赵彩霞[1]2004年在《高产农田生态系统不同秸秆还田模式和施肥水平对作物生长的影响研究》文中研究指明我国以大量化肥和农药投入为特征的高度集约化现代农业已经导致一系列生态环境问题。本研究作为国家自然科学基金项目“基于农田生态碳氮平衡的环境成本评估模型研究”的一部分，以典型华北高产粮区—山东省桓台县为例，采用调查研究和田间试验相结合的方法对该地区农田生态系统的作物生长动态、土壤碳氮平衡进行了初步研究。针对该县两大农田管理措施：大量施肥和秸秆还田，对叁种秸秆还田模式(小麦玉米秸秆全还田、小麦秸秆还田、不还田)、四个氮肥水平(当地常规水平即高氮、比常规低30％即中氮、比常规低70％即低氮、不施氮肥)、施用有机肥叁个试验因素进行田间试验，设置八个试验处理。研究结果如下： 1．在冬小麦生长季，全还田不施肥处理籽粒产量最高达5.49 t·hm~(-2)，小麦还田施高氮处理籽粒产量最低为5.13 t·hm~(-2)，减产7％，但是各处理间没有显着差异。同样小麦还田条件下，施中氮处理产量最高。 2．在夏玉米生长季，小麦还田施低氮处理籽粒产量最高达5.93 t·hm~(-2)，同样还田条件下，施高氮、施中氮、不施氮分别减产16％、27％、17％，各处理间没有显着差异。 3．从可持续发展角度分析，该地区应该减少氮肥施用量，增加有机肥替代比例，高效利用秸秆资源，进一步提高粮食生产的经济效益。
潘志勇[2]2005年在《基于试验与模型的C、N循环研究》文中提出本论文以桓台县高产农田生态系统为例,研究了不同秸秆还田模式和施氮量对农田N_2O与CO_2排放以及土壤硝态氮含量的影响,并通过对引进DAISY模型的参数调整对其进行模拟校验,从而为评价农业生产对环境的影响提供理论依据与分析方法。田间试验于2002年9月-2003年11月进行,主要结果如下: 1N_2O排放量和施氮量呈正相关关系;在作物生长旺盛期,由于温度较高导致N_2O排放量也较高;施用有机肥可显着增加N_2O排放量,并且有N_2O排放的突发;而秸秆还田与氮肥合理配施在一定程度上有助于降低农田生态系统向大气排放N_2O。 2农田氮的丢失(以N_2O气体排放形式)率以麦秸还田配施高氮量(N3S1)为最低,仅为0.21%,其次是麦秸还田配施中等氮量(N2S1)和麦秸全部还田加玉米秸秆部分还田配施中等氮量(N2S2);而施用有机粪肥氮的丢失率最高,达到1.61%以上。 3施氮量超过400kg/hm~2·a时,土壤铵态氮短期内含量较高,达10—25mg/kg,土壤硝态氮含量迅速上升,且上下层硝态氮比例受灌溉的影响较大,冬前有65%的硝态氮淋溶到下层土壤;施氮量低于400kgN/hm~2时,土壤铵态氮含量水平较低,硝态氮含量受降雨或灌溉的影响较大;麦秸还田不施氮(NOS1)条件下,土壤下层硝态氮含量呈上升趋势,这与秸秆的腐熟过程相关。施氮量过高(600kg/hm~2·a)对作物生产产生负效应,与施氮量400Kg/hm~2·a比较,籽粒吸氮量降低23.0%、总生物量降低11.74%。 4氮肥施用量与秸秆还田模式都是影响土壤CO_2排放的重要因素,玉米秸秆部分还田加麦秸全部还田的处理土壤CO_2排放通量高于其它中低氮处理,而麦秸还田与不还田的各处理间差别不大。麦秸还田配施高氮处理的CO_2排放通量普遍高于其它处理;施用粪肥对土壤CO_2排放影响不显着。 5通过对DAISY模型作物参数的调整,其预测的作物生长过程和各器官产量与实际试验结果相关性达到了显着或极显着水平,在此基础上对试验数据进行了模拟,结果显示:在施氮量低于400kg/hm~2·a时,土壤剖面硝态氮含量可得到理想的模拟结果,模型可以较好的模拟和预测作物吸氮量及田间N_2O和CO_2的排放状况,但当施氮量超过400kg/hm~2·a时,土壤CO_2排放的模拟值普遍高于实测值。 结合桓台县实际存在的情况,以N1S1和N2S1处理较为理想,控制施氮量不高于400kg/hm~2·a,以达到经济效益、生态效益两得的效果。
