不同土壤耕作措施与秸秆还田对稻麦两熟制农田土壤活性有机碳组分的短期影响

通过2年(2009-2011年)大田试验,研究不同耕作措施和秸秆还田及其交互效应对稻麦两熟制农田0～7、7～14和14～21 cm 3个土层土壤总有机碳和活性有机碳组分(易氧化有机碳、水溶性有机碳和微生物生物量碳)的影响.结果表明:秸秆还田处理各土层土壤总有机碳和活性有机碳含量均显著高于无秸秆还田处理;0 ～7 cm土层,翻耕处理土壤微生物生物量碳含量显著高于旋耕处理,旋耕处理易氧化有机碳含量高于翻耕处理;7～14 cm土层,旋耕处理土壤总有机碳含量显著高于翻耕处理;14～21 cm土层,翻耕处理土壤总有机碳、水溶性有机碳和微生物生物量碳含量均显著高于旋耕处理;翻耕加稻麦两季秸秆均还田处理的总有机碳含量均高于其他各处理.     

耕作方式转变对小麦/玉米两熟农田土壤固碳能力的影响

采用大田试验、室内分析与生产调研相结合的方法,研究了耕作方式对农田生态系统固碳能力的影响.结果表明:少、免耕以及秸秆还田等保护性耕作措施有利于土壤有机碳的累积;免耕秸秆还田(NTS)方式0～5cm土层土壤有机碳累积量比传统耕作(CTA)方式高18.0%,旋耕秸秆还田(RTS)0～5和5～10cm土层比CTA分别高17.6%和25.0%,而翻耕秸秆还田(CTS)方式10～30cm土层土壤总有机碳累积量比CTA高31.8%;CTA转变为NTS后,源于农田投入的碳排放减少了54.3kg.hm-2.a-1,而转变为CTS、RTS后,分别增加了46.9kg.hm-2.a-1和34.4kg.hm-2.a-1;综合土壤碳累积与农田投入碳排放可知,传统耕作转变为保护性耕作方式后可实现由"碳源"向"碳汇"的转变,而CTS、RTS、NTS3种耕作方式中以RTS的固碳能力最强,达1011.1kg.hm-2.a-1.     

保护性耕作和杂草管理对冬小麦农田土壤水分及有机碳的影响

在秸秆全量还田的试验田中(从2004年起),于2008-2009年及2009-2010年冬小麦生育期间,研究了不同耕作措施(旋耕、耙耕、免耕、深松和常规耕作)和杂草管理对冬小麦田土壤水分及有机碳的影响.结果表明:在未除草条件下,免耕、深松的杂草总密度显著提高;而在除草条件下,杂草密度显著下降.小麦从拔节期到灌浆期0～60 cm土层水分含量呈明显波动变化,田间保留一定量的杂草可增加不同耕作方式0～20 cm的土壤水分含量,表现出一定的土壤水分保持效应.保留杂草仅提高了拔节期0～20 cm土层的土壤有机碳含量;而在抽穗期和灌浆期,0～20、20～40和40～60 cm土层有机碳含量均低于去除杂草处理.去除杂草条件下,深松显著提高了冬小麦籽粒产量;保留杂草条件下,旋耕的籽粒产量最高,常规耕作产量最低.     

