保护性耕作对农田碳、氮效应的影响研究进展

作物产量的高低主要取决于土壤肥力,如何保持并提高土壤肥力是确保我国粮食安全和农业可持续发展的重要任务,也是众多学者关注的焦点。土壤有机碳和氮素是评价土壤质量的重要指标,其动态平衡直接影响土壤肥力和作物产量。随着全球气候变化及环境污染问题的愈加突出,农田土壤固碳及提高氮效率成为各界科学家研究的热点。目前,保护性耕作已成为发展可持续农业的重要技术之一,对土壤固碳及氮素的利用具有很大的影响。深入了解保护性耕作对土壤有机碳固持与氮素利用效率提高的影响机制,对于正确评价土壤肥力有着重要意义。但由于气候、土壤及种植制度等条件不一致,关于保护性耕作对农田碳、氮效应结论不一。阐述了国际上保护性耕作对农田系统土壤有机碳含量变化及其分解排放(如CO₂和CH₄)、氮素变化及其矿化损失(如NH₃挥发、N₂O排放与氮淋失)和碳氮素相互关系(如C/N层化率)影响的研究进展,并分析了其影响因素和相关机理。尽管国内保护性耕作的研究已进行30 多年,但在土壤有机碳与氮素方面与国外相比依然有较大的差距。保护性耕作对土壤固碳与氮素利用的影响机制,碳素和氮素在土壤-植株-大气系统中的转移变化,及结合农事管理等综合评价其生态效应的研究很少。在此基础上,提出未来我国保护性耕作在土壤有机碳固定和氮素利用方面的重点研究方向:(1)在定位试验基础上进一步探讨保护性耕作对土壤有机碳及氮素利用的影响机制;(2)深入研究土壤有机碳和氮素的相互关系及其对土壤肥力的影响;(3)结合环境保护与土壤可持续管理对保护性耕作农田土壤固碳及氮素高效利用的系统评价研究;(4)加强保护性耕作对农田碳、氮效应的宏观研究,合理评价保护性耕措施下对农田碳、氮综合效应。     

保护性耕作对土壤有机碳稳定化影响的研究进展

为进一步明确保护性耕作对土壤有机碳固持(Carbon sequestration)的影响,系统分析2000—2018年农田生态系统中,保护性耕作对土壤有机碳稳定化(Stabilization)影响的相关研究文献。结果表明,保护性耕作并不直接影响土壤有机碳本身的稳定性(Stability),而是通过改变土壤物理化学性质及有机碳分子结构(Molecular structure)促进土壤有机碳稳定化,增加土壤固碳。未来研究重点应在阐明保护性耕作条件下外源有机碳的投入(主要源于作物秸秆)与土壤有机碳变化的关系,保护性耕作条件下土壤理化性质对土壤有机碳矿化的影响以及保护性耕作对土壤有机碳分子结构及其对有机碳稳定的影响。     

东北黑土区发展保护性耕作可行性分析

阐述了东北黑土区的资源概况与发展保护性耕作的意义,分析了黑土区现行耕作存在的问题及要解决的关键技术,提出了东北黑土区发展保护性耕作的目标及模式。     

保护性耕作的水土保持机理及其在东北黑土区的推广建议

东北黑土区土壤有机质含量高,土质肥沃,是我国重要的粮食生产基地。然而近些年来,由于自然原因和人为活动,使黑土结构遭到破坏,水土流失严重。保护黑土资源,减少黑土流失,不仅关系到东北地区的经济发展,而且是实现农业可持续发展的重要保证。本文在对保护性耕作特点进行描述的基础上,对国内外在保护性耕作与水土流失方面所取得的研究成果进行分析,明确保护性耕作减少水土流失的机理效应。同时对研究中有关保护性耕作增加水土流失的负面成因进行分析,明确保护性耕作长时间研究的重要性。最后对实施保护性耕作的难点进行分析,明确保护性耕作在东北地区所需解决的问题,以此为保护性耕作的推广提供基本数据支撑和建议。     

