Tree species selection and soil tillage in alley cropping systems with Phaseolus vulgaris L. in a humid premontane climate: biomass production,nutrient cycling and crop responses

The development of alley cropping systems is based on the assumption that leguminous trees planted in hedgerows influence the yield of associated crops favourably by means of the additional nutrient pool applied to the soil through tree prunings. An on-station field study (split-plot design in a randomised block design) was conducted on an Eutric Cambisol under humid premontane climate conditions in Costa Rica in order to evaluate the ability of Erythrina poeppigiana, Calliandra calothyrsus and Gliricidia sepium to increase bean (Phaseolus vulgaris) yields compared to sole cropping. Soil tillage was applied as a sub-treatment in order to evaluate if soil preparation would additionally alter soil fertility and bean yield. After seven years with pruning twice per year, the size of both the total N and P pool in the pruned tree material was about three times higher for Erythrina prunings than for Calliandra and Gliricidia prunings. Two and five weeks after mulch application 50–150% higher inorganic N pools were measured in the soil from Erythrina plots, the bean shoot biomass at harvest was increased by 65–100% and the bean yield was 15–50% higher than in plots with beans alone. Hence, of the three tree species, Erythrina was the best choice for alley cropping systems in the pedoclimatic environment studied. Soil tillage reduced bean yield, soil organic matter, total soil N content and soil microbial biomass N in the top soil and is not recommended for similar soils in humid premontane climates.     

An integrated greenhouse gas assessment of an alternative to slash-and-burn agriculture in eastern Amazonia

Fires set for slash‐and‐burn agriculture contribute to the current unsustainable accumulation of atmospheric greenhouse gases, and they also deplete the soil of essential nutrients, which compromises agricultural sustainability at local scales. Integrated assessments of greenhouse gas emissions have compared intensive cropping systems in industrialized countries, but such assessments have not been applied to common cropping systems of smallholder farmers in developing countries. We report an integrated assessment of greenhouse gas emissions in slash‐and‐burn agriculture and an alternative chop‐and‐mulch system in the Amazon Basin. The soil consumed atmospheric methane (CH₄) under slash‐and‐burn treatment and became a net emitter of CH₄ to the atmosphere under the mulch treatment. Mulching also caused about a 50% increase in soil emissions of nitric oxide and nitrous oxide and required greater use of fertilizer and fuel for farm machinery. Despite these significantly higher emissions of greenhouse gases during the cropping phase under the alternative chop‐and‐mulch system, calculated pyrogenic emissions in the slash‐and‐burn system were much larger, especially for CH₄. The global warming potential CO₂‐equivalent emissions calculated for the entire crop cycles were at least five times lower in chop‐and‐mulch compared with slash‐and‐burn. The crop yields were similar for the two systems. While economic and logistical considerations remain to be worked out for alternatives to slash‐and‐burn, these results demonstrate a potential ‘win‐win’ strategy for maintaining soil fertility and reducing net greenhouse gas emissions, thus simultaneously contributing to sustainability at both spatial scales.     

保护性耕作措施对旱地春玉米土壤水分和硝态氮淋溶累积的影响

通过渭北旱塬春玉米15年定位试验,研究6种保护性耕作方式,即传统翻耕(CT)、免耕(NT)、免耕配施生物炭(NB)、免耕秸秆覆盖(NS)、免耕地膜覆盖(NF)和免耕秸秆地膜覆盖(NSF)对土壤水分与硝态氮淋溶的影响,探索适宜于该区可持续发展的农田管理措施.结果表明: 与NT相比,第一次水分补给时期0～100 cm土层,CT处理水分补给量无显著差异,NS、NB、NSF和NF处理显著降低;在100～300 cm土层,NS、NB、NF和NSF处理显著增加了水分补给量,CT显著低于NT处理.第二次水分补给时期,水分补给主要集中在0～100 cm土层,且各处理与NT水分补给量无显著差异.水分消耗时期,各处理与NT处理在0～100 cm土层消耗量无显著差异,NF和NSF在100～300 cm土层水分消耗量显著增加,分别增加了33.9%和59.9%.在0～200 cm土层,与NT相比,CT处理显著增加了硝态氮累积量,是NT的2.2倍,NS、NB、NF和NSF处理显著减少了硝态氮累积量,分别减少了44.6%、61.5%、69.2%和69.8%;而在200～300 cm土层,NS处理显著增加了硝态氮累积量,CT与NT处理无显著差异,NB、NF和NSF处理显著减少.土壤水分运动能显著影响硝态氮在土壤剖面的分布,NB、NF和NSF处理硝态氮主要分布在0～40 cm土层,NS主要分布在0～100 cm和200～300 cm土层,而NT和CT处理硝态氮在整个剖面大量分布,其中NS、NT和CT处理出现两个硝态氮累积峰.不同农田管理措施通过对水分的调控减少硝态氮淋溶,进而提高氮素利用效率,其中免耕基础上秸秆地膜覆盖能有效调控土壤水分运动和减少硝态氮淋溶累积,是旱塬区改善农田水肥状况,增加作物产量的可行措施.     

