免耕与秸秆高留茬还田对抛秧稻田土壤酶活性的影响

利用大田试验,研究了免耕+秸秆还田、免耕、常耕+秸秆还田、常耕4种耕作方式对稻田土壤剖面不同层次土壤酶活性的影响.结果表明:4种耕作方式的酶活性在土壤剖面上表现为上层高于下层,其中免耕+秸秆处理上、下土层间的差异大于其他处理.上层土壤的脲酶、酸性磷酸酶、蛋白酶和纤维素酶活性为免耕处理大干常耕处理,有秸秆还田处理大干无秸秆还田处理,以免耕+秸秆处理最高,常耕处理最低;下层土壤4种酶活性以常耕+秸秆处理最高,免耕+秸秆处理次之,免耕和常耕处理较低.水稻不同生育时期,脲酶和纤维素酶活性在分蘖期较低,增加至孕穗期达到峰值,至成熟时又降至低值;酸性磷酸酶活性以分蘖期较高,拔节期较低;蛋白酶活性在分蘖期和抽穗期分别出现峰值.     

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.     

保护性耕作对陇中旱作农田水分特征的影响

陇中旱农区生产力水平低而不稳,而保护性耕作措施是农业可持续发展的重要途径.本研究依托2001年建立在陇中旱农区的长期不同耕作措施的定位试验,研究了不同耕作措施对土壤水分入渗、蒸发、作物产量和水分利用效率的影响.该试验共设6个处理,分别为传统耕作(T)、免耕秸秆覆盖(NTS)、免耕(NT)、传统耕作+秸秆翻入(TS)、传统耕作+覆膜(TP)、免耕覆膜(NTP),春小麦和豌豆年间轮作.结果表明:与T处理相比, NTS处理的小麦地和豌豆地的土壤容重显著降低,总孔隙度显著增加.保护性耕作措施降低了豌豆地0～5 cm土壤渗吸率,NTS处理渗吸率比T处理降低56.2%.保护性耕作提高了土壤饱和导水率,无论小麦地和豌豆地,NTS均比T处理显著提高了饱和导水率,增幅为52.8%～107.1%.保护性耕作显著降低了作物生育期棵间蒸发量,NTP、TP、NTS比T处理降低了14.4%～50.8%,并减弱了雨后土壤蒸发.保护性耕作提高了作物产量和水分利用效率,NTS、TP、NTP的产量比传统耕作提高了9.5%～62.8%,水分利用效率比传统耕作提高了0.4%～50.9%.因此,在陇中旱农区,保护性耕作措施可以提高水分利用效率,增加作物产量.     

长期保护性耕作对黄土高原旱地土壤水分及作物叶水势的影响

通过长期定位试验研究了黄土高原西部旱农区,传统耕作方式和5种保护性耕作措施对豌豆-小麦(P→W)和小麦-豌豆(W→P)轮作序列的耕层土壤水分和作物叶水势的影响。结果表明,与传统耕作(T)处理相比,保护性耕作都能不同程度地提高0—30 cm土层土壤含水量,增幅为3.29%—28.67%,其中免耕+秸秆覆盖(NTS)处理的土壤含水量在整个生育期内均为最高。豌豆和春小麦在不同生育期,叶水势的日变化趋势大致相同,均为清晨6:00最高,然后随着时间的推移而下降,大约在12:00—14:00之间达到最低,随后逐渐回升。春小麦各处理在拔节期和抽穗期的叶水势相对较高,孕穗期和开花期次之,灌浆期最低;叶片相对含水量在拔节期和抽穗期最高,开花期次之,灌浆期最低。豌豆各处理的叶水势均在出苗期和孕蕾期达到了最大值,分枝和开花期结荚期次之,灌浆成熟期相对较低;叶片相对含水量均随生育期的进程而呈下降趋势。整个生育期春小麦和豌豆各处理10:00的叶水势与0—30 cm平均土壤含水量之间显著相关,当土壤水分含量较低时,春小麦和豌豆叶水势与耕层土壤含水量的相关性达极显著水平。与传统耕作(T)相比,免耕+秸秆覆盖(NTS)、免耕+地膜覆盖(NTP)、免耕(NT)、传统耕作+秸秆还田(TS)、地膜覆盖(TP)5种保护性耕作措施能不同程度的提高作物叶水势、叶片相对含水量和作物产量,其中免耕+秸秆覆盖(NTS)的优势最明显。     

