發(fā)布時(shí)間：2020-04-02 20:03

【摘要】：渭北旱塬位于我國黃土高原的南部,屬于半濕潤易旱區(qū),是陜西省冬小麥、春玉米等糧食作物的主要栽培地區(qū),被稱為“陜西省第二糧倉”,在確保我國糧食安全方面發(fā)揮著關(guān)鍵作用。但該地區(qū)降雨稀少且時(shí)空分布不均、地下水位深,水資源極度缺乏,大田作物無灌溉條件,屬于典型的旱地農(nóng)作區(qū)。同時(shí),該地區(qū)耕層土壤疏松、黏粒少,有機(jī)質(zhì)含量較低(多數(shù)地區(qū)不足1%)。渭北旱塬作為糧食主產(chǎn)區(qū),長期的作物連作與不合理的栽培管理導(dǎo)致土壤養(yǎng)分消耗嚴(yán)重,已經(jīng)造成了土壤理化及生物學(xué)特性變劣,且隨著作物連作年限增加、栽培強(qiáng)度的加大及人口數(shù)量的增長而愈加惡化。因此,水資源匱乏、土壤瘠薄、水肥利用效低及耕作方式落后已成為制約渭北旱塬糧食作物生產(chǎn)及可持續(xù)發(fā)展的關(guān)鍵因素。本研究以陜西渭北富平現(xiàn)代農(nóng)業(yè)綜合試驗(yàn)站為依托,以冬小麥為供試作物,開展了連續(xù)4年(2014年9月-2018年6月)的定位試驗(yàn),進(jìn)行探究不同保護(hù)性耕作及優(yōu)化施肥措施對冬小麥生產(chǎn)力及土壤質(zhì)量水平的影響,旨在為創(chuàng)新旱地土壤地力恢復(fù)與提升模式提供新思路新方案。本試驗(yàn)包括不施肥、傳統(tǒng)栽培、秸稈覆蓋、地膜覆蓋、裸露壟溝、壟溝覆蓋、綠肥輪作、增施鉀肥、低量有機(jī)肥和高量有機(jī)肥,共10個(gè)處理。測定了不同處理下冬小麥土壤水分利用與生產(chǎn)力狀況,分析了冬小麥連續(xù)種植4年后不同處理對土壤肥力因子的影響;同時(shí),結(jié)合灰色關(guān)聯(lián)分析法進(jìn)行評價(jià)不同處理對土壤肥力水平的綜合影響。通過4年大田試驗(yàn)得到如下結(jié)果:(1)壟溝覆蓋與地膜覆蓋大幅度提高了土壤貯水量,前者主要集中在0-70 cm土層,后者集中在0-40 cm土層,其次為秸稈覆蓋(0-40 cm土層),且三者均提高了相應(yīng)土層的電導(dǎo)率;但地膜覆蓋降低了130-150 cm土層貯水量與電導(dǎo)率。壟溝覆蓋與地膜覆蓋較傳統(tǒng)栽培提高了冬小麥生育期內(nèi)表層地溫(增幅分別為0.2-1.4℃和0.1-1.1℃),而秸稈覆蓋降低了表層地溫(0.2-1.1℃)。壟溝覆蓋、地膜覆蓋和秸稈覆蓋較傳統(tǒng)栽培均提高了冬小麥產(chǎn)量及水分利用效率,產(chǎn)量增幅分別為37.7%-59.8%、33.1%-44.3%和17.2%-24.0%,水分利用效率增幅分別為35.3%-45.8%、29.3%-35.9%和18.0%-17.2%;同時(shí),隨著栽培年限的增加,施用有機(jī)肥相對提高了冬小麥產(chǎn)量及水分利用效率。其他處理冬小麥土壤水分利用及產(chǎn)量較傳統(tǒng)栽培差異較少或無顯著差異。