Novel soil quality indicators for the evaluation of agricultural management practices: a biological perspective

Developments in soil biology and in methods to characterize soil organic carbon can potentially deliver novel soil quality indicators that can help identify management practices able to sustain soil productivity and environmental resilience. This work aimed at synthesizing results regarding the suitability of a range of soil biological and biochemical properties as novel soil quality indicators for agricultural management. The soil properties, selected through a published literature review, comprised different labile organic carbon fractions [hydrophilic dissolved organic carbon, dissolved organic carbon, permanganate oxidizable carbon (POXC), hot water extractable carbon and particulate organic matter carbon], soil disease suppressiveness measured using a Pythium-Lepidium bioassay, nematode communities characterized by amplicon sequencing and qPCR, and microbial community level physiological profiling measured with MicroResp^TM. Prior studies tested the sensitivity of each of the novel indicators to tillage and organic matter addition in ten European long-term field experiments (LTEs) and assessed their relationships with pre-existing soil quality indicators of soil functioning. Here, the results of these previous studies are brought together and interpreted relative to each other and to the broader body of literature on soil quality assessment. Reduced tillage increased carbon availability, disease suppressiveness, nematode richness and diversity, the stability and maturity of the food web, and microbial activity and functional diversity. Organic matter addition played a weaker role in enhancing soil quality, possibly due to the range of composition of the organic matter inputs used in the LTEs. POXC was the indicator that discriminated best between soil management practices, followed by nematode indices based on functional characteristics. Structural equation modeling shows that POXC has a central role in nutrient retention/supply, carbon sequestration, biodiversity conservation, erosion control and disease regulation/suppression. The novel indicators proposed here have great potential to improve existing soil quality assessment schemes. Their feasibility of application is discussed and needs for future research are outlined.     

长期少免耕对中国东北玉米农田土壤呼吸及碳氮变化的影响

在黑土区37年不同耕作模式定位试验田,采用原位法比较常规旋耕灭茬起垄（CT）、旋耕留高茬行间深松-少耕（RT）、免耕（NT）和深翻（PT）4种耕作模式土壤呼吸速率及其与土壤温度和湿度的关系,测定土壤总碳氮、无机氮,微生物碳氮的变化。结果表明,玉米生育期间土壤呼吸呈单峰变化,开花期达最大值,生长季平均呼吸速率依次为RT > NT > CT > PT。4个处理土壤温度与土壤呼吸速率间存在显著指数关系。不同耕作模式0~10 cm土壤温度可解释土壤呼吸速率变异的38.3%~67.9%,温度敏感性系数Q10范围为2.1~5.3;RT和NT处理显著提高0~20 cm土壤碳氮含量;RT处理在0~20 cm土壤中微生物碳含量均高于CT、NT和PT处理。RT处理土壤呼吸对温度响应提高,RT和NT处理显著增加上层土壤总碳氮含量,利于土壤质量提升。     

油-棉连作棉田油菜秸秆覆盖对棉田杂草发生及土壤杂草种子库的动态影响

在安徽省沿江棉区开展了油菜秸秆覆盖对棉田杂草发生、棉花生长及土壤杂草种子库影响的研究。结果表明,随着油菜秸秆覆盖量的增加,对棉田杂草的抑制效果增强。与未覆盖秸秆且不除草处理相比较,7000Kg/hm²秸秆覆盖量处理棉花单株铃数和子棉产量显著提高。7000Kg/hm²秸秆覆盖量处理在覆盖后30d、60d和120d逐步减少0-20cm土层杂草种子库密度,与全程除草剂处理较一致;随着覆盖量减少,对0-20cm土层杂草种子库密度降低幅度减小。全程除草剂处理降低0-5cm土层杂草种子库多样性,而油菜秸秆覆盖则可能增加0-5cm土层的杂草种子库多样性。3500Kg/hm²覆盖量+秸秆覆盖30d后喷施除草剂处理的抑草效果和增产效果与全程除草剂处理一致。因此,在安徽省沿江棉区油-棉连作棉田推荐使用3500Kg/hm²油菜秸秆覆盖量+秸秆覆盖30d后喷施除草剂。     

基于知识工程的旋耕机刀辊的快速设计系统研究

为了提高旋耕机刀辊的设计效率,建立了一种基于知识工程的对旋耕机刀辊的快速设计系统：在查阅整理旋耕机刀辊设计流程及规则知识的基础上,建立刀辊参数库、规则库、实例库等知识库,选用SQL语言对知识库进行添加、查询、修改;应用基于规则和实例的混合推理方法,以SolidWorks和Visual Studio为系统开发平台,应用API二次开发工具和VB.NET语言开发刀辊的快速设计系统,实现尺寸驱动模型变更和不同农耕农艺要求下刀辊的参数化快速设计。在Intel i5处理器、系统内存8 GB配置环境下,快速设计系统运行 3~5 min即可设计出满足用户需求的刀辊CAD模型并输出文件,满足使用需求。     

水稻节水保护性耕作的土壤理化性状及产量效应研究

通过对常规耕作和水稻节水保护性耕作的土壤理化性状、土壤酶、秸秆分解率及产量的比较分析,结果表明,水稻节水保护性耕作能降低土壤容重、增大土壤孔隙度、提高土壤速效养分,过氧化氢酶、酸性磷酸酶和脲酶活性分别比常规耕作高5.39%、14.52%、8.33%,蔗糖酶活性比常规低32.82%,表层、全耕层、深层秸秆粗分解率分别比常规耕作高11.71%、4.96%和9.10%,最终产量比常规耕作提高21.34%.     