不同耕作方法对水稻生长和土壤生态的影响

1998－1999年在华南双季稻田研究了不同耕作方法水稻生长和土壤生态的影响,结果表明,在抛秧条件下,免耗水稻分蘖数,有效穗数和实粒数减少,水稻产量比传统耕降低13．4％,经济效益减少10．9％,免耕土壤容重和硬度增大,癖孔隙度,非毛管孔隙度和有效P,K降低,放线菌和真菌数量减少,而土壤细菌数量增加,酶活性增强,轻耕和传统耕的土壤物理化学性质,微生物数量和酶活性相似,但轻耕水稻有效穗数和千粒重较高,水稻产量比传统耕增加2．1％,轻耕降低了耕作成本,经济效益比传统耕作提高11．0％。     

长期双季稻绿肥轮作对水稻产量及稻田土壤有机质的影响

以中国农业科学院红壤实验站1982年布置的长期定位试验为研究对象,分析了长期双季稻绿肥轮作体系下水稻产量变化趋势、稻田土壤有机质变化特征及土壤活性有机质组成。结果表明,绿肥作物与双季稻轮作种植后,水稻产量显著高于冬闲对照,绿肥作物紫云英、油菜和黑麦草处理年平均水稻产量（1982-2008）分别为10.8 t?hm-2?a-1,10.2 t?hm-2?a-1和10.0 t?hm-2?a-1,较冬闲对照分别提高27.2%,20.5%和18.1%。试验前期（1982-1993）种植绿肥作物各处理之间水稻产量无显著差异,试验开展11年后（1994-2008）种植紫云英处理水稻产量显著高于油菜和黑麦草处理。长期双季稻绿肥轮作土壤有机质随年份显著增加,双季稻紫云英轮作土壤有机质积累速度最快,年增加0.31 g?kg-1,双季稻黑麦草次之,土壤有机质年增加0.28g?kg-1,双季稻油菜轮作土壤有机质年增加0.26g?kg-1。种植绿肥作物紫云英稻田土壤活性有机质显著高于其它处理。种植绿肥作物各处理土壤有机碳、全氮、土壤微生物量碳和土壤微生物量氮含量均显著高于冬闲对照。其中黑麦草和紫云英处理土壤微生物量碳含量及微生物熵显著高于油菜和冬闲对照处理。在湘南红壤丘陵双季稻区,种植绿肥作物对提高水稻产量、增加土壤有机质、提高土壤有机质活性具有重要意义,绿肥选择上以紫云英对水稻产量和稻田土壤培肥综合效果最好。     

潮棕壤免耕农田土壤酶活性的动态变化

研究了潮棕壤免耕和常规耕作农田土壤蔗糖酶、脲酶和酸性磷酸酶活性在玉米不同生育时期和不同土层深度的动态变化.结果表明,免耕可显著提高表层(0～10 cm)土壤酶活性,其蔗糖酶活性在玉米拔节期、大喇叭口期和成熟期显著高于常规耕作,脲酶活性在拔节期和孕穗期显著高于常规耕作,酸性磷酸酶活性在孕穗期和成熟期显著高于常规耕作(P＜0.05);在10～20cm土层,免耕土壤蔗糖酶活性在苗期、拔节期和大喇叭口期与常规耕作差异显著,脲酶活性除孕穗期外均显著高于常规耕作(P＜0.05);在20～30 cm土层,免耕土壤蔗糖酶活性在玉米各生育期均显著低于常规耕作,土壤脲酶活性在苗期、酸性磷酸酶活性在成熟期与常规耕作差异显著(P＜0.05).随土层深度的增加,免耕农田土壤酶活性总体呈下降趋势;常规耕作农田土壤蔗糖酶和酸性磷酸酶活性总体呈上升趋势,而脲酶活性呈下降趋势.     

机械化保护性耕作条件下土壤质量的数值化评价

通过9年的长期田间定位试验研究了陕西关中平原中部冬小麦 夏玉米轮作条件下深松耕（ST）、旋耕（RT）、秸秆还（SR）、免耕（NTS）等保护性耕作措施及传统耕作（TT）对土壤理化性状和作物产量的影响,并采用主成分分析方法进行土壤质量的综合评价.结果表明：与传统耕作相比,保护性耕作模式提高了土壤肥力质量,改善了土壤物理环境条件;显著提高了土壤脲酶和碱性磷酸酶的活性;除秸秆覆盖免耕处理的玉米和小麦产量低于传统耕作外,其他保护性耕作措施均不同程度地提高了作物产量,其中小麦增产13%～28%,玉米增产3%～12%.与传统耕作相比,保护性耕作土壤质量指数提高了19.8%～44.0%.综合考虑经济效应和生态效益,隔年深松、秸秆粉碎联合旋耕作业以及秸秆覆盖联合深松作业不仅能增加作物产量还可改善土壤质量,可在研究区进行推广应用.     

