栽培耕作措施与长期施氮对旱地作物产量及土壤肥力质量的影响

发布时间：2017-06-04 13:07

  本文关键词：栽培耕作措施与长期施氮对旱地作物产量及土壤肥力质量的影响，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：粮食安全压力仍是当前世界面临的主要问题,小麦是世界主要粮食作物之一,而由旱地生产(包括有灌溉条件的旱地)的小麦约占世界小麦总产量的四分之三以上。旱区作物受不同程度水分、养分胁迫,实际产量与预测产量仍有较大差距,采用合理的保墒培肥耕作措施有利于继续挖掘旱区生产潜力以满足日益增长人口对粮食的需求。其中,施氮对提高作物产量意义重大,但长期过量施氮引发诸多环境问题。关于不同地表覆盖模式的水氮效应问题已有大量研究,但长期地表覆盖施氮是否有利于农业可持续发展仍需借助数学评价方法进行深入研究。另外,有机无机肥配施对小麦产量及土壤肥力的贡献效应大小尚不清楚。因此,对不同保墒培肥耕作措施进行土壤肥力质量评价对我国旱区农业可持续发展及粮食安全等均具有重要意义。本研究采用田间定位试验与农户农田调查测定相结合的方法,从地表覆盖模式、有机无机肥配施模式、耕作与秸秆管理措施三方面研究了旱区不同土壤管理措施的培肥增产效应及可持续性发展潜力,获得以下主要结果:(1)利用连续7年(2002-2009)的小麦/休闲一年一熟田间定位试验,分析比较了3种地表覆盖模式(常规、覆草、覆膜)下不同施氮水平(0、120、240 kg N/hm2)对冬小麦产量及土壤肥力的影响。结果表明,覆草处理7季小麦平均减产1.46%、覆膜处理增产7.04%,施用氮肥增产42.72%。试验进行7季后,覆草及覆膜处理下土壤易氧化有机碳含量较常规处理分别增加37.57%、21.39%;覆草亦显著提高土壤有机碳、全氮、速效钾含量,较常规处理分别增加6.84%、4.40%、12.68%,而覆膜作用不显著。与不施氮相比,施氮处理土壤易氧化有机碳、矿质态氮、速效磷含量及p H值变幅依次为6.03%、40.18%、-23.55%、-0.05个单位。(2)运用可持续性指数法评价了不同地表覆盖施氮措施下旱区农田系统的可持续性发展潜力。结果表明,土壤速效磷、速效钾含量受施氮量的影响与土壤有机碳、全氮及碱解氮不同,但受地表覆盖模式的影响相同。覆草处理养分指数及微生物指数均最高,而覆膜与常规处理无显著差异,作物指数主要受施氮量影响。系统可持续性指数覆草常规覆膜、N120N240N0,不施氮系统可持续性最差,可持续性指数仅为0.80-1.02。覆草配施氮肥土壤肥力具有较好的可持续性,主要依赖于高的养分指数和微生物指数,覆膜配施氮肥后可持续性指数仍低于临界值(1.30)。(3)利用连续9年(2002-2011)的小麦/休闲一年一熟田间定位试验,分析比较了3种栽培模式(常规、覆草、补灌)下不同施氮水平(0、120、240 kg N/hm2)对冬小麦产量及播前收后土壤肥力的影响。结果表明,施氮条件下,常规与覆草处理均逐渐呈现减产趋势,补灌处理相对稳产,长期不施氮肥小麦产量下降50%-60%。覆草显著提高0-20 cm土壤有机碳、易氧化有机碳、全氮及速效钾含量,而补灌培肥效果不显著。施用9季氮肥后0-20 cm土壤有机碳、易氧化有机碳、全氮含量均增加,增幅依次为4.81%、20.70%、7.61%,而速效钾含量下降6.12%。0-20 cm土壤各指标对不同栽培模式及施氮量的响应均敏感于20-40 cm土壤。高量施氮0-100 cm土壤硝态氮累积量比临界值高69.27%。