（环境工程专业论文）不同耕作方式下紫色水稻土农田生态系统甲烷排放的研究.pdf

独创性声明 学位论文题目：丕囤越佳友式王紫鱼丞整里煊塑i 趑趁硒究 本人提交的学位论文是在导师指导下进行的研究工作及取得的 研究成果。论文中引用他人已经发表或出版过的研究成果，文中已加 了特别标注。对本研究及学位论文撰写曾做出贡献的老师、朋友、同 仁在文中作了明确说明并表示衷心感谢。 学位论文作者： 1 牡文签字日期：泸1 1年b 月2 日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解西南大学有关保留、使用学位论文的规 定，有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允 许论文被查阅和借阅。本人授权西南大学研究生院( 筹) 可以将学位 论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩 印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权书，本论文：口不保密， 口保密期限至年月止) 。 学位论文作者签名：1 耄塑& 签字日期：砂1 1 年l ，月7 日 导师签名： 签字日期：b 认年6 月乙日 保护知识产权声明 本人完全了解西南大学关于对研究生在本校攻读学位期间撰写论文的知识 本文得到以下项目的资助 国家自然科学基金项目一“我国西南地区免耕农田 c 国家自 田 目录 目录 摘要i a b s t r a c t v 第一章文献综述1 1 1 免耕的发展历史及现状l 1 2 免耕对土壤理化特性的影响2 1 2 1 免耕对土壤物理特性的影响2 1 2 2 免耕对土壤化学特性的影响4 1 3 免耕农田c h 4 排放的研究现状5 1 3 1 国外研究现状5 1 3 2 国内研究现状5 1 4 农田生态系统c h 4 排放的研究进展6 1 4 1 农田c h 4 的排放机理6 1 4 2 影响农田c h 4 排放的因素8 1 4 3 稻田c h 4 的减排方法一12 1 5 农田生态系统温室气体测定方法l3 1 5 1 箱法l3 1 5 2 微气象学法一1 4 第二章引言1 5 2 1 立题背景1 5 2 2 研究内容及意义1 6 2 3 技术路线1 7 第三章实验设计与方法19 3 1 试验区域概况1 9 3 2 实验设计及材料l9 3 3 测定项目及方法21 3 3 1 气体样品的采集和c h 4 通量测定2 1 i 西南大学硕+ 学伊论文 3 3 2 土壤样品的采集和测定。2 2 3 3 3 环境参数的观测2 3 3 4 实验数据的统计与分析2 3 第四章结果与讨论2 5 4 1 不同耕作方式下农田c h 4 排放的季节性变化2 5 4 1 1 水稻生长季。2 5 4 1 2 油菜生长季2 8 4 1 3 农田休闲期2 9 4 2 耕作方式对农田c h 4 排放量的影响3 0 4 2 1 耕作方式对农田水稻生长季c h 4 排放量的影响3 0 4 2 2 耕作方式对农田油菜生长季c h 4 排放量的影响3 2 4 2 3 耕作方式对农田休闲期c h 4 排放量的影响3 3 4 2 4 耕作方式对农田c h 4 年排放量的影响3 3 4 3 环境因子对农田c h 4 排放的影响3 5 4 3 1 温度与c h 4 排放通量的关系3 5 4 3 2 土壤含水量水深与c h 4 排放通量的关系3 7 4 3 3d o c 与c h 4 排放通量的关系3 8 第五章主要结论与建议3 9 5 1 结论：一：。3 9 5 2 建议4 0 参考文献4 1 致谢5 3 在学期间所发表的论文5 5 摘要 ! i i i i i 皇曼曼曼曼曼量量量曼曼曼曼曼曼曼! 皇曼曼皇曼曼量曼皇曼曼曼曼曼鼍舅量曼皇皇皇曼曼曼量曼量皇曼曼曼曼曼曼曼 不同耕作方式下紫色水稻土农田生态系统 甲烷排放的研究 摘要 气候变暖是当今全球性的环境问题，其主要原因之一是由于大气中温室气体 浓度的不断增加，其中c 0 2 、c h a 和n 2 0 被认为是最重要的温室气体。最近i p c c 报告( 2 0 0 7 ) 指出，单位分子c h 4 在1 0 0 年尺度下的g w p 值是c 0 2 的2 5 倍，2 0 0 5 年c h 4 浓度约为1 7 7 4p p b ，是工业化前浓度的两倍以上。大气中c 也的排放源包 括天然湿地、稻田、天然气泄漏、海洋、森林、化石燃料、反刍动物、白蚁、生 物质燃烧、植物体和凋落物等。农业土壤中c h 4 释放是人类活动所产生的温室气 体的重要来源。 