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.     

不同耕作方式和秸秆还田对麦田土壤有机碳含量的影响

通过两个生长季试验,研究了不同耕作方式和秸秆还田及其交互效应对小麦全生育期0～20 cm土壤有机碳含量的影响.结果表明：小麦不同生育时期0～20 cm土层有机碳含量呈明显的动态变化;秸秆还田各处理的有机碳含量都高于无秸秆还田处理;保护性耕作措施土壤有机碳增加量显著高于传统翻耕.除传统翻耕处理外,各处理0～10 cm土层的有机碳含量都高于10～20 cm土层,秸秆还田各处理0～10 cm土层有机碳含量表现为深松(PS)＞旋耕(PR)＞免耕(PZ)＞耙耕(PH)＞传统翻耕(PC),而10～20 cm土层表现为传统翻耕(PC)＞深松(PS)＞旋耕(PR)＞耙耕(PH)＞免耕(PZ),说明保护性耕作措施能提高0～10 cm土层的有机碳含量.多因素方差分析表明：耕作因素、秸秆因素和两者交互效应在不同生育期对0～20 cm土层的有机碳含量都有显著影响.     

1981—2002年中国东北地区森林生态系统碳储量的模拟

基于中国森林生态系统碳收支模型FORCCHN,对模型水分模块进行优化,加入了降雨截留、降雪截留以及下层植物和凋落物层截留,模拟了1981—2002年中国东北地区森林生态系统碳储量的时空分布格局.结果表明：1981—2002年间,中国东北地区森林生态系统起着碳“汇”的作用,总碳储量约12.37 Pg C·a^-1,其中植被和土壤碳储量分别为4.01和8.36 Pg C·a^-1;研究期间,植被碳储量和土壤碳储量均呈增长趋势,气温升高对该区森林生态系统碳储量增加的贡献大于降水的变化;研究区植被碳密度的空间分布具有东南高、西北低的特点,平均约10.45 kg C·m^-2;东北各地区森林生态系统土壤有机碳密度普遍较高,最大值出现在大小兴安岭及长白山的部分地区,平均约21.78 kg C·m^-2;中国东北地区森林碳库在全国森林碳库中占有重要位置,研究区有林地面积占全国森林的31.4%,其植被、土壤碳储量分别为全国森林的74.28%、63.88%,植被、土壤碳密度分别为全国森林的2.70和1.22倍.     

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.     

“一江两河”中部流域植被净初级生产力估算

基于中分辨率成像光谱仪（MODIS）的遥感数据以及地面实际观测资料,采用数学模型方法,对西藏“一江两河”中部流域地区2000和2006年的植被净初级生产力（NPP）进行了估算.结果表明：研究区NPP由河谷向山脊逐渐递减,这与该区的水热梯度基本一致;该区单位面积年NPP平均为86.8 g C·m^-2·a^-1,2006年比2000年高2.15 g C·m^-2·a^-1,不同植被类型的单位面积年NPP以农田(243.1 g C·m^-2·a^-1)最大,荒漠(35.6 g C·m^-2·a^-1)最小;研究区两年平均总NPP为512.8×10¹⁰ g C·a^-1,2006年比2000年高12.7×10¹⁰ g C·a^-1,不同植被类型的总NPP以草甸(194.4×10¹⁰ g C·a^-1)最高,荒漠(30.3×10¹⁰ g C·a^-1)最低.研究期间,人类活动强烈区域（道路缓冲区0～4 km）的植被NPP呈下降趋势,而人类活动较难到达区域的植被NPP呈增加趋势.     

不同耕作方式下长期秸秆还田对旱作春玉米田土壤碳、氮、水含量及产量的影响

为了探索渭北旱塬春玉米田保护性轮耕模式的土壤培肥效果和增产增收效应,于2007—2014年在陕西合阳实施了秸秆覆盖或还田条件下免耕/深松(NT/ST)、深松/翻耕(ST/CT)、翻耕/免耕(CT/NT)、连续免耕(NT)、连续深松(ST)和连续翻耕(CT)等6种耕作处理田间定位试验,测定并分析了2010—2014年玉米收获期各耕作处理下0～60 cm土壤有机碳、氮储量,0～200 cm土层土壤含水量变化及春玉米产量差异.结果表明: 6种耕作处理中以NT/ST处理增加土壤有机碳和全氮储量最为明显.与2007年试验前相比,6种耕作处理均增加了0～60 cm土层土壤有机碳储量,5年平均值增幅为12.3%～28.3%,5种保护性耕作处理土壤有机碳储量5年平均值较CT对照处理显著增加7.1%～13.2%.NT/ST、ST/CT、CT/NT等3种轮耕处理和NT处理0～60 cm土层土壤氮储量5年平均值较试验前增加2.5%～7.3%.NT/ST、ST/CT、CT/NT、NT和ST处理土壤氮储量5年平均值比连续翻耕增加3.6%～11.1%.5种保护性耕作处理土壤含水量较CT处理依次增加5.7%、2.3%、2.0%、5.5%和4.4%,以NT/ST处理土壤含水量最高.6种耕作处理春玉米平均产量表现为NT/ST>ST/CT>ST >NT>CT/NT>CT,以NT/ST处理最高,分别较其他5种处理显著增产4.2%、13.0%、11.3%、4.7%和13.8%;经济效益平均表现为NT/ST>ST/CT>ST>NT>CT/NT>CT.在6种耕作处理中,免耕/深松轮耕处理在改善土壤环境质量、提升土壤肥力和增产增收方面都表现出优越性,为旱作春玉米田较适宜的土壤轮耕模式.     

