旱地土壤肥力培育研究
（一）土壤酶活性与土壤肥力研究
1978—1982年，由黄世伟、蒋维新、周广业、杜生明参与完成平凉地区行政公署科技处下达的“土壤酶活性与土壤肥力”研究项目。
该研究分别在试验农场和生产队23个单位的地块内设置无肥区和高肥区施圈肥8000千克/亩、中肥区4750千克/亩、低肥区2750千克/亩3个施肥处理，进行玉米单作和玉米与豆科混作或间作。研究结果表明：脲酶、转化酶和过氧化氢酶这3种酶在土壤剖面上分布规律为酶活性的相对数值是剖面发育熟化程度的函数；脲酶、转化酶围绕着根系呈锥体状由内向外活性由大到小，过氧化氢酶活性则由内向外活性呈相反方向，这种特点体现了过氧化氢酶等为一级分解，脲酶等为二级分解；玉米与豆科混作或套种间作及施肥酶活性都有提高，酶活性较玉米单一种植为最大，以脲酶活性提高最显著；3种酶活性和土壤矿质营养物质的含量关系不密切，但与土壤有机质关系很密切，其中脲酶和转化酶呈正相关，而过氧化氢酶呈负相关；无肥区的产量最能反映土壤的肥瘦状况，而酶活性与无肥区产量密切相关。所以酶活性可为土壤肥力水平高低的标志之一。
1983年8月25日，通过平凉地区科技处组织专家实施的项目鉴定。1985年获平凉地区科技成果一等奖。
1990—1998年，由甘肃省科学技术委员会下达，丁宁平、尚来贵、马琼、周广业、王宏凯、方社会等参与完成陇东地区主要耕作土壤脲酶活性状况研究及抑制剂筛选研究，结果表明：①通过对陇东商品粮主要产县平凉、泾川、灵台、崇信、西峰、庆阳、镇原、宁县、合水九县（市）主要耕作土壤黑垆土、黄绵土和新积土共计115份耕层样品分析表明，土壤脲酶活性水平分布特征为：总体变幅31.9-243.5NH8-N毫克/千克之间，平均135.4±49.86，以黑垆土脲酶活性最高，平均160.4±51.68NH8-N毫克/千克，新积土次之，平均124.0±43.48NH8-N毫克/千克，黄绵土最低，平均99.4±33.36NH8-N毫克/千克。通过17个典型剖面，67份土壤样品分析表明，各类土壤脲酶垂直分布特征为：自耕层至母质层由上而下依次降低，但黑垆土剖面中垆土层脲酶活性有高于过渡层的趋势；各类土壤在40厘米以上各层脲酶活性较高，以下急剧降低。土壤脲酶活性状况与有机质、全氮、有效磷含量呈极显著的正相关关系。说明土壤有机质、全氮、有效磷含量越高，土壤肥力状况越好，其脲酶活性越高。按脲酶活性高低把陇东地区耕作土壤划分为高活性区，中活性区和低活性区三个区域。②通过在室内恒温条件下模拟测定取得的300个数据分析表明，普通尿素在本区土壤中的水解转化时间为45天左右，前10天为迅速水解期，水解总量达60%以上；11～20天为相对稳定期，这10天中水解量占20%；21～45天为缓慢水解期，水解量占10%左右。而长效尿素水解无明显的高峰出现，45天水解量累计仅60%，比普通尿素水解时间延长35天以上。因此控制尿素前期水解速度，延长尿素的水解时间，减少尿素因急剧水解而造成氨的大量挥发损失，是延长尿素肥效、提高尿素肥料利用率的关键。③通过室内模拟测定，从农药、有机化工原料、无机物及有机质物料等四大类56种物质中经过1500次测定分析，确定出对脲酶有抑制作用的物质40种。对其中抑制率较高的5种物质通过生物耗竭、网室盆栽试验筛选出氢醌和福美双对土壤脲酶有较好的抑制效果，抑制率分别为65.36%和57.53%，分别以这两种物质与普通尿素、磷波磷肥配比，制得的长效复（混）肥既克服了普通尿素、普通复（混）肥肥效期短，肥料田间利用率不高的缺陷，又克服了长效尿素养分单一、氮磷分次施用的费工现象。在泾川、灵台等县黑垆土、新积土和黄绵土上22点（次）的示范表明，在土壤脲酶活性高于120个活性单位的18个点（次）获得了一定增产效果，占总点数的80%以上。在增产的18点中，其中冬小麦9点，增幅度5.0%～17.5%，平均10.8%，亩增产18.4千克，玉米7点，增产6.3%～10.4%，平均8.1%，亩增产34.5%，高粱2点，增产8.1%～9.1%，平均8.6%，亩增产27.3%。
该项目于1988年8月18日由甘肃省科委鉴定验收，认为该项目成果有较大的应用价值和推广前景，属国内先进水平。1999获平凉地区科技进步一等奖。
（二）有机肥、绿肥和秸秆还田培肥土壤研究
1978—1987年，由甘肃省农科院下达，黄世伟、周广业、丁宁平、蒋维新、张效勇参与实施完成的“旱地土壤培肥研究”项目。
该项目在高平试验场进行定点试验研究，采用有机无机肥配合，深耕增施有机肥，复种绿肥和秸秆还田等配套培肥措施，以增加土壤有机质，协调水、肥、气、热比例，达到以肥调水，以水促养的目的。经田间试验与大田示范同步进行，小区试验与室内分析，长期定位试验与回归旋转设计相结合的方法，使旱塬地冬小麦，玉米亩产连年稳定在250千克和400千克以上，并提出了旱地冬小麦、玉米三元二次施肥效应方程式。