不同耕作措施对黄土高原旱地土壤呼吸的影响

在甘肃省定西市李家堡镇设置不同耕作措施试验,对春小麦、豌豆双序列轮作下的土壤呼吸及其对应时间的冠层温度、土壤水分进行了测定.结果表明：春小麦和豌豆在整个生育期内的土壤呼吸都表现出不同的变化趋势,春小麦地土壤呼吸在拔节前期、灌浆期和收后分别达到高峰期;豌豆地土壤呼吸在五叶期、吐丝期、开花结荚期和收后分别达到高峰期.免耕秸秆覆盖处理和传统耕作处理下春小麦地土壤呼吸日变化明显,免耕秸秆覆盖处理明显低于传统耕作处理;而豌豆地土壤呼吸日变化不明显.春小麦和豌豆冠层温度均与土壤呼吸呈显著线性相关,春小麦孕穗期相关性最高,灌浆期次之;豌豆开花结荚期相关性最高,分枝期次之.土壤含水量与土壤呼吸间存在极显著的凸型抛物线型相关,保护性耕作下的相关性都高于传统耕作,其中免耕秸秆覆盖处理的春小麦地和豌豆地土壤含水量与土壤呼吸的相关性在各层次土壤中均为最高,10～30 cm土壤含水量对春小麦地土壤呼吸的影响最大,5～10 cm土壤含水量对豌豆地土壤呼吸的影响最大.与传统耕作相比,免耕秸秆覆盖、免耕、传统耕作秸秆还田、传统耕作结合地膜覆盖、免耕结合地膜覆盖5种保护性耕作措施都能不同程度地降低土壤呼吸,其中免耕秸秆覆盖优势最明显.     

免耕与留茬对土壤微生物量C、N及酶活性的影响

2005～2008年在内蒙古呼和浩特市清水河县进行定位试验,设免耕留低茬(NL)、免耕留高茬覆盖(NHS)和传统耕翻(T)3种耕作处理方式.结果表明:(1)免耕留高茬覆盖及免耕留低茬长期实施,能显著提高表层土壤有机质、全氮、全钾、碱解氮、速效磷和速效钾含量,且免耕留高茬覆盖处理比传统耕翻分别提高了11%、41%、22%、15%、29%、27%、13%;在测定各个时期内,土壤各营养指标含量整体趋势为NHS＞NL＞T.(2)免耕留高茬覆盖及免耕留低茬耕作方式有利于提高土壤微生物量C、N含量,在各测定时期均以免耕留高茬覆盖处理的土壤微生物量C、N含量最高,传统耕翻最低.与传统耕翻相比,免耕留高茬覆盖处理土壤微生物量C、N含量分别平均提高了69%、43%;测定各个时期,不同处理土壤生物量C、N含量均以7月份含量最高、5月份次之、10月份最低.(3)免耕留高茬覆盖及免耕留低茬处理土壤碱性磷酸酶、蔗糖酶、过氧化氢酶活性和脲酶活性高于传统耕翻,整个测定期内免耕留高茬覆盖处理4种酶平均活性,分别较传统耕翻增加了57%、82%、93%和25%;春季土壤酶活性开始增强,在7月份蔗糖酶、过氧化氢酶和脲酶活性达到最大值,而碱性磷酸酶的峰值出现在6月份.土壤微生物量C、N及土壤酶活性是评价土壤质量的重要因子.     