耕作方式和秸秆还田对棕壤土壤养分和酶活性的影响

在沈阳农业大学试验基地开展田间控制试验,研究翻耕秸秆移除(CK)、翻耕秸秆还田(PTS)、免耕秸秆移除(NT)、免耕秸秆还田(NTS)、旋耕秸秆移除(RT)、旋耕秸秆还田(RTS)6种耕作和秸秆还田方式对棕壤养分含量和酶活性的影响。结果表明,(1)对比CK,RTS和PTS增加了表层(0~15 cm)土壤有机碳(SOC)和全氮(TN)含量、β-1,4-葡萄糖苷酶(βG)、β-1,4-N-乙酰葡糖氨糖苷酶(NAG)和酸性磷酸酶(AP)活性,但NTS和RTS比CK降低了下层(15~25 cm)SOC含量,PTS对比其他处理显著增加了下层NAG活性,RTS和PTS对比CK显著增加了两土层硝态氮(NO3--N)含量。(2)3种耕作方式配合秸秆还田的处理与无秸秆还田处理相比,增加了表层土壤SOC、TN含量以及βG、NAG、AP活性,降低了下层SOC含量,但增加了NAG和AP活性。旋耕和翻耕配合秸秆还田的处理与无秸秆还田处理相比,增加了两土层NO3--N含量,而免耕趋势相反。(3)主成分分析表明,RTS和PTS处理增加了表层土壤有机碳、氮含量,改善了土壤速效养分含量,提高了土壤酶活性,是适合棕壤的耕作结合秸秆还田的方式。     

免耕不同秸秆覆盖量对黑土微生物群落及其残留物的影响

为探究免耕和不同秸秆覆盖量下土壤微生物群落组成及残留物的变化规律,依托中国东北黑土区的玉米保护性耕作长期平台(始建于2007年),以传统耕作(翻耕+无秸秆还田)为对照(CT),对免耕结合不同秸秆覆盖量[免耕+无秸秆还田(NT0)、免耕+1/3秸秆覆盖还田(NT1/3)、免耕+2/3秸秆覆盖还田(NT2/3)和免耕+全量秸秆覆盖还田(NT3/3)]下不同土层(0～5、5～10、10～20 cm)土壤理化性质、磷脂脂肪酸和氨基糖的变化特征进行分析。结果表明：与CT相比,免耕无秸秆还田处理(NT0)对土壤有机碳(SOC)、全氮(TN)、可溶性有机碳(DOC)、可溶性有机氮(DON)、含水量、微生物群落及其残留物等均无显著影响;免耕结合秸秆覆盖还田主要影响了土壤表层各指标,与CT相比,0～5 cm土层中NT1/3、NT2/3、NT3/3处理SOC含量分别显著提高了27.2%、34.1%、35.6%,NT2/3和NT3/3处理磷脂脂肪酸含量分别显著提高了39.2%和65.0%,NT3/3处理氨基糖含量(微生物残留物)显著提高了47.2%;免耕不同秸秆覆盖量的土壤理化性质和微生物群落差异随土壤深度...     

不同秸秆还田和耕作方式对夏玉米农田土壤呼吸及微生物活性的影响

采用基质诱导呼吸法和CO2释放量法,研究了冬小麦季长期不同耕作方式(常规翻耕、免耕和深松)和秸秆处理(秸秆还田和无秸秆还田)对夏玉米田土壤呼吸及微生物活性的影响.结果表明:秸秆还田和保护性耕作主要在O～ 10 cm土层起作用.秸秆还田能明显提高土壤微生物生物量碳和微生物活性,降低呼吸熵,在苗期和开花期提高土壤呼吸,而在灌浆期、腊熟期和收获期降低土壤呼吸;在相同秸秆处理条件下,深松和免耕比常规翻耕能显著降低土壤呼吸和呼吸熵,提高微生物生物量碳和微生物活性.整个生育期,秸秆还田结合保护性耕作能显著提高微生物生物量碳和微生物活性,降低呼吸熵,与常规翻耕无秸秆还田相比,深松秸秆还田和免耕秸秆还田0～10 cm土层微生物生物量碳平均提高了95.8％和74.3％,微生物活性提高了97.1％和74.2％.     

不同耕作措施对冬小麦-夏玉米复种连作系统土壤有机碳和水分利用效率的影响

在连续8年田间定位试验的基础上,分析了关中平原冬小麦 夏玉米复种连作系统2008—2009年连续两个生长季期间不同耕作措施(结合秸秆还田和不还田)对土壤有机碳和水分利用率的影响.结果表明: 相对于传统耕作,保护性耕作有利于土壤有机碳、水分利用效率和作物产量的提高,其中在“深松+秸秆还田”耕作模式下的增幅最高,土壤有机碳含量在0～30 cm土层增幅达到19.5%,水分利用效率和作物产量提高了16.9%和20.5%,而免耕模式则有效提高了0～10 cm土层有机碳含量.在该地区土壤和气候条件下,深松结合秸秆粉碎还田是最理想的耕作模式,最有利于土壤有机碳累积,并提高水分利用效率和作物产量.     