本研究以19 8 9 年设立的，位于西南大学的农业部重庆紫色土生态环境重点野 外科学观测试验站内的长期免耕试验田为对象，利用静态暗箱气相色谱法研究冬 水田平作( d p ) 、垄作免耕( l m ) 、厢作免耕( x m ) 和水旱轮作( s h ) 四种耕 作制度下紫色水稻土c h 4 的排放情况，探寻不同耕作制度以及环境因子对农田 c h 4 排放的影响，以找出减少c h 4 排放的最佳耕作方式，为稻田c h 4 减排提供理 论基础。主要研究结果如下： 。 1 、不同耕作方式下农田c h 4 排放的季节性变化 ( 1 ) 在水稻生长季，不同耕作方式c h 4 排放通量变化趋势基本相同，均呈双 峰形态。水稻生长季内c h 4 排放通量相差甚大，d p 、l m 、x m 和s h 处理c h 4 排放通量分别在0 1 6 3 1 7 1 1 0 、0 5 3 8 - 2 0 2 18 、0 0 9 4 1 3 3 6 0 和0 3 1 1 - 9 3 7 6 m g m 2 h 。1 之间。成对t 检验分析表明，不同耕作方式下，稻田c h 4 排放通量差异 显著：d p 处理在水稻季的c h 4 排放通量显著大于l m 、x m 和s h 处理( p 灌浆完熟期 分蘖期 返青期。 同时，拔节期和抽穗扬花期持续时间( 2 8d ) 不到水稻生长季( 1 0 2d ) 的1 3 ， d p 、l m 、x m 和s h 处理在这段时间的c h 4 排放量却分别达到其水稻生长季c h 4 总排放量的4 8 4 、6 1 3 、5 4 8 和6 1 4 。 西南大学硕十学位论文 ( 2 ) 油菜生长季各耕作方式下c h 4 的排放通量大大低于水稻生长季，c h 4 排 放通量变化幅度不大，种植了油菜的l m 、x m 和s h 处理c h 4 排放通量分别在 0 4 4 6 - - - 0 4 6 5 、0 3 7 1 , - - 0 4 5 1 和0 4 8 9 , - - 0 6 3 0m g m - 2 h 以之间，未种植油菜的d p 处 理在这段时期内c i - t 4 排放通量在0 5 8 4 3 7 6 7m g m 之h 1 之间。d p 、l m 、x m 和 s h 处理c h 4 平均排放通量分别为0 4 1 7 、0 0 0 3 、0 0 3 1 和0 0 1 6m g m - 2 h 。d p 处理总体上呈现c h 4 的排放过程，l m 、x m 和s h 处理则表现为c h 4 的微弱排放 甚至吸收( c h 4 的汇) 。 种植油菜的三个处理中，l m 和x m 处理c h 4 排放集中在薹蕾期和角果成熟 期，s h 处理c h 4 排放则集中在花期和角果成熟期。 ( 3 ) 农田水稻收割后至油菜种植前的农田休闲期，c h 4 排放通量明显低于水 稻生长季。d p 处理在水稻收割后一个月内呈现较大的c h 4 排放通量( 2 7 3 1 - 5 5 1 4 m g m 2 h d ) ，之后维持在较低的排放水平( 0 0 3 3 0 8 2 1m g m 2 - h 。1 ) 。其他三个处 理则呈现对c h 4 的微弱吸收或排放( 0 8 4 5 , 4 3 7 0 4m g m h 1 ) 。 2 、耕作方式对农田c l l 4 排放量的影响 ( 1 ) 水稻生长季，各耕作方式的c h 4 排放占整个时期的7 7 2 2 1 0 3 8 4 ； c h 4 排放量的大小顺序为：d p ( 1 9 6 2 1 6 4 - 2 2 9 4 3 ) l m ( 1 5 3 4 1 8 4 - 2 1 2 0 3 ) x m ( 1 1 9 0 5 8 4 - 8 3 7 2 ) s h ( 7 9 5 5 0 4 - 3 9 9 4k g 2 ) 。 在水稻各生长阶段，不同耕作方式的c h 4 排放量变化与水稻季c h 4 排放通量 变化有着相似的规律：沿d p 、l m 、x m 和s h 处理呈阶梯状依次下降。 ( 2 ) 油菜生长季l m 、x m 和s h 处理c h 4 排放量仅占全年农田排放的1 左右，d p 处理c h 4 排放量占全年农田排放的7 6 7 ；各耕作方式下c h 4 的排放 量d p ( 1 9 4 9 5 4 - 5 5 1 7 ) l m ( 0 8 0 5 4 - 1 6 9 3 ) x m ( 0 5 3 6 4 - 2 2 5 1 ) s h ( - 1 0 4 6 士1 3 3 5 蚝。2 ) 。 油菜生长季各时期的c h 4 排放量不同。d p 处理除了在薹蕾期体现为c h 4 的 吸收外，其余各时段均为c h 4 排放过程；l m 、x m 和s h 处理在苗期表现为c h 4 的吸收，在角果成熟期为c h 4 的排放。 ( 3 ) 农田休闲期，d p 处理的c h 4 排放量远大于其他三个处理，占其全年农 田排放的1 5 1 。