秸秆覆盖免耕对土壤有机质转化积累及玉米生长的影响

【摘要】：长期以来,东北地区种植玉米形成了垄作的习惯,为实现耕整土地、起垄作业,地表的秸秆被全部移走或就地焚烧,以达到农机作业的要求,加之,人们对土地最大利益化的追求,大量使用化肥而很少使用厩肥。长期的掠夺式经营,造成了东北黑土地的严重退化。提高有机物质的输入,是实现东北黑土地力的重建的关键,因此,我们研究保护性耕作技术在东北黑土区的应用,期望能从保护珍贵黑土资源的角度来探寻耕作制度的改变对农业生产的影响及实现土壤有机质重建的机制。 本研究始于2007年4月,依托中国科学院保护性耕作研发基地(吉林省梨树县,43°19'N,124°14'E),开展玉米秸秆覆盖免耕技术研究。实验区土壤类型为中层黑土壤质粘土。以常规垄作(RT)为对照,连续5年实施不同秸秆覆盖量(NT-0、NT-33、 NT-67、NT-100)免耕。针对耕层土壤含水量、土壤温度、土壤容重、田间蚯蚓数量、土壤有机质及产量方面进行分析,并对耕层不同层次(0.2cm、2-5cm、5-10cm、10-20cm)的全土及颗粒分级土壤有机碳、氨基糖的变化特征进行了分析,结果表明： 1.秸秆覆盖免耕增加了耕层土壤的含水量,相较于常规垄作,春播前秸秆覆盖免耕可增加30%以上耕层水分,但是,秸秆覆盖处理降低了土壤温度,在5cm土壤深度,NT-100较RT温度低2-8.5℃,在10cm处低1.7-9.0℃,20cm处低1.4-6.0℃。NT-0处理在保证土壤水分的同时,土壤温度在各层次较RT无明显差异。 2.常规垄作改为免耕种植,容重是增加的,但其耕层容重均在1.40g cm-3以下,其中NT-100的容重仅为1.24g cm-3,说明连续实施免耕5年虽然增加了土壤的容重,但其仍在适合玉米生长的范围之内,并不影响春天播种。另外,耕作方式的变化对蚯蚓数量的影响并不显著,RT和NT-0每平方米蚯蚓的数量分别为15条和18条,而重量方面的差异也不显著。秸秆覆盖免耕无论是对蚯蚓的数量还是重量均有显著(p0.05)的影响,蚯蚓密度在免耕条件下有随秸秆覆盖量增加而增加的特征。尤其是在全量秸秆覆盖(NT-100)下达到每平方米143条,重16.27g。 3.实施秸秆覆盖免耕(NT-100/67/33),对玉米的生育进程产生了一定的影响,开花期以前,秸秆覆盖免耕明显降低了玉米的株高、叶面积指数及干物质的积累,这种影响随秸秆覆盖量的增加而增大。NT-0无论是对玉米株高、叶面积指数还是干物质的积累均无影响,在不同生育期还可起到促进作用,尤其是叶面积指数,NT-0的下降速率明显慢于RT。秸秆覆盖量免耕造成的减产主要与收获时公顷有效穗数的下降有关。免耕的实施对春玉米的理论产量影响并不大,NT-0和NT-33在玉米的百粒重这一指标较RT却分别增长了0.41-1.13g(100.weight)-1和0.37-0.91g(100-weight)-1因此,通过加强田间管理,提高农机具的质量及病害的防治效果,有利于免耕在东北黑土区的推广。 4.秸秆覆盖免耕的实施,增加了土壤有机碳的含量,有机碳的积累具有明显的表层富集作用,且其增加量随秸秆覆盖量的增加而增加,在表层0-2cm秸秆覆盖免耕(NT-100/67/33)较常规垄作(RT)5年间土壤有机碳含量分别增加了：29.7%、17.9%和11.5%,在2-5cm这一层次上分别增加了：4.0%、5.1%和2.8%。