Effects of different tillage and straw retention practices on soil aggregates and carbon and nitrogen sequestration in soils of the northwestern China

Soil tillage and straw retention in dryland areas may affect the soil aggregates and the distribution of total organic carbon. The aims of this study were to establish how different tillage and straw retention practices affect the soil aggregates and soil organic carbon (SOC) and total nitrogen (TN) contents in the aggregate fractions based on a long-term (approximately 15 years) field experimentin the semi-arid western Loess Plateau, northwestern China. The experiment included four soil treatments, i.e., conventional tillage with straw removed (T), conventional tillage with straw incorporated (TS), no tillage with straw removed (NT) and no tillage with straw retention (NTS), which were arranged in a complete randomized block design. The wet-sieving method was used to separate four size fractions of aggregates, namely, large macroaggregates (LA, >2000 μm), small macroaggregates (SA, 250-2000 μm), microaggregates (MA, 53-250 μm), and silt and clay (SC, <53 μm). Compared to the conventional tillage practices (including T and TS treatments), the percentages of the macroaggregate fractions (LA and SA) under the conservation tillage practices (including NT and NTS treatments) were increased by 41.2%-56.6%, with the NTS treatment having the greatest effect. For soil layers of 0-5, 5-10 and 10-30 cm, values of the mean weight diameter (MWD) under the TS and NTS treatments were 10.68%, 13.83% and 17.65%, respectively. They were 18.45%, 19.15% and 14.12% higher than those under the T treatment, respectively. The maximum contents of the aggregate-associated SOC and TN were detected in the SA fraction, with the greatest effect being observed for the NTS treatment. The SOC and TN contents were significantly higher under the NTS and TS treatments than under the T treatment. Also, the increases in SOC and TN levels were much higher in the straw-retention plots than in the straw-removed plots. The macroaggregates (including LA and SA fractions) were the major pools for SOC and TN, regardless of tillage practices, storing 3.25-6.81 g C/kg soil and 0.34-0.62 g N/kg soil. Based on the above results, we recommend the NTS treatment as the best option to boost soil aggregates and to reinforce carbon and nitrogen sequestration in soils in the semi-arid western Loess Plateau of northwestern China.     

产粮大省玉米秸秆综合利用的困局与对策研究

农作物秸秆作为"另一半农业",是一种重要的可供开发和综合利用的生物质资源。以吉林省2005~2014年间玉米产量为基础,测算出吉林省玉米秸秆理论资源量和可收集量,对该地区玉米秸秆综合利用途径现状和障碍因素进行简要评价。促使玉米秸秆综合利用得到更好的发展应该重视宣传引导,努力转变农民对秸秆综合利用的认识;加大政府财政支持力度,优化机制;建立秸秆技术研发体系,促进产业发展,以项目带动产业发展规模化;搞好示范推广作用,积极挖掘秸秆文化产业等。     

卧式香蕉秸秆粉碎还田机甩刀的设计与优化

甩刀是卧式香蕉秸秆粉碎还田机的重要工作部件,合理的结构和参数设计可改善整机的工作性能,减少机具振动,提高香蕉秸秆粉碎质量。通过应用Adams、Solidworks Simulation软件对刀辊进行模态仿真,对刀片的运动及受力进行理论分析,以确定刀片的最优的基本参数和排列方式。结果表明:刀片厚度为8mm、弯折角为1 3 0°时,刀片的变形量小,粉碎效果好;V字形排列方式能有效避免刀辊的共振,延长使用寿命。     

小麦秸秆和小麦秸秆生物质炭对低质量浓度Cd~(2+)的吸附特性研究

针对再生水灌溉镉污染问题,研发新型低成本高效重金属吸附材料。以农业废弃小麦秸秆和小麦秸秆生物质炭为研究对象,研究了麦秆和小麦秸秆生物质炭对低质量浓度Cd~(2+)的吸附性能及影响因素。结果表明,麦秆和小麦秸秆生物质炭对Cd~(2+)的吸附特性符合Langmuir方程,且吸附作用主要发生在吸附开始的10 min,试验条件下,生物质炭对Cd~(2+)去除率达90%以上,麦秆对Cd~(2+)去除率为70%左右;pH值对麦秆吸附Cd~(2+)影响显著,对生物质炭吸附Cd~(2+)影响极显著,pH值为3~6时生物质炭对Cd~(2+)的吸附效果较好。温度显著影响麦秆对Cd~(2+)的吸附,温度对生物质炭吸附Cd~(2+)无显著影响,当吸附材料投加量大于0.5 g/L即固液比大于0.45 g/mg时,增大二者投加量对其吸附Cd~(2+)没有显著影响。     

