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.     

短期深旋松对黄淮海沙姜黑土耕层结构及小麦生长的影响

针对黄淮海平原由于连年旋耕所导致的犁底层加厚上移、耕层变浅的问题,引入一种全新的耕作技术——深旋松耕,以改良耕层障碍因素,提高冬小麦产量.设置深松20 cm(SS₂₀)、深旋松30 cm(DVR₃₀)两个处理,以深松20 cm为对照,研究深旋松耕作对土壤物理特性及小麦开花期光合特性的影响.结果表明: DVR₃₀处理能够充分破除犁底层,DVR₃₀处理10～20和20～30 cm土层容重分别较SS₂₀处理降低了9.5%和11.2%,DVR₃₀处理20～30 cm穿透阻力较SS₂₀处理降低了42.3%.DVR₃₀能够增强水分入渗能力,提高土壤深层贮水量.随着深度的增加,DVR₃₀处理土壤含水量显著增加,30～40和40～50 cm土层含水量分别较SS₂₀处理提高16.9%和10.6%,且差异达到显著水平,0～50 cm土壤贮水量提高3.3%.DVR₃₀处理创造了良好的耕层环境,促进了小麦开花期光合能力的提高,与SS₂₀处理相比,DVR₃₀处理小麦开花期叶片相对叶绿素含量(SPAD)及净光合速率分别提高1.3%和15.5%,小麦地上部、地下部干物质累积量亦有显著增加,同时DVR₃₀处理通过提高小麦有效穗数,提高了产量,实际增产12.4%.综上,短期深旋松耕作能够充分破除犁底层、深松活土,为构建合理耕层结构、充分挖掘耕层潜力提供了一种新的技术手段.     

肥沃耕层构建对白浆土土壤肥力和玉米产量的影响

为探究肥沃耕层构建技术对白浆土土壤肥力和玉米产量的影响，本研究在黑龙江省富锦市的白浆土上进行了3年的定位试验，试验设置常规整地方法(T15)和肥沃耕层构建方法[秸秆深混还田(T35+S)、有机肥深混施用(T35+M)、秸秆与有机肥深混还田(T35+S+M)、深翻35 cm+秸秆深混+有机肥+化肥(T35+S+M+F)]共5个处理。结果表明：1)肥沃耕层构建处理均比常规对照显著增加了玉米产量，增幅15.4%～50.9%。2)与常规对照相比，肥沃耕层构建前两年对土壤pH值影响不显著，到第3年显著提高了耕层(0～15 cm)土壤pH值；T35+S+M+F、T35+S+M、T35+M处理显著提高了亚耕层(15～35 cm土层)土壤pH值，T35+S处理对亚耕层土壤pH值影响不显著。3)肥沃耕层构建处理(T35+S+M+F、T35+S+M、T35+M、T35+S)可提高耕层和亚耕层土壤养分含量，其中亚耕层土壤有机质、全氮、有效磷、碱解氮和速效钾含量分别显著提高了3.2%～46.6%、9.1%～51.8%、17.5%～130.1%、4.4%～62.8%、22.2%～68.7%,导致亚耕层肥力丰富度...     

保护性耕作条件下旱地农田麦-豆双序列轮作体系的水分动态及产量效应

保护性耕作(conservationtillage)能够减少水土流失、提高耕地产量,是一类具有生态保护意义的持续性农业耕作形式。2002年至2004年在定西旱地农业地区进行了保护性耕作条件下旱地农田春小麦豌豆双序列轮作土壤水分动态及产量效应的试验研究,结果表明:保护性耕作能够显著改善0～200cm土层土壤贮水量及含水量,随着降水量的增多土壤对降水的保蓄能力增强。在降水较少年份免耕秸秆覆盖的这种作用表现突出,而在降水充沛的年份免耕地膜覆盖则更具优势。耕层土壤水分因受降水等因素的影响而变化剧烈,耕层以下土壤水分变幅相对较小。播种期、五叶期及收获期土壤具有较高含水量,而开花期土壤含水量则较低。在两种轮作体系中,播种期春小麦和豌豆免耕秸秆覆盖处理0～50cm土层含水量分别较常规耕作增加28%、26%和11%、23%,降水生产效率较常规耕作提高了17.79%～26.81%。在春小麦豌豆轮作体系中免耕秸秆覆盖处理的作物产量(春小麦 豌豆)及水分利用效率分别为3420kghm2和8.11kg(hm2·mm),较常规耕作分别提高26.81%和25.39%。     

