保护性耕作模式对黑土有机碳含量和密度的影响

以公主岭市长期（10 a）保护性耕作定位试验为研究对象,分析与传统耕作模式相比的几种保护性耕作模式对黑土固碳效应的影响。共设4种耕作模式,即秋翻秋耙匀垄、秋灭茬匀垄、全面旋耕深松和宽窄行交替休闲（又叫松带、苗带交替休闲）（后3种视为保护性耕作）。结果表明,经过10 a的耕作试验,不同的耕作模式对土壤有机碳有显著的影响。表层0～20 cm秋翻秋耙匀垄和秋灭茬匀垄模式的土壤有机碳含量最低,深层30～50 cm全面旋耕深松模式的土壤有机碳质量分数显著低于其他耕作模式13.49%～25.14%;0～50 cm耕层     

耕作方式对稻麦轮作区土壤碳氮储量与层化率的影响

为研究不同耕作方式对稻麦轮作农田土壤碳氮固持和层化情况的影响,于2013年开始在江苏省泰州市姜堰区河横生态农业科技示范园进行试验,设置了少耕秸秆还田(MT)、旋耕秸秆还田(RT)、翻耕秸秆还田(CT)、翻耕秸秆不还田(CT0)4种处理。分层采集各处理0～20cm土壤,测定土壤容重、有机碳和全氮含量,计算碳氮比、层化率、土壤有机碳和全氮储量(等质量法)。结果表明,MT、RT、CT分别提高0～5cm、5～10cm和10～20cm有机碳和全氮含量。10～20cm土壤碳氮比随着耕作强度提高而减小。MT显著提高有机碳和全氮含量层化率,0～5cm土层:10～20cm土层碳氮比层化率随着耕作强度增加而增加。MT提高了0～20cm土壤有机碳储量和0～10 cm土壤全氮储量,但是0～20 cm土壤氮储量不及RT和CT。秸秆还田提高0～20cm土壤有机碳、全氮含量、碳氮比,显著增加了有机碳和全氮储量,具有良好的碳氮固持效应,但是对土壤有机碳和全氮含量层化率影响不显著。结果可为探寻有利于农田土壤碳氮库构建、提高土壤肥力的耕作方式提供理论依据。     

耕作方式对稻田土壤有机碳与易氧化有机碳的影响

以稻田免耕长期定位试验站为平台,研究不同耕作方式对紫色水稻土有机碳以及易氧化有机碳剖面分布的影响。结果表明:连续耕作20年后,不同耕作处理稻田剖面(0～60cm)中有机碳含量随着采样深度加深而降低,土壤有机碳含量最高值和最低值分别出现在垄作免耕(稻油)表层(0～10cm)和水旱轮作(稻油)底层(40～60 cm),其中垄作免耕(稻油)处理中0～10 cm和10～20 cm土层有机碳含量和常规平作(中稻)、垄作免耕(中稻)之间差异并不显著,但其20～40cm土层有机碳含量则显著高于其他耕作处理(P<0.05),表明长期耕种20年后,耕层(0～20cm)土壤有机碳含量已趋于平稳;另外,同传统耕作处理相比,长期垄作免耕(稻油)的固碳潜力主要表现在20～40cm土层。常规平作(中稻)和垄作免耕(中稻)处理剖面土壤易氧化有机碳含量均随土层加深而降低,而垄作免耕(稻油)和水旱轮作(稻油)则分别在20～40cm和10～20cm土层出现易氧化有机碳含量增加的现象,表明耕作和轮作方式对土壤有机碳稳定性具有明显的影响。对不同耕作处理稻田土壤有机碳与易氧化有机碳、易氧化有机碳分配比例之间的关系分析,其一元线性回归方程分别为:y=1.990 1x+6.521 4,R=0.881 9,n=16;y=0.270 4 x+7.345 7,R=0.542 2,n=16,表明稻田土壤易氧化有机碳与其有机碳关系密切,可用于表征该区域土壤碳库的变化大小。     

