长期免耕旱作对冬小麦生长季土壤剖面有机碳含量的影响

依托21a长期免耕秸秆还田定位试验，探究长期免耕加秸秆还田的田间管理方式对冬小麦生长季0−60cm土层内土壤有机碳（SOC）和土壤活性有机碳（MBC、POC、DOC）的影响。试验共设长期免耕秸秆还田（NT）与常规耕作（CT）两种耕作模式，分析0−60cm土层内土壤总有机碳（SOC）、土壤微生物量碳（MBC）、土壤颗粒有机碳（POC）、土壤可溶性碳（DOC）含量的变化。结果表明，在0−20cm土层，NT处理SOC含量显著高于CT处理，其中0−5cm和5−10cm土层平均SOC含量分别增加了81.2 %和52.9 %，冬小麦不同生育期内土壤SOC含量变化不显著；在0−30cm土层内，与CT处理相比，NT显著改变了土壤MBC、POC及DOC在播种前、越冬前、拔节期、开花期和成熟期5个生育阶段的分布情况，且显著提高了5个生育阶段内土壤活性有机碳的含量（P＜0.05），其中0−5cm土层内，土壤MBC、POC及DOC含量在各个时期相较于CT处理分别增长60.8%～161.4%、71.8%～141.1%和21.9%～104.4%。0−60cm土层内，两种耕作方式下的SOC、MBC、POC、DOC均随着土壤深度的增大呈下降趋势。说明长期免耕可提高耕作层土壤有机碳含量和小麦生长季活性有机碳的水平，这为旱地土壤有机碳的高效固存提供了理论依据。     

长期保护性耕作对坡耕地黑土有机碳组分的影响

为对比长期保护性耕作模式与传统耕作模式对黑土有机碳组分的差异化,揭示长期保护性耕作对侵蚀退化黑土质量的恢复作用。基于典型黑土坡耕地连续15 a保护性耕作长期定位田间试验,设置免耕保护性耕作（NT）和旋耕传统耕作（CT）2个田间耕作试验,并实行玉米-大豆轮作模式,测定并分析了两种耕作措施下土壤有机碳及其不同碳组分随土壤剖面的垂直分布及变化特征。结果表明：连续实施15 a的NT与CT相比分别显著提高0～5和>5～10 cm土层的土壤有机碳质量分数（29.54%和22.38%）（P<0.05）,碳储量（31.11%和27.34%）（P<0.05）,全氮质量分数（53.74%和37.60%）（P<0.05）,表层土壤碳氮质量分数提升显著（P<0.05）,深层土壤碳氮质量分数变化不显著;以>5～10 cm土层土壤颗粒有机碳（69.85%）、0～5 cm土层的土壤轻组有机碳（130.81%）和0～5、>5～10 cm土层土壤微生物量碳（85.59%和59.53%）的提升为主,并且对深层土壤有机碳组分也产生一定的积极影响;耕作效应对于土壤团聚体稳定性指标影响显著（P<0.05）,并且土壤团聚体稳定性指标对于SOC质量分数提升也起到了关键作用。研究表明,与传统耕作相比,连续实施15 a保护性耕作,增加的有机碳以活性有机碳为主。长期的保护性耕作对恢复退化农田黑土质量及土壤固碳均具有重要意义。     

保护性耕作下南方旱地土壤碳氮储量变化

通过4 a的田间定位试验和室内分析,采用随机区组排列,在玉米收获后采集0~40 cm土层的土样,研究了贵州省典型旱地保护性耕作下土壤有机碳(SOC)和全氮(TN)储量的变化特征。结果表明,保护性耕作的短期固碳效果不明显,在试验的前3 a,保护性耕作较传统耕作相比土壤碳氮储量无明显变化;但4 a后,保护性耕作的0~20 cm和20 cm^40 cm土层有机碳储量比传统耕作分别显著提高7.1%和8.5%,表层(0~20 cm)土壤氮储量显著提高7.7%;就0~40 cm土体而言,4 a后保护性耕作土壤有机碳氮储量比传统耕作分别显著提高7.7%和6.5%。保护性耕作对土壤碳:氮比的影响不明显。从长远的提升土壤碳氮储量的角度来看,保护性耕作是喀斯特地区值得推广的农田管理措施。     