保护性耕作对土壤微生物量及活性的影响

研究保护性耕作对土壤微生物特性的影响对于土壤管理具有重要意义。试验研究了保护性耕作对麦田土壤微生物量碳、活跃微生物量、土壤呼吸、呼吸商的影响。前3项采用的方法分别是:基质诱导呼吸法、呼吸曲线数学分析法和CO2释放量法。结果表明,保护性耕作土壤微生物量碳0～10cm土层大于10～20cm土层,而常规耕作两土层间无明显差异。秸秆还田在播种前、越冬期和起身期能显著提高土壤微生物量碳,而开花期和收获期则降低土壤微生物量碳。少耕还田10～20cm土层微生物具有较强的养分调控作用。保护性耕作利于0～10cm土层活跃微生物量的提高。秸秆还田和保护性耕作在耕作作业初期(越冬期和起身期)能增强土壤呼吸速率;在耕作作业后期(开花期和收获期)能显著降低土壤呼吸速率。免耕秸秆覆盖在10～20cm土层呼吸商较高,而常规耕作无秸秆还田在0～10cm土层呼吸商较高。土壤微生物量碳和呼吸商是衡量土壤微生物特性的重要指标。     

保护性耕作对紫色水稻土团聚体组成和有机碳储量的影响

通过长期定位试验，研究了保护性耕作对四川盆地紫色水稻土耕层团聚体组成和有机碳储量的影响.结果表明，保护性耕作显著影响耕层团聚体组成及其有机碳含量.油菜免耕、厢作免耕、绿肥免耕、垄作翻耕和厢作翻耕0～10 cm土壤大团聚体分别比对照(12%)增加23%、69%、9%、36%和28%，而10～20 cm土壤大团聚体比对照低9%～38%.冬水免耕、油菜免耕和绿肥免耕0～10 cm土壤大团聚体中有机碳含量分别比对照增加13%、31%和32%，而10～20 cm土壤各处理有机碳含量低于对照28%～54%，其土壤大团聚体和微团聚体中碳浓度差异低于0～10cm土壤.各处理0～10 cm土壤总有机碳储量比对照增加8%～28%，而10～20 cm土壤总有机碳储量低于对照4%～22%.传统耕作转变为保护性耕作13年后0～10和10～20 cm土壤有机碳固定率分别为53和25 g·m^-2·a^-1，传统耕作有机碳固定率分别为26和33 g·m^-2·a^-1.保护性耕作有利于紫色水稻土表层大团聚体的形成和土壤总有机碳储量的提高.     

渭北旱塬农田不同耕作模式对土壤性状、玉米产量和水分利用效率的影响

通过渭北旱塬黑垆土8年定位试验,研究了秸秆还田下6种耕作方式,即连年翻耕(CT/CT)、免耕(NT/NT)、深松(ST/ST)和免耕/深松(NT/ST)、翻耕/免耕(CT/NT)、翻耕/深松(CT/ST)对土壤团聚体、有机碳、作物产量和水分利用效率(WUE)的影响.结果表明:与CT/CT相比,NT/NT、ST/ST及3种轮耕措施减小了土壤力稳性团聚体的平均质量直径;NT/NT、ST/ST和NT/ST措施增加了20～50 cm土层>0.25 mm水稳性团聚体的含量(WR_0.25)和平均质量直径,降低了土壤团聚体结构破坏率(PAD).在0～10 cm土层,NT/ST、CT/NT、NT/NT和ST/ST处理土壤有机碳含量显著高于CT/CT处理.随着土层加深,各耕作处理土壤有机碳含量下降,但3种单一耕作处理(ST/ST、NT/NT和CT/CT)下降幅度大于3种轮耕处理(CT/NT、ST/CT和NT/ST).与CT/CT相比,其他5种耕作方式均增加了农田0～200 cm土层的土壤蓄水量、作物产量和水分利用效率,其中,NT/ST处理作物产量和WUE分别显著提高了15.1%和27.5%.相关分析表明,玉米产量、WUE与0～200 cm土层生育期和休闲期的蓄水量呈显著正相关,且生育期蓄水量与0～50 cm土层的WR_0.25呈显著正相关,与PAD呈显著负相关;其中,20～50 cm土层的WR_0.25、PAD与玉米产量、生育期蓄水量以及WUE关系最密切;生育期蓄水量和WUE还与0～10 cm土层的有机碳含量呈显著正相关.综合考虑不同耕作措施对土壤结构、作物产量和水分利用效率的影响,免耕/深松是最适宜于渭北旱塬区黑垆土春玉米种植的耕作方式.     