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.     

冬小麦田秸秆覆盖的小气候效应

近年来,国内外对秸秆覆盖的整体功能和节水效应[1～4]已有较多研究,但对秸秆覆盖地的小气候效应研究较少。小气候效应能够反映秸秆覆盖的机理和功效,为秸秆覆盖的进一步研究提供科学依据。本文对不同水分条件下的秸秆覆盖处理进行了研究,目的是了解秸秆覆盖冬小麦田的小气候效应。1　设计与方法1.1　试验地点试验于1996～1997年在郑州市南郊河南省气象局科学研究所试验基地进行。试验地土壤为砂壤土,肥力中等。小麦供试品种为温麦4号。1.2　试验设计试验设置了麦秸覆盖、玉米秆覆盖、裸地(对照)三种形式,以及土壤含水量占田间持水量的40%～5…     

盐碱地耐盐小麦覆膜栽培高产机理的研究

通过测定不同ＮａＣｌ浓度下不同小麦品种的发芽率（Ｇｒ）、发芽指数（Ｇｉ）和活力指数（Ｖｉ）及盐渍土壤上的产量筛选出耐盐小麦品种德抗９６１。研究了覆膜穴播对土壤温度、土壤含水量、土壤含盐量、产量及其构成因素、旗叶离子含量和旗叶光合作用特性的影响。结果表明,覆膜明显提高土壤温度和土壤含水量,抑制返盐。覆膜减少Ｎａ＾＋在旗叶中的积累,增加旗叶Ｋ＾＋含量。覆膜显著增加旗叶净光合速率、蒸腾速率,气孔导度和细     

日光温室地面覆盖对嫁接与未嫁接黄瓜生长发育、产量及土壤环境的影响

研究了秸秆、地膜和秸秆+地膜覆盖对日光温室嫁接与未嫁接黄瓜生长发育、产量及土壤环境的影响.结果表明,地面覆盖不仅能促进雌花分化、缩短成瓜时间、增加单瓜重、提高黄瓜产量,而且能降低畸形瓜比例,提高产品的商品性.其中以覆盖秸秆+地膜作用最明显、增产幅度最大,覆盖秸秆和覆盖地膜次之;嫁接黄瓜的处理效果优于未嫁接黄瓜.此外,地面覆盖对土壤环境也具有重要影响,但不同处理之间差异较大.地温日变化呈单峰曲线, 5cm、10 cm地温的波峰出现在14:30,随着土层的加深而波峰推迟出现,峰值也逐渐减小.秸秆覆盖具有降低最高地温和提高最低地温的作用,使土壤温度保持相对稳定;地膜覆盖对最高地温的增幅最大、对最低地温的增幅最小,从而使地温变幅最大;秸秆+地膜覆盖既增温又保温.地面覆盖的土壤呼吸速率均显著高于对照(P＜0.01),并以秸秆+地膜覆盖的土壤呼吸速率最高,地膜覆盖与秸秆覆盖次之,土壤呼吸速率日变化也呈单峰曲线,与 5cm、10 cm地温日变化趋势一致,峰值出现在14:30左右,土壤呼吸速率与 5cm、10 cm地温达显著或极显著相关.秸秆覆盖与秸秆+地膜覆盖的0～20 cm土层土壤容重显著小于地膜覆盖与对照(P＜0.01),地膜覆盖的土壤容重略小于对照,随着土层的加深,各处理间土壤容重差异渐小.     

