【摘要】：黃土高原半干旱地區(qū)特殊的自然地理環(huán)境和人類活動導(dǎo)致該地區(qū)生態(tài)環(huán)境脆弱、水土流失嚴(yán)重、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)落后。修建水平梯田是該地區(qū)減少水土流失的重要措施。然而,新修梯田土壤肥力很低,作物產(chǎn)量難以提高。本研究以新修梯田為對象,采取三種耕作措施:平作不覆膜(Flat)、雙壟溝不覆膜(No-mulching)和雙壟溝覆膜(Mulching),和四種施肥措施:單施氮磷肥(NP)、氮磷肥加羊糞(NPM)、氮磷肥加玉米秸稈(NPS)和2倍(氮磷肥加玉米秸稈)(2NPS),其中,NP、NPM、NPS三個處理投入的氮磷總量相同,NPM和NPS中碳投入總量相同,2NPS處理中碳、氮、磷的投入均是NPS的2倍。共12個處理,分別為:(1)F-NP:平作不覆膜+氮磷肥;(2)F-NPM:平作不覆膜+氮磷肥和羊糞;(3)F-NPS:平作不覆膜+氮磷肥和玉米秸稈;(4)F-2NPS:平作不覆膜+2倍(氮磷肥和玉米秸稈);(5)N-NP:雙壟溝不覆膜+氮磷肥;(6)N-NPM:雙壟溝不覆膜+氮磷肥和羊糞;(7)N-NPS:雙壟溝不覆膜+氮磷肥和玉米秸稈;(8)N-2NPS:雙壟溝不覆膜+2倍(氮磷肥和玉米秸稈);(9)M-NP:雙壟溝覆膜+氮磷肥;(10)M-NPM:雙壟溝覆膜+氮磷肥和羊糞;(11)M-NPS:雙壟溝覆膜+氮磷肥和玉米秸稈;(12)M-2NPS:雙壟溝覆膜+2倍(氮磷肥和玉米秸稈)。持續(xù)觀測各處理0-200 cm土壤水分、0-30 cm土壤碳氮磷和pH的動態(tài)變化及差異以及各處理對作物產(chǎn)量的影響。本試驗(yàn)開始于2013年4月,2013-2016年間主要得到如下試驗(yàn)結(jié)果:(1)土壤水分相比于試驗(yàn)剛開始(2013年4月),2013年9月和2014年9月0-200 cm土壤剖面含水量在所有處理中均有所增加。其中,平作不覆膜處理0-200 cm土壤剖面含水量2013年9月和2014年9月平均增加28.9%和56.3%,雙壟溝不覆膜平均增加20.7%和46.6%,雙壟溝覆膜平均增加48.1%和68.9%,雙壟溝覆膜處理下0-200 cm土壤剖面含水量最高,而雙壟溝不覆膜處理比平作不覆膜更難保持水分,土壤含水量最低。而2015年和2016年降水較少,種植作物之后,雖然2015年9月與2016年9月0-60 cm土壤剖面含水量雙壟溝覆膜高于其他兩種耕作方式,但0-200 cm土壤剖面含水量在三種耕作方式間差異不顯著。2013年4月,0-60 cm土壤蓄水量為84.3mm,2013年9月-2014年9月顯著增加,2015年4月-2016年9月下降,與年降水量變化趨勢一致。2013年9月-2016年9月,0-60 cm土壤蓄水量雙壟溝覆膜處理下均顯著高于其他兩種方式,高出10%-38%。另外,在2015年9月-2016年4月不種作物的休閑月份期間,平作不覆膜、雙壟溝不覆膜、雙壟溝覆膜的0-60 cm土壤蓄水量分別增加了6.7、7.8、22.2 mm,雙壟溝覆膜增加幅度顯著高于其他兩種耕作方式,雙壟溝覆膜在休閑月份能夠有效收集雨水,減少蒸發(fā),增加土壤0-60 cm蓄水量,有利于來年播種需要。2013年4月60-200 cm土壤蓄水量為176.9 mm。2013年9月-2014年9月以及2015年4月和2016年4月,雙壟溝覆膜處理顯著高于其他兩種耕作方式,高出6.7%-23.5%,而2015年9月和2016年9月三種耕作方式間差異不顯著。(2)土壤有機(jī)碳和pH試驗(yàn)結(jié)果表明,0-30 cm土壤有機(jī)碳含量和土壤pH受施肥影響較大,而耕作方式之間差異不顯著。