保护性耕作小麦—玉米农田生态系统能流特点的研究

通过在黑龙港地区主要土壤类型壤质潮土上连续３年的耕作试验，研究在不同耕作条件下农田生态系统的能流特点与能量分配的合理性。结果表明，与传统耕作制度相比，保护性耕作（免）耕能够明显提高小麦－玉米一年两作农田生态系统的能量转化率，能量投产比间的差异显著（Ｐ＜０．０１）；不同耕作农田生态系统 和自由能绝对值的差异均无统计学意义，但在一定程度上表明免耕增强了农田生态系统的有序性，从而提高了系统的相对生产力。     

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。     

耕作制度对紫色水稻土有机碳累积及矿化动态的影响

以稻田长期定位试验为平台,研究常规平作（中稻-冬水田）、垄作免耕（中稻-冬水田）、垄作免耕（中稻-油菜）和水旱轮作（中稻-油菜）4种耕作制度对紫色水稻土有机碳累积及矿化动态的影响。结果表明：实行不同耕作制度均能提高土壤有机碳密度,以垄作免耕（中稻-油菜）最佳。不同耕作制度实施20年后,农田0-10 cm表层土壤有机碳密度已趋于稳定,垄作免耕会提高10-20 cm和20-40 cm土层有机碳密度,而水旱轮作各土层有机碳密度均低于其他耕作处理。不同耕作制度下水稻土中易氧化有机碳数量和有机碳氧化稳定系数差异较大,其中,垄作免耕（中稻-油菜）下水稻土有机碳氧化稳定系数最大。各耕作处理中,土壤有机碳的最大矿化速率差异显著,有机碳矿化率和pH呈显著正相关;在培养期间,垄作免耕（中稻-油菜）的累积矿化量始终显著低于其他处理;常规平作（中稻-冬水田）的总矿化强度最大,垄作免耕（中稻-油菜）最小。     

不同耕作方式下玉米农田土壤养分及土壤微生物活性变化

通过连续3年的野外调查与室内分析试验,研究了不同耕作方式（翻耕、旋耕、免耕）对玉米农田土壤养分及土壤微生物活性的影响。结果表明,不同耕作方式下土壤pH值略显酸性,土壤容重与土壤总孔隙度变化趋势相反;土壤容重基本表现为:免耕 > 翻耕 > 旋耕;土壤总孔隙度TSP基本表现为:翻耕 > 旋耕 > 免耕,不同耕作方式差异均显著（p<0.05）。不同耕作方式下土壤养分（有机碳、全氮含量）和有效养分（有效磷、铵态氮和硝态氮）均呈现出一致性规律,大致表现为翻耕 > 旋耕 > 免耕,不同耕作方式下土壤全磷含量差异均不显著（p > 0.05）;与免耕相比,土壤微生物量碳和氮、土壤微生物数量（细菌、真菌、放线菌、固氮菌和纤维素菌）均有明显的增加,大致表现为:翻耕 > 旋耕 > 免耕。土壤微生物活度的变化范围为0.38~0.69,依次表现为翻耕 > 旋耕 > 免耕,不同耕作方式下土壤微生物活度差异均显著（p<0.05）。不同耕作方式下土壤微生物量碳周转率高于氮周转率,说明微生物量碳更新比微生物量氮快,其中翻耕处理下土壤微生物量碳和氮更新较旋耕和免耕快。通径分析发现,不同土壤环境因子对土壤微生物活度产生直接和间接负作用,其中有机碳、全氮、硝态氮、铵态氮、细菌数量对土壤微生物活度产生直接效应;土壤微生物量碳、微生物量氮、真菌数量和固氮菌数量对土壤微生物活度产生间接效应。     