保护地蔗田对土壤优先流与根系生物量及产量品质的影响

为探明保护性耕作对蔗田土壤及甘蔗生长的影响,该研究设置2种耕作方式(常规耕作、粉垄耕作)与2种施肥水平(减量施肥20%、常规施肥),并于甘蔗苗期后在甘蔗行间近根部覆盖豆科秸秆,以第二年宿根蔗为研究对象,采用染色示踪法测定秸秆覆盖下蔗田土壤优先流特征,同时测定分析甘蔗株高、茎围、地下根系生物量、产量及品质等重要农艺性状。结果表明:(1)粉垄耕作方式下蔗田土壤优先流发生速度快且活跃,添加秸秆覆盖降低了土壤优先流发生程度,增加了土壤水分在10～25 cm土层的横向运移能力,在一定程度上提高了土壤蓄水能力。(2)粉垄保护性耕作在秸秆覆盖下提高了甘蔗根系生物量和产量,秸秆覆盖下粉垄免耕宿根蔗根系生物量提高了8.97%～25.54%,并且减量施肥处理中秸秆覆盖宿根蔗伸长期地下根系生物量显著高于无秸秆覆盖,秸秆覆盖下甘蔗株高提高了4.2%～13.1%; 在减量施肥处理中,粉垄耕作添加秸秆覆盖甘蔗产量提高了16.27%,并且添加秸秆覆盖较常规施肥中无秸秆覆盖,产量提高了5.95%。(3)粉垄保护性耕作利于提高甘蔗品质,对比无秸秆覆盖处理,粉垄耕作下秸秆覆盖后显著提高了甘蔗蔗汁视纯度,并且宿根蔗纤维分、蔗汁锤度、转光度和蔗糖分均有提升。综上认为,免耕秸秆覆盖可作为粉垄红壤坡耕地蔗田保护性生产调控方式。     

保护性耕作对农田土壤水分和冬小麦产量的影响

保护性耕作是提高土壤蓄水保墒能力并增加作物产量的重要农艺措施之一.基于河南省长期定位试验2011-2016年数据,分析不同耕作措施(传统耕作、免耕和深松处理)对土壤水分、作物产量和水分利用效率的影响.结果表明: 2011-2016年免耕和深松耕作处理下冬小麦拔节期平均相对保墒率分别为7.3%和-0.68%,且免耕较传统耕作显著提高了冬小麦拔节期0～60 cm土壤贮水量.与传统耕作相比,免耕提高了冬小麦拔节期、扬花期、灌浆期和成熟期0～100 cm土壤平均含水量,而深松耕作并未明显提高冬小麦拔节期土壤平均含水量.此外,免耕较传统耕作能够显著提高冬小麦产量和水分利用效率,尤其在较干旱年份其增产效果更优.因此,免耕的蓄水保墒及增产效果在较干旱年份明显优于深松耕作.     

The effects of stubble retention and tillage practices on surface soil structure and hydraulic conductivity of a loess soil

The current cropping system of excessive tillage and stubble removal in the northwestern Loess Plateau of China is clearly unsustainable. A better understanding of tillage and stubble management on surface soil structure is vital for the development of effective soil conservation practices in the long term. Changes in surface soil structure and hydraulic properties were measured after 4 years of stubble management (stubble retained vs. stubble removed) under contrasting tillage practices (no-tillage vs. conventional tillage) in a silt loam soil (Los Orthic Entisol) in Dingxi, Gansu, the northwestern Loess Plateau, China. Our results indicated that after 4 years small but significant changes in soil properties were observed amongst the different tillage and stubble treatments. Surface soil (0–5 cm) under no-tillage with stubble retention had the highest water stability of macroaggregates (>250 μm), soil organic carbon (SOC) and saturated hydraulic conductivity. Significant correlation was found between water stable macro-aggregates and soil organic carbon content, indicating the importance of the latter on soil structural stability. The improvement in soil structure and stability was confirmed by higher soil hydraulic conductivity measurements. Consistently higher K_sat was detected in the no tillage with stubble retained soil compared to other treatments. Therefore, no-tillage with stubble retention practice is an effective management technique for improving physical quality of this fragile soil in the long term.     

免耕覆盖及有机肥施用对土壤真菌群落组成及多样性的影响

为揭示土壤真菌群落对免耕、覆盖及有机肥施用的响应机制,在宁夏南部山区冬小麦农田连续3年采用免耕覆盖+施有机肥(NF)、免耕覆盖+不施有机肥(NC)、传统耕作不覆盖+施有机肥(TF)和传统耕作不覆盖+不施有机肥(TC)4个处理,依托Illumina MiSeq 高通量测序平台,研究了土壤真菌群落组成、多样性及其与土壤环境因子间的关系。结果表明: 4个处理共获得3490个可操作分类单元(OTUs),其中含有一些未知真菌。在已知的真菌群落中,子囊菌门和担子菌门为优势菌门,其相对丰度占总丰度的82.1%～94.2%,且TF处理下子囊菌门座囊菌纲的相对丰度最高,NF处理下担子菌门银耳菌纲的相对丰度最高。4个处理真菌群落多样性指数(Shannon和Simpson指数)依次为NC>TC>NF>TF。多元分析结果表明,微生物生物量碳是影响担子菌门和接合菌门相对丰度的主要因素,而土壤全磷、速效钾和速效磷含量高低是驱动子囊菌门真菌相对丰度变化的关键因素。在宁夏南部山区推广以免耕覆盖并施用有机肥的保护性耕作措施有利于提高土壤真菌群落多样性。     

