Factors Affecting the Use of Conservation Tillage in the United States

Conservation tillage was used on nearly 36% of planted hectares in 1996 in the U.S. This level has remained relatively unchanged since 1991. The use of conservation tillage varies by crop and is dependent on site-specific factors including soil sype, topsoil depth, and local climate conditions. A number of economic, demographic, geographic, and policy factors have affected the adsorption of conservation tillage. While it is not possible to quantify exactly the impact of these factors, it is clear that management complexities and profitability are key factors impeding the further adsorption of conservation tillage.     

不同小麦种植体系中磺酰磺隆在土壤中的持久性研究

Many sulfonylurea herbicides have been used under a wide variety of agronomic conditions in numerous crops. An understanding of dissipation rate of herbicide is fundamental for predicting the fate of herbicide in soil. In order to study the sulfosulfuron persistence under different cultivation systems of wheat, a four replicated experiment was carried out in the Hashemabad Reaserch Center of Gorgan, Iran in 2010 in a split plot design with two factors. Cultivation system as the main factor consisted of six levels, including conservation tillage by Combinate, no-tillage by Baldan grain drill, conservation tillage by Chizelpacker, conservation tillage by Delta Model, surface tillage by heavy disk, and conventional tillage by moldboard plow and twice disk. Secondary factor included two levels of sulfosulfuron application(with and without sulfosulfuron). Soil samples were taken at 6 stages and soil microbial respiration and soil pH were measured as factors affecting sulfosulfuron persistence. Results showed the least time of sulfosulfuron persistence belonged to the cultivation system of no-tillage by Baldan grain drill with a half-life of 4.62 d. Then, conservation tillage by Combinate and conventional tillage with a half-life of 6.30 d and conservation tillage by Delta Model with a half-life of 9.90 d were ordered. The most time of sulfosulfuron persistence(11.55 d) was related to conservation tillage by Chizelpacker. Ninety percent reduction of sulfosulfuron concentration occurred 15.34, 20.92, 32.88, and 36.38 d after sulfosulfuron application, respectively, for no-tillage system, conservation tillage by Combinate and conventional tillage, conservation tillage by Delta Model and surface tillage, and conservation tillage by Chizelpacker. In all the cultivation systems, toxicity symptoms were not observed 40 d after spraying sulfosulfuron onto the tomato plants which were used as test plant. Effects of different cultivation systems on soil microbial respiration were also significant.     

The Environmental Consequences of the Conservation Tillage Adoption Decision in Agriculture in the United States

The environmental consequences of conservation tillage practices are an important issue concerning the impact of agricultural production on the environment. While it is generally recognized that water runoff and soil erosion will decline as no tillage and mulch tillage systems are used more extensively on cropland, what will happen to pesticide and fertilizer use remains uncertain. To gain some insight into this, the conservation tillage adoption decision is modelled. Starting with the assumption that this dicision is a two step procedure – the first is the decision whether or not adopt a conservation tillage production system and the second is the decision on the extent to which conservation tillage should be used – appropriate models of the Cragg and Heckman (dominance) type are estimated. Based on farm-level data on corn production in the United States for 1987, the profile of a farm on which conservation tillage was adopted is that cropland had above average slope and experienced above average rainfall, the farm was a cash grain enterprise, and it had an above average expenditure on pesticides and a below average expenditure on fuel and a below average expenditure on custom pesticide applications. Additionally, for a farm adopting a no tillage production practice, an above average expenditure was made on fertilizer.     

Conservation tillage for maize production in the U.S. southeastern coastal plain

Eight conservation tillage methods were evaluated for maize (Zea mays L.) production and were related to water conserved, soil strength, plant stand, plant nutrient status, and methods of managing crop residues on Norfolk loamy sands (Typic Paleudults) in the U.S. southeastern coastal plain. This study summarizes 10 site-years of data collected from 1978 through 1982.

Seasonal soil-water balance and crop residue management largely determined the success of maize production under conservation tillage. Autumn subsoiling increased winter forage and maize production under both conventional and conservation tillage. When early-season rainfall was limited, water extraction by a winter cover crop or winter weeds often reduced early-season growth and yield of maize under conservation tillage. For adequate stands, increased seeding rates and effective weed-, rodent-, bird- and insect-control were all necessary.