研究结果表明：有机、无机肥配合，增施有机肥料，可增加土壤腐殖质含量，特别是胡敏酸的含量由试验前的50%增至60%以上，并促进土壤有机、无机复合体的形成。土壤6种酶活性的进一步研究表明，用土壤酶活性可表证黑垆土的肥力指标。又经土壤水分与作物吸收营养关系研究，明确提出影响当地产量的关键因子是肥，而不是水。1978—1987年试验、示范，土壤有机质由0.74%提至1.2%以上，全氮由0.07%提至0.12%以上，碱解氮由45毫克/千克提至120毫克/千克，速效磷由4毫克/千克提至15～20毫克/千克。示范面积4万亩，小麦增产20.5%～39.1%，玉米增产34.2%，新增总产量1601.3吨，新增纯收益68.2万元，年社会经济效益100余万元。
1987年，为示范推广旱地土壤培肥综合技术措施，举办农民技术员培训班5期，当年示范面积32510亩，增产小麦1445.75吨，增加纯收益68.22万元，科技费用收益率为2.45元/元，科研费用收益率14.44元/元。
图3-5 秸秆还田集成技术研究——非种植带深翻
图3-6 秸秆还田集成技术研究——整区深翻
图3-7 秸秆还田集成技术研究——地表覆盖处理
图3-8 秸秆还田试验站
1987年12月26日通过平凉地区科技处鉴定。1988年，先后获得平凉地区科技进步一等奖、甘肃省科技进步三等奖。
在黑垆土长期定位试验基础上，2010—2015年，由平凉市农科院自列，设膜下带状秸秆还田不同模式土壤培肥研究，李利利、周海燕、尚来贵、张铠鹏、杨学珍、贾红梅等参与完成。研究结果表明：①全膜双垄沟播玉米秸秆带状还田3年后，土壤有机质、全氮含量均比不还田高，分别增加1.0～1.3克/千克和6%～23.8%，土壤全磷含量增加幅度介于0.025%～0.029%，速效磷增加0.5～2毫克/千克，土壤全钾和速效钾含量较试验前显著增加。不同带状还田模式中，以种植带混匀还田处理全氮、全磷、速效磷、全钾和速效钾养分含量的增值最大。秸秆还田处理0～200厘米土层贮水量较对照增加5.53～21.68毫米。不同秸秆还田模式均使作物产量增加，平均增产11.7%～24.2%。秸秆种植带混匀还田处理秸秆腐烂效果最好，玉米产量最高，水分利用效率最大，较对照水分利用效率提高4.93千克/公顷。②全膜双垄沟播玉米秸秆还田土壤温度研究。玉米拔节前0～5厘米地温振幅最大，振幅介于4.1℃～13.6℃，5～10厘米地温振幅介于3.2℃～10.5℃，10～20厘米地温振幅介于1.2℃～7.4℃，20～25厘米地温振幅介于0.6℃～5.4℃。玉米生长期进入6月下旬，各土层地温振幅显著降低，振幅介于0.3℃～5.9℃。进入8月份，随着叶面积指数的增大，覆膜和秸秆覆盖对温度的作用减弱，8∶00至18∶00内温差没有变化，地温介于8.2℃～20.2℃。0～25厘米地温振幅随着土层深度的增加而减小。
该项目通过长期田间试验进行，采用秸秆还田量7500千克/公顷，配施N90千克/公顷，P20575千克/公顷，低化肥投入量下，项目已获经济效益9389.68万元，还可能产生的经济效益3369.27万元，科研投资年均纯收益率37.85元/元。2017年9月获平凉市科技进步二等奖。
（三）不同土壤类型开垦引起土壤有机碳性质与动态变化
2003—2006年，丁宁平参与由兰州大学和甘肃省农业科学院土壤肥料研究所共同完成的“黄土高原主要农业土壤中有机碳性质与动态研究”项目。采用空间代替时间的研究方法，对不同开垦时间序列的黄绵土、灰褐土和典型褐灰钙土中的总有机碳、轻组有机碳、重组有机碳、盐溶性有机碳、水溶性有机碳、微生物体碳动态进行了研究。首次给出了这三种土壤有机碳组分在开垦后的变化趋势，对于判断该地区土壤质量在开垦后的变化趋势有指导意义。
采用137Cs同位素技术探明了黄绵土开垦后土壤有机碳损失主要是由土壤耕作侵蚀造成的；而灰褐土有机碳的损失在土地开垦的早期由有机碳分解造成，开垦20年后土壤侵蚀对有机碳损失的贡献与有机碳的分解所造成的损失相同。在加拿大褐灰钙土和黑灰钙土上，免耕、谷类作物连作、与多年生豆科牧草轮作、将耕地转换成草地均可对土壤有机碳库有恢复作用。黄土高原三种典型农业土壤和两种加拿大北美大草原典型农业土壤中的有机碳特征存在很大差别。黄土高原主要农业土壤的有机碳在轻组、粗粉砂粒组和细黏粒组中的碳比例较高，表明矿质颗粒对有机碳的保护能力弱于北美大草原典型农业土壤。
2006年获甘肃省高等学校科技进步三等奖。