO_3—Po、NaOH—Po的降幅相对较小;(7)Resin—Pi、NaHCO_3—Pi、NaHCO_3—Po对有效磷和作物产量都具有正向作用且贡献较大,免耕秸秆覆盖方式促进3种磷组分积累的效果最明显,从土壤磷素角度看它是最适合本地区农业可持续发展的保护性耕作方式。     

耕作措施对陇中麦豆轮作系统土壤真菌群落的影响

为探究耕作措施对陇中旱农区麦豆轮作系统土壤真菌多样性的影响,依托2001年布设在陇中旱农区的田间定位试验,应用高通量测序技术比较传统耕作(T)与3种保护性耕作[免耕(NT)、传统耕作+秸秆还田(TS)和免耕+秸秆覆盖(NTS)]对麦豆轮作体系真菌群落结构的影响。结果表明:1)子囊菌门(52.74%)、担子菌门(14.10%)为陇中旱农区麦豆轮作系统土壤真菌的主要优势种群,免耕秸秆覆盖处理下担子菌门丰度较传统耕作增加15.01%,免耕处理子囊菌门、担子菌门丰度较传统耕作分别提高3.67%、1.86%。2)保护性耕作措施能不同程度提高0～30 cm土层土壤真菌丰富度与多样性指数,其中以免耕秸秆覆盖效果最明显,但各处理间差异不显著;较传统耕作,0～30 cm土层土壤真菌特有OTU数量NTNTSTST,同时较传统耕作,免耕秸秆覆盖处理土壤真菌OTU数量提高8.07%,免耕处理提高12.41%。因此,在陇中旱农区推广以免耕秸秆覆盖为主的保护性耕作措施有利于提高土壤真菌群落丰富度和多样性。     

不同耕作方式对旱地土壤酶活性的影响

通过设置在甘肃省定西市安定区李家堡乡的田间定位试验,研究了传统耕作(T)、免耕(NT)、免耕结合秸秆覆盖(NTS)以及秸秆还田(TS)处理对土壤酶活性的影响。结果表明:(1)与T相比,NT、NTS以及TS处理均可使土壤酶活性增加,对于表层土壤而言,效果更为明显;(2)脲酶、蔗糖酶和碱性磷酸酶等水解酶活性在耕翻处理下随土层的加深呈现先增加后降低的趋势,而在免耕处理下随土层的加深而减少;(3)过氧化氢酶和多酚氧化酶等氧化还原酶活性均随土层的加深而减少;(4)五种土壤酶活性之间的相关性都达到了显著相关。     

连续秸秆还田和免耕对土壤团聚体及有机碳的影响

选取湖北省武穴市8年田间定位试验中的传统耕作(CT)、秸秆还田配合传统耕作(CTS)、免耕(NT)和秸秆还田配合免耕(NTS)4种处理,研究连续秸秆还田和免耕措施对表层(0—20cm)和亚表层(20—40cm)土壤团聚体稳定性及有机碳(SOC)的影响。结果表明:CTS、NT和NTS均显著增加了表层5mm水稳性团聚体的含量和团聚体平均重量直径(MWD),秸秆还田显著增加了亚表层土壤水稳性团聚体的MWD。与CT比较,CTS、NT、NTS处理的SOC含量分别增加20.83%,21.98%,32.76%。CTS和NTS处理显著提高了表层5,5~2,0.25mm团聚体中SOC含量,NT则显著提高了5,5~2mm团聚体中SOC含量;CTS显著增加了亚表层0.25 mm团聚体中SOC的含量。秸秆还田增加了表层土壤的碳(C)、氢(H)、氮(N)和氧(O)的含量,免耕降低了H的含量,增加了其他3种元素的含量,但是免耕处理增加了亚表层土壤中H的含量。NT和NTS处理较CT和CTS处理降低了土壤的H/C值,表明土壤的脂肪族成分在不断增加。秸秆还田主要增加了土壤中醇、酚类,芳香类,脂肪族化合物和碳水化合物的含量,而免耕主要增加脂肪族化合物的含量。这些有机组分的增加有助于团聚体稳定性的增强。     

