秸稈覆蓋免耕對(duì)土壤有機(jī)質(zhì)轉(zhuǎn)化積累及玉米生長(zhǎng)的影響

【摘要】：長(zhǎng)期以來,東北地區(qū)種植玉米形成了壟作的習(xí)慣,為實(shí)現(xiàn)耕整土地、起壟作業(yè),地表的秸稈被全部移走或就地焚燒,以達(dá)到農(nóng)機(jī)作業(yè)的要求,加之,人們對(duì)土地最大利益化的追求,大量使用化肥而很少使用廄肥。長(zhǎng)期的掠奪式經(jīng)營(yíng),造成了東北黑土地的嚴(yán)重退化。提高有機(jī)物質(zhì)的輸入,是實(shí)現(xiàn)東北黑土地力的重建的關(guān)鍵,因此,我們研究保護(hù)性耕作技術(shù)在東北黑土區(qū)的應(yīng)用,期望能從保護(hù)珍貴黑土資源的角度來探尋耕作制度的改變對(duì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的影響及實(shí)現(xiàn)土壤有機(jī)質(zhì)重建的機(jī)制。 本研究始于2007年4月,依托中國(guó)科學(xué)院保護(hù)性耕作研發(fā)基地(吉林省梨樹縣,43°19'N,124°14'E),開展玉米秸稈覆蓋免耕技術(shù)研究。實(shí)驗(yàn)區(qū)土壤類型為中層黑土壤質(zhì)粘土。以常規(guī)壟作(RT)為對(duì)照,連續(xù)5年實(shí)施不同秸稈覆蓋量(NT-0、NT-33、 NT-67、NT-100)免耕。針對(duì)耕層土壤含水量、土壤溫度、土壤容重、田間蚯蚓數(shù)量、土壤有機(jī)質(zhì)及產(chǎn)量方面進(jìn)行分析,并對(duì)耕層不同層次(0.2cm、2-5cm、5-10cm、10-20cm)的全土及顆粒分級(jí)土壤有機(jī)碳、氨基糖的變化特征進(jìn)行了分析,結(jié)果表明： 1.秸稈覆蓋免耕增加了耕層土壤的含水量,相較于常規(guī)壟作,春播前秸稈覆蓋免耕可增加30%以上耕層水分,但是,秸稈覆蓋處理降低了土壤溫度,在5cm土壤深度,NT-100較RT溫度低2-8.5℃,在10cm處低1.7-9.0℃,20cm處低1.4-6.0℃。NT-0處理在保證土壤水分的同時(shí),土壤溫度在各層次較RT無明顯差異。 2.常規(guī)壟作改為免耕種植,容重是增加的,但其耕層容重均在1.40g cm-3以下,其中NT-100的容重僅為1.24g cm-3,說明連續(xù)實(shí)施免耕5年雖然增加了土壤的容重,但其仍在適合玉米生長(zhǎng)的范圍之內(nèi),并不影響春天播種。另外,耕作方式的變化對(duì)蚯蚓數(shù)量的影響并不顯著,RT和NT-0每平方米蚯蚓的數(shù)量分別為15條和18條,而重量方面的差異也不顯著。秸稈覆蓋免耕無論是對(duì)蚯蚓的數(shù)量還是重量均有顯著(p0.05)的影響,蚯蚓密度在免耕條件下有隨秸稈覆蓋量增加而增加的特征。尤其是在全量秸稈覆蓋(NT-100)下達(dá)到每平方米143條,重16.27g。 3.實(shí)施秸稈覆蓋免耕(NT-100/67/33),對(duì)玉米的生育進(jìn)程產(chǎn)生了一定的影響,開花期以前,秸稈覆蓋免耕明顯降低了玉米的株高、葉面積指數(shù)及干物質(zhì)的積累,這種影響隨秸稈覆蓋量的增加而增大。NT-0無論是對(duì)玉米株高、葉面積指數(shù)還是干物質(zhì)的積累均無影響,在不同生育期還可起到促進(jìn)作用,尤其是葉面積指數(shù),NT-0的下降速率明顯慢于RT。秸稈覆蓋量免耕造成的減產(chǎn)主要與收獲時(shí)公頃有效穗數(shù)的下降有關(guān)。免耕的實(shí)施對(duì)春玉米的理論產(chǎn)量影響并不大,NT-0和NT-33在玉米的百粒重這一指標(biāo)較RT卻分別增長(zhǎng)了0.41-1.13g(100.weight)-1和0.37-0.91g(100-weight)-1因此,通過加強(qiáng)田間管理,提高農(nóng)機(jī)具的質(zhì)量及病害的防治效果,有利于免耕在東北黑土區(qū)的推廣。 4.秸稈覆蓋免耕的實(shí)施,增加了土壤有機(jī)碳的含量,有機(jī)碳的積累具有明顯的表層富集作用,且其增加量隨秸稈覆蓋量的增加而增加,在表層0-2cm秸稈覆蓋免耕(NT-100/67/33)較常規(guī)壟作(RT)5年間土壤有機(jī)碳含量分別增加了：29.7%、17.9%和11.5%,在2-5cm這一層次上分別增加了：4.0%、5.1%和2.8%。NT-0的土壤有機(jī)碳含量在5年間與RT相比,變化不顯著,說明僅是耕作方式改變而不實(shí)施秸稈還田對(duì)土壤有機(jī)質(zhì)的提高效果短期內(nèi)不顯著。 