NT-0的土壤有机碳含量在5年间与RT相比,变化不显著,说明仅是耕作方式改变而不实施秸秆还田对土壤有机质的提高效果短期内不显著。 5.不同量秸秆覆盖增加了表层(0-2cm)土壤氨基糖含量；不同微生物来源氨基糖对秸秆覆盖量的响应不同,其中氨基葡萄糖和氨基半乳糖表现出随秸秆覆盖量增加而增加的趋势,而胞壁酸仅在全秸秆覆盖下显著增加；秸秆覆盖还田免耕下真菌来源的氨基葡萄糖与细菌来源的胞壁酸的比值高于无秸秆还田免耕,表明连续秸秆覆盖还田土壤中真菌己逐渐转为优势群体,而真菌占优势的农田生态系统更利于土壤固碳。。 6.免耕的实施虽然对土壤各粒级的组成没有明显的影响,但却改了各粒级中有机碳的含量。在表层0-5cm,秸秆覆盖免耕增强了黏粒吸附有机碳的能力,其吸附能力表现出了秸秆覆盖量的增加而增强的特征,秸秆覆盖免耕还增加了黏粒的库容。另外,黏粒的有机碳富集系数虽然均大于1,在层0-2cm其数值表现为：秸秆覆盖免耕常规垄作,而在2-5cm却得到相反的结果,从黏粒有机碳对全土有机碳的贡献率发现,在表层0-5cm表现为：秸秆覆盖免耕常规垄作,秸秆覆盖免耕的富集系数小,但其有机碳的库容及对全土有机碳的贡献率高,说明在连续秸秆覆盖免耕的条件下黏粒的有机碳积累正达到一个新的平衡,提高了土壤有机质的含量。耕作方式的改变也影响了粉粒和砂粒有机碳含量,在0-2cm这一层次有机碳的分布强度、库容、富集系数等方面,粉粒中表现为：免耕常规垄作,而砂粒中却现为：免耕常规垄作,在免耕措施中,粉粒和砂粒中有机碳的分布强度、库容、富集系数等指标均有随秸秆覆盖量的增加而增加的特征,说明秸秆覆盖免耕的实施也有利于提升大颗粒中有机碳的含量。 7.秸秆覆盖免耕的实施对各粒级中氨基糖的影响,主要体现在砂粒中,土壤氨基糖的总量及各氨基单糖(GluN、GlaN和Mur)在砂粒中的分布强度、库容及富集系数均表现出随秸秆覆盖量的增加而显著增加的特征,且免耕处理均高于常规垄作处理,说明耕作次数的减少及新鲜有机物料的补充共同为土壤微生物营造了良好的生境,从而加速了对微生物对有机碳的积累与转化。连续5年的免耕,并未对黏粒中土壤氨基糖的量造成显著影响,但是,在氨基糖的分布强度及库容方面,表现出了随秸秆覆盖量的增加而增加的趋势,而在富集系数及有对贡献率方面却表现为随秸秆覆盖量的增加而下降的趋势。 综上所述,秸秆覆盖免耕的实施有利于土壤理化性状的改善,提高了土壤表层有机质的含量。但东北黑土区的积温较低,大量的秸秆覆盖不利于春天地温的提升,建议不同的区域依据实际情况选择合适的秸秆覆盖量。本研究为两年的实验结果,且为全程机械化的实际效果对玉米生长发育及产量影响的数据,不等同于相同农艺条件下的结果,因此,免耕对农业生产的影响,随着农机具的质量提高,还有待于进一步研究。另外,短期的秸秆覆盖免耕虽然增加了土壤有机质的含量,但这种显著的增加仅在表层2cm以内,在保持现有土壤环境的前提下,如何快速提高整个耕层土壤有机质的含量将会是研究东北黑土的一重要方向。 【关键词】：免耕 秸秆覆盖还田 有机质 氨基糖 土壤颗粒分级
【学位授予单位】：沈阳农业大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：S158;S513
【目录】：