(4)利用连续10年(2002-2012)的小麦/休闲一年一熟田间定位试验,研究了秸秆(不施秸秆、施秸秆)与氮肥(0、120、240 kg N/hm2)配施的增产培肥效应。结果表明,施秸秆(S)对小麦产量的影响小于施氮(N)的影响,即S效应N效应。随着施氮量增加,施秸秆平均每年小麦减产幅度、施高量氮肥平均每年增产幅度,以及秸秆与高量氮肥配施平均每年减产幅度都有所增加。同时,增施氮肥缩小了5-15 cm与15-30 cm两个土层之间有机碳、易氧化有机碳、速效磷、速效钾的两个试验因素主效应的差异,说明增施氮肥能影响下层土壤的培肥效果。另外,无论施氮量高低,0-30 cm土壤速效磷的N效应S效应,速效钾则相反,说明施氮增产携出大量土壤磷而不能通过施秸秆有效补给,但施秸秆可补钾。(5)利用陕西关中平原3个地点(渭南、杨凌、三原)长期秸秆覆盖还田系统,研究了秸秆覆盖还田对0-30 cm土壤养分层化效应的影响。结果表明,秸秆还田显著提高渭南农户农田0-15 cm、三原0-5 cm土壤有机碳、易氧化有机碳及全氮含量,其中渭南0-5 cm土壤碳、氮养分增加幅度大于5-15 cm增加幅度,三原15-30 cm土壤养分下降幅度大于5-15 cm下降幅度;杨凌0-30 cm土壤养分含量都有不同程度增加,其中0-5 cm土壤有机碳、易氧化有机碳、速效磷、速效钾含量依次显著提高12.43%、20.30%、16.21%、23.73%。三地0-15 cm土壤易氧化有机碳变化量均大于有机碳变化量。因子分析结果表明,秸秆还田对0-15 cm土壤碳、氮养分的影响与15-30 cm不同,而对速效钾三个土层的影响相同。秸秆还田加剧土壤养分的层化程度,渭南、三原秸秆还田处理土壤有机碳层化率(SR值,0-5 cm∶15-30 cm)均大于2;速效养分SR值高于全量养分,其中速效磷的层化程度最高,两地SR值分别为5.24、7.93。(6)利用连续7年(2002-2009)的小麦/玉米一年两熟田间定位试验,运用多元方差分析及因子分析法比较评价了4种耕作措施(深松、旋耕、免耕、传统耕作)及2种秸秆管理措施(玉米秸秆还田、未还田)对土壤肥力质量的影响。结果表明:玉米收获后0-20 cm土壤容重免耕处理最大,旋耕、翻耕处理次之,深松处理最小;秸秆还田0-10 cm土壤容重较不还田处理显著降低2.33%。小麦、玉米收获后0-20 cm土壤养分组、有机质环境组及酶活性组指标变量对不同耕作措施的响应均敏感于秸秆管理措施。传统耕作两季土壤质量均最差。深松、旋耕有一定后效,且有机质养分因子得分较高,免耕则相反。综上所述,本试验条件下,秸秆覆盖、地膜覆盖、冬季补灌3种栽培模式长期配施氮肥均不能同时满足作物高产及地力提升的要求,即肥力特征与产量特征不一致,其中秸秆覆盖配施适量氮肥有利于培肥土壤、系统可持续性较好,补灌配施适量氮肥则高产稳产,地膜覆盖配施氮肥有一定的增产效果,但其系统可持续性低于临界值。另外,高量施氮亦有一定增产培肥效果,但与秸秆配施不能有效提高秸秆对小麦产量的贡献,且土体硝态氮残留较高。秸秆还田辅以深松、旋耕土壤肥力质量最好,同时又可降低土壤养分层化程度。因此,在旱农条件下秸秆覆盖还田与适量氮肥配施并于冬季补灌,或与深松、旋耕技术相结合,其增产培肥效应及可持续性可能会更好,有待于进一步田间验证。
【关键词】：旱区农田 栽培耕作措施 施氮 增产培肥效应 土壤肥力质量评价
【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】：S158.3
【目录】：

