耕层重构对连作棉田土壤理化性状及棉花生长发育的影响

针对黄河流域连作棉田常年旋耕导致犁底层变厚变硬,土壤蓄水保墒能力下降,养分在表层富集,病害加重等问题,探讨土壤耕层重构技术在黄河流域棉区生产上的可行性。试验于2014和2015年在河北省农林科学院棉花研究所威县试验站进行,在连作棉花20年的土壤条件下采用随机区组试验,设置了T1(0~15 cm与15~30 cm土壤互换)、T2(0~20 cm与20~40 cm土壤互换,同时松动40~55 cm土壤)、T3(0~20 cm与20~40 cm土壤互换,同时松动40~70 cm土壤)、CK(旋耕15 cm)4个处理,调查土壤理化性状、棉花生育性状、田间杂草与病衰指数等指标。结果表明,在20~40 cm土层T2处理容重两年较CK分别降低0.13 g cm–3与0.15 g cm–3;20~40 cm土层全氮、速效磷、速效钾含量T2与T3显著高于T1与CK;灌水(雨)后深层土壤蓄水量增加,播种后40~60 cm与60~80 cm土层蓄水量T2较CK 2014年增加3.5 mm、5.5 mm,2015年增加6.7 mm、3.4 mm,在蕾期干旱时0~20 cm与20~40 cm土层蓄水量T2较CK 2014年高6.6 mm、8.7 mm,2015年高4.2 mm、9.2 mm。耕层重构后棉花根系量显著增加,地上部干物质积累表现出开花期前低、开花期后高的趋势;耕层重构处理单株铃数、单铃重、皮棉产量较对照显著提高,T2皮棉产量两年较CK分别增加6.1%、10.2%。耕层重构对灭除田间杂草具有明显效果,T2处理病衰指数两年分别降低41.7与31.9个百分点。适宜的土壤耕层重构方式(T2)是解决连作棉田问题、提高棉花产量的有效措施。

土壤耕层重构对棉田杂草的控制效果研究

[目的]明确土壤耕层重构技术对棉田杂草的防治效果,探索新的棉田杂草防治途径。[方法]采用盆栽模拟试验与大田对比试验,调查旋耕+除草剂、土壤耕层重构对杂草种类与数量的影响。[结果]盆栽试验结果显示,处理后20d与55d对照杂草种类分别为6种与9种,总鲜重为每盆83.5g与678.1g;旋耕+除草剂处理杂草种类分别为3种与9种,总鲜重为4.9g与452.9g,其中处理20d后均为阔叶杂草,处理55d后阔叶杂草鲜重与对照差异不显著,单子叶杂草鲜重显著低于对照;耕层重构处理2次调查均未发现杂草。大田试验结果中,苗期、初花期与收获期对照杂草种类分别为4种、6种与8种,鲜重分别为104.4g·m^(-2)、404.9g·m^(-2)、752.9g·m^(-2),苗期以阔叶杂草为主,初花期与收获期单子叶杂草增多;耕层重构处理3次调查均仅发现微量杂草。[结论]以上结果表明,旋耕+除草剂对棉花苗期的禾本科杂草与部分阔叶杂草有一定的防治效果,随着时间延长,杂草防治效果逐渐降低,而土壤耕层重构处理对所有棉田杂草具有一次性彻底灭除效果,减少除草剂污染,节省用工。土壤耕层重构是一种棉田杂草防治的新途径。

耕层重构对棉田土壤养分、微生物数量与酶活性的影响

【目的】研究耕层重构技术对棉田土壤微生态环境的影响,为改良土壤生态环境提供新途径和方法。【方法】2019年以冀棉315为试验材料,设置常规旋耕(对照)和耕层重构(将0~20 cm土层与20~40 cm土层土壤互换,同时松动40~60 cm土层土壤)2种耕作方式,调查棉花不同生育时期和不同土层的土壤养分含量,细菌、真菌和放线菌数量,脲酶、碱性磷酸酶和蔗糖酶活性,以及棉花产量和生物量。【结果】与对照相比,耕层重构棉田0~20 cm土层的全氮、全磷、全钾、碱解氮、速效磷、速效钾和有机质含量均降低,而20~80 cm土层的养分含量升高。耕层重构处理0~20 cm土层的细菌、真菌和放线菌数量低于对照,而20~40 cm土层的细菌、真菌和放线菌数量高于对照。与对照相比,耕层重构降低了0~20 cm土层的脲酶、碱性磷酸酶和蔗糖酶活性,提高了20~40 cm土层的脲酶、碱性磷酸酶和蔗糖酶活性。回归分析结果表明,土壤真菌数量、脲酶活性和碱性磷酸酶活性均与全磷、全氮、碱解氮、速效钾、有机质和速效磷含量呈显著线性关系。耕层重构处理棉花地上部生物量比对照显著提高8.91%,对棉花产量没有显著影响。【结论】上述研究结果初步表明,耕层重构能够提高较深土层的养分含量、微生物数量和土壤酶活性,促进较深土层的养分代谢,增加棉花生物量,改善土壤微生态环境。

