土壤結(jié)構(gòu)控制土壤中一切過程,影響土壤水分養(yǎng)分保持及供應(yīng)的調(diào)控能力,土壤有機(jī)質(zhì)是土壤結(jié)構(gòu)的重要構(gòu)成物質(zhì),土壤有機(jī)質(zhì)長期變化和輸入有機(jī)物分解過程驅(qū)動(dòng)土壤結(jié)構(gòu)的形成和演變。有機(jī)物還田方式影響初始土壤結(jié)構(gòu),進(jìn)而影響外源有機(jī)物分解過程和土壤團(tuán)聚結(jié)構(gòu)變化過程,輸入有機(jī)物的數(shù)量和種類不同,其在土壤中礦化損失過程不同,影響土壤有機(jī)質(zhì)長期變化過程以及外源有機(jī)物的分解過程,進(jìn)而控制土壤結(jié)構(gòu)的形成和演變,使土壤肥力產(chǎn)生差異。本文以典型黑土區(qū)海倫農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)國家野外科學(xué)觀測研究站長期定位實(shí)驗(yàn)為平臺(tái),系統(tǒng)研究了黑土連續(xù)14年施用不同數(shù)量有機(jī)肥(0、7.5、15和22.5噸/公頃;對應(yīng)的處理為OM0、OM7.5、OM15和OM22.5)后土壤有機(jī)碳組分變化和土壤結(jié)構(gòu)性質(zhì)的變化,以此來揭示長期施用不同數(shù)量有機(jī)肥對土壤有機(jī)碳庫、土壤團(tuán)聚體、孔隙以及導(dǎo)水性質(zhì)的長期影響;同時(shí)在作物生長季內(nèi)每個(gè)月觀測土壤有機(jī)碳組分變化和土壤結(jié)構(gòu)性質(zhì)變化規(guī)律,揭示土壤有機(jī)碳庫季節(jié)性變化對土壤土壤團(tuán)聚體、孔隙以及導(dǎo)水性質(zhì)動(dòng)態(tài)變化的影響;另外在每個(gè)試驗(yàn)小區(qū)內(nèi)設(shè)置無作物生長區(qū)域,研究作物根系作用對生長季內(nèi)土壤結(jié)構(gòu)性質(zhì)動(dòng)態(tài)變化的影響;本文還研究了不同玉米秸稈還田量和還田方式(不還田、半量還田、全量還田和全量深翻還田)下土壤物理性質(zhì)季節(jié)性變化規(guī)律,探討秸稈還田量和還田方式對土壤結(jié)構(gòu)周轉(zhuǎn)過程以及土壤肥力特征的響應(yīng)。主要研究結(jié)果如下:(一)長期施用不同數(shù)量有機(jī)肥后,隨著有機(jī)肥施用量的增加,土壤總有機(jī)碳含量、各密度組分有機(jī)碳儲(chǔ)量以及0.25 mm團(tuán)聚體中有機(jī)碳儲(chǔ)量均顯著增加,而對0.25mm團(tuán)聚體中有機(jī)碳儲(chǔ)存量無顯著影響。說明黑土區(qū)土壤仍有很大的固碳潛力,只要有機(jī)物輸入量足夠大,土壤可以通過土壤礦物結(jié)合態(tài)有機(jī)碳的增加和大團(tuán)聚體保護(hù)機(jī)制將更多的外源有機(jī)物固定到土壤中。隨著土壤有機(jī)碳含量增加,土壤團(tuán)聚體穩(wěn)定性、飽和導(dǎo)水率或1.0 mm有效孔隙含量均顯著增加。(二)在作物生長季內(nèi),土壤重組有機(jī)碳儲(chǔ)量變化不明顯,游離態(tài)輕組有機(jī)碳儲(chǔ)量隨時(shí)間變化逐漸降低,同時(shí)0.25mm團(tuán)聚中有機(jī)碳儲(chǔ)量逐漸增加,土壤團(tuán)聚體的穩(wěn)定性也逐漸增加,隨著顆粒態(tài)有機(jī)碳的繼續(xù)分解,土壤團(tuán)聚體穩(wěn)定性降低。土壤飽和導(dǎo)水率和1 mm有效孔隙只在OM15和OM22.5處理中動(dòng)態(tài)變化顯著,且在7月和9月份顯著高于其他時(shí)期。同時(shí)相關(guān)性分析顯示,增加有機(jī)肥料施用量可以通過增加土壤有機(jī)碳含量和促進(jìn)有機(jī)質(zhì)向大團(tuán)聚體內(nèi)轉(zhuǎn)化來增強(qiáng)土壤團(tuán)聚體的穩(wěn)定性和1 mm有效孔隙的恢復(fù)。我們的研究結(jié)果表明,在東北黑土區(qū)應(yīng)在土壤中加入足夠數(shù)量的有機(jī)物質(zhì)(相當(dāng)于一年生作物秸稈總生物量),才能保持土壤結(jié)構(gòu)的恢復(fù)力以及保水排水能力。這些過程在調(diào)節(jié)土壤保水和排水能力方面發(fā)揮著重要作用,同時(shí)對提高作物產(chǎn)量也至關(guān)重要。(三)大豆根系生長顯著增加了土壤結(jié)構(gòu)的恢復(fù)能力,在種植大豆區(qū)域土壤結(jié)構(gòu)的恢復(fù)能力顯著高于不種大豆區(qū)域。另外有機(jī)肥施用量和根系對土壤結(jié)構(gòu)周轉(zhuǎn)有明顯的交互作用,有機(jī)肥施用量越大,大豆根系發(fā)育越好,對土壤結(jié)構(gòu)的恢復(fù)越顯著。在東北黑土區(qū),由于土壤耕作和凍融作用顯著增加了5月份土壤總孔隙度,但這些孔隙結(jié)構(gòu)非常不穩(wěn)定,隨著時(shí)間的推移和土壤內(nèi)外因素的影響,這些孔隙逐漸消失,增加有機(jī)肥料施用量和作物生長通過增加土壤結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的恢復(fù)增加了土壤的抗性,從而減少土壤收縮。(四)秸稈還田顯著降低了土壤容重、貫穿阻力,增加了土壤毛管孔隙和微孔隙,同時(shí)也增加了土壤飽和導(dǎo)水率,土壤團(tuán)聚體的穩(wěn)定性也隨著秸稈還田量增加而增加,另外隨著秸稈還田量的增加,土壤疏水性也增加。秸稈深埋對表層土壤物理性質(zhì)改善不顯著,但顯著增加了深層土壤團(tuán)聚體的穩(wěn)定性、毛管孔隙度以及飽和導(dǎo)水率,增加了土壤的保水和透水性,同時(shí)秸稈深埋顯著降低了深層土壤貫穿阻力,有助于作物的根系發(fā)育。秸稈還田不僅增加了實(shí)驗(yàn)開始時(shí)土壤大團(tuán)聚體含量,而且使大團(tuán)聚體含量從5月到6月迅速提升。在不施秸稈處理中土壤團(tuán)聚體的周轉(zhuǎn)主要發(fā)生在微團(tuán)聚體和粉粘粒中,大團(tuán)體含量變化較小,而在秸稈還田實(shí)驗(yàn)中,土壤團(tuán)聚體的周轉(zhuǎn)主要發(fā)生在大團(tuán)聚體和微團(tuán)聚體之間。我們的研究結(jié)果表明秸稈還田可以通過增加土壤大團(tuán)聚體含量并促進(jìn)大團(tuán)聚體和微團(tuán)聚體之間的周轉(zhuǎn)來改善土壤結(jié)構(gòu),從而影響著土壤的物理性質(zhì)。
【學(xué)位單位】：中國科學(xué)院大學(xué)(中國科學(xué)院東北地理與農(nóng)業(yè)生態(tài)研究所)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位年份】：2019
【中圖分類】：S158
【部分圖文】：

