覆盖方式对旱作小麦田土壤团聚体有机碳的影响

依托中国科学院长武黄土高原农业生态实验站的长期覆盖试验,分析研究秸秆覆盖和地膜覆盖对黄土高原旱作冬小麦田土壤团聚体分布和团聚体有机碳的影响,共包括4种处理:无覆盖(CK)、全年9 000 kg·hm~(-2)秸秆覆盖(M_(9000))、全年4 500 kg·hm~(-2)秸秆覆盖(M_(4500))和全年地膜覆盖(PM)。结果表明:(1)与CK处理相比,M_(9000)处理土壤总有机碳含量提高8.1%(P0.05),M_(4500)和PM处理较CK处理无显著差异。(2)M_(9000)、M_(4500)处理0.25 mm团聚体含量较CK处理分别提高6.6%、4.1%,PM处理降低1.7%。(3)与CK处理相比,M_(9000)处理平均重量直径(MWD)值提高9.2%,PM处理降低14.8%;M_(9000)处理几何平均直径(GMD)提高13.0%,PM处理降低15.7%(P0.05)。(4)土壤总有机碳与0.25 mm团聚体含量、MWD和GMD值呈显著正相关。(5)各处理中,5 mm和0.25 mm团聚体中有机碳含量较高;M_(9000)处理可不同程度地提高各级别团聚体中有机碳的含量,PM处理作用不明显;土壤有机碳主要储存在机械稳定性大团聚体中,且5 mm团聚体对总有机碳的贡献率最大,M_(9000)、M_(4500)处理可提高0.25 mm团聚体有机碳的贡献率。(6)各处理土壤总有机碳与5 mm和0.25 mm机械稳定性团聚体中有机碳呈极显著正相关。因此,长期秸秆覆盖不仅可以提升团聚体水平和稳定性,还可增加团聚体中有机碳含量,有利于土壤有机碳的固定。该区全年9 000 kg·hm~(-2)秸秆覆盖处理效果最好。     

耕作方式对土壤活性有机碳和碳库管理指数的影响

基于在黄土高原半干旱地区的典型代表—定西市安定区连续进行6 a的保护性耕作试验,研究了不同耕作方式对土壤总有机碳和活性有机碳的影响,并对各处理的碳库活度(A)、碳库活度指数(AI)、碳库指数(CPI)和土壤碳库管理指数(CMPI)进行了计算。结果表明:与传统耕作不覆盖(T)相比,免耕秸秆覆盖(NTS)、传统耕作结合秸秆还田(TS)和免耕不覆盖(NT)有利于土壤总有机碳含量和活性有机碳含量的提高,并且有随着土层深度的增加而递减的趋势;NT、NTS和TS有助于提高0～5 cm土层土壤活性有机碳占土壤总有机碳的百分率,尤以NTS处理的效果最为明显,说明NTS处理的土壤碳素活性大、易转化;对碳库各项管理指数来说,总体上秸秆覆盖或还田的贡献大于耕作措施,说明对土壤进行秸秆覆盖或还田有利于土壤碳库管理指数提高。     

不同覆盖方式对温室葡萄耗水规律和产量的影响

为筛选出适合河西走廊地区的日光温室葡萄最佳覆盖模式,在张掖市水务局灌溉试验站,设白膜+秸秆覆盖、黑膜+秸秆覆盖、白膜覆盖、黑膜覆盖、秸秆覆盖和砂子覆盖等不同覆盖处理,对温室葡萄耗水规律和产量表现进行了研究分析。结果表明:1不同覆盖方式均可增加土壤含水量,秸秆+黑膜覆盖下的土壤含水量最大,全生育期内秸秆+黑膜覆盖下的土壤相对含水量达到了16.54%,单一的秸秆覆盖的土壤含水量在中后期也增大较快,土壤含水量增大到了17.64%,秸秆+地膜双重覆盖与单一的秸秆覆盖在中后期均能明显提高土壤储水能力;2不同覆盖处理相比对照(不覆盖)均能增加葡萄产量,以黑膜+秸秆覆盖葡萄的增产效果最好,增产高达28.85%(P0.05),白膜+秸秆覆盖增产25.53%(P0.05);3不同覆盖处理均能调节土壤温度,地膜+秸秆覆盖方式兼备了单一地膜和单一秸秆覆盖处理的特点,前期土壤升温幅度大于秸秆覆盖,后期降温趋势小于地膜覆盖,且以黑膜+秸秆覆盖较为明显,其处理下土壤温度保持在21.13℃左右;4各覆盖处理均可提高灌溉水利用效率(IWUE)和水分生产效率(WUE),达到节水增产的目的,以黑膜+秸秆效果最好,黑膜+秸秆覆盖处理的灌溉水利用效率和水分生产效率均最大,分别达到了6.53 kg·m~(-3)和5.88 kg·m~(-3)。     