(2)壟溝覆蓋與秸稈覆蓋較傳統(tǒng)栽培明顯增加了0-40 cm土層有機(jī)碳(6.3%和5.2%)及速效養(yǎng)分含量(速效氮增幅為40.2%和23.4%、速效磷增幅為53.5%和24.5%及速效鉀增幅為23.1%和18.9%),同時(shí)壟溝覆蓋提高了耕層土壤全量氮磷含量及40-60 cm土層速效養(yǎng)分含量;其他處理與傳統(tǒng)栽培之間差異不明顯。壟溝覆蓋、地膜覆蓋及秸稈覆蓋較傳統(tǒng)栽培均提高了冬小麥對氮磷鉀的吸收,其增幅表現(xiàn)為壟溝覆蓋地膜覆蓋秸稈覆蓋,而其他處理與傳統(tǒng)栽培之間差異較小或無差異。(3)壟溝覆蓋、秸稈覆蓋與施用有機(jī)肥處理較傳統(tǒng)栽培明顯提高了0-40 cm土層活性有機(jī)碳組分含量(輕組有機(jī)碳、易氧化有機(jī)碳、顆粒有機(jī)碳和溶解性有機(jī)碳);其中,壟溝覆蓋增幅明顯高于秸稈覆蓋及施用有機(jī)肥處理,且增加了40-60 cm土層活性有機(jī)碳組分含量。同時(shí),壟溝覆蓋與秸稈覆蓋土壤可礦化碳儲存量顯著(p0.05)高于傳統(tǒng)栽培,其次為施用有機(jī)肥處理,總體呈現(xiàn)壟溝覆蓋秸稈覆蓋低量有機(jī)肥高量有機(jī)肥綠肥輪作,而地膜覆蓋顯著(p0.05)降低了土壤可礦化碳儲量;其他處理土壤可礦化碳儲存量變化與傳統(tǒng)栽培較為一致。不同保護(hù)性耕作及優(yōu)化施肥措施未對土壤有機(jī)碳結(jié)構(gòu)產(chǎn)生影響,以含有C-H、C-O及O-H的官能團(tuán)為主。(4)壟溝覆蓋、秸稈覆蓋與高量有機(jī)肥處理較傳統(tǒng)栽培均提高了0.25 mm粒徑的土壤團(tuán)聚體穩(wěn)定性、平均重量直徑及水穩(wěn)性團(tuán)聚體中的碳分布,且以壟溝覆蓋增幅最高;地膜覆蓋則降低了0.25 mm粒徑團(tuán)聚體穩(wěn)定性及水穩(wěn)性團(tuán)聚體中碳分布。同時(shí),壟溝覆蓋、秸稈覆蓋與高量有機(jī)肥處理均明顯提高了0-40 cm土層微生物數(shù)量及呼吸強(qiáng)度與酶活性,且壟溝覆蓋明顯改善了40-60 cm土層生物學(xué)狀況。低量有機(jī)肥處理中水穩(wěn)性團(tuán)聚體穩(wěn)定性及碳分布較高量有機(jī)肥處理低,且僅對土壤0-40 cm脲酶和磷酸酶活性影響較大。土壤團(tuán)聚體穩(wěn)定性、微生物活性及酶活性表現(xiàn)為壟溝覆蓋秸稈覆蓋≈高量有機(jī)肥低量有機(jī)肥,其他處理較傳統(tǒng)栽培變化不明顯。(5)通過灰色關(guān)聯(lián)分析法得出土壤肥力水平的綜合排序?yàn)閴艤细采w秸稈覆蓋高量有機(jī)肥低量有機(jī)肥綠肥輪作地膜覆蓋增施鉀肥裸露壟溝傳統(tǒng)栽培不施肥,即篩選壟溝覆蓋栽培是本試驗(yàn)中最優(yōu)處理。同時(shí),通過聚類分析將土壤肥力水平進(jìn)行了排序,系統(tǒng)聚類圖將試驗(yàn)處理分為四個(gè)等級:第一等級為壟溝覆蓋栽培和秸稈覆蓋;第二等級為施用有機(jī)肥和綠肥輪作;第三等級為地膜覆蓋、增施鉀肥、裸露壟溝和傳統(tǒng)栽培;第四等級為不施肥。本研究通過4年的定位試驗(yàn)得到以下結(jié)論:壟溝覆蓋栽培明顯地改善了土壤水分、溫度及電導(dǎo)率,提高了渭北旱地冬小麥產(chǎn)量及水分利用效率。同時(shí),壟溝覆蓋栽培有效地改善了土壤理化性質(zhì)及生物學(xué)特性,改良了更深層的土壤質(zhì)量水平。因此,壟溝覆蓋栽培對提高渭北旱地土壤肥力及冬小麥生產(chǎn)力具有顯著效果,可在當(dāng)?shù)剞r(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程中進(jìn)行推廣應(yīng)用。
