耕作深度及秸秆还田对农田黑土土壤供水能力及作物产量的影响

黑土是我国重要的农田土壤,耕作深度和秸秆还田是影响黑土生产力的重要因素。此研究利用一个三年的田间试验,分析了耕作深度和秸秆还田深度对玉米和大豆产量的影响,并探讨了其影响机制。试验采用裂区设计,主处理包括浅耕0~15 cm(D15),中浅耕0~20 cm(D20),深耕0~35 cm(D35)和深耕0~50 cm(D50),副处理对照和秸秆还田(+S)。结果表明增加耕作深度能够增加玉米和大豆的产量,并在D35处理达到了最大值,分别为8 999 kg·hm^(-2)和2 424 kg·hm^(-2),说明耕作深度是影响作物产量的一个重要因子。每个耕作深度又裂区为是否秸秆还田,即增加了D15+S,D20+S,D35+S,D50+S处理,与非秸秆还田处理相比,当秸秆还田深度≤20 cm时,作物产量降低了10.62%~16.81%,而当还田深度≥35 cm时,作物产量提高了2.25%~7.29%,说明秸秆还田深度是影响秸秆还田效果的重要因素,D35+S处理作物的产量达到了最大值。与D15+S相比,D20+S,D35+S,D50+S,0~15 cm土层土壤含水量增加了7.81%~12.63%,作物的出苗率增加了11.42%~16.94%,土壤的供水量增加6.71%~10.43%,其中D35+S的效果最佳,说明上述因素是能够调控秸秆还田效果;虽然D50+S也能够增加作物产量,但是增加了作业成本,同时不利于保水。因此,在典型黑土区为了提高粮食产量,提高大气降水的利用效率,推荐的耕作深度是0~35 cm配以全层秸秆深混还田。

施用绿肥条件下减施化肥对土壤养分及持水供水能力的影响

以长期定位试验为基础,设置7个紫云英和化肥施用配比试验处理,以探索施用绿肥情况下减施化肥对土壤养分、持水和供水能力的影响。结果表明:在翻压紫云英条件下,即使不施化肥土壤氮也可基本得到满足,应适量施用化学钾肥,必须合理施用磷肥,以保证土壤全量和速效养分得到平衡和持续供给,化肥施用量减少未显著降低水稻产量;土壤持水、供水能力在处理间的趋势表现为:紫云英+40%化肥>紫云英+60%化肥>紫云英+80%化肥、紫云英+100%化肥>单施100%化肥、单施紫云英>CK,与CK相比,其它6个处理田间持水量提高了1.6%~15.4%,有效含水量增幅更大,平均提高1.5%~30.5%,说明紫云英化肥配施能显著提高土壤的持水、供水能力,且化肥施用量越少效果越好,而单施化肥或单施紫云英效果有限。因此,紫云英施用量一定时(22 500 kg/hm^2),化肥施用量应减少至40%甚至更低。

短期放牧对高寒草甸表层土壤入渗和水分保持能力的影响

为深入揭示短期放牧对高寒草甸生态系统地表水文过程的影响机理,基于5个放牧强度(A:2.75只羊/hm^2;B:3.64只羊/hm^2;C:4.35只羊/hm^2;D:4.76只羊/hm^2;E:5.20只羊/hm^2)的3a控制放牧试验,对比研究了表层土壤(0—10cm)物理性状、入渗过程、土壤水分特征曲线及持水和供水能力对放牧强度的响应。结果表明:C处理的土壤初始含水量显著高于D、E处理,但各放牧强度的土壤容重和4个孔隙指标无显著变化;放牧改变了土壤入渗过程,随放牧强度增加,B与C处理入渗较好,D与E处理入渗较差;Gardner模型适用于放牧强度的土壤水分特征曲线拟合,相关系数均达极显著水平,且表征土壤持水性能的a值与低中吸力段含水量表明B与C处理的持水能力高于其它处理;100kPa吸力下比水容量显示,A、B和C处理较D与E处理提高了土壤供水能力。总之,合理放牧强度短期内有利于保存高寒草甸土壤含水量,增强土壤导水性和持水能力,保证土壤有效供水,降低高寒草甸生态系统的退化风险。

秸秆覆盖与耕作方式对土壤水分特性的影响

通过分析不同秸秆覆盖量以及耕作方式对0~20cm、20~40cm、40~60cm土层土壤孔隙度、土壤持水性、土壤供水能力以及土壤水分有效性的影响,揭示黑土区秸秆覆盖、耕作方式对土壤水分特性的影响机制。结果表明:土壤持水性、土壤供水能力及土壤水分有效性与土壤孔隙度密切相关。0~20cm、20~40cm、40~60cm土层的土壤总孔隙度、毛管孔隙度、相同土壤水吸力下土壤含水率、比水容量以及有效水含量,在传统耕作条件下,秸秆覆盖均高于无覆盖;在秸秆覆盖条件下,免耕均高于传统耕作。免耕秸秆覆盖处理影响土壤孔隙度、土壤持水性、土壤供水能力及土壤水分有效性,随秸秆覆盖量增加,土壤总孔隙度、毛管孔隙度、相同土壤水吸力下土壤含水率、比水容量以及有效水含量逐渐增大,随土层加深,各处理土壤孔隙度、土壤持水性及土壤供水能力逐渐减小。本研究区最适宜的秸秆覆盖与耕作方式为免耕150%秸秆覆盖处理。