秸秆不同处理还田方式对土壤理化特性和作物生长效应的影响

【摘要】：我国干旱半干旱地区,气候干燥、缺水少雨和水土流失导致了农田土壤蓄水保墒能力和耕地土壤质量及生产力的不断降低,是本区农业可持续发展面临的瓶颈问题。如何改进秸秆还田技术,挖掘作物秸秆改良土壤结构,提升土壤肥力和质量的潜力,持续提高旱区农田生产力,是旱区农业值得关注的重要研究课题。本研究通过研究秸秆粉碎、氨化及与无机土壤改良剂(硫酸钙、硫酸铝)混合三种措施施入塿土、黄绵土后对土壤水分特性、土壤结构特性以及水分生产力的影响,对比分析了三种措施对两种土壤的改良效果。主要结论如下： (1)长秸秆加入土壤后在前期对土壤水分入渗起阻碍作用。粉碎秸秆则能够提高土壤稳定入渗率,但提高幅度较低。秸秆在经过粉碎氨化措施后能显著改善土壤的入渗性能。无机土壤改良剂单独施用提高土壤稳定入渗率及累积入渗量具有显著效果。 (2)秸秆的处理方式对土壤低吸力段持水性影响较为显著。粉碎秸秆在短期内可显著提高塿土的持水能力,表现出较高的即时效应。氨化后效果更加显著。无机土壤改良剂加入土壤后,土壤持水能力较对照有所增加,但效果不如秸秆显著。当其与粉碎氨化秸秆共同施用时,两者之间无明显的交互作用。在试验后期,秸秆的处理方式对土壤持水能力的影响差异减小。不同处理秸秆施入黄绵土后,短期内对土壤持水能力无明显提升作用,连续施入后具有提高土壤持水能力的作用。在试验期内,秸秆较无机土壤改良剂提升土壤持水能力作用较缓慢,但时效性较长。 (3)施入秸秆对低吸力段内土壤的释水能力影响较大。塿土释水能力呈现“高—低—高”趋势,释水能力的降低时期主要发生在秸秆初次施入土壤16周左右。土壤中连续施入秸秆均能提高土壤的释水能力,但提升幅度不大。粉碎氨化秸秆施入塿土后较其他处理具有较高的释水能力,提高了土壤的耐旱性。秸秆对黄绵土释水能力的影响作用缓慢。试验前期施入秸秆对黄绵土释水能力的影响效果不明显。连续施入后,均能提高黄绵土的释水能力,但增幅不大。粉碎氨化秸秆提高土壤释水能力效果最好。 (4)秸秆施入土壤后,在短期内提高了土壤水分的累积蒸发量。秸秆的处理方式对土壤蒸发性能的影响差异较大。粉碎秸秆较长秸秆处理具有较高的土壤蒸发速率。粉碎氨化措施在试验后期能有效抑制土壤的蒸发能力,与无机土壤改良剂混合配施能稳定抑制土壤的蒸发强度,但抑制效果不如单施无机土壤改良剂。 (5)土壤中施入粉碎秸秆能显著增加土壤团聚体评价指标R0.25、MWD、GMD各值,提高土壤结构稳定性。粉碎秸秆与无机土壤改良剂混合配施能进一步提高土壤结构的稳定性。长秸秆、粉碎氨化秸秆对提高土壤水稳性团聚体含量具有一定的迟效性,在施入土壤16周后提高土壤团聚体各评价指标效果显著。无机土壤改良剂对土壤团聚体各评价指标无明显的改良作用。 (6)秸秆施入塿土后,土壤孔隙分形维数总体表现为“高—低—高”的趋势,秸秆对塿土土壤孔隙结构的改善作用主要发生在初次施入和连续施入试验16周左右。粉碎氨化秸秆改善土壤孔隙结构连通性具有稳定性和长效性。秸秆施入黄绵土在短期内降低了土壤孔隙的连通性。随着秸秆的分解,土壤孔隙连通性逐渐得到改善。长秸秆对土壤孔隙连通性的改善作用较粉碎和氨化秸秆差。粉碎氨化秸秆与无机土壤结构改良剂混合配施改良土壤孔隙分形维数效果较优。不同处理秸秆施入土壤后,均能逐渐改善土壤孔隙的均匀性和连通性,效果较单施无机土壤改良剂措施优。 (7)短期内,秸秆的粉碎程度对秸秆的分解速率无明显作用,在试验后期则能显著提高秸秆的分解速率,氨化秸秆能显著提高秸秆自身的分解速度。当与无机土壤改良剂混合配施后则会降低土壤中有机C的矿化速率。 (8)秸秆混合施入土壤后,延缓了作物进入旺盛生长的时期。粉碎氨化秸秆与硫酸钙混合施用能显著提高夏玉米的生长速率。其中氨化秸秆措施促进作物干物质的累积主要发生在苗期和乳熟期。各处理在初次施入土壤后,夏玉米籽粒产量的影响差异不显著。其中长秸秆氨化翻压处理在提高籽粒产量,粉碎氨化翻压处理在提高生物量方面较其他处理高。 (9)夏玉米水分利用效率试验结果表明,长秸秆氨化、粉碎秸秆氨化、长秸秆氨化+硫酸钙、粉碎秸秆+硫酸钙处理的作物耗水系数分别较对照降低4.31%、1.91%、3.11%、2.01%；WUE分别较对照处理增加3.29%、3.64%、2.25%、0.87%。氨化秸秆施入土壤后,在提高作物产量、水分利用效率方面起到一定作用。 秸秆经过不同处理方式后施入塿土、黄绵土后,均能有效改良土壤,就本研究时段内的改良效果而言,粉碎秸秆综合表现最优。 【关键词】：秸秆粉碎 秸秆氨化 无机土壤改良剂 土壤水分 土壤结构 水分生产力
【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】：2012
【分类号】：S152.7
【目录】：

