【摘要】：黑龍江省是我國(guó)重要的糧食生產(chǎn)基地,然而水資源短缺、水土流失面積不斷擴(kuò)大,嚴(yán)重制約了該地區(qū)農(nóng)業(yè)、經(jīng)濟(jì)的發(fā)展,威脅了生態(tài)系統(tǒng)的平衡,成為限制地區(qū)可持續(xù)發(fā)展與糧食安全的重要因素。生物炭作為一種新興的土壤改良劑,可以改良土壤,提高土壤肥力、固定碳素減緩氣候變化,綜合利用生物炭可以解決可持續(xù)發(fā)展、節(jié)能降耗、環(huán)境保護(hù)和治理等問(wèn)題。為探尋秸稈生物炭對(duì)黑龍江省坡耕地主要糧食作物的節(jié)水增產(chǎn)及水土保持效應(yīng),試驗(yàn)于2015年,以黑龍江省北安市紅星農(nóng)場(chǎng)3°坡耕地為研究對(duì)象,設(shè)置玉米和大豆兩個(gè)試驗(yàn)區(qū),生物炭施加量分別為0、25、50、75、100t/hm2 5個(gè)處理。試驗(yàn)中利用人工觀測(cè)、TDR、徑流自動(dòng)記錄系統(tǒng)和泥沙收集系統(tǒng)等進(jìn)行數(shù)據(jù)收集,通過(guò)對(duì)在天然降雨下次降雨產(chǎn)流、產(chǎn)沙過(guò)程,年降雨產(chǎn)流、產(chǎn)沙量以及土壤含水量變化、作物生長(zhǎng)動(dòng)態(tài)和產(chǎn)量及其生長(zhǎng)要素的觀測(cè)與分析的基礎(chǔ)上,研究了不同作物在不同生物炭施加量情況下的水土保持和節(jié)水增產(chǎn)效應(yīng),并采用灰色關(guān)聯(lián)投影模型分別對(duì)玉米和大豆試驗(yàn)區(qū)生物炭施加量模式進(jìn)行了綜合評(píng)價(jià),得出玉米和大豆的最優(yōu)生物炭施加量方案,以期為當(dāng)?shù)貙?shí)現(xiàn)生物炭的應(yīng)用提供參考。初步結(jié)論如下:(1)施加生物炭可以改善土壤環(huán)境,且生物炭施加量越多效果越明顯。施加生物炭對(duì)玉米和大豆試驗(yàn)區(qū)影響基本一致,施加生物炭可以降低土壤容重、增加田間持水量、提高土壤中有機(jī)質(zhì)、有效磷和有效鉀的含量,且生物炭施加量越多效果越好,但是施加生物炭對(duì)土壤中銨態(tài)氮的含量影響較小。(2)施加生物炭對(duì)降雨徑流過(guò)程影響不大,但可以減少降雨地表徑流量。生物炭對(duì)次降雨徑流的影響與降雨時(shí)植物生長(zhǎng)狀態(tài)和降雨強(qiáng)度有關(guān),產(chǎn)流量隨著生物炭施加量增大而減小;施加生物炭也可以降低年徑流量,對(duì)于玉米試驗(yàn)區(qū),年徑流量隨著生物炭施加量的增加而減小,而大豆試驗(yàn)區(qū)生物炭施加量為75t/hm2的處理年徑流量最小。(3)施加生物炭對(duì)降雨產(chǎn)沙過(guò)程影響不大,但施加適量生物炭可以減少降雨帶來(lái)的土壤侵蝕和養(yǎng)分流失量。施加適量生物炭可以降低年產(chǎn)沙量,對(duì)于玉米試驗(yàn)區(qū),生物炭施加量為25t/hm2時(shí)產(chǎn)沙量最小;對(duì)于大豆試驗(yàn)區(qū),產(chǎn)沙量隨著生物炭施加量增加而增加。施加生物炭可以減少土壤中有機(jī)質(zhì)、銨態(tài)氮、有效磷和有效鉀的流失,但是不同生物炭施加量對(duì)減少各養(yǎng)分流失影響不一,沒(méi)有明顯規(guī)律。(4)施加生物炭對(duì)土壤水分動(dòng)態(tài)變化趨勢(shì)沒(méi)有明顯的改變,但可以提高0~60cm土層土壤含水量,從而提高土壤儲(chǔ)水量。玉米和大豆試驗(yàn)區(qū)生物炭對(duì)土壤水分的影響基本一致,施加生物炭的處理各生育期0~60cm土層土壤含水量均高于對(duì)照處理,且土壤含水量隨著生物炭施加量的增加而增高;施加生物炭對(duì)60~100cm土層土壤含水量影響較小。(5)施加生物炭可以提高玉米和大豆的生長(zhǎng)動(dòng)態(tài)、產(chǎn)量及其構(gòu)成要素,各指標(biāo)變化規(guī)律基本相同。當(dāng)生物炭施用量為50 t/hm2時(shí),玉米各指標(biāo)達(dá)到最優(yōu);當(dāng)生物炭施用量為75 t/hm2時(shí),大豆各指標(biāo)達(dá)到最優(yōu)。(6)施加生物炭可以提高玉米、大豆的水分利用效率。其中,生物炭施用量為50 t/hm2時(shí),玉米水分利用效率最高;生物炭施用量為75 t/hm2時(shí),大豆水分利用效率最高。(7)對(duì)不同生物炭施加量方案進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)得出:玉米試驗(yàn)區(qū)中生物炭施用量為25t/hm2為最佳方案,大豆試驗(yàn)區(qū)中生物炭施用量為75 t/hm2為最佳方案。
[Abstract]:Heilongjiang Province is an important grain production base in China. However, the shortage of water resources and the expanding area of soil erosion seriously restrict the development of agriculture and economy in this area, threaten the balance of ecosystem, and become an important factor restricting the sustainable development and food security in this area. In order to explore the effects of straw biochar on water-saving, yield-increasing and soil and water conservation of main grain crops on Sloping Farmland in Heilongjiang Province, the experiment was conducted in Beian City, Heilongjiang Province in 2015. In the experiment, the data of runoff, sediment and sediment collection were collected by artificial observation, TDR, automatic runoff recording system and sediment collection system. The runoff, sediment production and annual rainfall were analyzed in the next rainfall period. Based