施入不同土层的秸秆腐殖化特征及对玉米产量的影响

耕作和秸秆还田是打破犁底层、改善黑土肥力的重要措施.本研究利用田间试验,分析了耕作和秸秆还田对秸秆腐殖化系数、总有机质含量(SOC)和玉米产量的影响.结果表明:深耕+秸秆施入20～35 cm(ST+S)能够打破犁底层,与浅耕(TT)、深耕(ST)和浅耕+秸秆还田(TT+S)相比,试验6年间土壤容重平均降低了5.7%、3.3%和5.7%,其中ST和ST+S试验第一年效果最好;试验6年后秸秆腐解率表现为0～20 cm土层(72.0%)>20～35 cm土层(59.2%);0～20和20～35 cm土层秸秆腐殖化系数在试验的第一年达到了最大值,分别为15.9%和12.7%;与初始土壤相比,TT、ST和ST+S处理0～20 cm土层SOC和轻组有机碳(LFOC)含量呈下降趋势,而TT+S处理分别增加了2.9%和12.4%,ST+S处理20～35 cm土层分别增加了9.2%和9.9%;对玉米产量的影响表现为ST+S>TT+S>ST>TT,耕作和秸秆还田的时间效应明显,其中ST处理玉米产量的影响可以持续3年,而ST+S处理可以持续6年.因此,通过耕作的方式将秸秆施入20～35 cm土层是一种有效的、可持续改善黑土质量的农业措施.     

生物肥对有机黄瓜生长及土壤生物学特性的影响

通过田间试验,研究了3种不同生物肥(“中和牌”、“NST型”和“爸爱我”)配合有机肥施用对有机黄瓜生长及土壤微生物和几种土壤酶活性的影响.结果表明：3种生物肥配施处理均可显著增加有机黄瓜产量,促进黄瓜根系生长和提高叶片叶绿素含量;与单施有机肥相比,“中和牌”生物肥与有机肥配施增产10.4%,“NST型”和“爸爱我”分别增产12.4%和29.2%.黄瓜幼苗期、初花期及采收期,生物肥与有机肥配施处理的土壤微生物生物量碳、氮均显著高于单施有机肥处理;同时,生物肥与有机肥配合施用还增强了土壤脲酶、酸性磷酸酶和过氧化氢酶活性.     

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.     