土壤有机碳和微生物群落结构对多年不同耕作方式与秸秆还田的响应

土壤有机碳对维持陆地生态系统功能和缓解土壤退化问题至关重要,土壤微生物参与土壤有机碳的循环过程,而耕作方式与秸秆还田影响土壤有机碳和微生物群落.本试验采用裂区试验设计,耕作方式为主区,分别设深松(ST)和旋耕(RT)处理,副区为秸秆还田量,分别设秸秆全还田(F)和秸秆不还田(0)处理,采用Illumina测序技术测定土壤微生物群落结构和固碳功能基因,并测定了2012—2017试验年间土壤有机碳含量.结果表明: 1)深松耕作和秸秆还田均显著提高了pH、微生物生物量碳、总氮、粉粒含量、黏粒含量,而显著降低了砂粒含量; 2)试验年间各处理的土壤有机碳(SOC)含量均呈增加趋势,但与旋耕耕作和秸秆不还田处理相比,深松耕作和秸秆还田处理的平均有机碳增量分别显著提高30.6%和33.2%; 3)土壤中最丰富的细菌类型为变形菌门,其次为酸杆菌门和芽单胞菌门; 4)深松秸秆还田处理(STF)具有较高的微生物多样性; 5)除砂粒含量外,土壤pH、微生物生物量碳、总氮、粉粒和黏粒含量均促使深松秸秆全还田处理下的微生物群落结构向着有利于有机碳积累的方向发生变异; 6)除二糖和寡糖代谢途径外,CO₂固定、发酵、主要碳水化合物代谢、一碳代谢、糖醇、有机酸、糖苷水解酶类的代谢功能基因丰度均表现为深松耕作显著高于旋耕,且均与土壤有机碳呈正相关关系.因此,深松结合秸秆还田能够改善土壤基本性质与土壤微生物群落结构,有利于增加土壤固碳能力和解决土壤退化问题.     

不同施肥与耕作处理对黑土POM-C的影响研究

土壤有机质 (ＳＯＭ )在自然和管理生态系统中 ,都是植物生产的一种重要无机营养来源。为了解管理系统中ＳＯＭ的动态 ,定量测定ＳＯＭ组分是特别重要的 ,尤其是测定微粒有机质 (ＰＯＭ )意义很大。Ｃａｍｂａｒｄｅｌｌａ等[4 ] 认为 ,ＰＯＭ是指相对新的 ,在化学上对微生物有吸引力的物质 ,代表很大比例的“慢”分解有机碳库 ,并对管理措施有非常迅速的反应。因此 ,许多研究人员建议把ＰＯＭ作为评价农业措施对土壤肥力和土壤质量影响的一个指标[5～ 7] 。东北平原有 4 5 0× 10 6 ｈａ黑土农田 ,是我国主要的粮食生产基地。然而 ,长期不…     

