【目的】淡水資源不足是干旱區(qū)農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展所面臨的嚴(yán)峻問題;同時(shí),干旱區(qū)灌溉水質(zhì)鹽化現(xiàn)象也日益突出。因此,咸水、微咸水已成為了該地區(qū)重要的替代灌溉水資源之一。咸水、微咸水灌溉在補(bǔ)充水分的同時(shí)也會(huì)帶來鹽分,加劇土壤次生鹽漬化風(fēng)險(xiǎn)。通過多年田間定位試驗(yàn),研究咸水滴灌條件下土壤水鹽運(yùn)移和分布積累動(dòng)態(tài),闡明咸水滴灌農(nóng)田根區(qū)土壤氮素轉(zhuǎn)化及分布淋洗規(guī)律;闡明土壤微生物群落組成、結(jié)構(gòu)與功能多樣性的變化特征,探討不同灌溉水鹽度和施氮量對(duì)棉花生長(zhǎng)、產(chǎn)量和水氮利用的影響,揭示咸水滴灌棉田氮素遷移轉(zhuǎn)化與作物吸收利用機(jī)制,為干旱區(qū)水分養(yǎng)分資源高效利用和農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展提供科學(xué)依據(jù)�！痉椒ā勘狙芯堪ㄊ覂�(nèi)培養(yǎng)試驗(yàn)和田間定位試驗(yàn)兩部分。室內(nèi)培養(yǎng)試驗(yàn)于2011年進(jìn)行,設(shè)置土壤鹽度和施氮量?jī)蓚�(gè)因素,土壤鹽度(土水比1:5浸出液電導(dǎo)率,EC1:5)設(shè)五個(gè)水平:0.44、0.84、1.40、1.90、3.46 ds m-1;氮肥施用量(N)分別為0、1和2 g·kg-1。室內(nèi)培養(yǎng)試驗(yàn)主要探討土壤鹽度和施氮量對(duì)灰漠土尿素N轉(zhuǎn)化及土壤酶活性的影響。田間定位試驗(yàn)于2011-2013年進(jìn)行,采用灌溉水鹽度和施氮量?jī)梢蜃?×4設(shè)計(jì),其中灌溉水鹽度(電導(dǎo)率,EC)設(shè)置3個(gè)水平0.35 d S·m-1(淡水)、4.61 d S·m-1(微咸水)和8.04 d S·m-1(咸水),分別用FW、BW和SW表示;4個(gè)施氮量為0、240、360和480 kg N·hm-2,分別代表不施氮肥(N0)、低氮(N240)、中氮(N360)和高氮(N480)。田間定位試驗(yàn)主要研究咸水滴灌棉田根區(qū)土壤水、鹽和無(wú)機(jī)氮的動(dòng)態(tài)分布及淋洗,土壤微生物數(shù)量、活性及群落結(jié)構(gòu)和功能多樣性,棉花生長(zhǎng)、產(chǎn)量以及水氮利用效率等�！窘Y(jié)果】(1)微咸水和咸水灌溉都會(huì)造成根區(qū)土壤鹽分增加,鹽分主要積累在60-80 cm土層,咸水灌溉土壤鹽分的積累尤為強(qiáng)烈。同時(shí),過量施用氮肥(≥360 kg N hm-2)也會(huì)加劇根區(qū)土壤鹽分的積累。灌溉水鹽度和施氮量的增加可明顯增加土壤鹽分總殘留量和鹽分凈積累量。微咸水和咸水灌溉土壤鹽分總殘留量平均分別較淡水灌溉高4倍和7倍,土壤鹽分凈積累量平均分別較淡水灌溉高11倍和18倍;低氮(N240)、中氮(N360)和高氮(N480)處理土壤鹽分總殘留量較不施氮肥(N0)處理平均分別高出3%,7%和9%,土壤鹽分凈積累量較N0處理平均分別高出4%,8%和11%。土壤鹽分總淋洗量在棉花生育期和非生育期均隨灌溉水鹽度的增加而顯著增大,微咸水和咸水灌溉土壤鹽分總淋洗量在棉花生育期內(nèi)分別較淡水灌溉高16和33倍;棉花生育期內(nèi)土壤鹽分總淋洗量隨施氮量的增加而顯著降低。