耕作措施对土壤质量影响的研究

各种耕作措施或质量模型可用来评价耕作措施对土壤、空气和水的影响,评价指标有两个,分别是土壤管理评估框架(SMAF)中的土壤质量指数和土壤条件指数。与土壤无机碳含量相比,土壤质量指数能预测耕作措施的细微变化对土壤质量的影响。试验设5种耕作措施,分别为玉米免耕、玉米传统耕作、玉米-大麦轮作免耕、玉米-菜豆免耕、玉米-大豆-大麦轮作免耕,3种氮肥施用量(0~224 kg/hm2)。研究结果表明,施肥小区与对照(0kg/hm2)土壤质量各指标差异显著,中等施肥量与最大或最小间的土壤质量指数差异不显著,不同氮肥施用量间土壤无机碳含量差异显著,土壤质量指数可更好比较耕作措施间的差异性,土壤无机碳可更好比较不同氮肥施用量间的差异性,玉米免耕的土壤无机碳值高于传统耕作。增加耕作次数,减少秸秆覆盖量都将引起土壤质量指数值减小。     

耕作措施对土壤潜在侵蚀和土壤质量的影响

在美国密西西比州北部实施水土保持研究计划（CRP）的流域中，为了确定耕作措施对土壤潜在侵蚀和土壤质量的影响，采用人工模拟降雨试验进行测试。统计证明，未被干扰破坏的CRP流域土壤流失量是最小的，而已耕作了9个月的CRP流域土壤流失量与耕作了几年的CRP流域土壤流失量几乎是相等的。耕作和冬季的休闲，会引起生物营养物质的分解而导致土壤质量的退化。因此，CRP流域一经被耕作和作物非生长季节的休闲，则CRP的水土保持效益和土壤质量就会很快降低。     

备用地保护项目对土壤质量的影响

土壤质量指标对评价备用地保护规划（ＣＲＰ）很实用。在依阿华、明尼苏达、北达科他和华盛顿的ＣＲＰ试区与农地试区分别测定了土壤团聚体的稳定性和大小分布、密度、全碳、全氮、硝态氮、铵态氮、阳离子交换量、微生物碳和氮、土壤呼吸、荧光素双乙酸盐分解、真菌菌丝长度、麦角甾醇浓度。在依阿华州的ＣＲＰ试区水稳性团聚体的百分数高于农地。在明尼苏达州，ＣＲＰ试区的平均团聚体直径明显高于农地，但在北达科他州区别并不明显。参试各州ＣＲＰ试区生物体含碳量比农地和休闲地高１７％～６４％，含氮量比农地高１８％～７４％，土壤呼吸量也高于农地。仅据依阿华州测定，ＣＲＰ试区的真菌菌丝长度增加２６％～６２％。只是在依阿华州的享利县ＣＲＰ样本的麦角甾醇含量较高，这里的农地每年用凿式犁耕翻。测定结果表明，土壤的生物指标既明显地区别物理指标，也有别于化学指标。该项多点试验研究表明：强侵蚀农地退耕种植多年生牧草，改善了若干土壤质量指标。通过提炼，这些指标可以用于评估农业管理措施的长期影响。     

耕作制度对土壤质量及效益的影响

保护性耕作能很好地控制侵蚀、提高土壤质量及保护相关的自然资源。美国孟山都科研项目中心通过对1998~2002年13个科研项目中心地点农田测定结果的汇总,评价玉米生产中带状耕种、免耕和常规耕作及大豆生产中窄行、宽行、免耕与常规化耕种对土壤质量、产量及其效益的影响。结果表明:保护性耕作能有效改善土壤质量,提高土壤水分入渗率,增加土壤中蚯蚓数量。另一重要的结果是作物产量不能作为评价耕作措施的主要因子。免耕与带状耕作比常规耕作和连作系统有更高的效益,而免耕的生产成本比常规耕作低,即使其产量较低仍然可获得相当的效益。     

地理信息系统辅助土壤质量变化图的编制

通过应用地理信息系统和数据库技术，并引入相对土壤质量指数（ＲＳＱＩ）的概念，以千烟洲试验站为例，建立了在小戏域水平上编制土壤质量变化图的方法，研究表明，地理信息系统与多时段土壤变化数据库相连，可以方便有效地实现土壤质量变化编制，土壤相对质量指数可以使得区域土壤有一个统一的比较标准，其变△ＲＳＡＩ可以作为在区域水平上编制土壤质量变化图和评价土壤质量变化的依据，本研究为土壤质量变化图的编制提供了借鉴。     