生态沃土机械化耕作对两熟区土壤理化特性的短期影响

以4年为一周期,设计一种生态沃土机械化耕作模式（MET）,周期内将翻耕、苗带旋耕、免耕、深松4种不同的耕作措施组合,对土壤进行适度耕作,并以连续免耕（CNT）和传统翻耕（CCT）为对照,研究MET对小麦玉米两熟区不同耕层土壤理化特性的短期影响。结果表明：MET能够显著提高土壤结构质量,增加土壤肥力,避免土壤板结,生态效应和沃土效果显著。显著增加0～30cm土层土壤大团聚体含量,提高土壤结构稳定性,平均水稳性团聚体含量分别比CNT和CCT高8.2%和30.4%;有效降低0～30cm土层土壤容重,平均容重分别比CNT和CCT小0.089、0.125g/cm3;增加0～30cm土层全氮、速效磷和速效钾含量,对碱解氮含量影响不显著;增加土壤有机碳含量,平均有机碳含量分别比CNT和CCT高0.36、0.61g/kg,并且各层之间有机碳含量分布较均衡,CNT只增加0～10cm土层有机碳含量,CCT只增加10～20cm土层有机碳含量。MET显著增加小麦的平均单株分蘖数、有效穗粒数和千粒质量,从而显著增加小麦产量,分别比CNT和CCT增产14%和14.9%;小麦播前进行的耕作有一定的后效,对玉米产量有影响,MET与CNT通过增加玉米的有效穗粒数和千粒质量,增加玉米产量,两者产量的差异不显著,但均显著高于CCT,分别高7.4%和3.7%。     

灌溉方式对宁夏枸杞园土壤碳库特征及枸杞生长的影响

通过3年田间定位的枸杞灌溉试验,分析了滴灌和漫灌2种灌溉方式对旱区枸杞园土壤活性有机碳库及枸杞生长的影响。结果表明,滴灌对土壤总有机碳含量影响整体呈现出提升的作用,碳库管理指数高于漫灌处理,尤其是0~10和10~20cm表层土壤中易氧化态有机碳含量显著增加,分别提高12.99%和18.67%,且在120~140cm土层易氧化态有机碳有明显累积,提高幅度达到38.17%。采用滴灌和漫灌两种灌溉模式,枸杞总产量无明显差异,但滴灌模式下水生产率较漫灌提高112.12%,且果实等级率也有所提高。因此,针对研究区域枸杞生产管理现状,通过滴灌模式,有利于土壤有机碳质量提升,培肥枸杞果园土壤,能够满足生长需求,对实现长期可持续生产提供科学依据。     

不同耕作方式对黄土高原黑垆土有机碳库组成的影响

以黄土高原黑垆土8年(2008—2015年)的不同耕作定位试验为对象,研究了在秸秆还田条件下3种连年单一耕作(翻耕(CC)、免耕(NN)、深松(SS))和3种轮耕措施(免耕-深松(NS)、深松-翻耕(SC)、翻耕-免耕(CN))对农田土壤有机碳库、玉米产量和秸秆还田后表观腐殖化系数的影响。结果表明:与翻耕相比,深松、免耕和轮耕措施主要增加了0~10 cm表层土壤有机碳(SOC)、微生物量碳(MBC)、水溶性碳(WSOC)的含量和储量,且提高了MBC/SOC和WSOC/SOC质量比。在0~10 cm表层土壤中,各耕作处理间难氧化有机碳(HOC)含量无明显差异,但深松、免耕和轮耕措施分别增加了10~20 cm、35~50 cm和20~35 cm土层的HOC/SOC质量比;免耕处理显著增加了0~50 cm土层的HOC总储量。与翻耕处理相比,深松、免耕和轮耕处理提高了玉米产量和玉米秸秆量,其中NS处理增加幅度最大,分别达到13.79%(籽粒)和12.04%(秸秆);进行8年玉米秸秆还田,在翻耕措施下其表观腐殖化系数为8.94%,免耕、深松和轮耕措施提高了还田玉米秸秆的表观腐殖化系数,其中NS处理达到14.09%,显著高于翻耕处理。从土壤碳库和玉米产量角度考虑,免耕与深松相结合的轮耕措施是适合当地土壤条件的耕作模式。     

不同覆盖条件对土壤水分蒸发的影响

通过对景泰县兰州理工大学大规模荒漠改良工化试验基地土壤在不同覆盖条件下的水分蒸发量进行了对比试验研究。试验结果表明:土壤表面增加覆盖物可以有效的降低土壤蒸发;随覆盖物厚度的增加,土壤水分蒸发量逐渐降低;1、3、57、cm麦秸覆盖条件下土壤水分蒸发量比纯土分别降低20.9%、51.5%、67.5%、74.5%;1、3、5、7cm沙石覆盖条件下土壤水分蒸发量分别比纯土降低25.9%、48.9%、60.6%、70.8%;同时,连续17天测定结果表明,相同厚度情况下,麦秸覆盖下土壤蒸发量明显小于砂石覆盖的土壤水分蒸发量,5 cm厚覆盖物时,砂石是纯土的60.6%,麦秸是纯土的67.5%。试验表明同一时间段内不同覆盖条件下的土壤水分蒸发差异明显。     