耕层重构后施肥量对棉田土壤养分残留及棉花养分吸收的影响

[目的]明确棉田土壤耕层重构后氮、磷和钾肥施用量对土壤养分残留量、棉株养分吸收量及棉花产量的影响,进而确定适宜的氮、磷和钾肥料用量。[方法]试验采用随机区组设计,针对N、P_2O_5、K_2O分别设置了0、75、150、225、300 kg·hm^(-2)共5个用量水平,收获期分别测定棉田0～20 cm土壤氮磷钾养分含量,同时测定棉花叶片、茎秆和籽棉干物质积累与氮磷钾吸收量,调查单株铃数、单铃重、衣分与籽棉产量。[结果]土壤耕层重构后不同氮肥用量对土壤全N,不同磷肥用量对土壤全磷,不同钾肥用量对土壤全钾含量均无显著影响;随氮肥用量增加,土壤碱解氮含量略有提升,但用量超过150 kg·hm^(-2)后碱解氮含量不再明显变化;而随磷肥用量增加,土壤速效磷含量直线上升;同样随钾肥用量增加,土壤速效钾含量也呈直线上升趋势。随氮肥施用量增加,棉花叶片、茎秆中N含量及氮田间携出量呈上升趋势,而籽棉中氮含量与氮田间携出量先增加后降低;磷肥用量对棉花叶片、茎秆、籽棉中磷含量与P_2O_5田间携出量无显著影响;随钾肥用量增加,叶片中钾含量及K_2O田间携出量呈上升趋势,茎秆中钾含量及K_2O田间携出量先升高后降低,以225 kg·hm^(-2)用量处理最高,籽棉中钾含量不同用量间差异不显著,K_2O田间携出量先升高后降低。随氮肥施用量增加,单株铃数、单铃重、籽棉产量先增加而后趋于稳定,磷肥用量对棉花产量及产量构成无显著影响,与对照相比,施用钾肥可提高单株铃数与籽棉产量,但不同用量间差异不显著。[结论]土壤耕层重构后适宜的肥料用量为N 150 kg·hm^(-2)、P_2O_5 40 kg·hm^(-2),K_2O 75 kg·hm^(-2)。

山地酸性土壤耕层重构的理化性状及酶活性动态变化

为揭示垂直深旋耕配施石灰、绿肥、生物有机肥重构酸性土壤耕层的效果,以湘西山地酸性土壤为研究对象,研究了耕层重构后植烟土壤的pH、物理性状、主要养分含量和酶活性的动态变化。结果表明:(1)酸性土壤耕层重构后,随烤烟生育进程发展,pH快速升高后缓慢下降并逐渐趋于稳定,孔隙度先升高后略有下降,有机质提高后呈波动变化,碱解氮快速升高后缓慢下降,有效磷快速升高后呈下降趋势,速效钾快速升高后下降再缓慢提升,蔗糖酶、脲酶先升高后下降并趋于稳定。(2)酸性土壤耕层重构可降低土壤容重,提高pH、孔隙度、有机质、碱解氮、有效磷和速效钾的含量以及蔗糖酶和脲酶活性。至烤烟移栽后120 d,容重降低7.32%~8.45%,pH、孔隙度、有机质、碱解氮、有效磷、速效钾分别提高0.78~1.04、8.17%~9.23%、16.89%~27.72%、13.39%~18.81%、69.83%~245.17%和47.05%~100.91%,蔗糖酶和脲酶活性分别提高53.19~163.53和0.76~1.24 mg/(g·d)。(3)垂直深旋耕+石灰+绿肥+生物有机肥处理的效果最好,其次是垂直深旋耕+石灰+绿肥处理。因此,采用垂直深旋耕结合施用石灰、绿肥、生物有机肥等重构酸性土壤耕层,可实现土壤酸度改良与培肥同步、表层与表下层土壤酸度改良同步的改良效果。