微咸水和咸水灌溉顯著增加根區(qū)土壤含水量,增加施氮量可顯著降低土壤含水量,土壤水分主要積累在60-80 cm土層。土壤凈貯水量和水分滲漏量隨灌溉水鹽度增加而增加,但隨施氮量增加而降低。增加施氮量可顯著增加棉花蒸散量,而灌溉水鹽度的增加則顯著降低棉花蒸散量。(2)土壤鹽分和施氮量(尿素)顯著影響尿素N轉(zhuǎn)化。隨土壤鹽分和氮肥施用量的增加,土壤NH4-N含量明顯增加。施用氮肥可顯著提高土壤p H值,促進(jìn)脲酶活性,加速尿素水解。不施氮肥土壤脲酶活性隨土壤鹽度增加而顯著降低,施氮肥土壤,低鹽度對(duì)脲酶活性無(wú)影響,高鹽度反而促進(jìn)了脲酶活性。土壤鹽分和氮肥用量二者的交互作用對(duì)硝化作用影響顯著,即尿素加入量越大,土壤鹽分對(duì)硝化作用的抑制就越強(qiáng)烈。土壤鹽分顯著抑制亞硝酸還原酶活性,但對(duì)硝酸還原酶活性的影響較小。因此,土壤鹽分含量過高以及施用氮肥導(dǎo)致的土壤p H值的增加可能會(huì)導(dǎo)致鹽漬土壤氮肥氨揮發(fā)損失增大。(3)灌溉水鹽度對(duì)土壤NO3-N含量影響顯著。微咸水和咸水灌溉顯著抑制氮素的硝化作用,導(dǎo)致根區(qū)土壤NO3-N含量的降低,淡水處理土壤NO3-N含量平均較微咸水和咸水處理分別高17%和29%。但微咸水和咸水灌溉顯著增加土壤NH4-N含量。氮肥的施用也顯著影響土壤NO3-N含量,其中不施氮肥和低氮(N240)處理土壤NO3-N含量呈逐年下降趨勢(shì),但中氮(N360)和高氮(N480)處理土壤NO3-N含量年際間變化不大。微咸水和咸水灌溉顯著增加土壤NO3-N淋洗量,增加施氮量也導(dǎo)致土壤NO3-N淋洗量的增加,低氮、中氮和高氮處理土壤NO3-N淋洗量較不施氮處理分別高281%,340%和570%。微咸水和咸水灌溉對(duì)土壤脲酶活性有明顯的促進(jìn)作用,但顯著抑制土壤硝酸還原酶、亞硝酸還原酶活性。氮肥的施用提高了土壤脲酶、硝酸還原酶、亞硝酸還原酶活性。(4)微咸水和咸水灌溉降低細(xì)菌數(shù)量,但是增加了真菌數(shù)量。隨灌溉水鹽度的增加,土壤微生物量碳、量氮、基礎(chǔ)呼吸和微生物商顯著降低,代謝商升高。不施氮肥條件下,土壤微生物PLFA總量也隨灌溉水鹽度的增加顯著降低;施氮肥后,微咸水灌溉土壤微生物PLFA總量與淡水灌溉相比無(wú)明顯差異,但是咸水灌溉顯著降低土壤微生物PLFA總量�？傮w上,淡水灌溉土壤微生物PLFA總量分別較微咸水和咸水處理高9%和34%。土壤細(xì)菌、革蘭氏陽(yáng)性菌、革蘭氏陰性菌、真菌PLFA含量以及真菌/細(xì)菌也隨灌溉水鹽度的增加而顯著降低。不施氮肥條件下,微咸水灌溉對(duì)土壤微生物活性有促進(jìn)作用,但是施肥后,淡水灌溉土壤微生物AWCD最高。氮肥的施用增加了AWCD值,低氮(N240)、中氮(N360)和高氮(N480)處理土壤微生物AWCD值平均較不施氮(N0)處理高22%、17%和21%;在淡水和微咸水處理下,利用最高的碳源類型為:碳水化合物、氨基酸、聚合物和胺類,利用率最低的為酚酸和羧酸類;在咸水處理下,利用最高的碳源類型為:碳水化合物,氨基酸和聚合物類,利用最低碳源類型為:羧酸、酚酸和胺類;香濃指數(shù)隨灌溉水鹽度的增加而降低,辛普森指數(shù)隨灌溉水鹽度的增加而增加,氮肥的施用降低了辛普森指數(shù)。(5)棉花根重主要分布在0-20 cm土層,淡水灌溉棉花根重顯著高于咸水灌溉,但與微咸水灌溉差異不顯著。棉花根長(zhǎng)主要分布在0-60 cm土層。棉花根重和根長(zhǎng)密度均隨土壤深度的增加而降低。