各耕作方式下c h 4 排放量d p ( 3 8 4 0 0 4 - 8 9 4 5 ) l m ( o 6 2 0 - a ：0 6 9 6 ) x m ( 0 1 6 1 4 - 0 5 1 6 ) s h ( - 3 7 4 6 士0 7 1 9 埏l 珊之) 。 ( 4 ) 四种耕作方式的c h 4 年排放量大小顺序为：d p ( 2 5 4 1 1 2 士3 7 4 0 5k g 蛔也) l m ( 1 5 4 5 7 4 士2 4 1 5 0k g 2 ) x m ( 1 1 8 1 7 3 4 - 1 0 2 2 3k g h m 之) s h ( 7 6 6 0 9 - - a ：6 4 0 6k g h m 2 ) 。d p 处理c h 4 年排放量显著大于l m 、x m 和s h 处理， 摘要 l m 和x m 处理显著大于s h 处理( p 0 0 5 ) 。与传统耕作方式的冬水田平作相比，实行免耕的l m 和x m 处 理c h 4 的排放减少了3 9 2 和5 3 5 ，s h 处理c h 4 排放减少了6 9 9 。 3 、环境因子对农田c h 4 排放的影响 研究表明，水稻生长季，d p 、l m 、x m 和s h 处理的c h 4 排放通量与实验 测定的三个温度( 地下5c m 处温度、地表温度和箱内温度) 均呈显著正相关关系 ( p o 0 5 ) 。各耕作方式下c h 4 排放通量与w f p s 之间无显著相关关系；水稻生长季 c h 4 排放通量的对数值与水深之间也无显著相关关系；也未发现c h 4 排放通量与 土壤d o c 间存在显著相关关系。 关键词：免耕；耕作方式；甲烷；紫色水稻土 i i i 两南大学硕士学伊论文 t h eu n i tm o l e c u l ec h 4i n10 0y e a r ss c a l ew a s2 5t i m e st h a nt h a to fc 0 2 ，t h e c o n c e n t r a t i o no fc h 4i n2 0 0 5w a sa b o u t17 7 4p p b ，t w i c ea sm u c ha st h ec o n c e n t r a t i o n o ft h ep r e i n d u s t f i a l t h en a t u r a le m i s s i o n ss o u r c eo fc i - hi na t m o s p h e r ei n c l u d et h e n a t u r a lw e t l a n d ，p a d d yf i e l d ，g a sl e a k ，t h es e a , t h ef o r e s t s ，f o s s i lf u e l s ，r u m i n a n t a n i m a l s ，t e r m i t e ，b i o m a s sb u r n i n g ，p l a n t sa n dl i t t e r , e t c i na d d i t i o nt on a t u r a lw e t l a n d s ， t h ec n 4e m i s s i o nf r o mt h ea g r c u l t u r a ls o i lp r o d u c e db yh u m a na c t i v i t yr e l e a s ei sa n i m p o r t a n ts o u r c eo fg r e e n h o u s eg a s e s b a s e do nt h eo b s e r v a t i o no fc 1 4 4e m i s s i o n , t h ea i mo ft h i sp a p e ri se x p l o r i n gt h e i n f l u e n c eo fd i f f e r e n tc u l t i v a t i o ns y s t e m sa n de n v i r o n m e n t a lf a c t o r so fc h 4e m i s s i o n s f r o mc r o p l a n d s ，i no r d e rt of i n dt h eb e s tc u l t i v a t i o ns y s t e mt or e d u c ec i - 1 4e m i s s i o n s ， p r o v i d i n gt h et h e o r e t i c a lb a s i so fc h 4m i t i g a t i o n 1 1 1 ec