接种蚯蚓对秸秆还田土壤碳、氮动态和作物产量的影响

通过为期 2年的小区 (2 .8m× 1.0m)试验 ,研究了旱作水稻 小麦轮作条件下接种蚯蚓对施用玉米秸秆 (第一季用量 15 0 0g·m-2 ,以后各季为 75 0g·m-2 )农田土壤碳、氮动态和作物产量的影响 .结果表明 ,接种 10条·m-2 或 2 0条·m-2 环毛蚓 (Pheretimasp .)对土壤有机碳和全氮含量无显著影响 ,蚯蚓活动未造成土壤C库的衰减 ,土壤碳、氮基本维持平衡 .接种蚯蚓处理土壤N的矿化作用增强 ,矿质N含量提高 ,NO3 - N含量增加 ,而且稻季比麦季增加更为明显 .接种蚯蚓在稻、麦季均能提高微生物量碳、氮含量 ,蚯蚓具有扩大土壤微生物量N库和促进有机N矿化的双重作用 .这种作用在有效C源供应丰富的作物生长发育旺盛期更为明显 .接种蚯蚓对旱作水稻和小麦有一定的增产作用 ,其中水稻的增产幅度达 9.3% ,小麦为 5 .1% .接种蚯蚓后土壤容重明显降低 ,孔隙度显著增加 .蚯蚓在保持土壤C库平衡的同时 ,对于促进秸秆有机肥N素养分的再循环和作物生产力的提高具有重要的生态学意义 .     

晋西北黄土高原丘陵区不同土地利用方式下土壤碳氮储量

对晋西北黄土高原丘陵区杨树-小叶锦鸡儿人工林、小叶锦鸡儿人工灌丛、杨树人工林、撂荒地和农田5种土地利用方式下土壤碳氮储量进行研究.结果表明: 不同土地利用方式下土壤碳氮含量、碳氮密度和碳氮储量存在显著差异.5种土地利用方式0～20 cm表层土壤碳氮含量和碳氮密度均显著大于20～40 cm和40～60 cm土层.5种土地利用方式同一土层碳氮含量和碳氮密度大小为: 杨树-小叶锦鸡儿人工林>小叶锦鸡儿人工灌丛>杨树人工林>撂荒地>农田;0～60 cm土层土壤有机碳储量大小为:杨树-小-叶锦鸡儿人工林(30.09 t·hm^-2)>小叶锦鸡儿人工灌丛(24.78 t·hm^-2)>杨树人工林(24.14 t·hm^-2)>撂荒地(22.06 t·hm^-2)>农田(17.59 t·hm^-2);土壤氮储量与有机碳储量变化规律相似,杨树-小叶锦鸡儿人工林0～60 cm土层土壤氮储量(4.94 t·hm^-2)最高,其次是小叶锦鸡儿人工灌丛(3.53 t·hm^-2)、杨树人工林(3.51 t·hm^-2)和撂荒地(3.40 t·hm^-2),农田土壤氮储量(2.71 t·hm^-2)最低.杨树-小叶锦鸡儿人工林和小叶锦鸡儿人工灌丛是晋西北黄土高原丘陵区植被建设和生态恢复过程中较好的两种土地利用方式.     

不同灌溉方式下秸秆还田对设施土壤碳、氮及蔬菜产量的影响

针对设施土壤C/N 比失调, 蔬菜产量下降的问题, 采用裂区设计大田试验, 研究了秸秆还田(S1)在水肥一体化 (FG)和膜下沟灌(FP)两种灌溉方式对设施土壤碳、氮及蔬菜产量的影响。结果表明, 在水肥一体化 (FG)灌溉方式下的秸秆腐解率相比膜下沟灌(FP)高出10.7 个百分点。在两种灌溉方式下, 秸秆还田均增加了0-20 cm、20-40 cm土壤有机质含量, FG 灌溉方式下分别增加了14.8%和12.4%; FP 灌溉方式下分别增加了12.4%和2.9%。秸秆还田与FP灌溉方式结合, 增加了0-200 cm 土壤剖面硝态氮淋洗的风险。秸秆还田均降低了0-20 cm 和20-40 cm 层次土壤的pH, FG 灌溉方式下分别降低了0.17 和0.10 个单位; FP 灌溉方式下均降低了0.02 个单位。无论是灌溉方式、秸秆还田还是两者的交互作用, 均极显著提高了黄瓜产量, 其中水肥一体化灌溉方式结合秸秆还田的效果最好。     