Under adequate water regimes, conventional tillage resulted in greater yields at low levels of nitrogen, but maximum yields occurred regardless of tillage system, when 200 kg ha⁻¹ were applied. Conventionally-tilled maize generally resulted in higher yields than conservation tillage production. The only significant increase for conservation tillage occurred under non-irrigated conditions in 1981 during severe drought. The interactive soil and climatic factors which have impact on conservation tillage in this physiographic region were identified.     

华北平原一年两熟保护性耕作体系试验研究

冬小麦-夏玉米一年两熟的种植方式在华北地区的农业生产中具有极为重要的地位。但是传统耕作方式使该地区的农业生产不可持续。保护性耕作技术是一种先进的保水保土的生产技术。该文在田间试验的基础上，研究了保护性耕作体系对作物产量、土壤容重、土壤含水率、土壤温度的影响，结果表明：保护性耕作能够提高作物的产量，增加土壤的含水率。其对土壤容重和土壤温度的影响并未对作物的生长产生不利影响。但是，从长远来看，对保护性耕作引起的土壤容重增加、温度降低的问题必须引起足够的重视。结果初步表明：以免耕加覆盖为主的保护性耕作体系可以在华北平原一年两熟地区试验推广。     

基于人工模拟降雨试验的垄作区田水土保持效益的变化研究

[目的]研究垄作区田在不同降雨条件下发生溢流和损毁的情况和水土保持效益的变化,为实施垄作区田的适宜条件评价和水土保持效益的评价提供依据。[方法]对垄作区田和顺垄耕作实施不同雨强的人工模拟降雨实验,分析二者的产流产沙过程和水土保持效益变化。[结果]雨强大于60mm/h时,区田有溢流产生,但土档不会损毁,水土保持效益略有降低;雨强大于60mm/h时,区田土档在溢流后很快损毁,水土保持效益有明显的下降。区田未损毁情况下的蓄水效益为87.5%,保土效益为88.2%;区田损毁后的蓄水效益降至34.1%,保土效益降至21.0%。[结论]垄作区田在60mm/h雨强下具有良好的水土保持效益,超过60mm/h时,由于土档在溢流后容易损毁,从而使其水土保持效益显著下降,丧失了拦蓄径流和泥沙的能力。     

保护性耕作条件下小麦田N2O排放及影响因素研究

采用静态箱—气相色谱法对保护性耕作和常规耕作小麦田的N_2O排放进行了原位测量,测量了土壤温度、水分、无机氮等相关影响因子。结果表明:(1)保护性耕作及常规耕作麦田N_2O的排放具有明显的季节性变化规律,各处理变化趋势较为一致。(2)N_2O的平均排放通量和季节排放量,除免耕秸秆还田外,保护性耕作与常规耕作差异显著。(3)在小麦生长季内,保护性耕作农田均表现为N_2O的排放源。(4)各处理N_2O季节排放量大小顺序为:耙耕秸秆还田(1.64 kg/hm~2)>旋耕秸秆还田(1.59 kg/hm~2)>常规耕作秸秆还田(1.48 kg/hm~2)>深松秸秆还田(1.42 kg/hm~2)>常规耕作无秸秆还田(1.34 kg/hm~2)>免耕秸秆还田(1.33 kg/hm~2),即,与常规耕作相比,保护性耕作(除免还)N_2O排放量增加。(5)温度是制约N_2O排放的关键因素,随着温度的升高N_2O表现出增加的趋势。(6)N_2O排放与水分、土壤无机氮含量无相关性。     

