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％.     

不同耕作方式下草甸栗钙土燕麦田土壤微生物特征

河北坝上地区高寒半干旱的独特生态环境,土地沙化风蚀严重,作物产量低,土壤微生物的活动尚未有深入研究,尤其是人为干扰下的土壤微生物在作物生长季的动态变化。为了明确耕作方式对草甸栗钙土土壤微生物性状的影响特征,依托定位12a的免耕、深松、常规耕作田间试验基础,通过辅助设置12a免耕、深松后的翻耕处理,监测了燕麦田土壤微生物量碳、活跃微生物量和土壤呼吸速率等性状。结果表明,土壤微生物量碳与活跃微生物量围绕燕麦抽穗期为"W型"时序变化,长期免耕与深松下呈现0—10 cm表层土壤富集微生物量碳的空间分布特征。免耕与深松有利于提高0—10 cm土层土壤微生物量,多年免耕和深松后翻耕能使土层间土壤活跃微生物量差异减小。燕麦田土壤呼吸速率呈现"U型"时序变化,免耕0—10 cm土层呼吸速率具有较其他耕作方式更高的趋势。在燕麦生育期内,土壤呼吸商一直处于较低而平稳的水平,燕麦收获后进入土壤微生物的高活性期;0—10 cm土层翻耕与多年免耕与深松后的翻耕处理土壤呼吸商有高于免耕处理的趋势。翻耕对于促进冷凉区土壤库存养分的活化与适时供应具有重要作用。     

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...     

不同玉米秸秆还田方式对冬小麦田土壤呼吸的影响

在连续耕作10年的保护性耕作农田进行定位试验,采用静态箱-TGC气体分析仪法田间原位观测玉米秸秆还田对冬小麦田土壤呼吸的影响.结果表明:麦田土壤呼吸与玉米秸秆留茬高度呈显著正相关关系,且在小麦整个生育期具有两个峰值;免耕不还田处理的土壤呼吸为免耕全量还田处理的72.5％,常规耕作不还田处理的土壤呼吸为常规耕作全量还田处理的76.5％.土壤呼吸与20 cm土层土壤温度和有机碳含量呈显著正相关,但与40 cm土层土壤有机碳含量相关性不显著;土壤水分与土壤呼吸的相关性显著.麦田秸秆全量还田处理的土壤日呼吸值呈单峰曲线,于18:00达到最高.20 cm土层土壤温度与土壤呼吸值的变化趋势一致.不同秸秆还田量处理中,留茬1 m的秸秆还田处理能显著减少土壤呼吸,是较合理的秸秆还田方式.     

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.     

秸秆还田量对土壤CO2释放和土壤微生物量的影响

对玉米季、小麦季3种不同秸秆还田量的土壤生物学指标的测定结果表明,在秸秆倍量还田中,随着秸秆量的增加,CO₂释放量增加,而且倍量处理的增加量显著大于全量处理;在玉米和小麦季节中,不同量秸秆还田对土壤0～10和10～20cm的土壤微生物量的影响不同,但均能增大土壤微生物量,全量和倍量处理间没有明显差异.在土壤表层及下层,微生物量的最大值均落后于土壤呼吸的最大值,且土壤微生物量达到最大值即其最活跃状态后,下降缓慢,但土壤呼吸减少较快,说明微生物活动存在明显的合成性呼吸与维持性呼吸;综合评价不同秸秆量还田的效应,应采用秸秆全量还田,既能调节土壤物理环境,促进微生物的代谢活动,利于养分的转化,又可以减少环境污染.     

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.     

亚热带森林转换对土壤微生物呼吸及其熵值的影响

土壤微生物呼吸及其熵值是表征土壤质量变化的敏感性指标,不仅能衡量土壤微生物碳利用效率,还能揭示土壤有机碳的变化。通过比较亚热带米槠天然林转换为马尾松人工林和杉木人工林后土壤微生物呼吸速率、土壤微生物生物量碳以及微生物熵、代谢熵的差异,研究亚热带森林转换对土壤微生物碳利用效率的影响。研究结果显示:(1)与天然林相比,马尾松人工林0—10 cm土壤微生物呼吸速率上升32%(P0.05),马尾松人工林和杉木人工林10—20 cm土壤微生物呼吸速率分别下降26%和24%(P0.05);但在20—40 cm土层和40—60 cm土层,天然林土壤微生物呼吸速率比马尾松人工林分别高50%和43%;(2)马尾松人工林和杉木人工林0—10 cm土层土壤微生物生物量碳(MBC)比天然林分别下降19%和40%(P0.05),但马尾松人工林10—20 cm土壤MBC上升29%(P0.05);(3)人工林表层土壤微生物熵与天然林没有显著差异,但与天然林相比,杉木人工林和马尾松人工林20—40 cm土层土壤微生物熵分别下降51%和71%(P0.05),40—60 cm分别下降52%、66%(P0.05)。土壤微生物代谢熵的变化主要发生在0—10 cm土层,马尾松人工林和杉木人工林分别比天然林增加38%和29%(P0.05),在深层土壤,3种林分微生物代谢熵没有显著差异。亚热带森林转换导致表层土壤微生物碳利用效率下降,深层土壤易分解碳在总有机碳库中占比下降,有机碳可利用程度降低。     

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.     