王维钰[3]2016年在《关中地区不同轮作模式下秸秆还田与施肥对农田碳平衡的影响》文中进行了进一步梳理农田生态系统是重要的碳源和碳汇。随着种植业领域化肥等人工投入的不断增加,间接引起了农田生态系统二氧化碳排放的增加。土壤碳库的动态变化、作物呼吸等因素是农田生态系统的碳排放的重要因素。本研究采用长期田间定位试验的方式,设置不同秸秆还田水平(秸秆还田、秸秆半量还田、秸秆不还田)及施肥水平(全量氮肥、80%氮肥、不施肥)相组合的9个处理,对陕西关中旱作条件下麦闲、麦玉、麦豆3种主要的种植模式下土壤的有机碳储量、土壤呼吸及其主要影响因子、作物固碳能力的进行长期定位监测,在此基础上估算了土壤的碳平衡,并结合土壤养分,筛选出适宜于关中地区最佳的还田模式、培肥模式,揭示长期定位试验条件下土壤不同种植模式下,农田土壤碳库的动态变化规律及影响因素,为构建低碳农业技术体系提供理论及技术支撑。主要结论如下:(1)土壤呼吸具有明显的季节变化规律,作物生育期内,秸秆还田具有降低作物生育期土壤呼吸平均速率的作用,而施肥可以提高作物生育期土壤呼吸的平均速率。整个研究周期内不同处理的土壤呼吸总量尽管有所波动,但整体均呈现潜在的下降趋势。(2)土壤呼吸受到土壤温度和土壤湿度的共同调控,土壤呼吸平均速率与5cm土壤的平均温度以及10-20cm土壤的平均含水量呈正相关(3)连续3年的轮作后,秸秆还田结合施肥可以大幅增加0-40cm土壤速效养分储量及含量。在3种轮作模式下,秸秆还田全量氮肥处理的速效磷储量及含量均高于其他处理。秸秆半量还田全量氮肥处理的速效钾储量及含量均高于其他处理。而就碱解氮含量而言,在麦豆轮作和麦玉轮作下,秸秆还田全量氮肥的处理碱解氮储量及含量最高,而在麦闲轮作下,碱解氮储量及含量最高的处理为秸秆半量还田全量氮肥。(4)不同轮作模式的作物碳固定总量有所差异,且秸秆还田结合施肥能够明显提高碳固定总量。麦闲轮作模式、麦豆轮作模式、麦玉轮作模式的净碳排放值依次为55.46kg·m-2C、69.72 kg·m-2C、84.22 kg·m-2C。麦闲轮作中秸秆还田80%氮肥处理的净碳排放最低,麦豆和麦玉轮作模式下,净碳排放最低的处理均为秸秆还田全量氮肥处理。(5)综合分析3种轮作模式下各处理的土壤养分状况与净碳排放可知:秸秆还田全量氮肥处理的农田碳平衡效应最优。
鲁宁[4]2014年在《生物炭对华北高产农田土壤碳和作物产量的影响》文中进行了进一步梳理生物炭（biochar)在土壤碳截留、温室气体减排及土壤质量改良等方面均具有潜在作用。由于影响生物炭效应的因素很多，如生物炭来源、生物炭性质、土壤类型、作物、施肥等，特别是当前生物炭效应缺乏长期定位试验研究，生物炭对土壤碳库和作物产量影响的长期效应尚缺乏深入研究，且存在一定不确定性。本研究基于华北高产农田连续施用生物炭5年的定位试验，监测了2012/6-2013/6期间夏玉米-冬小麦季土壤呼吸和活性有机碳库，并补充监测了2013/6-2013/10夏玉米季作物根际呼吸的变化情况，分析了2011-2013年不同处理作物产量，以期揭示大田条件下连续施用生物炭对土壤碳截留的影响和作物产量的影响。田间定位试验布置于2007年，位于山东桓台华北集约农业生态系统试验站，设CK（单施化肥）、BC4.5（施用化肥+生物炭4.5t ha-1yr-1）、BC9.0（施用化肥+生物炭9.0t ha-1yr-1）和SR（施用化肥+秸秆还田）四个处理。种植制度为小麦玉米轮作，土壤类型为砂姜潮湿雏形土。土壤呼吸速率（Rs）及表层土壤温度和土壤含水量（0-5cm）利用土壤碳通量自动测量系统Li-8100A测定，土壤微生物量碳（MBC）采用氯仿熏蒸法测定，土壤易氧化碳（ROC）采用高锰酸钾氧化法测定，土壤热水溶性(HWC)有机碳用80°C水浴法提取，土壤黑碳（BC）采用重铬酸钾氧化法去除有机碳然后用TOC分析仪测定。主要结论如下：（1）各处理Rs均具有明显的昼夜和季节变化特征。冬小麦季各处理Rs的季节波动（季节变异系数65.1~74.8%）高于夏玉米季（季节变异系数48.4~53.4%）。与CK处理相比，BC4.5、BC9.0和SR处理对冬小麦及夏玉米季Rs季节变异系数均无显着影响（P>0.05）。研究期间，CK、BC4.5、BC9.0和SR处理累积土壤呼吸通量分别为26.64、27.63、27.80、33.11t CO-2ha1，BC4.5、BC9.0处理对夏玉米季及冬小麦季土壤呼吸通量均无显着影响（P>0.05）。SR处理在冬小麦季土壤呼吸通量显着高于CK处理（P<0.05）。BC4.5、BC9.0和SR处理对玉米根际呼吸通量均无显着影响（P>0.05），对玉米根际呼吸占土壤呼吸的比例也均无显着影响(P>0.05）。各处理Rs与土壤温度之间存在极显着的指数相关性（P<0.01），各处理夏玉米季土壤呼吸温度敏感性Q10值（3.64-4.20）均高于冬小麦季（2.60-3.17），同时在夏玉米季不同处理间Q10差异不显着（P>0.05），SR处理在冬小麦季Q10显着高于BC4.5、BC9.0和CK处理（P<0.05）。各处理Rs与土壤湿度呈极显着的负相关关系（P<0.01）。(2)BC4.5和BC9.0显着增加了土壤MBC和ROC含量（P<0.05），对HWC的影响不显着（P>0.05）。