5.不同量秸稈覆蓋增加了表層(0-2cm)土壤氨基糖含量；不同微生物來源氨基糖對(duì)秸稈覆蓋量的響應(yīng)不同,其中氨基葡萄糖和氨基半乳糖表現(xiàn)出隨秸稈覆蓋量增加而增加的趨勢(shì),而胞壁酸僅在全秸稈覆蓋下顯著增加；秸稈覆蓋還田免耕下真菌來源的氨基葡萄糖與細(xì)菌來源的胞壁酸的比值高于無秸稈還田免耕,表明連續(xù)秸稈覆蓋還田土壤中真菌己逐漸轉(zhuǎn)為優(yōu)勢(shì)群體,而真菌占優(yōu)勢(shì)的農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)更利于土壤固碳。。 6.免耕的實(shí)施雖然對(duì)土壤各粒級(jí)的組成沒有明顯的影響,但卻改了各粒級(jí)中有機(jī)碳的含量。在表層0-5cm,秸稈覆蓋免耕增強(qiáng)了黏粒吸附有機(jī)碳的能力,其吸附能力表現(xiàn)出了秸稈覆蓋量的增加而增強(qiáng)的特征,秸稈覆蓋免耕還增加了黏粒的庫(kù)容。另外,黏粒的有機(jī)碳富集系數(shù)雖然均大于1,在層0-2cm其數(shù)值表現(xiàn)為：秸稈覆蓋免耕常規(guī)壟作,而在2-5cm卻得到相反的結(jié)果,從黏粒有機(jī)碳對(duì)全土有機(jī)碳的貢獻(xiàn)率發(fā)現(xiàn),在表層0-5cm表現(xiàn)為：秸稈覆蓋免耕常規(guī)壟作,秸稈覆蓋免耕的富集系數(shù)小,但其有機(jī)碳的庫(kù)容及對(duì)全土有機(jī)碳的貢獻(xiàn)率高,說明在連續(xù)秸稈覆蓋免耕的條件下黏粒的有機(jī)碳積累正達(dá)到一個(gè)新的平衡,提高了土壤有機(jī)質(zhì)的含量。耕作方式的改變也影響了粉粒和砂粒有機(jī)碳含量,在0-2cm這一層次有機(jī)碳的分布強(qiáng)度、庫(kù)容、富集系數(shù)等方面,粉粒中表現(xiàn)為：免耕常規(guī)壟作,而砂粒中卻現(xiàn)為：免耕常規(guī)壟作,在免耕措施中,粉粒和砂粒中有機(jī)碳的分布強(qiáng)度、庫(kù)容、富集系數(shù)等指標(biāo)均有隨秸稈覆蓋量的增加而增加的特征,說明秸稈覆蓋免耕的實(shí)施也有利于提升大顆粒中有機(jī)碳的含量。 7.秸稈覆蓋免耕的實(shí)施對(duì)各粒級(jí)中氨基糖的影響,主要體現(xiàn)在砂粒中,土壤氨基糖的總量及各氨基單糖(GluN、GlaN和Mur)在砂粒中的分布強(qiáng)度、庫(kù)容及富集系數(shù)均表現(xiàn)出隨秸稈覆蓋量的增加而顯著增加的特征,且免耕處理均高于常規(guī)壟作處理,說明耕作次數(shù)的減少及新鮮有機(jī)物料的補(bǔ)充共同為土壤微生物營(yíng)造了良好的生境,從而加速了對(duì)微生物對(duì)有機(jī)碳的積累與轉(zhuǎn)化。連續(xù)5年的免耕,并未對(duì)黏粒中土壤氨基糖的量造成顯著影響,但是,在氨基糖的分布強(qiáng)度及庫(kù)容方面,表現(xiàn)出了隨秸稈覆蓋量的增加而增加的趨勢(shì),而在富集系數(shù)及有對(duì)貢獻(xiàn)率方面卻表現(xiàn)為隨秸稈覆蓋量的增加而下降的趨勢(shì)。 綜上所述,秸稈覆蓋免耕的實(shí)施有利于土壤理化性狀的改善,提高了土壤表層有機(jī)質(zhì)的含量。但東北黑土區(qū)的積溫較低,大量的秸稈覆蓋不利于春天地溫的提升,建議不同的區(qū)域依據(jù)實(shí)際情況選擇合適的秸稈覆蓋量。本研究為兩年的實(shí)驗(yàn)結(jié)果,且為全程機(jī)械化的實(shí)際效果對(duì)玉米生長(zhǎng)發(fā)育及產(chǎn)量影響的數(shù)據(jù),不等同于相同農(nóng)藝條件下的結(jié)果,因此,免耕對(duì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的影響,隨著農(nóng)機(jī)具的質(zhì)量提高,還有待于進(jìn)一步研究。另外,短期的秸稈覆蓋免耕雖然增加了土壤有機(jī)質(zhì)的含量,但這種顯著的增加僅在表層2cm以內(nèi),在保持現(xiàn)有土壤環(huán)境的前提下,如何快速提高整個(gè)耕層土壤有機(jī)質(zhì)的含量將會(huì)是研究東北黑土的一重要方向。 【關(guān)鍵詞】：免耕 秸稈覆蓋還田 有機(jī)質(zhì) 氨基糖 土壤顆粒分級(jí)
【學(xué)位授予單位】：沈陽(yáng)農(nóng)業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2013
【分類號(hào)】：S158;S513
【目錄】：