h d e m i s s i o nw a sm e a s u r e db y s t a t i cc h a m b e r - g a sc h r o m a t o g r a p h i ct e c h n i q u e s 1 1 1 ef i e l d p l o t se x p e r i m e n t w a s e s t a b l i s h e di nt h ek e yf i e l ds t a t i o nf o rm o n i t o r i n go fe c o - e n v i r o n m e n to fp u r p l es o i l o ft h em i n i s t r yo fa g r i c u l t u r eo fc h i n al o c a t e di nt h ef a r mo fs o u t h w e s tu n i v e r s i t y ( 3 0 0 2 6 n ，10 6 0 2 6e ) ，c h o n g q i n g f o u rt i l l a g et r e a t m e n t si n c l u d i n gc o n v e n t i o n a l t i l l a g e 谢mr i c eo n l ys y s t e m ( d p ) ，c o n v e n t i o n a lt i l l a g e 晰t hr o t a t i o no fr i c ea n dr a p e s y s t e m ( s h ) ，n o - t i l la n dp l a i nc u l t u r e 谢t 1 1r o t a t i o no fr i c ea n dr a p es y s t e m ( x m ) ， n o t i l la n dr i d g ec u l t u r e 、析t hr o t a t i o no fr i c ea n dr a p es y s t e m ( l m lw e r es e l e c t e da s r e s e a r c ho b j e c t i o n r e s u l t sw e r es h o w e da sf o l l o w i n g ： 1 t h es e a s o n a lc h a n g e so fc h 4e m i s s i o n su n d e rd i f f e r e n tt i l l a g e s ( 1 ) i nt h er i c eg r o w i n gs e a s o n ，t h es e a s o n a lv a r i a t i o n so fc h 4f l u x e su n d e r d i f f e r e n tt i l l a g e sw e r ea l m o s ti d e n t i c a la l lw i t l lad o u b l e p e a k d u r i n gt h er i c e - g r o w i n g v 两南大学硕士学位论文 s t a g et h ea v e r a g ef l u x e so fc i q 4v a r i e dc o n s i d e r a b l y , t h ec i - he m i s s i o nf l u xu n d e rd p , l m ，x ma n ds ht r e a t m e n t sr a n g e d b e t w e e n 0 1 6 3 1 7 1 1 0 ，0 5 3 8 - 2 0 2 1 8 ， - o 0 9 4 - 1 3 3 6 0a n d - 0 3 11 - 9 3 7 6m g 。m - 2 h ，r e s p e c t i v e l y t h ec h 4e m i s s i o nf r o md p t r e a t m e n tw a ss i g n i f i c a n t l yh i g h e rt h a no t h e rt r e a t m e n t sp m a t u r es t a g e t i l l e r i n g t u r n i n gg r e e ns t a g e t h er e s u l t ss h o w e dt h a tt h ed u r a t i o no f t h ej o i n t i n ga n dh e a t i n ga n df l