技術(shù)路線圖Fig.1.1Technicalschemeofthedissertation

家糧食安全方面具有極其重要的地位和作用。包括黑龍江、吉林、遼寧和內(nèi)蒙古區(qū)東四盟（市），具體分布在我國東北松嫩平原、三江平原、大興安嶺山前平原和平原，北起黑龍江省的嫩江縣和龍鎮(zhèn)，南至吉林省四平、懷德，西至大興安嶺以內(nèi)蒙哲理木盟東部地區(qū)，東達(dá)黑龍江省鐵力市和賓縣，此外，在小興安嶺以東省北部也有小片黑土分布（圖 2.1）。黑土區(qū)的主要土壤類型有黑土、黑鈣土、白、草甸土、暗棕壤等。這些土壤形成過程的基本特點(diǎn)是具有顯著的有機(jī)質(zhì)積累過生物富集作用），土壤的腐質(zhì)層厚度一般在 20-100 cm 之間，pH 呈中性，主要為狀母質(zhì)。該區(qū)域?yàn)橹袦貛О霛駶櫞箨懶约撅L(fēng)氣候區(qū)，種植制度基本上是一年一熟物。黑土區(qū)總面積為 7684 萬 hm2，有耕地 2204 萬 hm2，其中黑土的面積為 59m2，黑土耕地面積占 20.2%。區(qū)內(nèi)開闊平坦，黑土分布廣闊，土質(zhì)肥沃，加之作長期雨熱同季，從而使得本區(qū)糧食生產(chǎn)條件優(yōu)越，主產(chǎn)玉米、大豆、高粱、小麥谷。

( )= ( + 4 / ) ( ) 水壓為 h（L）下的穩(wěn)定入滲率（L3T-1）；rd，入滲圓布的常數(shù)（L-1）；Ks，飽和導(dǎo)水速率（LT-1）。由于非線性回歸方法估算出公式中的兩個(gè)常數(shù) α 和 K算不同負(fù)水頭壓力下土壤的入滲速率 K(h)，公式[( ) = ( ) 論，在 3、6 和 9 cm 負(fù)水頭壓力下對應(yīng)的孔隙半徑分計(jì)算 3 個(gè)孔徑大孔隙分級分別為 0.33-0.5 mm、0.lle 定律，每個(gè)孔徑的有效孔隙計(jì)算如下(Watson 和e, 1988)：= (8 )/( ) 粘度(M L-1T-1)，與溫度有關(guān); Kd，兩個(gè)連續(xù)負(fù)水頭度(M L-3)；g，重力加速度(LT-2)；r，孔徑分級中

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2815988