耕作方式对耕层土壤结构性能及有机碳含量的影响

为了寻求能够提高土壤结构稳定性的耕作模式,在陇中黄土高原半干旱区连续7年的定位试验研究基础上,采用常规分析方法(湿筛法、重铬酸钾容量法、环刀法),研究了不同耕作方式对耕层土壤结构性能及有机碳含量的影响.结果表明:与传统耕作(T)相比,免耕无覆盖(NT)、传统耕作+秸秆还田(TS)和免耕+秸秆覆盖(NTS)3种保护性耕作方式均能不同程度地增加耕层土壤的有机碳和不同粒径水稳性团聚体的含量,其中免耕+秸秆覆盖(NTS)处理效果最佳.在0～10 cm土层中,NTS处理的土壤容重低、孔隙度大,土壤结构得到了较大改善.不同耕作方式下0～5 cm、5～10 cm和10～30 cm土层粒径1～0.5 mm水稳性团聚体的含量最高,粒径>0.25 mm水稳性团聚体含量与有机碳含量和孔隙度呈显著正相关,与容重呈显著负相关.     

不同耕作方式对旱地土壤酶活性动态的影响

结合中长期田间定位试验,研究了传统耕作(T)、免耕(NT)、免耕结合秸秆覆盖(NTS)以及秸秆还田(TS)处理下春小麦生长期内土壤过氧化氢酶、脲酶、蔗糖酶和碱性磷酸酶等活性的动态变化趋势。结果表明:(1)各种酶的活性随着小麦生育期的变化呈现出明显的规律性变化,并且四种耕作方式下各种酶活性的变化趋势基本一致。土壤过氧化氢酶和蔗糖酶活性呈现先上升,在灌浆期出现峰值后逐渐下降的变化规律。土壤脲酶和碱性磷酸酶活性呈现先上升,在拔节期出现峰值后逐渐下降,而在灌浆期到收获后又处于回升阶段。(2)在春小麦的各生育期:与T相比较,NT、NTS以及TS处理均可使土壤酶活性增加。     

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→小麦→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7a的轮作后,两种轮作次序下,0-30cm土层中土壤有机碳、全氮、土壤微生物量碳、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,土壤微生物量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。     

长期保护性耕作对黄绵土总有机碳和易氧化有机碳动态的影响

长期定位试验研究了黄土高原西部旱农区不同耕作措施(传统耕作T、免耕+秸秆覆盖NTS、免耕NT、传统耕作+秸秆翻埋TS、传统耕作+地膜覆盖TP和免耕+地膜覆盖NTP)对黄绵土土壤总有机碳和易氧化有机碳的影响。结果表明, 土壤有机碳含量随土壤深度的增加而降低, 10~30 cm土层土壤有机碳含量的下降较为明显, 并且在0~5 cm、5~10 cm和10~30 cm土层中, 均表现为由研究初期各处理相对差异较小到试验中后期各处理出现显著差异的变化。不同耕作措施下0~30 cm土壤总有机碳和易氧化有机碳在2002-2012年的平均含量均为NTS>TS>NTP>NT>T>TP。与传统耕作相比, 免耕各处理和传统耕作秸秆翻埋处理可增加1.2%~7.2%的土壤总有机碳, 5.3%~16.6%的土壤易氧化有机碳含量, 而传统耕作覆膜处理分别降低4.3%和2.7%。免耕和秸秆覆盖处理均有利于黄绵土土壤有机碳和易氧化有机碳的积累, 免耕结合秸秆覆盖效果最佳, 而多年传统耕作覆盖地膜后有机碳明显降低。免耕秸秆覆盖处理土壤总有机碳和易氧化有机碳含量平均值在2004年、2006年、2008年、2010年及2012年分别较2002年提高9.5%和42.9%、13.2%和67.6%、21.5%和71.5%、1.1%和15.9%、2.7%和12.6%。因此, 在西部黄土高原黄绵土区, 采用免耕结合秸秆覆盖的保护性耕作措施有利于土壤总有机碳和易氧化有机碳含量的提高, 从而有利于土壤质量的持续改善。易氧化有机碳对不同耕作措施的响应比总有机碳更灵敏, 可以将其作为指示黄绵土有机碳变化的早期指标。     

