土壤有机碳(SOC)对维持土壤肥力和农业可持续发展具有重要作用.为探究长期耕作对黑土区旱作农田土壤有机碳储量(SOCS)及其组分的影响,本研究基于39年的耕作试验,比较了不同耕作方式(旋耕起垄、免耕、深松、翻耕)对0～40 cm 土层SOCS、活性有机碳组分和微生物残体碳(MNC)含量的影响.结果表明:与旋耕起垄相比,免耕处理显著增加了 0～20cm 土层SOCS、SOC、可溶性有机碳(DOC)、微生物生物量碳(MBC)、易氧化有机碳(EOC)和MNC含量;深松和翻耕处理在0～20和20～40 cm 土层中显著增加了SOCS、SOC和EOC含量,并在20～40 cm 土层增加了 MBC含量.此外,翻耕处理20～40 cm 土层中DOC、颗粒有机碳和MNC含量显著高于其他处理.深松和翻耕处理相较于旋耕起垄和免耕处理,显著降低了 0～20和20～40 cm 土层中MNC对SOC的贡献率.结构方程模型表明,通过提升土壤团聚体平均重量直径、田间持水量和全磷含量,增强β-葡萄糖苷酶、淀粉酶和木质素过氧化物酶活性,能促进MNC的积累.深翻促进了 0～40 cm 土层SOC、活性有机碳和MNC的均匀分布,更有利于黑土区农田SOC的固定.

为了研究施用有机肥对粉垄条件下甘蔗产量和品质的影响,该研究以蚯蚓粪、猪粪分别与复合肥配施于粉垄蔗地中,并以单施复合肥作为对照,研究有机肥与复合肥配施对粉垄土壤理化性状及甘蔗养分、产量、蔗茎品质的影响.结果表明:(1)与对照相比,有机肥与复合肥混施可在不同时期分别提高粉垄土壤有机质、全氮、全磷、碱解氮、速效磷、速效钾含量,且对于土壤中速效养分含量的提升主要集中于甘蔗生长前期(6—8月),但在土壤pH值和容重方面影响不显著.(2)蚯蚓粪、猪粪与复合肥混施均能不同程度提高甘蔗生长前期的+1叶和根系中的全氮、全磷、全钾含量,使产量分别比对照提高了28.09％、32.81％.砍收时甘蔗的茎长、茎径、单茎重、有效茎数、蔗汁糖分、甘蔗糖分高于对照但不显著,出苗率、分蘖率、锤度影响不显著.粉垄耕作条件下,选择合适的有机肥与复合肥配施可增加土壤速效养分和有机质、全氮、全磷含量,也能提高甘蔗根叶全氮、全磷、全钾含量,提高甘蔗产量.

耕作对土壤质量和作物产量具有重要影响.为探明粉垄耕作对土壤理化性质、团聚体粒级分布和稳定性的影响,以甘蔗为供试作物,对常规旋耕(XG)、深翻旋耕(SF)、粉垄20 cm (FL20)和粉垄40 cm (FL40)4种耕作方式下土壤团聚体稳定性各指标进行分析.结果 表明:甘蔗周年种植后,各耕作处理土壤肥力有所下降,其中FL40处理与XG相比,土壤pH值显著增加了0.27～0.31个单位,而各耕作处理土壤有机质含量无显著差异;FL20处理0～ 40 cm土层0.25～0.5 mm粒级水稳定性团聚体分别比XG和SF高22.38％ ～27.33％和23.78％～31.59％,FL40处理则提高了20～40 cm土层0.25～0.5 mm粒级水稳性团聚体;另外,与XG和SF相比,FL20和FL40明显增加了机械稳定性和水稳定性团聚体平均重量直径(MWD)和几何平均直径(GMD),且这两个处理还提高了水稳定性团聚体稳定率(WSAR),但降低了团聚体破坏率(PAD);土壤水稳性团聚体各参数之间的相关分析结果显示,PAD与WSAR、Cs 、WMWD、WGMD和＞0.25 mm粒级团聚体含量间均呈极显著负相关(P＜0.01),而与CE和＜0.25 mm粒级团聚体含量呈极显著正相关(P＜0.01).总的来说,粉垄耕作能提高中、小粒径的团聚体含量与稳定性,同时增加了土壤通透性,从而促使土壤结构得到改善,进而促进土壤养分矿化,提高作物对土壤养分的利用效率,可作为赤红壤地区一种较为高效、适合推广的耕作方式.