不施氮肥條件下,淡水灌溉棉花平均根長(zhǎng)密度、根表面積和根體積最高;施肥后微咸水和咸水灌溉平均根長(zhǎng)密度、根表面積和根體積顯著高于淡水灌溉。氮肥的施用降低了棉花平均根長(zhǎng)密度、根表面積、平均直徑和根體積。根冠比隨灌溉水鹽度的增加而顯著增加,微咸水灌溉根冠比較淡水灌溉高18%,咸水灌溉根冠比較淡水灌溉高38%。氮肥的施用對(duì)根冠比的影響不顯著。短期的微咸水灌溉棉花地上部生物量、氮素吸收、產(chǎn)量和水氮利用率與淡水灌溉相比無(wú)顯著差異,咸水灌溉會(huì)顯著降低棉花地上部生物量、氮素吸收、產(chǎn)量和水氮利用率。施用氮肥均可提高棉花生物量、氮素吸收和產(chǎn)量;但咸水灌溉下氮肥的作用減弱。長(zhǎng)期的微咸水和咸水灌溉均會(huì)對(duì)棉花生長(zhǎng)和水、氮利用率產(chǎn)生負(fù)面影響;同時(shí),合理施用氮肥(0~360 kg N?hm-2)有助于減輕鹽分危害,促進(jìn)棉花生長(zhǎng),提高產(chǎn)量和水分利用率�！窘Y(jié)論】咸水灌溉顯著抑制土壤微生物活性,改變了土壤微生物結(jié)構(gòu)多樣性,降低了土壤微生物功能多樣性,顯著抑制氮素的硝化。微咸水和咸水灌溉增加了根區(qū)土壤鹽分和硝態(tài)氮的淋洗量,降低了氮肥利用率。短期的微咸水灌溉不會(huì)對(duì)棉花水氮利用率造成嚴(yán)重的負(fù)面影響,但咸水灌溉顯著抑制棉花根系和地上部的生長(zhǎng),降低了水氮利用效率。
【學(xué)位單位】：石河子大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位年份】：2015
【中圖分類】：S275.6;S562
【文章目錄】：
摘要
ABSTRACT
縮略詞表
第一章 前言
    1.1 研究目的和意義
    1.2 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀
        1.2.1 咸水灌溉對(duì)土壤理化性質(zhì)的影響
        1.2.2 咸水灌溉對(duì)氮素轉(zhuǎn)化的研究
        1.2.3 咸水灌溉對(duì)土壤微生物影響
        1.2.4 咸水灌溉對(duì)棉花生長(zhǎng)和水、氮利用率的影響
    1.3 研究目標(biāo)、內(nèi)容與技術(shù)路線
        1.3.1 研究目標(biāo)
        1.3.2 研究?jī)?nèi)容
        1.3.3 技術(shù)路線
第二章 試驗(yàn)設(shè)計(jì)與研究方法
    2.1 室內(nèi)模擬試驗(yàn)
        2.1.1 試驗(yàn)材料
        2.1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)與管理
        2.1.3 樣品采集與處理
        2.1.4 測(cè)試項(xiàng)目與方法
        2.1.5 數(shù)據(jù)處理
    2.2 田間試驗(yàn)
        2.2.1 試驗(yàn)區(qū)概況
        2.2.2 試驗(yàn)材料
        2.2.3 試驗(yàn)設(shè)計(jì)
        2.2.4 試驗(yàn)管理
        2.2.5 樣品采集與處理
        2.2.6 測(cè)試項(xiàng)目與方法
