農(nóng)田土壤是農(nóng)業(yè)發(fā)展的物質(zhì)基礎(chǔ),其質(zhì)量直接關(guān)系到作物的高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)和農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展。而且,土壤耕作是通過農(nóng)機具的機械力量作用于土壤,調(diào)整耕作層和地面狀況,以調(diào)節(jié)土壤水分、空氣、溫度和養(yǎng)分的關(guān)系,為作物播種、出苗和生長發(fā)育提供適宜土壤環(huán)境的農(nóng)業(yè)技術(shù)措施。然而,由于人們對耕地連續(xù)高強度開發(fā)和不合理使用,致使土壤耕層明顯變淺,土壤結(jié)構(gòu)緊實,有效耕層土壤量顯著減少,已經(jīng)嚴重阻礙玉米產(chǎn)量潛力的正常發(fā)揮。因此,本研究于2013年-2014年以公主嶺定位試驗站的長期保護性耕作試驗為研究對象,采用野外試驗與室內(nèi)分析相結(jié)合的方法,明確耕作方式對土壤環(huán)境及玉米生長發(fā)育的影響,提出適宜東北農(nóng)田合理的耕作方法。主要研究結(jié)論如下:1.深松耕作和季節(jié)凍融有效降低土壤硬度提高土壤宜耕性,土壤容重隨季節(jié)呈波動變化,并隨土層深度增加而增加,0-30cm增加明顯,30cm以下隨土層深度變化不明顯,而且凍融作用明顯降低土壤容重,不同處理凍融后土壤容重明顯小于凍融前。土壤總孔隙度隨季節(jié)呈波動變化,玉米生育前期明顯低于后期,并隨土層深度的增加而顯著減少,0-30cm降幅明顯,30cm以下降幅不明顯,而且凍融作用明顯增加土壤總孔隙度,不同處理凍融后土壤總孔隙度明顯高于凍融前,而且深松耕作顯著增加土壤總孔隙度,特別是有利于下層土壤孔隙度的增加。土壤溫度隨土層的增加而降低,上層明顯高于下層,而且免耕處理地溫明顯低于其他處理,其他處理差異不明顯。春季土壤固相高于液相,而秋季固相有所降低,但氣相有所增加,而且從播種前到玉米抽雄期比較穩(wěn)定,均表現(xiàn)為固相所占比例最大,液相次之,氣相最少,抽雄期以后固相增加,液相減少,且氣相有大幅增加,此外凍融作用致使土壤固相減少,液相和氣相增加,而對耕層20cm以下土壤三相比無顯著影響。2.免耕和深松耕作有助于土壤中全氮的積累,較翻耕和旋耕增幅為18.7%-32.0%,而且深松耕作對土壤全磷含量的積累貢獻最大;深松耕作和免耕的全鉀含量呈逐年增加趨勢,而翻耕和傳統(tǒng)耕作呈先降低后增加的趨勢變化,其中深松耕作和免耕促進土壤中全鉀含量的增加。深松耕作和免耕土壤堿解氮含量8年增幅為99.2mg/kg-131.5 mg/kg;土壤有效磷含量均隨土地利用年限呈增加趨勢變化,顯著高于翻耕和傳統(tǒng)耕作;深松耕作和免耕顯著增加土壤有效鉀含量,因此可以通過耕作措施彌補土壤鉀素含量的不足。土壤銨態(tài)氮隨土層加深而增加,不同時期存在差異,深松耕作促進了硝態(tài)氮的積累,0-60cm各土層土壤銨態(tài)氮量較其他處理增幅為46.8%-173.4%。產(chǎn)量與養(yǎng)分指標均呈正相關(guān),其中與全鉀相關(guān)性達到顯著水平,而與有機質(zhì)、全氮、堿解氮和銨態(tài)氮相關(guān)性達到極顯著水平,其均是影響產(chǎn)量高低的關(guān)鍵性指標。同時,深松耕作和免耕增加了土壤細菌、真菌和放線菌數(shù)量,降低土壤呼吸速率,土壤溫度與呼吸速率密切相關(guān),同時,顯著增加土壤微生物量,并且通過土壤微生物量的增加,進而促進了秸稈中有機碳向有機質(zhì)的轉(zhuǎn)化,有效改善土壤肥力狀況。3.