SR处理显着增加土壤MBC、ROC、HWC等活性有机碳库的碳含量（P<0.05）。各处理活性有机碳库碳含量均具有明显的季节动态波动。其中土壤MBC季节波动（季节变异系数35.3-46.0%）高于ROC（季节变异系数27.4-24.9%）和HWC季节（季节变异系数17.8-29.2%）。BC4.5、BC9.0和SR处理对土壤MBC的季节变异均无显着影响（P>0.05），但均显着降低土壤ROC季节波动的作用（P<0.05），同时SR处理显着增加了土壤HWC的季节波动（P<0.05），BC4.5、BC9.0对土壤HWC的季节波动没有显着影响（P>0.05）。施用生物炭显着提高了土壤BC和有机碳(SOC)含量（P<0.05），并且土壤BC和SOC含量随生物炭施用量的增加而增加。BC4.5处理和BC9.0处理与CK相比，土壤BC含量分别增加180%和337%，土壤SOC分别提高19.7%和60.7%。（3）BC4.5、BC9.0和SR处理对玉米和小麦实际产量及平均亩穗数均无显着影响（P>0.05）。在2012/6-2012/10玉米季，BC9.0和SR处理玉米穗粒数显着高于CK处理（P<0.05）；在2012/10-2013/6冬小麦季，BC9.0和SR处理小麦千粒重显着高于CK处理（P<0.05），其他时期不同处理间玉米和小麦穗粒数、千粒重均无显着差异（P>0.05）。研究结果表明，在华北高产农田连续5年施用生物炭虽未显着增加作物产量，但也没有降低作物的产量。在维持高产的前提下，生物炭还田显着增加了农田土壤有机碳和黑碳含量，而对土壤呼吸排放通量并没有显着影响，即显着增加了土壤碳截留。
马小婷[5]2017年在《秸秆还田下氮肥减施对农田土壤温室气体排放的影响》文中提出研究不同秸秆还田方式配施不同施氮量下冬小麦农田CO_2、CH_4和N_2O的排放及净增温潜势(Net global warming potential,△GWP),有助于科学评价秸秆还田和减氮在减缓全球变暖方面的作用,为制定田间合理的减排措施提供依据。本文以黄淮海区域小麦田为研究对象,应用静态箱—气相色谱法于2015年9月至2016年6月监测了不同秸秆还田方式和氮肥处理下冬小麦土壤CO_2、CH_4和N_2O的排放通量,估算了温室气体排放总量。试验设3种秸秆还田方式(CK—秸秆不还田、MS—秸秆-菌渣还田、DS—秸秆直接还田)配施3种施氮量(N_1—210、N_2—255、N_3—300kg N·hm~(-2))共组成9个处理,应用静态箱—气相色谱法监测了不同处理下冬小麦土壤CO_2、CH_4和N_2O的排放通量,估算了温室气体排放总量。试验期间记录了每项农事活动机械燃油量、灌溉耗电量、施肥量和秸秆焚烧量,依据温室气体排放系数统一转化为等当量CO_2;测定籽粒产量和生物量,计算净初级生产力;根据每个分项最终计算出9个处理的净增温潜势。研究得出的结论如下:(1)黄淮海区域冬小麦农田土壤是CO_2和N_2O的排放源,是CH_4的弱吸收汇。CO_2约排放8715kgCO_2·hm~(-2),N_2O大约排放508kgCO_2·hm~(-2),CH_4大约吸收22kgCO_2·hm~(-2)。(2)秸秆还田和高施氮量处理会显着促进CO_2排放;MS处理会降低CH_4的吸收量,N1处理更有利于CH_4的吸收;DS处理和减量施氮都可以显着降低N_2O排放量。(3)秸秆焚烧会排放大量温室气体,约为5156kgCO_2·hm~(-2),相当于冬小麦土壤温室气体的直接排放量;农田管理措施引起的温室气体间接排放量为3208kgCO_2·hm~(-2),超过直接排放量的1/3,不容忽视。MS和DS处理可以显着提高籽粒产量16.1%和14.3%(P<0.01),而减氮不会对其产生显着影响(P>0.05)。(4)秸秆不同还田方式和施氮处理下的△GWP均为负值,分别为CKN1:-4359kgCO_2·hm~(-2),CKN_2:-5663kgCO_2·hm~(-2),CKN3:-2747kgCO_2·hm~(-2),MSN1:-16964kgCO_2·hm~(-2),MSN_2:-13089kgCO_2·hm~(-2),MSN3:-12469,DSN1:-10899,DSN_2:-14582kgCO_2·hm~(-2),DSN_2:-9212kgCO_2·hm~(-2),是温室气体“汇”。MS和DS处理下的△GWP分别为-14174 kgCO_2·hm~(-2)和-11565 kg CO_2·hm~(-2),可以显着加强冬小麦农田土壤对全球变暖的减缓效应。考虑到减氮对作物产量没有显着影响,因此推荐菌渣或秸秆直接还田搭配210 kg·hm~(-2)施氮量,是既能保证作物产量又能显着缓解温室效应的双赢组合。