試驗(yàn)布置4年后,NP土壤有機(jī)碳含量為3.42 g/kg,NPM、NPS、2NPS土壤有機(jī)碳含量比NP分別高出20%、79%、52%,相比于單施氮磷肥,配施有機(jī)肥對土壤有機(jī)碳增加作用明顯,而配施相同碳投入的玉米秸稈(NPS)土壤0-30cm有機(jī)碳含量顯著高于配施羊糞(NPM),而雙倍玉米秸稈(2NPS)并沒有成倍增加土壤有機(jī)碳含量。將0-30 cm土壤有機(jī)碳含量與試驗(yàn)時間進(jìn)行線性擬合發(fā)現(xiàn),試驗(yàn)布置4年以來,四種施肥處理下0-30 cm土壤有機(jī)碳含量逐漸上升。上升速度從大到小依次是NPS(k=0.72096,R~2=0.78555~*)2NPS(k=0.59029,R~2=0.87423~*)NPM(k=0.37521,R~2=0.48906)NP(k=0.17361,R~2=0.1123)。2013年4月土壤pH平均為8.67,試驗(yàn)布置4年后,各施肥處理均降低了土壤pH,NP土壤pH為8.55,NPM、NPS、2NPS分別為8.58、8.44、8.35。相比單施氮磷肥和配施羊糞,配施玉米秸稈土壤pH降低。(3)土壤養(yǎng)分試驗(yàn)結(jié)果表明,0-30 cm土壤全氮,全磷以及速效磷含量受施肥影響較大,而耕作方式之間差異不顯著。試驗(yàn)布置4年以來,所有處理0-30 cm土壤全氮,全磷以及速效磷含量都呈上升趨勢。2013年4月0-30 cm土壤全氮含量平均為0.35 g/kg。試驗(yàn)布置4年后,NP土壤全氮含量為0.45 g/kg,NPM、NPS、2NPS分別是NP的1.2、1.6、1.5倍。結(jié)果說明,相比于單施氮磷肥,配施有機(jī)肥對土壤全氮增加作用明顯,而配施相同氮投入的玉米秸稈(NPS)提高土壤全氮作用優(yōu)于羊糞(NPM),而雙倍玉米秸稈(2NPS)并沒有成倍增加土壤全氮含量。0-30 cm土壤全氮含量逐年上升,上升速度從大到小依次是NPS(k=0.09392,R~2=0.97883~(**))2NPS(k=0.08043,R~2=0.82788~*)NPM(k=0.05451,R~2=0.76838~*)NP(k=0.02722,R~2=0.50218)。2013年4月0-30 cm土壤全磷和速效磷含量平均為0.60 g/kg和1.48 mg/kg,試驗(yàn)布置4年后,2NPS土壤全磷含量分別為0.83 g/kg,速效磷含量為21.24 mg/kg,土壤全磷含量比NP、NPM、NPS分別高出0.12、0.12、0.08 g/kg,土壤速效磷含量分別高出10.09、6.38、7.95 mg/kg,土壤全磷和速效磷含量隨施加磷肥量而增加。0-30 cm土壤全磷含量隨試驗(yàn)時間逐漸上升,上升速度從大到小依次是2NPS(k=0.06288,R~2=0.9164~*)NPS(k=0.03935,R~2=0.24814)NP(k=0.03235,R~2=81748~*)NPM(k=0.03008,R~2=0.41267)。本試驗(yàn)布置4年以來,0-30 cm土壤有機(jī)碳,全氮,全磷含量逐漸接近甚至超過當(dāng)?shù)乩限r(nóng)田土壤各參數(shù)水平。截至2016年9月,NP處理下,0-30 cm土壤有機(jī)碳含量達(dá)到了當(dāng)?shù)乩限r(nóng)田的46.9%,土壤全氮含量達(dá)到了60.6%。NPM處理下,0-30 cm土壤有機(jī)碳含量達(dá)到了當(dāng)?shù)乩限r(nóng)田的59.1%,土壤全氮達(dá)到了72.9%。NPS處理下,0-30 cm土壤有機(jī)碳含量已經(jīng)達(dá)到了當(dāng)?shù)乩限r(nóng)田的81.1%,土壤全氮含量達(dá)到了99.1%。