轮耕与施肥对渭北旱作玉米田土壤团聚体和有机碳含量的影响

2007—2012年在陕西合阳连作玉米田进行保护性轮耕与施肥长期定位试验,设置免耕/深松(NT-ST)、深松/翻耕(ST-CT)和翻耕/免耕(CT-NT)3种隔年交替轮耕处理和连续免耕(NT-NT)、连续深松(ST-ST)、连续翻耕(CT-CT)3种连耕处理及平衡施肥、低肥和常规施肥3种施肥处理,分析了0～40 cm土壤团聚体分布、平均质量直径(MWD)、几何平均直径(GMD)、分形维数(D)及0～60 cm土壤有机碳(SOC)含量.结果表明: 随着耕作强度的增加,土壤团聚体总含量减小,稳定性降低,有机碳损失增大;连续免耕和轮耕增大了土壤团聚体MWD和GMD,减小分形维数,增加了粒径大于0.25 mm团聚体(R_0.25)和SOC含量.在相同施肥处理下,团聚体R_0.25表现为NT-NT>NT-ST>NT-CT>ST-ST>CT-ST>CT-CT;在相同耕作方式下,平衡施肥和低肥处理下土壤团聚体比常规施肥更稳定.通过对土壤团聚体分形维数进行数学拟合,干筛法和湿筛法所测土壤团聚体的分形维数分别为2.247～2.681和2.897～2.976. 0～30 cm土层土壤团聚体分形维数均表现为连续免耕和轮耕显著低于连续翻耕(CT-CT),随土层加深分形维数增大,在40 cm处趋于稳定.施肥对不同土层有机碳含量的影响差异显著(P<0.05),随土层加深有机碳含量呈递减趋势,平衡施肥处理下有机碳积累量较常规施肥增加了6.9%.土壤有机碳含量随团聚体粒径的增大而增加,0.25～2 mm粒径土壤团聚体含量对有机碳积累的影响达到显著水平(P<0.01),确定系数R²为0.848.     

黄淮海平原保护性耕作下玉米季土壤动物多样性

调查了黄淮海平原农田保护性耕作下玉米拔节期(7月)和成熟期(9月)土壤动物的丰富度和多样性.结果表明：玉米成熟期土壤动物丰富度和多样性高于拔节期;拔节期土壤动物类群和数量免耕处理高于翻耕处理.土壤动物主要分布在表层(0～10 cm)土壤中,而翻耕处理下层(10～20 cm)土壤中仍有较大分布,导致翻耕与免耕处理下层土壤动物差异显著.免耕处理下,蜱螨目、小蚓类、双翅目和双尾目（特别是蜱螨目）数量高于翻耕处理.在玉米成熟期,秸秆还田效应显著,秸秆量越大土壤动物丰富度越高,其中弹尾目、蜱螨目、鞘翅目和啮虫目的个体数量均显著增加.弹尾目数量在玉米两个生长期均与秸秆还田量高度正相关,表明弹尾目在秸秆分解及其养分循环中起着重要作用.     

黑土坡耕地有机碳及其组分累积-损耗格局对耕作侵蚀与水蚀的响应

耕作与水蚀是黑土区坡耕地碳库退化的主导因素,为进一步探究土壤有机碳(SOC)及其组分对不同侵蚀驱动力(耕作、水力)的响应格局,基于该区耕作侵蚀与水蚀模型,在定量表达耕作侵蚀-沉积量与水蚀量的基础上,利用地统计学的方法,分析了东北黑土区典型漫岗地形坡面尺度SOC及其3种组分的空间分布特征.结果表明: 耕作侵蚀与沉积速率分别表现为坡上>坡下>坡中>坡脚和坡脚>坡下>坡中>坡上;水蚀速率表现为坡下>坡脚>坡中>坡上;坡下陡坡位置耕作侵蚀与水蚀协同引起严重的土壤流失.虽然耕作侵蚀速率(0.02～7.02 t·hm^-2·a^-1)远小于水蚀速率(5.96～101.17 t·hm^-2·a^-1),但耕作侵蚀在全坡面范围均可对SOC产生不同程度的影响,而水蚀则主要在坡下径流汇集区显著影响SOC的累积-损耗.受水蚀与耕作侵蚀-沉积作用影响,SOC、颗粒有机碳、水溶性有机碳在侵蚀点含量低于沉积点,而微生物生物量碳变化趋势相反;耕作侵蚀通过影响颗粒有机碳参与SOC的积累-损耗过程.     