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。     

河西绿洲灌区保护性耕作对土壤风蚀特征的影响

为研究河西绿洲灌区保护性耕作对土壤风蚀的影响,通过春小麦田间试验,设置免耕不覆盖、免耕秸秆覆盖、立茬和残茬压倒4种保护性耕作处理,以传统耕作为对照,分析了河西绿洲灌区不同保护性耕作措施对田间输沙量、风蚀深度、风蚀物粒径组成、风速的影响。结果表明：0~30 cm高度输沙量能敏感地反映不同耕作措施之间输沙量的差异。与传统耕作相比,免耕不覆盖、免耕秸秆覆盖、立茬和残茬压倒处理0~30 cm高度输沙量分别减少17.4%~46.7%、21.7%~45.2%、24.7%~48.2%和10.7%~42.4%。风蚀深度传统耕作为1.22~1.44 mm,4种保护性耕作处理均为0 mm。与传统耕作相比,保护性耕作处理风蚀物粒径组成无显著变化,但<0.063 mm细粒占比有减小趋势。立茬处理20 cm高度风速显著降低24.1%~39.5%,其他保护性耕作措施风速降低不显著。综上所述,河西绿洲灌区不同保护性耕作措施能不同程度地抑制土壤风蚀,立茬处理是相对较优的保护性耕作措施,适宜该地区推广应用。     

保护性耕作对黑土微生物群落的影响

耕作方式通过影响土壤微生物群落而影响土壤生态系统过程。本研究以传统耕作玉米连作处理为对照,通过测定土壤微生物量碳及磷脂脂肪酸含量,分析了保护性耕作(包括免耕玉米连作和免耕大豆-玉米轮作)对黑土微生物群落的影响。结果表明,保护性耕作可显著增加土壤表层(0～5cm)全碳、全氮、水溶性有机碳、碱解氮和微生物量碳(P0.05),为微生物代谢提供了丰富的资源。同时,保护性耕作显著提高了土壤表层(0～5cm)总脂肪酸量、真菌和细菌生物量(P0.05),提高了土壤的真菌/细菌值,有利于农田土壤生态系统的稳定性。研究结果对于探讨保护性耕作的内在机制具有重要意义。     

黄土丘陵沟壑区小流域坡耕地土壤抗冲性试验研究

通过对黄土丘陵沟壑区种植不同作物的坡耕地土壤抗冲性进行动态测定,探讨了坡耕地在作物不同生长时期和种植不同作物条件下的抗冲性特征及影响因素,为该区保持坡耕地水土、防止流失而合理配置农作物提供科学依据。     

黄土丘陵沟壑区小流域坡耕地土壤抗冲性试验研究

通过对黄土丘陵沟壑区种植不同作物的坡耕地土壤抗冲性进行动态测定,探讨了坡耕地在作物不同生长时期和种植不同作物条件下的抗冲性特征及影响因素,为该区保持坡耕地水土、防止流失而合理配置农作物提供科学依据.     

耕作对坡耕地水土流失和冬小麦产量的影响

在模拟降雨和自然降雨条件下研究长期（6年）定位耕作措施对豫西早区坡耕地水分保持、土壤流失以及冬小麦产量的影响。耕作措施包括少耕、免耕覆盖、深松覆盖和常规耕作。田间模拟降雨试验用来测定不同耕作措施对径流和土壤流失的影响，自然降雨小区主要用来验证模拟试验结果，同时测定不同耕作措施对冬小麦产量的影响。模拟试验结果表明：不同耕作措施下的土壤饱和导水率没有明显差异，雨前土壤含水量和降雨强度均显著影响地表径流。在试验条件下，免耕覆盖处理未产生径流和土壤流失，水土保持效果最好。与常规耕作比较，深松覆盖处理分别减少径流和土壤流失50％和90％。尽管少耕可以有效降低土壤流失，但其产生的径流量和常规耕作相近。在自然降雨条件下，免耕覆盖和深松覆盖的水土保持效果从第3年开始显著。深松覆盖在任何年型均能够显著提高冬小麦的产量。相比较常规耕作，深松覆盖平均增产9．4％。免耕覆盖除丰水年也能显著提高冬小麦产量．但增产效果不如深松覆盖显著。少耕无明显增产效果。由于产量对农民来说是评判一个耕作措施效果的重要依据，同时考虑到深松覆盖显著的水土保持效果，我们认为深松覆盖是适合当地早作农业的一个有效耕作措施。     