肥沃耕层构建对东北黑土区旱地土壤肥力和玉米产量的影响

有机物料还田是提高土壤肥力、改善土壤结构和增加作物产量的重要农艺措施之一。本研究通过分析有机物料深混还田构建肥沃耕层后土壤的有机质、速效养分含量和玉米产量,明确了黑土区不同土壤类型旱地土壤肥力指标和玉米产量对肥沃耕层构建方式的响应特征,以期为实现东北黑土区旱地保护性利用和农业可持续发展提供科学依据。采用小区试验与大区示范相结合的方式,在黑龙江省、吉林省和辽宁省选取9个生态类型区作为试验点,土壤类型包括黑土(中厚黑土和薄层黑土)、草甸土、黑钙土、白浆土、棕壤、暗棕壤和褐土。每个试验点均设置了玉米秸秆深混构建肥沃耕层(CF_Ⅰ)、秸秆配合有机肥深混构建肥沃耕层(CF_Ⅱ)和无有机物料还田(CK)3个处理。其中,CF_Ⅰ、CF_Ⅱ处理的小区试验和大区示范的秸秆还田量分别为10000 kg·hm^-2和全量还田,CF_Ⅱ处理的有机肥施用量为30000 t·hm^-2;CF_Ⅰ和CF_Ⅱ处理中有机物料的还田深度均为0~35 cm。结果表明: 不同土壤类型旱地的土壤肥力差异较大,不同土层表现为亚耕层土壤肥力小于耕层土壤,其中暗棕壤和白浆土尤为突出;棕壤、褐土耕层和亚耕层的土壤肥力均偏低;黑土和草甸土的质地比较黏重和犁底层较厚。在试验时间为两年以上的5个试验点中,与CK相比,CF_Ⅰ和CF_Ⅱ处理耕层的土壤有机质、碱解氮、速效磷和速效钾含量平均增加1.85 g·kg^-1、20.16 mg·kg^-1、1.56 mg·kg^-1和17.2 mg·kg^-1,亚耕层较耕层增加了2.09 g·kg^-1、12.06 mg·kg^-1、2.18 mg·kg^-1和3.84 mg·kg^-1。与CK相比,CF_Ⅰ处理显著增加了耕作层和亚耕层土壤有机质和速效磷含量,CF_Ⅱ处理显著增加了耕作层和亚耕层的全部土壤肥力指标,说明肥沃耕层构建是提高土壤肥力的重要途径,其中玉米秸秆配施有机肥是快速提升土壤肥力的有效方法。受不同地区水热条件和土壤类型等的影响,不同试验区的玉米产量差异较大;不同处理间差异显著,表现为CF_Ⅱ>CF_Ⅰ>CK,说明肥沃耕层构建方式在不同生态类型区均能有效提高玉米产量。采用玉米秸秆或者玉米秸秆配合有机肥深混的肥沃耕层构建方式能够同步培肥耕层和亚耕层土壤,提高玉米产量。不同生态类型区应根据土壤类型、有机物料来源等采取相应的肥沃耕层构建方式,建议在有机肥源充足的区域,优先采用秸秆配合有机肥深混构建肥沃耕层。     

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.     

连续施用保水材料对旱作条件下土壤特性及燕麦生长的影响

以坝莜一号为材料,研究连续4a施用保水材料聚丙烯酰胺(PAM)与聚丙烯酸钾(PAM-K),对旱作农田不同土层土壤微生物量变化与相应土层土壤含水量、容重、电导率、养分及燕麦生长的影响。结果表明,旱区农田施用PAM-K和PAM的微生态效应存在时空差异,以连续施用4a效果最佳,其大小顺序表现为连续施用4a施用3a2a1a对照。连续施用4a PAM-K和PAM,0—60 cm土层土壤含水量平均增加了27.18%和34.40%;土壤容重、土壤电导率分别平均降低了2.33%和6.64%、29.50%和22.70%;相对显著增加了耕层土壤养分(有机质、碱解氮、有效磷、速效钾)含量;土壤微生物生物量碳、氮、磷增幅平均达24.11%、31.89%、46.52%和69.96%、35.21%、52.70%,尤其是连续施用4a PAM,10—20cm土层土壤微生物量氮增幅达98.95%及0—10cm、20—40cm土层土壤微生物生物量碳和土壤微生物量磷的增加最明显,增幅分别达31.13%和74.49%、62.27%和49.91%。连续施用4a PAM-K和PAM,植株鲜重、干重、株高、籽粒产量,分别增加了90.53%和146.91%、101.56%和128.13%、33.67%和76.39%、19.27%和22.40%。可见,连续多年施用PAM-K和PAM对施入层(0—20 cm)和近施入层(20—40 cm)改善效果显著;PAM对旱区土壤的适宜性优于PAM-K,可改善土壤质量,提高作物产量。     

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.     