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0～5 cm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5～10 cm土层比CTA分别高17.6%和25.0%,而翻耕秸秆还田（CTS）方式10～30 cm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54.3 kg·hm^-2·a^-1,而转变为CTS、RTS后,分别增加了46.9 kg·hm^-2·a^-1和34.4 kg·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、NTS 3种耕作方式中以RTS的固碳能力最强,达1011.1 kg·hm^-2·a^-1.     

马尾松人工林林窗对土壤团聚体及有机碳分布的影响

以四川宜宾39年生马尾松人工林人工采伐形成的不同大小林窗为对象,研究林窗对土壤团聚体的组成、有机碳及活性有机碳含量和储量的影响.结果表明： 土壤团聚体组成以>2 mm团聚体为主,其含量占团聚体总量的51.7%～78.7%.>5 mm土壤团聚体有机碳和活性有机碳含量与土壤总有机碳和总活性有机碳含量相关性最高,且有机碳及活性有机碳含量和储量均较高,是该地区土壤有机碳固定的特征团聚体.马尾松林窗形成后,土壤总有机碳及各团聚体有机碳含量普遍降低,但1225 m²林窗有机碳储量略高于林下;总活性有机碳含量仅225和400 m²林窗较马尾松林下高,总活性有机碳储量225、400、900和1225 m²林窗较马尾松林下高,其余面积林窗低于林下.这表明合适的林窗面积可以增加土壤有机碳及活性有机碳积累.林窗大小显著影响到团聚体的组成、有机碳及活性有机碳含量和储量.其中,1225 m²林窗土壤有机碳含量和储量均最高,活性有机碳储量也较高,且团聚体组成较好,是比较适宜的林窗面积.     

不同年限旱砂田土壤团聚体及其有机碳分布特征

以长期定位试验5、10、15、20、30年旱砂田为研究对象,研究了不同年限旱砂田土壤团聚体及其有机碳的分布特征.结果表明:旱砂田土壤团聚体含量随粒级减小表现出“降-升-降”的变化趋势,10年以内旱砂田以>5 mm粒级团聚体为主,15年以上旱砂田以0.05～0.25 mm粒级团聚体为主,>0.25 mm团聚体含量(R_0.25)和团聚体平均质量直径(MWD)均随着覆砂年限的延长而减小.不同年限旱砂田土壤团聚体有机碳含量随团聚体粒级减小而增加,各粒级土壤团聚体有机碳含量、团聚体对有机碳的贡献率及团聚体有机碳储量均随着覆砂年限的延长和土层的加深而降低,>1 mm粒级团聚体有机碳对长期旱砂田有机碳变化响应敏感.10、15、20、30年较5 年旱砂田团聚体有机碳储量在0～10 cm土层分别降低了8.0%、24.4%、27.5%和31.4%,10～20 cm土层分别降低了1.4%、15.8%、19.4%和21.8%.综上所述,旱砂田土壤固碳能力随种植年限延长而降低,需加强15年以上旱砂田的土壤培肥工作.     