四川盆地稻田多熟高效保护性耕作模式的生态系统服务价值评估

运用生态系统服务功能价值评估方法,对四川盆地稻田保护性耕作条件下多熟高效保护性种植模式进行生态经济评价。结果表明,油-稻-芋模式比油-稻传统耕作种植模式的农产品服务价值高32．42％,固定CO2和释放O2的价值高17．03％;麦-稻保护性耕作模式比麦-稻传统种植模式农产品服务价值高55．21％。固定CO2和释放O2的价值高9．40％。油-稻秸秆还田双免耕模式比油-稻传统耕作种植模式土壤积累有机质的价值高0．23％,农田生态系统维持营养物质循环的价值高12．35％;麦-稻保护性耕作种植模式比麦-稻传统耕作种植模式土壤积累有机质的价值高0．39％,农田生态系统维持营养物质循环的价值高12.81％;稻草覆盖还田后油菜田的农田涵养水分价值增加11．66％,小麦田农田涵养水分价值增加32．63％。     

不同耕作方式对内蒙古旱作农田土壤性状及作物产量的影响

2005—2008年在内蒙古清水河县进行了定位试验,研究了不同耕作方式下土壤微生物量及土壤营养指标、作物产量的年际变化。结果表明:免耕有利于提高土壤微生物量碳、氮、磷含量,2007和2008年不同耕作方式0～10cm土层土壤微生物量均表现为免耕留高茬覆盖>免耕留低茬覆盖>免耕留高茬>免耕留低茬>传统耕作;免耕有利于提高土壤有机质和土壤养分含量,2007和2008年不同耕作方式0～10cm土层土壤有机质和养分含量均表现为免耕留高茬覆盖>免耕留低茬覆盖>免耕留高茬>免耕留低茬>传统耕作,实施免耕的前3年,玉米产量不稳定,甚至造成玉米减产,第4年免耕增产效应有所显现;不同保护性方式下土壤指标与玉米产量之间的相关度较好,通径分析得知土壤全氮、全磷、速效磷及微生物量碳对玉米产量起直接作用,其中尤以土壤微生物量碳的作用最大;免耕有利于改善内蒙古农田旱作区的土壤生态环境,提高土壤肥力。     

渭北旱作麦田长期保护性耕作土壤肥力特征综合评价

以渭北旱作麦田10年长期定位试验4种土壤物理指标和7种化学指标组成的土壤肥力性质为评价指标,研究长期实施6种保护性耕作处理后11种土壤指标的累积效应,并运用主成分分析对不同耕作处理下土壤肥力的累积效果进行综合评分,以期为渭北旱塬土壤可持续利用和管理提供科学依据.结果表明: 与传统连续翻耕(CT/CT)比较,免耕与深松轮耕(NT/ST)、深松与翻耕轮耕(ST/CT)、翻耕与免耕轮耕(CT/NT)处理土壤容重分别降低了6.6%、5.9%、6.6%,连续免耕(NT/NT)与连续翻耕差异不明显.>0.25 mm力稳性团聚体含量以NT/NT最高,水稳性团聚体含量以NT/ST最高.与传统翻耕相比,5种耕作处理力稳性团聚体增加了1.7%～10.1%,土壤有机质增加了0.6%～11.2%,氮、磷、钾含量也均有提高.通过主成分分析将11种土壤指标分为两个主成分综合表征土壤质量,第1主成分的贡献率为75.5%,在其上有较高载荷的指标为土壤有机质、水稳性团聚体、全氮、全磷、全钾、碱解氮、速效磷、速效钾含量,容重、孔隙度,第2主成分的贡献率为13.2%,力稳性团聚体在其上有较高载荷,两者共解释了88.6%的原变量.长期不同耕作效果逐渐累加形成的土壤肥力水平依次表现为:NT/ST>ST/CT>CT/NT>NT/NT>ST/ST>CT/CT,NT/ST处理形成了一个相对平衡和较高肥力质量的土壤状况,为渭北旱作麦田最适宜的轮耕模式.     

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.