本文關(guān)鍵詞：不同改良劑對河套灌區(qū)典型土壤理化特性及作物生長影響機理試驗研究

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【摘要】：內(nèi)蒙古河套灌區(qū)位于內(nèi)蒙古自治區(qū)巴彥淖爾盟境內(nèi),地處黃河內(nèi)蒙古段中上游區(qū)域,是我國三個特大型灌區(qū)之一。隨著我國逐步向節(jié)水型經(jīng)濟轉(zhuǎn)變,如何通過新科技、新材料進行灌溉制度和調(diào)控措施的完善以及如何提高干旱半干旱地區(qū)水資源利用效率是當(dāng)前農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化改革的重要內(nèi)容。面對灌區(qū)強烈的蒸發(fā)和滲漏損失及鹽漬化現(xiàn)狀,如何解決在保證農(nóng)作物產(chǎn)量的情況下,減少農(nóng)業(yè)用水損失量,避免土壤鹽漬化效應(yīng)等是目前土壤研究的焦點。通過施入土壤改良劑,改善土壤物理化學(xué)性質(zhì),從而提高土壤保水能力的措施是保產(chǎn)節(jié)水的可行方案之一。本文通過土柱模擬試驗及田間實際耕作土壤試驗,選用保水劑(Super Absorbent Polymers)和秸稈生物炭(Straw Biochar)作為土壤改良劑分別對土壤入滲、土壤蒸發(fā)、土壤水鹽運移、土壤團聚體及作物生長指標(biāo)和產(chǎn)量等方面的影響及作用機理進行研究,以期為提高灌區(qū)耕作土壤用水效率提供理論依據(jù)。主要研究成果和創(chuàng)新點如下:(1)通過室內(nèi)土柱模擬試驗與實際田間試驗相結(jié)合的方法研究土壤改良劑對土壤入滲能力的影響。結(jié)果表明,保水劑和生物炭均能改善研究區(qū)耕作層土壤入滲能力,但二者在作用機理,入滲速率及累計入滲量方面具有顯著不同,并且在實際田間試驗中生物炭對研究區(qū)土壤入滲能力改善效果更理想,對地表入滲速率增加幅度達45.45～56.82%,累積入滲量增幅達37.6%～44.6%。根據(jù)生物炭施用量和入滲速率進行線性回歸關(guān)系得出,當(dāng)用量為30.62 t/hm2時穩(wěn)定入滲速率為0.00683 cm/min,認為經(jīng)驗?zāi)Ｐ蚄ostiakov較適于描述研究區(qū)入滲規(guī)律。(2)分別在模擬蒸發(fā)條件及實際蒸發(fā)條件下,研究兩種土壤改良劑對土壤蒸發(fā)過程的影響。結(jié)果表明,施用兩種土壤改良劑都能夠起到抑制土壤蒸發(fā)的效果,但生物炭可以更為持久的延緩?fù)寥浪终舭l(fā)損失,生物炭田間試驗各處理累積蒸發(fā)量分別較 CK 減少 9.58%(Bo-10)、6.28%(Bo-20)、10.95%(Bo-30)、4.2%(Bo-50);生物炭可以延緩?fù)寥篮氏陆档教镩g持水量的時間,其次施入生物炭還可以增加每日夜間下層土壤向上輸送水量,根據(jù)每個生育期內(nèi)連續(xù)監(jiān)測3天日夜含水率的數(shù)據(jù)顯示苗期補給量增幅達18.52%～79.62%、拔節(jié)期達55.81%～202.38%、抽雄期達270.83%～587.5%、成熟期 6.66%～61.64%。(3)通過監(jiān)測模擬土柱試驗及實際耕作土壤施加改良劑前后鹽分動態(tài)變化規(guī)律得出,兩種土壤改良劑對土壤返鹽均起到一定的抑制效果,其中施入保水劑的處理表現(xiàn)出對玉米苗期和拔節(jié)初期起到了抑制鹽分的效果,但從拔節(jié)中期逐漸開始積鹽;而施入生物炭的處理對玉米整個生育期起到了抑制返鹽的效果,只在成熟期返鹽效應(yīng)開始明顯。生物炭對土壤離子含量的影響分析中表現(xiàn)出可以增加鈣離子、鎂離子以及鉀離子的濃度,對作物吸收,以及光合效應(yīng)起到促進作用。(4)針對河套灌區(qū)常年施用無機肥致使土壤結(jié)構(gòu)改變、土壤保肥能力降低的問題,對土壤團聚體和土壤水穩(wěn)性團聚體在施加土壤改良劑前后進行對比研究。從總體趨勢來看,施入的兩種改良劑對研究區(qū)土壤都具有增加水穩(wěn)性團聚體的能力,對土壤表層(0～15 cm)水穩(wěn)性大團聚體都呈降低趨勢,微團聚體呈現(xiàn)出隨著粒徑的減小其顆粒含量增加;而在下層土壤中(15～30 cm),水穩(wěn)性大團聚體均呈顯著增加,各保水劑處理 S-3、S-6、S-9、S-12 分別較 CK 增加 159.3%、132.3%、134.5%、168.1%,生物炭處理分別較 CK 增加 Bo-10:75.6%、Bo-20:78.24%、Bo-30:143.2%、Bo-50:74.22%,其他粒徑的團聚體呈不同程度的減少且隨著生物炭用量的增加逐漸呈現(xiàn)增加趨勢,但差異不顯著。根據(jù)保水劑施用量與GMD(水穩(wěn)性團聚體幾何平均直徑)間的線性回歸關(guān)系得出,當(dāng)保水劑用量達到86.66 kg/hm2時水穩(wěn)性團聚體增長達到最大,而生物炭對土壤有機質(zhì)含量也具有明顯影響,在不同施用水平下有機質(zhì)含量總體趨勢表現(xiàn)為:Bo-50Bo-30Bo-20Bo-10CK,在深度方向上有機質(zhì)含量變化表現(xiàn)為:0～15cm15～30cm30～60cm;根據(jù)生物炭、GMD及有機質(zhì)含量之間的三維面相關(guān)關(guān)系得出,當(dāng)土壤團聚體粒徑達到最大時,生物炭施用量達到29.38 t/hm2,有機質(zhì)含量相比于CK增加了 25.71%。(5)通過監(jiān)測影響玉米生長的主要氣象因子以及供試作物玉米生育期內(nèi)的不同改良劑對玉米生理指標(biāo)及產(chǎn)量的影響,具體研究了兩種改良劑對土壤溫度、光合速率、玉米生長指標(biāo)等方面的影響。結(jié)果表明:兩種改良劑對研究區(qū)表層0～20 cm地溫均起到一定保溫作用,但在玉米全生育期內(nèi),生物炭處理組比保水劑處理組對土壤表層的升溫與降溫的緩沖作用更顯著,其中生物炭處理Bo-30和Bo-50溫度顯著高于CK,溫差范圍分別為:-0.98～0.72℃和0.82～2.17℃;兩種土壤改良劑對玉米的光合速率同樣具有促進作用,但在光合速率測定初期,生物炭對玉米葉片光合速率促進效果更明顯;保水劑和生物炭對玉米籽粒行粒數(shù)、穗行數(shù)、百粒重、公頃產(chǎn)量都具有一定程度的增加,但生物炭整體增加梯度更為穩(wěn)定,且最終產(chǎn)量增加值最高,達到了 11.88%,即 16131.21 kg/hm2。因此,生物炭可以更好的對研究區(qū)土壤進行改良,從而達到節(jié)水、保肥、增產(chǎn)等效果。
【學(xué)位授予單位】：內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：S513;S156.2

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