【摘要】：華北平原是我國主要的紅棗產(chǎn)區(qū),紅棗產(chǎn)量約占全國的60%左右。然而不合理的農(nóng)業(yè)管理措施,導(dǎo)致土壤退化、養(yǎng)分失衡,影響了作物產(chǎn)量、品質(zhì)和經(jīng)濟效益,嚴(yán)重制約了紅棗產(chǎn)業(yè)和環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展。因此,如何減少化學(xué)肥料投入,提高土壤肥力及肥料利用率,成為棗區(qū)土壤可持續(xù)利用亟待解決的重要問題。生物炭因其特有的性質(zhì),被作為一種土壤改良劑,廣泛應(yīng)用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、環(huán)境等領(lǐng)域。如何因地制宜確定具體措施并篩選關(guān)鍵性指標(biāo)來評價生物炭和氮肥培肥效果,從而尋求最佳培肥模式,仍需在不同地域結(jié)合當(dāng)?shù)剞r(nóng)業(yè)生產(chǎn)實際開展深入研究。鑒于此,本研究選取位于華北平原的新鄭和濮陽產(chǎn)區(qū)為研究對象,通過連續(xù)3 a(2013-2015)田間定位試驗,研究了生物炭用量4個水平(0、2.5、5 和 10t/hm~2,即 C_0-C_3)、氮素用量 3 個水平(300、450 和 600 kg/hm~2,即N_1-N_3)下土壤肥力、紅棗產(chǎn)量及品質(zhì)的影響,對各施肥培肥模式進行評價、篩選,為棗區(qū)土壤生產(chǎn)力提升、資源高效利用和生態(tài)環(huán)境保護提供科學(xué)依據(jù)。主要研究結(jié)論如下:(1)通過研究花生殼生物炭配施氮肥分別對兩個不同研究區(qū)土壤容重、土壤機械穩(wěn)定性和水穩(wěn)性團聚體的分布、穩(wěn)定性的影響,闡明土壤和棗樹對生物炭與氮肥培肥效果的響應(yīng)。結(jié)果表明:與對照相比,施用生物炭顯著降低了棗區(qū)土壤容重,土壤容重隨生物炭用量的增加而逐漸降低,其中新鄭和濮陽兩個地區(qū)分別以C_3N_1和C_3N_3處理的土壤容重降幅最大,分別較對照顯著降低了 20.5%和15.9%。生物炭的加入,對0.25 mm土壤機械穩(wěn)定性大團聚體含量無顯著影響,但顯著提高了0.25 mm的水穩(wěn)性團聚體含量,且水穩(wěn)性大團聚體含量隨生物炭用量的增加而增加。此外,施用生物炭還降低了土壤團聚體破壞率,顯著增加了兩地區(qū)土壤有機碳含量、水穩(wěn)性團聚體平均質(zhì)量直徑(MWD)和幾何平均直徑(GMD),其中平均質(zhì)量直徑和幾何平均直徑分別較對照提高56.7%、52.4%和29.2%、27.3%,土壤有機碳含量與MWD和GMD均呈顯著正相關(guān)關(guān)系。(2)通過3 a(2013-2015)田間定位試驗,探究生物炭與氮肥配施對華北平原棗區(qū)土壤微生物學(xué)特性的影響,從微生物學(xué)角度揭示其對土壤質(zhì)量的改良狀況。結(jié)果表明:生物炭用量、施氮水平及其兩者的交互作用均對土壤微生物量碳有顯著影響,兩個地區(qū)微生物量碳含量分別較對照提高148.4%和208.6%。同時,施用生物炭顯著提高了土壤微生物量氮含量,分別較對照顯著提高138.9%和159.4%。所有施生物炭處理的土壤微生物量含量較C_0均顯著增加,而2.5 t/hm~2生物炭處理下,不同施氮處理間其微生物量含量差異不顯著。生物炭與氮肥配施對棗區(qū)土壤脲酶和蔗糖酶活性無顯著影響,但配施處理顯著提高了新鄭地區(qū)土壤堿性磷酸酶活性,較對照提高23.0%。生物炭用量、施氮水平及其兩者的交互作用可不同程度地提高土壤細(xì)菌和放線菌數(shù)量,但中、高用量的生物炭與氮肥配施對土壤真菌的數(shù)量有明顯抑制作用。