长期保护性耕作对土壤有机碳和玉米产量及水分利用的影响

【目的】通过研究保护性耕作对旱地春玉米土壤有机碳(SOC)、产量及水分利用的影响,分析保护性耕作的增产机制,为旱作农田耕作技术应用提供理论和技术支持。【方法】采用2003~2013年连续11年的田间定位试验,设传统耕作(CT)、少耕(RT)和免耕(NT)3种耕作措施,分析土壤0-20 cm和20-40 cm土层有机碳含量、土壤0-20 cm含水量、作物耗水量、玉米产量和水分利用效率的年际变化和耕作处理间的差异,并对玉米产量与影响因素的相关性进行分析。【结果】1)保护性耕作能有效提高土壤有机碳含量,少耕、免耕处理0-20 cm土层有机碳含量11年平均值较传统耕作分别提高了11.2%和3.4%;至2013年少耕、免耕20-40 cm土层有机碳含量分别较传统耕作增加了5.53和3.29 g/kg;土壤0-20 cm有机碳储量净增加速率分别为C 0.365和0.754t/(hm2·a)。2)保护性耕作具有明显的增产效果,少耕产量最高,增产效果最好2003~2013年均产量为5.83t/hm~2,较传统耕作提高了14.7%;免耕次之,年均产量为5.39 t/hm~2,较传统耕作增产6.1%。3)各耕作处理玉米产量与土壤0-20 cm土层含水量之间存在显著的二次方程关系,与作物耗水量之间具有显著的乘幂方程关系。4)保护性耕作可以增加土壤水分减少玉米生育期内的耗水量,提高水分利用效率,其中免耕土壤0-20 cm土层水分含量最高2003-2013年平均含水量为15.2%,较传统耕作和少耕提高了1.90和1.66个百分点,且生育期耗水量最少2003~2013年均耗水量为403.5 mm,较传统耕作和少耕减少了16.1 mm和7.6 mm;少耕、免耕的水分利用效率较传统耕作分别提高了16.1%和10.2%,降水利用效率较传统耕作提高13.9%和5.8%。【结论】长期保护性耕作可以有效地提高土壤有机碳含量、增加土壤水分、减少作物耗水量,从而显著提高了玉米产量和水分利用效率,3种耕作措施中以少耕效果最好,免耕次之在旱作农田推广少、免耕保护性耕作措施是一种增产、节水的有效途径。     

保护性耕作与等高草篱防治坡耕地水土及氮磷流失研究

坡耕地是水土流失和农业面源污染物的重要来源,同时也是当前治理的薄弱环节。本文以北京地区坡耕地为研究对象,采用人工模拟降雨方法,研究了保护性耕作和等高草篱措施在不同坡度条件下对水土及氮磷流失的防治效果。结果表明:保护性耕作和等高草篱措施均能有效降低坡耕地水土及氮磷养分流失,4种处理的降低效果由大到小依次为:保护性耕作+草篱>传统耕作+草篱>保护性耕作+无草篱>传统耕作+无草篱。与传统耕作+无草篱相比,传统耕作+草篱、保护性耕作+无草篱、保护性耕作+草篱分别减少56%、44%和68%的径流流失,66%、49%和82%的土壤流失,以及56%、43%和66%的总氮流失和54%、40%和70%的总磷流失。同时,等高草篱和保护性耕作措施的防治效果与坡度呈负相关关系,即随着坡度增加其作用效果逐渐减弱。回归分析结果表明,保护性耕作和等高草篱措施是控制坡耕地水土及氮磷流失的最关键因素。     

东北黑土区不同地形垄向坡度的相对水土保持效益研究

垄作是东北黑土区一种非常普遍而重要的耕作措施,具有一定的水土保持效益,但几乎没有学者对其进行研究。探讨黑土区不同地形垄作方向在空间上的分布规律及其具有的水土保持效益具有重要研究价值。以黑龙江省宾县为研究区,用分层抽样的方法提取168个野外调查单元并进行实地填图调查,根据坡度因子和垄向坡度计算公式,利用ArcMAP、SPSS和Excel等软件进行了室内数据分析统计,结果表明:平原区、丘陵区、山区的平均地面坡度分别为1.92°,6.20°,8.27°;平均垄向坡度分别为1.33°,4.52°,6.45°,分别为平均地面坡度的70%,73%,78%;垄作坡度引起的平均土壤流失相对量分别为地面坡度的55%,69%,67%,垄作的相对水土保持效益明显。在此基础上,对垄作现状的原因进行了分析,并提出一些改进措施。研究成果有助于了解东北黑土区不同地形耕地垄作方向的分布情况及其水土保持效益状况,对当地水土保持措施的布设也具有重要的指导意义。     