• 摘要11-14
• Abstract14-17
• 第一章 引言17-19
• 第二章 文献综述19-34
• 2.1 国内外研究免耕概况19-21
• 2.1.1 免耕的起源19
• 2.1.2 国外免耕发展情况19
• 2.1.3 国内免耕发展情况19-21
• 2.2 免耕对土壤理化性状及作物生长的影响21-24
• 2.2.1 免耕对土壤水分、温度的影响21-22
• 2.2.2 免耕对土壤容重的影响22-23
• 2.2.3 免耕对田间蚯蚓密度的影响23
• 2.2.4 免耕对作物生长的影响23-24
• 2.3 免耕对土壤有机质积累的影响24-32
• 2.3.1 免耕对土壤有机碳积累的影响24-26
• 2.3.2 土壤氨基糖对免耕的响应26-29
• 2.3.3 有机碳在土壤粒级中的分布29-32
• 2.4 研究的目标和意义32-34
• 第三章 试验材料与研究方法34-44
• 3.1 研究内容与技术路线34-35
• 3.1.1 研究内容34
• 3.1.2 技术路线34-35
• 3.2 试验设计35-38
• 3.2.1 试验区概况35-36
• 3.2.2 试验布置36-37
• 3.2.3 样品采集37-38
• 3.3 研究方法38-42
• 3.3.1 土壤水分、温度测定38
• 3.3.2 土壤容重、田间蚯蚓密度测定38
• 3.3.3 玉米生长测定38
• 3.3.4 土壤CN测定38
• 3.3.5 土壤氨基糖测定38-41
• 3.3.6 土壤颗粒分级41-42
• 3.4 数据处理与分析42-44
• 3.4.1 富集系数的计算42
• 3.4.2 贡献率的计算42
• 3.4.3 统计分析42-44
• 第四章 秸秆覆盖免耕对土壤理化性质及玉米生长的影响44-59
• 4.1 覆盖免耕对土壤理化性质影响44-51
• 4.1.1 土壤含水量44-45
• 4.1.2 土壤贮水量的变化45-46
• 4.1.3 地温46-47
• 4.1.4 容重47-48
• 4.1.5 田间蚯蚓密度48-49
• 4.1.6 有机质49-50
• 4.1.7 小结50-51
• 4.2 覆盖免耕对春玉米生长发育及产量影响51-59
• 4.2.1 株高51-52
• 4.2.2 叶面积系数52-53
• 4.2.3 干物质积累53-54
• 4.2.4 根系54-55
• 4.2.5 产量55-58
• 4.2.6 小结58-59
• 第五章 秸秆覆盖免耕对土壤有机碳积累的影响59-68
• 5.1 秸秆覆盖免耕对土壤CN积累的影响59-60
• 5.2 有机碳在粒级中的分布强度60-62
• 5.3 秸秆覆盖免耕对黑土各粒级中有机碳积累的影响62-63
• 5.4 秸秆覆盖免耕对黑土各粒级中土壤有机碳富集的影响63-64
• 5.5 秸秆覆盖免耕条件下黑土各粒级对有机碳积累的相对贡献64-65
• 5.6 秸秆覆盖免耕对黑土各粒级C/N比的影响65-66
• 5.7 小结66-68
• 第六章 秸秆覆盖免耕对土壤氨基糖积累的影响68-81
• 6.1 秸秆覆盖免耕对全土中土壤氨基糖的积累影响68-73
• 6.1.1 秸秆覆盖免耕条件下土壤氨基葡萄糖含量的变化68-69
• 6.1.2 秸秆覆盖免耕条件下土壤氨基半乳糖含量的变化69-70
• 6.1.3 秸秆覆盖免耕条件下土壤胞壁酸含量的变化70-71
• 6.1.4 秸秆覆盖免耕条件下土壤氨基葡萄糖与胞壁酸含量比值的变化71-72
• 6.1.5 秸秆覆盖免耕条件下土壤氨基糖总量的变化72
• 6.1.6 小结72-73
• 6.2 秸秆覆盖免耕对土壤粒级库中氨基糖的影响73-81
• 6.2.1 秸秆覆盖免耕对土壤氨基糖在粒级中的分布强度的影响73-75
• 6.2.2 秸秆覆盖免耕对各粒级土壤中氨基糖积累的影响75-77
• 6.2.3 秸秆覆盖免耕对各粒级土壤中氨基糖富集的影响77-79
• 6.2.4 秸秆覆盖免耕条件下各粒级对氨基糖积累的相对贡献79-80
• 6.2.5 小结80-81
• 第七章 结论与展望81-84
• 参考文献84-94
• 致谢94-96
• 攻读学位论文期间发表文章96

