水旱轮作制下连续秸秆覆盖对土壤理化性质和作物产量的影响

采用田间定位试验研究方法,于2008～2010连续3年研究了水旱轮作制下连续秸秆覆盖对土壤理化性质和作物产量的影响。结果表明,连续秸秆覆盖显著降低了土壤表层（05cm）容重,提高了05cm和515cm土层土壤含水量。同时连续秸秆覆盖还田还可以显著提高025cm土层土壤有机质、碱解氮、速效磷和速效钾含量。秸秆覆盖对表层（05cm）土壤养分状况的效应更明显。秸秆连续覆盖5季后,05cm土层土壤速效钾含量的增幅（7.64%～15.33%）速效磷（7.52%～10.03%）碱解氮（7.30%～8.74%）有机质（6.08%～7.53%）。秸秆覆盖还田后,可以提高作物产量。其中旱季作物（小麦、油菜）的增产效应要高于水季作物（水稻）,并且随着秸秆还田年限和用量的增加,作物的增产幅度也随之提高。起主要作用的产量构成因素是小麦、水稻的有效穗数以及油菜单株角果数和每角粒数。     

深松和秸秆还田对旋耕农田土壤有机碳活性组分的影响

土壤有机碳(soil organic carbon,SOC)及其活性组分能够敏感响应耕作方式变化及有机物输入。为对比长期旋耕农田进行深松后土壤有机碳各活性组分及比例变化,该研究基于连续7a的旋耕转变为深松和秸秆管理长期定位试验,对比了旋耕无秸秆还田处理(rotary tillage with straw removal,RT)、旋耕秸秆还田处理(rotary tillage with straw return,RTS)、旋耕转变为深松无秸秆还田处理(rotary tillage conversion to subsoiling with straw removal,RT-DT)、旋耕转变为深松秸秆还田处理(rotary tillage conversion to subsoiling with straw return,RTS-DTS)下土壤有机碳(soil organic carbon,SOC)、颗粒有机碳(particulate organic carbon,POC)、易氧化有机碳(readily oxidizable organic carbon,ROC)、微生物生物量碳(microbial biomass carbon,MBC)、溶解性有机碳(dissolved organic carbon,DOC)、活性有机碳(labile organic carbon,LOC)在土壤有机碳中比例的变化及各组分间的相互关系。研究结果表明,耕作方式从旋耕转变为深松和秸秆还田对SOC及其各活性组分均产生显著影响,耕作方式转变、秸秆还田及两者的交互效应是影响SOC及其活性组分的主要因素。秸秆还田显著提高了RTS处理和RTS-DTS处理的SOC含量,分别比RT和RT-DT处理高6.1%~15.6%和19.1%~32.3%。并且转变耕作方式后RTS-DTS处理比于RTS处理SOC含量提高16.9%~20.0%。同时,RTS-DTS处理的POC含量比RTS处理高13.6%~53.8%;但RT-DT和RTS-DTS处理的土壤ROC含量较RT和RTS处理都呈下降趋势,RTS-DTS处理的ROC含量比RTS处理下降4.6%~10%;MBC含量降低23.8%~30.6%。虽然秸秆还田显著提高了各处理的DOC含量,但RTS转变为RTS-DTS处理后,其3个土层的DOC含量下降了8%~41%。相比于RT和RTS处理,RT-DT和RTS-DTS处理0~30 cm各土层中LOC在SOC中的比例显著下降。相关性分析结果表明,除POC与ROC之间无显著性相关关系外,SOC及各组分间均呈显著(P<0.05)或极显著(P<0.01)的相关关系。耕作方式转变为深松和秸秆还田提高了SOC含量的同时,显著降低了SOC中的活性有机碳组分,这更有利于SOC的有效积累,促进土壤碳库的稳定固存。     

