晋西黄土区新增耕地土壤改良机理及最佳施肥配方研究

发布时间：2017-03-30 05:15

  本文关键词：晋西黄土区新增耕地土壤改良机理及最佳施肥配方研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：本研究以晋西黄土丘陵沟壑区新增耕地为研究对象,针对新增耕地土壤熟化程度低、土壤贫瘠、生产力低下等关键问题,选用无机肥、有机肥和生物菌肥等肥料对土壤进行培肥和改良,通过盆栽控制试验分析氮肥、磷肥不同施肥水平条件以及无机肥、有机肥和菌肥三种肥料不同配施措施条件对土壤物理特性、土壤养分含量、微生物多样性和大豆、玉米农艺性状等的影响,并分析有机肥和菌肥在大田土壤改良过程中对土壤有机碳组分、土壤酶活性和土壤微生物量的影响,探讨不同肥料对土壤的培肥效果和改良机理,经大田正交试验进行验证,筛选适合当地大豆和玉米种植的最佳施肥配方,旨在为晋西黄土丘陵沟壑区新增耕地快速有效培肥和土壤改良提供理论支持,主要结论如下:在晋西黄土区新增耕地上施加氮肥和磷肥均能在一定程度上改善土壤的物理性状,且均能够显著提高土壤有效养分含量和促进大豆的生长,氮肥利用率和磷肥利用率均随施肥量的增加表现出逐渐下降的趋势。针对氮肥而言,与各施肥量水平相比,N2处理下土壤密度最低,土壤孔隙度、持水量最高,土壤团聚状况最好,土壤碱解氮、速效磷、速效钾和有机质等有效养分的含量最高,对大豆株高、冠幅、干物质量和产量的促进作用最强;针对磷肥而言,P3处理下土壤各有效养分含量均为最高,大豆株高、冠幅、干物质量和产量也最高。新增耕地适宜施氮量为167.6~178.0kg·hm-2,适宜施磷量为29.98~33.86kg·hm-2。O+NPK是晋西黄土区大豆种植的最佳施肥措施,相比O、B、B+NPK、NPK和CK而言,其土壤密度最低,土壤孔隙度、持水量最高,团聚状况最好,且土壤全氮、碱解氮、全磷、速效磷、有机质等养分含量也是最高,大豆增产235.95%。不同施肥措施对土壤微生物多样性的影响程度不同,NPK措施与对照(CK)的相似度最高,而B措施与CK的相似度最低,仅为47.4%,说明菌肥对土壤微生物多样性的影响作用最强;B+NPK措施下土壤微生物Shannon-Weaver指数最高,达2.531,说明该措施土壤微生物丰富度和均匀度最高。有机肥和菌肥对土壤易氧化有机碳、水溶性有机碳、酸溶性有机碳和难降解有机碳含量变化的影响作用显著,O3B1组合条件下土壤各有机碳指标含量均为最高,且分别达到216.860mg·kg-1、316.879mg·kg-1、975.086mg·kg-1、1302.819mg·kg-1;不同施肥水平有机肥和菌肥对土壤碱性磷酸酶、蔗糖酶和脲酶活性均表现出显著作用,但对过氧化氢酶活性影响作用不显著,O2B2组合下土壤碱性磷酸酶、过氧化氢酶和蔗糖酶的活性都达到最高,分别为3.281nmol·h-1·g-1、10.837nmol·h-1·g-1、40.387mg·h-1·g-1,O3B2组合下土壤脲酶活性最高,达0.131mg·g-1;不同施肥水平有机肥和菌肥能够显著影响土壤细菌和真菌数量,且二者的交互作用大于单独效应,O1B1配方下土壤细菌拷贝数均值最高,达(3.02E+06)copies·ng-1,O2B2配方下土壤真菌拷贝数均值最高,达3483.33copies·ng-1。大豆正交试验结果显示,无机肥、有机肥和菌肥对大豆株高、冠幅、地径、干物质量和产量等农艺性状均有显著促进作用,且三种肥料之间交互作用显著,大豆农艺性状的最佳施肥量为O3B3I3;在土壤养分方面,有机肥和菌肥对土壤碱解氮、全磷、速效磷、有机质、阳离子交换量(CEC)和p H的影响均表现出显著作用,但无机肥仅对碱解氮、速效磷、CEC和p H有显著作用,土壤养分的最佳施肥配方为O3B2I3;在土壤物理特性方面,有机肥和菌肥对降低土壤密度,增加土壤持水量和孔隙度的作用显著,而无机肥在降低土壤密度和增加土壤持水量方面作用不显著,土壤物理性状的最佳施肥配方为O2B2I3;在经济效益方面,O3B1I2处理的经济效益最高,达4809.00元·hm-2;推荐晋西黄土区新增耕地种植大豆的最佳施肥配方为O3B1I2,即有机肥(33.75t·hm-2)+菌肥(750kg·hm-2)+无机肥(600kg·hm-2)。玉米正交试验结果显示,有机肥和无机复合肥均能显著促进玉米株高、冠幅、地径、干物质量和产量,且有机肥的影响作用大于无机复合肥,针对玉米农艺性状的最佳施肥配方为O3I3;在土壤养分方面,有机肥和无机复合肥均对土壤全氮、碱解氮、全磷、速效磷、CEC和p H值表现出显著作用,但无机复合肥对土壤有机质含量的影响作用不显著,而有机肥则能够显著促进土壤有机质含量的增加,针对土壤养分的最佳施肥配方为O3I2;在土壤物理特性方面,有机肥对土壤各物理特性各指标的影响作用均显著,但无机复合肥的作用不显著,针对土壤物理性状的最佳施肥配方为O2I2;O3I2处理的经济效益最高,达15035元·hm-2;推荐晋西黄土区新增耕地种植玉米的最佳施肥配方为O3I2,即有机肥为(33.75t·hm-2)+无机肥为(600kg·hm-2)。综上所述,无机肥、有机肥和菌肥均能在一定程度上改善土壤物理性状、提高土壤养分、促进大豆和玉米生长,无机肥对土壤物理性状的改善作用较小,但促进大豆和玉米生长的作用显著,菌肥主要通过影响土壤的微生态系统改善土壤结构,有机肥对改善土壤物理结构、提高土壤养分含量和促进农作物生长的作用均较强,在实际生产中应遵循土壤可持续利用的理念,充分考虑有机肥对土壤改良作用,采用有机无机肥配施的方式进行合理施肥。
【关键词】：黄土区 新增耕地 土壤改良机理 最佳施肥配方 正交试验
【学位授予单位】：中国林业科学研究院
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：S156;S147
【目录】：

