本研究于2005年-2007年在山东农业大学农学实验站展开,试验以华北平原小麦-玉米两熟农作制下保护性耕作田为研究对象,探寻保护性耕作条件下农田土壤理化性状、微生物特性、土壤酶活性、土壤温室气体排放变化以及对作物发育动态的影响,以明确保护性耕作与各指标之间的关系,为实现低耗高效的耕作方式提供理论基础。主要研究结果如下:1.保护性耕作对土壤物理性质的影响秸秆还田提高0-30cm土壤水稳性团聚体含量。保护性耕作提高0-10cm土层水稳性团聚体含量。保护性耕作的土壤分散系数小于常规耕作。保护性耕作能显著提高土壤毛管孔隙度,秸秆还田有利于土壤孔隙度的增加。耕作因素是非毛管孔隙度的决定性因素。在秸秆还田条件下,深松处理的水分利用效率最大。在相同耕作措施时,秸秆还田处理的水分利用效率均高于无秸秆还田处理。2.保护性耕作对土壤化学性质的影响秸秆还田利于提高土壤有机质的含量,在0—10cm耕层,保护性耕作提高土壤有机质含量幅度大于常规耕作。少免耕0--10cm土层有机质含量大于10--20cm土层,常规耕作相反。无秸秆还田处理下,深松、耙耕模式有利于0-10cm土壤全氮含量的增加。秸秆还田处理下,旋耕、耙耕模式土壤全氮含量显著高于无秸秆还田处理。在全氮累积量中,深松模式下全氮累积量平均值高于常规耕作,而免耕、旋耕、耙耕均低于常规耕作。秸秆覆盖利于0-20cm土壤碱解氮、速效磷、速效钾含量的提高。少耕处理的碱解氮水平均高于常规处理。常规耕作秸秆还田在0-20cm土层提高速效磷幅度最大。免耕无秸秆处理在生育期中能增加土壤速效磷的含量。20--40cm土壤速效钾,总趋势是无秸秆还田大于秸秆还田。3.保护性耕作对土壤微生物特性的影响0--10cm土壤细菌(除无秸秆还田的常规耕作)、放线菌(除无秸秆还田的常规耕作)、真菌数量,均大于10--20cm土层。10--20cm土层土壤菌数量保护性耕作小于常规耕作。0--20cm土层,秸秆还田的常规耕作真菌量最高,免耕最低。保护性耕作0-10cm土层的微生物量碳、活跃微生物量、微生物活性均大于10-20cm土层。保护性耕作和秸秆还田利于土壤微生物量碳的提高。保护性耕作利于0-10cm土层活跃微生物量和微生物活性的提高。10--20cm土层的微生物活性,免耕最低。0--10cm,常规耕作呼吸强度大于保护性耕作,免耕最小。0-10cm土层的呼吸强度大于10-20cm,秸秆还田大于无秸秆还田。0-10cm土壤微生物商均高于10-20的微生物商。保护性耕作处理的微生物商高于常规耕作处理。4.保护性耕作对土壤酶活性的影响保护性耕作土壤0-10cm的脲酶活性高于10-20cm。常规耕作规律正好相反。秸秆覆盖利于0-10cm土层的蔗糖酶活性的提高。0--20cm土壤蔗糖酶活性,秸秆还田的常规耕作最高,免耕最低。0-10cm土层过氧化酶活性,保护性耕作(除深松)大于常规耕作。10-20cm土层,免耕酶活性降低,深松和常规处理的酶活性提高。秸秆利于土壤过氧化氢酶活性的提高。5.保护性耕作对小麦田温室气体(CH4、N2O、CO2)排放的影响麦田处理表现为CH4的吸收汇,保护性耕作CH4吸收量小于常规耕作;保护性耕作CH4吸收量与温度正相关,与水分负相关,常规耕作与两因素相关性不显著。各处理CH4吸收量与NH4+含量显著负相关。除免耕秸秆还田外,N2O排放通量保护性耕作与常规耕作差异显著。保护性耕作(除免耕)利于N2O的排放。温度是制约N2O排放的关键因素,随着温度的升高N2O表现出增加的趋势。N2O排放与水分、土壤无机氮含量无相关性。CO2排放通量常还最高的,免耕最低,秸秆覆盖利于CO2的排放。相关分析表明,CO2排放通量与气温、5cm地温之间呈显著正相关关系,与水分相关性不显著。玉米季土壤是CH4的吸收汇,苗期CH4的吸收通量最低,灌浆期最高。处理间相比,无秸秆还田的常规耕作>常还>松还>耙还>旋还>免耕。N2O排放通量在苗期和大口期出现排放峰值,收获期出现最低值,少免耕处理的N2O排放通量大于常规耕作。苗期CO2排放通量最小的,大口期CO2的排放通量达到最大值。常规耕作CO2排放通量大于保护性耕作。常规耕作温室总效应均大于保护性耕作,免耕最小,常规耕作秸秆覆盖最大。玉米季的温室效应大于小麦季。N2O和CO2是温室正效应, CH4是负效应,温室效应主要表现为CO2的效应。6.保护性耕作对作物发育动态及产量的影响免耕处理基本苗均极显著低于常规无秸秆还田。小麦冬前最大分蘖耙还、常还高于常无,免无、松无、免还、松还显著低于常无,耙无处理与对照无显著差异。小麦春季最大分蘖松无、耙还PH与常无无显著差异,免耕处理显著低于AC。小麦,秸秆还田条件下,常规耕作的穗数最高。无秸秆还田条件下,深松、免耕和旋耕的穗数显著低于常规耕作,免耕和旋耕的穗粒数极显著低于常规耕作。深松的籽粒产量均显著高于常规耕作,免耕和旋耕均极显著低于常规耕作。玉米,在秸秆还田条件下,深松的千粒重高于常规耕作,免耕和旋耕则极显著低于常规耕作。深松与耙耕行粒数高于常规耕作,免耕与旋耕极显著显著低于常规耕作。深松与耙耕的籽粒产量高于常规耕作,免耕和旋耕比常规耕作低。相同耕作措施下,秸秆还田的籽粒产量均高于无秸秆还田。