耕作方式对干旱绿洲滴灌复播大豆农田土壤有机碳的影响

为探讨不同耕作措施对不同层次土壤碳的影响,从而评价出滴灌条件下最有利于复播大豆农田固碳的耕作方式,于2012-2014年开展了冬小麦收获后土壤采取翻耕覆膜(tillage plough,TP)、翻耕(tillage,T)、旋耕(rotary tillage,RT)和免耕(no-till,NT)4种不同耕作方式的复播大豆田间试验,研究麦后不同土壤耕作方式对复播大豆农田0~100 cm土层土壤容重、总有机碳(soil organic carbon,SOC)及碳库管理指数(carbon pool management index,CPMI)的影响。结果表明,各处理土壤SOC和易氧化有机碳(easily oxidized organic carbon,EOC)含量随着土层的加深基本呈不断下降趋势。免耕、旋耕处理显著增加了表层0~10 cm土壤的SOC和EOC含量,而TP处理显著增加了耕层20~30 cm的SOC和EOC含量,60~100 cm土层TP处理的SOC含量显著低于其他处理,但各处理间EOC含量差异不显著;土壤容重与总有机碳含量呈显著负相关关系(P0.01);0~60 cm土层不同耕作方式CPMI平均值以免耕处理最高,分别比旋耕、翻耕覆膜、翻耕处理的增加了4.41%、9.90%、22.06%,表明免耕、旋耕能够提高0~60 cm土壤的总体CPMI,而耕翻覆膜显著提高20~30 cm耕层土壤CPMI值。该研究为干旱绿洲滴灌条件下选择最有利于复播大豆农田固碳的耕作方式提供了理论依据。     

不同耕作方式对土壤水热变化的影响

为了研究各免耕处理下土壤的水热变化,2005～2008年在黄河流域清水河县对玉米进行了5种不同耕作方式的试验研究。结果表明,土壤含水量、温度在5种不同耕作方式下均达到了显著(p0.05)或极显著(p0.01)差异。①三年间在0～10 cm土层,整个生育期内留高茬覆盖、留低茬覆盖、留高茬、留低茬处理的平均土壤含水量分别较常规耕作增加了29.92%、26.23%、17.30%、13.95%。在0～40 cm土层,留茬覆盖处理能有效地抑制土壤水分蒸发,提高作物的水分利用率。在80～100 cm土层,土壤含水量达到最大值。土壤水分变化主要受季节影响,随秸秆覆盖和降雨量的变化而变化。②土壤温度在5 cm土层变化幅度最大,留茬覆盖能有效地调节土壤温度,使土壤温度日变化平缓,且随土层深度的增加土壤温度的变化幅度减小。③不同耕作方式形成的土壤微环境为玉米的生长发育提供了更好的基础,其中留茬覆盖处理效果最佳,由于水热状况良好,留茬覆盖下作物产量较高。     

不同耕作方式与有机物料配施后对土壤主要特性的影响

为了揭示东北黑土区不同耕作措施对玉米农田土壤主要特性的早期影响,在2016-2017年设免耕(No tillage(NT))、浅翻(Shallow tillage (ST))、深翻(Deep tillage (DT)) 3种耕作措施,分别施用不同有机物料(单施化肥处理(CK)、施用有机肥(Manure (M))和秸秆还田(Straw (S)),调查玉米出苗率、土壤温度,分析了玉米拔节期土壤有关特性。结果显示:从3种耕作措施来看,玉米苗期土壤温度随着土层深度的加深而降低,ST处理显著提高了10 cm土层的土壤温度,而DT将20 cm深度的土壤温度提高了16%,在25 cm层次无明显差异。NT处理的出苗率仅为40%,ST和DT达到了70%左右。玉米拔节期,无论0～20 cm还是20～40 cm土层,施用有机肥和秸秆均能明显提高DT处理土壤有效磷含量,DTM和DTS分别提高了30. 3%～40. 9%,58. 9%～86. 1%,碱解氮和速效钾含量变化不明显。耕作措施对于短期内提高土壤有机碳的效果不明显,施入有机肥和秸秆还田均显著提高了土壤中0～20 cm、20～40 cm土层游离态轻组有机碳的含量。3种耕作措施对土壤微生物量碳、氮的影响较小,但是施入秸秆和有机肥影响微生物量碳和氮的含量,影响程度分别介于-3. 9%～288. 6%和-30. 3%～124. 4%,其中20～40 cm土层提升效果优于0～20cm土层。不同处理显著提高了0～20 cm和20～40 cm土层有效磷、土壤有机碳和游离体态轻组的含量,同时秸秆还田对于提升土壤游离态轻组、微生物量碳和氮的效果显著,这些敏感指标受到有机物料与耕作方式的交互作用影响明显。     

土层置换对土壤物理性质及养分有效性的影响

以辽宁半干旱区旱田为研究对象,将0~20 cm土壤与20~40 cm土壤进行位置转换,探讨土层置换对土壤物理性质及土壤养分含量的影响。研究结果表明:土层置换后,10~30 cm土壤容重较常规耕作分别降低3.62%和5.11%;0~10cm与20~30 cm土壤含水量比常规耕作处理增大2.06%和6.82%;10~30 cm土壤导水率较常规耕作处理增加62.6%和219.2%;10~30 cm土壤碱解氮、速效钾、速效磷含量均高于常规耕作处理;玉米穗数、玉米出籽率、籽粒含水量以及玉米产量比常规耕作处理增加9.76%、4.67%、4.89%和8.56%。综上,应用土层置换技术,能够显著改善旱田土壤物理性状,提高养分有效性,为作物生长提供良好的土壤环境。     

