Traffic and Tillage Effects on Soil Water Conservation and Winter Wheat Yield in the Loess Plateau, China

• Authors: Hao Chen
• Languages of publication: EN

Abstracts

EN

In semi-humid Loess Plateau of northern China, water is the limiting factor for rain-fed crop yields. In this region, long-term traditional ploughing with straw removal has resulted in poor soil structure, water conservation and crop yield. Controlled traffic, combined with no-till and straw cover has been proposed to improve soil water conservation and crop yield. From 1999 to 2007, a field experiment on winter wheat was conducted in the dryland area of Loess Plateau of northern China, to investigate the effects of traffic and tillage on soil water conservation and crop yield. The field experiment was conducted using two controlled traffic treatments, no tillage with residue cover and no compaction (NTCN), shallow tillage with residue cover and no compaction (STCN) and one conventional tillage treatment (CK). Results showed that controlled traffic system reduced soil compaction in the top soil layer, increased soil water infiltration. The benefit on soil water infiltration translated into more soil conservation (16.1%) in 0-100 cm soil layer in fellow period, and achieved higher soil water availability at planting (16.5%), with less yearly variation. Consequently, controlled traffic system increased wheat yield by 12.6% and improved water use efficiency by 5.2%, both with less yearly variation, compared with conventional tillage. Within controlled traffic treatments, no tillage treatment NTCN showed better overall performance. In conclusion, controlled traffic combined with no-tillage and straw cover has higher performance on conserving water, improving yield and water use efficiency. It is a valuable system for soil and water conservation for the sustainable development of agriculture in dryland China.

PL

Na Wyżynie Lessowej w północnych Chinach woda deszczowa jest czynnikiem ograniczającym wydajność plonów zbóż. W tym regionie tradycyjna orka połączona z usuwaniem słomy spowodowała osłabienie struktury gleby oraz redukcję zasobów wody, co w rezultacie doprowadziło do zmniejszenia plonów. Kontrolowany ruch maszyn, w połączeniu z rezygnacją z orki i wykorzystaniem słomianej osłony powierzchni gleby, zostały zaproponowane w celu poprawy ochrony gleby i zwiększenia plonów. W latach 1999-2007 na suchych obszarach Wyżyny Lessowej przeprowadzono doświadczenia polowe z wykorzystaniem pszenicy ozimej, których celem było zbadanie wpływu ruchu i sposobu uprawy gleby na ochronę zasobów wodnych i plony uprawianych roślin. Doświadczenie polowe przeprowadzono na polach uprawnych z kontrolowanym ruchem, przygotowanych na dwa sposoby. Jedno z pól było niezaorane, jego powierzchnia nie była utwardzana, pozostawiono nienaruszone resztki pokrycia (NTCN). Drugie pole było podobnie przygotowane, ale w odróżnieniu od pierwszego zastosowano płytką orkę (STNC). Otrzymane wyniki porównano do tych, które uzyskano z pól przygotowanych w sposób konwencjonalny (CK). Wyniki wykazały, że kontrola i ograniczenie ruchu zmniejszyły zbijanie się górnych warstw gleby, zwiększając przenikanie wody w głąb niej. Korzystnym skutkiem przenikania wody do gleby była lepsza jej ochrona (16,1%) w warstwie 0-100 cm w kolejnych okresach i większa dostępność wody w glebie w czasie wysiewu (16,5%), przy mniejszej rocznej zmienności. W wyniku wykorzystania systemu sterowania ruchem plony pszenicy wzrosły o 12,6%, a efektywności wykorzystania wody poprawiła się o 5,2% w porównaniu z uprawą tradycyjną. Najlepszą ogólną wydajność zaobserwowano na polu NTCN. Podsumowując, można stwierdzić, że kontrola ruchu, brak orki i ochrona powierzchni za pomocą słomy mają znaczny wpływ na ochronę zasobów wody w glebie, poprawiając wydajność produkcji i efektywność wykorzystania wody. Opisany system ochrony gleby i wody jest istotny dla zrównoważonego rozwoju rolnictwa na suchych obszarach Chin.