o w e r i n gs t a g e ( 2 8d a y s ) w a sl e s st h a n1 3o ft h e r i c e - g r o w i n gs e a s o n ( 1 0 2d a y s ) t h ea m o u n tp e r c e n to fc i - 1 4u n d e rd p , l m ，x ma n d s ht r e a t m e n t si nt h i ss t a g er e a c h e dt o4 8 4 ，6 1 3 ，5 4 8 a n d6 1 4 ，r e s p e c t i v e l y ( 2 ) i nt h er a p eg r o w i n gs e a s o n ，t h ec i - 1 4e m i s s i o nr a t eu n d e ra l lo ft h et r e a t m e n t s w a sc o n s i d e r a b l yl o w e rt h a nt h a to fi nt h er i c eg r o w i n gs e a s o n , 、析t hl i t t l ev a r i a t i o n a m p l i t u d e t h ec 1 4e m i s s i o nr a t e si nl m ，x ma n ds ht r e a t m e n t sd u r i n gt h er a p e g r o w t hp e r i o dw e r e - 0 4 4 6 - 0 4 6 5 ，- 0 3 7 1 o 4 5 1 a n d - 0 4 8 9 - - 0 6 3 0 m g m - 2 h ， r e s p e c t i v e l y , b u tt h ec 1 4 4e m i s s i o nf r o md pt r e a t m e n t 、) ，i t l ln or a p ep l a n t i n gr a g e d b e t w e e n 一0 5 8 4 3 7 6 7m g m - 2 h t h ea v e r a g ef l u x e so fc h 4f r o md p , l m x ma n d s ht r e a t m e n t sw e r eo 4 1 7 ，一o 0 0 3 ，- 0 0 3 1a n d0 0 1 6m g m - 2 h - 1 ，r e s p e c t i v e l y d p t r e a t m e n tp r e s e n t e dc h ae m i s s i o n sp r o c e s s ，l m ，x ma n ds ht r e a t m e n t sw e r eb e h a v e d f o raw e a kc h 4e m i s s i o n se v e na b s o r p t i o n ( ac i - hs i n k ) t h ec h 4a b s o r p t i o no c c u r r e di nm o s sb u d ，p r e s e n t i n gc - he m i s s i o np r o c e s si n o t h e rs t a g e su n d e rd pt r e a t m e n t ；l m ，x ma n ds ht r e a t m e n t sa b s o r b e dc h 4i ns e e d i n g b u tf l u x e di np o dm a t u r i t y ( 3 ) 1 1 1 ec 地e m i s s i o ni nn o n - r i c e - g r o w i n gs e a s o nw a sl o w e rt h a nr i c e g r o w i n g s e a s o na n dr a g e db e t w e e n 0 8 5 4 - - 5 5 1 4m g m - 2 h - 1 i na d d i t i o nt od pt r e a t m e n th a d l a r g e rc i - 1 4e m i s s i o n s ，l ma n dx m t r e a t m e n t sp r o c e s s e dc h 4e m i s s i o n sr a r e l y , a n ds h t r e a t m e n ta p p e a r e da sac