• 摘要11-14
• Abstract14-17
• 第一章 引言17-19
• 第二章 文獻(xiàn)綜述19-34
• 2.1 國(guó)內(nèi)外研究免耕概況19-21
• 2.1.1 免耕的起源19
• 2.1.2 國(guó)外免耕發(fā)展情況19
• 2.1.3 國(guó)內(nèi)免耕發(fā)展情況19-21
• 2.2 免耕對(duì)土壤理化性狀及作物生長(zhǎng)的影響21-24
• 2.2.1 免耕對(duì)土壤水分、溫度的影響21-22
• 2.2.2 免耕對(duì)土壤容重的影響22-23
• 2.2.3 免耕對(duì)田間蚯蚓密度的影響23
• 2.2.4 免耕對(duì)作物生長(zhǎng)的影響23-24
• 2.3 免耕對(duì)土壤有機(jī)質(zhì)積累的影響24-32
• 2.3.1 免耕對(duì)土壤有機(jī)碳積累的影響24-26
• 2.3.2 土壤氨基糖對(duì)免耕的響應(yīng)26-29
• 2.3.3 有機(jī)碳在土壤粒級(jí)中的分布29-32
• 2.4 研究的目標(biāo)和意義32-34
• 第三章 試驗(yàn)材料與研究方法34-44
• 3.1 研究?jī)?nèi)容與技術(shù)路線34-35
• 3.1.1 研究?jī)?nèi)容34
• 3.1.2 技術(shù)路線34-35
• 3.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)35-38
• 3.2.1 試驗(yàn)區(qū)概況35-36
• 3.2.2 試驗(yàn)布置36-37
• 3.2.3 樣品采集37-38
• 3.3 研究方法38-42
• 3.3.1 土壤水分、溫度測(cè)定38
• 3.3.2 土壤容重、田間蚯蚓密度測(cè)定38
• 3.3.3 玉米生長(zhǎng)測(cè)定38
• 3.3.4 土壤CN測(cè)定38
• 3.3.5 土壤氨基糖測(cè)定38-41
• 3.3.6 土壤顆粒分級(jí)41-42
• 3.4 數(shù)據(jù)處理與分析42-44
• 3.4.1 富集系數(shù)的計(jì)算42
• 3.4.2 貢獻(xiàn)率的計(jì)算42
• 3.4.3 統(tǒng)計(jì)分析42-44
• 第四章 秸稈覆蓋免耕對(duì)土壤理化性質(zhì)及玉米生長(zhǎng)的影響44-59
• 4.1 覆蓋免耕對(duì)土壤理化性質(zhì)影響44-51
• 4.1.1 土壤含水量44-45
• 4.1.2 土壤貯水量的變化45-46
• 4.1.3 地溫46-47
• 4.1.4 容重47-48
• 4.1.5 田間蚯蚓密度48-49
• 4.1.6 有機(jī)質(zhì)49-50
• 4.1.7 小結(jié)50-51
• 4.2 覆蓋免耕對(duì)春玉米生長(zhǎng)發(fā)育及產(chǎn)量影響51-59
• 4.2.1 株高51-52
• 4.2.2 葉面積系數(shù)52-53
• 4.2.3 干物質(zhì)積累53-54
• 4.2.4 根系54-55
• 4.2.5 產(chǎn)量55-58
• 4.2.6 小結(jié)58-59
• 第五章 秸稈覆蓋免耕對(duì)土壤有機(jī)碳積累的影響59-68
• 5.1 秸稈覆蓋免耕對(duì)土壤CN積累的影響59-60
• 5.2 有機(jī)碳在粒級(jí)中的分布強(qiáng)度60-62
• 5.3 秸稈覆蓋免耕對(duì)黑土各粒級(jí)中有機(jī)碳積累的影響62-63
• 5.4 秸稈覆蓋免耕對(duì)黑土各粒級(jí)中土壤有機(jī)碳富集的影響63-64
• 5.5 秸稈覆蓋免耕條件下黑土各粒級(jí)對(duì)有機(jī)碳積累的相對(duì)貢獻(xiàn)64-65
• 5.6 秸稈覆蓋免耕對(duì)黑土各粒級(jí)C/N比的影響65-66
• 5.7 小結(jié)66-68
• 第六章 秸稈覆蓋免耕對(duì)土壤氨基糖積累的影響68-81
• 6.1 秸稈覆蓋免耕對(duì)全土中土壤氨基糖的積累影響68-73
• 6.1.1 秸稈覆蓋免耕條件下土壤氨基葡萄糖含量的變化68-69
• 6.1.2 秸稈覆蓋免耕條件下土壤氨基半乳糖含量的變化69-70
• 6.1.3 秸稈覆蓋免耕條件下土壤胞壁酸含量的變化70-71
• 6.1.4 秸稈覆蓋免耕條件下土壤氨基葡萄糖與胞壁酸含量比值的變化71-72
• 6.1.5 秸稈覆蓋免耕條件下土壤氨基糖總量的變化72
• 6.1.6 小結(jié)72-73
• 6.2 秸稈覆蓋免耕對(duì)土壤粒級(jí)庫(kù)中氨基糖的影響73-81
• 6.2.1 秸稈覆蓋免耕對(duì)土壤氨基糖在粒級(jí)中的分布強(qiáng)度的影響73-75
• 6.2.2 秸稈覆蓋免耕對(duì)各粒級(jí)土壤中氨基糖積累的影響75-77
• 6.2.3 秸稈覆蓋免耕對(duì)各粒級(jí)土壤中氨基糖富集的影響77-79
• 6.2.4 秸稈覆蓋免耕條件下各粒級(jí)對(duì)氨基糖積累的相對(duì)貢獻(xiàn)79-80
• 6.2.5 小結(jié)80-81
• 第七章 結(jié)論與展望81-84
• 參考文獻(xiàn)84-94
• 致謝94-96
• 攻讀學(xué)位論文期間發(fā)表文章96