秸秆还田配施氮肥对土壤碳氮含量与玉米生长的影响

为明确宁夏扬黄灌区秸秆还田条件下的适宜施氮量,在玉米秸秆全量还田条件下,设4种纯氮施用水平(0 kg/hm~2(N0)、150 kg/hm~2(N1)、300 kg/hm~2(N2)、450 kg/hm~2(N3)),以秸秆还田不施氮肥(N0)为对照,研究了秸秆还田配施不同纯氮水平对土壤有机碳氮含量、微生物量碳氮含量和酶活性及其对玉米生长的影响。结果表明,秸秆还田配施氮肥有利于耕层土壤有机碳和全氮含量的提高,随施氮量的增加,土壤碳氮比降低,其中以N2和N3处理对提高耕层有机碳氮含量效果最佳。秸秆还田条件下土壤微生物量碳氮比随施氮量的增加而降低,N2处理对微生物量碳含量、N3处理对微生物量氮含量的提高作用最为显著。秸秆还田配施氮肥能显著提高土壤脲酶、过氧化氧酶、碱性磷酸酶和蔗糖酶活性,以N2和N3处理的改善效果较优。秸秆还田配施氮肥对玉米前期生长影响不显著,而N2处理对中后期玉米生长具有显著促进作用。2年玉米籽粒产量以N2处理增产效果最佳,平均较N0处理提高22.0%。通过2年研究结果表明,在宁夏扬黄灌区实施秸秆还田配施氮肥措施可增加土壤有机碳氮含量,调节土壤碳氮比,促进玉米生长,进而提高玉米产量,以秸秆还田配施纯氮300 kg/hm~2效果最佳。     

黄土丘陵区退耕还林土壤不同大小颗粒固碳过程与速率

为揭示黄土丘陵区退耕还林土壤固碳过程及其变化机制,采用物理分组法探讨了安塞纸坊沟退耕15~45 a刺槐与柠条林地土壤砂粒、粉粒、黏粒截存有机碳的效应与速率。结果表明,对比坡耕地,两种退耕林地土壤颗粒结合碳含量均随退耕年限延长显著增加,并且表层0~10 cm土壤增幅最高,10~60 cm各土层增幅基本接近。退耕15~45 a期间,刺槐与柠条林0~20 cm土层均以粉粒碳密度增速最高,分别达0.21、0.11 Mg/(hm2·a),砂粒碳和黏粒碳增速相近,平均分别为0.13、0.06 Mg/(hm2·a)。同样的变化发生在0~60 cm土层,但各颗粒碳密度增速为0~20 cm土层的1.6~2.5倍。按此增速到退耕45 a时柠条林地砂粒碳、粉粒碳、黏粒碳相比坡耕地分别增大了2.6、1.1、0.8倍,刺槐林地则分别增大了8.3、2.2、2.8倍,并且对总有机碳累积贡献的平均比率为:砂粒碳(23%)等于黏粒碳(26%)且均小于粉粒碳(51%)。此外碳库管理指数比碳库活度与土壤总有机碳库变化有更显著的线性相关性。综上分析,该区域退耕刺槐林比柠条林土壤有更强的固碳效应,两种林地均以粉粒碳为主要固碳组分,以砂粒碳周转速率最快。     

自激振动深松对土壤物理特性的影响

连年的浅层翻、旋耕作业及大型农业机械的应用,使得新疆土壤形成了一层又硬又厚的犁底层,进而影响土壤质量和作物产量。为了打破犁底层、改善新疆地区土壤质量、提高自然降水的利用率,以非振动深松作为参照试验组,针对3种不同参数弹簧的自激振动深松方式进行深松试验。结果表明:相较于非振动深松,弹簧Ⅲ耕作后15~30cm耕层坚实度下降17.44%,0~15cm耕层坚实度下降20.17%,弹簧Ⅱ耕后0~15cm耕层坚实度下降23.24%,15~30cm耕层坚实度下降10.09%;在0~15cm耕层,弹簧Ⅲ相较于非振动,土壤密度下降6.02%,在15~30cm耕层为16.29%;弹簧Ⅲ相较于非振动情况,在0~15cm耕层和15~30cm耕层,土壤容重下降依次为4.11%和13.73%;弹簧Ⅱ相较于非振动情况,在0~15cm耕层和15~30cm耕层,土壤容重下降依次为2.05%和7.84%;弹簧Ⅰ与非振动对各耕层土壤容重相差不大,30~45cm的深层土壤自激振动和非振动情况对于土壤密度减小效果相差不大,深层深松时,由于牵引阻力增加使弹簧被完全压缩,深松效果下降。试验结果为推广自激振动深松作业方式及新疆耕作资源的合理配置提供了参考。     