不同耕作措施下陇中黄土高原旱作农田土壤活性有机碳组分及其与酶活性间的关系

通过设置在陇中黄土高原半干旱雨养农业区15年的不同保护性耕作措施长期定位试验,研究了传统耕作(T)、免耕(NT)、免耕结合秸秆覆盖(NTS)、传统耕作结合秸秆还田(TS)4种不同耕作措施下不同土层的土壤总有机碳、土壤活性有机碳、土壤微生物量、碳库管理指数和土壤蔗糖酶、淀粉酶、纤维素酶和过氧化物酶等4种参与碳循环土壤酶,并分析了土壤有机碳及其活性碳组分与土壤酶之间的相关关系。结果表明:0~30 cm土层,NTS处理可显著提高土壤有机碳、土壤活性有机碳、土壤微生物量碳及碳库管理指数,分别较T处理增加了16.3%、28.26%、41.88%、37.04%,NT、TS处理较T处理各指标也均有不同程度提高;在0~30 cm土层,NTS、TS、NT处理与T处理相比,蔗糖酶分别提高了33.84%、21.59%、25.15%,淀粉酶活性分别提高了20.90%、13.43%、12.69%,纤维素酶活性分别提高了39.13%、17.39%、4.34%,过氧化物酶活性分别提高了7.81%、2.08%、3.65%;土壤蔗糖酶、淀粉酶、纤维素酶、过氧化物酶与各形态有机碳及碳库管理指数均表现为显著或极显著正相关关系;蔗糖酶活性增加对有机碳积累作用最显著,有助于土壤总有机碳、活性有机碳、微生物量碳含量提高,土壤纤维素酶对土壤总有机碳和活性有机碳含量的增加有促进作用,过氧化物酶有利于总有机碳的积累。免耕结合秸秆覆盖是适宜该地区农田生态系统健康稳定发展,减少碳库损失的重要途径。     

长期秸秆和地膜覆盖对旱作冬小麦农田土壤碳组分的影响

地表覆盖秸秆和地膜是我国西北旱作农田土壤固碳的重要田间管理措施,但其对土壤碳组分的长期影响尚不明确。基于田间定位试验,设生育期高量秸秆覆盖(9 000 kg·hm^-2,HSM)、生育期低量秸秆覆盖(4 500 kg·hm^-2,LSM)、夏闲期秸秆覆盖(9 000 kg·hm^-2,FSM)、生育期地膜覆盖(PM)和无覆盖对照(CK)共5个处理,研究了秸秆覆盖和地膜覆盖12 a和13 a后旱作冬小麦农田土壤总有机碳(SOC)、颗粒有机碳(POC)、潜在矿化碳(PCM)和微生物量碳(MBC)含量的变化规律。2 a平均结果表明：与CK相比,HSM和LSM处理均显著提高了0～10 cm土层各碳组分含量以及10～20 cm土层SOC、POC、MBC含量,同时还显著提高了0～20 cm土层POC和MBC占SOC的比例;而FSM和PM处理对各土层土壤碳组分含量及其占SOC的比例均无显著影响。土壤碳组分含量相互之间均存在极显著正相关关系。综上可知,长期生育期秸秆覆盖能有效提高旱作冬小麦农田耕层土壤有机碳及其组分含量,且提高覆盖量有助于促进...     

秸秆覆盖对宁南早作农田活性有机质及碳库管理指数的影响

在宁南半干旱区早作农田连续进行了4 a不同秸秆覆盖量的冬小麦栽培试验,对不同秸秆覆盖量下的土壤碳库活度(A)、碳库活度指数(AI)、碳库指数(CPI)和土壤碳库管理指数(CMPI)进行了分析.结果表明:与不覆盖(CK)相比,0.9-0.6万kg/hm2覆盖量下0～20 cm土层土壤总有机碳含量显著提高1.46～1.01...     