粉垄耕作是中国的一种新型耕作技术,对耕地质量和作物增产有重要影响.设置传统耕作深度20 cm(CK)、粉垄耕作深度35 cm(FL1)和粉垄耕作深度50 cm(FL2)对玉米耕地进行处理,重点研究了粉垄耕作技术对土壤微生态的影响,并阐明土壤微生物群落组成及功能对粉垄耕作的响应.结果表明,FL1、FL2和CK处理玉米产量分别为8.58、8.38和6.22 t/hm2,FLl和FL2处理增产率分别为34.7％—37.9％.在0-20、20-40 cm 土层中,粉垄耕作两个处理的土壤酶活性、微生物群落多样性和功能多样性均显著高于CK处理.通过结构方程模型发现,粉垄耕作直接提高了土壤酶活性、细菌参与养分循环的功能基团和细菌的群落结构,并通过细菌群落间接影响了真菌群落,增加了真菌参与养分循环的功能基团和真菌群落多样性,使土壤微生物碳源利用的能力和功能多样性指数得到提升,以FL1效果更佳.总之,研究从微生物的角度解释了粉垄耕作对土壤微生态的影响机制,为粉垄耕作提升土壤耕地质量提供了理论依据.

为探明保护性耕作对蔗田土壤及甘蔗生长的影响,该研究设置2种耕作方式(常规耕作、粉垄耕作)与2种施肥水平(减量施肥20％、常规施肥),并于甘蔗苗期后在甘蔗行间近根部覆盖豆科秸秆,以第二年宿根蔗为研究对象,采用染色示踪法测定秸秆覆盖下蔗田土壤优先流特征,同时测定分析甘蔗株高、茎围、地下根系生物量、产量及品质等重要农艺性状.结果表明:(1)粉垄耕作方式下蔗田土壤优先流发生速度快且活跃,添加秸秆覆盖降低了土壤优先流发生程度,增加了土壤水分在10～25 cm土层的横向运移能力,在一定程度上提高了土壤蓄水能力.(2)粉垄保护性耕作在秸秆覆盖下提高了甘蔗根系生物量和产量,秸秆覆盖下粉垄免耕宿根蔗根系生物量提高了8.97％～25.54％,并且减量施肥处理中秸秆覆盖宿根蔗伸长期地下根系生物量显著高于无秸秆覆盖,秸秆覆盖下甘蔗株高提高了4.2％～13.1％;在减量施肥处理中,粉垄耕作添加秸秆覆盖甘蔗产量提高了16.27％,并且添加秸秆覆盖较常规施肥中无秸秆覆盖,产量提高了5.95％.(3)粉垄保护性耕作利于提高甘蔗品质,对比无秸秆覆盖处理,粉垄耕作下秸秆覆盖后显著提高了甘蔗蔗汁视纯度,并且宿根蔗纤维分、蔗汁锤度、转光度和蔗糖分均有提升.综上认为,免耕秸秆覆盖可作为粉垄红壤坡耕地蔗田保护性生产调控方式.

为了解粉垄"145"模式在新植蔗上的应用效果,解析其生理生态基础,该研究以桂柳05136为材料,设置常规耕作(CK)和粉垄"145"模式(FL145)2个处理,通过大田试验研究粉垄"145"模式对土壤性质以及新植蔗农艺性状、光合特性和产量品质的影响,并分析其经济效益.结果表明:(1)与CK相比,FL145的0～20 cm、20～40 cm根区,土壤容重显著降低1.25％～5.98％,土壤孔隙度显著提高1.08％～4.77％,土壤含水量显著提高1.78％～8.23％.(2)FL145促进新植蔗根系生长,出苗效果和农艺性状表现良好,株高显著增加2.20％～7.86％.(3)FL145的新植蔗单株叶面积显著增大15.88％,叶绿素含量、净光合速率、气孔导度、胞间CO2浓度分别显著提高1.41％、6.84％、18.67％、10.06％,光合能力增强,单株干物质积累量显著增加9.26％.(4)收获时,FL145的新植蔗有效茎数、茎长、茎径显著增加,理论产量和实际产量分别显著提高5.07％和5.11％,蔗汁蔗糖分和锤度分别显著提高1.61％和1.50％,还原糖分显著下降12.50％.(5)FL145新植蔗生产总成本比CK的降低378 yuan·hm-2,总产值增加1934.4 yuan·hm-2,利润增加2312.4 yuan·hm-2.综上表明,粉垄"145"模式通过"一亩只耕三分地"和减少化学除草环节的投入来实现降本增效;同时创造了良好的土壤条件,使新植蔗根系发达,进而增强光合能力,促进植株的生长发育,有利于干物质和糖分的积累,是新植蔗提质增产的原因.