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.     

不同耕作方式对内蒙古旱作农田土壤侵蚀的影响

研究黄河流域内蒙古黄土高原丘陵区农田土壤侵蚀状况,对本区域生态农业建设具有重要的意义。试验于2006年在内蒙古呼和浩特市清水河县进行,设免耕(NT)、免耕覆盖(NS)和传统耕作(CT)3种耕作处理方式,种植作物为胡麻和燕麦,观测了全年降雨量和地表水径流量及土壤流失量。结果表明:免耕覆盖及免耕能显著减少降雨对土壤的侵蚀,与传统耕作相比,免耕覆盖处理的燕麦地地表水径流量和土壤的流失量分别减少21.9%和88.3%;3种耕作方式的土壤侵蚀量均受到坡度的影响,并随着坡度的增大而增大,相同环境条件下,不同作物存在一定差异;通过对3种耕作方式下,胡麻和燕麦田土壤侵蚀量与降雨量的关系符合幂函数,且拟合优度良好,均>0.9。     

不同耕作方式对内蒙古旱作农田土壤水热状况的影响

为了研究免耕留茬覆盖和传统耕作土壤水热状况的差异,20052008年在内蒙古呼和浩特市清水河县进行定位试验,结果表明:(1)免耕留茬覆盖能有效的调节土壤温度,出现高温时抑制温度上升,低温时抑制温度降低的现象;土壤温度24h变化的振幅随着土壤深度的增加呈现逐渐减小的趋势,表层010cm的变化幅度最大,变化范围为17.634℃;不同耕作方式的土壤温度均从09:00开始升高,至15:00达到最高值,之后缓慢下降,到06:00达到最低值;土壤温度随季节动态变化的趋势,受制于气候。(2)测定期内免耕留高茬覆盖平均土壤含水量较传统耕作增加了7.37%,免耕留低茬覆盖较传统耕作增加了5.93%;燕麦苗期,不同耕作方式的土壤含水量随土层深度增加,呈增大的态势。分蘖期,不同耕作方土壤含水量在020cm呈下降趋势,之后逐渐升高。燕麦花期,不同耕作方土壤含水量在040cm呈下降趋势,之后逐渐上升,至80100cm土层深度达到最大值;土壤含水量主要受季节影响,随降雨量变化而变化。(3)免耕留茬覆盖耕作方式增加土壤有机质和土壤含水量,其热容量增大,因此能调节和保持温度变化平缓。     

不同耕作方式对茶园土壤物理性状及茶叶产量的影响

研究了免耕、旋耕和深松3种耕作方式对茶园土壤紧实度、土壤含水率、土壤容重、茶叶产量构成因素及茶叶产量的影响.结果表明: 3种耕作方式对土壤容重和土壤紧实度的影响效果为深松>旋耕>免耕.旋耕和深松能够打破粘盘层,降低深层土壤紧实度.0～30 cm耕层深松土壤容重较免耕下降16.4%,土壤紧实度下降13.4%～27.5%;深松可以显著增加土壤的储水空间,进而增强土壤持水能力,扩大土壤水库容,深松15～30 cm层含水量与免耕相比增加7.7%.不同耕作方式对土壤孔隙度影响不大.旋耕和深松方式下土壤比表面积增加,土壤气体和液体的比例均明显升高.茶叶的光合速率和蒸腾速率的日变化曲线均为“双峰”型,气孔因素是导致“午休”的主要原因.在深松方式下,茶树叶片蒸腾速率降低,芽叶密度增加,百芽干质量和水分利用效率升高,茶叶产量分别比免耕和旋耕增加17.6%和6.8%.深松是皖东地区茶园较为适宜的耕作方式.     

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.     

不同土壤覆盖物对旱作水稻生长和产量影响

在四川盆地通过田间试验研究了不同覆盖物对旱作水稻植株生长及产量的影响。结果表明,在有效铁含量较高而有效锰含量较低的土壤上,覆盖地膜及传统淹水处理在整个生育期没有表现缺锰症,而覆盖麦秆处理前期分蘖能力差,生长缓慢,表现严重的缺锰症。在覆麦秆处理裂区灌施2‰的MnSO4溶液（每次450kg/hm^2）两次后,水稻株高、分蘖和生物量都迅速增加,说明覆麦秆处理水稻受到了锰的胁迫。其原因与地膜处理明显提高土壤温度,而覆麦秆处理却具有降温作用有关。试验还发现,灌施锰肥能够补偿温度降低所造成的不利影响,水稻产量以覆地膜处理最高,其次是覆秆灌锰处理,再是是传统淹水处理,覆麦秆未灌施锰肥处理产量最低,后与其它处理差异也达极显水平。覆地膜条件下,水稻产量随施氮量的提高而提高,但当施氮量为150kg/hm^2后产量变化不大。与传统淹水相比,覆盖旱作处理显降低总耗水量,节水率达63.1%;并在产量基本不变或有所提高的前提下,提高水分利用效率2－3倍。     