黄土高原半干旱区轮作休耕模式对土壤真菌的影响

通过田间试验,研究休耕（CK）、残膜覆盖、伏天深耕、施有机肥、秸秆还田和绿肥还田对土壤微生物量碳氮、酶活性及真菌群落的影响。结果表明,除过氧化氢酶外,不同处理对土壤微生物量碳氮、脲酶、碱性磷酸酶、脱氢酶、pH及有机质均有显著影响。从门水平上看,土壤真菌群落主要由子囊菌门、担子菌门和被孢霉门构成。其中伏天深耕、玉米秸秆粉碎还田+施牛羊粪+深翻耕后连续休耕3年处理的子囊菌相对丰度分别为43.23%和69.38%,显著高于CK （33.71%）;从纲水平上看,座囊菌纲、粪壳菌纲、伞菌纲和被孢霉纲为优势菌纲,其中玉米秸秆粉碎还田+施牛羊粪+深翻耕后连续休耕3年处理以座囊菌纲为主（60.69%）,其余处理以粪壳菌纲为主（4.11%-24.79%）;真菌多样性指数施牛羊粪+深翻耕+连续3年种植豌豆（拌根瘤菌粉8.5 g/kg种子）并在盛花期翻压还田、玉米秸秆粉碎还田+施牛羊粪+深翻耕后连续休耕3年、玉米秸秆粉碎还田+施牛羊粪+深翻耕+连续3年种植箭筈豌豆并在盛花期翻压还田处理显著低于CK和其他处理,丰富度指数玉米秸秆粉碎还田+施牛羊粪+深翻耕+连续3年种植毛苕子并在盛花期翻压还田处理显著高于CK和其他处理;真菌营养类型玉米秸秆粉碎还田+施牛羊粪+深翻耕后连续休耕3年处理以腐生营养型为主（62.9%）,其他处理以病理营养型和腐生营养型为主。冗余分析和Monte Carlo置换检验结果显示,土壤微生物量碳、微生物量氮、pH和有机质含量对土壤真菌群落结构影响显著（P<0.05）。与休耕（CK）、残膜覆盖、伏天深耕相比,施有机肥、秸秆还田、绿肥还田结合深耕均降低了土壤中病理营养型真菌的相对丰度,利于保持农田土壤生态系统健康。     

施肥和秸秆还田对黑土农田土壤剖面养分分布的影响

以东北黑土区玉米田为对象,利用田间原位小区试验,结合亮蓝染色示踪技术,研究不施肥(CK)、常量化肥(T1)、化肥减施秸秆还田(T2)、化肥减施秸秆还田配施有机肥(T3)条件下,土壤剖面的养分分布特征及其对施肥措施和秸秆还田的响应机理.结果 表明:与CK相比,各施肥处理均显著增加了玉米产量,但不同处理之间耕层土壤全量养分...     

长期免耕秸秆覆盖对寒地草甸土土壤物理性质的影响

黑龙江地处中温带地区,农田秸秆量大,不同秸秆还田技术与耕作制度结合对土壤物理性质的影响尚不明确.通过2010-2017年连续8年的田间定位试验,研究免耕条件下秸秆覆盖对草甸土土壤物理性质的影响.试验设秸秆无覆盖区(0%)、30%覆盖量(30%)、60%覆盖量(60%)、100%覆盖量(100%)4个处理.结果表明: 免耕条件下,秸秆覆盖可使土壤容重增加0.10～0.20 g·cm^-3,差异达到显著水平,并随覆盖量增加呈递增趋势;秸秆覆盖使土壤固相率比无覆盖增加2.5%～7.8%;土壤温度随秸秆覆盖量增加降幅增大,表层尤为明显,0～5 cm土层温度降幅1.87～2.90 ℃;土壤含水量随秸秆覆盖量增加呈增加趋势,与无覆盖相比差异显著,0～5 cm土层增加幅度为6.4%～10.2%;秸秆覆盖使土壤总孔隙和直径>0.05 mm通气孔隙减少,0.05～0.002 mm有效孔隙增加,覆盖量越大增加越明显,对土壤无效孔隙的影响不规律.长期秸秆覆盖增加了土壤紧实度和土壤水分,降低了土壤温度和土壤总孔隙,增加了0～5 cm土层土壤有效孔隙.     

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。