on the observation and analysis of runoff yield, sediment yield and soil water content, crop growth dynamics, yield and growth factors, the effects of different crops on Soil and water conservation and water saving and yield increase were studied under different biochar application rates. The grey relational projection model was used to apply biochar to maize and soybean experimental areas respectively. The results are as follows: (1) Biochar application can improve soil environment, and the more biochar application, the more obvious the effect. The effect of biochar application on corn and soybean is basically the same. As a result, the application of biochar can reduce soil bulk density, increase field water holding capacity, increase soil organic matter, available phosphorus and potassium content, and the more biochar applied, the better the effect, but the application of biochar on soil ammonium nitrogen content has little effect. (2) The application of biochar has little effect on rainfall runoff process, but can reduce rainfall. The effect of biochar on runoff is related to plant growth and rainfall intensity during rainfall, and the yield decreases with the increase of biochar application. The annual runoff can also be reduced with the increase of biochar application. For maize test area, the annual runoff decreases with the increase of biochar application, while for soybean test area, the annual runoff decreases with the increase of biochar application. The annual runoff of 75 t/hm2 was the smallest. (3) The application of biochar had little effect on rainfall and sediment yield, but it could reduce soil erosion and nutrient loss caused by rainfall. Biochar could reduce the loss of organic matter, ammonium nitrogen, available phosphorus and potassium in soil, but the effect of different biochar application on reducing nutrient loss was different, and there was no obvious regularity. (4) Biochar application had no significant effect on the dynamic change of soil moisture. The effect of biochar on soil moisture in maize and soybean experimental areas was basically the same. The soil moisture content in 0-60 cm soil layer was higher than that in control treatment at different growth stages, and the soil moisture content increased with the increase of biochar application. (5) Biochar application could improve the growth dynamics, yield and its components of maize and soybean, and the change rule of each index was basically the same. (6) The application of biochar could improve the water use efficiency of maize and soybean. The highest water use efficiency of maize was when the biochar application rate was 50 t/hm2, and the highest water use efficiency of soybean was when the biochar application rate was 75 t/hm2. (7) The comprehensive evaluation of different biochar application rate schemes showed that: the middle-aged maize experiment area was middle-aged. 25 t/hm2 was the best scheme, 75 t/hm2 was the best scheme.
【學(xué)位授予單位】：東北農(nóng)業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號(hào)】：S157

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本文編號(hào)：2230174