不同覆盖措施对塿土碳氮及水分的影响

通过田间试验,研究了陕西关中塿土区地膜覆盖和秸秆覆盖对表层土壤有机碳、全氮和微生物量碳氮,以及0~200 cm土壤剖面水分及硝态氮分布的影响。结果表明:与不覆盖(NM)相比,白色全膜覆盖(WF)、黑色全膜覆盖(BF)和秸秆覆盖(SM)的表层土壤有机碳分别降低了19.8%、26.3%和20.9%,土壤全氮也分别降低了4.8%、9.6%和10.6%。与NM相比,覆盖处理(WF、BF和SM)可以提高表层(0~20 cm)土壤硝态氮的含量,增加0~40 cm土层的硝态氮累积量(BF的差异不显著),降低40~120 cm土层的硝态氮累积量,但120~200 cm土层的硝态氮累积量差异不显著。SM和BF显著降低0~200 cm土层的硝态氮总累积量,而WF没有显著差异。与NM相比,地膜覆盖(WF和BF)和秸秆覆盖(SM)均可以提高表层0~40 cm土壤水分含量和储水量,但SM的效果低于地膜覆盖;WF可以降低深层土壤水分含量和储水量,而SM和BF与NM无显著差异。0~200 cm土层的总储水量,SM显著高于NM,而地膜覆盖则与NM无显著差异。各覆盖处理均显著降低了表层土壤微生物碳(MBC)和微生物氮(MBN)的含量,与NM相比,MBC分别降低了27.4%、55.4%和66.5%,MBN分别降低了4.6%、4.8%和6.8%。地膜覆盖(WF和BF)和秸秆覆盖(SM)均能够加速土壤有机碳的矿化分解,降低土壤微生物,减少土壤硝态氮的深层淋溶,其对塿土碳氮和水分的长期影响值得进一步研究关注。     

西南紫色土丘陵区不同耕作方式对土壤水热条件、有机碳含量及蚕豆产量的影响

在重庆北碚西南大学试验农场开展大田试验,设置传统耕作(T)、垄作(R)、传统耕作+半量秸秆覆盖(TS_1)、垄作+半量秸秆覆盖(RS_1)、传统耕作+全量秸秆覆盖(TS_2)、垄作+全量秸秆覆盖(RS_2)6个不同处理,研究不同耕作方式对蚕豆土壤水热条件、有机碳含量和蚕豆产量的影响及其相关关系。结果表明:秸秆覆盖下的土壤温度在低温时显著高于平作,在高温时则显著低于平作,而垄作的土壤温度与平作间没有明显的差异;在苗期、分枝期、开花期和成熟期,RS_2处理土壤水分均显著高于R处理;在分枝期、开花期和成熟期TS_2处理土壤水分均显著高于T处理;垄作和秸秆覆盖能提高土壤的有机碳含量,不同处理间的有机碳含量表现出RS_2TS_2RS_1TS_1RT的趋势;垄作和秸秆覆盖能提高蚕豆的产量,与对照T相比,R、TS_1、RS_1、TS_2、RS_2处理的蚕豆产量分别增产3.55%、9.20%、9.88%、10.78%、12.54%;蚕豆产量与土壤有机碳含量呈显著正相关。     

不同覆盖方式对旱作农田土壤碳氮含量及玉米产量的影响

设置垄膜沟播(R)、平作全覆膜(P)和平作秸秆覆盖(S)3种不同覆盖栽培模式,以传统平作(CK)为对照,通过3 a大田定位试验,研究不同覆盖方式对农田土壤碳氮及其组分变化、玉米干物质积累和籽粒产量的影响。结果表明:连续覆盖3 a后,R和P处理土壤有机碳和全氮含量及储量均呈逐渐下降趋势,而S处理则呈上升趋势且每年的增幅逐渐增大;各处理0～40 cm土层土壤有机碳储量均表现为S>R>P>CK,全氮储量表现为S>CK>R>P,S处理有机碳和全氮储量分别较CK提高3.4%和7.5%;与CK相比,R和P处理可提高土壤碳氮比,在0～20 cm土层平均分别提高7.9%和9.6%(P<0.05),而S处理0～20 cm土层土壤碳氮比平均降低了9.9%(P<0.05);各覆膜处理(R和P)均较CK显著降低了0～40 cm土层土壤可溶性有机碳(DOC)和土壤可溶性有机氮(DON)含量,而S处理较CK处理0～60 cm土层DOC和DON含量2 a平均均提高6.2%;各处理收获期硝态氮含量在0～100 cm剖面中的垂直分布与CK无明显差异;各处理土壤铵态氮含量均...     