深松耕对玉米根茎叶氮磷比及地上生物量的影响

植物器官氮磷比可以揭示植物生长发育过程的营养平衡。深松耕作为黄土高原半干旱区一种较好的农田耕作方法被广泛应用,尽管已被证实深松耕可以提高作物产量和地上生物量,但深松耕是否影响作物器官N/P及从作物器官N/P角度能否解释地上生物量增加的机制尚有待进一步研究。该研究于2016－2018年在黄土高原区设置了不同耕作方法（深松耕、旋耕、翻耕和免耕）和施氮量（基肥200 kg/hm2、基肥200 kg/hm2+拔节期肥100 kg/hm2）的田间裂区试验,研究了不同处理对玉米地上生物量、不同器官（根、茎和叶）中N/P的影响以及其N/P与地上生物量的关系。结果表明：1）相比翻耕、免耕,深松耕能显著提高地上生物量（P<0.05）,2016和2018年地上生物量深松耕比翻耕、免耕分别提高了9.56%、9.29%和4.67%、5.94%;2）相比翻耕、免耕,深松耕和旋耕均能显著降低根、叶的N/P（P<0.05）,深松耕根、叶N/P分别为19.90、17.74,降幅最大;施肥措施及耕作方法与施肥措施的交互作用对根、茎和叶的N/P无显著影响;3）通过结构方程模型分析发现,耕作方法通过影响根和叶N/P,间接影响地上生物量,效应值分别为0.10和0.14,耕作方法对地上生物量无直接显著影响,说明了根和叶的N/P是影响地上生物量的两种重要的间接因素;通过线性混合效应模型分析得出,地上生物量与根、叶N/P呈显著负相关关系,与茎N/P无相关性。研究表明深松耕通过降低玉米根和叶N/P,促进植物氮磷营养平衡的生态策略来提高地上生物量。研究结果对进一步揭示耕作与施肥对玉米生产与农田生态系统氮磷平衡的影响机制具有一定的借鉴意义。     

不同耕作方式对坡耕地土壤水分的影响

在半湿润偏旱的豫西丘陵区坡耕地上，进行了夏季休闲期间不同耕作方式的试验研究，观测其对降水的保蓄能力与减少地表径流之效果。结果表明，不同耕作方式之间差异明显：免耕和深松处理比对照（一般耕作）的保蓄能力分别提高5.67和6.11个百分点，径流量减少0.43mm和0.72mm；单纯深翻的处理两种作用均低于对照。而以种植作物的防径流效果最佳，比对照少2.33mm，比免耕、深松也减少1.87mm与1.59mm，比深翻耕作减少4.07mm。     

民勤绿洲不同耕作方式农田表层土壤风蚀规律的风洞模拟研究

[目的]比较分析不同耕作方式下农田表层土壤防风蚀机理和效果,为区域社会经济和生态环境建设提供科学依据。[方法]利用室内风洞及相关配套设备对甘肃民勤绿洲区的免耕、少耕、秋翻和深松农田表层土壤进行风蚀测试,计算风蚀速率及输沙率,研究其风沙运动规律,分析各种耕作农田表层土壤防风蚀情况。[结果]耕作措施对土壤风蚀速率的影响与风速大小相关,风速较小时,不同耕作方式对风速的影响差异不显著,而当风速大于14 m/s后不同耕作农田表层土壤风蚀速率开始出现较明显差异;少耕、秋翻、深松等耕作方式对农田表层土壤风蚀速率和输沙率的影响差异不明显;免耕耕作方式下农田表层土壤风蚀速率和输沙率最低,风速越高,差距越大;风速、耕作以及两者交互作用对农田表层土壤风蚀速率和输沙率有极显著影响。[结论]免耕耕作能有效抵抗农田表层土壤的风蚀,大幅度减少输沙率,表现出极佳的抗风蚀效果。     