• 摘要5-8
• Abstract8-23
• 第一章 绪论23-36
• 1.1 研究背景23-24
• 1.2 黄土的性质与改良措施24-27
• 1.2.1 黄土的分布与理化特征24-26
• 1.2.2 提高黄土土壤肥力的主要措施26-27
• 1.3 施肥改良土壤的潜力与机理27-33
• 1.3.1 肥料的利用与发展27-29
• 1.3.2 施肥对土壤理化性质的影响29-30
• 1.3.3 施肥对土壤p H的影响30-31
• 1.3.4 施肥对土壤有机碳的影响31-32
• 1.3.5 施肥对土壤微生物活性的影响32-33
• 1.4 存在的主要问题33-34
• 1.5 研究目的与内容34-35
• 1.6 技术路线图35-36
• 第二章 研究区概况36-40
• 2.1 研究区概况36-38
• 2.2 试验区现状38-40
• 第三章 晋西黄土区新增耕地不同施氮量研究40-58
• 3.1 材料与方法40-43
• 3.1.1 试验材料40-41
• 3.1.2 试验设置41
• 3.1.3 测定方法41-42
• 3.1.4 分析方法42-43
• 3.1.5 统计方法43
• 3.2 不同氮水平对土壤理化性质的影响43-49
• 3.2.1 不同氮水平对土壤密度、孔隙度的影响43-45
• 3.2.2 不同氮水平对土壤机械组成和团聚体的影响45-48
• 3.2.3 不同氮水平对土壤有效养分的影响48-49
• 3.3 不同氮水平对肥料利用率的影响49-52
• 3.3.1 不同氮水平对氮肥利用率的影响50-51
• 3.3.2 不同氮水平对植株氮、磷、钾累积量的影响51-52
• 3.4 不同氮水平对大豆生长发育及产量的影响52-53
• 3.4.1 不同氮水平对大豆株高、冠幅和地径的影响52
• 3.4.2 不同氮水平对大豆产量的影响52-53
• 3.5 大豆干物质量、产量与施氮量的关系53-55
• 3.6 讨论55-56
• 3.7 小结56-58
• 第四章 晋西黄土区新增耕地不同施磷量研究58-70
• 4.1 材料与方法58-59
• 4.1.1 试验设置58
• 4.1.2 试验材料与方法58-59
• 4.2 不同磷水平对土壤理化性质的影响59-63
• 4.2.1 不同磷水平对土壤密度、孔隙度的影响59-60
• 4.2.2 不同磷水平对土壤机械组成和团聚体的影响60-62
• 4.2.3 不同磷水平对土壤有效养分的影响62-63
• 4.3 不同磷水平对肥料利用的影响63-65
• 4.3.1 不同磷水平对磷肥利用率的影响63-64
• 4.3.2 不同磷水平对大豆植株氮、磷、钾累积量的影响64-65
• 4.4 不同磷水平对大豆生长发育及产量的影响65-66
• 4.4.1 不同磷水平对大豆株高、冠幅的影响65-66
• 4.4.2 不同磷水平对大豆产量的影响66
• 4.5 大豆干物质量、产量与施磷量的关系66-68
• 4.6 讨论68
• 4.7 小结68-70
• 第五章 晋西黄土区新增耕地不同施肥措施研究70-84
• 5.1 材料与方法70-72
• 5.1.1 试验材料70
• 5.1.2 试验设置70-71
• 5.1.3 测定方法71-72
• 5.1.4 统计方法72
• 5.2 不同施肥措施对土壤理化性质的影响72-77
• 5.2.1 不同施肥措施对土壤密度、孔隙度的影响72-74
• 5.2.2 不同施肥措施对土壤机械组成和团聚体的影响74-75
• 5.2.3 不同施肥措施对土壤养分的影响75-77
• 5.3 不同施肥措施对大豆农艺性状及产量的影响77-78
• 5.3.1 不同施肥措施对大豆株高、冠幅的影响77
• 5.3.2 不同施肥措施对大豆干物质量和产量的影响77-78
• 5.4 不同施肥措施对土壤微生物多样性的影响78-81
• 5.5 讨论81-82
• 5.6 小结82-84
• 第六章 有机肥和菌肥对土壤有机碳组分和微生物活性的影响84-104
• 6.1 材料与方法85-92
• 6.1.1 试验材料85
• 6.1.2 试验设计85-86
• 6.1.3 测定方法86-89
• 6.1.4 统计方法89