连续14年保护性耕作对土壤总有机碳和轻组有机碳的影响

依托于2001年布设在陇中黄土高原半干旱雨养农业区的保护性耕作定位试验,于2014年测定了5种保护性耕作(免耕+秸秆覆盖NTS、免耕NT、传统耕作+秸秆翻埋TS、传统耕作+地膜覆盖TP和免耕+地膜覆盖NTP)和传统耕作T处理下小麦-豌豆双序列轮作中表层土壤(0~5、5~10、10~30 cm)总有机碳(SOC)和轻组有机碳(LFOC)在作物生育期前后的变化。结果表明:土壤总有机碳和轻组有机碳在土壤剖面上均随着土层深度的增加而降低;相比传统耕作T,NTS和TS处理能显著提高0~30 cm土层中SOC、LFOC的含量,在作物播种前较T分别提高了19.51%、64.58%和13.36%、42.08%,在收获后分别提高了28.00%、85.37%和18.61%、77.82%,而SOC、LFOC含量NT和TP处理与T处理间差异不显著;从作物播种前至收获后,各处理下0~30 cm土层SOC含量均有减小趋势,其中NTS和TS处理变化量最小,NT和TP处理加大了作物生育期间SOC和LFOC的消耗;LFOC可以灵敏地反应出土壤有机碳的变化。因此,在该区推行以免耕、秸秆覆盖为主的保护性耕作措施更有利于碳的积累和土壤质量的改善,促进该区农业的可持续发展。     

耕作方式对旱地麦田土壤团聚体及其碳氮组分分布的影响

为明确蓄水保墒耕作方式下旱地麦田土壤团聚体稳定性、有机碳及碳组分和全氮及氮组分在不同粒径团聚体组分中的分布特征,深入了解不同耕作方式下土壤碳氮固持机制,以连续3 a(2017—2020年)实施不同耕作方式(免耕、深松、深翻)后冬小麦收获期0～20 cm土壤为研究对象,采用湿筛法测算土壤团聚体的构成与稳定性(R_0.25,>0.25 mm团聚体含量;MWD,平均重量直径;GMD,几何平均直径),并测定各粒径团聚体有机碳(SOC)和碳组分(重组有机碳,HFOC;轻组有机碳,LFOC;易氧化有机碳,EOC;可溶性有机碳,DOC;颗粒有机碳,POC)含量、全氮(TN)和氮组分(硝态氮,NO^-₃-N;铵态氮,NH⁺₄-N;可溶性有机氮,SON)含量,分析了碳氮组分的相关关系。结果显示：(1)免耕和深松处理>2 mm团聚体土壤比例较深翻处理分别提高8.8%和22.1%,免耕有利于增加<0.053 mm粉黏粒比例,较深松和深翻处理分别提高46.4%和27.7%。深松处理较深翻...     