保护性耕作对土壤微生物特性和酶活性的影响

保护性耕作是以秸秆覆盖地表、免少耕播种、深松及病虫草害综合控制为主要内容的现代耕作技术体系。大力提倡和推行保护性耕作,对提高土壤质量和改善生态环境具有重要意义。本文回顾了保护性耕作的发展历程,概括和分析了保护性耕作对土壤微生物活性和垂直分布、微生物群落结构以及土壤酶活性的影响,也探讨了保护性耕作的发展前景。     

基于LSTM神经网络模拟的陇中黄土高原沟壑区保护性耕作下土壤贮水量变化

为分析陇中黄土高原沟壑区不同保护性耕作措施的贮水效果,本研究利用春小麦/豌豆（W/P）、豌豆/春小麦（P/W）轮作的长期定位试验,分别设置传统耕作（T）、免耕（NT）、传统耕作秸秆覆盖（TS）和免耕覆盖（NTS）4种耕作措施,以当地月平均气温、月降水量、月平均辐射量、月平均蒸发量、月作物耗水量为输入因子,以月土壤贮水量为输出,建立基于长短期记忆（Long Short-Term Memory,LSTM）神经网络的土壤贮水量预测模型,并对该模型的有效性进行评估。研究结果表明：1）基于LSTM神经网络建立的土壤贮水量模型对陇中黄土高原沟壑区保护性耕作下土壤贮水量预测具有较好的适用性,模型模拟结果的平均均方根误差为7.76 mm,平均绝对误差为6.95 mm,相对误差控制在-5%~+5%的范围内。2） P/W轮作序列中各处理的土壤贮水量均比W/P轮作序列增加1.09%~1.43%。3）不同轮作序列,NTS处理的贮水效果均优于其他3种耕作措施,在W/P轮作序列中,NTS处理的年均土壤贮水量比T、NT和TS分别增加2.89%、1.70%和2.46%;在P/W轮作序列中,NTS处理的年均土壤贮水量比T、NT和TS分别增加3.03%、1.91%和2.57%。4）不同降水年型,NTS处理的土壤贮水量最高,且干旱年效果更加显著,其中丰水年NTS处理的土壤贮水量比T、NT和TS平均增加2.71%、1.48%和2.19%,而干旱年平均增加3.97%、2.54%和3.64%。5）保护性耕作措施的贮水效果随季节发生变化,作物生长前期（3-5月）保护性耕作措施的贮水优势较为明显,进入作物生长旺盛期（5-6月）保护性耕作措施与传统耕作的贮水效果差异不显著,而作物生长后期（7月）保护性耕作措施较传统耕作土壤贮水量明显增加。基于LSTM神经网络模拟环境下免耕覆盖的贮水保墒效果最好,为陇中黄土高原沟壑区最适宜的保护性耕作措施。     

民勤绿洲灌区保护性耕作对土壤风蚀的影响

[目的]研究绿洲灌区保护性耕作对土壤风蚀的影响,评估保护性耕作在该区防治农田土壤风蚀的作用,为揭示相关机理提供参考。[方法]以甘肃省民勤治沙综合试验站为例,通过野外风洞试验,以传统耕作为对照,分析保护性耕作对风速廓线、风沙流结构(输沙量)、风蚀量的影响。[结果]保护性耕作近地表风速降低,大风时近地表风速随高度增加仍均匀增大,与传统耕作迅速增大不同,从而阻止风沙流结构出现"象鼻效应",输沙量在0—20 cm减小最为明显,土壤风蚀量减小。随试验风速的增大,保护性耕作土壤风蚀减小的程度越大。[结论]绿洲灌区保护性耕作能有效防止土壤风蚀,其中,立茬地表风速降低最多,输沙量、风蚀量较小,实施简便,适宜推广应用。