暗管排水和有机肥施用下滨海设施土壤氮素行为特征

为揭示暗管排水和微生物有机肥施用下滨海设施土壤氮素的归趋和转化机制,设计了暗管排水结合有机肥处理（S-OF）、暗管排水结合无机肥处理（S-IF）和无暗管排水的无机肥处理（CK）,以葡萄和油菜间作栽培为模型系统,观测土壤总氮含量在垂直剖面上的分布、耕层土壤矿质态氮含量和有机态氮含量的变化及其与土壤理化性质的相关性。结果表明：暗管排水和微生物有机肥共同驱动下,土壤容重有所降低,孔隙度升高;暗管排水促使耕层土壤总氮向深层土壤迁移,相比S-IF,S-OF处理耕层土壤总氮的降低幅度较小;滨海设施土壤耕层的总氮80%以上以有机态形式存在,矿质态氮所占比例很小,S-OF处理有利于试验后期土壤矿质态氮含量的提升;耕层土壤矿质态氮含量与土壤有机质、总有机碳含量呈极显著正相关。暗管排水和微生物有机肥施用有利于改善滨海设施土壤结构,提高耕层土壤有机质和总有机碳含量,促进土壤有机态氮向矿质态氮的转化,本研究结果可为滨海设施土壤改良和水肥决策提供科学依据。     

Distribution of soil water-stable aggregates and organic carbon content affected by tillage systems: a meta-analysis

A better understanding of soil carbon( C) distribution within aggregate fractions is essential to evaluating the potential of no-till for sustaining productivity and protecting the environment. A metaanalysis on 744 comparisons from 34 studies was conducted to determine the effects of three different tillage treatments( conventional mouldbould ploughing tillage( CT),reduced tillage( RT) and no tillage( NT)) on water-stable aggregate size distribution,soil C concentration in aggregate fractions.The meta-analysis indicates that compared with CT treatment, NT/RT significantly( P 0. 05)increases macro-aggregate above 20 cm by 20. 9%-82. 2%( 2. 00 mm) and 5. 9%-19. 1%( 0. 25-2.00 mm),whereas NT/RT significantly reduces micro-aggregate and silt clay fractions above 20 cm.NT/RT significantly( P 0. 05) increases the SOC in macro-aggregate( 0. 25 mm) and microaggregate( 0. 25 mm) size classes above 20 cm soil depth compared with CT. The results suggest that soil sampling depth should be considered to evaluate the influence of tillage systems on the distribution of soil aggregate,and the content of aggregate-associated C content.     

土壤肥沃耕层构建模式

详细介绍土壤的物质组成及作用,论述构建土壤肥沃耕层对农业生产的重要意义及我国土壤耕层构建模式的发展历程,介绍一种将深翻和秸秆还田结合起来的土壤肥沃耕层构建新模式,为提高土壤耕层的肥力提供参考。     

旋耕机的正确操作方法与故障维修技术

旋耕机是在传统犁耕设备基础上发展出的耕整地设备,其具有驱动力特征,能够利用旋耕刀轴旋转实现良好的土壤细碎功能,旋耕机在农业生产的耕整地作业中应用十分广泛,通过与拖拉机配套后能够发挥出良好的耕整地效率,为耕地创建良好的耕层条件.为进一步提高旋耕机使用的合理性,分析了农用旋耕机的技术特征,说明了旋耕机的正确操作方法,并总结...     

水稻秸秆深埋整秆还田装置设计与试验

针对目前我国水稻秸秆还田机械普遍存在的耕作深度浅、秸秆还田深度不满足农艺要求、旋耕部件缠草严重等问题,运用旋耕理论和数值计算分析方法设计了水稻秸秆深埋整秆还田装置。根据实际情况对土壤颗粒进行假设,运用离散元法建立土壤颗粒力学模型,应用EDEM软件进行整秆还田仿真虚拟试验,仿真结果表明,耕深在20 cm时,土壤表层覆盖率为93.87%。通过土槽台架试验得到:在作业速度为1.25 km/h、刀辊转速为237 r/min时,耕深可达到22 cm,地表以下15~20 cm翻埋的秸秆占秸秆总量的80%,秸秆还田率为91.63%,同时刀辊轴不缠草。试验结果表明,秸秆还田深度达到水整地环节的要求,秸秆还田率较高。通过虚拟仿真和台架试验相互验证,证明新型整秆还田装置一次作业可实现切土、碎土、埋草、压草及覆土的功能,满足农艺要求。     