此外,土壤微生物量、土壤酶活性、微生物數(shù)量之間存在多種顯著或極顯著正相關(guān)關(guān)系。(3)采用雙因素方差分析,研究生物炭配施氮肥對華北棗區(qū)土壤有機質(zhì)、全氮、速效養(yǎng)分等變化的影響,探索生物炭、土壤之間的互作關(guān)系對土壤理化性質(zhì)的影響。結(jié)果表明:生物炭與氮肥施入后,棗區(qū)土壤pH值與對照相比未發(fā)生顯著變化。添加生物炭總體上提高了土壤有機質(zhì)、全氮、全磷、全鉀和速效氮、磷、鉀養(yǎng)分含量,且各養(yǎng)分含量隨生物炭用量的增加而增加。除全鉀外,生物炭與氮肥的交互作用對其它土壤養(yǎng)分含量無顯著影響。與對照相比,新鄭棗區(qū)土壤有機質(zhì)含量提高3.6%～33.2%,全氮和速效氮含量最高增幅分別為81.5%和33.6%。濮陽地區(qū)土壤有機質(zhì)含量提高11.7%～32.4%,全鉀和速效氮含量最高增幅分別為55.3%和68.9%。(4)研究了生物炭與氮肥不同配比條件下對灰棗和扁核酸紅棗單果重、產(chǎn)量、品質(zhì)等指標(biāo)的影響。結(jié)果表明:施用生物炭顯著提高了華北平原棗區(qū)的單果重及紅棗產(chǎn)量。生物炭施入1a后,隨著試驗時間的推移,生物炭與氮肥的培肥效果越來越明顯,紅棗產(chǎn)量呈上升趨勢。其中新鄭地區(qū)以C_3N_2處理的灰棗平均產(chǎn)量最高,為13502.1 kg/hm~2,較對照顯著提高31.7%,濮陽地區(qū)以C_3N_1處理的扁核酸紅棗平均產(chǎn)量最高,為21182.6 kg/hm~2,較對照顯著提高17.8%。添加生物炭不同程度地提高了灰棗的可溶性固形物、維生素C、蛋白質(zhì)及氨基酸含量,除氨基酸含量外,施用生物炭與氮肥對扁核酸紅棗的品質(zhì)并無顯著影響。綜合試驗結(jié)果,10 t/hm~2的生物炭施用量,分別配施450 kg/hm~2和300 kg/hm~2的氮肥用量對新鄭和濮陽兩地區(qū)的增產(chǎn)效果最顯著。(5)為了明確生物炭與氮肥不同配比條件下的應(yīng)用效果,探尋最佳配比施肥量。選擇14項反映土壤質(zhì)量的理化及生物學(xué)指標(biāo)作為評價指標(biāo),采用因子分析對各配施處理下的土壤質(zhì)量進行綜合評價,并對其進行聚類分析,最后利用紅棗產(chǎn)量結(jié)果進行驗證。結(jié)果表明:通過因子分析法將原14個土壤性質(zhì)指標(biāo)降維,提取出的3個公因子涵蓋了土壤的生化指標(biāo),反映了原信息總量的82%,使評價更具科學(xué)性。土壤養(yǎng)分、微生物量、酶活性和微生物數(shù)量之間存在多種顯著或極顯著正相關(guān)關(guān)系,說明了土壤各肥力之間緊密聯(lián)系、相互依存,共同影響土壤質(zhì)量,新鄭、濮陽兩地的土壤質(zhì)量綜合得分分別以C_3N_2和C_3N_1處理最高。用歐氏距離最短距離法對其進行聚類,將新鄭、濮陽地區(qū)各處理分別分為3類和5類,聚類結(jié)果與各處理因子綜合得分評價較為一致。新鄭地區(qū)10 t/hm~2的生物炭配施450 kg/hm~2氮肥為最佳施肥量,濮陽地區(qū)10 t/hm~2的生物炭配施300 kg/hm~2氮肥為最優(yōu)培肥模式,還需進一步試驗研究。
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【學(xué)位授予單位】：西北農(nóng)林科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：S158;S665.1

【參考文獻】

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本文編號：2286079