Keywords

EN

controlled traffic; winter wheat; water conservation; wheat yield; Loess Plateau

PL

ruch kontrolowany; pszenica ozima; ochrona wód; plon pszenicy; Wyżyna Lessowa

• Publisher: De Gruyter Open
• Journal: Ecological Chemistry and Engineering S
• Year: 2013
• Volume: 20
• Issue: 3
• Pages: 507-517

Dates

published

1 - 09 - 2013

online

08 - 10 - 2013

Contributors

author

Hao Chen

• College of Automotive Engineering, Shanghai University of Engineering Science, Shanghai, 201620, China

References

• [1] Xie ZK,Wang YJ, Li FM. Effect of plastic mulching on soil water use and spring wheat yield in arid region of northwest China. Agricult Water Manage. 2005;75:71-83. DOI: 10.1016/j.agwat.2004.12.014.[Crossref]
• [2] Shangguan ZP, Shao MA, Lei TW, Fan TL. Runoff water management technologies for dryland agriculture on the Loess Plateau of China. Int J Sustainable Dev World Eco. 2002;l(9):341-350. DOI: 10.1080/13504500209470129.[Crossref]
• [3] Wang QJ, Chen H, Li HW, Li WY, Wang XY, McHugh AD, He J, et al. Controlled traffic farming with no tillage for improved fallow water storage and crop yield on the Chinese Loess Plateau. Soil Tillage Res. 2009;104(1):192-197. DOI: 10.1016/j.still.2008.10.012.[Crossref][WoS]
• [4] Tullberg JN, Yule DF, McGarry AD. Controlled traffic farming from research to adoption in Australia. Soil Tillage Res. 2007;97:272-281. DOI: 10.1016/j.still.2007.09.007.[Crossref]
• [5] Kang S, Zhang L, Song XY, Zhang SH, Liu XZ, Liang YL, Zheng SQ. Runoff and sediment loss responses to rainfall and land use in two agricultural catchments on the Loess Plateau. Hydrol Process. 2001;15:977-988. DOI: 10.1002/hyp.191.[Crossref]
• [6] Chen H, Bai YH, Wang QJ, Chen F, Li HW, Tullberg JN, Murray JR, et al. Traffic and tillage effects on wheat production on the Loess Plateau of China: 1. Crop yield and SOM. Aust J Soil Res. 2008;46:645-651. DOI: 10.1071/SR07106.[WoS][Crossref]
• [7] Huang MB, Shao MA, Zhang L. Water use efficiency and sustainability of different long-term crop rotation systems in the Loess Plateau of China. Soil Tillage Res. 2003;72:95-104. DOI: 10.1016/S0167-1987(03)00065-5.[Crossref]
• [8] Wang XB, Cai DX, Hoogmoed WB, Oenema O, Perdok UD. Developments in conservation tillage in rainfed regions of North China. Soil Tillage Res. 2007;93:239-250. DOI: 10.1016/j.still.2006.05.005.[Crossref]
• [9] Tullberg J. Tillage, traffic and sustainability - A challenge for ISTRO. Soil Tillage Res. 2010;111:26-32. DOI: 10.1016/j.still.2010.08.008.[WoS][Crossref]
• [10] Gicheru P, Gachene C, Mbuvi J, Mare E. Effects of soil management practices and tillage systems on surface soil water conservation and crust formation on a sandy loam in semi-arid Kenya. Soil Tillage Res. 2004;75:173-184. DOI: 10.1016/S0167-1987(03)00161-2.[Crossref]
• [11] Hamza MA, Anderson WK. Soil compaction in cropping systems: A review of the nature, causes and possible solutions. Soil Tillage Res. 2005;82:121-145. DOI: 10.1016/j.still.2004.08.009.[Crossref]
• [12] McHugh AD, Tullberg JN, Freebairn DM. Controlled traffic farming restores soil structure. Soil Tillage Res. 2009;104:164-172. DOI: 10.1016/j.still.2008.10.010.[WoS][Crossref]