h 4s i l l k 2 t h ee f f e c t so ft i l l a g eo nc h 4e m i s s i o nf r o mc r o p l a n d s ( 1 ) d u r i n gt h er i c eg r o w t hp e r i o d ，t h ep r o p o r t i o no fc h 4e m i s s i o nu n d e rd i f f e r e n t t i l l a g ew a su pt o7 7 2 2 1 0 3 8 4 ，a n dt h ee m i s s i o no fc i - hd e c r e a s e di nf o l l o w i n g o r d e r ：d p ( 1 9 6 2 1 6 + 2 2 9 4 3 ) l m ( 1 5 3 4 1 8 a ：2 1 2 0 3 ) x m ( 1 1 9 0 5 8 + 8 3 7 2 ) s h v l t h r o u g h o u tr i c eg r o w t h ，t h ec h 4e m i s s i o n sw e r ed i f f e r e n ti ne a c hp e r i o d d p t r e a t m e n ts h o w e dac i q 4e m i s s i o ne x c e p tt a ib o l l s a sf o rl m ，x ma n ds ht r e a t m e n t s ， t h ee m i s s i o no c c u r r e di np o dm a t u r i t yp e r i o d ，a n ds e e d i n gs t a g es h o w e da na b s o r p t i o n f o r c h 4 ( 3 ) d u r i n gf a l l o wp e r i o d ，t h ee m i s s i o no fc i - 1 4w a sh i g h e s tf o rd pt r e a t m e n t c o m p a r e dw i t ho t h e rt r e a t m e n t s a n dt h ep r o p o r t i o na c c o u n tf o ry e a r - r o u n dw a su pt o 1 5 1 a n dt h ee m i s s i o n su n d e rf o u rt r e a t m e n t sr a n k e di nt h eo r d e r ：d p ( 3 8 4 0 0 8 9 4 5 ) l m ( 0 6 2 0 0 6 9 6 ) x m ( o 1 6 14 - 0 5 1 6 ) s h ( - 3 7 4 6 4 - 0 7 1 9k g 。h m 吐) ( 4 ) a so u rr e s u l t ss h o w n ，t h ec h 4e m i s s i o n sa r r a n g e df r o m7 6 6 0 9 - a ：6 4 0 6k g h m 吐 t o2 5 4 112 士37 4 0 5k g h m 吐i ne x p e r i m e n t a lp e r i o d c o m p a r e d 、析t l ll m x ma n ds h t r e a t m e n t s ，t h ec h 4e m i s s i o nw a ss i g n i f i c a n th i g hu n d e rd pt r e a t m e n t s i m i l a r l y , a h i g h e re m i s s i o nw a so b s e r v e du n d e rl ma n dx m t h a ns hp 0 0 5 ) t h er a n ki si nt h eo r d e r ：d p ( 2 5 4 1 1 2 3 7 4 0 5k g h m 心) l m ( 1 5 4 5 7 4 2 4 1 5 0k g h m ) x m ( 1 1 8 1 7 3 4 - 10 2 2 3k g 。