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.

2018-2021年连续3年在宁夏南部旱作区开展大田定位试验,设置4种耕作方式(翻耕15 cm、深松30 cm、深松40 cm、深松50 cm)和3种覆盖措施(燕麦秸秆覆盖、塑料地膜覆盖、不覆盖),以翻耕15 cm不覆盖处理为对照,探讨不同降水年型下耕作方式结合覆盖对旱地土壤容重、团聚体含量、生育期土壤蓄水量和马铃薯产量的影响.结果表明:与试验处理前相比,3年耕作结合覆盖均能有效降低0～60cm 土层土壤容重;同一耕作方式下,不同降水年型均以秸秆覆盖最佳;丰水年20、40 cm 土层以深松30 cm覆盖秸秆处理最佳,60 cm 土层以翻耕15 cm覆盖秸秆处理最佳,平水年和枯水年20、40、60 cm 土层均以深松40 cm覆盖秸秆处理最佳.在0～20 cm 土层,＞0.25 mm 土壤团聚体含量3年均以深松40 cm覆盖秸秆处理最高;20～40 cm土层,丰水年以翻耕15 cm覆盖秸秆处理最高,平水年和枯水年以深松40 cm覆盖秸秆处理最高;在40～60 cm 土层,丰水年、平水年、枯水年分别以翻耕15 cm覆盖地膜处理、深松30 cm覆盖地膜处理、深松30 cm覆盖秸秆处理最高,较对照分别显著提高18.8％、27.0％、35.8％.马铃薯关键生育期(现蕾至块茎膨大期)0～100 cm 土层土壤蓄水量,丰水年以深松30 cm覆盖秸秆处理最佳,平水年和枯水年均以深松40 cm覆盖秸秆处理最佳,较对照分别显著提高19.4％、19.5％、23.7％.对于马铃薯产量,丰水年以深松30 cm覆盖秸秆处理最佳,平水年和枯水年均以深松40 cm覆盖秸秆处理最佳,较对照分别显著提高84.6％、81.7％、106.3％.相关性分析表明,土壤物理性质的改善可显著影响马铃薯产量,其中以土壤容重和现蕾期土壤蓄水量作用最显著;对不同降水年型下马铃薯产量与耕作深度间关系进行拟合发现,耕作深度为34.67～36.03 cm时,马铃薯可获得高产.可见,耕作方式结合覆盖可有效改善土壤物理性质,增加马铃薯生育期土壤蓄水量,从而显著提高产量,其中在丰水年采用深松30 cm覆盖秸秆处理,在平水年和枯水年采用深松40 cm覆盖秸秆处理可实现旱作区马铃薯增产.

野生动物肇事补偿是缓和人与野生动物冲突的常用措施之一,其核心目的是补偿社区居民的经济损失并最终改善社区居民对于肇事动物的态度,实现人与野生动物的和谐共处.以四川卧龙国家级自然保护区为例,研究了目前以及假设补偿后社区居民态度的变化及其影响因素和作用机制.在对态度进行多维特征划分的基础上,使用Wilcoxon秩和检验、二元logistic回归模型等方法探究野生动物肇事补偿对社区居民态度改变的作用以及影响因素.研究发现:野生动物肇事补偿可显著改变社区居民对于肇事动物的态度,且均发生了积极的改变,但对不同维度态度的改变作用不同.其中,喜厌态度的改变最明显,其次是捕杀态度和保护态度,最后是期望态度.肇事补偿对于社区居民的态度及其改变作用受到其社会经济特征的影响,其中是否受到过野生动物破坏、耕作总收入或总收入中耕作收入比重以及受教育程度显著影响社区居民的态度,农地总面积、牲畜数量、玉米地面积会显著影响社区居民情感态度的改变,玉米地损失面积会显著影响社区居民行为态度的改变.论文进一步讨论了各个影响因素的作用机制,并根据研究结果提出了普及肇事补偿制度、完善肇事补偿机制、调整生计策略和种植结构、通过多种方式培育社区居民对于肇事动物的情感和责任等减缓人与野牛动物冲突的措施.

为探明长期耕作对黑土农田土壤结构和有机碳稳定性的影响,利用黑土长期定位试验平台,应用湿筛法和红外光谱法研究不同耕作方式(灭茬起垄,CT;免耕,NT;间隔深松,ST;翻耕,MP)下0～40 cm 土层土壤团聚体分布和有机碳稳定性.结果表明:与CT相比,NT和ST处理显著提高了耕层(0～20 cm)土壤超大团聚体(＞2mm)含量,NT、ST和MP处理显著提高了亚耕层(20～40 cm)土壤大团聚体(0.25～2 mm)含量,并提高了两土层团聚体平均重量直径和几何平均直径.NT处理显著提高了耕层土壤和大团聚体有机碳含量,而ST和MP处理显著增加了亚耕层土壤和大团聚体有机碳含量,其中,大团聚体对土壤有机碳的贡献率达68.9％～83.4％.NT还显著提高了耕层和亚耕层土壤及各粒级团聚体有机碳的化学稳定性.相关性分析显示,团聚体平均重量直径与土壤和大团聚体有机碳含量及其化学稳定性呈显著正相关.本研究结果可为明确黑土区不同耕作方式对农田土壤团聚体和有机碳稳定性的影响提供理论基础.