黄剑[6]2012年在《生物炭对土壤微生物量及土壤酶的影响研究》文中研究表明生物炭是植物体在缺乏空气的条件下低温（＜700℃）加热裂解所得到的黑色富碳产物。生物炭具有较强的稳定性和一定的吸附性，其降解速率极为缓慢，施用于土壤可以起到固碳的作用。科研界呼吁将农业废弃物加工成为生物炭施用于土壤，以增加土壤碳截留，应对气候变化。然而，施用生物炭对农田土壤生态系统的影响还不清楚。本研究基于华北高产农田连续4年的长期定位试验，通过对2010-2011年冬小麦季的土壤微生物量和土壤酶活性的取样分析，研究长期施用生物炭对其的影响。试验共设置5个处理：CK处理（只施用氮磷钾肥）、C1处理（施用氮磷钾肥+2250kg·hm~(-2)生物炭粉）、C2处理（施用氮磷钾肥+4500kg·hm~(-2)生物炭粉）、CN处理（施用750kg·hm~(-2)炭基缓释肥）和SR处理（氮磷钾肥+秸秆全量粉碎还田），每个处理3个重复，随机排列。在小麦季按不同生育期取样5次，分别为播种后、封冻前、返青期、拔节期和收获期。每次取样分为4层，分别为0-5cm层、5-10cm层、10-20cm层和20-30cm层。对土样的土壤含水量、土壤微生物量碳、土壤微生物量氮、土壤转化酶活性、土壤过氧化氢酶活性、土壤脲酶活性和土壤碱性磷酸酶活性进行测定。主要结论如下：(1)与对照相比，生物炭的施用显着提高了土壤微生物量碳水平。生物炭的施用量越大，其对土壤微生物量碳的影响越大（61.3%~762.6%）。生物炭在一定程度上提高了土壤微生物量氮水平，但当施用量达到4500kg·hm~(-2)时，会显着降低土壤微生物量氮（-66.8%）；整个小麦季土壤微生物量表现出明显的季节波动。生物炭施用下的土壤微生物量碳的波动相对于其他处理更为平缓，其季节变异系数显着低于其他处理。与秸秆还田等方式相比，生物炭施用增加了土壤环境的稳定性；各处理的土壤微生物量碳氮比基本保持恒定，但C2处理下的土壤微生物量碳氮比表现例外,其显着增加了土壤微生物量碳氮比，并具有最为剧烈的季节变动。C2处理下土壤微生物量碳氮比的季节变异系数显着高于其他处理（33.0%）。(2)生物炭施用对土壤温度无显着影响，而对土壤含水量影响较为显着。土壤微生物量碳和土壤温度无显着相关性，和土壤含水量具有较好的相关性。结果表明，由于生物炭施用引起的土壤含水量的变化是影响土壤微生物量碳的可能因素之一。(3)生物炭施用对土壤酶活性的影响显着。其中，土壤转化酶、脲酶和土壤碱性磷酸酶活性在生物炭施用处理下都有较大幅度的提高，在C2处理下分别增加了6.9%~138.2%、15.6%~248.2%和52.2%~296.0%，对土壤过氧化氢酶的影响相对较弱，但也表现为显着提高（3.6%~37.7%）。生物炭施用量较高时，一定条件下对土壤脲酶可能起到抑制作用（-11.9%）。(4)生物炭施用对土壤酶动力学参数有显着影响。施用生物炭后，4种土壤酶的V_(max)值均有所增加，但K_m值表现各不相同，转化酶、脲酶和碱性磷酸酶的K_m值均有所增加而过氧化氢酶的K_m值则有所减少。表明生物炭施用增加了土壤酶的催化容量，但对其与底物亲和力的影响则与不同因素相关。(5)生物炭施用对小麦和玉米产量无显着影响，但显着提高了小麦籽粒重。
刘世平[7]2006年在《稻麦两熟制不同耕作栽培方式对农田生态环境和周年生产力的影响》文中研究说明稻麦免耕套种与秸秆还田是一种新型的耕作栽培方式，不同程度地改变了农田生态环境，直接影响稻麦的生长。通过稻麦两熟制不同耕作栽培方式对农田生态环境、稻麦生长发育、产量品质和周年效益的研究，揭示新型耕作栽培方式土壤供肥特征和稻麦吸肥与生长发育规律，为稻麦轻型高产、优质、高效栽培提供技术和理论支撑，为有效地开展免耕、合理轮耕和秸秆还田提供科学依据。本研究通过网室和大田小区3年4种不同耕作栽培方式的定位试验，研究了稻麦两熟条件下，免耕套种与秸秆还田对农田生态环境和周年生产力的影响。主要结果如下：(1)稻田免耕套种小麦留茬高度超过30 cm时，对晴天的透光率影响较大，影响小麦苗期生长。因此，从透光对小麦生长和秸秆自然还田两方面考虑，留茬高度在20～30 cm时较为适宜。免耕与秸秆覆盖麦田苗期高温晴天中午土壤的温度降低，而早晚的土温略高，土温的日较差比较小，日均土温稍有降低，而低温晴天和阴天的日均土温略高。(2)麦田干旱时免耕覆盖土壤含水率较高，下雨后透水性较好。免耕覆盖有助于防止土壤水分蒸发，降低地表径流，增加水分渗透。在网室水泥池不渗漏的情况下，稻田秸秆还田后水体的pH值降低，化学耗氧量(COD)提高。