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。     

东北大豆农田保护性耕作水热效应的Meta分析

摘要：基于公开发表文章中有关东北地区保护性耕作下大豆农田土壤温度和湿度数据，以传统耕作（CT）为对照，免耕（NT）、少耕（RT）、秸秆覆盖（SM）、免耕秸秆覆盖（NTSM）为处理，应用Meta分析方法定量评估保护性耕作措施对东北大豆农田土壤水热状况的影响程度。结果表明：与CT相比，保护性耕作总体上使东北大豆农田0-170cm土层的土壤体积含水量增加了9.2%，使浅层土壤（0-30cm）温度降低了8.2%；不同气候条件下4种保护性耕作措施均能提高土壤湿度；秸秆覆盖可以提高大豆整个生育时期土壤含水量，且在营养生长期对土壤水热的影响最大，土壤温度随秸秆覆盖量的增加而增加；保护性耕作措施降低土壤温度的幅度随着土壤黏粒减少而降低，提高土壤湿度的幅度随土壤深度增加而降低；免耕秸秆覆盖在不同土壤深度的蓄水保墒效果最明显，在0-20cm土层提高了32.9%的土壤湿度。综上，保护性耕作措施较传统耕作具有增湿降温效应，气温、降水、生育时期、秸秆覆盖量、土壤类型及土壤深度均对保护性耕作下大豆农田的土壤水热状况产生影响。     

不同耕作方式对旱作区冬小麦生产和产量的影响

为了筛选出适宜旱作区推广的耕作技术,在旱作大田条件下,设置一次深翻、免耕覆盖、深松覆盖、传统耕作四种耕作方式,研究了不同耕作方式下花后土壤水分和养分状况、小麦旗叶叶绿素含量、小麦旗叶净光合速率和小麦籽粒灌浆速率及产量。结果表明,免耕覆盖、深松覆盖开花期和灌浆期0～40 cm土层土壤水分含量分别比传统耕作提高了4.13%、6.23%和5.50%、9.27%,0～40 cm土层土壤碱解氮、速效磷和速效钾含量均显著高于传统耕作,为小麦开花后生长发育提供了良好的环境,从而提高了小麦灌浆中后期旗叶叶绿素含量和净光合速率,促进花后干物质积累及干物质向籽粒转运,进而提高了籽粒灌浆速率,使得籽粒产量显著提高。     

不同耕作制度下荒漠绿洲棉田土壤水分的时空变化

通过田问试验研究了不同耕作制度荒漠绿洲棉田土壤水分的时空变化.结果表明,0-120 cm土层免耕覆盖土壤容积含水量最高,免耕留茬次之,传统耕作和耕作覆膜最低.0-20 cm土层,免耕覆盖和免耕留茬土壤含水量高于传统耕作和耕作覆膜,0-5 cm差异最大,但随着深度增加差异减小,20-120 cm差异不大.传统耕作、耕作覆膜、免耕留茬棉田表层与底层土壤水分梯度明显,免耕覆盖不明显.头水前不同耕作方式棉田0-120 cm土壤含水量都随时间延长逐渐降低,前期免耕覆盖和免耕留茬与传统耕作和耕作覆膜差异较大,后期差异变小;头水后,免耕覆盖、免耕留茬高于耕作棉田.免耕覆盖和耕作覆膜棉田表层土壤水分状况比较稳定,免耕留茬和传统耕作变化幅度较大.     

正反转组合式水稻宽苗带灭茬播种机设计与试验

针对稻麦两茬轮作区,小麦收获时间短、水稻插秧费时费力、直播整地要求高的问题,利用反转灭茬技术和主动防拥堵技术,同时借鉴小麦宽幅精播技术,设计了一种正反转组合式水稻宽苗带灭茬播种机,一次完成旋耕、灭茬、防堵、深施肥、宽苗带播种、覆土和镇压功能。在稻麦两熟区进行了试验,结果表明,反转旋耕装置能很好的灭茬,正转清草装置能有效防堵,在正反旋耕的配合作用下,种床土壤细碎,播种覆土均匀,播种深度和施肥深度变异系数分别为4.58%和2.40%,种肥垂直间距变异系数为4.72%;平均苗带宽度为138.4 mm,与理论设计宽度差异不显著;不同苗带宽度上种子分布有差异但不显著,符合设计要求;苗带宽度对水稻生长有影响,苗带两侧有效分蘖和成穗率显著高于苗带中间(P0.05);机具的通过性满足农艺要求。     