不同分子量壳聚糖对土壤碳、氮及呼吸的影响

考察了不同分子量壳聚糖对土壤微生物量C、N、土壤呼吸及矿质N的影响.研究发现：不同分子量的壳聚糖施入土壤后,土壤的微生物量C、N、呼吸及矿质N均明显提高.微生物量C、N及土壤呼吸有相似的变化趋势： 随壳聚糖用量的增加而增大.低分子量壳聚糖施入土壤后,微生物量C、N及土壤呼吸均先快速增加,然后下降;中等及高分子量壳聚糖施入土壤后则是开始时变化较小,第14天开始快速增加,34d后下降.研究还发现,NO3^--N与NH4^＋-N变化趋势不完全相同,NO3^--N开始时变化较小,第14天开始快速增加,34d后快速下降;低分子量壳聚糖处理时,NH4^＋-N开始时快速增加,之后缓慢下降;中等分子量壳聚糖处理时,因加入量不同而不同;高分子量壳聚糖处理时则是从第24天开始变化显著.     

土壤耕作及秸秆还田对夏玉米田杂草生物多样性的影响

于2008年夏玉米(Zea mays)生长期间,在连续5a秸秆全量还田的免耕、旋耕、耙耕、深松和常规耕作试验地中,研究了杂草总密度、优势杂草种类、生物多样性指数、杂草生物量和夏玉米产量。调查共记录杂草种类13种,秸秆全量还田时,免耕显著提高杂草的总密度;无秸秆还田时,常规耕作的杂草密度高于免耕、旋耕、耙耕和深松。秸秆全量还田后,免耕和深松条件下,杂草优势种为马唐和旱稗,旋耕和耙耕条件下为马唐、旱稗和牛筋草;常规耕作条件下,优势杂草为马唐、苘麻、旱稗和香附子。无秸秆还田条件下,免耕和常规耕作增加了杂草优势种的数量。秸秆全量还田后,免耕、耙耕和深松等耕作措施导致杂草群落的物种丰富度及均匀度均较高。无论哪种耕作条件,5a连续秸秆还田能够显著提高夏玉米籽粒产量和生物学产量,其中尤以常规耕作秸秆全量还田处理产量最高,且田间杂草的生物学产量与夏玉米的生物学产量呈显著负相关关系。     

广东省不同土地利用方式对土壤微生物量碳氮的影响

通过野外调查与室内分析,研究了广东省韶关红壤、广州赤红壤、雷州砖红壤3个地区4种不同土地利用方式(林地、果园、草地和农田)表层土壤(0～20cm)微生物量C、N特征.研究结果表明:不同土壤类型和不同土地利用方式对土壤微生物量C、N均有一定影响,其中土地利用方式影响更为明显.不同土地利用方式下土壤微生物量C、N差异显著,均表现为果园和林地高于农田和草地.土壤有机C、全N同样以果园较高.而对微生物商分析结果表明,不同的土地利用方式对土壤有机C总量和微生物生物量C的影响程度并不一致.相关分析表明,土壤微生物量C、N与全N、有机C、速效N显著正相关;土壤微生物量C、N之间显著相关,证实土壤微生物量C、N是可以表征土壤肥力的敏感因子.     

松嫩平原玉米带土壤碳氮储量的空间特征

利用第二次全国和县级土壤普查的382个典型土壤剖面资料和1∶50万数字化土壤图建立土壤剖面空间数据库,利用土壤类型法估算松嫩平原玉米带土壤碳、氮储量,分析土壤有机碳、氮密度的空间分布特征,探讨土壤有机碳、氮密度与土壤类型和土地利用类型之间的关系.结果表明:松嫩平原玉米带土壤有机碳、氮储量分别为(163.12±26.48)Tg和(9.53±1.75)Tg,土壤碳、氮储量主要集中在草甸土、黑钙土和黑土等土类中.土壤有机碳、氮密度分别为5.51～25.25和0.37～0.80kg·m-2,土壤C/N值大致在7.90～12.67.土壤有机碳、氮密度的空间分布均表现为东部和北部高、西部低.在不同土地利用类型中,旱田土壤的有机碳密度最高,为(19.07±2.44)kg·m-2;林地土壤的氮密度最高,为(0.82±0.25)kg·m-2;水田土壤的碳、氮密度均较低.     