不同耕作方式对旱作冬小麦旗叶衰老和籽粒产量的影响

在旱作条件下研究了一次深翻、免耕、深松和传统耕作4种耕作方式对冬小麦花后旗叶衰老、小麦籽粒产量及土壤水分和养分状况的影响.结果表明：免耕和深松提高了小麦旗叶SOD和POD活性及可溶性蛋白和叶绿素含量,降低了MDA和O₂^-·含量,延缓了小麦叶片的衰老进程;同时,免耕、深松在开花期和灌浆期0～40 cm土层土壤水分含量分别比传统耕作提高了4.13％、6.23％和5.50％、9.27％,土壤碱解氮、速效磷和速效钾含量均显著高于传统耕作.一次深翻0～40 cm土层土壤水分含量低于传统耕作,土壤养分含量高于传统耕作,但两处理间差异不显著.与传统耕作相比,免耕和深松花后干物质生产量分别提高4.34％和4.76％,花后干物质转运率分别提高15.56％和13.51％,产量分别提高10.22％和9.26%.免耕和深松为冬小麦花后生长发育提供了良好的环境,延缓了小麦叶片衰老,促进了花后干物质积累及干物质向籽粒的转运,从而使籽粒产量显著提高,是旱作麦区适宜的耕作方式.     

稻田实行保护性耕作对水稻产量、土壤理化及生物学性状的影响

在江西双季稻田进行长期田间定位试验,分析了多年保护性耕作对水稻产量、土壤理化性状及生物学性状的影响。连续8a稻田保护性耕作处理的平均产量高于传统耕作4.46%—8.79%,各处理的有效穗数、每穗粒数和结实率均高于对照,而各处理间穗长和千粒重差异不显著。实行稻田保护性耕作处理的土壤容重低于传统耕作3.6%—5.6%,而总孔隙度和毛管孔隙度分别高出传统耕作1.6%—17.4%、2.4%—16.7%。与传统耕作相比,连续8a保护性耕作显著提高了土壤有机质(2.9%—10.0%)、有效磷(4.8%—31.6%)、速效钾(9.7%—25.7%)。在2005年免耕+插秧的土壤真菌数量最多,显著高于对照处理51.6%,免耕+抛秧在2008年达到最大,显著高于对照处理54.1%。2012年免耕+抛秧、免耕+插秧显著高于对照126.1%、121.1%;另外,各处理间过氧化氢酶、脲酶活性均差异不显著。8a间土壤转化酶活性变化范围在0.292—0.451 mg/g之间,其中2005—2007、2012年均是免耕+抛秧达到最大,与对照相比,增加范围为72.7%—137.7%,且差异显著(P0.05)。因此,实行稻田保护性耕作是适合江南丘陵区双季稻区农业可持续发展的有效模式之一,其中免耕+抛秧和免耕+插秧两种方式效果最为显著。     

长期单施化肥对土壤性状及作物产量的影响

1978－1998年在陕西关中地区农田的长期定位试验研究表明,长期单纯化肥基本上可以维持土壤有机质和NP水平,单施化肥与化肥配合有机肥处理的作物产量基本相当,但是,单施化肥处理使土壤腐殖质能量水平降低,分子缩合程度和芳构化度增大,“老化”作用增强。     

耕作方式与秸秆还田对土壤微生物数量、酶活性及作物产量的影响

通过两年田间裂区设计试验,研究了不同土壤耕作方式(常规耕作、深耕、深松)与秸秆还田(秸秆还田、秸秆不还田)对冬小麦一夏玉米一年两熟农田土壤微生物数量、酶活性和作物产量的影响.结果表明:深松(耕)和秸秆还田不仅降低了土壤容重,提高了土壤有机碳含量,而且增加了土壤微生物数量、土壤酶活性和作物产量,且二者对夏玉米季的影响大于冬小麦季.与常规耕作+无秸秆还田相比,深耕+秸秆还田、深松+秸秆还田处理的20～30 cm土壤容重分别降低8.5％和6.6％,土壤有机碳含量分别提高14.8％和12.4％,土壤微生物数量、土壤酶活性分别提高45.9％、33.9％和34.1％、25.2％,作物产量分别提高18.0％和19.3％,且两处理间无显著差异.说明土壤深松(耕)结合秸秆还田有利于作物产量、土壤微生物数量和酶活性的提高.     