东北黑土区保护性耕作生态补偿机制优化路径

新时期，筑牢国家粮食安全的“压舱石”，巩固提升东北地区粮食综合生产能力，应以黑土区耕地质量保护为首要任务。保护性耕作技术作为黑土地质量保护与提升的关键技术，其规模化应用在政策和主体层面存在现实约束。科学认识东北黑土区保护性耕作生态补偿政策存在的问题，以问题为导向，探索保护性耕作技术补偿政策优化路径，为补齐制度短板、实现精准施策提供科学依据。综合运用文献分析、规范分析及归纳演绎法结合实地调研，全面总结东北黑土区玉米秸秆还田技术补贴标准，定性分析补贴政策面临的现实约束，理清目前保护性耕作支持政策的主要障碍因素：一是补偿政策指向性不明确；二是补偿标准定价依据不科学；三是补偿管理机制不健全。针对黑土区保护性耕作生态补偿面临的现实困境，提出政策机制优化路径：一是强化赋权和组织化激活保护性耕作的主体性路径，从完善赋权定位和培育新型经营主体两个层面建立配套政策；二是构建环境-经济属性协同定量的补偿标准评估方法，以技术产生的外部效应和主观效用作为补偿标准定价的理论依据，建立由替代市场技术、假想市场技术及计量经济学统计分析等多方法融合的评估方法体系；三是创设高质量数字化管理及差异化的生态补偿制度，构建开...     

耕作方式对土壤中微生物残体的影响研究进展

微生物残体的续埋效应在农田生态系统中对土壤有机碳（SOC）的贡献超过了50%。合理的耕作方式能通过影响土壤微生物群落与团聚体,促进微生物残体在土壤中的积累。因此,研究微生物残体的作用机制,对分析长期高效的农田耕作措施对SOC的固持作用至关重要。本文综述微生物残体对SOC的贡献途径与大小、耕作方式对SOC和微生物残体的影响、耕作方式影响微生物残体的原因,分析耕作方式影响微生物残体调控SOC含量的作用机制,为农田固碳提供依据。     

保护性耕作下农田表土有机碳含量变化特征分析——基于中国农业生态系统长期试验资料

本文收集整理1979-2008年有关中国保护性耕作的长期试验文献,整合分析了长期保护性耕作下中国农田表土有机碳的变化特征.采用的48篇有效文献涉及18个省(区、市)的59个长期试验点,涵盖12种土类.总样本88个(其中旱地51个,水田37个).结果表明.保护性耕作处理下旱地和水田表土有机碳年变化分别介于-0.30～0.75 g·kg~(-1)·a~(-1)和-0.20～2.71 g·kg~(-1)·a~(-1),平均增幅分别达0.21 g·kg~(-1)·a~(-1)和0.51 g·kg~(-1)·a~(-1).可见长期保护性耕作下,农刚表土有机碳含量总体呈上升趋势,水田下增长高于旱地.和少免耕相比,秸秆还田更有利于促进表土有机碳的积累.统计分析还表明,结合秸秆还田的综合保护性耕作措施可以使水田和旱地的有效固碳期限分别持续27 a和23 a,水田在保持较高固碳速率的同时,延长了有效固碳年限.耕地表土有机碳含量在保护性耕作下特别是秸秆还田可以较大幅度地提高.实行保护性耕作可以具有农业稳产与土壤固碳的双重意义.     

浅谈保护性耕作与黑土退化

东北黑土区是我国重要的粮食产区,近些年来黑土逐渐变薄、土壤肥力下降、黑土退化严重,而保护性耕作对改善土壤条件,提高有机质含量,蓄水保墒效果明显,可以减少黑土流失,培肥地力,对于保护黑土地、提高土地产能具有重要意义。     

东北黑土区玉米保护性耕作技术模式探讨

保护性耕作是以维护生态环境、提升土壤质量为目的的技术模式,可以改善土壤物理及化学性状,为玉米生长发育提供良好的环境,利于提高玉米产量。文章从机械整地及机械免耕精量播种、机械镇压与深追肥、机械化药剂灭草与无公害灭病虫等方面,对以吉林省榆树地区为代表的东北黑土区玉米保护性耕作技术模式的应用进行了分析。     