云雾山草原区不同植被恢复阶段土壤团聚体活性有机碳分布特征

以宁夏云雾山草原自然保护区不同植被群落为研究对象,对0～20 cm土层土壤团聚体活性有机碳分布特征进行分析.结果表明:(1)不同植被群落土壤团聚体活性有机碳含量顺序为退耕草地<百里香群落<铁杆蒿群落<大针茅群落<长芒草群落,与退耕草地相比,封育草地各粒径团聚体活性有机碳含量均显著提高 (P<0.05),表明随着植被的恢复土壤团聚体活性有机碳含量提高并趋于稳定,土壤碳汇效应有可能增强.(2)植被恢复主要影响大团聚体(>0.25 mm)中活性有机碳含量,其中0.5～0.25 mm粒径团聚体中活性有机碳含量最高,微团聚体(<0.25 mm)中活性有机碳含量最低.(3)植被恢复前期(退耕草地-铁杆蒿群落)0～10 cm土层>0.5 mm粒径团聚体中活性有机碳含量较10～20 cm土层有所增加,<0.5 mm粒径团聚体活性有机碳含量变化不大,恢复至后期到长芒草阶段时,0～10 cm土层<0.5 mm粒径团聚体中活性有机碳含量也开始提高, 各粒径0～10 cm土层团聚体活性有机碳含量均比10～20 cm土层有所提高.(4)相关性分析表明,土壤团聚体活性有机碳含量与土壤团聚体总有机碳含量呈极显著线性正相关关系(r=0.9394),团聚体活性有机碳含量可以作为衡量土壤团聚体有机碳动态的一个敏感性指标.     

耕作方式对绿洲灌区农田土壤有机碳及其分布的影响

依托自2005年开始的田间定位试验,分析了传统平作(CT)、垄作沟灌(FRB)、固定道垄作(PRB)和固定道平作(ZT)4种耕作方式下绿洲灌区农田0～90 cm土层中土壤总有机碳(TOC)、颗粒态有机碳(POC)含量和微生物生物量碳(SMBC)及其分布特征.结果表明: 4种耕作方式下土壤TOC、POC和SMBC在土壤剖面中的垂直分布特征相似,有机碳含量随着土层深度的增加而递减,且处理之间差异逐渐减小.PRB可显著提高TOC、POC含量和SMBC,不同耕作方式下各土层有机碳含量表现为PRB>ZT>FRB>CT.与CT相比,0～10 cm土层中PRB、ZT和FRB处理TOC含量分别增加11.1%～24.8%、9.1%～18.7%和7.8%～8.2%,POC含量分别增加24.1%～26.5%、17.3%～18.7%和-8.2%～10.8%,SMBC分别增加20.5%～28.3%、10.4%～15.2%和3.5%～3.7%.TOC对POC具有明显促进作用.PRB能显著增加土壤POC分配比例,增加有机碳积累.     

免耕对北方旱作玉米土壤水分及物理性质的影响

通过2006-2008年的田间试验,研究了北京地区免耕与传统翻耕条件下土壤水分的时空动态及其对土壤相关物理性质的影响.结果表明：研究期间,免耕和翻耕地0～100 cm土层的土壤贮水量随时间及降水变化的趋势一致,但免耕地的土壤贮水量在不同时刻以及不同降雨条件下均高于翻耕地,增幅在2.7%～30.3%,降雨相对充分条件下土壤贮水量的增量有所增加,但免耕在相对缺水的地区更值得推广;免耕地0～100 cm土层的平均土壤含水量明显高于传统翻耕,增幅在3.4%～12.8%,其中表层（0～20 cm）和底层（80～100 cm）的水分增量明显高于中间层次,最高增量可达22.2%;免耕覆盖的耕作方式可通过降低土壤容重、提高土壤孔隙度、促进土壤水稳性团聚体的形成等作用来提高土壤的保水能力和水分利用效率,进而促进作物增收.与对照相比,免耕3年后土壤水分利用率和春玉米产量分别较传统翻耕提高13.3%和16.4%.     

Effects of tillage and nitrogen fertilizers on CH4 and CO2 emissions and soil organic carbon in paddy fields of central China

Quantifying carbon (C) sequestration in paddy soils is necessary to help better understand the effect of agricultural practices on the C cycle. The objective of the present study was to assess the effects of tillage practices [conventional tillage (CT) and no-tillage (NT)] and the application of nitrogen (N) fertilizer (0 and 210 kg N ha(-1)) on fluxes of CH(4) and CO(2), and soil organic C (SOC) sequestration during the 2009 and 2010 rice growing seasons in central China. Application of N fertilizer significantly increased CH(4) emissions by 13%-66% and SOC by 21%-94% irrespective of soil sampling depths, but had no effect on CO(2) emissions in either year. Tillage significantly affected CH(4) and CO(2) emissions, where NT significantly decreased CH(4) emissions by 10%-36% but increased CO(2) emissions by 22%-40% in both years. The effects of tillage on the SOC varied with the depth of soil sampling. NT significantly increased the SOC by 7%-48% in the 0-5 cm layer compared with CT. However, there was no significant difference in the SOC between NT and CT across the entire 0-20 cm layer. Hence, our results suggest that the potential of SOC sequestration in NT paddy fields may be overestimated in central China if only surface soil samples are considered.     