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億元投入醫(yī)治黑土地“流血的傷口”    劉剛　馮建維 記者 賈紅路

我國(guó)因水土流失年損失耕地百萬畝    李松

東北黑土區(qū)農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展研究    蔡壯

東北黑土區(qū)土壤侵蝕過程機(jī)理和土壤養(yǎng)分遷移研究    安娟

東北黑土區(qū)侵蝕溝成因與模型研究    李天奇

有機(jī)培肥對(duì)黑土有機(jī)質(zhì)消長(zhǎng)及其組分與結(jié)構(gòu)的影響    梁堯

秸稈覆蓋免耕對(duì)土壤有機(jī)質(zhì)轉(zhuǎn)化積累及玉米生長(zhǎng)的影響    董智

土壤可蝕性動(dòng)態(tài)變化機(jī)制與土壤可蝕性估算模型    王彬

東北黑土區(qū)小流域水土保持綜合治理效益分析    鐘云飛

東北黑土區(qū)農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展探析    姚嵐

東北黑土區(qū)漫川漫崗區(qū)侵蝕溝評(píng)價(jià)指標(biāo)體系    張琳

東北黑土區(qū)農(nóng)村人力資源的開發(fā)與利用問題研究    劉春

東北黑土區(qū)農(nóng)業(yè)技術(shù)創(chuàng)新體系研究    李才智

東北黑土區(qū)賓州河流域農(nóng)耕地土壤酶活性空間分布特征研究    邢培茹

我國(guó)東北黑土區(qū)糧食綜合生產(chǎn)能力研究    常麗君

東北黑土區(qū)農(nóng)林復(fù)合土壤理化性質(zhì)研究    趙斯

東北黑土區(qū)坡耕地土壤團(tuán)聚體遷移和養(yǎng)分流失的影響因素研究    盧嘉

137Cs和210Pbex復(fù)合示蹤研究東北黑土區(qū)坡耕地土壤侵蝕速率    王禹