还田30天内，pH值免耕覆盖还田比翻耕不还田最多降低1.0左右；翻耕还田、免耕高茬、免耕覆盖还田的COD分别为翻耕不还田的3倍、8-12倍和11-17倍。大田水体的pH值和COD变化没有这样大，对水稻生长不会产生明显影响。(3)免耕套种的耕层土壤容重和穿透阻力均有所增加，但不会明显影响稻麦的生长。秸秆还田3年后，土壤肥力提高，有机质、全氮、速效磷、速效钾翻耕还田比翻耕不还田分别增加2.0％-8.3％、2.9％-4.7％、0.1％-3.1％、10.7％-23.5％，以速效钾增加的幅度最高。秸秆还田对土壤速效氮有一定的缓冲和调节作用，翻耕秸秆还田处理前期有一定程度的下降，而后期速效氮含量明显上升。秸秆还田为土壤微生物活动繁殖提供了充足的能源和碳源，利于土壤微生物活动，促进磷、钾的有效化，也有利于后期土壤速效磷、钾的提高，微生物生物量N增加，麦收时翻耕秸秆还田处理耕层土壤微生物量N最高，稻收时以免耕覆盖还田微生物量N最高，均为翻耕不还田的1倍。(4)麦田埋在土层7cm和14cm的秸秆腐解速度较快，且以埋深14cm最快，覆盖在表层较慢，说明秸秆与土壤密切接触，有利于秸秆腐解。稻田由于有水层的作用和高温高湿的环境，覆盖在表层秸秆腐解也较快。麦季稻秸覆盖还田一季后秸秆残留率在60％左右，埋在土层的残留率在40％左右；稻季麦秸覆盖还田一季后秸秆残留率在25％左右，而埋在土层的残留率在20％左右。覆盖还田秸秆固定的氮素较多，对稻麦生长供应的氮素没有翻入土壤的多，但可起到很好的调节作用，提高氮肥利用率。随着还田秸秆的腐解，秸秆含氮率逐渐增加，全碳含量逐渐下降，秸秆C／N比降低。麦田稻秸表层C／N比一直较高，而稻田的麦秸表层C／N比最低，7cm最高。麦田和稻田前期不同埋深对秸秆全碳的影响不显着，C／N比主要取决于秸秆的含氮率。一季后麦田稻秸的C／N比在30左右，稻田麦秸的C／N比在15以上，比土壤腐殖质的C／N比高，说明一季后秸秆还都未完成其腐殖化过程。(5)秸秆覆盖会影响小麦种子的发芽出苗，基本苗减少，秸秆较多处小麦冻害较重。小麦累积干物重以翻耕处理较高，免耕处理较低，成熟期免耕比翻耕平均低15％左右，而免耕秸秆覆盖还田与翻耕秸秆覆盖还田、免耕高茬与翻耕不还田差异不显着。由于免耕套种小麦的含N、P率略低，含K率持平，累积N、P、K吸收量比翻耕处理低20％左右。在同期播种，相同播量的情况下，免耕套种小麦穗数较少，千粒重较高，第一年实际产量略低。但随着连续免耕时间的延长，残留秸秆较多，稻田水绵严重，影响套种小麦出苗，免耕处理产量明显降低，免耕秸秆覆盖还田比翻耕不还田平均降低7.27％，必须改变播种方式或轮耕。耕翻秸秆覆盖还田在麦季的产量有增有减，比翻耕不还田平均减产1％左右。免耕与秸秆还田的小麦容重降低，但出粉率提高，可改善小麦的商品品质。在土壤肥力较低时，免耕处理粗蛋白质和湿面筋含量有降低趋势。而秸秆覆盖还田可提高粗蛋白质和湿面筋含量，有利于改善中、强筋专用小麦的品质。(6)与移栽稻相比，免耕套种水稻株高较低，单茎叶面积略小，生物量低，但生育后期干物质累积量增加迅速。从秸秆还田来看，水稻干物质的积累翻耕秸秆还田低于翻耕不还田，免耕套种覆盖低于免耕高茬，翻耕移栽秸秆还田处理在拔节期表现尤其明显。随着生育期的推进，植株含氮磷钾率逐渐下降，秸秆还田前期与水稻争氮，后期又释放氮素供水稻吸收，植株含氮率成熟期免耕套种与移栽相差不大，但无论是秸秆还是籽粒，免耕和翻耕秸秆还田都显着高于翻耕不还田。成熟期植株含P、K率也以免耕和翻耕秸秆还田处理为高，翻耕不还田较低。累积吸收N、P、K的量均以免耕覆盖和翻耕秸秆还田处理较高，免耕高茬和翻耕不还田较低，免耕覆盖还田与翻耕还田、免耕高茬与翻耕不还田间差异不明显。解决好套种水稻的立苗和草害等问题，套种水稻的产量可与移栽水稻的产量持平或略增。翻耕秸秆还田的水稻产量最高，平均比翻耕不还田增产3％左右。免耕套种覆盖还田也能获得较高产量，比翻耕不还田增产0.8-3.1％。在亩穗数相差不大的情况下，免耕套种水稻每穗实粒数较少，千粒重较高，套种水稻可获得较高产量。主要是水稻后期根系活力强，干物质积累多，抗病抗逆性强。水稻免耕套种可明显改善稻米的加工品质和外观品质，提高其出糙率、精米率和整精米率，降低垩白率和垩白度。翻耕移栽秸秆还田也能提高整精米率，垩白率、垩白度略有降低。水稻免耕套种和秸秆还田可提高稻米蛋白质含量，降低直链淀粉的含量，使其胶稠度变软，稻米品质变优；而水稻移栽秸秆还田条件下蛋白质含量提高，直链淀粉含量略增，胶稠度变硬。(7)土壤肥力数值化综合评价表明，不同处理养分肥力指标(NFI)以免耕秸秆还田最高，耕翻不还田最低；但综合肥力指标(IFI)却以耕翻秸秆还田最高，免耕高茬最低，主要受土壤容重影响。