免耕对农牧交错带农田休闲期土壤风蚀及其相关土壤理化性状的影响

以北方农牧交错带为研究对象,分析了免耕对农田土壤风蚀的影响,评价了不同耕作方式下与土壤风蚀相关的土壤物理、化学和生物学特性的差异。研究结果表明:翻耕农田土壤风蚀量是免耕地的3~8倍,翻耕地和免耕地的地表粗糙度分别为0.032和0.417;与翻耕地相比,免耕地表层0~10cm土壤粘粒和粉粒含量较多;免耕地土层0~5cm和5~10cm的土壤容重、坚实度和土壤水分都大于翻耕地,其中0~5cm、5~10cm和10~20cm土层土壤坚实度分别是翻耕地的4.7、2.8倍和3.8倍。经过3年的免耕,0~5cm土层土壤全氮、有机质、有效磷和有效钾含量均高于翻耕土壤,有效钾含量比翻耕地增加了77%。所有测定土层的土壤有机质含量免耕地均高于翻耕地,在0~5cm和5~10cm土层达到5%显著水平。免耕地表层0~10cm土壤微生物量碳是翻耕地的2.1倍。     

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。     

生草栽培对果园土壤团聚体及其有机碳分布的影响

以福建尤溪玉池生草果园定位观测点为平台,研究了生草栽培对果园土壤团聚体有机碳分布的影响。结果表明,生草栽培处理后,0~20 cm土壤团聚体中>0.25 mm水稳性团聚体的比例(R0.25)、平均重量直径(MWD)和几何平均直径(GWD)分别比顺坡清耕和梯台清耕处理的高3.78%~5.90%、16.82%~20.94%、5.86%~50.31%和3.81%~13.82%、13.33%~19.95%、7.50%~60.63%,分形维数比顺坡清耕和梯台清耕处理的低1.54%~2.35%和1.09%~9.64%。同时,生草栽培可提高>2 mm土壤团聚体内有机碳贮量和大团聚体有机碳贮量占总有机碳的比例,但其影响主要集中于0~20 cm土层。这说明生草栽培处理更有利于提高土壤团聚体稳定性,增强土壤有机碳的保护和碳汇作用。     

稻田实行保护性耕作对水稻产量、土壤理化及生物学性状的影响

在江西双季稻田进行长期田间定位试验,分析了多年保护性耕作对水稻产量、土壤理化性状及生物学性状的影响。连续8a稻田保护性耕作处理的平均产量高于传统耕作4.46%—8.79%,各处理的有效穗数、每穗粒数和结实率均高于对照,而各处理间穗长和千粒重差异不显著。实行稻田保护性耕作处理的土壤容重低于传统耕作3.6%—5.6%,而总孔隙度和毛管孔隙度分别高出传统耕作1.6%—17.4%、2.4%—16.7%。与传统耕作相比,连续8a保护性耕作显著提高了土壤有机质(2.9%—10.0%)、有效磷(4.8%—31.6%)、速效钾(9.7%—25.7%)。在2005年免耕+插秧的土壤真菌数量最多,显著高于对照处理51.6%,免耕+抛秧在2008年达到最大,显著高于对照处理54.1%。2012年免耕+抛秧、免耕+插秧显著高于对照126.1%、121.1%;另外,各处理间过氧化氢酶、脲酶活性均差异不显著。8a间土壤转化酶活性变化范围在0.292—0.451 mg/g之间,其中2005—2007、2012年均是免耕+抛秧达到最大,与对照相比,增加范围为72.7%—137.7%,且差异显著(P0.05)。因此,实行稻田保护性耕作是适合江南丘陵区双季稻区农业可持续发展的有效模式之一,其中免耕+抛秧和免耕+插秧两种方式效果最为显著。     

耕作方式与施肥对陇东旱塬冬小麦-春玉米轮作农田土壤理化性质及产量的影响

以陇东黄土旱塬已进行7年的田间定位试验为基础,分析了免耕和传统耕作条件下5个施肥处理冬小麦收获期土壤水分、土壤容重（2011年）及土壤养分和产量（2005-2011年）变化,探讨了耕作方式和施肥对冬小麦-春玉米轮作农田土壤蓄水保墒效果及土壤肥力和产量的影响.结果表明： 2011年免耕条件下0～200 cm各土层土壤含水量、0～20 cm和20～40 cm土层土壤容重及土壤有机质、速效氮、速效磷含量均高于传统耕作.相同耕作条件下氮磷化肥与有机肥配施处理的土壤有机质、速效氮、速效磷含量高于其他施肥处理;不同耕作方式及施肥处理下速效钾呈逐年减少的趋势;传统翻耕处理的产量高于免耕,相同耕作条件下氮磷化肥与有机肥配施处理产量最高,不施肥对照产量最低.不同耕作方式和施肥处理的土壤蓄水保墒能力和肥力效应以免耕优于传统翻耕,产量以传统翻耕下有机无机肥配施处理最好.