耕作方式对华北农田土壤固碳效应的影响

研究不同耕作方式对华北农田土壤固碳及碳库管理指数的影响,可为探寻有利于农田固碳的耕作方式提供科学依据。该研究在中国农业大学吴桥实验站进行,试验于2008年设置了免耕秸秆不还田(NT0)、翻耕秸秆不还田(CT0)、免耕秸秆还田(NT)、翻耕秸秆还田(CT)和旋耕秸秆还田(RT)5个处理。研究测定分析了土壤容重、有机碳、易氧化有机碳含量及不同耕作方式下的碳库管理指数。通过对不同耕作方式下0～110cm土壤的分析,结果表明,随着土层的加深,土壤有机碳含量不断下降,NT显著增加了表层(0～10cm)土壤有机碳含量,而>10～50cm有机碳含量较其他处理(NT0除外)有所下降,深层(>50～110cm)处理间差异不明显;土壤容重与有机碳含量呈显著的负相关关系(P<0.01);0～30cm土层有机碳储量以NT最高,CT与其无明显差异,二者较CT0分别高出13.1%和11.0%,而至0～50cm土层,CT的碳储量最高,但与NT无显著差异(P<0.05);与CT0相比,NT0降低了各层土壤易氧化有机碳含量,而NT则在0～10cm土层表现为增加;RT、CT分别显著增加了0～10、>10～30cm土层的碳库管理指数。结果表明,秸秆还田可改善土壤质量,提高农田碳库管理指数,同时碳库管理指数受耕作方式的影响也较大,尤其是CT和RT;NT通过减少土壤扰动、增加有机质的输入,可提高上层土壤有机碳的储量。     

退耕还果对黄土高原沟壑区坡地土壤和植被碳、氮储量的影响

土地利用方式变化是影响陆地生态系统碳储量的重要因素。试验以黄土高原沟壑区王东沟小流域杜家坪坡地果园和邻近农田为对象,分析了坡地退耕还果20年后,地上植被生物量、地下根系生物量以及0100 cm土层有机碳氮储量的变化及其影响因素。结果表明,坡地果园0100 cm土层有机碳（SOC）储量为C 50.7 Mg/hm2 低于农田（C 57.3 Mg/hm2）,但020cm土层,果园SOC储量为C 16.7 Mg/hm2高于农田（C 15.3 Mg/hm2）,增幅为9.2%;而在20100cm土层,SOC含量基本呈现出农田果园的趋势。果园土壤1m剖面各层次全氮（TN）含量都低于农田,但未达到显著水平。农田退耕为果园20年后,坡地果园植株和根系碳储量（C 19.7Mg/hm2）、氮储量（N 165.9 kg/hm2）约为农田作物（C 3.4 Mg/hm2、N96.8kg/hm2）的5.8和1.7倍。果树主干、枝条和根部的新增生物量是导致果园生态系统碳、氮储量积累的主要因素。     

基于Meta-analysis研究不同管理措施对中国农田土壤剖面有机碳的影响

深入理解土壤剖面深层有机碳的含量和变化（Soil Organic Carbon, SOC）对于准确估算农田土壤碳库具有重要意义，因此，探讨不同农田管理措施对剖面SOC的影响程度至关重要。本研究收集了1980-2019年间国内外已发表有关中国农田管理措施对剖面SOC影响的文献，利用Meta-analysis整合分析不同农田管理措施对我国农田土壤剖面SOC变化的影响。结果表明，不同耕作条件下，NTS对土壤剖面SOC的提升速率显著大于CT，年变化率达36.1%，深层土壤（<20 cm）SOC也明显增加约7%-31%，增加了深层土壤碳的输入量；与不施肥相比，不同施肥措施均能显著提高剖面SOC含量，其中MNPK处理对耕层（0-20 cm）SOC增长速率最大，约为0.52 g/(kg·yr)；常年水田耕作形成的淹水厌氧环境，可有效减缓有机物质的矿化分解、增加表层（0-20 cm）SOC累积，年增长率达24.84%；随耕作年限增加，表层土壤碳随耕作输入深层土壤，深层（<20 cm）SOC固定量增加约2.17%-20.29%。不同农田管理措施比较分析结果显示，MNPK、NTS和水田耕作通过保护土壤结构稳定、维持土壤环境不被破坏、增加土壤碳输入等手段，均可达到抑制SOC矿化分解和提升土壤固碳量的效果，其中，NTS对剖面SOC的年提升率达11%-36%，在管理措施中表现最佳，可广泛推广。     