可以认为，综合肥力指标是耕地现实持续生产力的标志，养分肥力指标是耕地潜在持续生产力的标志。翻耕秸秆还田耕地现实持续生产力最好，免耕秸秆还田有较高的耕地潜在持续生产力。免耕套种的小麦产量较低，水稻产量有所增加，考虑节省的秧田种植小麦，则稻麦年产量免耕套种高于翻耕。从技术经济角度分析，在掌握一定的栽培技术后，采用稻麦免耕套种方式，能增加稻麦两熟的周年产量，具有明显的节本增收效果。稻麦周年产量生产力和经济生产力以免耕套种秸秆还田最高，免耕高茬次之，翻耕秸秆还田较低，翻耕不还田最低。翻耕秸秆还田比不还田有一定的增产增收效果，如果考虑到秸秆还田后所带来的土壤肥力效应和减少肥料用量，增产增收效果更为明显。高产、高效、可持续发展是现代农业所追求的目标。运用综合评分法对稻麦两熟制不同耕作栽培方式周年生产力综合评价，选择产量和产值作为高产的指标，选用低成本和纯收入作为高效的指标，选用土壤肥力综合评价指标NFI和IFI作为可持续发展指标。根据高产、高效和可持续等总指标的相对重要性，高产为35％，高效为35％，可持续为30％，确定各指标的权重。高产指标中年产量为20％，总产值为15％：高效指标中总成本为15％，纯收入为20％，可持续指标中NFI为10％，IFI为20％。4个耕作栽培方式综合评分结果：免耕套种秸秆还田得分最高，周年生产力最好，免耕高茬次之，耕翻还田再次，耕翻不还田得分最低，周年生产力最差。
曹志平, 乔玉辉, 王宝清, 徐芹[8]2004年在《不同土壤培肥措施对华北高产农田生态系统蚯蚓种群的影响》文中研究表明通过在华北高产农田生态系统进行的土壤培肥试验 ,研究了不同秸秆还田方式和施肥措施对土壤大型动物——蚯蚓的影响。研究结果表明 :该区域高肥力土壤共有 7种蚯蚓 ,其中以正蚓科梯形流蚓为主 ,并同时分布巨蚓科的远盲蚓属、腔蚓属和链胃蚓科的杜拉蚓属的一些广布种。全年平均种群密度为 83.83条 /m2 ,最高种群数量出现在 1998年 8月份 ,其季节变化趋势为夏季 >春季 >秋冬季。在投入同量化肥条件下 ,有机物投入越多 ,蚯蚓越丰富 ,其生物量有以下趋势 :化肥投入 <化肥与麦秸还田 <化肥与玉米秸麦秸全还田 <化肥与玉米秸麦秸还田加施有机肥处理。在有有机物投入的条件下 ,化肥对土壤生物的负面效应不明显 ,不会对土壤中的蚯蚓有较大影响 ;而单施化肥 ,对蚯蚓负面影响较为显着。有机肥的施入可以增加蚯蚓的种群数量 ,随着时间的增加这种趋势越明显
张俊丽[9]2013年在《耕作和施氮措施下旱作夏玉米田土壤呼吸与土壤碳平衡研究》文中研究说明以全球气候变暖为主要特征的气候变化是目前人类面临的最为严峻的全球环境问题之一。气候变化的主要原因是人类活动向大气排放过量的CO2、CH4和N2O等温室气体。农田生态系统碳库是陆地生态系统碳库的重要组成，也是其中最活跃的部分。土地利用、耕作方式和施肥水平等是人类影响农田生态系统土壤呼吸和碳循环的重要方面。旱作农田在农田生态系统中占有重要地位，夏玉米是我国重要的粮食作物，提高夏玉米产量对解决粮食安全问题有重要意义，而目前关于旱作夏玉米田土壤碳排放和碳平衡的研究较少。因此，本研究立足旱作农田，研究不同耕作方式和施氮水平下旱作夏玉米田土壤碳排放规律，探讨土壤呼吸速率与土壤温度和水分的关系，比较不同耕作方式及施氮量对减少温室气体排放的贡献，并对2种农田管理措施下土壤水、肥利用效率及产量进行分析。研究结果将为温室气体减排、旱作农田作物高产稳产技术体系建立提供一定的理论依据和实践指导。主要研究结果如下：（1）4种耕作方式下，旱作玉米田土壤呼吸速率变化规律基本一致，均随生育时期呈先增后降的变化趋势。整个生长季内，不同耕作方式下土壤呼吸速率表现为DT（深松耕）> PT（翻耕）>RT（旋耕）> NT（免耕），且差异达到显着水平（P<0.05）。不同施氮水平下土壤呼吸速率动态变化为单峰不对称曲线，土壤呼吸速率于播种后开始增加，至播种后52d达到最大值，成熟收获时降至最低；土壤呼吸总量（Sr）与施氮量（n）满足关系式Sr=1204.09/（1+e-1.69-0.02n）。（2）耕作方式对土壤温度的影响在夏玉米生育前期（播种后0～30d）表现明显，表现为RT处理土壤温度高于DT和NT。不同耕作方式下，土壤呼吸对土壤温度的敏感性不同，土壤温度分别可以解释DT、NT、RT和PT处理土壤呼吸速率季节变化的48.10%～59.63%、13.31%～19.90%、23.30%～38.47%和50.72%～53.90%。土壤温度是不同施氮水平下旱作玉米田土壤呼吸的关键影响因素，土壤温度可以解释土壤呼吸速率季节变化的62.31%～78.66%；整个生长季，Q10为1.377～2.435。