15年保护性耕作对黄土坡耕地区土壤及团聚体固碳效应的影响

【目的】保护性耕作是提高土壤有机碳（SOC）含量、促进土壤团聚体形成的重要措施。论文旨在揭示保护性耕作对土壤表层（0-10 cm）有机碳含量及储量的影响,探讨不同级别团聚体的固碳特征,为阐明土壤固碳机理和筛选黄土坡耕地区农田土壤增碳耕作措施提供理论依据。【方法】长期试验位于黄土高原坡耕地区,开始于1999年,共设4个处理：少耕（RT）、免耕覆盖（NT）、深松覆盖（SM）和传统翻耕（CT）。利用15年长期试验的作物产量和0-10 cm 土层土壤有机碳数据分析农田碳投入和土壤固碳量;通过湿筛法筛分＞2、1-2、0.25-1、0.053-0.25和＜0.053 mm粒级团聚体,分析不同团聚体的固碳特征。【结果】15年长期免耕覆盖和深松覆盖处理显著提高了土壤0-10 cm表层有机碳含量及储量,同传统翻耕处理相比,有机碳含量分别提高了22.9%和21.8%,有机碳储量分别提高了21.8%和16.7%,固碳速率分别为0.09和0.06 t C?hm^-2?a^-1。微团聚体（＜0.25 mm）存储了大部分的有机碳,占总团聚体有机碳储量的65%,但其有机碳含量较低。大团聚体（＞0.25 mm）有机碳含量较高,约为微团聚体的3-8倍,且对不同耕作措施反应敏感,可作为评价长期不同耕作措施对土壤有机碳含量影响的指标。土壤固碳量随着累积碳投入量的增加而显著增加,要维持土壤有机碳储量稳定,每年最低需投入外源碳2.4 t C?hm^-2。【结论】长期保护性耕作（包括免耕覆盖和深松覆盖）提高了黄土坡耕地区土壤及团聚体有机碳储量,是有利于该地区土壤增碳的管理措施。     

免耕对农田土壤持水特性和有机碳储量影响的区域差异

【目的】分析耕作对土壤碳储量的影响,明确我国东北、华北地区的科学耕作方式,为区域优化耕作模式、改善土壤提供依据。【方法】基于吉林公主岭（GZL）、山西寿阳（SSY）、河北廊坊（HLF）、山西临汾（SLF）4个长期定位试验,选择传统耕作（CT）、免耕（NT）两个耕作处理,分析耕作对有机碳影响的区域差异。【结果】（1）免耕对土壤容重和紧实度影响存在区域性差异,显著提高了东北冷凉区黏质黑土（公主岭）和华北砂质潮土（廊坊）的土壤容重和紧实度,土壤容重分别增加了12.1%、0.7%,但降低了黄土高原东部粉砂壤质黄土（临汾）和砂壤质褐土（寿阳）的土壤容重和紧实度,土壤容重分别降低了1.5%、8.2%。（2）公主岭试验点0、10 kPa土壤体积含水量处理间差异显著,免耕较传统耕作分别提高了40.4%、30.1%;寿阳试验点0、10、500 kPa下免耕较传统耕作土壤体积含水量分别降低了6.4%、4.3%、5.9%,350 kPa下提高了2.1%;廊坊试验点10、350、500 kPa免耕下土壤体积含水量分别提高了0.6%、5.6%、2.6%;临汾试验点0和10 kPa免耕下土壤体积含水量分别降低了7.1%、5.5%,350 和500 kPa土壤体积含水量分别提高了2.9%、8.9%。（3）在4个区域,免耕显著提高了0—10 cm表层土壤有机碳储量,其中公主岭增加最显著,提高了45.4%;但免耕对0—80 cm土层总有机碳储量影响存在区域性差异,公主岭提高了7.2%,寿阳、廊坊、临汾分别降低了26.8%、31.3%、23.5%。（4）土壤有机碳与饱和含水量呈极显著正相关关系,而与年均温、年降水、紧实度具有显著负相关关系,有机碳储量受气候因子、持水能力、紧实度的影响显著。【结论】由于我国东北和华北地区气候、作物类型、土壤性质等不同,免耕对土壤有机碳储量影响存在区域性差异,可以显著提高各区域表层土壤有机碳储量,但仅提高了东北冷凉区黏质黑土（公主岭）土壤总有机碳储量。总体来说,免耕保护性耕作技术是提高表层有机碳储量的有效途径。     

