作物类型和品种对黑土压实响应差异的研究

发布时间：2020-11-21 00:17

　　 东北地区是我国重要的粮食基地,对保证国家粮食安全具有重要意义。近年来由于农业机械化程度不断提高,土壤压实风险也逐渐加大,可能成为国家粮食安全的重要威胁之一。本文在东北农业大学向阳农业试验基地研究了机械类型及行走次数产生的土壤压实程度以及大豆和玉米生长和产量的响应,研究了不同年代大豆品种地上部和根系性状对严重压实的响应,区分不同年代大豆品种根系改善压实土壤结构的作用。研究结果对农业机械田间作业规程制定、建立合理种植制度和选育改土作物品种提供理论依据。主要结果如下:(1)不同类型拖拉机及行走次数对土壤和作物的影响。3种类型拖拉机(小型拖拉机110.0kPa、1.3 t,中型拖拉机73.9 kPa、3.3 t,大型拖拉机64.4 kPa、6.9 t)及行走次数(0,4,6,8,12次)均对土壤压实产生显著影响。土壤贯穿阻力与拖拉机重量呈显著正相关关系(P0.05),机械作用对10-20 cm深度土层贯穿阻力增加幅度最大,不同行走次数对贯穿阻力的影响在30-40cm深度土层表现出显著差异。大豆和玉米对不同类型拖拉机的适应性存在差异,不同类型拖拉机大豆产量顺序为:小型拖拉机(3.7 t ha~(-1))大型拖拉机(3.2 t ha~(-1))中型拖拉机(3.1 t ha~(-1));玉米产量顺序为:中型拖拉机(10.8 t ha~(-1))大型拖拉机(9.8 t ha~(-1))小型拖拉机(8.8 t ha~(-1))。与未压实相比,小型拖拉机在行走8次时显著增加大豆产量(P0.05),增加幅度为21.9%;而中型拖拉机行走12次时显著增加玉米产量(P0.05),增加幅度为20.4%。(2)不同年代大豆品种生长和产量性状对土壤压实的响应不同。1970s-2000s品种在植株干重、主茎节数、根瘤干重、有效荚数及产量等指标均高于1940s-1960s大豆品种,表现出更强的环境适应能力。从两年的产量分析,金元2号(1941)、合丰22(1974)、黑农35(1990)、合丰45(2003)、北豆5号(2006)等品种在压实条件下均具有较高产量,可作为耐受压实土壤环境的大豆品种。根瘤干重和胚轴直径对土壤压实反应最敏感,可以做育种指示指标。(3)不同年代大豆品种根系具有不同程度的改善土壤大孔隙作用。染色实验表明,染色深度和染色面积表征的大孔隙结构在垂直方向和水平方向分布均表现出2003年育成的合丰45具有改善根际大孔隙作用,可作物改善土壤压实环境的大豆品种。大豆的根系宽度中值是改善根际大孔隙的主要根系特征,且在垂直方向的改善作用大于水平方向。综上,不同类型拖拉机均导致土壤压实;大豆较玉米更耐压实;1970s后育成的大豆品种普遍具有较好的耐受压实土壤环境的能力,其中2003年育成的合丰45在产量和改善土壤大孔隙结构中均具有较好表现。
【学位单位】：中国农业科学院
【学位级别】：博士
【学位年份】：2019
【中图分类】：S152
【部分图文】：

业科学院博士学位论文 第二章 研究内容与材料技术路线实现以上 3 方面研究内容，本试验以黑龙江省哈尔滨市向阳乡东北农业大学试验基 3 方面田间试验，（1）不同类型拖拉机及不同行走次数模拟土壤压实梯度试验；（2受压实土壤品种筛选试验；（3）不同年代大豆品种根系改良压实土壤孔隙结构试验（1）获得合理的农业机械及行走次数组合；（2）筛选出耐受压实土壤环境的大豆品种豆改善土壤孔隙的机理。具体实施过程见图 2.1。

图 2.2 试验年份降水量及温度Fig. 2.2 Precipitation and air temperature of the experiment year试验地土壤剖面理化性质如表 2.1 所示。土壤 pH 范围在 6.02-6.78，0-20cm 深度耕层土壤为中性偏酸性，在剖面中随土壤深度增加 pH 呈上升趋势。土壤有机质含量范围在 1.54%-3.17%，0-20 cm 耕层土壤有机质含量为 3.07%-3.17%，在剖面中随土壤深度的增加而降低。耕层土壤氮、磷、钾养分含量均处于较高水平，且均呈现出随土壤深度的增加而降低的变化规律，其中 50-60cm 土层有效磷含量高于 20-50 cm 深度层次，可能是有效磷在该层次累积的结果。土壤容重范围在 1.08-1.42 g cm-3，而毛管孔隙度为 32.32%-37.67%。表 2.1 试验田块土壤理化性质Table 2.1 Soil chemical and physical characteristics of the experiment site土壤深度Soil depth（cm）pH有机质Organic matter(%)全氮Total N(g kg-1)速效磷Olsen P(mg kg-1)速效钾Available K(mg kg-1)容重Bulk density(g cm-3)毛管孔隙度Capillary porosity(%)0-10 6.02 3.17 1.23 32.94 128.09 1.08 34.3210-20 6.19 3.07 1.21 39.67 123.39 1.06 32.3220-30 6.22 2.66 1.08 26.28 121.29 1.27 37.6730-40 6.61 1.78 0.75 18.02 101.89 1.15 34.19

中国农业科学院博士学位论文 第二章 研究内容与材料方法旋耕起垄、播种、封闭除草、中耕追肥等不同集约程度下拖拉机作业对土壤的压实次数的影响，同时设置极限次数 12 次田间作业，每个压实小区仅压实两行（图 2.3）。土壤压实采用的拖拉机类型：1）JohnDeer280（JD280）小型拖拉机自重 1.3t，压强 110.0kPa；2）JohnDeer904（JD904）中型拖拉机自重 3.3t，压强 73.9kPa；3）Cass210（CA210）大型拖拉机自重 6.9t，压强 64.4kPa。试验小区宽度以每种拖拉机轮距覆盖区及向外延伸的两条垄宽度的缓冲区构成，3 种类型拖拉机轮距不同，因此，小型拖拉机（JD280）小区宽度为 3.90m（6 垄），中型拖拉机（JD904）和大型拖拉机（CA210）小区宽度为 4.55m（7 垄）；同时，在大豆及玉米种植区两侧设置宽度为 2.60m（4 垄）无拖拉机行走的未压实处理为对照；各小区长度均为 20.00 m，在小区间南北方向预留5.00 m 宽的机耕道。每个处理设置 3 次重复，采用完全随机区组排列。小区分布见图 2.4。大豆和玉米均采用机播平作，种植行间距为 0.65m。玉米播种时间为 2017 年 5 月 6 日播种，播种后进行封闭防草，玉米生长至 7 叶期进行人工除草。大豆于 2017 年 5 月 16 日播种，播种后进行封闭防草，大豆生长至 5 节期（V5）进行人工除草。
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本文编号：2892231