2NPS處理下,0-30 cm土壤有機(jī)碳含量已經(jīng)達(dá)到了當(dāng)?shù)乩限r(nóng)田的71.5%,土壤全氮含量達(dá)到了90.7%。而土壤全磷含量受施加磷肥量的影響較大,2NPS處理下達(dá)到了109.4%,即目前已經(jīng)超過了當(dāng)?shù)乩限r(nóng)田水平,NP、NPM、NPS均達(dá)到了90%以上。(4)作物產(chǎn)量與構(gòu)成不同耕作和施肥對蠶豆產(chǎn)量有顯著的影響,并且兩者有交互作用。三種耕作方式下蠶豆產(chǎn)量為雙壟溝覆膜(3114 kg/ha)平作不覆膜(2411 kg/ha)雙壟溝不覆膜(2204 kg/ha)。四種施肥處理下,蠶豆產(chǎn)量為NPS(2806 kg/ha)2NPS(2740 kg/ha)NPM(2474 kg/ha)NP(2285 kg/ha),其中,MNPS處理下蠶豆產(chǎn)量最高,FNP最低,產(chǎn)量提高88%。而不同耕作和施肥對蠶豆水分利用效率沒有顯著影響,也沒有交互作用。不同耕作方式對于馬鈴薯產(chǎn)量和水分利用效率有顯著影響,而施肥處理間差異不顯著。雙壟溝覆膜下馬鈴薯產(chǎn)量和水分利用效率顯著高于平作不覆膜和雙壟溝不覆膜,產(chǎn)量分別提高66%和79%,水分利用效率提高65%和47%。通徑分析結(jié)果表明,蠶豆和馬鈴薯的產(chǎn)量都與土壤養(yǎng)分和水分顯著相關(guān)。蠶豆產(chǎn)量主要受0-30 cm土壤礦化氮含量和0-200 cm蓄水量影響,決定系數(shù)66%。馬鈴薯產(chǎn)量主要受0-30 cm土壤全氮和礦化氮以及速效磷含量和0-60 cm土壤蓄水量影響,決定系數(shù)75%。因此,通過結(jié)合覆膜和施肥,改善土壤水分和養(yǎng)分狀況是提高新修梯田農(nóng)作物產(chǎn)量的有效途徑。綜上,雙壟溝覆膜顯著提高0-200 cm土壤水分,而氮磷肥配施有機(jī)肥,尤其是玉米秸稈能顯著改善土壤質(zhì)量,并顯著提高作物產(chǎn)量。
【圖文】：

試驗(yàn)區(qū)2013-2016年降水和生長季降水量，，圖中的虛線為2001-2016平均年降水

14圖 3.2 2013-2016 年每年 9 月，三種耕作方式下 0-200 cm 土壤剖面含水量。誤差棒表示處理間存在顯著性差異的最小顯著差 LSD (P = 0.05)，沒有誤差棒表明處理間無顯著性差異。圖中虛線為 2013 年 4 月 0-200 cm 土壤剖面含水量。Fig 3.2 The soil water content of the profile between 0 - 200 cm of three tillage treatments in April2013 and in September 2013-2016. The error bars indicate the LSD (P = 0.05) of significantdifferences among treatments. There was no significant difference between treatments where noerror bars is shown. The dotted line in the figure is the water content of 0-200 cm soil profile inApril 2013.
【學(xué)位授予單位】：蘭州大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：S31;S158

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2608411