依托陇中旱农区长期的保护性耕作定位试验,对不同耕作方式下春小麦和豌豆根系空间分布特征及作物产量进行研究,以探索耕作措施影响作物产量的机制.结果表明:随着生育期的推进,春小麦和豌豆的总根长、根表面积呈先增后减的趋势,开花期达到最大;春小麦根系苗期以0～10 cm最多,花期、成熟期10～ 30 cm最多;而豌豆根系苗期和成熟期均以0～10 cm最多,花期10～ 30 cm最多.免耕秸秆覆盖和免耕覆膜增加了根长和根表面积,春小麦和豌豆各生育时期的根长较传统耕作增加了35.9％ ～ 92.6％,根表面积增加了43.2％～ 162.4％.免耕秸秆覆盖和免耕覆膜优化了春小麦和豌豆根系分布,与传统耕作相比,增加了春小麦和豌豆苗期0～10 cm土层根长和根表面积分布比例,花期和成熟期深层次根系分布也显著增加,免耕秸秆覆盖在开花期30～ 80 cm土层根长和根表面积的分布比例分别比传统耕作提高了3.3％和9.7％.春小麦各生育期的总根长、根表面积与产量呈显著正相关,豌豆各生育期的总根长与豌豆产量呈极显著正相关.免耕秸秆覆盖和免耕覆膜较传统耕作春小麦和豌豆产量增加23.4％～ 38.7％,水分利用效率提高了13.7％ ～28.5％.在陇中旱农区,免耕秸秆覆盖和免耕覆膜可以增加作物根长和根表面积,优化了根系在土壤中的空间分布,增强作物根层吸收能力,从而提高作物产量和水分高效利用.

该研究以甘肃省中部渭源县大豆—当归轮作地、连作3年的当归地和荒地植物根际土为材料,采用PCR?RFLP法研究不同耕作方式下根际土壤细菌的群落多样性.应用 CTAB?SDS 法提取土壤微生物总DNA,建立土壤菌群16S rRNA基因克隆文库.用HaeⅢ,HhaⅠ和HinfⅠ对阳性克隆子进行酶切指纹图谱分析,测序并绘制系统进化树.经过初步分析,荒地、轮作地和连作地三者之间根际土壤细菌群落在种群数量和多样性上无显著差异,但在组成结构上存在明显差异,尤其是轮作和连作地.结果表明:轮作地和荒地的优势种群均为变形菌门,连作地的优势种群是拟杆菌门.进一步分析发现,对农作物有利的鞘脂单胞菌属(属于变形菌门)仅在轮作和荒地中出现,而在其他作物连作障碍中出现的无色杆菌属(属于拟杆菌门)仅在当归连作地中出现.因此,不同耕作方式对土壤细菌的群落组成结构影响较明显,土壤细菌群落组成结构的变化可能是当地当归连作障碍的重要原因之一;而轮作可有效提高根际土壤中细菌群落组成的多样性,并使有益细菌种群增加,改善土壤微生态环境,有效防止当归根腐病的发生.

研究水稻-油菜双序列复种免耕、翻耕稻田土壤真菌的多样性.采用MiSeq 高通量测序方法,对湖南安乡(AX)、农大(ND)、南县(NX)3个相同处理试验点免耕、翻耕土壤样品进行ITS 区高通量测序、多样性比较分析、物种组成分析及样品聚类分析.结果表明6个样品共得到真菌优化序列221105条,分属于1356个OTU,真菌种类覆盖7门、121科、230属;指数分析表明NT样品菌群相对丰度及群落多样性均略高于CT样品;在门水平上各试验点菌群结构相似,前三位为子囊菌门、接合菌门和担子菌门,但是同一试验点NT样品子囊菌相对丰度均低于CT样品,接合菌和担子菌相对丰度均高于CT样品.科属水平比较表明,3个试验点NT样品被孢霉科相对丰度比CT样品的大3-5倍,毛壳菌科的相对丰度小1-2倍;NT样品Carpoligna、栓菌属(Trametes)、网孢菌属 (Filobasidium)、被孢霉属(Mortierella)的序列数明显大于 CT样品,毛壳属(Chaetomium)、柄孢壳菌属(Podospora)及瓜亡革菌属(Thanatephorus)的序列数明显小于CT样品.土壤理化因子测定表明NT样品的有机质、全氮及速效钾含量均高于CT样品.本研究得出水稻-油菜双序列复种免耕、翻耕稻田土壤样品真菌物种组成丰富,不同耕作方式土壤真菌种群结构存在差异,菌群组成及丰度对土壤理化因子有一定影响.