• 6.1.5 分析方法89-92
• 6.2 不同水平有机肥和菌肥对土壤有机碳的影响92-95
• 6.2.1 土壤有机碳各组分方差分析92-93
• 6.2.2 土壤有机碳各组分多重比较分析93-94
• 6.2.3 土壤有机碳各组分估算边际均值94-95
• 6.3 不同水平有机肥和菌肥对土壤酶活性的影响95-98
• 6.3.1 土壤酶活性方差分析95-96
• 6.3.2 土壤酶活性多重比较分析96-97
• 6.3.3 土壤酶活性估算边际均值97-98
• 6.4 不同水平有机肥和菌肥对土壤细菌、真菌量的影响98-101
• 6.4.1 土壤细菌、真菌量方差分析98-99
• 6.4.2 土壤细菌、真菌量多重比较分析99-100
• 6.4.3 土壤细菌、真菌量估算边际均值100-101
• 6.5 讨论101-102
• 6.6 小结102-104
• 第七章 基于正交试验的大豆最佳施肥配方选取104-132
• 7.1 材料与方法104-107
• 7.1.1 试验材料104
• 7.1.2 试验设计104-106
• 7.1.3 试验布置106
• 7.1.4 测定方法106
• 7.1.5 分析方法106
• 7.1.6 统计方法106-107
• 7.2 大豆农艺性状对施肥配方和施肥量的响应107-112
• 7.2.1 大豆株高、冠幅和地径对施肥配方和施肥量的响应107-109
• 7.2.2 大豆干物质量和产量对施肥配方和施肥量的响应109-111
• 7.2.3 大豆农艺性状各指标综合分析111-112
• 7.3 土壤养分对施肥配方和施肥量的响应112-120
• 7.3.1 土壤全氮和碱解氮对施肥配方和施肥量的响应112-115
• 7.3.2 土壤全磷和速效磷对施肥配方和施肥量的响应115-117
• 7.3.3 土壤有机质、阳离子交换量和p H值对施肥配方和施肥量的响应117-120
• 7.3.4 土壤养分各指标综合分析120
• 7.4 土壤物理特性对施肥配方和施肥量的响应120-127
• 7.4.1 土壤密度和含水量对不同施肥配方和施肥量的响应120-122
• 7.4.2 土壤持水量对不同施肥配方和施肥量的响应122-125
• 7.4.3 土壤孔隙度对不同施肥配方和施肥量的响应125-127
• 7.4.4 土壤物理特性多指标综合分析127
• 7.5 经济效益分析127-128
• 7.6 讨论128-131
• 7.7 小结131-132
• 第八章 基于正交试验的玉米最佳施肥配方选取132-151
• 8.1 材料与方法132-133
• 8.1.1 试验材料132
• 8.1.2 试验设计132-133
• 8.1.3 试验方法133
• 8.2 玉米农艺性状对施肥配方和施肥量的响应133-137
• 8.2.1 玉米农艺性状方差分析133-134
• 8.2.2 玉米农艺性状多重比较分析134-135
• 8.2.3 玉米农艺性状均值分析135-136
• 8.2.4 玉米农艺性状综合分析136-137
• 8.3 土壤养分对施肥配方和施肥量的响应137-142
• 8.3.1 土壤养分方差分析137-138
• 8.3.2 土壤养分多重比较分析138-140
• 8.3.3 土壤养分均值分析140-141
• 8.3.4 土壤养分综合分析141-142
• 8.4 土壤物理特性对施肥配方和施肥量的响应142-147
• 8.4.1 土壤物理特性方差分析142-143
• 8.4.2 土壤物理特性多重比较分析143-145
• 8.4.3 土壤物理特性均值分析145-146
• 8.4.4 土壤物理特性综合分析146-147
• 8.5 玉米经济效益分析147-148
• 8.6 讨论148-149
• 8.7 小结149-151
• 第九章 结论与展望151-156
• 9.1 结论151-154
• 9.2 建议与展望154-156
• 参考文献156-170
• 附录170-175
• 在读期间的学术研究175-176
• 致谢176-177

【参考文献】

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