        2.2.7 計(jì)算與數(shù)據(jù)處理
第三章 咸水滴灌對(duì)土壤水鹽分布和鹽分平衡的影響
    3.1 土壤鹽分
        3.1.1 土壤鹽分的動(dòng)態(tài)變化
        3.1.2 土壤鹽分的垂直分布
    3.2 土壤含水量
        3.2.1 土壤含水量的動(dòng)態(tài)變化
        3.2.2 土壤含水量的垂直分布
    3.3 鹽分平衡分析
    3.4 討論
    3.5 小結(jié)
第四章 咸水滴灌對(duì)土壤氮素轉(zhuǎn)化的影響
    4.1 鹽分對(duì)灰漠土尿素N轉(zhuǎn)化的影響
        4.1.1 銨態(tài)氮和硝態(tài)氮
        4.1.2 土壤pH
        4.1.3 土壤脲酶活性
        4.1.4 土壤硝酸還原酶（NR）和亞硝酸還原酶（NiR）活性
    4.2 咸水滴灌對(duì)棉田土壤硝態(tài)氮?jiǎng)討B(tài)影響
        4.2.1 硝態(tài)氮
        4.2.2 土壤理化性質(zhì)
        4.2.3 土壤酶活性
        4.2.4 相關(guān)性分析
    4.3 討論
    4.4 小結(jié)
第五章 咸水滴灌對(duì)棉田土壤微生物的影響
    5.1 咸水滴灌對(duì)土壤可培養(yǎng)微生物數(shù)量的影響
    5.2 咸水滴灌對(duì)土壤微生物量和活性的影響
    5.3 咸水滴灌對(duì)土壤微生物結(jié)構(gòu)多樣性的影響
        5.3.1 土壤微生物PLFA總量
        5.3.2 土壤各菌群PLFA含量
        5.3.3 PLFA組成
        5.3.4 相關(guān)性分析
    5.4 咸水滴灌對(duì)土壤微生物功能多樣性的影響
        5.4.1 AWCD值
        5.4.2 碳源利用
        5.4.3 多樣性指數(shù)
        5.4.4 相關(guān)性分析
    5.5 討論
    5.6 小結(jié)
第六章 咸水滴灌對(duì)棉花生長(zhǎng)和水氮利用的影響
    6.1 根系生長(zhǎng)和分布
        6.1.1 根重和根重分布
        6.1.2 根長(zhǎng)密度和根長(zhǎng)密度分布
        6.1.3 根表面積
        6.1.4 根體積
        6.1.5 平均直徑
        6.1.6 根冠比
    6.2 地上部生長(zhǎng)和產(chǎn)量
        6.2.1 地上部生物量
        6.2.2 氮素吸收
        6.2.3 籽棉產(chǎn)量
    6.3 咸水滴灌對(duì)棉花水、氮利用率的影響
        6.3.1 土壤貯水量、滲漏量和棉花蒸散量
        6.3.2 水分淋洗比例
        6.3.3 水分利用率
        6.3.4 氮肥利用率
    6.4 討論
    6.5 小結(jié)
第七章 主要結(jié)論、創(chuàng)新點(diǎn)與研究展望
    7.1 結(jié)論
    7.2 創(chuàng)新點(diǎn)
    7.3 研究展望
參考文獻(xiàn)
致謝
作者簡(jiǎn)介
附件

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2831890