發(fā)布時間：2020-09-03 07:42

　　 SOM含量與作物生產(chǎn)力之間在一定條件下呈正相關(guān),其對生產(chǎn)力的影響存在閾值。該閾值的定量化及其形成機制的探討是基本農(nóng)田保護和退化土壤修復(fù)的重要依據(jù)。本研究以SOM含量變幅較大的東北農(nóng)田黑土(Mollisols)為研究對象。在東北黑土帶上選取5個不同SOM含量農(nóng)田黑土,利用空間移位的方法移至黑龍江省的海倫市,建立田間框栽試驗小區(qū)。通過該試驗研究將氣候與SOM對作物生產(chǎn)力的影響加以區(qū)分,(1)定量化確定影響作物生產(chǎn)力的黑土SOM閾值;(2)探討該閾值形成的土壤物理、化學(xué)和生物學(xué)機制;(3)探討影響作物生產(chǎn)力的SOM有效組分與閾值的關(guān)系。田間試驗設(shè)置為2因子(SOM和施肥)5水平3次重復(fù)田間小區(qū)試驗,因子1:SOM梯度,A1、A2、A3、A4、A5分R%為23.54g·kg-1 58.69g·kg-1 71.23g·kg-1、81.46g·kg-1和103.57g·kg-1五種不同SOM含量的土壤。因子2:氮肥施肥梯度,B1、B2、B3、B4和B5分別代表N Okg·hm-2、N 10kg·hm-2、N 30kg·hm-2、N 70kg·hm-2、N 150kg·hm-2五種氮肥施肥水平。種植作物為小麥。每年播種前和收獲后取土樣分析SOM(SOM)和NPK養(yǎng)分含量,并測定作物產(chǎn)量。在整個生育期間有選擇的測定土壤容重、含水量、溫度、滲透速率、pH值、土壤團聚體、土壤顆粒有機碳、銨態(tài)氮(NH4+-N)、硝態(tài)氮(NO3--N)、礦化速率、微生物碳氮及植物體內(nèi)的碳氮含量等。通過3年的試驗觀測,獲得以下研究結(jié)果:(1)不施肥和施肥條件下,小麥產(chǎn)量與SOM含量均呈單峰曲線關(guān)系,即存在影響作物生產(chǎn)力的SOM的閾值。不施肥條件下,即土壤生產(chǎn)力,SOM含量與小麥產(chǎn)量間存在閾值為72.40g·kg-1;當(dāng)SOM低于此含量時,小麥產(chǎn)量隨著SOM增加而增加;高于此含量時,小麥產(chǎn)量降低。在施用氮肥70kg·hm-2條件下,即農(nóng)田生產(chǎn)力,SOM含量與小麥產(chǎn)量間也存在閾值,為76.04g·kg-1,具有與不施肥相同的變化趨勢。閾值的SOM含量受到氮肥施用量的影響,隨著氮肥施用量的增加,閾值先增加后降低。(2)土壤容重隨著SOM含量增加先減小后增加,與小麥產(chǎn)量和SOM含量的變化趨勢相反,5中SOM水平中,A4水平土壤容重最小,為0.87g·cm-3,SOM含量最高的A5水平土壤容重高于A4,高出5.75%,但差異不顯著。土壤含水量是隨著SOM含量的增加而增加,苗期和孕穗期的土壤含水量最高的均為A5水平,苗期比A4水平高0.12個百分點,比A1水平高7.53個百分點;孕穗期比A4水平高1.26個百分點,比A1水平高12.77個百分點。乳熟期、臘熟期和成熟期,土壤含水量最高的為A4水平,最低為A1,乳熟期各個水平間土壤含水量差異不顯著,而其他各時期高SOM水平土壤含水量與低SOM水平間差異顯著,高SOM水平間土壤含水量差異不顯著。土壤田間持水量隨著SOM含量的增大而增大,最高的為A5水平,比A4水平高1.8百分點,兩者差異不顯著,飽和含水量與SOMM呈單峰曲線,最高為A4水平,比A5水平高出6.40個百分點,各水平間差異顯著。隨著SOM含量的增加,土壤含水量也隨之增加,因此土壤溫度也呈下降趨勢,但不同時期表現(xiàn)略不同,5、6月份耕層溫度A1水平最高,A5水平最低,5月份溫度相差1.05℃。6月份溫度相差0.73℃;7、8月份最高溫度為A3水平,最低溫度為A4(7月)和A5(8月),7月份溫度相差為0.56℃。8月份溫度相差0.66℃。氮肥施用量也對土壤溫度產(chǎn)生影響,低肥力水平(B1)和高肥力水平(B4)低于中等肥力水平(B2和B3)。水穩(wěn)性大團聚體(250μm)與SOM含量呈單峰曲線關(guān)系,A3水平最高,A5水平比A3水平低7.67%,比A4水平低6.65%,A3與A5差異顯著。