石羊河流域干旱荒漠区人工梭梭林对土壤碳库的影响

采用野外调查与室内分析相结合的方法,研究石羊河流域民勤干旱沙区种植人工梭梭林4,13,36年后的土壤有机碳(Soil organic carbon,SOC)、无机碳(Soil inorganic carbon,SIC)、全氮(Total nitrogen,TN)和总碳(soil total carbon,TC)含量及储量变化特征。结果表明:流动沙地种植梭梭后,0-50cm层灌丛下和行间SOC和TN含量总体随造林年限增加而增加,5-50cm层灌丛下SIC含量在13年梭梭林地最高。36,13年林地0-50cm层灌丛下SOC和TN储量均高于行间,而13年灌丛下SIC储量低于行间,4年灌丛下5-50cm层SOC、TN和SIC储量均低于行间。0-50cm层土壤有机碳、无机碳、全氮储量增幅分别为102.44%,24.66%,54.55%,36年林地SOC和TN储量随土层加深先降低后增加,但4,13年和流动沙地SOC、SIC和TN储量均随土层加深而增加。土壤有机碳占总碳比例随造林年限增加而增加。相关分析结果表明,土壤颗粒组成、造林年限、土层深度等与土壤有机碳和全氮储量显著相关(P0.01)。民勤干旱沙区造林提高了土壤碳库截存量,并且随林龄增长而增长。     

西北旱作农田不同耕作模式对土壤性状及小麦产量的影响

【目的】在雨养农业区,旱作区因连年翻耕而引起严重的土壤质量退化,使作物生产力下降,需定期改变其耕作方式。免耕深松隔年轮耕可以降低土壤容重,增加耕层土壤团聚体和有机碳氮的含量,增强土壤蓄水保墒能力,对改善土壤性状和提高作物产量具有重要意义。【方法】本研究于2007～2010年在宁夏南部半旱区进行了两年免耕一年深松 (NT/ST/NT)、两年深松一年免耕 (ST/NT/ST)、连年翻耕 (CT) 3种耕作模式试验,研究了其对耕层土壤容重、团聚体、土壤有机碳氮含量、土壤水分及作物产量的影响。【结果】3年耕作处理后,与连年翻耕相比,NT/ST/NT、ST/NT/ST处理0—20 cm层土壤容重分别降低了4.4%和7.3%,20—40 cm土层分别降低2.1%和5.7%,40—60 cm土层分别降低4.1%和5.5%;土壤孔隙度0—20 cm土层分别提高了4.1%和6.8%,20—40 cm土层提高了2.1%和4.3%,40—60 cm土层提高了5.5%和5.7%。0—20 cm土层,NT/ST/NT处理0.25～2 mm机械稳定性团聚体含量平均较CT处理提高了12.4%,ST/NT/ST处理 > 2 mm机械稳定性团聚体含量较CT处理平均提高了42.0%;20—40 cm土层,NT/ST/NT、ST/NT/ST处理 > 2 mm团聚体含量较CT处理平均分别提高了44.3%和50.4%。两种轮耕模式使0—40 cm土层土壤团聚体平均重量直径分别显著高于CT处理21.8%和22.5%,几何平均直径分别高于CT处理9.6%和9.5%。三个处理耕层土壤有机碳氮含量均比试验前有不同程度的增加,轮耕处理0—30 cm土层0.25～2 mm粒级有机碳含量和 < 0.25 mm粒级全氮含量显著高于CT,以ST/NT/ST处理效果最佳。NT/ST/NT和ST/NT/ST处理0—10 cm土层0.25～2 mm团聚体有机碳含量较CT处理分别显著提高7.9%和10.2%,10—20 cm土层分别提高19.0%和15.7%,20—30 cm土层分别提高10.6%和13.3%;0—10 cm土层 < 0.25 mm粒级全氮含量显著提高9.4%和10.9%,10—20 cm土层分别提高6.8%和10.2%,20—30 cm土层分别提高7.4%和9.3%。研究期间,NT/ST/NT和ST/NT/ST处理较CT处理可显著提高0—200 cm土壤贮水量,其中以ST/NT/ST处理保蓄土壤水分效果最佳。在小麦生长前期,轮耕处理土壤贮水量均高于连年翻耕,生长后期ST/NT/ST处理土壤水分含量最高,NT/ST/NT处理次之。轮耕处理的小麦生物量和籽粒产量显著高于连年翻耕,其中小麦籽粒产量分别增加9.6%和10.7%。【结论】免耕/深松轮耕可显著改善土壤的物理性状和水分环境,显著增加耕层土壤有机碳氮含量,提高作物的生产力,在宁南旱区有重要的应用前景。     