其中，夏玉米拔节期至抽雄期Q10较大；生长初期和生育后期Q10较小。（3）耕作方式对土壤含水量的影响在夏玉米生育前期（播种后0～30d）表现明显，随生育时期推进，差异逐渐缩小。单独分析土壤水分与土壤呼吸速率的关系时，两者没有明显的相关性。综合考虑土壤水分和土壤温度的交互作用，可提高土壤呼吸预测的准确性。不同耕作方式下，土壤水分和土壤温度共同分别可以解释土壤呼吸季节变化的31.46%～76.83%（2010年）和21.26%～57.61%（2011年）。土壤水分和温度是不同施氮水平下旱作玉米田土壤呼吸的关键影响因素，两者可以解释夏玉米生长季土壤呼吸季节变化的79.63%～85.87%。（4）随土层深度增加，有机质含量逐渐降低。不同耕作方式下，0～20cm土壤有机质含量表现为DT>NT>RT>PT，但各处理间差异均不显着（P>0.05）；PT和DT处理20～40、40～60cm土壤有机质含量显着高于NT（P<0.05）。与不施氮肥处理（CK）相比，各施氮处理0～20cm土壤有机质含量均增加，增加幅度为5.22%～9.96%；80kg/hm2和160kg/hm2施氮处理40～60cm土壤有机质含量分别较对照增加0.01%和3.40%，而240kg/hm2和320kg/hm2施氮处理低于对照，降低幅度分别为1.44%和1.68%。（5）夏玉米生长季，不同耕作方式下旱作农田生态系统初级生产力固碳量（NPP）为4853.78～6091.49kg/hm2，土壤微生物异养呼吸碳释放量（Rm）为1655.00～4372.90kg/hm2，农田生态系统净碳输入（NEP）表现为RT>NT>PT>DT。不同施氮水平下旱作玉农田生态系统初级生产力固碳量（NPP）为4036.81～5093.52kg/hm2，土壤微生物异养呼吸碳释放量（Rm）为2395.61～2854.80kg/hm2，农田生态系统净碳输入（NEP）表现为N3（240kg/hm2）>N4（320kg/hm2）>N2（160kg/hm2）>CK（不施氮肥）>N1（80kg/hm2）。不同耕作方式和施氮水平下旱作夏玉米田生态系统净碳输入均为正值，说明旱作夏玉米田为大气CO2的汇。（6）夏玉米生长季，DT、NT、RT和PT处理农田土壤净碳释放量分别为-48.45、-79.81、313.46、560.66kg/(hm2·a)。说明，与传统耕作（RT）比较，少免耕处理DT和NT处理在旱作夏玉米田表现为CO2的吸收汇，PT处理表现为排放源，并且NT处理作为CO2吸收汇的潜力大于PT。不同施氮水平下，0、80、160、240和320kg/hm2施氮处理土壤净碳释放量分别为165.55、-1512.89、-991.34、110.22、1461.77kg/(hm2·a)，表明，在考虑农田投入的前提下，80kg/hm2（N1）和160kg/hm2（N2）施氮量处理农田表现为大气CO2的吸收汇，240kg/hm2（N3）和320kg/hm2（N4）处理农田表现为排放源，并且在80～240kg/hm2施氮量范围内，随施氮量增加，旱作玉米田作为CO2吸收汇的潜力减小。（7）RT和DT处理虽可降低作物苗期土壤储水量，但有利于土壤水分下渗，增加中后期土壤储水量，且RT和DT可适度增加苗期土壤温度，促进夏玉米生长发育，玉米籽粒产量分别较NT提高3.35%和1.91%。结合经济效益和环境效益分析，与RT处理比较，NT处理在提高净收益的同时，可有效降低CO2排放强度。0～320kg/hm2施氮量范围内，玉米籽粒产量随施氮量的增加而提高，但240kg/hm2（N3）和320kg/hm2（N4）施氮水平下夏玉米籽粒产量差异不显着（P>0.05）。综合经济效益和环境效益分析，240kg/hm2施氮处理产投比最高，且其CO2排放强度较低。
郝旺林[10]2011年在《不同农田生态系统生产力及环境效应》文中研究表明依据系统的田间定位试验数据,对关中平原常见的粮食作物小麦、玉米和蔬菜作物大蒜、辣椒、茄子、芹菜组成的不同轮作体系的经济产值、土地当量比、生物产量、经济系数、速效养分、土壤酶、农田杂草、土壤呼吸特征以及环境因子的响应进行了分析。综合探讨不同轮作体系的生产效益和环境效应,选择较优的轮作组合,为关中平原地区探索、选择优化合理的农田轮作组合以及在“商品经济”背景下以提高农民收入为目的的农业结构与作物布局调整提供参考。试验结果表明:1.不同轮作体系的生产效益就经济效益和土地产出效率而言,小麦和玉米组成的粮-粮轮作体系经济效益和土地产出效率是7种轮作体系中最低的,而由大蒜和辣椒、茄子、芹菜组成的蔬菜—蔬菜体系效益和土地产出效率最佳。