h m t ) s h ( 7 6 6 0 94 - 6 4 0 6k g h m 吐) 0 nt h ew h o l e ，c o m p a r e dw i t hd p , t h e t r e a t m e n t so fl m ，x ma n ds hd e c r e a s i n gt h ee m i s s i o no fc h 4 ，w h i c hp r o p o r t i o nw e r e 3 9 2 ，5 3 5 a n d6 9 9 ，r e s p e c t i v e l y 3 t h ee f f e c t so fe n v i r o n m e n t a lf a c t o r so nc h 4e m i s s i o nf r o mc r o p l a n d s o u rf i n d i n g sr e v e a l e dt h a tas i g n i f i c a n tp o s i t i v er e l a t i o nw a so b s e r v e db e t w e e n t h r e et e m p e r a t u r e s ( t h es o i lt e m p e r a t u r eu n d e r g r o u n d5c md e p t h ，e a r t hss u r f a c ea n di n t h ec a b i n e t ) a n dc i - 1 4e m i s s i o n sp 0 0 5 ) n os i g n i f i c a n tc o r r e l a t i o n 郦s h o w e d 妣e n c h 4e m i s s i o n s 趾d 嘉p s ：n d e rv a r i o u st i l l a g es y s t e m s i na d d i t i o n , t h ec o r r e l a t i o n 。fl o g a r i t h m o fc i - 1 4 a n dd o ci ns o i lw a s n o tf o u n d k e yw o r d s ：n 。- t i l l a g e ；t i l l a g es y s t e m ；m e t h a n e ；p u r p l e p a d d ys 。i l 美国是免耕开展最早的国家，2 0 世纪3 0 - 一4 0 年代，美国西部地区发生了2 场 沙尘暴( 黑风暴) ，几百万公顷农田被破坏，1 4 以上的人被迫背井离乡，更有不 少人死于由沙尘暴引起的肺炎。灾难给人们带来了新的思考，在美国政府的大力 支持下，科学家和农民经过试验并结合经验，提出了免耕法，并得到大力推广， 免耕有效地阻止了来自农田的沙尘，保护了农田，并使狂风里的含沙量减少了 6 5 ，减小了沙尘暴的危害。2 0 世纪6 0 年代初期，西欧一些国家也相继推行免 耕，并取得成功。加拿大、德国、澳大利亚、俄罗斯主要在旱地进行免耕；伊朗、 菲律宾、马来西亚、印度主要在水田进行免耕。特别是进入7 0 年代，能源危机波 及到“石油农业”，同时新型的化学除草剂不断研制和适用于免耕操作的农机具不 断改进，免耕面积在全球迅猛扩大。美国是世界上采用免耕栽培面积最大的国家， 早在1 9 9 9 年时，其免耕面积已达1 9 3 1 0 6h m 2 。粗略地统计，全世界免耕面积 约为4 5 1 0 6 h m 2 ，其中南美洲和北美洲的免耕种植面积占9 6 ，美国和加拿大占 5 2 ，拉丁美洲占4 4 ，澳大利亚占2 ，其它国家占2 t 2 1 。 中国从2 0 世纪5 0 年代末起，相继在黑龙江，江苏太湖、徐州等地引进、试 验、示范和推广免耕技术，发展了套播免耕麦和稻茬免耕麦；自“六五 以来， 在国家各类科技计划的支持下，在黄土高原综合治理项目，西部专项等方面加入 了有关农田免耕、覆盖耕作、沟垄种植等方面的研究，取得了大量研究成果，并 在生产上进行推广应用，取得了明显的生态、经济和社会效益。南方水田免耕的 研究始于2 0 世纪7 0 年代末期至8 0 年代初期，中国科学院院士、西南农业大学教 授候光炯等科技工作者针对南方冷浸下湿田、冬水田土壤理化性状恶化，有毒物 质积累，养分转化缓慢，复种指数不高，产量低等一系列问题，研究提出了水田 自然免耕技术( s o i lv i r g i n i z a t i o n ) ，明显改善了冬水田的土壤理化性状，收到了增 产、增收的效果，该技术已在南方十多个省市大面积推广。2 0 0 7 年，农业部出台 两南大学硕十学位论文 关于大力发展保护性耕作的意见。意见指出，力争在“十一五”期末，全国保 护性耕作实施面积超过9 0 0 0 0 万h m 2 ，达到北方适宜地区耕地面积的6 ，实现保 护性耕作技术体系基本完善、机具质量基本满足生产要求，实施区域生态、经济 和社会效益明显提高的目标。这标志着中国实施保护性耕作开始迈入新的时期【3 】。 