耕作措施对双季稻田土壤碳及有机碳储量的影响

针对不同耕作措施对双季稻田的固碳效应和固碳潜力问题,选择湖南省宁乡县的双季稻区试验点进行了有机碳、活性有机碳以及耕层有机碳储量的研究,以期为制定适合于稻田条件下的合理耕作方式提供理论依据。结果表明,耕作措施和秸秆还田对有机碳（SOC）和活性有机碳（AOC）含量均产生不同程度的影响。免耕处理下,有机碳和活性有机碳含量皆随土壤深度的增加而减少,土壤0～5cm的SOC和AOC的含量最高,且与其他层次达到显著性差异水平（P＆lt;0.05）,具有明显的表层富集现象。与免耕相比,旋耕和翻耕则更利于5～10cm和10～20cm土层的有机碳和活性有机碳的积累。比较秸秆还田对SOC和AOC的影响表明,秸秆还田有效地提高了0～10cm有机碳含量,但对10～20cm并未产生显著影响,秸秆的输入并未增加土壤活性有机碳的含量。采用等质量方法计算了耕层土壤有机碳储量,结果显示旋耕秸秆还田使有机碳储量明显增加,而免耕只增加了土壤0～5cm和5～10cm土层有机碳储量,10～20cm有机碳储量有所降低,但耕作措施对有机碳储量的长效作用还有待于进一步研究。     

耕作与轮作方式对黑土有机碳和全氮储量的影响

土壤有机碳(SOC)及全氮(TN)对土壤肥力、作物产量、农业可持续发展以及全球碳、氮循环等都具有重要影响。为探索不同耕作和轮作方式对耕层黑土SOC和TN储量的影响,本文以吉林省德惠市进行了8 a的田间定位试验中层黑土为研究对象,对免耕、垄作和秋翻三种耕作方式及玉米-大豆轮作和玉米连作两种轮作方式下SOC和TN在各土层的含量变化进行了分析,并采用等质量土壤有机质储量计算方法,对比分析了不同处理对0～30 cm SOC和TN储量的影响。结果表明,与试验开始前相比,玉米-大豆轮作系统中,秋翻下SOC和TN储量均有所降低;免耕显著增加了0～5 cm SOC及TN含量,但SOC在亚表层亏损,导致其储量并未增加;而垄作处理下SOC及TN含量在0～5、5～10 cm的均显著增加,0～30 cm储量亦分别增加了4.9%和10.7%。玉米连作系统的两种耕作处理(免耕和秋翻)下SOC和TN储量均有所增加,且TN储量增幅均高于玉米-大豆轮作系统,其中免耕下TN储量增幅是玉米-大豆轮作的3.2倍。所有处理下C/N均呈降低趋势,其中垄作0～5 cm C/N由12.05降至11.04,降低幅度分别是免耕和秋翻的3.2和2.8倍。综上可知,对质地黏重排水不良的中层黑土,玉米-大豆轮作系统下免耕并不是促进SOC固定的有效形式,而垄作则促进了黑土SOC和TN的积累,这不仅有利于土壤肥力的改善,而且是使农田黑土由CO2"源"变为"汇"的有效形式之一。与玉米-大豆轮作相比,玉米连作下三种耕作方式都有利于SOC和TN积累。     