从生态学角度分析,大蒜和辣椒、茄子、芹菜组成的各个蔬菜—蔬菜体系生物产量较高,其次是小麦和玉米组成的粮—粮轮作体系,小麦和辣椒、茄子、芹菜组成的各个粮食—蔬菜体系生物产量较低。蔬菜—蔬菜轮作体系的有机物向人类所需品的转化率相对较高,其次是粮食—蔬菜轮作体系,小麦玉米粮-粮轮作体系转化率相对较低。大蒜茬的辣椒净光合速率、水分利用率均大于小麦茬的辣椒,这表明对于辣椒而言,大蒜茬比小麦茬更容易提高其生产能力;而小麦茬的茄子和芹菜的净光合速率、水分利用率均大于大蒜茬,这表明小麦茬对提高芹菜和茄子的光合效率比大蒜茬更有优势。在品质方面:小麦前茬更有利于提高辣椒中辣椒素的含量,小麦茬较大蒜茬更有利于提高辣椒和茄子的VC含量,大蒜茬较小麦茬更有利于辣椒和茄子蛋白质含量的提高。2.不同轮作体系的环境效应不同轮作体系的土壤有机质、有效磷含量随着作物生长有先增后减再增的变化趋势;在各轮作生长期大蒜—芹菜轮作的土壤有机质、有效磷含量相对较高,而小麦—玉米轮作的有机质、有效磷含量相对较低。不同轮作体系碱解氮含量随作物生长有增长的趋势。在轮作前期大蒜—芹菜轮作的碱解氮含量相对较高,而小麦—玉米轮作的碱解氮含量相对较低;在中后期小麦—茄子轮作的碱解氮含量相对较高,而小麦—玉米轮作的碱解氮含量相对较低。不同轮作体系速效钾含量随着作物生长有增长的趋势。大蒜—芹菜轮作的速效钾含量在轮作前期相对较高,而大蒜—辣椒轮作的速效钾含量相对较低;在中后期大蒜—芹菜轮作的速效钾含量相对较高,而小麦—玉米轮作的速效钾含量相对较低。小麦—玉米轮作体系土壤脲酶水解尿素的能力要强于其他体系,小麦—茄子轮作体系水解尿素的能力相对最弱。整个生长期内土壤蔗糖酶的活性呈现先降低后升高的趋势。小麦前茬的轮作体系土壤蔗糖酶总体高于大蒜前茬。不同轮作体系土壤过氧化氢酶活性在整个轮作期呈降低趋势。叁个不同时期大蒜—茄子轮作体系土壤过氧化氢酶活性最强,小麦—辣椒轮作体系土壤过氧化氢酶活性相对最弱。在轮作前期也就是小麦和大蒜生长期杂草发生的种类和数量较多。中期各轮作体系发生的杂草种类和数量远远低于第一阶段。轮作后期各轮作体系发生的杂草种类和数量相对较少。芹菜组成的几个轮作体系的杂草发生率均高于其他几个轮作体系,大蒜组成轮作系统的杂草发生率要高于小麦组成的轮作体系。3.不同轮作体系的土壤呼吸特征、环境效应及农田碳平衡轮作体系田CO2平均排放速率表现为:大蒜—辣椒体系>大蒜—茄子体系>小麦—辣椒体系>小麦—芹菜体系>大蒜—芹菜体系>小麦—玉米体系>小麦—茄子体系。各轮作体系土壤呼吸速率在轮作期呈先减后增波浪式循环趋势。有效磷,速效钾,土壤脲酶,土壤温度,土壤水分对土壤呼吸变化的贡献较大,为主要影响因子。通过计算不同轮作体系前茬和后茬作物生长季碳平衡,几种不同轮作体系农田表现为大气碳排放的“汇”,碳“汇”的强度表现:大蒜—辣椒体系>小麦—茄子体系>小麦—芹菜体系>小麦—玉米体系>大蒜—芹菜体系>大蒜—茄子体系>小麦—芹菜体系。依据不同轮作的生产效益、环境效应以及农田碳平衡的各项指标综合评价,粮食—蔬菜轮作模式适宜引入大田生产。本研究中小麦—辣椒轮作和小麦——茄子轮作在提高生产效益和保持地力、改善农田环境方面有较高优势,种植前景较好。
参考文献：
[1]. 高产农田生态系统不同秸秆还田模式和施肥水平对作物生长的影响研究[D]. 赵彩霞. 中国农业大学. 2004
[2]. 基于试验与模型的C、N循环研究[D]. 潘志勇. 中国农业大学. 2005
[3]. 关中地区不同轮作模式下秸秆还田与施肥对农田碳平衡的影响[D]. 王维钰. 西北农林科技大学. 2016
[4]. 生物炭对华北高产农田土壤碳和作物产量的影响[D]. 鲁宁. 中国农业科学院. 2014
[5]. 秸秆还田下氮肥减施对农田土壤温室气体排放的影响[D]. 马小婷. 青岛大学. 2017
[6]. 生物炭对土壤微生物量及土壤酶的影响研究[D]. 黄剑. 中国农业科学院. 2012
[7]. 稻麦两熟制不同耕作栽培方式对农田生态环境和周年生产力的影响[D]. 刘世平. 扬州大学. 2006
[8]. 不同土壤培肥措施对华北高产农田生态系统蚯蚓种群的影响[J]. 曹志平, 乔玉辉, 王宝清, 徐芹. 生态学报. 2004
[9]. 耕作和施氮措施下旱作夏玉米田土壤呼吸与土壤碳平衡研究[D]. 张俊丽. 西北农林科技大学. 2013
[10]. 不同农田生态系统生产力及环境效应[D]. 郝旺林. 西北农林科技大学. 2011
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