• [13] Radford BJ, Bridge BJ, Davis RJ, McGarry D, Pillai UP, Rickman JF, et al. Changes in the properties of a Vertisol and responses of wheat after compaction with harvester traffic. Soil Tillage Res. 2000;54:155-170. DOI: 10.1016/S0167-1987(00)00091-X.[Crossref]
• [14] Li YX, Tullberg JN, Freebairn DM. Traffic and residue cover effects on infiltration. Aust J. Soil Res. 2001;39:239-247. DOI: 10.1071/SR00017.[Crossref]
• [15] Wang XY, Gao HW, Tullberg JN, Li HW, Kuhn N, McHugh AD, et al. Traffic and tillage effects on runoff and soil loss on the Loess Plateau of northern China. Aust J Soil Res. 2008;46:667-675. DOI: 10.1071/SR08063.[Crossref][WoS]
• [16] Chen H, Yang YL, Chen LH. Effect of wheel traffic on soil water infiltration. Advan Mater Res. 2010;113-114:335-338. DOI: 10.4028/www.scientific.net/AMR.113-116.335.[Crossref]
• [17] Bai YH, He J, Li HW, Wang QJ, Chen H, Kuhn NJ, et al. Soil structure and crop performance after 10 years of controlled traffic and traditional tillage cropping in the dryland Loess Plateau in China. Soil Sci. 2009;174(2):113-119. DOI: 10.1097/SS.0b013e3181981ddc.[WoS][Crossref]
• [18] He J, Wang QJ, Li HW, Liu LJ, Gao HW. Effect of alternative tillage and residue cover on yield and water use efficiency in annual double cropping system in North China Plain. Soil Tillage Res. 2009;104(1):198-205. DOI:10.1016/j.still.2008.08.015.[Crossref]
• [19] Berzsenyi Z, Gyorffy B, Lap DQ. Effect of crop rotation and fertilization on maize and wheat yields and yield stability in a long-term experiment. Eur J Agron. 2000;13:225-244. DOI: 10.1016/S1161-0301(00)00076-9.[Crossref]
• [20] Kukal SS, Aggarwal GC. Puddling depth and intensity effects in rice-wheat system on a sandy loam soil. I. Development of subsurface compaction. Soil Tillage Res. 2003;72:1-8. DOI: 10.1016/S0167-1987(03)00093-X.[Crossref]
• [21] Bai YH, Chen F, Li HW, Chen H, He J, Wang QJ, et al. Traffic and tillage effects in wheat production on the Loess Plateau of China: 2. Soil physical properties. Aust J Soil Res. 2008;(46):652-658. DOI: 10.1071/SR07193.[Crossref]
• [22] Li YX, Tullberg JN, Freebairn DM. Wheel traffic and tillage effects on runoff and crop yield. Soil and Tillage Res. 2007;97:282-292. DOI: 10.1016/j.still.2005.10.001.[Crossref]
• [23] Huang YL, Chen LD, Fu BJ, Huang ZL, Gong J. The wheat yields and water-use efficiency in the Loess Plateau: straw mulch and irrigation effects. Agricult Water Manage. 2005;72:209-222. DOI: 10.1016/j.agwat.2004.09.012.[Crossref]
• [24] Li HW, Gao HW, Wu HD, Li WY, Wang XY, He J. Effects of 15 years of conservation tillage on soil structure and productivity of wheat cultivation in northern China. Aust J Soil Res. 2007;45:344-350. DOI: 10.1071/SR07003.[WoS][Crossref]
• [25] Li YX, Tullberg JN, Freebairn DM, Li HW. Functional relationships between soil water infiltration and wheeling and rainfall energy. Soil Tillage Res. 2009;104:156-163. DOI: 10.1016/j.still.2008.10.023.[Crossref][WoS]
• [26] Sadras VO, Garry JO, David KR. Crop responses to compacted soil: capture and efficiency in the use of water and radiation. Field Crops Res. 2005;91(14):131-148. DOI: 10.1016/j.fcr.2004.06.011. [Crossref]

Identifiers

DOI

10.2478/eces-2013-0038