基于不同秸秆还田模式的农田肥力效应研究及土壤质量综合评价

【摘要】：土壤作为一种重要的自然资源,支撑根系伸展固持,是作物养分和水分的主要来源,也是人类生存与发展的基础物质。近几十年来,随着农业生产中有机肥施用量的锐减,土壤退化及农田生产力水平下降等生态环境问题加剧,因此粮食安全形势十分严峻。关中地区是陕西省重要的粮食生产基地,该地区以小麦/玉米一年二熟轮作为主要轮作制度,每年约产生800万t作物秸秆。随着农业机械化程度的不断提高和秸秆禁止焚烧政策的提出与大力执行,秸秆还田成为目前关中地区秸秆资源利用的一种重要途径;硝化抑制剂能够调节土壤氮素转化过程,有效提高氮素利用效率;微量元素也是秸秆腐解的重要调控因子。因此本研究通过田间试验和室内培养试验结合进行不同秸秆还田模式及其配施各因子效果研究。田间试验于2008年6月至2014年6月在三原试验站秸秆还田田间定位试验基地进行,试验区采用小麦/玉米一年二熟轮作制度,小麦、玉米秸秆均有3种还田方式,分别为:小麦秸秆高留茬还田(WH)、小麦秸秆粉碎还田(WC)、小麦秸秆不还田(WN)和玉米秸秆旋耕还田(MC)、玉米秸秆深松还田(MM)、玉米秸秆不还田(MN),一个轮作周期内组合后得到9种不同秸秆还田模式,研究不同秸秆还田模式对土壤质量、理化性质以及农田生产力的影响;室内培养试验通过玉米秸秆与硝化抑制剂和微量元素配施,恒温培养72 d,研究玉米秸秆与各因子配施对土壤碳氮含量的影响。主要试验结果如下:(1)一个轮作周期内选取4种秸秆还田模式,研究其农田肥力效应。土壤有机碳和养分含量分层现象明显,均表现为表层高于深层,WH-MC处理各层次土壤全氮、速效氮、全磷、速效磷含量均较高,其中全氮、速效氮、速效磷含量在0~10 cm和10~20cm均显著高于WN-MN处理,各层次土壤有机碳和活性有机碳含量均表现为WH-MC处理最高,且显著高于WN-MN处理,各处理间土壤容重差异较大,均表现为WH-MC处理最低,WN-MN处理最高,且表层土壤容重低于深层土壤,土壤含水量和pH值在各处理与各层次间差异较小。(2)秸秆还田对土壤速效养分和有机碳的活性组分影响较大,尤其是速效氮,是反映土壤质量变化较为敏感的指标,秸秆还田后其自身所含有机碳矿化以CO2形式释放于大气,进入土壤较少,土壤总有机碳含量增加幅度较小;主成分分析法表明,3个主成分累计方差贡献率达到81.025%,土壤碳氮、磷素、微生物量及容重等因子分别在各主成分上的载荷系数较大,是影响土壤质量的重要因子;土壤质量综合评价结果表明,小麦秸秆高留茬还田/玉米秸秆旋耕还田(WH-MC)土壤质量综合得分最高,土壤质量相对较优。(3)室内培养期间,添加秸秆处理土壤CO2-C释放速率均表现为前期迅速增加,然后逐渐降低直至稳定,不添加秸秆处理土壤CO2-C释放速率在整个培养期间比较稳定,且秸秆添加有助于提高土壤CO2-C的释放速率。培养前4-17 d,添加FeCl3和DCD一定程度上降低了土壤有机碳的矿化速率,土壤有机碳累计矿化率在对照处理最低(CK),在秸秆配施微量元素和硝化抑制剂处理(SMD)最高,SMD处理土壤矿化碳含量显著高于单独添加秸秆处理(S),土壤矿化氮含量在不添加秸秆处理显著高于添加秸秆处理,其中在添加FeCl3和DCD的处理最低,DCD的添加降低了土壤矿化氮含量,添加微量元素均有助于土壤微生物量氮含量的增加。综上所述,小麦秸秆高留茬还田/玉米秸秆旋耕还田(WH-MC)处理更有利于补充土壤氮磷钾养分,提升土壤有机碳水平,改善土壤容重等理化性质,具有明显的增产效益,综合主成分分析结果和作物产量,在获得较高产量的同时对土壤质量的维持效应较好,是关中平原小麦/玉米轮作体系下较为合理的秸秆还田模式组合;秸秆与微量元素(FeCl3)和硝化抑制剂(DCD)配合施用增加了土壤矿化碳和微生物量氮含量,增加了土壤铵态氮的含量,有利于土壤氮素的合理分配,在促进秸秆矿化释放养分的同时对土壤碳氮有一定的增加作用。 【关键词】：秸秆还田 土壤质量评价 主成分分析 农田生产力 土壤碳氮含量
【学位授予单位】：西北农林科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：S158
【目录】：