稻茬田小麦宽幅精量少耕播种机的设计与试验

为解决长江中下游稻麦轮作区稻茬田免耕播种小麦机具堵塞及土壤黏附严重等问题,结合当地稻茬田播种小麦需要开排水沟的农艺要求,提出了"种-肥-种"宽幅精量播种和带状旋耕相结合的防堵思路,设计了双翼铧式开沟器、宽幅精量排种机构、种沟双圆盘开沟器和浮动覆土板等关键部件,研究设计了一种稻茬田小麦宽幅精量少耕播种机。试验结果表明,宽幅播种方式与带状旋耕相结合较好解决了稻茬田播种小麦堵塞的问题,小麦播幅平均为74.6 mm,平均播深为39 mm,播深合格率为86.7%,施肥方式为侧下方深施肥,平均施肥深度为81 mm,施肥深度合格率为93.3%,均满足国家标准。厢沟平均深度为175 mm,沟面宽度为238 mm,满足排水要求。该研究为应用于稻麦轮作区稻茬田小麦少免耕播种机的设计提供了参考。     

秸秆还田与旋耕对川中土壤物理性状及玉米机播质量的影响

为明确川中丘陵地区紫土小麦-玉米两熟种植模式下机播玉米生产适宜的秸秆还田方式与耕作方式,改善土壤的瘠薄、黏性过大等问题,提高耕层土壤的播种条件、播种质量,达到作物高产的目的,设置秸秆还田旋耕(RTS)、秸秆还田免耕(NTS)、秸秆不还田旋耕(RT)、秸秆不还田免耕(NT)4个处理,研究麦秸还田与旋耕对川中丘区紫色黏土物理性状及机播夏玉米播种质量的影响。结果表明:与秸秆不还田相比,麦秸还田显著增加了拔节期0~10 cm土层土壤毛管孔隙度和免耕处理0~10 cm全生育时期土壤含水量,显著降低出苗率、播种均匀度和幼苗整齐度等指标。与免耕相比,旋耕处理降低了0~10 cm土壤容重、含水量,增加了毛管孔隙度,出苗率提高9.9%,幼苗株高、茎粗、叶面积和干重显著提高。麦秸还田条件下,旋耕处理较免耕处理0~10cm土壤容重降低2.0%~12.1%,出苗率、播种均匀度、每穴苗数、幼苗整齐度显著提高,其中出苗率增加17.9%。玉米出苗率与0~10 cm土壤含水量呈显著正相关,播种均匀度与幼苗整齐度均与0~10 cm土壤容重呈显著负相关。可见,麦秸还田下旋耕处理改善了土壤结构,增加了土壤含水量,更有利于川中丘陵地区小麦-夏玉米种植模式机播玉米质量和幼苗素质的提高。     

犁翻旋耕复式作业耕整机的设计与试验

为了满足稻麦轮作耕作方式的整地需求,设计研制一款集翻耕、旋耕、秸秆粉碎还田等多道工序的犁翻旋耕复试作业整地机械。根据机器复试作业的特点,设计过程重点考虑犁耕与旋耕作业之间的交互作用,将旋耕机架整体向右侧偏置210 mm,且左、右旋耕刀辊内侧旋耕刀至副减速箱距离均为50 mm。根据实际田间作业情况,应用 EDEM 仿真软件进行虚拟田间作业仿真,仿真结果表明：碎土率为91.4%,地表平整度小于20 mm。在设计与仿真的基础上,进行田间试验,设计一组先犁耕后旋耕作业试验与犁旋耕整机复式作业相对照,田间试验表明：犁旋耕整机作业后,耕宽、耕深、地表平整度分别为1.98 m、21.6 cm、1.87 cm,耕深稳定系数、耕宽稳定系数、碎土率、植被覆盖率均达到90%以上,各项指标均优于二次整地模式,且在油耗、生产率指标上远远优于后者。该研究为复式整地机械的研制及交互性设计提供参考。     