渭北旱塬保护性耕作对冬小麦-春玉米轮作田蓄水保墒效果和产量的影响

通过2007—2010年田间定位试验,研究了平衡施肥、常规施肥和无肥(或低肥)条件下,免耕、深松和翻耕处理对渭北旱塬冬小麦-春玉米轮作田土壤贮水量、作物产量、水分利用效率(WUE)和纯收益的影响.结果表明:休闲期免耕处理蓄水保墒效果最好,深松次之,翻耕最差;轮作田生育期内免耕和深松处理0~200 cm平均土壤贮水量分别较翻耕提高6.7%和1.9%;各施肥条件下作物产量、WUE和纯收益均以深松处理最高,且以平衡施肥深松处理表现最好,2007—2008年冬小麦、2009年春玉米、2009—2010年冬小麦产量分别为6909、9689、5589 kg.hm-2,WUE分别为18.5、25.2、23.0 kg.hm-2.mm-1,纯收益分别为5034、5045、7098元.hm-2.因此,平衡施肥与深松组合处理的蓄水保墒和增产增收效果最好,是渭北旱塬冬小麦-春玉米轮作田较适合的施肥耕作模式.     

豫南雨养区周年不同耕作模式对小麦花后干物质动态和产量的影响

以玉米-小麦周年耕作模式为研究对象,于2006-2009年进行了连续4年的大田定位试验,设置了传统翻耕、不覆盖/不深松+覆盖/免耕、覆盖/不深松+不覆盖/免耕、不覆盖/深松+不覆盖/免耕、覆盖/深松+覆盖/免耕以及不覆盖/不深松+还田/旋耕6个模式,研究了豫南雨养区玉米-小麦周年不同耕作模式对小麦花后于物质积累转化、籽粒灌浆及产量的影响.结果表明:传统翻耕和覆盖/深松+覆盖/免耕两种模式绿叶持续时间最长,营养器官的干物质积累均比其他模式高且差异达到显著水平(P＜0.05);营养器官花前贮藏物质的运转量也均高于其他模式,营养器官花后同化物运转量和运转率比覆盖/不深松+不覆盖/免耕模式高11.9％、11.7％,比不覆盖/不深松+还田/旋耕模式高11.6％、11.4％,均达到极显著水平(P＜0.01);花后同化物对籽粒产量的贡献率比不覆盖/不深松+还田/旋耕和覆盖/不深松+不覆盖/免耕高8.4％、7.9％和8.8％、8.3％,均达到显著水平(P＜0.05);产量也以这两种模式最高,达到7545.0 kg·hm-2和7480.5 kg·hm-2,比不覆盖/不深松+还田/旋耕模武分别增产14.8％和13.8％,达到极显著水平(P＜0.01).综合来看,覆盖/深松+覆盖/免耕模式具有较好的蓄永保墒和土壤培肥效果,能促使营养器官干物质积累和花后同化物向籽粒的转移,实现高产高效.     

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%。     

耕作措施对冬小麦田杂草生物多样性及产量的影响

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,设置了除草和不除草处理,研究了其对杂草总密度、优势杂草种类、生物多样性指数和冬小麦产量的影响,并分析了杂草与小麦间的竞争关系。结果表明,麦田杂草主要有7种,分别是麦蒿(Descuminia sophia (L.) Webb ex Prantl)、荠菜(Capsella bursa-pastoris (L.) Medik)、燕麦(Avena sativa L.)、田旋花(Convolvulus arvensis L.)、刺儿菜(Cirsium setosum (Willd.) Bieb.)、繁缕(Stellaria media (L.) Vill.)、麦家公(Lithospermum arvense L.)。在未除草条件下,免耕、深松的杂草总密度显著提高;而在除草条件下,杂草密度显著下降。免耕、深松、常规耕作在未除草条件下,优势杂草种类为麦蒿、荠菜,旋耕、耙耕条件下的优势杂草为麦蒿;而除草后各处理的优势杂草均只有麦蒿。耙耕、常规耕作措施在未除草条件下杂草群落具有较高的物种丰富度和均匀度。无论哪种耕作措施,除草能提高冬小麦产量,其中以深松耕作结合除草处理的小麦产量最高。在小麦抽穗期,未除草处理杂草株高接近或高于小麦株高,会造成杂草与小麦间的光竞争,对小麦的生长状况有显著影响,从而导致小麦产量降低。