长期秸秆还田对褐土农田土壤有机碳、氮组分及玉米产量的影响

基于1992—2022年连续30 a的长期定位试验,研究秸秆不还田（CK）、秸秆覆盖还田（SM）、秸秆粉碎直接还田（SC）和秸秆过腹还田（CM）4种不同秸秆还田方式对土壤有机碳、氮组分和作物产量的影响。结果表明：（1）不同秸秆还田方式均可增加耕层土壤有机碳、全氮及其组分含量;与CK相比,CM处理0~20 cm土层土壤的总有机碳（SOC）、轻组有机碳（LFOC）、微生物量碳（MBC）、水溶性有机碳（DOC）和颗粒有机碳（POC）的含量分别显著增加42.85%、93.51%、80.09%、190.42%和123.38%;土壤全氮（TN）、轻组有机氮（LFON）、微生物量氮（MBN）、水溶性有机氮（WSON）和颗粒有机氮（PON）的含量分别显著增加49.37%、34.26%、69.49%、172.73%和129.29%。（2）各活性有机碳组分与土壤有机碳的比值表现为LFOC>POC>MBC>DOC;各氮组分与土壤全氮的比值表现为LFON>PON>MBN>WSON。（3）CM和SC处理下敏感指数最高的指标为DOC,DOC可作为CM和SC处理早期有机物变化的指示物;SM处理下敏感指数最高的指标为LFOC,LFOC可作为SM处理早期有机物变化的指示物。（4）土壤有机碳、氮组分间均呈显著正相关关系,其中DOC可以较好地反映SOC的变化情况,WSON可较好地反映TN的变化情况。（5）与CK相比,长期秸秆还田均可以显著提高玉米产量,SM、SC和CM处理30 a累计产量分别增加6.38%、7.82%和23.00%。综上,长期秸秆还田是提高土壤有机碳氮组分含量和作物产量的有效耕作措施,以秸秆过腹还田效果最为突出,可在黄土高原旱地玉米种植区域推广。     

Influences of drip and flood irrigation on soil carbon dioxide emission and soil carbon sequestration of maize cropland in the North China Plain

The need is pressing to investigate soil CO_2(carbon dioxide) emissions and soil organic carbon dynamics under water-saving irrigation practices in agricultural systems for exploring the potentials of soil carbon sequestration. A field experiment was conducted to compare the influences of drip irrigation(DI) and flood irrigation(FI) on soil organic carbon dynamics and the spatial and temporal variations in CO_2 emissions during the summer maize growing season in the North China Plain using the static closed chamber method. The mean CO_2 efflux over the growing season was larger under DI than that under FI. The cumulative CO_2 emissions at the field scale were 1959.10 and 1759.12 g/m~2 under DI and FI, respectively. The cumulative CO_2 emission on plant rows(OR) was larger than that between plant rows(BR) under FI, and the cumulative CO2 emission on the irrigation pipes(OP) was larger than that between irrigation pipes(BP) under DI. The cumulative CO_2 emissions of OP, BP and bare area(BA) under DI were larger than those of OR, BR and BA under FI, respectively. Additionally, DI promoted root respiration more effectively than FI did. The average proportion of root respiration contributing to the soil CO_2 emissions of OP under DI was larger than that of OR under FI. A general conclusion drawn from this study is that soil CO_2 emission was significantly influenced by the soil water content, soil temperature and air temperature under both DI and FI. Larger concentrations of dissolved organic carbon(DOC), microbial biomass carbon(MBC) and total organic carbon(TOC) were observed under FI than those under DI. The observed high concentrations(DOC, MBC, and TOC) under FI might be resulted from the irrigation-associated soil saturation that in turn inhibited microbial activity and lowered decomposition rate of soil organic matter. However, DI increased the soil organic matter quality(the ratio of MBC to TOC) at the depth of 10–20 cm compared with FI. Our results suggest that the transformation from conventional FI to integrated DI can increase the CO2 emissions and DI needs to be combined with other management practices to reduce the CO_2 emissions from summer maize fields in the North China Plain.     

Long-term effects of gravel―sand mulch on soil organic carbon and nitrogen in the Loess Plateau of northwestern China

Gravel–sand mulch has been used for centuries to conserve water in the Loess Plateau of northwestern China. In this study, we assessed the influence of long-term(1996–2012) gravel–sand mulching of cultivated soils on total organic carbon(TOC), light fraction organic carbon(LFOC), microbial biomass carbon(MBC), total organic nitrogen(TON), particulate organic carbon(POC), mineral-associated organic carbon(MOC), permanganate-oxidizable carbon(KMn O4-C), and non-KMn O4-C at 0–60 cm depths. Mulching durations were 7, 11 and 16 years, with a non-mulched control. Compared to the control, there was no significant and consistently positive effect of the mulch on TOC, POC, MOC, KMn O4-C and non-KMn O4-C before 11 years of mulching, and these organic C fractions generally decreased significantly by 16 years. LFOC, TON and MBC to at a 0–20 cm depth increased with increasing mulching duration until 11 years, and then these fractions decreased significantly between 11 and 16 years, reaching values comparable to or lower than those in the control. KMn O4-C was most strongly correlated with the labile soil C fractions. Our findings suggest that although gravel–sand mulch may conserve soil moisture, it may also lead to long-term decreases in labile soil organic C fractions and total organic N in the study area. The addition of manure or composted manure would be a good choice to reverse the soil deterioration that occurs after 11 years by increasing the inputs of organic matter.     