稻田免耕和稻草还田对土壤腐殖质和微生物活性的影响

为了阐明免耕和稻草还田土壤固碳机制,研究了无稻草还田免耕（NT）、无稻草还田常耕（CT）、稻草还田免耕（NTS）和稻草还田常耕（CTS）对水稻不同生育期不同土层（0—5,5—12,12—20cm）土壤腐殖质形态、含量及微生物活性的影响。结果表明,免耕（NT和NTS）处理显著增加0—5 cm土层土壤游离松结态、联结态和稳紧结态腐殖质含量和游离松结态腐殖质占总腐殖质的比例,且免耕对土壤各结合态腐殖质含量的影响程度有随生育期的推后而增加的趋势;5—12cm和12—20cm土层土壤各结合态腐殖质含量和0—20cm各土层微生物活性有减少趋势;在水稻分蘖期免耕对微生物活性影响很弱,在水稻拔节—灌浆期免耕处理显著降低5—12 cm土层土壤微生物活性,相反,免耕却增加水稻成熟期0—5 cm土层的微生物活性;另一方面,稻草还田（CTS和NTS）显著提高土壤各结合态腐殖质含量,尤其是0—5 cm土层、游离松结态腐殖质及水稻生育后期;CTS处理显著增加分蘖期—孕穗期0—20 cm土层的呼吸强度,而稻草还田显著增加孕穗期—成熟期0—5cm土层的纤维素分解强度。可见,通过增加土壤腐殖质含量和各结合态腐殖质含量并改变微生物活性免耕有利于表土层碳的固定作用,而免耕与稻草还田相结合更有利于土壤碳的积累。     

黑土肥沃耕层构建效应

东北黑土区粘重的耕地土壤,经多年不合理耕作后产生了较厚的“犁底层”,成为该地区农业生产的主要限制因子.本研究利用田间试验,分析了构建肥沃耕层对作物产量、土壤物理性质、土壤含水量和微生物数量的影响.结果表明：肥沃耕层构建后,土壤形成了一个深厚的耕层,作物产量增加.与常规耕作法相比,向20～35 cm土层施用秸秆和有机肥使土壤容重分别降低了9.88%和6.20%,总孔隙度分别增加了9.58%和6.02%,饱和导水率分别增加了167.99%和73.78%,表明肥沃耕层的构建能够有效地改善土壤的通气透水性,提高大气降水的入渗能力;向“犁底层”施用秸秆和有机肥处理0～100 cm土层土壤含水量和水分利用效率均显著高于常规耕作法,该处理玉米出苗率与0～35 cm土层土壤含水量之间呈显著正相关关系.肥沃耕层的构建由于增加了土壤中的有机碳源和透气性,从而增加了土壤中的微生物数量.     

陇东雨养苹果覆膜对土壤团聚体结构稳定性与细根分布的影响

不同的果园管理方式可影响果树根系生长、分布与土壤团聚体稳定性、有机碳固存,进而改变“根-土”复合体响应关系。对西北陇东旱塬不同覆膜年限(2 a、4 a和6 a)苹果园表层土壤(0—20 cm)细根生长进行调查,并采用干筛法和湿筛法相结合的方式对土壤团聚体进行分级(>2 mm, 0.5—2 mm, 0.25—0.5 mm和<0.25 mm)。计算团聚体稳定性参数[> 0.25 mm机械稳定性团聚体含量(DR_0.25)、> 0.25 mm水稳性团聚体含量(WR_0.25)、平均重量直径(MWD)、平均几何直径(GMD)、团聚体破坏率(PAD)、水稳系数(WSC)]和团聚体有机碳含量。分析细根生长与土壤物理结构对长期覆膜的响应,探明土壤团聚体稳定性与有机碳固持关系,揭示黄绵土物理结构稳定机制。结果表明：6 a处理通过增加表层土壤黏粒和物理性黏粒比例,改变孔隙结构,抑制细根生长,其根量、根长和根表面积仅为对照(CK)的20.97%、24.66%和41.25%;降低表层土壤团聚体力稳性,其DR_0.25、机械稳...