基于感知价值的东北黑土区农户保护性耕作技术采用行为

为破解保护性耕作技术推广困局,本研究基于感知价值理论构建了农户保护性耕作技术采用行为模型,并运用结构方程模型对黑龙江省典型黑土区的733份农户调研数据展开实证研究。结果表明:农户保护性耕作技术采用感知价值是感知利益和感知风险权衡的结果,感知利益和感知风险对感知价值分别有正向和负向影响;感知利益和风险由多个维度构成,各维度感知利益和风险对总体感知利益和风险的影响程度分别为:感知经济利益感知生态利益感知社会利益;感知技术风险感知经济风险感知情境风险;感知利益、感知风险、感知价值与技术采用意愿和行为存在直接和间接的影响关系,感知利益对感知价值和技术采用意愿的影响感知风险对二者的影响,但感知风险对感知行为的影响感知利益对其的影响。鉴于此,从提升农户保护性耕作技术采用利益感知和降低风险感知的角度提出建议,引导东北黑土区农户采用保护性耕作技术。     

保护性耕作方式对土壤碳、氮及氮素矿化菌的影响研究

采用稻田红壤免耕稻草覆盖方式种植红薯,研究保护性耕作方式对土壤碳、氮和氮素矿化菌的影响以及它们之间的相关关系。结果表明,保护性耕作能增加0—10cm土层土壤总有机碳、活性有机碳、全氮和碱解氮含量,降低土壤的碳氮比;保护性耕作处理的氨化细菌数量无论是在0～10cm土层还是10～20cm土层均比传统耕作处理高近1倍,而硝化细菌数量则是0-10cm土层高于传统耕作处理,且差异显著,10～20cm土层与传统耕作处理差异不大。说明保护性耕作能增加表层土壤碳、氮含量,降低土壤碳氮比,有利于氮素矿化菌的生长,为作物生长发育提供更多的速效氮素。     

坡地黑土侵蚀区和沉积区不同有机碳库分配特征

试验采用Stewart物理-化学联合分组方法,以东北黑土区长期耕作坡耕地为研究对象,探讨坡上侵蚀-坡下沉积区不同稳定机制碳库(游离未保护、物理保护、生物化学保护、化学保护)分配特征。结果表明:坡上侵蚀区减少活跃碳库(游离未保护),但同时促进中等稳定机制碳库(物理保护)的更新,并富集惰性碳库(生物化学和化学保护);被侵蚀土壤有机碳(SOC)在坡下沉积区埋藏、固存,显著增加沉积区各碳库质量分数。坡上侵蚀区碳积累速率,从大到小依次为生物化学保护SOC(61.5%)、化学保护SOC(27.8%)、物理保护SOC(5.9%);坡下沉积区碳积累速率,从大到小依次为化学保护SOC(20.4%)、物理保护SOC(10.7%)、游离未受保护SOC(5%)。侵蚀区游离未保护SOC和沉积区生物化学保护SOC,对总有机碳的变化无明显响应。     

保护性耕作对农田土壤微生物特性的影响及驱动机制

研究不同耕作方式下土壤微生物群落,对揭示耕作方式对土壤质量的影响及机制具有重要的指导意义。本文综述了保护性耕作对农田土壤微生物特性及参与土壤碳氮循环的微生物功能基因的影响,并详述了土壤微生物的驱动机制;指出了不同耕作处理对微生物影响效果不同,保护性耕作有助于维持土壤微生物多样性及活性,保持土壤生态系统的稳定性。同时,文章还分析了目前研究中存在的问题,并对今后研究方向进行了展望。     

保护性耕作对土壤团聚体、微生物及线虫群落的影响研究进展

保护性耕作具有良好的生态效益,有利于农业生态系统的可持续发展。本文对比分析了国内外有关常规耕作和保护性耕作措施对土壤团聚体、土壤有机碳、土壤微生物及土壤线虫影响的研究进展。结果表明：保护性耕作减少土壤大团聚体的破坏,降低团聚体周转速率,提高土壤结构的稳定性;保护性耕作提高表层土壤总有机碳及活性有机碳含量;保护性耕作可以提高耕层微生物生物量,尤其对真菌生物量影响显著;保护性耕作不同程度地提高了团聚体中微生物量和微生物多样性,但并未改变微生物在团聚体中的分布模式;保护性耕作可提高土壤线虫多度,提高原状土壤和土壤各粒级团聚体中线虫群落的成熟度指数和结构指数,但并未改变线虫总数、营养类群、功能团及生态指数在团聚体中的分布模式。针对目前国内外研究现状,展望了保护性耕作今后的研究重点,以期为因地制宜选取保护性耕作措施提供理论支持,推进我国农业可持续发展。     

