典型黑土坡面耕层磷时空分布特征研究

发布时间：2020-08-29 08:07

　　黑土区是我国重要的商品粮生产基地,但是由于该区域地形起伏、土壤质地黏重,加上长期的不合理耕作,严重的土壤侵蚀降低了土壤肥力的同时也增强了土壤养分空间变异程度,给区域土壤养分管理增加了难度,威胁到当地的生态环境和农业的可持续发展。磷素(P)是植物生长必需的营养元素,影响作物的生长发育过程、产量和品质。同时P作为一种与环境质量关系密切的元素,其在环境中的富集或流失直接关系到地表水和地下水的安全。作物生长季节内,从春季开始到秋收的整个管理过程中,如耕作、播种、施肥、除草、中耕等均不同程度的影响着P的空间异质性,加上降雨、作物生长和侵蚀等因素的影响,坡面土壤P一直处于动态变化之中。同时黑土区每年秋冬交替和冬春交替存在较长时期冻结和融冻现象,冻融和融冻过程显著影响着土壤结构、土壤侵蚀、磷素(P)素转化过程,进而改变冻融前后土壤P时空分布特征。因此,明确作物生长时期和冻融前后土壤P素空间分布格局变化及其主要驱动机制对黑土区农田土壤P管理十分重要,是准确评估土壤肥力、指导施肥和环境治理等的重要依据。为此本研究以东北典型黑土坡面为研究对象,通过2年的系统定位观测,结合经典统计学和地统计学的分析方法,研究作物生长季节内和冻融前后土壤全磷(TP)和速效磷(AP)的时空分布特征,并结合土壤氮(N)、水、热、作物生长特征指标等系统地分析P空间分布的主要驱动机制,旨在为黑土区耕地土壤P素管理提供理论依据和技术支撑。主要研究结果和结论如下:作物生长时期和冻融过程AP时空格局变化和主要驱动机制:(1)作物生长时期,AP含量在苗期、生长期和成熟期分别处于3.11-315.09 mg kg-1、15.26-340.52 mgkg-1 和 1.01-60.07mgkg-1 之间;冻融前处于 1.96-42.60 mgkg-1之间,冻融后处于4.68-156.20 mg kg-1之间。生长季和冻融季土壤速效磷平均含量分别为36.81 mg kg-1和26.49 mg kg-1。(2)受降雨、气温、侵蚀和作物生长对P吸收等作用的影响,不同处理各坡位间AP的动态变化规律相近,但是年际间差异较大;生长期各坡位和处理的土壤AP含量高于苗期和成熟期,但各坡位和各处理之间差异不大;坡面尺度秸秆还田和轮作措施对作物生长时期内AP时空分布的影响较弱或在短时期内影响不显著。(3)苗期、生长期和成熟期,除施肥后AP的异质性主要受随机因子影响外,其他时期主要受结构因子的影响,空间自相关性较强。秋季土壤冻融前土壤AP异质性主要受随机因子的影响,冻融后无覆盖0-20 cm和有覆盖0-5 cm土层和主要受随机因子影响,有覆盖5-10 cm仍然主要受随机因子的影响。(4)冻融后土壤AP含量普遍高于冻融前土壤AP含量,连作还田处理下无小桶覆盖10-20 cm 土层AP含量高于该处理冻融前58.94%;连作不还田处理下有小桶覆盖5-10 cm 土层AP含量高于该处理冻融前40.31%,均达到显著水平。冻融过程TP时空格局变化和主要驱动机制:(1)冻融前土壤TP含量处于0.20-1.01 gkg-1之间,冻融后TP含量处于0.04-1.84gkg-1之间;冻融过程中,增大蒸发量以及合适的土壤含水量有利于土壤P向上运动。(2)冻融过程,由于坡背处土壤容重较大,有利于P向表土层运移;冻融后多数处理坡顶TP向表土层迁移量最大,而坡低TP的迁移量最少。(3)覆盖(秸秆还田和小桶覆盖)虽然减少蒸发,但是无侵蚀或侵蚀量少,有利于增加表层土壤磷的含量,冻融后TP最高值(大豆-玉米轮作无秸秆还田)显著高出冻融前56.05%;而无覆盖蒸发量虽大,P向上迁移量大,但是侵蚀降低了表土层磷含量。(4)耕种方式即玉米大豆轮作和玉米连作对冻融期间耕层土壤TP动态变化影响不大。(5)冻融前TP主要受结构因子影响,冻融后有覆盖主要受结构因子的影响,而无覆盖表土层0-5 cm和10-20 cm的TP却表现出主要受随机因子的影响。
【学位单位】：东北农业大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2017
【中图分类】：S153.6
【部分图文】：