• 摘要5-7
• ABSTRACT7-13
• 第一章 绪论13-27
• 1.1 研究背景、目的与意义13-14
• 1.1.1 研究背景13
• 1.1.2 研究目的与意义13-14
• 1.2 国内外研究现状14-25
• 1.2.1 土壤团聚体理论14-16
• 1.2.2 有机物料与土壤结构改良的关系16-19
• 1.2.3 有机物料与土壤水分特性关系19-23
• 1.2.4 无机土壤改良剂改良土壤结构研究23-25
• 1.2.5 秸秆不同还田方式对作物生长发育的影响25
• 1.3 研究中存在的问题及发展趋势25-27
• 第二章 研究内容及方法27-32
• 2.1 研究内容27
• 2.1.1 秸秆不同处理方式对土壤水分特性和土壤团聚体的影响27
• 2.1.2 不同处理方式下秸秆分解速率及土壤碳氮的变化规律27
• 2.1.3 秸秆不同处理方式对夏玉米产量及水分利用效率的影响27
• 2.2 研究思路及技术路线27-28
• 2.3 研究方法28-30
• 2.3.1 土柱试验材料28-29
• 2.3.2 土柱试验设计29
• 2.3.3 测定项目与方法29-30
• 2.4 田间试验研究内容与方法30-31
• 2.4.1 试验区概况30
• 2.4.2 田间试验设计30-31
• 2.4.3 测定项目和方法31
• 2.5 数据处理31-32
• 第三章 秸秆不同处理方式对土壤水分特性的影响32-78
• 3.1 秸秆不同处理方式对土壤入渗特性的影响32-38
• 3.1.1 各处理对土壤累积入渗量的影响32-35
• 3.1.2 各处理对土壤入渗过程及参数的影响35-38
• 3.2 秸秆不同处理方式对土壤持水释水能力的影响38-64
• 3.2.1 各处理对土壤持水能力的影响38-46
• 3.2.2 各处理土壤水分特征曲线拟合参数46-53
• 3.2.3 各处理对土壤释水能力的影响53-60
• 3.2.4 各处理对土壤水分有效性的影响60-64
• 3.3 秸秆不同处理方式对土壤蒸发特性的影响64-77
• 3.3.1 各处理对塿土蒸发特性的影响64-71
• 3.3.2 各处理对黄绵土蒸发特性的影响71-77
• 3.4 小结77-78
• 第四章 秸秆不同处理方式对土壤团聚体的影响78-100
• 4.1 秸秆不同处理方式对塿土团聚体的影响78-89
• 4.1.1 土壤水稳性团聚体分布状况78-82
• 4.1.2 土壤水稳性团聚体评价指标分析82-87
• 4.1.3 不同处理低吸力段土壤孔隙结构分析87-89
• 4.2 秸秆不同处理方式对黄绵土团聚体的影响89-98
• 4.2.1 土壤水稳性团聚体分布状况89-92
• 4.2.2 土壤水稳性团聚体评价指标分析92-97
• 4.2.3 不同处理低吸力段土壤孔隙结构分析97-98
• 4.3 小结98-100
• 第五章 秸秆不同处理方式对秸秆分解速率的影响100-107
• 5.1 秸秆不同处理方式对秸秆分解速率的影响100-104
• 5.1.1 塿土试验加秸秆处理不同时期秸秆残留率100-102
• 5.1.2 黄绵土试验加秸秆处理不同时期秸秆残留率102-104
• 5.2 不同培养时段加秸秆处理秸秆分解率104-106
• 5.2.1 塿土试验不同时段秸秆分解率104-105
• 5.2.2 黄绵土试验不同时段秸秆分解率105-106
• 5.3 小结106-107
• 第六章 秸秆不同处理方式对土壤总有机碳、全氮的影响107-113
• 6.1 秸秆不同处理方式对土壤总有机碳(TOC)的影响107-109
• 6.1.1 秸秆不同处理方式对塿土TOC的影响107-108
• 6.1.2 秸秆不同处理方式对黄绵土TOC的影响108-109
• 6.2 秸秆不同处理方式对土壤全氮(TN)的影响109-111
• 6.2.1 秸秆不同处理方式对塿土TN的影响109-110
• 6.2.2 秸秆不同处理方式对黄绵土TN的影响110-111
• 6.3 小结111-113
• 第七章 秸秆不同处理方式改良土壤综合评价113-118
• 7.1 各处理主成分分析(塿土)113-115
• 7.2 各处理主成分分析(黄绵土)115-118
• 第八章 秸秆不同处理方式对夏玉米产量、水分利用效率的影响118-123
• 8.1 不同处理夏玉米生产力的影响118-120
• 8.1.1 不同处理夏玉米Logistic生长模型118-119
• 8.1.2 不同处理对夏玉米干物质的影响119-120
• 8.2 不同处理对夏玉米产量的影响120-121
• 8.3 不同处理水分利用效率121-122
• 8.4 小结122-123
• 第九章 结论与建议123-126
• 9.1 讨论123
• 9.2 秸秆不同处理方式对土壤特性的影响123-125
• 9.3 对夏玉米产量及水分利用效率的影响125-126
• 参考文献126-135
• 致谢135-136
• 作者简介136

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