正反转旋耕作业的秸秆混埋效果比较

秸秆混埋是增强土壤碳汇的重要技术途经。为分析和比较正、反转旋耕作业的秸秆混埋效果,进行了正、反转旋耕秸秆混埋对比试验。测取旋耕处理后的地貌形态及秸秆在土壤空间中的分布状况,并使用Pro-E造型展示秸秆的空间分布状况。结果表明三维数字化仪配合虚拟造型技术能够直观反映混埋后秸秆在土壤空间的分布状态。2种旋耕处理方式的地表形态及土壤空间内秸秆分布对比分析表明,正转旋耕的秸秆埋覆率及纵向空间分布总体均匀率优于反转旋耕,而反转旋耕的秸秆在沿土壤深度方向的空间分布均匀率、秸秆-土壤混合效果、耕幅内地表平整度等优于正转旋耕。综合分析表明正转旋耕的秸秆混埋质量略有优势,但具体选择混埋模式时还应考虑田间秸秆残留情况。秸秆量较少时反转旋耕较适宜,反之正转旋耕更好。     

晋南土壤质地、耕作方式及茬口对小麦播前土壤贮水量的影响

在山西临汾、襄汾采用大区对比法研究了土壤质地、耕作方式及茬口对小麦播前土壤贮水量的影响。结果表明：夏闲制不同土壤质地的传统土壤耕作方式,小麦播前0-200cm的各主要土壤层面的贮水量为中粘土〉中壤土〉轻壤土;夏季复播制的土壤质地和复播作物对小麦播前贮水量的影响以土壤质地〉复播作物种类;夏闲制不同土壤耕作方式的小麦播前贮水量以浅旋灭茬〉免耕〉隔行深松〉传统耕作〉全耕层深松。不同春播作物茬口小麦播前的贮水量以地黄茬贮水量最高,其次为丹参茬,棉花茬较差。该项研究为小麦播前土壤贮水量的恢复选择夏季复播制的土壤质地、夏闲制合理的土壤耕作方式和春播作物茬口提供了理论依据。     

旋耕埋草机螺旋横刀的数学建模与参数分析

为了研究水田高茬秸秆旋耕翻埋机理,该文对1GMC-70型船式旋耕埋草机刀辊的主要耕作部件—螺旋横刀建立了数学模型,推导了横刀棱边轮廓曲线的静态方程和动态方程,绘制了动态滑切角、动态切土角等主要耕作参数随刀辊位置角的变化规律曲线,对影响高茬秸秆旋耕翻埋效果的主要因素,例如压草角与抛土角等,进行了计算分析。结果发现,该机的良好作业效果,例如耕深稳定性达90.7%、秸秆埋覆率达94.6%、碎土率达90%、耕后地表平整度在20mm以内等,都与横刀设计理念有很大关系,横刀的主要功能不是土壤切削,而是秸秆翻埋。     

立式驱动浅旋耙设计与参数优化

针对中国黄淮海地区保护性耕作少免耕作业、表土耕作时对地表平整度、表层碎土效果要求较高的特点。研究设计了一种立式驱动浅旋耙,通过对由作业机构参数进行设计优化、刀具的运动学分析与动力学分析,得出了影响土壤受力的因素为机具前进速度与刀具转速,并采用离散元仿真分析对影响因素进行进一步分析。通过田间验证试验,以碎土率、土壤容重、地表平整度为试验指标,对立式驱动浅旋耙进行性能优化试验。结果表明:在前进速度为1.4 m/s,刀具转速为350 r/min时,其碎土率为95.4%,土壤容重为0.82 g/cm~3,土壤平整度为16.3 mm,满足少免耕作业前碎土及秸秆覆盖要求。该研究为少免耕播种前的地表浅旋作业机具提供了参考。     

Effect of seeders and tillage equipment on vertical distribution of oilseed rape stubble

When the spreading of a disease depends on the proportion of infected residues remaining at soil surface it is of crucial importance to analyse the effects of tillage practices on the vertical distribution of stubble. This is the case with phoma stem canker (blackleg), whose epidemics are initiated in autumn, by air-borne ascospores released from stubble located at the soil surface. We compared initial vertical distribution of oilseed rape residues to those observed after sowing and various tillage operations (rotary harrowing, stubble disking, chiselling and mouldboard ploughing). Almost 20% of the initially buried residue was brought back to soil surface with seeding. Rotary harrow brought 40% of the residue buried in the 0–10 cm layer up to the surface and left unburied about 70% of surface residue. Stubble disking appeared to be more efficient for residue burial than chiselling. Mouldboard plough was the only tool that buried all residues. A simple model was developed that predicted burial and return to the soil surface of potentially infected residues as a function of tillage practices used after harvest. Simulation of different tillage sequences showed that the order in which tools were used also affected location of residues. Our results highlighted the importance of tillage in the cultural control of phoma stem canker and will contribute to the definition of integrated pest management strategies for oilseed rape.