２材料与方法逡逑２．１研究区概况逡逑研宄区如图２－丨所示，位于黑龙江省哈尔滨市香坊区向阳乡东北农业大学向阳实验基地逡逑（４５°４５２７＂－４５°４６’３３〃Ｎ，邋１２６°３５Ｗ４＂－１２６°５５３４”Ｅ），地形为漫川漫岗，土壤类型为典型黑土中逡逑的黄土质黑土。典型黑土区原始自然植被为草原化草甸植物，俗称“五花草塘”，当前主要以逡逑玉米大豆轮作为主，一年一熟制。该区属寒温带大陆性季风气候区，冬季寒冷干燥，夏季温逡逑热多雨，气候有明显的季节性变化，春季回暖快而多大风，容易出现春旱；夏季短促而炎热，逡逑雨水较多，秋季降温急剧，容易出现早霜，冬季漫长而寒冷。年平均气温３．６°Ｃ，最低气温逡逑为－３８．ｒＣ；年平均降雨量为５５３．５邋ｍｍ

布置图,玉米,玉米连作,秸秆还田

玉米连作无稻秆换田（ＣＣＮ，Ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ邋ｃｏｒｎ邋ｗｉｔｈｏｕｔ邋ｒｅｓｉｄｕｅ）、玉米大豆轮作稽秆还田（ＣＳＲ，逡逑Ｃｏｒｎ邋ａｎｄ邋Ｓｏｙｂｅａｎ邋ｒｏｔａｔｉｏｎ邋ｗｉｔｈ邋ｒｅｓｉｄｕｅ）和玉米大豆轮作无秸秆还田（ＣＳＲＮ，Ｃｏｒｎ邋ａｎｄ邋ｓｏｙｂｅａｎ逡逑ｒｏｔａｔｉｏｎ邋ｗｉｔｈｏｕｔ邋ｒｅｓｉｄｕｅ），每个处理包括从坡顶到坡底的全部坡位，具体小区布局如图２－２所逡逑７Ｊｎ邋0逡逑Ｉ邋ｆ逦１９．５邋ｍ邋逦Ｉ逦逦１９．５邋ｍ邋逦－邋＿逡逑！丨？—：？灥—：—幽？邋—：■■！逡逑［１：１曜：：１逡逑Ｉ逦ｒ＂３．２邋５Ｔ逦逦Ｉ逦６．５０？邋Ｉ邋ｆ邋＾逦？邋ｓ＇邋１逡逑Ｌ逦Ｔ］……」逦逡逑每根垄０．６５邋ｍ逦每根垄０．６５邋ｍ逦西逡逑南＂＊逡逑图２－２实验小区布置图逡逑Ｆｉｇ．２－２邋Ｄｅｓｉｇｎ邋ｏｆ邋ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ邋ｐｌｏｔｓ逡逑玉米连作秸秆还田（ＣＣ）：连续种植玉米，玉米品种选用当地主流品种，玉米成熟后通过逡逑收割机一次性收获和秸秆粉碎还田，旋耕机旋翻起垄，次年春天直接播种。逡逑玉米连作无秸秆换田（ＣＣＮ）：连续种植玉米，玉米品种选用当地主流品种，玉米成熟后逡逑通过收割机一次性收获，并将粉碎秸秆全部移除耕地，旋耕机旋翻起垄，次年春天直接播种。逡逑轮作秸秆还田（ＣＳＲ）：大豆和玉米轮作，玉米和大豆品种选用当地主流品种，成熟后通逡逑过收割机一次性收获和秸秆粉碎还田，旋耕机旋翻起垄，次年春天直接播种。逡逑轮作无秸杆还田（ＣＳＲＮ）：大豆和玉米轮作，玉米和大豆品种选用当地主流品种，成熟后逡逑通过收割机一次性收获

典型黑土坡面耕层磷时空分布特征研究

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【参考文献】