1 2 免耕对土壤理化特性的影响 1 2 1 免耕对土壤物理特性的影响 1 2 1 1 土壤容重 土壤容重是衡量土壤松紧状况的一种指标，实行免耕后，是否会引起土壤板 结而影响作物生长是普遍关注的问题。免耕对土壤容重影响的研究方面有很大分 歧。兰全美等【4 j 研究发现不论是水作免耕还是旱作免耕，土壤容重均随免耕年限 延长呈现先增加后降低的变化趋势，在免耕持续7 8 年后土壤容重达到最大值， 分别为1 6 1g c m 3 和1 6 6g c m - 3 ，显著高于常规耕作方式下的土壤，说明长期实 行该免耕模式会导致土壤板结。而张福武等【5 j 的研究发现水田、早地或中间类型 土地类型免耕与传统耕作处理的土壤容重平均值相同，由此认为免耕对各类土壤 类型土地o 1 0c m 的土壤容重影响不大。张海林等【6 】的研究结果表明耕作措施对 o 2 0c m 土壤容重影响较大，而相比之下对深层土壤容重影响较小。刘武仁等 7 1 通过对长期免耕及连年翻耕的0 2 0c m 耕层的容重测定结果对比，发现免耕土壤 容重明显高于翻耕。谭春燕等【8 】研究了连续油菜免耕对不同深度土壤结构的影响， 发现在0 1 5c m 土壤层次上，免耕土壤的容重都小于对照，而在1 5 3 0c m 土壤 层次上，第1 年免耕土壤容重虽大于对照，但是通过4 年的连续免耕，使得油菜 免耕土壤的容重小于对照，由此认为油菜免耕土壤的容重始终是呈下降趋势。 1 2 1 2 土壤孔隙度 土壤孔隙度是指土壤中弯弯曲曲、大小不等、形状各异的各种孔洞，即单位 土壤容积内孔隙所占的百分数。孔隙度良好的土壤，不仅能够同时满足作物对水 分和空气的要求，还有利于养分状况调节和植物根系伸展。冯泽蔚等1 9 发现，在 0 l5c m 土层，油菜免耕模式土壤总孔隙度略小于对照；随耕作年份增加，油菜 免耕和对照土壤的土壤总孔隙度呈逐渐减小趋势，但减小幅度不一样，其减小幅 度分别为2 3 和0 7 。而谭春燕等l8 】研究结果发现，免耕能增加稻田0 5c m 和 5 1 0c m 土层的总孔隙度、通气孔隙度，并且总孔隙度随免耕年限的延长有不断 增加的趋势，表明免耕能明显改善稻田表层土壤的通气性，与郭晓霞等【10 】的研究 2 第一章文献综述 结论一致。王殿武等u i j 研究表明，虽然少免耕方式使土壤大于1 2 0 0 岬的通气孔 隙度降低，却使小孔隙( 5g m ) 和毛管孔隙增加，从而增强了土壤的持水能力， 提高了土壤的保水性能。赵建波【1 2 】的研究发现，无秸秆还田各处理0 1 0c m 土壤 层次中，免耕土壤毛管孔隙度极显著的高于常规耕作，高出2 1 4 1 ；在秸秆还田 条件下，免耕处理0 - 1 0c m 土层土壤毛管孔隙度比常规耕作的高3 0 2 3 ，差异达 到极显著水平。 1 2 1 3 土壤水分特征 在免耕措施生态效应的研究中，对土壤含水量的研究较多，它受多种因素的 影响，如降雨入渗、地表径流、土壤蒸发、植物蒸腾等。李友军等【1 3 】对豫西早区 坡耕地的研究发现，与传统耕作相比，免耕秸秆覆盖可以提高休闲期间的土壤蓄 水量7 7 2 0 o , , , 8 0 5 ，降水贮蓄率11 2 8 ，降水利用效率l1 8 3 ，水分利用效率 1 0 6 2 。李玲玲等【1 4 】的研究表明免耕秸秆覆盖能够提高作物春小麦和豌豆的水分 利用效率。b e h e y d t 掣1 5 j 对玉米秸秆覆盖的免耕和传统耕作比较，发现传统耕作 下的w f p s 为4 3 ，而两种免耕可以将其提高到6 0 6 5 。张晓平等【1 6 】通过田间 定位试验研究发现：播种前免耕处理的玉米和大豆地土壤水分分别比翻耕处理高 2 4 和1 8 ；播种后的一个月内，免耕大豆土壤含水量比翻耕处理高2 3 。冯 泽蔚等1 9 的研究发现，虽然免耕油菜土壤和对照土壤的含水量均随耕作年份增加 而增加，但2 种耕作方式下土壤含水量的增加幅度不同，表层土壤( 0 1 5e r a ) 含水量增幅分别为3 5 和2 7 ，深层次土壤含水量增幅分别为0 1 2 和1 0 5 ， 可见油菜免耕表层土壤的含水量增幅较对照大，而土壤表层结构是土壤肥力的保 护层和根系分布的主要层次，免耕模式较大的增加了土壤含水量，更有利于作物 的生长发育。 谢德体等【l7 】研究发现，自然垄作土壤水分以毛管水占主导，从垄沟到垄埂， 从垄边到垄中，从垄底到垄项形成一个水势梯度，土壤水吸力中高边低，上高下 低，水分和水溶性养分从垄沟流向垄埂土壤，满足作物生长发育所需，同时，自 然免耕增加了土壤贮水功能。 1 2 1 4 土壤的热特性 土壤温度与作物根系功能和光合作用等生长发育指标密切相关。土壤耕作通 过对土壤的扰动或秸秆覆盖等改变了土壤地表状态，进而影响了土壤的热流状况 【l 引。许多学者研究发现，秸秆覆盖免耕的土壤具有“增降温”双重效