旱地高产高效玉米栽培体系土壤碳氮变化研究

发布时间：2017-04-30 11:03

  本文关键词：旱地高产高效玉米栽培体系土壤碳氮变化研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：黄土高原位于典型的半干旱季风气候区,玉米是该地区的主要粮食作物之一,然而作物生长前期低温干旱通常会导致作物产量偏低。砂石和地膜覆盖可以提高土壤水分和温度,因而可以有效地提高作物产量,目前砂石和地膜覆盖技术已在我国半干旱地区得到广泛应用。地表覆盖可以缓解作物生长水热条件的限制,但可能同时提高土壤有机质矿化速率及微生物活性,因而增加土壤有机质耗竭及土壤质量下降的可能性,维持适宜的土壤有机质水平,对确保粮食安全及缓解气候变暖具有重要意义。地表覆盖会导致土壤理化性质发生显著变化,进而影响到土壤碳氮循环过程。本研究基于5年春玉米田间定位试验,系统分析不同覆盖方式下农田土壤有机碳氮及其组分时空动态变化,旨在探讨不同覆盖方式对旱作农田土壤有机碳氮库的影响。本研究获得以下主要结论:(1)砂石覆盖和地膜覆盖5年后对土壤有机碳含量没有显著影响。与起始有机碳贮量相比,地膜覆盖增加0-40 cm土层有机碳贮量2.0 Mg hm-2。砂石覆盖和地膜覆盖显著影响土壤活性有机碳组分及碳库管理指数。与对照处理相比,4年后砂石覆盖显著降低0-40 cm土层的轻组有机碳、水溶性有机碳及20-40 cm土层微生物量碳含量;地膜覆盖显著降低0-20 cm土层浸提态有机碳含量,但同时显著增加20-40 cm土层轻组有机碳含量17.2 mg kg-1。砂石覆盖降低各土层多年碳库管理指数平均值,而地膜覆盖碳库管理指数多年平均值与对照处理没有显著差异。因此,在我国西北半干旱地区,地膜覆盖可提高作物产量并保持土壤质量。(2)砂石覆盖和地膜覆盖5年后对土壤全氮含量和贮量都没有影响。与对照处理相比,4年后砂石覆盖和地膜覆盖分别显著降低0-20 cm土层轻组有机氮12.2和6.5 mg kg-1,分别显著降低0-20 cm土层浸提态有机氮7.7和9.3 mg kg-1,同时分别显著增加0-20 cm土层水溶性有机氮1.6和1.5 mg kg-1及20-40 cm土层水溶性有机氮1.3和1.2 mg kg-1,此外,砂石覆盖还显著降低20-40 cm浸提态有机氮1.6 mg kg-1,而地膜覆盖显著增加0-20 cm微生物氮19.5 mg kg-1。与砂石覆盖相比,地膜覆盖在提高作物产量及生物量同时,可以进一步提高土壤活性有机氮库。因此,在我国西北半干旱地区,地膜覆盖更有利于实现增加作物产量和改善土壤氮有效性。(3)与全生育期覆膜相比,玉米生育后期揭膜引起水分和温度变化,进而影响活性有机碳氮组分及碳库管理指数变化。试验6年后,生育后期揭膜对土壤有机碳和全氮含量都没有影响。生育后期揭膜处理显著增加20-40 cm土层轻组有机碳0.05 g kg-1、轻组有机氮3.4 mg kg-1和微生物量碳14.7 mg kg-1,然而减少0-20 cm土层轻组有机碳0.24 g kg-1、轻组有机氮20.0 mg kg-1和微生物氮26.1 mg kg-1,对水溶性有机碳氮含量影响差异不显著,但显著增加0-20 cm和20-40 cm土层浸提态有机碳(10.3和2.6 mg kg-1)、浸提态有机氮(19.5和4.6 mg kg-1)和活性有机碳(0.59和0.10 g kg-1),并提高各层土壤库管理指数。因此,在玉米生育后期降雨充足的半干旱地区,生育后期揭膜可以提高作物产量及土壤生产力可持续性。(4)不同覆盖方式及玉米生育后期揭膜对土壤有机氮矿化有显著影响。通过两年生育期及休闲季有机氮田间原位矿化研究,发现砂石覆盖可以显著提高0-40 cm全年净氮矿化累积量7.5 kg N hm-2,而地膜覆盖降低0-40 cm全年净氮矿化累积量7.1 kg N hm-2。全生育期覆膜相比,玉米生育后期揭膜增加0-40 cm全年净氮矿化累积量6.5 kg N hm-2,但差异未达显著水平。与不覆盖处理相比,地膜覆盖处理不会影响生育期内0-40 cm土层土壤供氮能力,却可降低休闲季硝态氮淋溶风险;相反砂石覆盖处理降低生育期内0-40 cm土层土壤供氮能力,而增加休闲季硝态氮淋溶风险。(5)不同覆盖方式及玉米生育后期揭膜在短期内(5-6年)对土壤团聚体分布及稳定性特征有显著影响。与不覆盖相比,砂石覆盖和地膜覆盖处理显著提高0-20 cm土层土壤团聚体数量、分布和稳定性,表现在显著增加机械稳定性和水稳定性大团聚体数量(R0.25)、平均重量直径(MWD)、几何平均直径(GMD),同时显著降低分形维数(D)、团聚体破坏率(PAD)和不稳定团粒指数(ELT),而砂石覆盖和地膜覆盖处理间没有显著差异。玉米生育后期揭膜显著增加0-20 cm土层机械和水稳定性团聚体的MWD值,有利于提高土壤结构的稳定性。综上可见,地膜覆盖及生育后期揭膜可在实现增产同时,提高西北半干旱地区春玉米农田土壤可持续性。
【关键词】：地表覆盖 有机碳库 有机氮库 净氮矿化 团聚体稳定性
【学位授予单位】：西北农林科技大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：S513
【目录】：

