黄土高原春玉米保护性耕作农田土壤环境与生物学效应研究

论文摘要

黄土高原是我国北方重要的旱作农区,也是我国水土流失最为严重的地区,传统耕作方式对耕层土壤翻动次数过多,致使耕地质量下降、生产成本增加,并导致水土流失加剧、生态环境进一步恶化。通过改变耕作模式来改变农田生态环境,降低农业生产导致的水土流失,提高旱地农业生产力和水分利用效率,增强旱地农田土壤对外界不良环境侵蚀影响的抵抗力,探索黄土高原地区春玉米保护性耕作技术模式,为黄土高原春玉米保护性耕作技术体系的建立以及选择合理的耕作方式提供理论依据。本试验2006-2010年通过大田连续定位试验,在了解了农机和杂草防除等整套农艺操作下的保护性耕作技术的基础上,设置了保护性耕作（NT）、传统耕作+秸秆还田（TS）和传统耕作（CT）3种生产上易于操作的耕作模式,通过研究不同耕作模式对春玉米生长发育时期土壤蓄水保墒效果、养分动态效应、土壤物理特性变化、土壤微环境特性以及农田生物学效应变化情况,探讨黄土高原春玉米保护性耕作技术对农田土壤环境和生物学效应的影响,主要研究结论如下:（1）5年的连续定位试验表明,与传统耕作相比,保护性耕作提高了黄土高原干旱阶段春玉米农田（播前、拔节期和大喇叭口期）0-200cm土壤含水量,春玉米全生育时期土壤储水量明显高于传统耕作+秸秆还田和传统耕作处理,土壤储水量较传统耕作高出43.66-96.71mm。（2）与传统耕作相比,保护性耕作显著降低了春玉米拔节期、大喇叭口期和乳熟期土壤容重,下降幅度最高达10%以上。不同土层深度不同耕作模式下土壤温度变化均为单峰曲线,每日土壤温度最高值均出现在14:00-16:00。与传统耕作相比,春玉米播后地面以下5cm和10cm,保护性耕作处理日平均温度分别高出7.02℃和14.7℃,拔节期和大喇叭口期地面以下5cm,传统耕作处理土壤温度较保护性耕作高出5.3℃和2.6℃,乳熟期保护性耕作0-25cm土壤日平均温度较传统耕作高出2.09℃。保护性耕作处理下0-30 cm土壤深度团聚体的组成和分布显著优于传统耕作处理,免耕+秸秆还田处理下,0-10、10-20和20-30 cm土层,粒径>0.25 mm与粒径>2 mm的机械稳定性团聚体和水稳性团聚体的百分含量最高,保护性耕作处理与传统耕作+秸秆还田处理和传统耕作处理间差异显著（P<0.05）,保护性耕作能显著提高土壤团聚体MWD值。（3）保护性耕作对春玉米全生育时期耕层（0-20cm）土壤有机质含量均显著高于传统耕作,增加幅度在14.81%-38.37%之间;保护性耕作提高了春玉米大喇叭口期0-40cm深度土壤速效磷含量,较传统耕作处理增幅高达90.94%,春玉米收获后0-20cm保护性耕作处理土壤速效磷含量显著高于其它两个处理,较传统耕作增加了10.27%;保护性耕作显著提高了春玉米乳熟期土壤速效钾含量,而传统耕作+秸秆还田处理在春玉米播前、拔节期、大喇叭口期和收获后0-20cm土壤速效钾含量较传统耕作增加明显;保护性耕作增加了春玉米拔节期、大喇叭口期、乳熟期和收获后0-20cm土壤碱解氮含量,增幅在11.05%-24.05%间。（4）与传统耕作相比,保护性耕作与传统耕作+秸秆还田处理均具有提高农田土壤酶活性的作用,其中,春玉米全生育时期0-20cm保护性耕作土壤脲酶活性显著传统耕作+秸秆还田和传统耕作处理;保护性耕作技术显著增加了玉米拔节期和乳熟期0-20cm土壤蔗糖酶活性;保护性耕作提高了春玉米播前、拔节期、乳熟期和收获后0-20cm土壤碱性磷酸酶活性,且处理间差异达（P<0.05）水平;保护性耕作处理下农田土壤过氧化氢酶活性增加明显,播前至乳熟期均较传统耕作显著;且能显著提高春玉米大喇叭口期和乳熟期20-40cm土壤过氧化氢酶活性。