您可以在本站搜索以下学术论文文献来了解更多相关内容

不同耕作方式对黑土农田土壤温湿效应的影响    陈学文;张晓平;梁爱珍;贾淑霞;时秀焕;范如芹;魏守才;

中国粮食生产的区域格局变化及东北商品粮基地的响应    程叶青,张平宇

土壤有机碳的主导影响因子及其研究进展    周莉,李保国,周广胜

碳水化合物在土壤中的分布特征及其环境意义    郭景恒,朴河春,刘启明

秸秆覆盖量对半干旱区旱作春玉米生长及水分利用效率的影响    李玉鹏;贾志宽;杨保平;王昕;

旱地残茬覆盖耕作法的研究    韩思明,杨春峰,史俊通,庞焕成

秸杆覆蓋免耕法的节水培肥增产效益及应用前景    朱文珊,曹明奎

旱地玉米保护性耕作经济效益分析    李洪文,高焕文,周兴祥,毛宁

不同保护性耕作措施对黄土高原旱作农田土壤物理结构的影响    高建华;张承中;

保护性耕作下黑土水热动态研究    刘爽;张兴义;

基于粮食生产时空特征的粮食安全保障(英文)    何艳芬;马超群;杨海娟;

Characteristics and Advantages of Regional Grain Production in Guangxi Zhuang Autonomous Region of China    

旱地保护性耕作对土壤理化性状和冬小麦生理特性的影响    司纪升;王法宏;李升东;孔令安;冯波;张宾;

集约农区耕层土壤养分相关性变化研究    张保华;张秀玲;白振华;张金萍;王振健;董杰;

玉米种植方式的发展趋势    谭秀山;毕建杰;刘建栋;叶宝兴;

夏玉米水肥耦合效应试验    赵媛媛;董洁;崔运峰;

硅钼杂多酸化学修饰电极伏安法测定土壤和煤碴中活性硅    陈灵因，孟力，苏少宝

覆盖麦草对玉米产量及土壤肥力的效应    陈静芬;欧阳素华;吴晓鹏;巩旭;

油菜茬中稻免耕直播田杂草控制试验与示范简报    张舒;方锡文;邹春华;何世民;郭茂禄;吕亮;杨小林;余柳青;陈其志;

浅议我国发展保护性耕作的必要性、面临的问题及对策    姜玉美;

砂姜黑土区小麦玉米轮作秸秆全量还田对冬小麦的生理生态效应    屈会娟

砂姜黑土区小麦玉米一年两熟秸秆全量还田对夏玉米生育及产量影响研究    沈学善

不同耕作措施对绿洲灌区冬小麦“根土系统”的影响    冯福学

交替灌溉对间作群体水分利用特征的影响及其机理    杨彩红

保护性耕作对旱区小麦—菘蓝轮作土壤生态及作物生理特性的影响    杨江山

不同类型河滨湿地甲烷和二氧化碳排放的研究    沙晨燕

两种典型盐生植物耐盐机理及应用耐盐植物改良盐渍土研究    李瑞利

中国土地利用的碳排放效应研究    赖力

新疆棉花长期连作土壤养分时空变化及可持续利用研究    韩春丽

中国茶园生态系统碳平衡研究    李世玉

秸秆还田对作物产量及土壤养分的影响    李孝勇,武际,朱宏斌,王允青

时域反射仪在监测青藏高原活动层水分变化过程中的应用    王绍令,杨梅学,小池俊雄,赵林

乙烯类药剂处理对玉米果穗发育及穗粒数的影响    赵久然,郭景伦,郭强,尉德铭,张凤路

我国粮食生产布局变化特点及其成因分析    张落成

少、免耕对旱地土壤物理性质的影响    王殿武;褚达华;