耕作方式对双季稻田土壤有机碳储量的影响

Tillage practices can potentially afect soil organic carbon (SOC) accumulation in agricultural soils. A 4-year experiment was conducted to identify the influence of tillage practices on SOC sequestration in a double-cropped rice (Oryza sativa L.) field in Hunan Province of China. Three tillage treatments, no-till (NT), conventional plow tillage(PT), and rotary tillage(RT), were laid in a randomized complete block design. Concentrations of SOC and bulk density(BD) of the 0-80 cm soil layer were measured, and SOC stocks of the 0-20 and 0-80 cm soil layers were calculated on an equivalent soil mass(ESM) basis and fixed depth (FD) basis.Soil carbon budget(SCB) under diferent tillage systems were assessed on the basis of emissions of methane(CH4) and CO2 and the amount of carbon (C) removed by the rice harvest. After four years of experiment, the NT treatment sequestrated more SOC than the other treatments. The SOC stocks in the 0-80 cm layer under NT (on an ESM basis) was as high as 129.32 Mg C ha 1,significantly higher than those under PT and RT (P < 0.05). The order of SOC stocks in the 0-80 cm soil layer was NT > PT > RT,and the same order was observed for SCB; however, in the 0-20 cm soil layer, the RT treatment had a higher SOC stock than the PT treatment. Therefore, when comparing SOC stocks, only considering the top 20 cm of soil would lead to an incomplete evaluation for the tillage-induced efects on SOC stocks and SOC sequestrated in the subsoil layers should also be taken into consideration. The estimation of SOC stocks using the ESM instead of FD method would better reflect the actual changes in SOC stocks in the paddy filed, as the FD method amplified the tillage efects on SOC stocks. This study also indicated that NT plus straw retention on the soil surface was a viable option to increase SOC stocks in paddy soils.     

不同耕作措施对甘肃引黄灌区耕地土壤有机碳的影响

为了探明不同耕作措施对甘肃引黄灌区耕地土壤有机碳的影响,2014-2017年在连续翻耕8a的玉米地上设置翻耕(CT)、旋耕(RT)、深松(ST)、免耕(NT)4个单一耕作处理和翻耕-免耕(CT-NT)、深松-免耕(ST-NT)2个轮耕处理开展了研究。结果表明,连续免耕(NT)显著增加了0～40cm土层有机碳含量和有机碳储量(P0.05),平均比CT增加4.45%和5.27%,比RT增加7.23%和8.50%;连续深松(ST)也有较好的固碳效果,在4个单一耕作措施中仅次于NT;连续翻耕(CT)和旋耕(RT)显著降低了土壤有机碳含量和有机碳储量(P0.05),RT的降低幅度大于CT。CT-NT和ST-NT2个轮耕处理既有较好的固碳效果,又符合当地农民操作习惯,有机碳含量分别比CT增加2.44%和4.82%,比RT增加5.12%和7.55%;有机碳储量比CT增加2.50%和5.47%,比RT增加5.64%和8.70%。不同耕作制度会使土壤有机碳发生层化,但有机碳含量的层化更多表现在不同土层之间,相同层次各处理之间变化不大;而有机碳储量只在耕层以下发生了层化,相同土层各处理之间也表现出比较明显的层化特征。因此,综合分析认为,任何一个单一耕作措施都有其局限性,CT-NT和ST-NT是比较理想的耕作模式,在该区域农业可持续发展中具有一定的应用价值。     

长期保护性耕作对土壤有机碳和玉米产量及水分利用的影响

【目的】通过研究保护性耕作对旱地春玉米土壤有机碳(SOC)、产量及水分利用的影响,分析保护性耕作的增产机制,为旱作农田耕作技术应用提供理论和技术支持。【方法】采用2003~2013年连续11年的田间定位试验,设传统耕作(CT)、少耕(RT)和免耕(NT)3种耕作措施,分析土壤0-20 cm和20-40 cm土层有机碳含量、土壤0-20 cm含水量、作物耗水量、玉米产量和水分利用效率的年际变化和耕作处理间的差异,并对玉米产量与影响因素的相关性进行分析。【结果】1)保护性耕作能有效提高土壤有机碳含量,少耕、免耕处理0-20 cm土层有机碳含量11年平均值较传统耕作分别提高了11.2%和3.4%;至2013年少耕、免耕20-40 cm土层有机碳含量分别较传统耕作增加了5.53和3.29 g/kg;土壤0-20 cm有机碳储量净增加速率分别为C 0.365和0.754t/(hm2·a)。2)保护性耕作具有明显的增产效果,少耕产量最高,增产效果最好2003~2013年均产量为5.83t/hm~2,较传统耕作提高了14.7%;免耕次之,年均产量为5.39 t/hm~2,较传统耕作增产6.1%。3)各耕作处理玉米产量与土壤0-20 cm土层含水量之间存在显著的二次方程关系,与作物耗水量之间具有显著的乘幂方程关系。4)保护性耕作可以增加土壤水分减少玉米生育期内的耗水量,提高水分利用效率,其中免耕土壤0-20 cm土层水分含量最高2003-2013年平均含水量为15.2%,较传统耕作和少耕提高了1.90和1.66个百分点,且生育期耗水量最少2003~2013年均耗水量为403.5 mm,较传统耕作和少耕减少了16.1 mm和7.6 mm;少耕、免耕的水分利用效率较传统耕作分别提高了16.1%和10.2%,降水利用效率较传统耕作提高13.9%和5.8%。【结论】长期保护性耕作可以有效地提高土壤有机碳含量、增加土壤水分、减少作物耗水量,从而显著提高了玉米产量和水分利用效率,3种耕作措施中以少耕效果最好,免耕次之在旱作农田推广少、免耕保护性耕作措施是一种增产、节水的有效途径。     