26年长期施肥对土壤微生物量碳、氮及土壤呼吸的影响

研究长期小麦连作施肥条件下土壤微生物量碳、氮,土壤呼吸的变化及其与土壤养分的相关性。以陕西长武长期定位试验为平台,应用氯仿熏蒸-K2SO4提取法、碱液吸收法和化学分析法分析了长达26a不同施肥处理农田土壤微生物量碳、微生物量氮和土壤呼吸之间的差异及其调控土壤肥力的作用。长期施肥及种植作物,均能提高土壤微生物量碳、氮含量,尤其是施用有机肥,土壤微生物量碳、氮含量高于单施无机肥的处理,土壤呼吸量也提高15.91%—75.73%,而施用无机肥对于土壤呼吸无促进作用。土壤微生物生物量碳氮、土壤呼吸与土壤有机质、全氮呈极显著相关。长期有机无机肥配施可以提高土壤微生物量碳氮、土壤呼吸,氮磷肥与厩肥配施对提高土壤肥力效果最好。微生物量碳氮及土壤呼吸可以反映土壤质量的变化,作为评价土壤肥力的生物学指标。     

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.     

关中平原作物秸秆不同还田方式对土壤有机碳和碳库管理指数的影响

以关中平原持续4年的小麦、玉米（麦玉）秸秆还田中长期定位试验为基础,研究了麦玉秸秆9种不同还田方式对土壤总有机碳（TOC）、活性有机碳（LOC）含量和活性有机碳分配比例（LOC/TOC）、总有机碳储量（SCS）及碳库管理指数（CPMI）的影响.结果表明： 麦玉秸秆还田均可显著提高土壤（0～30 cm）TOC、LOC含量和SCS,且土壤有机碳主要集中于耕层（0～20 cm）;麦玉秸秆双季还田的TOC、LOC含量和SCS显著高于单季还田和双季均不还田,其中,与双季均不还田相比,小麦秸秆粉碎还田 玉米秸秆深松还田的TOC、LOC含量和SCS提高幅度最显著.在0～10和10～20 cm土层中,小麦秸秆粉碎还田 玉米秸秆深松还田的CPMI显著高于其他处理,其中,小麦秸秆粉碎还田较其不还田可使CPMI提高19.1%和67.9%,玉米秸秆深松还田较其不还田可提高22.6%和32.4%.相关性分析显示,CPMI较LOC/TOC更能有效表征0～30 cm土层土壤有机碳的固持和转化关系.从提高本地区土壤有机碳固持量角度来看,小麦秸秆粉碎还田 玉米秸秆深松还田为最佳还田方式.     

秸秆覆盖旱作瓜田土壤水分的空间变化及对西瓜产量的影响

为了探明秸秆覆盖栽培对西瓜产量及土壤水分的影响,选用玉米秸秆在生育期设置地表全覆盖（WM）、行间覆盖（SM）和根域覆盖（RM）3个覆盖处理,以不覆盖为对照（CK）,研究不同秸秆覆盖方式对旱作西瓜不同生育时期土壤总贮水量、不同深度土壤含水量及产量的影响.结果表明：秸秆地表全覆盖和根域覆盖处理显著提高了西瓜全生育期根域和行间0～120 cm的土壤含水量和贮水量,且伸蔓后期以后的土壤贮水量根域高于行间;秸秆覆盖处理对西瓜伸蔓后期至膨大前期的土壤含水量影响最大,随着西瓜的生长发育,秸秆覆盖处理提高根域土壤含水量的幅度增加,深度下延.秸秆覆盖处理提高西瓜产量主要受根域土壤水分条件改善的影响;各覆盖处理均显著提高了西瓜的产量和水分利用效率,WM、SM和RM处理的增产幅度分别为24.8%、11.5%和15.1%,水分利用效率分别提高了42.7%、24.3%和294%.以地表全覆盖13500 kg·hm^-2秸秆量的处理蓄水保墒、提高西瓜产量和水分利用效率的效果最显著.     

旱作农田不同耕作土壤呼吸及其对水热因子的响应

为研究旱作农田春玉米生育期不同耕作土壤呼吸变化特征及其对水热因子的响应情况,在山西省寿阳县旱农试验基地采用红外气体分析法测定了传统耕作(CT)、少耕(RT)和免耕(NT)土壤呼吸速率,并同步测定了各土层土壤水分、温度.研究表明:在春玉米生育期内,土壤呼吸速率均呈单峰型变化趋势,峰值出现在8月;传统耕作与少耕土壤呼吸速率变化趋势基本一致,而免耕土壤与前两者相比波动幅度较大;土壤呼吸峰值与水分、温度之间无明显相关,其余时期土壤呼吸与水分、温度因子具有良好的相关性;双因子模型较单因子模型能更好的描述土壤呼吸与水分、温度之间关系,基于水热双因子(10-20 cm)的指数-幂模型能够解释土壤呼吸变化的81％-87％ (P＜O.01);3种耕作土壤呼吸对水热因子协同影响的敏感性表现为CT＞NT＞RT.     

