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保护性耕作对农田土壤生态因子及温室气体排放的影响

赵建波  
【摘要】: 本研究于2005年-2007年在山东农业大学农学实验站展开,试验以华北平原小麦-玉米两熟农作制下保护性耕作田为研究对象,探寻保护性耕作条件下农田土壤理化性状、微生物特性、土壤酶活性、土壤温室气体排放变化以及对作物发育动态的影响,以明确保护性耕作与各指标之间的关系,为实现低耗高效的耕作方式提供理论基础。主要研究结果如下: 1.保护性耕作对土壤物理性质的影响 秸秆还田提高0-30cm土壤水稳性团聚体含量。保护性耕作提高0-10cm土层水稳性团聚体含量。保护性耕作的土壤分散系数小于常规耕作。保护性耕作能显著提高土壤毛管孔隙度,秸秆还田有利于土壤孔隙度的增加。耕作因素是非毛管孔隙度的决定性因素。在秸秆还田条件下,深松处理的水分利用效率最大。在相同耕作措施时,秸秆还田处理的水分利用效率均高于无秸秆还田处理。 2.保护性耕作对土壤化学性质的影响 秸秆还田利于提高土壤有机质的含量,在0—10cm耕层,保护性耕作提高土壤有机质含量幅度大于常规耕作。少免耕0--10cm土层有机质含量大于10--20cm土层,常规耕作相反。无秸秆还田处理下,深松、耙耕模式有利于0-10cm土壤全氮含量的增加。秸秆还田处理下,旋耕、耙耕模式土壤全氮含量显著高于无秸秆还田处理。在全氮累积量中,深松模式下全氮累积量平均值高于常规耕作,而免耕、旋耕、耙耕均低于常规耕作。 秸秆覆盖利于0-20cm土壤碱解氮、速效磷、速效钾含量的提高。少耕处理的碱解氮水平均高于常规处理。常规耕作秸秆还田在0-20cm土层提高速效磷幅度最大。免耕无秸秆处理在生育期中能增加土壤速效磷的含量。20--40cm土壤速效钾,总趋势是无秸秆还田大于秸秆还田。3.保护性耕作对土壤微生物特性的影响 0--10cm土壤细菌(除无秸秆还田的常规耕作)、放线菌(除无秸秆还田的常规耕作)、真菌数量,均大于10--20cm土层。10--20cm土层土壤菌数量保护性耕作小于常规耕作。0--20cm土层,秸秆还田的常规耕作真菌量最高,免耕最低。 保护性耕作0-10cm土层的微生物量碳、活跃微生物量、微生物活性均大于10-20cm土层。保护性耕作和秸秆还田利于土壤微生物量碳的提高。保护性耕作利于0-10cm土层活跃微生物量和微生物活性的提高。10--20cm土层的微生物活性,免耕最低。0--10cm,常规耕作呼吸强度大于保护性耕作,免耕最小。0-10cm土层的呼吸强度大于10-20cm,秸秆还田大于无秸秆还田。0-10cm土壤微生物商均高于10-20的微生物商。保护性耕作处理的微生物商高于常规耕作处理。 4.保护性耕作对土壤酶活性的影响 保护性耕作土壤0-10cm的脲酶活性高于10-20cm。常规耕作规律正好相反。秸秆覆盖利于0-10cm土层的蔗糖酶活性的提高。0--20cm土壤蔗糖酶活性,秸秆还田的常规耕作最高,免耕最低。0-10cm土层过氧化酶活性,保护性耕作(除深松)大于常规耕作。10-20cm土层,免耕酶活性降低,深松和常规处理的酶活性提高。秸秆利于土壤过氧化氢酶活性的提高。 5.保护性耕作对小麦田温室气体(CH4、N2O、CO2)排放的影响 麦田处理表现为CH4的吸收汇,保护性耕作CH4吸收量小于常规耕作;保护性耕作CH4吸收量与温度正相关,与水分负相关,常规耕作与两因素相关性不显著。各处理CH4吸收量与NH4+含量显著负相关。除免耕秸秆还田外,N2O排放通量保护性耕作与常规耕作差异显著。保护性耕作(除免耕)利于N2O的排放。温度是制约N2O排放的关键因素,随着温度的升高N2O表现出增加的趋势。N2O排放与水分、土壤无机氮含量无相关性。CO2排放通量常还最高的,免耕最低,秸秆覆盖利于CO2的排放。相关分析表明,CO2排放通量与气温、5cm地温之间呈显著正相关关系,与水分相关性不显著。 玉米季土壤是CH4的吸收汇,苗期CH4的吸收通量最低,灌浆期最高。处理间相比,无秸秆还田的常规耕作常还松还耙还旋还免耕。N2O排放通量在苗期和大口期出现排放峰值,收获期出现最低值,少免耕处理的N2O排放通量大于常规耕作。苗期CO2排放通量最小的,大口期CO2的排放通量达到最大值。常规耕作CO2排放通量大于保护性耕作。 常规耕作温室总效应均大于保护性耕作,免耕最小,常规耕作秸秆覆盖最大。玉米季的温室效应大于小麦季。N2O和CO2是温室正效应, CH4是负效应,温室效应主要表现为CO2的效应。 6.保护性耕作对作物发育动态及产量的影响 免耕处理基本苗均极显著低于常规无秸秆还田。小麦冬前最大分蘖耙还、常还高于常无,免无、松无、免还、松还显著低于常无,耙无处理与对照无显著差异。小麦春季最大分蘖松无、耙还PH与常无无显著差异,免耕处理显著低于AC。 小麦,秸秆还田条件下,常规耕作的穗数最高。无秸秆还田条件下,深松、免耕和旋耕的穗数显著低于常规耕作,免耕和旋耕的穗粒数极显著低于常规耕作。深松的籽粒产量均显著高于常规耕作,免耕和旋耕均极显著低于常规耕作。玉米,在秸秆还田条件下,深松的千粒重高于常规耕作,免耕和旋耕则极显著低于常规耕作。深松与耙耕行粒数高于常规耕作,免耕与旋耕极显著显著低于常规耕作。深松与耙耕的籽粒产量高于常规耕作,免耕和旋耕比常规耕作低。相同耕作措施下,秸秆还田的籽粒产量均高于无秸秆还田。


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