新疆精河流域不同土地利用方式对土壤质量的影响

通过精河流域不同土地利用类型和农田耕作措施对土壤质量的影响研究发现:①土壤盐渍化程度呈梯度变化,即从洪积扇下部经冲积平原至沙漠,依次出现中盐渍土-强盐渍土-盐土-非盐渍土类型。②天然绿洲的土壤有机质、速效钾、有效磷和碱解氮平均含量最高。荒漠土壤的养分含量很低,但养分含量与盐渍化成正相关,因此利用盐生植物资源增加盐成土荒漠的植被盖度,也是改良盐碱土的良好途径。③人工绿洲土壤有机质和速效钾的含量水平相对较低,主要是只重视施用化肥,却忽视诸如有机肥与化肥结合使用等利于有机质和钾肥积累的耕作措施。④人工绿洲各养分要素的变异系数最低,这是由于近年来精河流域以棉花作为主要的农作物种植,化肥的施用水平较为一致。⑤土壤水溶性盐分（全盐量）随耕作年限的增长表现出先降低又升高的趋势;土壤养分含量的指标变化趋势也基本相似,即先增加而后开始下降,其中有机质含量变化较为明显。主要与多年来棉花长期连作、不合理的灌溉及农田重用轻养等有关。     

有机管理对不同土地利用方式下土壤质量的影响

许多研究发现有机管理可以改善农田土壤质量,但是否不同土地利用方式下都存在此结论尚未明确。为探究有机管理对不同土地利用方式土壤质量的影响,本研究基于一个多土地利用方式的有机管理农场及其附近常规管理农田进行土壤质量调查,对比不同管理措施及大棚菜地、果园、露天菜地、农田边界、稻田田埂5种土地利用方式下农田土壤质量的差异,并对不同管理措施下农田土壤养分含量、重金属含量、动物数量共计20个指标进行方差分析和主成分分析。研究发现虽然总体上(综合5种土地利用方式的均值)有机管理的土壤pH显著高于常规农田;但针对一种土地利用方式,只有露天菜地和农田边界的土壤pH显著提高。总体上有机管理下土壤全磷、全钾、有效磷含量显著降低,但露天菜地土壤有机质和全氮含量均显著高于常规管理农田。有机管理在总体上显著降低了土壤Cr、Cu、Ni、Zn含量;但针对一种土地利用方式,只显著降低了大棚菜地土壤Cr、Ni、Zn含量,果园和稻田田埂土壤Cu含量,露天菜地和农田边界土壤Zn含量。有机管理虽然总体上均显著增加了土壤中蜘蛛目、倍足纲、步甲、蚯蚓的数量;但针对一种土地利用方式,只显著增加了露天菜地地表蜘蛛目、倍足纲、步甲,稻田田埂地表步甲、土壤蚯蚓以及果园倍足纲数量。主成分分析结果表明,不同管理方式下土壤质量差异明显,有机管理下蜘蛛目、倍足纲、步甲和蚯蚓等土壤动物较多,土壤pH较高,土壤P含量较低,重金属Cu、Pb、Zn、Cr含量较低,但并非在所有土地利用方式下都成立。由此可见,有机管理虽然总体上可以改善土壤质量,但受具体管理措施、人为投入品数量和有机种植时间等因素影响,并非在所有土地利用方式下效果都显著,且在不同土地利用方式下显著改善的指标也各不相同,因此需要针对不同土地利用方式和不同指标采取针对性的改善措施。     

九曲溪生态保护区不同土地利用方式对土壤质量的影响

对九曲溪生态保护区5种典型的土地利用方式(次生林、人工林、经济林、茶园、稻田)0—20 cm表层土壤性状进行分析,并选取与土壤肥力质量关系密切的土壤容重、pH值、有机碳、全氮、全磷、水解氮、有效磷、速效钾作为土壤质量评价指标,运用土壤质量综合指数评价不同土地利用方式对土壤质量的影响,结果表明:5种土地利用方式各评价指标均表现出差异显著(P<0.05);与次生林相比,其他土地利用方式的土壤容重增加,土壤孔隙状况、持水性能及大部分土壤养分呈下降的趋势,人为施肥使茶园土壤有效磷含量明显高于其他土地利用方式;5种土地利用方式按土壤质量综合指数排序为次生林(4.046)>竹林经济林(2.944)>稻田(2.632)>马尾松人工林(2.478)>茶园(0.569)。因此,在水热条件较好的南方地区,采取封山育林和种植阔叶林的植被恢复措施更有利于提高土壤质量。     