通过渭北旱塬黑垆土8年定位试验,研究了秸秆还田下6种耕作方式,即连年翻耕(CT/CT)、免耕(NT/NT)、深松(ST/ST)和免耕/深松(NT/ST)、翻耕/免耕(CT/NT)、翻耕/深松(CT/ST)对土壤团聚体、有机碳、作物产量和水分利用效率(WUE)的影响.结果表明:与CT/CT相比,NT/NT、ST/ST及3种轮耕措施减小了土壤力稳性团聚体的平均质量直径;NT/NT、ST/ST和NT/ST措施增加了20～50 cm土层＞0.25 mm水稳性团聚体的含量(WR0.25)和平均质量直径,降低了土壤团聚体结构破坏率(PAD).在0～10 cm土层,NT/ST、CT/NT、NT/NT和ST/ST处理土壤有机碳含量显著高于CT/CT处理.随着土层加深,各耕作处理土壤有机碳含量下降,但3种单一耕作处理(ST/ST、NT/NT和CT/CT)下降幅度大于3种轮耕处理(CT/NT、ST/CT和NT/ST).与CT/CT相比,其他5种耕作方式均增加了农田0～200 cm土层的土壤蓄水量、作物产量和水分利用效率,其中,NT/ST处理作物产量和WUE分别显著提高了15.1％和27.5％.相关分析表明,玉米产量、WUE与0～ 200 cm土层生育期和休闲期的蓄水量呈显著正相关,且生育期蓄水量与0～50 cm土层的WR0.25呈显著正相关,与PAD呈显著负相关;其中,20～ 50 cm土层的WR0.25、PAD与玉米产量、生育期蓄水量以及WUE关系最密切;生育期蓄水量和WUE还与0～ 10 cm土层的有机碳含量呈显著正相关.综合考虑不同耕作措施对土壤结构、作物产量和水分利用效率的影响,免耕/深松是最适宜于渭北旱塬区黑垆土春玉米种植的耕作方式.

在黄淮砂姜黑土区冬小麦-夏玉米复种两熟种植体系中,研究了小麦季3种耕作方式(常规翻耕、旋耕和深松)结合夏玉米播前3个施氮量(120、225和330 kg·hm-2)对玉米季主要生育时期根际土壤氮素转化微生物作用强度及酶活性、无机氮含量和产量的影响.结果表明:旋耕方式下氨化作用强度最高,且随着施氮量的增加,土壤氮素转化微生物作用强度及酶活性增强.深松方式下根际土壤硝化、反硝化作用强度与脲酶活性明显高于常规与旋耕方式.增施氮肥可加强深松方式对土壤氮素转化的促进作用,而过量施氮虽然提高了土壤无机氮含量及玉米产量,但会对土壤氮素转化微生物作用强度及酶活性产生抑制.深松方式结合225 kg·hm-2施氮量更有利于砂姜黑土区夏玉米土壤氮素转化,而深松方式结合330kg·hm-2施氮处理下产量最高.

为了解南方地区稻-稻-油菜轮作后土壤中细菌群落的变化特征,以长达30年的水稻-水稻-油菜轮作和水稻-水稻连作定点栽培试验土壤为研究对象,采用克隆文库和基因序列分析法,通过细菌16S rDNA基因通用引物对土壤提取DNA进行PCR扩增,然后将扩增片段构建克隆文库对克隆子进行测序分析. 结果显示,2015年7月、10月和2016年4月3次取样中轮作土壤细菌的香农-维纳指数和辛普森指数均高于连作土壤,轮作土壤细菌多样性高于连作. 克隆子序列OTU与GenBank比对结果显示,轮作土壤中常见的变形菌(Proteobacteria)占细菌种类的55％,连作土壤为45％;轮作土壤芽单胞菌(Gemmatimonadetes)占细菌种类的13％,连作土壤为10％;轮作土壤中的酸杆菌(Acidobacteria)、厚壁菌(Firmicutes)和浮霉菌 (Planctomycetes)所占细菌比例数小于连作土壤;变形菌和芽单胞菌构成了轮作土壤中的优势菌群,土壤优势菌群的变化对细菌群落结构特征产生影响. 测序结果显示稻-稻-油菜轮作土壤优势菌群中α-变形菌、β-变形菌和γ-变形菌高于稻-稻连作;稻-稻-油菜轮作中发现与绿弯菌(Chloroflexi)序列相似菌类,而稻-稻连作土壤中未发现. 本研究表明微生物群落结构组成与土壤耕作方式相关,稻-稻-油菜轮作增加了细菌群落丰度. (图3 表2 参20)