保护性耕作对地表径流及土壤侵蚀的影响

采用人工模拟降雨方法对陇中黄土高原连续实施5a的4种耕作措施：传统耕作（T），传统耕作结合秸秆还田（TS），免耕（NT），免耕加秸秆覆盖（NTS）下豌豆地收获后的径流起始时间、径流量、土壤侵蚀量进行了研究。结果表明，在降雨强度为85mm／h的条件下，NTS可以延缓径流，减小径流强度。与NT，TS，T这3种处理比较，NTS的径流量分别降低了2．4％，12．1％，34．7％。入渗量分别增加了2．7％，13．6％，38．6％。径流出现时间分别延迟1．17，0．83，3．83min。土壤侵蚀量减少了0．3％，17．7％，62．4％。可见，免耕秸秆覆盖的水土保持效应最为明显，传统耕作的方式极易发生土壤侵蚀。     

不同耕作措施对旱地土壤有机碳转化的影响

通过田间定位试验探讨了黄土高原旱地不同耕作措施下土壤有机碳的存在形式、转化过程以及有机碳各组分之间的关系。结果表明，免耕可以增加土壤有机碳含量，作物秸秆的保留与否主要影响土壤全碳（TOC）的变化。免耕秸秆覆盖（NTS）极显著提高了表层TOC含量，在干旱半干旱地区秸秆还田17个月就可使表层土壤TOC含量增加20．77％。传统耕作不覆盖（T）和传统耕作结合秸秆还田（TS）等耕作措施会破坏土壤结构，不利于土壤有机碳的积累。不同处理间的土壤焦磷酸钠提取态碳（SPPC）含量差异不显著，SPPC的含量占TOC的比例随耕作措施和土壤性质的不同变幅很大，从23．70％到50．60％不等。NTS处理的SPPC含量最高，NT处理的SPPC含量最低，说明免耕秸秆覆盖有利于改善土壤理化性质，而单纯免耕、不归还秸秆不利于土壤有机质的积累。土壤热水溶性碳水化合物（HWCC）的积累量是NTS〉NT〉TS〉T，说明免耕秸秆覆盖有利于土壤活性有机质的产生和积累，有利于土壤理化性质的改良，能够给土壤微生物提供大量能源物质，有利于土壤的健康发展。     

黄土高原旱地土壤质量评价指标研究

基于设置在陇中黄土高原半干旱区的长期定位试验,运用综合评价模型,定量评价了小麦→豌豆双序列轮作系统6种不同耕作方式对土壤质量的影响。结果表明,采用加权综合法和加乘法则对土壤质量进行综合评价,能够较好地反映土壤质量的实际情况,敏感地反映耕作方式对土壤质量的影响。运用逐步判别分析法对6种不同耕作方式[传统耕作(T)、免耕作(NT)、传统耕作秸秆还田(TS)、免耕秸秆覆盖(NTS)、传统耕作地膜覆盖(TP)、免耕地膜覆盖(NTP)]下29项土壤属性指标进行筛选,建立了包括团粒结构、全氮、速效氮、有机质、蔗糖酶活性、作物产量、种植纯收益和产投比8项因子的简化评价指标体系。原始评价指标体系下2种轮作序列土壤质量指数排序均为NTSTSNTPNTTPT;简化评价指标体系下豌豆→小麦轮作序列土壤质量指数排序为NTSTSNTPNTTTP,而小麦→豌豆轮作序列土壤质量指数排序为NTSTSNTNTPTTP。进一步相关分析和方差分析表明,应用逐步判别分析法建立的简化指标体系具有较高的代表性,可适用于黄土高原半干旱区土壤质量评价。     

