深松和秸秆还田对甘肃引黄灌区土壤物理性状和玉米生产的影响

通过在甘肃引黄灌区灰钙土2015—2017年的田间试验,研究深松35 cm秸秆还田、深松35 cm秸秆不还田与传统旋耕秸秆不还田对土壤紧实度、容重、入渗率和0～100 cm土层土壤水分、玉米产量、养分吸收量的影响.结果表明: 与深松35 cm秸秆不还田及旋耕秸秆不还田相比,深松35 cm秸秆还田使0～40 cm土层土壤紧实度和容重降低最明显,2017年收获后紧实度与容重较2015年试验前分别下降42.6%、7.0%,且2016和2017年播种前与收获后0～40 cm土层紧实度和容重的变幅最小,紧实度变异系数平均为6.1%,容重为3.2%,土壤入渗率较旋耕秸秆不还田提高33.6%;深松35 cm秸秆还田可显著提高春秋两季0～100 cm土层剖面含水量,降低剖面水分变异,0～100 cm土层土壤贮水量较旋耕秸秆不还田春季增加15.5%,秋季增加5.6%,水分利用效率提高32.4%;此外,深松35 cm秸秆还田能促进玉米生产,较旋耕秸秆不还田的经济产量两年平均分别增产25.6%,生物产量提升33.3%,玉米氮、磷、钾养分吸收量分别提高49.6%、51.5%和37.6%.综上,深松35 cm秸秆还田能改善物理土壤特性,稳定耕层物理性状,提高0～100 cm土层剖面水分含量及春秋两季土壤平均贮水量,降低水分变异,是促进玉米水肥高效利用,实现高产的最优措施,为甘肃引黄灌区耕层构建技术的深入研究提供理论依据.     

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.     

长期不同耕作与秸秆还田对土壤养分库容及重金属Cd的影响

于2005—2013年在湖南宁乡双季稻田开展免耕秸秆还田(NTS)、翻耕秸秆还田(CTS)、翻耕秸秆不还田(CT)、旋耕秸秆还田(RTS)4种不同耕作方式与秸秆还田试验,分析不同耕作方式与秸秆还田对土壤养分含量、养分库容量及重金属Cd的影响,为稻田合理耕作与重金属Cd污染修复提供理论依据.结果表明:耕作措施与秸秆还田主要影响0~10 cm耕层土壤性状;长期翻耕和旋耕提高了土壤养分含量,增强了土壤通气性,但耕层变浅,养分库容降低,土壤Cd含量显著偏高,水稻植株地上部分富集Cd能力相对较低;长期免耕增加了表层土壤容重,土壤养分含量较低,但养分库容相对较高,水稻植株地上部分富集Cd能力较强;秸秆还田显著增加了土壤养分含量和阳离子交换量,增加了耕层深度和土壤养分库容量,增强了土壤的保肥能力,但同时也将秸秆中富集的Cd重新归还到稻田土壤中,不利于土壤Cd的转移修复.因此,长期单一耕作方式和长期秸秆还田均存在一定弊端,需改进耕作和秸秆还田方式,如实行翻耕、旋耕与免耕相结合的土壤轮耕或深松耕,以及减少秸秆还田量或实行秸秆轮还,在改善土壤肥力的同时,实现土壤污染的有效修复.     

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。     

水分胁迫下秸秆还田对玉米产量和根系空间分布的影响

为了探究水分胁迫条件下秸秆还田对玉米产量和根系空间分布的影响,自2016年起连续2年在沈阳农业大学试验田设置了秸秆还田控水试验.于大型遮雨棚内采用滴灌控水的方法,设置行间秸秆翻埋(T₁)与混拌(T₂)两种还田方式,15 cm (D₁)、30 cm (D₂)、45 cm (D₃) 3个还田深度,以秸秆不还田3个翻埋深度为对照,在玉米苗期和吐丝期分别进行旱、涝处理,分析水分胁迫条件下玉米产量和根系空间分布特征. 结果表明: 2016年S₁T₁D₂(秸秆翻埋还田30 cm)产量显著高于对照处理,增产幅度为5.7%～7.1%;侧根和深层根系根干质量较其他处理分别高67.3%～149.9%和17.9%～116.4%;植株地上部干物质积累量显著低于其他处理,降低幅度为2.1%～35.8%. S₁T₁D₂可以提高玉米根系生长量,扩展根长的空间分布范围,缓解了旱涝危害,实现降雨不均条件下的增产和稳产. 因此,在东北地区先旱后涝的气候条件下,春玉米生产推荐行间翻埋30 cm的秸秆还田方式.     