【圖文】：

增加水肥利用效率，促進(jìn)旱地作物高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)及可持續(xù)性生tal.2015b;Cherretal.2006;Fanetal.2005; 畢明麗等.2010; 李北旱地農(nóng)作區(qū)當(dāng)前存在的這些問題，探究不同保護(hù)性耕作及產(chǎn)力、土壤環(huán)境因子（水分、溫度等）及土壤肥力因子的影模式對渭北旱地土壤肥力及作物生產(chǎn)力的綜合影響，可為創(chuàng)模式提供新思路及新方案。研究進(jìn)展作區(qū)保護(hù)性耕作模式栽培系統(tǒng)被認(rèn)為是旱地作物生產(chǎn)中一種水肥高效的栽培模式，它脊溝內(nèi)，提高土壤貯水量及增強(qiáng)雨水入滲率，改善作物水肥力的一種有效措施（Liu et al. 2014; Zhou et al. 2009; 秦舒浩培大體包括 4 種類型：壟溝無覆蓋、壟脊覆膜而溝內(nèi)裸露及、秸稈、覆草、砂石等）（圖 1-1）。

圖 1-2 夏玉米壟溝栽培下覆蓋材料地膜對土壤溫度的影響（Mo et al. 2017）Fig. 1-2 Effect of ridge-furrow with different plastic film mulching on soil temperatureunder summer maize（3）壟溝栽培對土壤養(yǎng)分、微生物數(shù)量及酶活性的影響由于壟溝栽培改善了土壤微環(huán)境條件，具有良好的水分、溫度和通氣性等指標(biāo)，以提高土壤養(yǎng)分有效性、微生物數(shù)量及活性。Guetal.（2018）研究發(fā)現(xiàn)，，壟溝覆蓋栽與傳統(tǒng)平作相比，土壤有機(jī)碳、全氮、全磷和全鉀無顯著差異但均有所提高，且顯著加了堿解氮、有效磷及速效鉀含量和 0-30 cm 土層蔗糖酶、脲酶及磷酸酶活性。Lianal.（2017）在研究中也指出，壟溝栽培施肥比較集中，可減少肥料的浪費(fèi)，提高了肥利用率，增加了地下生物量，促進(jìn)了有機(jī)質(zhì)的積累與轉(zhuǎn)化，且顯著提高了土壤速效養(yǎng)含量。吳榮美等（2012）研究發(fā)現(xiàn)，與對照相比，壟上覆膜且溝覆秸稈明顯提高了土顆粒有機(jī)碳、輕組有機(jī)碳及微生物量碳含量，且增強(qiáng)了 β-葡萄糖苷酶、堿性磷酸酶和酶活性，并指出酶活性與微生物量碳含量均呈極顯著正相關(guān)關(guān)系。黎曉等（2016）在究壟溝栽培對玉米土壤硝酸鹽時(shí)空分布影響中指出，壟上覆膜栽培能夠在保持玉米生狀況良好、獲得高產(chǎn)的同時(shí)，增加作物對氮素的吸收利用，并且增加 NO3-N 的表層
【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;S345

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2612384