Effect of optimal irrigation,different fertilization,and reduced tillage on soil organic carbon storage and crop yields in the North China Plain

The objective was to evaluate the effect of different agricultural managements on soil organic C (SOC) storage and crop yields in the North China Plain (NCP). The study was conducted at five experimental stations. Different agricultural managements were designed, including optimal (OPT) and conventional (CON) irrigation and fertilization treatments, different amounts of fertilization application and residue‐return treatments, and different tillage practices. Compared to the CON treatment, SOC storage in the 1 m soil profile under the OPT treatment increased by 2 t ha^–1, 8 t ha^–1, and 4 t ha^–1 at Quzhou, Wuqiao, and Dongbeiwang sites, respectively. The annual increasing rate of SOC storages in the topsoil (0–30 cm) under the OPT treatments at Wuqiao (0.88 t ha^–1 y^–1), Quzhou (0.93 t ha^–1 y^–1), and Dongbeiwang (1.86 t ha^–1 y^–1) were higher than those in the CON treatments at Wuqiao (0.15 t ha^–1 y^–1), Quzhou (0.54 t ha^–1 y^–1), and Dongbeiwang (0.28 t ha^–1 y^–1), but the difference of grain yields between the two treatments was not significant. The SOC storage in 1 m soil profile in the no‐tillage treatment with standing residue return (NT1) at Luancheng increased by 5 t ha^–1 and 7 t ha^–1 compared with rotary‐tillage (RT) and conventional‐tillage (CT) treatments, respectively, but the crop yield under no‐tillage treatment was the lowest. While at Quzhou site, it increased by 3 t ha^–1 in the top 40 cm soil under the NT treatment compared to the CT treatment. The annual increasing rate of SOC storage in the top 30 cm under NT treatment was also the highest (1.08 t ha^–1 y^–1 at Luancheng, 1.86 t ha^–1 y^–1 at Quzhou), compared to the other tillage treatments. At Henghsui site, the combination of the highest fertilization application and highest residue‐return treatments got the highest SOC storage and the highest crop yields. We concluded that the agricultural management practices, such as optimal irrigation and fertilization treatment, the higher fertilization, residue return and RT, has significant impact on the SOC storage and agricultural sustainability in the NCP.     

Soil Nutrients Status after Fifty Years of Tillage and Nitrogen Fertilization

Long-term studies are valuable in assessing the impact of crop management practices on soil sustainability and function. This study used two calculation scenarios, fixed depth and Equivalent Soil Mass (ESM) to assess (i) soil nutrient status and (ii) soil organic carbon (SOC) after 50 years of nitrogen (N) fertilizer application rates (0, 22, 45, and 67 kg N ha^?1) and tillage [clean tillage (CT), reduced tillage (RT), and no-tillage (NT)] in a dryland winter wheat-sorghum-fallow cropping system. The soil organic matter (SOM) content increased by 33% with NT and RT compared with CT. The SOC at 0–30 cm was 39% greater than 30–60 cm depth with both fixed depth and ESM calculations. Soil nutrient specifically soil calcium (Ca), magnesium (Mg), and phosphorus (P) associated with N rates were no different than the control. Crop nutrient removal may eventually reduce soil nutrient contents with only N application. Nutrient addition specifically P should be considered in the future.     