• 摘要6-8
• ABSTRACT8-15
• 第一章 文献综述15-24
• 1.1 研究目的及意义15-16
• 1.2 国内外研究概况16-21
• 1.2.1 地表覆盖类型16-17
• 1.2.2 地表覆盖对有机碳氮库的影响17-19
• 1.2.3 地表覆盖对有机氮矿化的影响19-20
• 1.2.4 地表覆盖对团聚体稳定性的影响20-21
• 1.3 问题提出21-22
• 1.4 研究内容及技术路线22-24
• 第二章 地表覆盖对土壤有机碳及活性有机碳组分的影响24-45
• 2.1 前言24-25
• 2.2 材料与方法25-28
• 2.2.1 试验地概况25-26
• 2.2.2 试验设计26
• 2.2.3 土壤样品采集26
• 2.2.4 土壤样品测定26-28
• 2.2.5 相关指数计算28
• 2.2.6 数据统计分析28
• 2.3 结果分析28-42
• 2.3.1 土壤有机碳28-30
• 2.3.2 土壤轻组有机碳30-33
• 2.3.3 土壤微生物量碳33-35
• 2.3.4 土壤水溶性有机碳35-38
• 2.3.5 土壤浸提态有机碳38-40
• 2.3.6 土壤活性有机碳40-41
• 2.3.7 碳库管理指数41-42
• 2.4 讨论42-43
• 2.5 小结43-45
• 第三章 地表覆盖对土壤全氮及活性有机氮组分的影响45-61
• 3.1 前言45-46
• 3.2 材料与方法46-47
• 3.2.1 试验地概况46
• 3.2.2 试验设计46
• 3.2.3 土壤样品采集46
• 3.2.4 土壤样品测定46-47
• 3.2.5 相关指数计算47
• 3.2.6 数据统计分析47
• 3.3 结果与分析47-58
• 3.3.1 土壤全氮含量47-50
• 3.3.2 土壤轻组有机氮50-51
• 3.3.3 土壤微生物量氮51-54
• 3.3.4 土壤水溶性有机氮54-57
• 3.3.5 土壤浸提态有机氮57-58
• 3.4 讨论58-60
• 3.5 小结60-61
• 第四章 玉米生育后期揭膜对土壤有机碳氮库的影响61-78
• 4.1 前言61
• 4.2 材料与方法61-62
• 4.2.1 试验地概况61
• 4.2.2 试验设计61-62
• 4.2.3 土壤样品采集62
• 4.2.4 土壤样品测定62
• 4.2.5 相关指数计算62
• 4.2.6 数据统计分析62
• 4.3 结果与分析62-76
• 4.3.1 土壤有机碳及全氮62-64
• 4.3.2 土壤轻组有机碳氮64-65
• 4.3.3 微生物量碳氮65-69
• 4.3.4 水溶性有机碳氮69-72
• 4.3.5 浸提态有机碳氮72-75
• 4.3.6 活性有机碳及碳库管理指数75-76
• 4.4 讨论76-77
• 4.5 小结77-78
• 第五章 地表覆盖及玉米生育后期揭膜对净氮矿化的影响78-89
• 5.1 前言78-79
• 5.2 材料与方法79-81
• 5.2.1 试验地概况79
• 5.2.2 试验设计79-80
• 5.2.3 有机氮原位矿化试验80
• 5.2.4 土壤样品采集与测定80-81
• 5.2.5 环境和土壤参数测定81
• 5.2.6 相关指数计算81
• 5.2.7 数据统计分析81
• 5.3 结果与分析81-87
• 5.3.1 土壤温度81-82
• 5.3.2 土壤含水量82-83
• 5.3.3 土壤净氮矿化量83-85
• 5.3.4 土壤净氮矿化速率85-87
• 5.4 讨论87-88
• 5.5 小结88-89
• 第六章 地表覆盖及玉米生育后期揭膜对团聚体稳定性的影响89-101
• 6.1 前言89
• 6.2 材料与方法89-92
• 6.2.1 试验地概况89-90
• 6.2.2 试验设计90
• 6.2.3 土壤样品采集与测定90
• 6.2.4 相关指数计算90-92
• 6.2.5 数据统计分析92
• 6.3 结果与分析92-99
• 6.3.1 地表覆盖及玉米生育后期揭膜对团聚体数量的影响92-93
• 6.3.2 地表覆盖及玉米生育后期揭膜对土壤团聚体破坏率的影响93
• 6.3.3 地表覆盖及玉米生育后期揭膜对不稳地团粒指数的影响93-95
• 6.3.4 地表覆盖及玉米生育后期揭膜对平均重量直径的影响95-96
• 6.3.5 地表覆盖及玉米生育后期揭膜对几何平均直径的影响96-97
• 6.3.6 地表覆盖及玉米生育后期揭膜对分形维数的影响97-99
• 6.4 讨论99-100
• 6.5 小结100-101
• 第七章 主要结论、创新及进一步研究问题101-103
• 7.1 主要结论101-102
• 7.2 主要创新点102
• 7.3 进一步研究的问题102-103
• 参考文献103-116
• 致谢116-117
• 作者简介117

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

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