保护性耕作对农田碳、氮效应的影响研究进展

作物产量的高低主要取决于土壤肥力,如何保持并提高土壤肥力是确保我国粮食安全和农业可持续发展的重要任务,也是众多学者关注的焦点。土壤有机碳和氮素是评价土壤质量的重要指标,其动态平衡直接影响土壤肥力和作物产量。随着全球气候变化及环境污染问题的愈加突出,农田土壤固碳及提高氮效率成为各界科学家研究的热点。目前,保护性耕作已成为发展可持续农业的重要技术之一,对土壤固碳及氮素的利用具有很大的影响。深入了解保护性耕作对土壤有机碳固持与氮素利用效率提高的影响机制,对于正确评价土壤肥力有着重要意义。但由于气候、土壤及种植制度等条件不一致,关于保护性耕作对农田碳、氮效应结论不一。阐述了国际上保护性耕作对农田系统土壤有机碳含量变化及其分解排放(如CO₂和CH₄)、氮素变化及其矿化损失(如NH₃挥发、N₂O排放与氮淋失)和碳氮素相互关系(如C/N层化率)影响的研究进展,并分析了其影响因素和相关机理。尽管国内保护性耕作的研究已进行30 多年,但在土壤有机碳与氮素方面与国外相比依然有较大的差距。保护性耕作对土壤固碳与氮素利用的影响机制,碳素和氮素在土壤-植株-大气系统中的转移变化,及结合农事管理等综合评价其生态效应的研究很少。在此基础上,提出未来我国保护性耕作在土壤有机碳固定和氮素利用方面的重点研究方向:(1)在定位试验基础上进一步探讨保护性耕作对土壤有机碳及氮素利用的影响机制;(2)深入研究土壤有机碳和氮素的相互关系及其对土壤肥力的影响;(3)结合环境保护与土壤可持续管理对保护性耕作农田土壤固碳及氮素高效利用的系统评价研究;(4)加强保护性耕作对农田碳、氮效应的宏观研究,合理评价保护性耕措施下对农田碳、氮综合效应。     

耕作和覆盖对黄土高原果园土壤水分和温度的影响

研究了几种不同耕作方式（免耕、旋耕和翻耕）和覆盖措施（覆草、生草和覆膜）对黄土高原果园土壤水分和温度的影响.结果表明：5月不同耕作方式下0～1 m土层土壤水分差异极显著,表现为免耕（14.28%）>旋耕（14.13%）>翻耕（13.57%）,9月差异不明显;不同覆盖措施中,覆草处理的土壤水分最高,且与生草、覆膜、裸地处理间差异极显著;不同耕作方式和覆盖组合处理中以免耕覆草保水效果最好.不同覆盖处理白天土壤平均温度表现为覆膜>裸地>生草>覆草,土壤温度变幅表现为裸地>覆膜>生草>覆草.各覆盖处理的蓄水量与其土壤温度并不都呈负相关,而是由不同覆盖物的保水效果和保温性质共同决定.综上所述,黄土高原果园的保护性耕作体系应以免耕覆草为主.     

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.     

温度、水分对湿地土壤有机碳矿化的影响

采用密闭培养法,研究了小叶章(Deyeuxia angustifolia)湿地土壤有机碳的矿化动态,探讨了温度和水分条件对有机碳矿化的影响.结果表明:湿地土壤有机碳在培养初期(0～2 d)矿化速率较高,之后矿化速率逐渐降低;33 d培养期间,表层(0～10 cm)土壤的总矿化量为1.59～2.62 mg C·g-1,为下层(10～100 cm)的4～22倍;温度升高10℃使总矿化量分别增加60%～210%(75%WHC)和30%～200%(淹水);一级动力学方程能较好地描述湿地土壤有机碳矿化动态,其C0值随土壤深度呈指数递减变化,且C0和C0/SOC值均随温度的升高而升高;不同深度土壤Q10值分别变化为1.7～3.1(75% WHC)和1.2～3.0(淹水),且与土壤深度之间存在明显的二次抛物线相关;土壤深度、培养温度对湿地土壤有机碳矿化具有显著影响,而水分处理对有机碳矿化的影响不显著.     

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.     

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.