不同耕作方式土壤含水量均隨土層深度的增加而減少,土層40cm以下尤為明顯,隨季節(jié)呈波動性變化且受降雨影響較明顯,而且凍融作用明顯降低土壤含水量,深松耕作較其他處理土壤含水量增幅為0.9%-2.2%;此外,土壤貯水量隨季節(jié)呈先增加后降低的趨勢變化,且生育期前明顯高于生育后期;不同耕作方式田間耗水量和耗水系數(shù)差異不顯著,但深松耕作顯著提高作物水分利用效率;雖然產(chǎn)量與水分利用效率等指標的相關(guān)性不顯著,但水分利用效率與播種前土壤儲水量、耗水量、耗水系數(shù)及生育期間降水量均呈顯著負相關(guān)。4.深松耕作和少免耕有效改善土壤結(jié)構(gòu),增強土壤水穩(wěn)性團聚體的穩(wěn)定性,增加了各級團聚體有機碳的含量和儲量,而翻耕與傳統(tǒng)耕作破壞了水穩(wěn)性大團聚體,相應(yīng)地增加水穩(wěn)性微團聚體的含量。長期采用保護性耕作可顯著提高水穩(wěn)定性大團體的含量以及團聚體平均重量直徑,并增加大團聚體中有機碳的含量和儲量,特別是深松耕作有助于深層土壤團聚體的增加,提升水穩(wěn)定性大團聚體的比例,增加土壤有機碳的含量,促進新碳向大團聚體富集。不同粒徑團聚體有機碳與土壤有機碳均存在極顯著相關(guān)性,而且1-2mm和0.25-1mm粒級是有機碳貯存的主要場所,對土壤有機碳的積累和富積具有重要的貢獻,對土壤碳庫的平衡起關(guān)鍵作用。5.深松耕作保苗率提高11.3%-14.6%,促進苗期生長發(fā)育,提高葉面積指數(shù),改善莖部性狀,促進根系生長,氣生根條數(shù)比旋耕增加16.8條,氣生根層數(shù)增加0.8層;深松耕作顯著提高玉米干物質(zhì)重量,其地上部分較免耕、翻耕和旋耕提高幅度為4.9%-19.2%,而地下部根系提高幅度為2.8%-90.1%;深松耕作玉米葉片最高凈光合速率值分別出現(xiàn)在倒5葉和倒9葉,葉綠素含量提高10.5%。同時,改善植株生理特性,提高葉片比葉重、可溶性糖和可溶性蛋白含量,降低丙二醛含量,延緩葉片衰老;深松耕作構(gòu)建的“虛實并存耕層”增產(chǎn)效果明顯,較其他處理增幅為11.7%-12.2%。
【學(xué)位單位】：沈陽農(nóng)業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：S513;S15
【部分圖文】：

圖 1-2 長期定位試驗樣地地理位置Fig.1-2 Location of the long term experimental plots壤為典型中層黑土、壤質(zhì)黏土，全氮、全磷、全鉀質(zhì)量分數(shù)分別為

圖 2-14 季節(jié)性凍融前后土壤三相的變化Fig.2-14 The seasonal change of soil three-phrase before and afterfreeze and thaw among different tillage systems想三相，●ST 凍融前，○ST 凍融后，▼NT 凍融前，△NT 凍融后，■MP 凍融前，□MP 凍融后，◆MP 凍融前，◇MP 凍b,10-20cm;c,20-30cm;d30-40cm;e,40-50cm;f,50-60cm）mal soil three-phrase (★), before freeze and thaw of ST(●), after freeze and thaw of ST(○) ,before freeze and thaw of NT(▼),of ST(△), before freeze and thaw of ST(■), after freeze and thaw of ST(□) ,before freeze and thaw of CT(◆), after freeze and th,0-10cm;b,10-20cm;c,20-30cm;d30-40cm;e,40-50cm;f,50-60cm）
【參考文獻】

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本文編號：2841170