耕作措施对土壤水热特性和微生物生物量碳的影响

通过山西寿阳设置的8a田间定位试验,比较了全量秸秆还田、免耕覆盖和常规耕作3种耕作措施下土壤含水量、温度及土壤微生物生物量碳变化.结果表明:免耕覆盖与全量还田处理显著提高土壤含水量,与常规耕作相比表层土壤体积含水量在玉米苗期、拔节期、灌浆期和成熟期分别高出18％、22％、29％、21％和3％、10％、12％、13％,具有保水保墒的作用.在苗期不同耕作措施对土壤温度的影响达到显著水平,5 cm处免耕覆盖、全量还田与常规耕作处理土壤温度依次为:18.12、18.76和19.44℃,免耕覆盖和全量还田处理平均温度比常规耕作分别低1.32℃和0.69℃.土壤微生物量碳在整个生育期动态变化是首先迅速上升在玉米生育高峰期(拔节期)达到最高峰,然后开始下降,成熟期趋于平缓.免耕覆盖与全量还田处理下玉米各生育期土壤表层微生物量碳显著高于常规耕作,在苗期、拔节期、灌浆期和成熟期分别比常规耕作高出70％、40％、85％和30％和10％、20％、15％和15％.土壤微生物量碳与土壤温度和土壤含水量相关和极相关.     

秸秆预处理对土壤微生物量及呼吸活性的影响

冬小麦秸秆经8．0g·L^-1H2O2(pH11．0)溶液、12．5g·L^-1 NaOH溶液或H2SO4溶液浸泡8h并80℃烘干后,与无机N一起加入土壤,进行室内25℃恒温培养试验,在不同时间测定土壤微生物量C、N和CO2释放速率。结果表明,培养前期,秸秆预处理使土壤微生物量C数量增加了1．0～1．4倍,但降低了土壤微生物的呼吸活性;培养后期,NaOH和H2SO4处理使土壤微生物量C分别下降了28％和42％,但增加了土壤微生物的呼吸活性;H2O2处理则使土壤微生物量N增加90％;土壤微生物区系中的真菌比例在不同时刻有所增加,表明将秸秆预处理后施入土壤,将对土壤中微生物数量和呼吸活性产生一定影响。     

天台山不同林型土壤微生物区系及其商值(qMB,qCO2)

研究了天台山8种林型下土壤微生物数量、微生物量碳、微生物量氮、微呼吸速率和微生物商值(qMB,qCO2),结果表明,均以云锦杜鹃林、黄山松林、茶园和竹林土壤中较大,以柳杉林土壤最小。天然林土壤的上述指标的平均水平均高于人工林土壤,所产生的差异是不同林型的立地条件和土壤性状综合影响的结果qCO2值以柳杉林、日本花柏林和茶园土壤最高(4．52％,4．43％,4．26％),云锦杜鹃林、黄山松林和七子花林土壤相对较低(3．475％,3．82％,3．70％),比前者土壤质量较好,可持续利用潜力大。     

黄土丘陵区草地土壤微生物C、N及呼吸熵对植被恢复的响应

以野外样地调查和室内分析法研究了黄土丘陵区不同植被恢复年限下草地土壤微生物C、N及土壤呼吸熵的变化.结果表明,土壤微生物量碳明显地随着植被恢复年限的增加而增加.在恢复前23a, 土壤微生物量碳在0～20 cm土层年增加率为24.1%;20～40 cm为104.4%.植被恢复23a后,0～20 cm土层增长率为0.83%,20～40 cm为0.19%.土壤微生物量N表现为在植被恢复的初期略有下降,3a后,开始出现明显增加.0～20 cm土层年增长率为20.14%,20～40 cm为15.11%.在植被恢复23a后,0～20 cm土层的年增长率为0.14%,20～40 cm变化不大.土壤微生物呼吸强度随着恢复年限的增加逐渐加强;土壤呼吸熵随植被封育时间的增加而呈对数降低趋势.土壤呼吸熵(qCO2)在反映土壤的生物质量变化时,显得更加稳定,受植物生长状况影响较小.相关分析表明,土壤微生物量和土壤微生物活性与土壤有机质、碱解氮和粘粒含量显著正相关;与土壤粉粒含量明显负相关;表层土壤pH值对其也有明显影响.草地植被自然恢复过程可增加土壤微生物活性,有利于土壤质量的提高.     