水稻均衡营养肥对杂交稻生长发育的影响及养分吸收特性

研究了水稻均衡营养肥对杂交稻生长发育的影响及养分吸收特性,以为精准施肥及秸秆还田养分循环利用提供必要的科学参数。结果表明,水稻均衡营养肥处理的株高、总粒数、实粒数、结实率、穗质量和产量均高于常规施肥处理,稻谷中的总钾、S~(6+)和Fe~(2+)含量均高于常规施肥处理,但总磷、Ca~(2+)和Mg~(2+)的含量低于常规施肥处理,总氮含量则基本相同;常规施肥处理的秸秆中总氮、总钾、Mg~(2+)和S~(6+)含量均高于水稻均衡营养肥处理,总磷、Ca~(2+)和Fe~(2+)含量基本相同。均衡营养肥处理氮、磷、钾利用率分别为67.8%、60.0%和95.5%,农民常规施肥处理分别为32.3%、86.0%和100%。可见,水稻均衡营养肥能均衡的为杂交稻生长提供必需的养分,大幅度提高肥料利用率。     

D200型秸秆纤维制取机原料供给系统优化设计与试验

为提高D200型秸秆纤维制取机工作效率,实现对农作物秸秆物料的浸泡、清洗及连续稳定的输送,解决人工喂料时劳动强度大、喂料不均匀等问题,设计了与D200型秸秆纤维制取机相配套的原料供给试验装置。在对浸泡装置、搅拌装置和捞取装置间配合关系及工作原理分析的基础上,以单个耙齿为研究对象,分析了耙齿与秸秆的作业过程,建立了捞取量的数学模型,找出了影响捞取量的主要因素。应用L16(45)正交试验方法,以输送带线速度、耙齿齿数、搅拌桨转速为试验因素,以捞取效率及其变异系数为评价指标实施试验。试验结果表明:输送带线速度、耙齿齿数、搅拌桨转速对捞取效率影响极显著(P0.01);输送带线速度对捞取效率变异系数影响极显著(P0.01)。同时利用模糊综合评价方法对试验指标进行综合评价,确定影响综合评价的主次顺序为:输送带线速度、搅拌桨转速、耙齿齿数;最优参数组合为:输送带线速度0.6 m/s、搅拌桨转速40 r/min、耙齿齿数8根。此时,单位时间内捞取效率为1 111.2 kg/h,变异系数为0.124,满足生产要求。     

农业工程科技创新推进农业绿色发展

农业绿色发展是农业发展观的一场深刻革命。该文全面论述了农业工程科技创新对农业绿色发展的重要作用,深入分析了中国在农业资源利用、产地环境治理、生态系统保育和农产品绿色供给等方面取得的成效和存在的问题。提出了围绕农业绿色发展,农业资源监测、水土资源利用、农业投入品使用、农业机械化和农业废弃物资源利用等农业工程科技创新的前沿进展和主攻方向。从强化农业绿色发展理念、建立技术创新与推广体系、完善标准体系和加强政策支持4个方面提出了政策建议。该文可为农业绿色发展背景下农业工程科技研发提供重要的指导和参考。     