不同耕作方式下玉米秸秆还田对土壤真菌群落的影响

研究宁夏引黄灌区秸秆还田与籽粒直收玉米配套模式下不同耕作和秸秆还田方式对土壤真菌群落组成及功能的影响,探究土壤真菌群落对耕作和秸秆还田方式响应差异的生物学机制,为优化耕作与秸秆还田方式和提高农田土壤肥力提供理论依据。以宁夏引黄灌区秸秆还田与籽粒直收玉米连作农田土壤为研究对象,采用Illumina MiSeq高通量测序技术,分析2种耕作方式(免耕与深翻)与3种秸秆还田方式(不还田、秸秆半量还田与秸秆全量还田)定位试验条件下,玉米成熟期土壤真菌群落结构与功能的差异,并结合土壤理化性质,进一步探究农田土壤真菌群落结构及功能变化的环境驱动因子。结果表明,免耕结合秸秆半量覆盖还田处理土壤真菌多样性指数表现最优,免耕条件下秸秆不还田与秸秆半量还田处理土壤真菌OTU数均多于深翻,秸秆全量还田处理则相反。各处理优势真菌种群存在明显差异,子囊菌门、担子菌门、被孢菌门、粪壳菌纲、Symmetrospora属、被孢霉属和子囊菌属在各处理中相对丰度普遍较高;免耕处理对不同真菌物种存在不同的影响,可以促进参与木质素腐解的真菌生长发育,降低致病真菌的相对丰度。耕作方式对真菌群落组成的影响显著,免耕结合秸秆不还田、秸秆半量覆盖还田处理下土壤真菌群落组成稳定性较强,其余处理的土壤真菌群落组成稳定性则较差。各处理对真菌群落组成贡献较大的真菌物种存在差异。土壤理化性质与不同菌属的生长繁殖关系密切,主要优势菌属主要受土壤碱解氮、全磷、有效磷、容重的影响。本研究发现,不同耕作与秸秆还田方式改变了农田土壤真菌群落OTU数量、多样性参数以及群落组成,不同的土壤理化性质也是影响各真菌菌属生长繁殖的主要因素;免耕结合适宜的秸秆覆盖还田量能够促进土壤中易腐解秸秆的菌属生长繁殖,利于形成秸秆还田生态圈的良性循环,促进农田土壤生态系统稳定。     

不同耕作方式下稻田土壤CH4和CO2的排放及碳收支估算

二氧化碳（CO2）和甲烷（CH4）是重要的温室气体,研究免耕稻田CO2和CH4排放有助于评价稻田免耕技术对全球气候变化及碳循环的影响。本文通过运用静态箱技术和田间原位碱液吸收法研究了免耕稻田土壤CO2和CH4的排放规律和排放量,及其稻田碳（C）的收支状况。研究表明,施肥提高了CH4排放,而不影响CO2的排放;免耕显著影响稻田CH4排放,而CO2的排放不受耕作影响。对稻田C收支及平衡的分析表明,施肥提高了稻田系统C的输入,同时,相对于翻耕处理,免耕处理表现为大气C的“汇”,表明了稻田免耕能将更多的碳累积于农田土壤碳库中,有利于提高稻田生态系统在减缓气温上升过程中所发挥的作用。     

轮耕对土壤物理性状及水稻产量影响的初步研究

针对南方稻田连续免耕存在的主要问题，进行了土壤轮耕效应的初步研究。试验选择双季稻区连续7年免耕稻田，设置免耕、旋耕和翻耕3种耕作处理（即免耕-免耕，免耕-旋耕和免耕-翻耕），早稻和晚稻采取同-耕作措施。研究结果表明：连续免耕后进行土壤耕作（翻耕、旋耕）可以降低耕作层土壤容重，增加土壤水贮量，尤为翻耕显著，早、晚稻均表现为这-趋势；晚稻收获时，表层0～5cm的毛管孔隙度表现为免耕-翻耕、免耕-旋耕在5％水平上显著高于免耕-免耕，而下层差异不显著；早、晚稻晒田时，表层0～5cm原状土饱和导水率均表现为免耕～翻耕在5％水平上显著高于免耕-免耕和免耕-旋耕，而5～10cm无显著性差异；早、晚稻的实际产量均表现为免耕-旋耕〉免耕-翻耕〉免耕-免耕，起主要作用的构成因素是有效穗数。     