耕作方式对耕层黑土有机碳库储量的短期影响

【目的】探索不同耕作方式对耕层黑土有机碳含量的影响。【方法】以2001年秋在吉林省德惠市中层黑土上进行了3年的田间定位试验小区土壤为研究对象，对免耕、垄作和秋翻3种耕作处理下耕层土壤有机碳的动态变化进行了分析，并采用等深度和等质量土壤碳库储量计算方法，比较了不同耕作处理对耕层土壤有机碳库储量的影响。【结果】不同耕作处理对黑土耕层有机碳的影响无显著性差异，而且免耕处理在短期内没有引起耕层土壤有机碳含量的明显增加，反而有所降低。与2001年试验开始时相比，3年免耕管理使表层0～5 cm土壤有机碳含量仅增加了0.18％，而5～20 cm土层有机碳含量则明显降低。利用等深度（0～30 cm）和等质量（4 040 Mg）土壤碳库储量计算方法对比研究表明，将土壤容重考虑在内的等质量土壤有机碳库储量计算方法可以更准确的反映耕作对土壤有机碳库储量的影响。等质量方法计算表明，3年的免耕试验并没有使耕层土壤有机碳库储量发生明显变化。【结论】在质地粘重和排水不良的土壤上实行免耕，短期内土壤有机碳含量并没有增加。长期效果如何还有待观测。     

长期保护性耕作对黄土高原旱作农田土壤碳含量及转化酶活性的影响

【目的】探究黄土高原旱作农田粮草轮作系统长期保护性耕作对土壤碳含量、碳转化酶活性的影响,为旱作农田土壤固碳和农业可持续发展提供科学依据。【方法】基于甘肃庆阳草地农业生态系统国家野外科学观测研究站开展的长期保护性耕作试验（开始于2001年）,分析传统耕作（T）、免耕（NT）、传统耕作+秸秆覆盖（TS）、免耕+秸秆覆盖（NTS）对玉米-冬小麦-饲用大豆粮草轮作系统玉米收获季不同土层（0—5、5—10、10—20 cm）土壤有机碳（SOC）、微生物量碳（MBC）含量、β-葡萄糖苷酶（βG）、纤维二糖水解酶（CBH）、β-木糖苷酶（βX）活性的影响。【结果】（1）保护性耕作措施可显著增加SOC、MBC含量,其中0—5 cm土层提升效果最显著。与传统耕作相比,秸秆覆盖使SOC和MBC含量分别升高19.1%和39.9%,免耕使SOC和MBC含量分别升高15.1%和34.3%。（2）保护性耕作措施显著提高了土壤碳转化酶活性,表现为βG>CBH>βX活性,对保护性耕作措施最敏感的酶是CBH。相比传统耕作,秸秆覆盖使0—5和5—20 cm土层βG、CBH、βX活性分别增加20.3%、37.6...     

保护性耕作及其生态效应研究进展

保护性耕作以少耕、免耕、残茬覆盖为主要方式,具有保持水土、改变土壤理化性状、改善生态环境等优点。回顾了保护性耕作的发展过程,介绍了它的优、缺点,对国内外关于保护性耕作的生态效应研究进展从保护性耕作与水土保持,保护性耕作与土壤的理化性状,保护性耕作与土壤微生物区系、土壤酶活性和土壤动物,保护性耕作对土壤中碳储量的影响及对大气中CO2的贡献等4个方面进行了概括和分析。最后,讨论了我国保护性耕作的发展前景。     

四平:保护性耕作带来玉米种植业革命

<正>四平市推广玉米保护性耕作新模式,收获后的玉米秸秆完全覆盖在土地上,春季播种免耕或者少耕,少翻动,保水分,起到保粮、节水、固土、洁气等多重效果,解决了东北黑土区玉米连作、秸秆焚烧导致的土壤退化以及衍生的环境问题,是一场实实在在的玉米种植业革命。