极端干旱条件下燕麦垄沟覆盖系统水生态过程

围绕极端气候条件下沟垄沟覆盖系统水文过程和水生产力变化问题开展两年的大田试验研究。以裸燕麦坝莜3号品种为材料,于2010年和2011年在甘肃定西进行,以充分灌溉为对照组,设置平地无种植、垄沟无覆膜种植、垄沟覆膜种植、裸地4个处理(此4个处理均无灌溉),测定生育期降雨、气温、0—140 cm土壤剖面水分变化、作物生长和产量等指标。结果表明,2010年和2011年分别为阶段性极端干旱和全生育期极端干旱两个类型,均导致所有处理组中土壤剖面60—100 cm的"土壤干层"现象,垄沟覆膜处理对"土壤干层"现象具有显著的缓解效应。与对照组相比,垄沟覆膜处理显著促进了收获期土壤剖面贮水量的回升,其贮水量分别提高了41.2 mm(2010年)和22.4 mm(2011年),全生育期水分利用效率和水生产力分别提高了1.7、0.4 kg·hm-2·mm-1(2010年)和6.5、9.8 kg·hm-2·mm-1(2011年)。另外,垄沟覆膜处理组的地上生物量比对照组降低了30.5%(2010年)和67.42%(2011年),但收获指数较对照分别提高了33.4%(2010年)和55.6%(2011年)。研究表明,垄沟覆膜处理促进了降水向土壤水和作物水的转化效率,显著地缓解了作物水分供需矛盾,是应对极端气候变化的重要生态策略。     

覆膜对旱地麦田土壤水分及氮素平衡的影响

通过大田试验研究了平膜穴播和垄膜沟播等覆膜方式对晋南旱地麦田土壤水分、氮素平衡及产量的影响,以期在当地确立一套适宜的科学覆膜方式,为晋南旱塬地区乃至我国旱作小麦的高产优质提供理论依据。结果表明,垄膜沟播和平膜穴播处理的冬小麦增产效果显著,且以平膜穴播处理的效果最优,较测控施肥处理的籽粒产量和生物产量分别提高22.71%和25.45%。经过冬小麦一个生育期对土壤水分的吸收利用,两种覆膜处理的耗水量较不覆膜处理有较大的提高,而其水分利用率略低于不覆膜处理,但差异不显著。两种覆膜处理也能提高麦田的降水生产效率和休闲效率,较不覆膜处理分别提高9.46%—30.16%和9.95%—39.22%。覆膜有利于氮的矿化,并能促进小麦对氮素的吸收利用,同时也可以在一定程度上降低氮素在土壤中的残留,最终有利于小麦增产。     

不同耕作和覆盖方式对紫色丘陵区坡耕地水土及养分流失的影响

采用随机区组试验,研究了四川紫色丘陵区坡耕地不同耕作和覆盖方式对玉米生育期中水土及养分流失的影响。结果表明:秸秆覆盖对减少水土流失和增加玉米产量的效果均优于地膜覆盖。秸秆覆盖能显著减少地表径流(73.9%—86.2%),但增加了壤中流(15.4%—156.4%);使径流总量降低32.5%—66.6%,并极显著降低土壤侵蚀总量达96.4%—98.1%。地膜覆盖虽能在一定程度上减少壤中流和径流总深,但差异未达到显著水平。土壤N平均损失量达37.4kg/hm2,其中70.1%经由壤中流流失。秸秆覆盖虽然增加了一定的壤中流N损失,但能减少N流失总量达12.8%—65.1%。土壤P素损失量相对较小,仅为9.32kg/hm2,并主要随侵蚀泥沙迁移,占流失总量的92.1%。土壤K损失量达183.3kg/hm2,其流失载体也主要是侵蚀泥沙,占96.5%。因此,两种覆盖方式均能显著控制土壤P和K的损失。无论是秸秆还是地膜覆盖,与顺坡垄作相比,横坡垄作均能减少地表径流、地下径流、土壤侵蚀量及氮、磷、钾素总流失量,同时还能提高玉米产量。从简便、增产和防治面源污染的角度考虑,紫色土区坡耕地最适宜的种植方式为平作+秸秆覆盖。