耕作方式与水肥组合对小麦-玉米田温室气体排放的影响

气候变化是当前人类社会面临最为严峻的全球环境问题之一。中国作为当前全球温室气体排放的第一大国家,实现碳中和是应对气候变化的最根本举措。该研究以河北省晋州市周家庄乡为研究区域,以冬小麦-夏玉米轮作体系为例,通过对不同灌溉技术、灌溉方法和灌溉制度下的冬小麦-夏玉米农田开展耕作试验,结合作物产量和土壤CO2、N2O排放通量的测定,分析在保证作物不减产的情况下不同耕作方式和水肥组合下土壤CO2、N2O排放通量变化特征及其规律。结果表明：1）在当地传统灌水量和施肥量的基础上适当增大或减小,都会显著影响作物产量、水分利用效率;2）耕作方式与灌水量、施肥量三者间存在显著的交互作用（P<0.05）,共同影响土壤二氧化碳当量的排放。与深耕相比,旋耕方式下的冬小麦-夏玉米土壤N2O排放通量依次降低21.19%、16.29%（P<0.05）;土壤CO2排放通量依次降低15.33%、8.29%（P<0.05）;3）优化水肥模式,适当减少灌水量和施肥量,可以在保证作物产量不低于当地传统产量的情况下兼顾节水与减排,从而降低农业温室气体排放,为碳中和做出贡献。     

科学耕作与留茬改良小麦-玉米两熟农田土壤物理性状及增产效果

为了探讨不同覆盖耕作方式对农田土壤物理性状及作物产量的影响,该试验研究了免耕、常规2种耕作方式和4种留茬高度的玉米秸秆还田处理,对麦-玉两熟农田土壤含水率、容重、孔隙度以及作物产量的影响。结果表明:在0～40cm土层内,秸秆还田的集雨和保水效果显著,免耕留茬0.5m还田处理的含水率比免耕无覆盖处理增加了15.95%。秸秆还田量对0～40cm内土壤贮水量的影响不同。耕作措施显著影响了土壤容重,小麦播种前常规留茬1m还田、常规全量还田处理容重低至1.0g/cm3左右。秸秆还田能增加土壤总孔隙度、降低毛管与非毛管孔隙度的比值。单一免耕处理降低了作物产量,而免耕覆盖能增产,其留茬1m还田处理比无还田处理增产22.44%,比常规留茬0.5m还田处理高3.64%。因此,免耕留茬1m还田处理在改善农田土壤物理性状和增加作物产量方面显著,该研究可为农田管理过程中耕作措施和秸秆还田量的选择提供参考依据。     

村域农田生态经济系统投入产出特征研究——以河南省巩义市吴沟村为例

对河南省吴沟村农田生态经济系统投入产出特征研究结果表明,不同类型农田生态经济系统存在显著差异,在物质流和价值流中旱平地为高投入、高产出、低利用效率的系统;在能量流中旱平地为高投入、高产出、高利用效率的系统。而不同农作物种植中黄豆的产投效率相对较高;农田系统投入收益中旱坡地种植小麦、玉米均明显高于旱平地,其中种植小麦产投比旱坡地为旱平地的1.31倍,而种植玉米旱坡地为旱平地的1.27倍。     

Diesel oil consumption,work duration,and crop production of corn and durum wheat under conventional and no-tillage in southeastern France

In no-tillage (NT) system, precedent crop residue retains on the soil surface to preserve soil water for crop growth. In response to the negative impact of soil degradation under conventional tillage (CT) system based on soil tillage, NT system without tillage practice and with protective cover of crop residue is being developed in many parts of the world. However, NT is a successful system especially in the South of America, but the impacts of this system on the Mediterranean climate especially in the southeast (SE) of France is less known; therefore, this study has been carried out within the scope of a European project. Durum wheat and corn were sown under CT and NT. Time requirement and fuel consumption in these two systems were measured. The results showed that durum wheat and corn yields were the same in both systems except of 2008, while work duration and energy requirement were 87% and 83% lower in NT system, respectively. Furthermore, NT could mitigate CO₂ emission up to 50% as compared with CT. These results show that NT can be considered as a relevant alternative for CT regarding economical and environmental advantages.     