• 摘要5-8
• ABSTRACT8-16
• 第一章 文献综述16-25
• 1.1 引言16-17
• 1.2 秸秆覆盖还田研究17-21
• 1.2.1 秸秆覆盖的保墒节水作用17-18
• 1.2.2 秸秆覆盖的培肥作用18-21
• 1.2.3 影响秸秆覆盖增产效果的因素21
• 1.3 氮肥施用研究21-23
• 1.3.1 增产现状21-22
• 1.3.2 环境效益22-23
• 1.3.3 培肥效果23
• 1.4 土壤肥力评价方法23-24
• 1.4.1 因子分析23-24
• 1.4.2 其他方法24
• 1.5 小结24-25
• 第二章 选题依据和研究思路25-28
• 2.1 选题依据25
• 2.2 研究方法、内容和技术路线25-26
• 2.3 测定方法26-28
• 第三章 长期地表覆盖及施氮对冬小麦产量及土壤肥力的影响28-38
• 3.1 引言28
• 3.2 材料与方法28-30
• 3.2.1 试验地概况28-29
• 3.2.2 试验设计29
• 3.2.3 样品采集及测定29-30
• 3.2.4 数据处理30
• 3.3 结果与分析30-35
• 3.3.1 小麦产量30-32
• 3.3.2 土壤肥力指标32-35
• 3.4 讨论35-36
• 3.4.1 小麦产量35-36
• 3.4.2 土壤肥力指标36
• 3.5 小结36-38
• 第四章 地表覆盖及施氮对旱地农田系统土壤肥力及可持续性的影响38-46
• 4.1 引言38
• 4.2 材料与方法38-40
• 4.2.1 研究区概况38-39
• 4.2.2 试验设计39
• 4.2.3 样品采集及测定39
• 4.2.4 数据处理39-40
• 4.3 结果与分析40-43
• 4.3.1 土壤养分指标及养分指数40-41
• 4.3.2 土壤微生物指标及微生物指数41-42
• 4.3.3 小麦产量指标及作物指数42
• 4.3.4 可持续性指数42-43
• 4.4 讨论43-45
• 4.4.1 土壤肥力43-44
• 4.4.2 可持续性评价44-45
• 4.5 小结45-46
• 第五章 不同碳氮水管理措施对冬小麦产量及土壤肥力的影响46-57
• 5.1 引言46-47
• 5.2 材料与方法47-48
• 5.2.1 试验地概况47
• 5.2.2 试验设计47
• 5.2.3 样品采集及测定47
• 5.2.4 数据处理47-48
• 5.3 结果与分析48-52
• 5.3.1 小麦产量48
• 5.3.2 土壤肥力指标48-51
• 5.3.3 土壤硝态氮累积量51-52
• 5.4 讨论52-56
• 5.4.1 小麦产量52-54
• 5.4.2 土壤肥力指标54-55
• 5.4.3 土壤硝态氮55-56
• 5.5 小结56-57
• 第六章 秸秆与氮肥配施对冬小麦产量及土壤肥力的影响57-66
• 6.1 引言57
• 6.2 材料与方法57-58
• 6.2.1 研究区概况57
• 6.2.2 试验设计57-58
• 6.2.3 样品采集及测定58
• 6.2.4 数据处理58
• 6.3 结果与分析58-62
• 6.3.1 小麦产量58-59
• 6.3.2 土壤肥力指标59-62
• 6.4 讨论62-65
• 6.4.1 增产效果62-64
• 6.4.2 培肥效果64-65
• 6.5 小结65-66
• 第七章 秸秆还田条件下土壤养分层化现象研究66-76
• 7.1 引言66-67
• 7.2 材料与方法67-68
• 7.2.1 研究地区概况67
• 7.2.2 处理设置及田间管理67-68
• 7.2.3 土样采集及测定分析68
• 7.2.4 数据处理68
• 7.3 结果与分析68-71
• 7.3.1 养分含量68-70
• 7.3.2 因子分析70-71
• 7.3.3 层化率SR71
• 7.4 讨论71-75
• 7.5 小结75-76
• 第八章 耕作与秸秆还田对小麦/玉米轮作体系土壤质量的影响76-85
• 8.1 引言76-77
• 8.2 材料与方法77-78
• 8.2.1 试验地概况77
• 8.2.2 试验设计77
• 8.2.3 土样采集及测定77-78
• 8.2.4 数据处理78
• 8.3 结果与分析78-82
• 8.3.1 土壤容重78
• 8.3.2 因子分析78-82
• 8.4 讨论82-84
• 8.4.1 土壤容重82-83
• 8.4.2 土壤质量83-84
• 8.5 小结84-85
• 第九章 主要结论、创新点及进一步研究问题85-88
• 9.1 主要结论85-86
• 9.2 创新点86
• 9.3 进一步研究问题86-88
• 参考文献88-102
• 致谢102-103
• 作者简介103

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 陈奇恩;中国塑料薄膜覆盖农业[J];中国工程科学;2002年04期

2 王法宏;司纪升;李升东;孔令安;冯波;;小麦氮肥高效利用技术研究[J];麦类作物学报;2008年05期

3 齐莎;赵小蓉;郑海霞;林启美;;内蒙古典型草原连续5年施用氮磷肥土壤生物多样性的变化[J];生态学报;2010年20期

4 连纲,郭旭东,王静,傅伯杰,程烨;土壤质量与可持续土地利用管理[J];生态学杂志;2005年02期

5 张付申;长期施肥条件下

本文编号：421053