农田土壤是农业发展的物质基础,其质量直接关系到作物的高产稳产和农业可持续发展。而且,土壤耕作是通过农机具的机械力量作用于土壤,调整耕作层和地面状况,以调节土壤水分、空气、温度和养分的关系,为作物播种、出苗和生长发育提供适宜土壤环境的农业技术措施。然而,由于人们对耕地连续高强度开发和不合理使用,致使土壤耕层明显变浅,土壤结构紧实,有效耕层土壤量显著减少,已经严重阻碍玉米产量潜力的正常发挥。因此,本研究于2013年-2014年以公主岭定位试验站的长期保护性耕作试验为研究对象,采用野外试验与室内分析相结合的方法,明确耕作方式对土壤环境及玉米生长发育的影响,提出适宜东北农田合理的耕作方法。主要研究结论如下:1.深松耕作和季节冻融有效降低土壤硬度提高土壤宜耕性,土壤容重随季节呈波动变化,并随土层深度增加而增加,0-30cm增加明显,30cm以下随土层深度变化不明显,而且冻融作用明显降低土壤容重,不同处理冻融后土壤容重明显小于冻融前。土壤总孔隙度随季节呈波动变化,玉米生育前期明显低于后期,并随土层深度的增加而显著减少,0-30cm降幅明显,30cm以下降幅不明显,而且冻融作用明显增加土壤总孔隙度,不同处理冻融后土壤总孔隙度明显高于冻融前,而且深松耕作显著增加土壤总孔隙度,特别是有利于下层土壤孔隙度的增加。土壤温度随土层的增加而降低,上层明显高于下层,而且免耕处理地温明显低于其他处理,其他处理差异不明显。春季土壤固相高于液相,而秋季固相有所降低,但气相有所增加,而且从播种前到玉米抽雄期比较稳定,均表现为固相所占比例最大,液相次之,气相最少,抽雄期以后固相增加,液相减少,且气相有大幅增加,此外冻融作用致使土壤固相减少,液相和气相增加,而对耕层20cm以下土壤三相比无显著影响。2.免耕和深松耕作有助于土壤中全氮的积累,较翻耕和旋耕增幅为18.7%-32.0%,而且深松耕作对土壤全磷含量的积累贡献最大;深松耕作和免耕的全钾含量呈逐年增加趋势,而翻耕和传统耕作呈先降低后增加的趋势变化,其中深松耕作和免耕促进土壤中全钾含量的增加。深松耕作和免耕土壤碱解氮含量8年增幅为99.2mg/kg-131.5 mg/kg;土壤有效磷含量均随土地利用年限呈增加趋势变化,显著高于翻耕和传统耕作;深松耕作和免耕显著增加土壤有效钾含量,因此可以通过耕作措施弥补土壤钾素含量的不足。土壤铵态氮随土层加深而增加,不同时期存在差异,深松耕作促进了硝态氮的积累,0-60cm各土层土壤铵态氮量较其他处理增幅为46.8%-173.4%。产量与养分指标均呈正相关,其中与全钾相关性达到显著水平,而与有机质、全氮、碱解氮和铵态氮相关性达到极显著水平,其均是影响产量高低的关键性指标。同时,深松耕作和免耕增加了土壤细菌、真菌和放线菌数量,降低土壤呼吸速率,土壤温度与呼吸速率密切相关,同时,显著增加土壤微生物量,并且通过土壤微生物量的增加,进而促进了秸秆中有机碳向有机质的转化,有效改善土壤肥力状况。3.不同耕作方式土壤含水量均随土层深度的增加而减少,土层40cm以下尤为明显,随季节呈波动性变化且受降雨影响较明显,而且冻融作用明显降低土壤含水量,深松耕作较其他处理土壤含水量增幅为0.9%-2.2%;此外,土壤贮水量随季节呈先增加后降低的趋势变化,且生育期前明显高于生育后期;不同耕作方式田间耗水量和耗水系数差异不显著,但深松耕作显著提高作物水分利用效率;虽然产量与水分利用效率等指标的相关性不显著,但水分利用效率与播种前土壤储水量、耗水量、耗水系数及生育期间降水量均呈显著负相关。4.深松耕作和少免耕有效改善土壤结构,增强土壤水稳性团聚体的稳定性,增加了各级团聚体有机碳的含量和储量,而翻耕与传统耕作破坏了水稳性大团聚体,相应地增加水稳性微团聚体的含量。长期采用保护性耕作可显著提高水稳定性大团体的含量以及团聚体平均重量直径,并增加大团聚体中有机碳的含量和储量,特别是深松耕作有助于深层土壤团聚体的增加,提升水稳定性大团聚体的比例,增加土壤有机碳的含量,促进新碳向大团聚体富集。不同粒径团聚体有机碳与土壤有机碳均存在极显著相关性,而且1-2mm和0.25-1mm粒级是有机碳贮存的主要场所,对土壤有机碳的积累和富积具有重要的贡献,对土壤碳库的平衡起关键作用。5.深松耕作保苗率提高11.3%-14.6%,促进苗期生长发育,提高叶面积指数,改善茎部性状,促进根系生长,气生根条数比旋耕增加16.8条,气生根层数增加0.8层;深松耕作显著提高玉米干物质重量,其地上部分较免耕、翻耕和旋耕提高幅度为4.9%-19.2%,而地下部根系提高幅度为2.8%-90.1%;深松耕作玉米叶片最高净光合速率值分别出现在倒5叶和倒9叶,叶绿素含量提高10.5%。同时,改善植株生理特性,提高叶片比叶重、可溶性糖和可溶性蛋白含量,降低丙二醛含量,延缓叶片衰老;深松耕作构建的“虚实并存耕层”增产效果明显,较其他处理增幅为11.7%-12.2%。
【学位单位】：沈阳农业大学
【学位级别】：博士
【学位年份】：2018
【中图分类】：S513;S15
【部分图文】：
图 1-2 长期定位试验样地地理位置Fig.1-2 Location of the long term experimental plots壤为典型中层黑土、壤质黏土，全氮、全磷、全钾质量分数分别为
图 2-14 季节性冻融前后土壤三相的变化Fig.2-14 The seasonal change of soil three-phrase before and afterfreeze and thaw among different tillage systems想三相，●ST 冻融前，○ST 冻融后，▼NT 冻融前，△NT 冻融后，■MP 冻融前，□MP 冻融后，◆MP 冻融前，◇MP 冻b,10-20cm;c,20-30cm;d30-40cm;e,40-50cm;f,50-60cm）mal soil three-phrase (★), before freeze and thaw of ST(●), after freeze and thaw of ST(○) ,before freeze and thaw of NT(▼),of ST(△), before freeze and thaw of ST(■), after freeze and thaw of ST(□) ,before freeze and thaw of CT(◆), after freeze and th,0-10cm;b,10-20cm;c,20-30cm;d30-40cm;e,40-50cm;f,50-60cm）
【参考文献】
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本文编号：
2841170