金沙江流域干旱河谷区坡耕地作物类型对耕作侵蚀的影响

为了研究干旱河谷区坡耕地农作物种植对耕作侵蚀的影响,在不同作物类型坡耕地(玉米地和荞麦地)上进行耕作试验,通过磁性示踪法测量坡耕地顺坡耕作的耕作位移距离,分析了不同作物类型下的耕作侵蚀速率特征。结果表明：(1)试验地类的耕作位移距离表现为玉米地<荞麦地<裸地(对照地)的变化趋势,荞麦地和玉米地的耕作位移距离均显著低于裸地(p<0.05),表明坡耕地种植玉米和荞麦可以显著减小坡耕地土壤耕作位移距离;(2)3种地类的耕作位移距离与坡度均呈显著正相关关系,玉米地和荞麦地的耕作位移距离系数k₂值和传输系数k₄值明显小于裸地,说明作物因素减小了耕作位移距离随坡度的增加幅度;(3)裸地的耕作侵蚀速率显著高于玉米地和荞麦地(p<0.01),分别是玉米地和荞麦地的1.99倍和1.88倍,说明坡地种植农作物可明显减小坡面耕作侵蚀。综上,种植农作物可有效减少坡耕地耕作侵蚀,研究成果丰富了对坡耕地作物根系防蚀特性的认识,也为完善耕作侵蚀模型奠定重要基础。     

华北潮土区不同耕作方式下土壤动物丰富度与多样性

在黄淮海平原小麦-玉米一年两熟地区,试验设置了5个处理,分别为玉米小麦每年均翻耕(CTWT)、玉米免耕+小麦每年翻耕(CNTWT)、玉米免耕+小麦每2年翻耕(CNTW2T)、玉米免耕+小麦每4年翻耕(CNTW4T)、玉米小麦每年均免耕(CNTWNT),所有处理的农作物地上秸秆全部移出。调查结果显示,中小型土壤动物在数量上占总数的比例为83%～91%,土壤动物主要分布在表层,占有其总量的71.9%～73.2%。土壤动物存在显著的季节性动态,其丰富度在玉米季高于小麦季。土壤动物Shannon多样性指数在整体上表现为翻耕高于免耕处理,玉米季翻耕处理下有更高的均匀度指数,但小麦季均匀度指数差异不显著。多元典范冗余分析表明,耕作方式主要是对土壤动物的时间动态和垂直分布产生影响,从而间接地影响了土壤动物的数量和组成。     

Tillage and crop straw methods affect energy use efficiency,economics and greenhouse gas emissions in rainfed winter wheat field of Loess Plateau in China

Data from a field experiment conducted in China's Loess Plateau (2013–2015) were used to determine the energy balance of winter wheat (Triticum aestivum L.) as affected by tillage and straw treatments. Tillage treatments included chisel plow, no tillage, and mouldboard plow. Crop straw levels included straw returning and straw removed. The energy balance was evaluated by comparing the following parameters: net energy, energy profitability, energy use efficiency, and energy intensity. The yield parameters were significantly influenced by the tillage treatments and revealed that the chisel plow entailed fewer field operations and lower energy requirements with a higher yield than mouldboard plowing tillage. The highest proportion of energy input came from a nitrogen fertiliser, followed by diesel fuel. The total energy input applied per hectare increased with an increase in the tillage intensity, and the lowest energy input was required for the no tillage case with the straw returning treatment, and the highest for the case of mouldboard plow with the straw returning treatment. The lowest average energy intensity was recorded for the no tillage case, followed by the case of chisel plow tillage in both cropping seasons. Moreover, in the case of mouldboard plough tillage, the maximum energy intensity was recorded in both cropping seasons. In the cases of the chisel plow tillage and the no tillage, we observed the maximum energy gain, while in the no tillage case, we observed the maximum energy use efficiency. The net return and the benefit/cost ratio were higher in the case of straw returning than those in the case of no straw treatment. We concluded that no tillage and chisel plow tillage with straw returning could improve the energy use efficiency and the benefit/cost ratio of winter wheat production systems.     