不同耕作措施下豆麦双序列轮作农田温室气体的排放特征及其增温潜势

基于甘肃农业大学在定西市李家堡镇开展的保护性耕作长期定位试验,采用CO2分析仪、静态箱-气相色谱法对2011年度不同耕作措施下豆麦双序列轮作农田土壤CO2和N2O的排放通量进行全年连续观测。结果表明:测定期内不同耕作措施下豆麦双序列轮作农田土壤均表现为CO2源和N2O源;免耕不覆盖有利于降低两个序列土壤的CO2排放通量,免耕秸秆覆盖、免耕不覆盖和传统耕作+秸秆还田三种保护性耕作处理不同程度的减少了两个序列土壤的N2O排放通量;两个序列下CO2的相对增温潜势最大,W→P→W序列传统耕作+秸秆还田处理对温室效应贡献最多,相反免耕不覆盖处理能相对减少温室气体排放量,从而降低温室效应;P→W→P序列传统耕作不覆盖处理对温室效应的贡献最大,传统耕作+秸秆还田处理对温室效应贡献最小,对温室气体有减排效应。     

16年保护性耕作措施对粮草轮作系统土壤碳库及稳定性的影响

土壤碳库是陆地生态系统碳库的重要组成部分,对维持全球碳平衡及气候变化具有重要作用,其变化除了受气候和环境因素的影响外,还受农业耕作措施的影响。为研究长期保护性耕作措施对黄土高原陇东地区玉米(Zea mays L.)-小麦(Triticum aestivum L.)-箭筈豌豆(Vicia sativa L.)轮作系统土壤碳库及碳库变化的影响,利用已进行16年传统耕作(T)、传统耕作+秸秆还田(TS)、免耕(NT)、免耕+秸秆还田(NTS)的保护性耕作定位试验,探究0—200 cm土层土壤全碳、有机碳、易氧化有机碳、碳库指数、碳库管理指数、碳库活度指数的变化。结果表明:连续进行16年保护性耕作措施能够显著增加0—5 cm土层土壤有机碳及易氧化有机碳含量(P0.05),对深层土壤有机碳和易氧化有机碳影响不显著,相比T,TS、NT、NTS处理能够使土壤有机碳含量分别升高59.74%,58.43%,80.56%,使易氧化有机碳含量分别升高49.80%,49.65%,53.17%。保护性耕作措施对土壤碳库变化的影响随土层深度改变,其中TS、NT和NTS处理土壤碳库指数在0—10 cm土层显著高于10—20 cm土层,而土壤碳库活度指数和碳库管理指数在10—20 cm土层显著高于0—10 cm土层,土壤易氧化有机碳含量是决定土壤碳库活度指数和土壤碳库管理指数变化的主要原因。通过16年的长期试验证明,免耕+秸秆还田处理是提升农田表层土壤碳库及稳定性的有效措施,研究结果可为探讨土壤固碳机理、优化黄土高原地区农田管理措施提供理论指导。     

免耕和秸秆还田对东北黑土区土壤团聚体组成及有机碳含量的影响

为解决东北黑土区因不合理耕作导致的土壤结构性状变差及有机碳含量下降的问题，该研究于2015年开始，在黑龙江省哈尔滨市东北农业大学向阳试验基地开展。设置免耕+秸秆还田（NTS）、免耕（NT）、翻耕+秸秆还田（CTS）、翻耕（CT）4种处理，于2018、2019年采集土样，研究免耕措施及秸秆还田对东北薄层黑土区0～10、>10～20 cm土壤团聚体稳定性、土壤有机碳含量、各粒径团聚体内有机碳含量影响。结果表明：2018和2019年0～10、>10～20 cm土层NTS处理>5 mm水稳性团聚体百分比含量及平均重量直径（MWD）显著高于其他3种处理，NTS及NT处理土壤有机碳含量显著高于CTS及CT处理（P?<0.05），4种处理各粒径水稳性团聚体有机碳含量峰值总体出现在1～2 mm处，NTS及NT处理>5、2～5、1～2 mm有机碳贡献率整体高于CTS及CT处理。研究表明，免耕与秸秆还田有利于薄层黑土坡耕地耕层土壤团聚体稳定性的提高和各粒级下团聚体有机碳的积累，与其他3种处理相比，免耕+秸秆还田效果更佳。