夏闲期轮耕对小麦田土壤水分及产量的影响

2007-2010年在宁南旱区研究了夏闲期免耕/深松/免耕(T1)、深松/免耕/深松(T2)、连年翻耕(CT)3种耕作方式对麦田土壤水分及产量的影响.结果表明:经过3年夏闲期T1和T2处理后,农田土壤蓄水效率平均分别较连年翻耕处理提高15.2％和26.5％;T1和T2处理的降水潜在利用率较高,分别达到37.8％和38.5％,降水生产效率平均分别较连年翻耕处理提高9.9％和10.7％.夏闲期轮耕能显著降低休闲期的土壤无效蒸发,有效保蓄小麦生长期的土壤水分.在冬小麦生长前期,T1和T2处理0～200 cm土层土壤水分平均分别较连年翻耕处理增加6.8％和9.4％;在拔节-抽穗-灌浆期,与连年翻耕处理相比,两处理可显著提高0 ～ 200 cm土层土壤蓄水量,对作物产量的贡献率较高.不同轮耕模式在增加作物耗水量的同时也提高了作物产量及水分利用效率,与CT处理相比,3年T1和T2处理作物耗水量平均分别提高5.2％和6.1％,产量分别增加9.9％和10.6％,作物水分生产效率分别提高4.5％和4.3％.相关分析表明,在干旱缺水的宁南地区,冬小麦播种期、拔节-抽穗-灌浆期的土壤蓄水量可显著影响产量,尤其抽穗期的土壤蓄水量对产量的影响更大.     

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.     

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.     

秸秆不同还田量对宁南旱区土壤水分、玉米生长及光合特性的影响

在宁南半干旱区通过大田定位试验研究了不同秸秆还田量对农田土壤水分、春玉米生长性状、关键生育期光合特性及产量的影响。试验设计为3个秸秆还田量水平,小麦秸秆按3000 kg/hm²(L)、6000 kg/hm²(M)、,9000 kg/hm²(H)粉碎还田;玉米秸秆按4500 kg/hm²(L) 、9000 kg/hm²(M)、13500 kg/hm²(H)粉碎还田,对照为秸秆不还田。每个处理设3次重复,随机区组排列,秸秆被粉碎机打碎成5cm左右的小段,人工均匀翻埋至25cm左右深度的土层。结果表明,不同秸秆还田量(高、中、低)下, 播前各处理0-200cm土层土壤贮水量均较CK(对照)有显著提高, 秸秆还田量由高到低,0-200cm土层土壤贮水量增加量是30.17-32.83 mm,不同还田量之间没有显著差异。玉米株高、茎粗和单株叶面积显著增加,和对照比较差异达显著水平(P<0.05)。还田处理玉米叶片的光合速率和蒸腾速率在12:00-15:00持续出现高值,高、中、低3个秸秆还田量处理的叶片光合速率分别显著高出对照6.52、3.74、3.20μmol · m^-2 · s^-1 (P<0.05),蒸腾速率分别高于对照2.08、1.63、0.72μmol · m^-2 · s^-1 。随秸秆还田量由高到低,高、中、低3个不同秸秆还田量处理的玉米籽粒产量较对照分别提高了58.3%、36.7%和5.4%,玉米水分利用效率(WUE)较CK分别提高38.5％、31％和0.9％。秸秆还田可提高土壤的水分利用率和蓄水能力,促进作物的光合作用,进而使作物增产。不同土壤含水量条件下,光合速率、蒸腾速率的日变化规律不同,土壤水分亏缺对干旱地区作物光合作用来说将是最大的限制因子。     

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...