Nitrogen mineralization in a coarse soil of the semi-arid Pampas of Argentina

Use of the nitrogen balance sheet method as a fertilization strategy in the semi-arid Pampas of Argentina is restricted because of a lack of available information regarding nitrogen mineralization in its coarse soils. Our objective was to determine nitrogen mineralization during corn (Zea mays L.) and following wheat (Triticum aestivum L.) growing cycles under contrasting tillage systems in a representative soil of the region. Mineralized nitrogen from decomposing residues was estimated using the litter bag method and mineralization from soil organic matter using a mass balance approach. Soil water content was higher under no-till during the corn growing season and no differences were detected for wheat during this period. Soil temperature was practically not affected by tillage system. Biomass and nitrogen absorption were higher under no-till than under disk till in corn (p ≤ 0.05), as were nitrogen mineralization from residues and organic matter (p ≤ 0.05). In wheat, no differences in biomass, nitrogen absorption and mineralization were detected between treatments. Mineralization during crop growing cycles accounted for 44.8–67.5% of the absorbed nitrogen. Differences in nitrogen mineralization between tillage systems resulted from the greater water availability under no-till than under disk till during the summer.     

农牧交错带不同农田耕作模式土壤水分特征对比研究

通过在农牧交错带———内蒙古自治区太仆寺旗的野外实验研究,在作物(油菜)发育期间,观测了免耕、深松、传统翻耕、翻耕覆盖、浅耕与垄作处理等8种耕作模式的土壤水分特征;在秋收后的农田休闲期,观测了秸秆还田翻耕、深松耕作、传统翻耕、免耕低茬(茬高10cm)和免耕高茬(茬高4 5cm)等5种耕作模式的土壤水分特征。实验结果表明:在实验区,采用不同耕作模式,对田块土壤水分含量有着直接影响。在作物发育期间,垄作处理蓄水保墒能力相对较强,免耕、浅耕蓄水保墒能力相对较差,翻耕覆盖、深松耕作、传统翻耕蓄水保墒能力相对居中;秋收后,免耕高茬蓄水保墒效果最好,深松耕作、传统翻耕蓄水保墒能力居中,秸秆还田翻耕、免耕低茬蓄水保墒效果较差。本文所得结论对农牧交错带旱作农田有效保蓄土壤水分、提高农田土壤水分利用效率和增强农田防风抗蚀能力有积极借鉴意义     

免耕与翻耕条件下农田土壤呼吸的比较

采用开路式土壤碳通量测量系统于2010年3-10月在冬小麦-大豆轮作期对免耕与翻耕田土壤呼吸速率、5cm深土壤温度和湿度进行测定,以研究耕作措施对农田土壤呼吸的影响。结果表明,在冬小麦、大豆生长时段,免耕与翻耕田土壤呼吸速率的季节变化趋势基本一致。冬小麦生长时段免耕与翻耕田土壤呼吸速率的平均值分别为2.50±0.14和2.40±0.29μmol.m-2.s-1,大豆生长时段分别为2.82±0.28和3.50±0.52μmol.m-2.s-1。冬小麦生长时段免耕与翻耕田土壤呼吸无显著差异,但大豆生长时段二者存在显著差异(P<0.05),差异最明显的阶段在大豆开花期(7月下旬-8月中旬)。利用温度影响函数(指数函数)和湿度影响函数(二次函数)耦合的模拟模型进行土壤呼吸与土壤温度和湿度的回归分析,得出免耕条件下土壤温度和湿度可以共同解释25.3%的土壤呼吸变异(R2=0.253,P<0.05),翻耕条件下二者可以共同解释44.0%的土壤呼吸变异(R2=0.440,P<0.01)。可见,一方面,耕作措施对土壤呼吸的影响因种植作物而异,与翻耕相比,免耕显著降低了大豆田土壤呼吸,但对冬小麦田无显著影响;另一方面,免耕下土壤温度和湿度对土壤呼吸的影响比翻耕要小。