不同耕作方式和工作深度对玉米生产的影响

为了比较不同耕作方式和工作深度对玉米生产的影响,在华南农业大学农场进行了两组对比试验,试验土壤为沙壤土和粘壤土,试验作物为玉米。第一组试验中安排了５种耕作方式,分别为犁耕加圆盘耙（ＭＢ＋ＤＨ）,凿形耕（ＣＨ）,圆盘耙两次（ＤＨ２）,旋耕（ＲＴ）和不耕（ＮＴ）,第二组试验中安排了２种耕作方式,犁耕加圆盘耙（ＮＤＬ）和犁耕、圆盘耙加深松（ＮＬ）。试验结果表明,不同的耕作方式和工作深度对土壤容重、土壤耕     

稻田不同免耕轮作模式对土壤性质的影响

为研究稻田不同免耕轮作模式对土壤性质的影响,基于2004年在成都平原建立的耕作定位试验,以当地传统麦稻周年旋耕+无秸秆还田(CW-CR)模式为对照,设置麦稻周年免耕+秸秆还田(ZW-ZR)和油稻周年免耕+秸秆还田(ZO-ZR)2种免耕轮作处理,2014年后分层取样测试土壤物理、化学性质和主要酶活性。结果表明:和CW-CR相比,连续免耕配合秸秆还田促进土壤有机碳和碱解氮含量的提高,土壤表层(0～7.5 cm)增幅分别为41.3%～52.2%和33.6%～33.7%,差异达显著水平。免耕模式不同土层有效钾含量显著低于对照模式,降幅19.8%～25.7%。连续免耕促进直径2 mm的水稳性团聚体的大幅增加,但对不同土层容重、孔隙度和最大持水量等物理性质及土壤酶活性影响较小。周年免耕条件下,麦稻模式较油稻模式更利于表层土壤5 mm水稳性团聚体的形成,其他多数指标无显著差异。0～7.5 cm土壤质量指数(Soil quality index,SQI)排序为ZO-ZRZW-ZRCW-CR。连续免耕可以提高小麦和油菜产量,但水稻产量不及对照模式,ZW-ZR和ZO-ZR模式平均降幅8.7%和4.6%。本研究条件下,免耕可改善稻田土壤质量,ZO-ZR模式优于ZW-ZR模式,但土壤质量的改善与水稻生产力的提高不同步。     

耙秸还田的研究——I、耙秸还田对作物生育及土壤肥力的影响

1979～1985年,在小麦-玉米一年两熟种植方式中,以耙地并投入玉米秸或投入玉米秸和小麦秸代替传統的麦前翻耕法,结果表明,“少耕”和“培肥”相结合,可以全面改善土壤营养状况和土壤水分状况,耙层土壤容重偏小,促进小麦根系和地上部的生育,使小麦、玉米增产。便耙秸还田延至三、四年,耙层下部的容重比对照偏大,耙层的容重亦逐漸大于对照,影响根系良好发育,小麦、玉米不再表现增产。据此,提出了在小麦-玉米一年两熟方式中,將小麦播前翻耕的传統耕法改为耙、耕交替,即耙秸两年,翻耕一年的土壤耕作制。以改善土壤的营养和物理状况,提高作物产量,降低成本。并克服连续耙秸,土壤容重增大,有碍作物根系生育的缺点。     

黑龙江省尚志市黑木耳产业发展现状·问题与对策

分析了黑龙江省尚志市黑木耳产业发展现状,尚志市在黑木耳产业发展中有着得天独厚的自然环境和政府政策优势,产业规模逐步扩大,产量逐年提升,产业布局范围广,并且在科研上投入较多,但是黑木耳产业发展也存在很多问题,如原料供应不足,环境污染严重,企业规模较小等。针对这些问题,提出了加大原木进口量、完善市场机制、提高科技水平、促进黑木耳深加工等相应对策,以促进尚志市黑木耳产业的发展。     

2BYML-4型玉米垄作免耕播种机的设计与试验

研制一种可一次性完成玉米根茬粉碎还田、起垄、施肥、精密播种联合作业的2BYML-4型玉米垄作免耕播种机,对其整机结构和工作原理进行了分析,通过理论计算确定了仿形机构、灭茬刀转速和控制系统的相关参数。田间试验结果显示:垄高、垄顶宽、垄间距合格率分别达到94.73%、90.64%和90.13%;粒距合格指数92.0%,标准差11.99,变异系数5.24%;漏播指数4%,重播指数 4%;种子覆土深度合格率为88.3%,种下施肥合格率为89.7%,变异系数分别为9.71%和10.32%。该机田间作业垄形规则,种、肥田间分布均匀合理,其结构参数和工作参数组合,更好地满足了旱地农业保护性耕作要求并有效改善生态环境。