黄土丘陵区铁杆蒿群落植被特性及土壤养分特征研究    周萍;刘国彬;侯喜禄;

东北商品粮基地的水利建设需要加强    陈明致

不同撂荒年限的草原农田土壤及植被的变化规律研究    田洪艳,周道玮,郭平

中国未来粮食安全论——兼评莱斯特·布朗的《谁来养活中国》    胡岳岷

长期施肥对大豆地土壤蒸发和水分利用效率的影响    邹文秀;韩晓增;王守宇;李良皓;王凤仙;王凤菊;

保护性耕作措施的综合效应研究及其生态与经济效益评价    郑华平

扎兰屯市黑土地水土流失治理与成效    邹殿春,万普强

中国式荒漠化的典型样本之二 受伤的黑土地    

关注黑土地 保护大粮仓    李建章;姜智;孟令钦;于颖越;

东北黑土区水土流失防治在保障国家粮食生产中的地位与作用    蔡壮;沈波;

强化东北黑土区水土流失综合治理    再胜;刘岩;

东北黑土区发展保护性耕作可行性分析    刘武仁;郑金玉;罗洋;郑洪兵;李伟堂;

东北黑土区土壤资源现状与存在问题    魏丹;杨谦;迟凤琴;

分区三:东北黑土区    

植柳谷坊在东北黑土区治沟中的应用    赵云朋;薛永刚;于明;

东北黑土区土地开垦历史过程研究    刘猛;

东北黑土区三级区划研究及水土保持规划有关问题的探讨    沈波;张锋;

东北黑土区水土流失状况分析及防治对策    周江红;

东北黑土区水土流失对粮食安全的影响    刘振举;蔡强国;李国强;

东北黑土区土壤容许流失量与水土保持治理指标探讨    范昊明;蔡强国;郭成久;王铁良;苏芳莉;崔明;

机械深松技术应用的理论研究    孙卓;徐峰;

贯彻新《水土保持法》做好水保规划工作的思考    乔殿新;

全国水土保持区划分级体系与方法    王治国;张超;纪强;孙保平;冯磊;

关于水土流失重点防治区体系及划分的思考    纪强;王治国;张超;赵永军;

拯救东北黑土地    本报记者 周怀龙

东北黑土区水土流失研究    记者 郑秀文 通讯员 陈浩生

黑土地的“营养流失”    本报记者 李成刚　潘英丽

东北黑土区水土流失防治试点启动    王鑫

4.5万公顷受伤黑土地愈后重生    刘刚　记者 贾红路

东北黑土区水土流失治理项目通过国家验收    王旭飞

为了黑土地再现生机    郑秀文

东北黑土区水土流失 综合防治试点工程启动    朱隽

亿元投入医治黑土地“流血的伤口”    刘刚　冯建维 记者 贾红路

我国因水土流失年损失耕地百万亩    李松

东北黑土区农业可持续发展研究    蔡壮

东北黑土区土壤侵蚀过程机理和土壤养分迁移研究    安娟

东北黑土区侵蚀沟成因与模型研究    李天奇

有机培肥对黑土有机质消长及其组分与结构的影响    梁尧

秸秆覆盖免耕对土壤有机质转化积累及玉米生长的影响    董智

土壤可蚀性动态变化机制与土壤可蚀性估算模型    王彬

东北黑土区小流域水土保持综合治理效益分析    钟云飞

东北黑土区农业可持续发展探析    姚岚

东北黑土区漫川漫岗区侵蚀沟评价指标体系    张琳

东北黑土区农村人力资源的开发与利用问题研究    刘春

东北黑土区农业技术创新体系研究    李才智

东北黑土区宾州河流域农耕地土壤酶活性空间分布特征研究    邢培茹

我国东北黑土区粮食综合生产能力研究    常丽君

东北黑土区农林复合土壤理化性质研究    赵斯

东北黑土区坡耕地土壤团聚体迁移和养分流失的影响因素研究    卢嘉

137Cs和210Pbex复合示踪研究东北黑土区坡耕地土壤侵蚀速率    王禹