土壤微藻对土壤质量影响的研究

研究了土壤微藻对于土壤理化及生物学性质的影响 ,并作定量及定性分析。以土壤和水为两种不同基质 ,在基质中接种 5种土壤微藻藻液 (立方色球藻、土生绿球藻、舟形藻、沙角衣藻以及由 4种藻种形成的混合藻液 ) ,进行见光和黑暗培养 ,分别在 0 ,2 0 ,4 0 ,60 d时 ,测定环境 p H值、微生物量 (不包括藻类 )、有机质含量 ,作极差分析和图形比较。研究结果表明 ,环境 p H值变化、微生物量变化和有机质含量变化在不同藻种相同培养条件下 ,存在一定的相似性。藻种变化对 p H值和微生物增加的影响大于因基质变化和光照变化所产生的影响 ;基质变化对于环境有机质含量的影响大于因藻种变化和光照变化而产生的影响 ;微藻在土壤中培养时的 3种数据变化均大于在水中培养时的 3种数据变化。     

宁夏黄土区不同植物群落土地利用方式对土壤质量的影响

本文研究了宁夏南部山区典型植物群落土地不同利用方式下土壤质量的变化。结果表明:（1）典型长芒草群落土地,开垦地比封禁地土壤有机质、全氮、全磷、速效氮、速效磷、速效钾养分含量明显降低,降低幅度分别为19.5%、20.1%、17.6%、13.0%、77.8% 和47.5%。脲酶活性为开垦地封禁地,蔗糖酶则表现为封禁地开垦地,中性磷酸酶差异不明显。（2）铁杆蒿群落土地三种利用方式下:放牧地土壤有机质、全氮、全磷、速效钾等养分含量较封禁地与开垦地有一定幅度的增加;放牧地的土壤脲酶、蔗糖酶和中性磷酸酶活性均高于封禁和开垦的同土层土壤,封禁地的脲酶和蔗糖酶次之,开垦地的脲酶和蔗糖酶活性最小,开垦地的中性磷酸酶活性高于封禁地。脲酶活性在土层之间变化较小,最高为放牧地表层177.6 mg/(kg.h),最低为开垦地表下层114.5 mg/(kg#8226;h),蔗糖酶活性层次之间变化明显,其中放牧地表层为表下层的3倍左右。长芒草群落土壤表层各级微团聚体表现为封禁地远大于开垦地,铁杆蒿群落土地不同利用方式下各级微团聚体表现不同,结构系数表现为表层表下层,保持率则为表层表下层。结构系数与保持率均表现为封禁地放牧地开垦地。（3）在轻度放牧条件下,土壤养分状况、酶活性有所提高,但土壤微团聚体中的结构系数与保持率则明显降低。     

耕作措施对土壤入渗的影响

本文通过应用蓄水式和张力测渗仪，对土壤渗透率进行测定，以此来评估不同耕作措施下的近地表土壤孔隙特性。在农户经营的土地上和试验小区上分别选择了３种耕作方式进行比较。不同耕作措施之间的差异性不显著，是因为其内在的变化性，以及未形成地表结皮和明显的犁底层所致。     

基于耕作指数评价耕作措施对东北风沙土耕层土壤质量的影响

为准确评价构建风沙土合理耕层的土壤质量特征,采用聚类分析方法建立了东北风沙土耕层质量诊断最小数据集(MDS),利用最小数据集的耕作指数(TI-MDS)定量评价了耕作措施对东北风沙土农田耕层土壤质量的影响,旨在为科学选择风沙土区耕作措施提供依据。试验始于2017年,在黑龙江省杜尔伯特蒙古族自治县第一粮种场,设化肥、秸秆还田和有机肥3种施肥模式,常规、旋耕、翻耕、深翻和超深翻5种耕作方式,共15个处理。测定了玉米收获期0～20 cm耕层土壤pH值、有机质、碱解氮、有效磷、速效钾、全氮、全磷、全钾、阳离子交换量(CEC)、团聚体平均重量直径(MWD)、容重、硬度、含水量、田间持水量、孔隙度和渗透速率16项评价指标。结果表明,全量耕作指数(TI-TDS)与TI-MDS的相关系数r为0.928,Nash有效系数Ef为0.761,偏差系数Er为0.079,TI-MDS取值范围为0.26～0.85,与玉米产量呈显著正相关(r=0.767),故TI-MDS可作为定量评价土壤质量的指标。施有机肥处理土壤耕作指数达到Ⅱ级水平;秸秆还田耕作指数达到Ⅲ级水平;施化肥耕作指数达到Ⅲ级水平,这表明风沙土区施用有机肥是构建合理耕层有效培肥方式,秸秆还田对合理耕层构建效果不明显。翻耕施用有机肥耕作指数最大,为0.85,达到I级;深翻+秸秆还田和超深翻+化肥措施土壤质量严重下降,降为Ⅳ级。在风沙土区应用翻耕+有机肥措施是构建合理耕层的有效措施。     

