【摘要】：東北黑土區(qū)土壤肥沃、性狀優(yōu)良、適宜作物生長,是我國糧食作物主產(chǎn)區(qū)。黑龍江省境內(nèi)黑土區(qū)土地大多為丘陵漫崗區(qū),春旱嚴(yán)重,土壤蓄水保墑艱難,降雨季節(jié)分配不均且集中,大面積坡耕地的水土流失問題嚴(yán)重威脅著區(qū)域生態(tài)環(huán)境和國家糧食安全。此外,我省秸稈資源豐富但利用率較低,處理方式不當(dāng)極易造成大氣污染等問題。秸稈生物炭作為一種新興的土壤改良劑對防治黑土惡化、提高土壤生產(chǎn)力以及生物質(zhì)資源的多元化高效利用具有重要意義。為探明施用秸稈生物炭對該區(qū)域坡耕地的土壤改良、水土保持與節(jié)水增產(chǎn)等效應(yīng),以及最優(yōu)施加模式,本文于2015~2017年基于3°坡田間徑流小區(qū)進(jìn)行為期3年的觀測試驗(yàn)。2015年根據(jù)生物炭施加量設(shè)置為0 t/hm~2、25 t/hm~2、50 t/hm~2、75 t/hm~2和100 t/hm~25個處理;2016和2017年各處理分別連續(xù)施加等量生物炭。試驗(yàn)區(qū)平行架設(shè)10座徑流小區(qū)(5座種植玉米,5座種植大豆),小區(qū)底部設(shè)置徑流泥沙自動記錄系統(tǒng),通過取樣室內(nèi)外結(jié)合的方式對各處理土壤理化性質(zhì)、降雨徑流與土壤侵蝕過程、土層水分分布、作物生長動態(tài)、產(chǎn)量與水分利用效率進(jìn)行觀測,并對各指標(biāo)進(jìn)行綜合評價。試驗(yàn)結(jié)果表明:(1)施用生物炭可顯著降低土壤容重、增加總孔隙度和持水能力,改善土壤三相比例組成。同時還提高了土壤pH值、總有機(jī)碳以及有效養(yǎng)分的含量。(2)施加秸稈生物炭可有效地減少3°坡耕地的年徑流量,大豆和玉米試驗(yàn)區(qū)連續(xù)兩年施加生物炭50 t/hm~2均對地表徑流的抑制效果最佳。通過對典型次降雨地表徑流過程分析可知,施用生物炭可延緩產(chǎn)流開始的時間并減少徑流量。但遇到降雨強(qiáng)度較大時,施加量過高可導(dǎo)致對徑流抑制效果下降,甚至?xí)黾訌搅髁俊?3)施加秸稈生物炭對土壤侵蝕量與侵蝕過程的影響程度隨著施加量的不同而存在差異。連續(xù)兩年施加生物炭50 t/hm~2時對減少土壤侵蝕總量達(dá)到最優(yōu)效果,而施炭量過高時土壤侵蝕量會有所增加。通過對單次降雨產(chǎn)沙過程的觀測可知,施加生物炭在低雨強(qiáng)時能夠有效抑制地表產(chǎn)沙;遇到雨強(qiáng)較大時生物炭的減蝕效果減弱,施加量過高甚至?xí)黾咏涤昶陂g的地表產(chǎn)沙量,且泥沙中生物炭的含量也會增加。(4)施用生物炭可增加單次降雨后的雨水蓄積量,并減緩其隨時間下降的速率。(5)施用生物炭對土壤水分在深度0~100 cm土層中分布規(guī)律影響不大,但可有效增加0~60 cm土層深度土壤的水分含量,對深層土壤影響不明顯。大豆試驗(yàn)區(qū)2015~2017年耕層土壤含水量最高的施炭量分別為100、50、25 t/hm~2;玉米試驗(yàn)區(qū)各處理土壤含水量的變化規(guī)律與大豆大致相同,2015~2017年在耕層土壤中各年份表現(xiàn)最佳的分別為施炭量100、50、50 t/hm~2處理。(6)大豆和玉米每個生育期各處理的株高、莖粗和LAI變化規(guī)律一致,均隨著生物炭量的增加大致呈拋物線型的變化趨勢。大豆試驗(yàn)區(qū)2015年施炭量75 t/hm~2處理表現(xiàn)最佳,2016和2017年均為50 t/hm~2處理。生物炭施加量過高則會導(dǎo)致促進(jìn)大豆生長的效果下降,甚至產(chǎn)生抑制作用;玉米試驗(yàn)區(qū)2015年和2016年50 t/hm~2處理表現(xiàn)最佳,2017年則為25 t/hm~2處理。生物炭施加量過高同樣會導(dǎo)致促進(jìn)玉米生長的效果減弱,甚至抑制玉米植株的發(fā)育。(7)生物炭在不同施加量的情況下均可不同程度地提高大豆和玉米產(chǎn)量,各年份增產(chǎn)效果均隨著生物炭量的增加呈先增后減的變化趨勢。綜合年際間對比得到,大豆試驗(yàn)區(qū)連續(xù)施用兩年生物炭50 t/hm~2時對大豆增產(chǎn)幅度最大,增幅達(dá)到28.17%。且優(yōu)于一次性施用100 t/hm~2生物炭(累積施加量相同)的效果;一次性施加生物炭50 t/hm~2時玉米的增產(chǎn)率最高,增幅達(dá)到14.12%。(8)綜合三年試驗(yàn)結(jié)果,連續(xù)施加兩年生物炭50 t/hm~2時對大豆水分利用效率的提高幅度最大,達(dá)到27.67%,且比一次性施加100 t/hm~2效果理想,水分利用效率增長率高于后者4.32個百分點(diǎn);而一次性施加50 t/hm~2生物炭時對提高玉米水分利用效率的效果最佳,其增幅達(dá)到17.57%,比連續(xù)兩年施用生物炭25 t/hm~2的施加模式效果理想。(9)利用灰色關(guān)聯(lián)投影法對各生物炭施加模式進(jìn)行土壤改良、水土保持、節(jié)水增產(chǎn)以及投入產(chǎn)出多方面的綜合評價得到,通過對比三年試驗(yàn)評價結(jié)果,大豆試驗(yàn)區(qū)最佳生物炭施用模式為連續(xù)兩年施用50 t/hm~2;玉米試驗(yàn)區(qū)可行性最高的生物炭施用模式則為連續(xù)三年施用25 t/hm~2。
【學(xué)位授予單位】：東北農(nóng)業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：S157

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2602035