基于EDEM的凿式犁铲土壤扰动仿真分析与试验

为探究凿式犁铲（以下简称凿铲）的土壤扰动机理并构建适用于东北地区黏重黑土与耕作部件之间的仿真模型,结合EDEM仿真分析与土槽试验,与深松铲作业效果进行对比,研究凿铲对土壤的微观扰动机理和宏观扰动状态,并建立适宜东北地区土壤的耕作仿真模型。仿真与试验结果表明,深松铲对土壤进行剪切破坏,将耕作层和犁底层抬升、下落,对土壤松而不翻,不破坏原有的耕层土壤结构,土壤膨松度试验值为12.4%,土壤扰动系数试验值为59.4%,纵向截面扰动面积为52.586mm2,俯视视图扰动面积为116.779mm2;凿铲对土壤进行挤压破坏,将犁底层土壤翻耕到地表,破坏原有耕层土壤结构,土壤膨松度试验值为14.1%,土壤扰动系数试验值为64.1%,纵向截面扰动面积为54.128mm2,俯视视图扰动面积为233.061mm2,通过与深松铲作业后数据相比可知,凿铲可以实现更为明显的土壤扰动效果。同时,建立东北地区黏重黑土条件下的离散元土壤耕作模型,选用Hertz-Mindlin with JKR Cohesion模型作为土壤接触模型,确定仿真模型的各项技术参数,仿真与试验得到的土壤扰动截面轮廓基本拟合,土壤膨松度、土壤扰动系数的仿真值与试验值的相对误差为17%、4.4%,模拟仿真的数据误差范围满足要求,研究可为东北地区的土壤耕作部件离散元模拟仿真分析提供基础数据。     

基于图像处理和GBRT模型的表土层土壤容重预测

针对传统的表土层土壤容重测量方法费时、耗力的问题,利用易获得的土壤物理参数实现农田大范围表土层土壤容重的快速、准确预测。通过分析表土层土壤容重与土壤表面粗糙度、土壤阻力的关系,构建了以土壤表面粗糙度和土壤阻力为输入的GBRT模型,土壤表面粗糙度利用图像处理技术获得,土壤阻力使用实验室车载式阻力测量系统获得。使用同态滤波技术对土壤表面图像进行预处理,提取图像灰度直方图的熵、平均值、方差、偏度和峰度表征图像的纹理特征参数,提取图像灰度共生矩阵的能量、熵、对比度和逆方差表征图像的区域特征参数。利用灰度关联分析,从9个表征土壤表面粗糙度的特征参数和土壤阻力中选取与表土层土壤容重关联度大于0.65的变量作为模型输入,将得到的GBRT模型预测结果与环刀法得到的结果进行相关性分析,R2达到0.878 2,平均绝对误差达到0.021 g/cm3。同时在相同的输入参数和运算环境下,与BPNN和SVR模型的预测精度和运算速度进行了对比,验证得到GBRT模型具有更高的预测精度和更短的运算时间。本文研究结果为科学指导农田表土层土壤容重的获取提供了思路。     

农田管理措施对滨海盐渍化土壤碳平衡的影响

为研究不同农田管理措施对滨海盐渍土壤碳平衡的影响,通过玉米-小麦轮作试验,研究农田土壤碳收支情况。试验共设6个处理:(1)常规对照(CK),(2)有机肥常量(OF),(3)氮肥增施(NF),(4)秸秆还田(S),(5)有机肥加秸秆(OF+S),(6)免耕(NT)。结果表明,秸秆还田和施用有机肥提高了土壤呼吸的强度,而NT处理的CO_2平均释放量最低,不同处理下土壤呼吸表现为OF+S处理S处理OM处理NF处理CKNT处理。各处理土壤有机碳量随着作物种植年份的增加而逐渐升高,其中OF与NT处理增加最多,而NF处理并没有显著提高土壤的有机碳量。在两季作物收获后,各处理的碳输入均高于碳输出,表现为碳净输入,呈现较强的碳汇特征。S处理和OF处理的碳净输入均显著高于CK,可有效减缓土壤CO_2排放,增加其有机碳的输入。     

基于流体力学与离散元法的深松铲气动分析

针对深松作业目前存在的主要问题是耕作阻力大,导致会增加能耗及降低作业速率,且深松铲的结构参数和深松方式直接影响着深松作业的牵引阻力及作业质量等问题,探究了气动深松铲进气口压强与出气孔数量之间的关系和主要受力部分,以改进深松铲设计方案。本研究对气动深松铲的结构及工作原理进行分析,构建了深松铲的气动力学模型,并采用离散元法对气动深松铲的受力进行仿真试验。结果分析表明:气动深松铲的进气口压强与出气口数量呈近似线性正相关关系。研究所得数据对气动深松耕作系统的改进具有重要的意义。