转变耕作方式对长期旋免耕农田土壤有机碳库的影响

土壤深松是解决长期旋免耕农田耕层浅薄化、亚表层（>15～30 cm）容重增加等问题的有效方法之一,而将长期旋免耕农田进行深松必然导致农业生态系统中土壤有机碳（soil organic carbon,SOC）及碳固定速率的变化。因此,为对比将长期旋免耕转变为深松前后农田土壤有机碳库变化,该研究利用连续12a 的旋耕和免耕长期定位试验以及在此基础上连续6 a旋耕-深松和免耕-深松定位试验,对比了转变耕作方式对农田土壤0～30 cm有机碳含量、周年累积速率及其固碳量的影响。研究结果表明,经过连续12 a的旋耕和免耕处理（2002－2014）,2014年免耕处理土壤0～30 cm有机碳储量比试验初期（2002年）提高38%,旋耕处理降低了30%,而对照常规处理无显著差异。免耕处理土壤0～30 cm有机碳储量比旋耕处理高约2.6倍（2014年）。长期免耕显著提高了土壤0～30 cm的有机碳含量,2002~2014年其土壤0～30 cm固碳量为16.69 t/hm2,但长期旋耕导致土壤0～30 cm SOC含量显著降低,表现为土壤有机碳的净损耗,年损耗速率为?0.75 t/hm2。而长期旋耕后进行深松（旋耕-深松处理）6年其土壤0～30 cm的有机碳含量较原旋耕处理提高32%～67%,且显著提高了土壤固碳量及周年累积速率;免耕-深松土壤0～30 cm的有机碳周年累积速率较免耕处理下降了42%。长期旋耕造成有机碳水平下降的条件下,将旋耕处理转变为深松处理在短期内更有利于促进土壤有机碳的积累,而将长期免耕处理转变为深松措施,降低了土壤有机碳的累积速率和固碳量。     

轮耕对土壤物理性状和冬小麦产量的影响

针对华北地区土壤连续单一耕作存在的主要问题,进行了土壤轮耕效应的研究。试验选择冬小麦夏玉米玉两熟区连续5 a免耕田,设置免耕、翻耕和旋耕3种轮耕处理（即免耕一免耕,免耕一翻耕和免耕一旋耕）,冬小麦播种前进行耕作处理。研究结果表明：多年免耕后进行土壤耕作（翻耕、旋耕）可以显著降低土壤体积质量;旋耕显著降低0～10 cm土壤体积质量,翻耕则降低0～20 cm体积质量;随时间变化各处理土壤体积质量差异逐渐降低。翻耕、旋耕均显著增加了0～10 cm土壤总孔隙,同时翻耕显著增加了10～20 cm土壤总孔隙;翻耕、旋耕显著提高了5～10 cm毛管孔隙。0～10 cm土壤饱和导水率表现为旋耕＞翻耕＞免耕,翻耕、旋耕在5%水平上显著高于免耕;10～20、20～30 cm土层均表现为翻耕＞旋耕＞免耕,且10～20 cm翻耕5%水平上显著高于免耕;饱和导水率与体积质量呈显著线性负相关。翻耕、旋耕有效穗数与免耕相比分别提高了24.1%、22.3%;冬小麦的实际产量表现为：旋耕＞翻耕＞免耕,翻耕、旋耕分别比免耕增产11.8%、16.9%。总之,长期免耕后进行土壤耕作有利于改善土壤物理性状,提高作物产量。     

Tillage effects on soil aggregation and soil organic carbon profile distribution under Mediterranean semi‐arid conditions

In rainfed semi‐arid agroecosystems, soil organic carbon (SOC) may increase with the adoption of alternative tillage systems (e.g. no‐tillage, NT). This study evaluated the effect of two tillage systems (conventional tillage, CT vs. NT) on total SOC content, SOC concentration, water stable aggregate‐size distribution and aggregate carbon concentration from 0 to 40 cm soil depth. Three tillage experiments were chosen, all located in northeast Spain and using contrasting tillage types but with different lengths of time since their establishment (20, 17, and 1‐yr). In the two fields with mouldboard ploughing as CT, NT sequestered more SOC in the 0–5 cm layer compared with CT. However, despite there being no significant differences, SOC tended to accumulate under CT compared with NT in the 20–30 and 30–40 cm depths in the AG‐17 field with 25–50% higher SOC content in CT compared with NT. Greater amounts of large and small macroaggregates under NT compared with CT were measured at 0–5 cm depth in AG‐17 and at 5–10 cm in both AG‐1 and AG‐17. Differences in macroaggregate C concentration between tillage treatments were only found in the AG‐17 field at the soil surface with 19.5 and 11.6 g C/kg macroaggregates in NT and CT, respectively. After 17 yr of experiment, CT with mouldboard ploughing resulted in a greater total SOC concentration and macroaggregate C concentration below 20 cm depth, but similar macroaggregate content compared with NT. This study emphasizes the need for adopting whole‐soil profile approaches when studying the suitability of NT versus CT for SOC sequestration and CO₂ offsetting.