不同耕作措施对麦—豆轮作条件下土壤有机碳库与微生物商的影响

以长期定位试验为基础,对麦-豆轮作次序下不同耕作措施间的土壤有机碳、易氧化碳以及微生物生物量碳进行了测定,计算了土壤微生物商在各个序列中变化并对土壤各级有机碳库进行了相关分析.结果表明:两种轮作次序下传统耕作结合秸秆还田、免耕不覆盖、免耕秸秆覆盖与传统耕作不覆盖相比更有利于土壤有机碳库含量的提高,同时各处理表层有机碳含量明显高于其它层次并且随着土层的增加而递减.相关分析结果显示,土壤活性有机碳较大程度上依赖土壤有机碳的含量,同时也说明易氧化碳与微生物都在一定程度上表征了土壤中活性较高部分的有机碳含量.不同耕作处理的土壤微生物商均表现为NTS、NT、TS处理大于T处理,和不同耕作处理下土壤总有机碳含量的变化趋势一致.相较于其它处理免耕秸秆覆盖的土壤微生物商在各个序列中变化最明显,说明免耕秸秆覆盖对土壤有机碳含量的增加和土壤有机质的累积的贡献最大.     

秸秆还田量对陇中旱作麦田土壤团聚体稳定性和有机碳含量的影响

为探明秸秆还田后土壤团聚体与有机碳的变化特征和作用机制,依托2019年布设于甘肃省定西市李家堡镇的不同秸秆还田试验,设置两种秸秆类型：小麦秸秆和玉米秸秆,秸秆还田量分别为：0（CK）、3 500（低量）、7 000（中量）、14 000 kg·hm^-2（高量）,研究了秸秆还田对陇中黄土高原旱作农田土壤团聚体稳定性和有机碳的影响。结果表明：土壤机械稳定性团聚体以>0.25 mm团聚体为主,且随土层加深粒径逐渐增大,水稳性团聚体均与之相反;秸秆还田较不还田处理的机械稳定性和水稳性<0.25 mm粒级团聚体含量分别降低了3.53%～21.74%和2.73%～8.95%,土壤机械稳定性和水稳性团聚体平均重量直径MWD、几何平均直径GMD的提升幅度最大分别达到16.29%、30.12%和20.93%、12.12%,团聚体破碎率PAD降低了2.53%～13.23%,在中量秸秆还田时效果最好,且玉米秸秆比小麦秸秆效果更明显。秸秆还田提升了土壤有机碳含量,且在表层土壤秸秆还田量越高,对土壤有机碳的提升效果越显著,其中玉米秸秆高量还田处理的土壤有机碳含量较CK显著提高了...     

耕作方式及秸秆还田对土壤性质、微生物碳源代谢及小麦产量的影响

以小麦品种济麦22为试验材料,采用裂区试验设计,耕作方式为主区,分别设常规翻耕(C)、深松(S)、旋耕(R)处理,副区为秸秆还田量,分别设秸秆全还田(P)和秸秆不还田(A)处理,采用Biolog Eco技术测定土壤微生物碳源代谢功能,并分析土壤基本理化性质和作物产量。结果显示:深松与秸秆还田均有利于土壤含水量和有机碳含量的提高,0～15 cm土层分别提高了9.78%和24.00%,15～30 cm土层分别提高了7.08%和15.81%;深松提高了15～30 cm土层的pH值6.67%,秸秆还田提高了0～15 cm土层的pH值4.32%。深松和秸秆还田均有利于代谢多样性(丰富度指数、香浓多样性指数)、碳源代谢强度的提高,0～15 cm土层分别提高了26.84%、3.84%和38.02%,15～30 cm土层分别提高了11.87%、 3.63%和14.74%。主成分分析表明常规翻耕秸秆不还田和旋耕耕作秸秆不还田碳源代谢功能相近,15～30 cm层次内常规翻耕秸秆全还田碳源代谢功能和深松耕作秸秆全还田处理相近。深松和秸秆还田平均提高了小麦产量5.82%,微生物碳源代谢功能与小麦产量具有极显著的相关性。