美国备用地保护计划对土壤质量的影响

比较实行备用地保护计划 (CRP) 1 0a后草地上和持续耕作 (CCL)间土壤物理和化学性质。两个试区分别为Harney粉沙壤土和Naron细沙壤土 ,每个试区分别选 1个CRP小区和CCL小区。土样分别取自 0～ 5cm和 5～ 1 0cm。测定的土壤质量指标为 pH、阳离子交换量 (CEC)、养分质量分数、土壤结构和团聚体稳定性。研究结果表明 :CRP小区的土壤酸性比CCL小区降低 ,紧实度增大以及耕层土壤侵蚀程度减轻。因此 ,当CRP地采用传统耕作进行作物生产时 ,0～ 5cm全N量会下降 ,团聚体稳定性逐渐下降。因此 ,CRP结束后 ,采取适宜的土地管理技术 ,对保持和改善土壤质量是必要的     

耕作措施对旱农区农田土壤质量与碳排放的影响

依托2001年布设在陇中旱农区的田间定位试验,于2018年研究了传统耕作(T)、免耕(NT)、传统耕作+秸秆还田(TS)和免耕+秸秆覆盖(NTS)对麦豆轮作体系下豌豆田土壤碳排放、土壤质量的影响.研究结果表明:1)NTS处理可以提高黄绵土土壤质量.NTS处理下土壤物理、化学和生物学质量均最高;2)NT、NTS可以减少黄...     

基于因子和聚类分析的保护性耕作土壤质量评价研究

基于长期定位试验,选择12项反映土壤质量特性的定量因子作为评价指标,采用因子分析对不同耕作模式的土壤质量进行综合评价,并运用欧氏距离最短法对其进行聚类分析。12项理化及生物属性指标归纳为5个公因子:保肥供肥因子、有机质因子、容重因子、磷素因子、酶活性因子。因子得分的结果表明:不同耕作模式的5个公因子优势差异明显。相比较而言传统耕作的土壤质量综合得分最低,说明在研究区保护性耕作模式条件下土壤在物理、化学、生物学性质方面都有所改善,土壤质量有所提高。土壤质量综合得分最高的前3种处理为隔年深松(NS2)、秸秆覆盖联合浅松、旋耕(SR2)、连年深松(NS3),说明深松、旋耕及秸秆还田与旋耕技术联合作业在改善土壤结构和培肥土壤方面优势更突出。聚类分析结果表明,同一耕作措施的不同模式土壤质量差异较小,说明在本研究试验条件下,耕作措施是影响土壤质量的关键因素。     

土壤物理性质对供水能力的影响

The water-supplying capacity of two agricltural soils red soil in Jiangxi Province and meadow sol in Henan Province,was assessed mainly using physical investigations.The reticulated mottling horizon in the red soil was a horizon limiting roots distribution due to its high density and hardness in structure and low pH(pH5.05),The reistance of the red soil to drought hazard was poor because of its low water-supply capacity and poor hydraulic conductivity.The meadow soil had superior profile infiltration to that of the red soil and great available water-storage capacity,which resulted in low run-off loss,espectially in the wheat-growth season.It was difficult for water stored in the deep layers of the meadow soil to reach the surface due to the low unsaturated hydraulic conductivity of its clay-rich horizon in subsoil,Howver,water stored in deep layers was still available because the roots could extend to the deep layers due to the relatively low density in soil structure.     

覆盖作物栽培对土壤质量的影响

研究选择3块地块,2002年以来一直在玉米或大豆轮作期间种植覆盖作物。自2012年初到2015年末持续取样,研究覆盖作物对土壤质量的影响。结果表明,覆盖作物有改变土壤化学特性的潜力,但多局限于土壤表层,可增加土壤表层的有机质含量。覆盖作物生长期间吸收土壤中的磷和硝态氮,防止流失,其残留物经过冬季分解,又为下一茬经济作物提供了氮和磷。种植覆盖作物可以作为一种土壤保护策略进行推广应用。     

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。     

耕作对粮食产量及土壤物理性质的影响

美国东北部山岳地带的行播作物因水土流失而减产。在两块易结皮的土壤上进行的４种耕作试验──免耕、作物行间翻底土耕种、凿形松土犁耕以及铧式犁耕。其残余物覆盖率分别是：免耕为７５％～８７％，铧式犁耕为 １％，凿形松土犁耕为 ３８％～２７％。经过两年时间，理德斯威尔土壤容重平均值为：免耕１．５６ｔ／ｍ~３，凿形松土犁耕１．４８ｔ／ｍ~３，铧式犁耕１．４６ｔ／ｍ~３。试验中产量最低时，铧式犁耕为 １．２３ｔ／ｈｍ~２，免耕为２．９７ ｔ／ｈｍ~２，凿形松土犁耕为２．４４ｔ／ｈｍ~２。１９８７年，按行翻底土耕作，其平均产量为３．６９ｔ／ｈｍ~２。试验表明，在地面保留作物残茬的耕作措施可减轻或消除地表结皮，增加渗入量、降低水土流失量、从而提高粮食产量。