栽插和秸秆还田方式对水稻氮素吸收利用和产量的影响

【目的】秸秆还田方式影响土壤和肥料中养分的有效性,本研究通过比较不同还田方式下水稻产量、氮素吸收利用的差异,为水稻人工插秧和毯苗机插技术选择适宜的秸秆还田方式提供依据。【方法】本试验于2016-2018年在成都温江四川农业大学水稻研究所试验田进行,以籼型三系杂交稻F优498为试验材料,采用两因素裂区设计,主区为秸秆不还田(S0)、覆盖还田(S1)和翻埋还田(S2) 3种还田方式,副区为人工插秧(HT)和毯苗机插(MT) 2种栽插方式,氮肥用量为N 135 kg/hm^2,按基肥∶蘖肥∶促花肥∶保花肥=3∶3∶2∶2的比例施用。磷肥(过磷酸钙)用量为P2O5 90 kg/hm^2,作基肥一次施入;钾肥(氯化钾)用量为K2O 150 kg/hm^2,施用比例为基肥∶穗肥=7∶3。分别于分蘖盛期、拔节期、齐穗期和成熟期采集茎鞘、叶和穗样品测定干物重和氮含量,计算不同时期氮素积累、转运及氮素利用效率。【结果】秸秆还田方式对人工和机械插秧水稻产量、植株氮素积累及氮素利用具有显著影响。1)与S0相比,S1、S2处理提高了水稻产量,抑制了水稻分蘖盛期氮素积累,促进了拔节期至成熟期各器官及植株氮素积累,提高了植株氮含量,S1效果优于S2,且S1提高了氮素茎鞘转运量(44.1%)、茎鞘转运率(10.2%)、叶片转运量(23.5%)和穗氮增加幅度(21.2%),S2仅提高了氮素茎鞘转运量(24.7%)、茎鞘转运率(6.5%)和穗氮增加幅度(16.7%)。氮肥农学效率和氮素回收率表现为S1> S2,但S1、S2氮素的稻谷生产效率均有所降低。2)分蘖盛期至拔节期,HT处理的水稻各器官氮素积累、各时期植株氮素积累、氮素转运和产量均大于MT处理的,氮素回收率则显著低于MT处理的。秸秆还田方式对不同栽插方式氮素积累和转运的影响程度不一,分蘖盛期HT处理的氮素积累以S2处理最小,MT处理则以S1最小。两种栽插方式下拔节期至成熟期氮素积累和转运量、氮肥农学利用率及吸收利用率均以S1处理最大。【结论】从提高水稻产量和氮素利用率来看,人工插秧和毯苗机插均适宜采用小麦秸秆覆盖还田模式,并以覆盖还田结合人工插秧方式为最佳。     

秸秆还田配施腐熟剂对砂性土壤性质及滴灌玉米生长的影响

为探究秸秆还田配施腐熟剂对宁夏扬黄灌区土壤改良和玉米增产的效应,在秸秆还田条件下施用3种不同腐熟剂[生物秸秆速腐剂(SR+BS)、EM菌秸秆腐熟剂(SR+RJ)、有机废物发酵菌曲(SR+OW)],以秸秆还田不施腐熟剂处理为对照(CK),研究其对秸秆生物失重率、砂性土壤理化性状和滴灌玉米生长及产量的影响。结果表明,3种腐熟剂均能有效促进玉米秸秆腐解,其中SR+RJ的秸秆腐解程度最佳,翻埋130 d后其秸秆生物失重率为49.9%,SR+OW和SR+BS次之,3种处理分别较CK显著提高7.1、5.7、5.2个百分点。SR+RJ对改善0~40 cm土层土壤容重效果最佳,较CK显著降低4.2%,同时显著提高了耕层土壤有机质和速效养分含量及生育中后期土壤贮水量,SR+OW和SR+BS次之。施用秸秆腐熟剂能明显促进玉米生育中后期植株生长,其中SR+RJ最佳。SR+RJ和SR+OW对玉米增产增收效果最明显,分别较CK显著增产26.9%、23.4%,显著增收28.8%、23.4%。可见,秸秆还田配施腐熟剂可有效促进玉米秸秆腐解,改善土壤理化性质,促进玉米生长发育,显著提高作物产量与经济效益,以EM菌秸秆腐熟剂效果最佳。本研究为宁夏扬黄灌区还田后促进秸秆腐熟和砂性土壤培肥及玉米高产提供了技术参考。     

不同还田方式下北方旱作小麦秸秆腐解规律研究

为揭示不同还田方式下北方旱作小麦秸秆腐解规律,以小麦秸秆为试验材料,采用尼龙网袋法,于2014-2015年度在山西临汾保护性耕作长期定位试验区进行试验,设置秸秆还田旋耕(SRT)、秸秆覆盖免耕(SNT)2个处理,分析不同耕作方式下小麦秸秆的纤维素、半纤维素、木质素、有机碳、全氮含量以及秸秆腐解率、有机碳矿化率、全氮释放率的变化。结果显示,经过375 d的田间腐解,SRT秸秆腐解率为50%,SNT秸秆腐解率为31%。SRT秸秆的纤维素、半纤维素、木质素的平均腐解率分别为65%、45%、53%,SNT分别为56%、30%、39%;SRT秸秆有机碳的矿化率为57%,SNT为40%;SRT秸秆全氮素释放率为15%,SNT为36%。研究表明,SRT可加快秸秆腐解与组成成分的分解,SNT有利于秸秆氮素的释放,可减少农田氮投入。SNT秸秆有机碳矿化率低可减少农田碳循环速率,提高麦田固碳能力。本研究结果对我国北方旱作小麦秸秆还田管理具有一定的借鉴参考价值。