• 摘要6-8
• ABSTRACT8-13
• 第一章 文献综述13-20
• 1.1 研究背景13-15
• 1.1.1 循环农业与秸秆还田13-14
• 1.1.2 土壤质量评价14-15
• 1.2 国内外研究进展15-18
• 1.2.1 秸秆还田国内外研究进展15-17
• 1.2.2 土壤质量评价研究进展17-18
• 1.3 本研究切入点18-20
• 第二章 不同秸秆还田模式的农田肥力效应研究20-26
• 2.1 材料方法20-22
• 2.1.1 试验区概况20
• 2.1.2 试验设计20-21
• 2.1.3 样品采集及分析测定21
• 2.1.4 数据处理21-22
• 2.2 结果分析22-24
• 2.2.1 秸秆还田对土壤养分的影响22
• 2.2.2 秸秆还田对土壤物理化学性质的影响22-23
• 2.2.3 秸秆还田对小麦产量的影响23-24
• 2.3 讨论24-25
• 2.3.1 秸秆还田增加土壤养分含量24
• 2.3.2 秸秆还田改善土壤理化性状24
• 2.3.3 秸秆还田增加作物产量24-25
• 2.4 结论25-26
• 第三章 基于不同秸秆还田模式的土壤质量综合评价26-34
• 3.1 材料与方法27-28
• 3.1.1 试验区概况27
• 3.1.2 试验设计27
• 3.1.3 样品采集及分析测定27-28
• 3.1.4 数据处理28
• 3.2 结果分析28-32
• 3.2.1 不同秸秆还田模式下土壤质量指标敏感性分析28-29
• 3.2.2 不同秸秆还田模式的土壤质量综合评价29-31
• 3.2.3 土壤质量综合评价结果与作物产量效应的吻合性分析31-32
• 3.3 讨论32-33
• 3.3.1 主成分分析法在不同秸秆还田模式土壤质量综合评价中的应用32
• 3.3.2 不同秸秆还田模式土壤质量的综合评价32-33
• 3.3.3 土壤质量综合评价结果与农田生产力水平吻合性分析33
• 3.4 结论33-34
• 第四章 秸秆与各因子配施对土壤碳氮含量的影响34-40
• 4.1 材料与方法34-35
• 4.1.1 试验材料34-35
• 4.1.2 试验设计及培养过程35
• 4.1.3 测定项目与方法35
• 4.1.4 数据分析与处理35
• 4.2 结果分析35-38
• 4.2.1 秸秆与不同因子配施对土壤CO2-C释放速率的影响35-36
• 4.2.2 秸秆与不同因子配施对土壤CO2-C累计释放量的影响36-37
• 4.2.3 秸秆与不同因子配施对土壤碳含量的影响37
• 4.2.4 秸秆与不同因子配施对土壤氮含量的影响37-38
• 4.3 讨论38-39
• 4.4 结论39-40
• 参考文献40-47
• 致谢47-48
• 作者简介48

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