(3)土壤化學(xué)性狀分析發(fā)現(xiàn),空間移位后,5種土壤的全碳(TC)含量均發(fā)生變化,A1水平TC略有升高,A2水平TC基本持平,而A3、A4、A5水平TC降低;生長期內(nèi)各個SOM水平土壤TN含量收獲后高于播種前,年際間變化表現(xiàn)為先降低(2011-2012年),后逐漸升高(2012-2013年);TP在2011年和2012年表現(xiàn)出年內(nèi)降低,在2013年基本持平,三年中TP含量在各個SOM水平上及現(xiàn)為下降的趨勢;TK含量在2011年和2012年是收獲后的高于播種前的,而到了 2013年則是收獲后的含量低于播種前的含量;土壤速效養(yǎng)分在各個生育時期表現(xiàn)不同,播種前和收獲期的含量高于其他時期;在速效養(yǎng)分中,土壤有效氮(AN)與SOM含量呈單峰曲線關(guān)系,在A4水平最高,幾乎在所有測試中A4水平均高于A5水平,高出0.21-3.49%,但差異不顯著。施用氮肥可以提高AN含量;AP含量也與SOM呈單峰曲線關(guān)系,A1水平和A5水平的AP含量較低,而位于中間的SOM含量A2、A3和A4的相對較高,適量的氮肥可以增加AP的含量,而過高的氮肥降低AP的含量;AK與SOM之間沒有相關(guān)性,但是A4水平在各個時期的AK含量最高,比A5水平高出36.45-66.8%,并隨著氮肥施用水平的提高而降低。陽離子交換量(CEC)隨著SOM含量的增加而增加,與SOM呈極顯著相關(guān)(r=0.964**);土壤pH與SOM之間沒有相關(guān)性,氮肥施用量閾土壤之間呈負(fù)相關(guān)關(guān)系,氮肥施用量過大,會造成土壤酸化。NH4+-N含量隨著SOM增加有降低的趨勢;NO3--N隨著SOM的增加,有先增加后降低的趨勢,并且在苗期和收獲期,A4水平的N03--N含量最高。隨著氮肥施入水平的提高,NH4+-N和NO3--N有增加的趨勢。土壤顆粒有機質(zhì)(POM)中,2000μm-250μm粒級和250μm-53μm粒級在A4水平的含量最多,分別占8.65%和30.72%,與SOM呈單峰曲線關(guān)系。但這兩個粒級中的OM和N含量均為A5最高,OM含量分別是126.51g·kg-1和141.06g·kg-1 N含量分別為0.57%和0.65%,并于SOM含量呈顯著相關(guān)。(4)土壤生物學(xué)分析發(fā)現(xiàn),微生物量C、N隨著SOM含量的增加而增加,最高的為A5水平,最低的A1水平,相差232.56%和62.18%,微生物量N則隨著氮肥施用量的增加而增加。小麥籽實的C、N含量受SOM含量影響較小,C含量與SOM呈弱相關(guān)(r=0.121),N含量與SOM含量中度相關(guān)(r=0.770);氮肥水平可以顯著提高小麥籽粒中的C、N含量,C含量與氮肥施用量呈顯著正相關(guān)(r=0.941*),而N含量與氮肥施用水平極顯著正相關(guān)(r=0.9870**)。莖稈中C含量與SOM中度相關(guān)(r=0.774),呈單峰曲線關(guān)系,最高值為A4水平,并隨著氮肥水平的增加而增加,與氮肥水平呈顯著相關(guān)(r=0.910*),最高值為B5水平;莖稈的N含量隨著SOM和氮肥水平的增加而增加,最高值為A5水平和B5水平,與SOM高度相關(guān)(r=0.854),與氮肥水平極顯著相關(guān)(r=0.969**)。本研究定量化揭示了小麥產(chǎn)量的SOM閾值,確定了與SOM閾值形成的相關(guān)指標(biāo)有,飽和含水量、耕層土壤含水量及溫度;土壤容重、土壤團聚體;A4水平的土壤中AN、AP、AK、NO3--N、POM含量相對較高,初步明確了影響SOM含量閾值形成的一些因素。
【學(xué)位單位】：東北林業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位年份】：2016
【中圖分類】：S153.6

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2811156