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。     

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.     

不同耕作方式对内蒙古旱作农田土壤微生物量和作物指标的影响

研究了不同耕作方式下土壤微生物量碳、氮、磷及玉米全生育期叶面积指数、株高和干物质积累量的动态变化,并对土壤指标与作物指标之间的关系进行分析.结果表明:免耕有利于提高土壤微生物量碳、氮、磷含量.不同处理微生物量均表现为:免耕留高茬覆盖>免耕留低茬覆盖>免耕留高茬>免耕留低茬>传统耕翻;土壤微生物量碳、氮、磷含量随土层深度的增加而呈降低趋势.除传统耕翻微生物量碳在10～20 cm土层深度含量提高外,其他处理微生物量碳、氮、磷均表现为0～10 cm>10～20 cm>20～30 cm>30～40cm土层深度;土壤生物量碳、氮、磷随季节的变化趋势基本一致,不同处理土壤生物量含量均为7月份含量最高、6月份次之、10月份最低;叶面积指数全生育期呈单峰曲线变化,株高和干物质积累呈S曲线变化.不同处理之间作物指标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>传统耕翻;土壤微生物量与作物指标之间的相关度较高,特别是微生物量磷,土壤微生物量在一定程度上可以反映作物的生长状况.研究结果能够很好地揭示在黄河流域内蒙古农田旱作区实施免耕的优势.

Abstract：

This paper studied the dynamic changes of soil microbial biomass and crop indices on a degraded rain-fed maize field in the Qingshuihe County of Inner Mongolia under no tillage with low stubble (NL), no tillage with high stubble (NH), no tillage with low stubble and residues (NLS), no tillage with high stubble and residues (NHS), and conventional tillage (CT). No tillage increased the soil microbial biomass C, N, and P, with the sequence of treatments NHS > NLS > NH > NL > CT. Except that the soil microbial biomass C in CT had an increase in 10-20 cm soil layer, the soil microbial biomass C, N, and P in all treatments decreased with soil depth. The soil microbial biomass C, N, and P had the same seasonal pattern, being the highest in July, secondly in June, and the lowest in October. The LAI in whole growth period varied in unimodal form, while the plant height and dry matter accumulation were in "S" form. All the crop indices followed the order of NHS > NLS > NH > NL > CT. Soil microbial biomass, its P in particular, had positive correlations with crop indices. Our results revealed the advantages of no tillage on rain-fed farmlands in Inner Mongolia.     

秸秆覆盖免耕土壤细菌和真菌生物量与活性的研究

土壤微生物生物量在土壤生态系统中具有非常重要的作用。大量的试验研究表明 ,土壤微生物生物量是植物营养元素的一个重要的源与库 ,生物量对土壤养分的调控作用 ,已经成为土壤培肥、耕作制度改革和作物栽培实践中的重要理论依据之一。自从Jenkinson提出了测定土壤微生物量的原理和概念以来 ,Jenkinson和 Powlson提出了测定微生物生物量的方法[16] ,Van De Werf和 Verstraete提出了土壤微生物生物量可以分为全微生物量和活动微生物量[10 ] ,Anderson和 Domsch提出了生物量与生物活性中细菌与真菌的比例为 2 2 /78% [8]。虽然生物量的研…     

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.     

土壤呼吸对秸秆与秸秆生物炭还田的响应及其微生物机制

土壤呼吸释放CO_2是温室气体排放的重要途径之一,减少土地利用中温室气体排放、增强土壤碳汇聚能力对于减缓全球温室效应具有重要意义。生物炭具有改善土壤理化性质、增加作物产量、调节土壤微生物性质等特性。本研究采用室外盆栽的方式,以地肤草为目标植物,研究了芦苇、水稻、互花米草三种农林秸秆及其秸秆生物炭还田对土壤的改良效应,以及对土壤呼吸的影响及其微生物机制。结果表明:秸秆及其秸秆生物炭均可改善土壤肥力,促进植物生长,且生物炭改良效果略好于秸秆直接还田。但秸秆生物炭还田的土壤呼吸显著低于秸秆直接还田,其中芦苇生物炭最低。秸秆直接还田可促进土壤β-糖苷酶、脱氢酶和活性微生物量等微生物活性指标,从而促进土壤呼吸,增加土壤CO_2的释放,而生物炭还田对土壤微生物活性无显著的促进作用,反而有一定的抑制作用,这可能是由于生物炭中易降解有机物含量很低,可降解性较低的缘故。