土壤耕层重构对烤烟农艺性状和根际土壤微生物多样性的影响

【目的】探讨耕层重构后烤烟生长及根际土壤微生物多样性。【方法】以植烟土壤为研究对象,探讨常规旋耕(对照,T_(1))、0~20 cm与>20~40 cm土层置换(T_(2))和0~15 cm耕层与>15~30 cm土层置换(T_(3))对根际土壤微生物多样性和烤烟生长的影响。【结果】与T_(1)相比,耕层重构处理(T_(2)和T_(3))能显著提高烤烟株高、最大叶面积及烟叶产量(P<0.05),T_(2)烟叶产量较T_(1)增加了14.31%;耕层重构提高了植烟土壤细菌的丰富度和多样性,降低了真菌的丰富度和多样性,曲霉属(Aspergillus)、浮霉菌门(Planctomycetes)和酸杆菌门(Acidobacteria)等有益微生物相对丰度显著增加(P<0.05)。【结论】综合分析耕层重构根际土壤微生物的多样性与烤烟生长的关系,适宜的土壤耕层重构方式(T_(2))是改善烟田土壤微生态环境、提高烟叶产质量的有效措施。

耕层重构对小麦籽粒镉累积的影响和应用风险

小麦富镉(Cd)问题受到广泛关注,耕层重构技术具备降Cd潜力。通过大田实验,探究耕层重构和深翻耕技术对土壤-小麦系统Cd污染的控制效果及其风险。结果表明:土壤耕作层(0~20 cm)中的Cd总量是影响小麦籽粒Cd含量的关键因子。耕层重构技术通过互换深层土壤(30~60 cm)和表层土壤(0~30 cm),能够显著降低耕作层(0~20 cm)土壤Cd总量和Cd有效态含量,并使小麦籽粒Cd含量降低17.3%~24.6%。深翻耕技术通过混匀0~30 cm土壤,能够降低耕作层土壤Cd总量,但会导致土壤Cd有效态含量升高,进而促进小麦籽粒Cd富集。耕层重构和深翻耕对小麦营养元素吸收影响均较小。耕层重构技术的处理深度较大而深翻耕处理深度不足,因此耕层重构技术的土壤降Cd能力、小麦降Cd能力和不确定性均优于深翻耕处理,适用于中轻度Cd污染[ρ(Cd)>1.2 mg/kg]农田修复。耕层重构技术与补施Ca、Mg肥等农艺措施的组合应用可有效提高降Cd效率。

土壤耕层重构与灌水对棉田水分含量及棉花产量性状的影响

为探明土壤耕层重构与灌水对棉花生育性状及产量的影响,采用随机区组设计,于2015和2016年在河北省农林科学院棉花研究所威县试验站设置5个处理,分别是CK(旋耕),常量底墒水(675m^3/hm^2);T1,旋耕,高量底墒水(1 200m^3/hm^2);T2,土壤耕层重构,高量底墒水;T3,土壤耕层重构,高量底墒水,花铃期超量灌水(1 800m^3/hm^2)模拟涝灾;T4,土壤耕层重构,高量底墒水,中后期不灌水;2016年降雨量偏大,各处理只灌底墒水。调查测定不同生育时期不同耕层土壤水分含量、棉花生育性状和产量性状。结果表明:T1在干旱年份(2015年)能提高籽棉产量,在多雨年份(2016年)增产效果不明显。耕层重构提高棉田土壤20cm以下土层蓄水保墒与缓冲调节能力,在暴雨(模拟)条件下不致形成涝灾,在干旱条件下深层土壤水分上移供棉花生长需求。T2棉花苗期与蕾期生长慢,花铃期生长快,具有明显的后发优势,干旱年份(2015年)与多雨年份(2016年)分别较对照籽棉产量增加27.0%与8.7%,T4处理2年较对照分别增产14.6%与10.1%;T3与T2处理2年产量差异均不显著,表现出较强的耐涝能力。土壤耕层重构是棉田节水增产的有效耕作措施,具有抗旱耐涝作用,可有效提高棉花产量。

我国耕地“非粮化”现状及其复耕培肥技术研究进展

近年来,工商资本下乡、土地流转、种植结构调整导致我国耕地“非粮化”现象普遍,直接威胁“18亿亩耕地保护红线”和国家粮食安全。“非粮化”耕地大致分为耕层剥离型和耕层未剥离型两类,前者原有耕层破坏、犁底层缺失,后者可能存在酸化、盐渍化等障碍问题,二者均不同程度地降低土壤肥力,不利于粮食可持续生产。国内外学者针对退化土壤改良做了大量研究,包括客土换土、障碍因子消减、生物培肥等措施,然而针对“非粮化”土壤的整治尚无系统研究成果。本文利用国家统计年鉴数据,结合文献分析,对我国耕地“非粮化”现状及改良、复耕、培肥关键技术进行系统总结,并指出未来的发展方向。