保护性耕作处理下春玉米播前土壤微生物量碳含量以表层0-5cm含量最高,较传统耕作处理高出54.92%;保护性耕作收获后0-5cm和5-10cm土壤微生物量碳含量较传统耕作+秸秆还田和传统耕作最高增幅分别达20.99%和51.80%。春玉米播前0-5cm和5-10cm,保护性耕作处理土壤微生物量氮含量较传统耕作+秸秆还田和传统耕作高,收获后各处理土壤微生物量氮含量与播前相比,收获后各土层各处理分增幅均在20%以上,最高减幅达40.15%。（5）与传统耕作相比,保护性耕作处理下春玉米在各关键生育时期次生根条数、株高、茎粗、穗位叶面积值和农田生物量积累均较多,保护性耕作+植保防治处理下春玉米各生育时期均以保护性耕作处理下的BJG处理最高。耕作模式和植保防护措施对春玉米穗长、行粒数、穗粒数和千粒重等产量构成指标影响较大,BJG和CC处理与BO、CO穗长差异达（P<0.01）极显著水平,保护性耕作下各处理间穗粒数和千粒重间差达异极显著水平。保护性耕作增产明显,平均春玉米单株和大田产量增产幅度均高达25.31%,BJG处理下春玉米单株和大田产量较BO和CO增产幅度分别达36.17%和41.48%。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 文献综述
• 1.1 保护性耕作技术概述
• 1.1.1 保护性耕作技术研究内容
• 1.1.2 国外保护性耕作研究概况
• 1.1.3 国内保护性耕作研究概况
• 1.2 保护性耕作对土壤环境的影响
• 1.2.1 保护性耕作对土壤蓄水保墒效果的影响
• 1.2.2 保护性耕作对土壤物理特性的影响
• 1.2.3 保护性耕作对土壤肥力效应的影响
• 1.2.4 保护性耕作对土壤微环境特性的影响
• 1.2.5 保护性耕作对农田生物学特性的影响
• 1.3 研究目的与意义
• 1.4 研究内容
• 第二章 保护性耕作农田土壤蓄水保墒效果研究
• 2.1 材料与方法
• 2.1.1 试验区概况
• 2.1.2 试验设计与材料
• 2.1.3 试验测定项目与方法
• 2.1.4 分析方法
• 2.2 结果与分析
• 2.2.1 不同耕作模式下农田土壤含水量动态变化
• 2.2.2 不同耕作模式下农田土壤储水量动态变化
• 2.3 小结
• 第三章 保护性耕作农田土壤物理特性变化研究
• 3.1 材料与方法
• 3.1.1 试验区概况
• 3.1.2 试验设计与材料
• 3.1.3 试验测定项目与方法
• 3.1.4 分析方法
• 3.2 结果与分析
• 3.2.1 不同耕作模式下农田土壤容重变化
• 3.2.2 不同耕作模式下农田土壤温度日变化
• 3.2.3 不同耕作模式下农田土壤团粒结构变化
• 3.3 小结
• 第四章 保护性耕作农田土壤养分效应动态变化研究
• 4.1 材料与方法
• 4.1.1 试验区概况
• 4.1.2 试验设计与材料
• 4.1.3 试验测定项目与方法
• 4.1.4 分析方法
• 4.2 结果与分析
• 4.2.1 不同耕作模式下农田土壤有机质含量的动态变化
• 4.2.2 不同耕作模式下农田土壤速效磷含量的动态变化
• 4.2.3 不同耕作模式下农田土壤速效钾含量的动态变化
• 4.2.4 不同耕作模式下农田土壤碱解氮含量的动态变化
• 4.3 小结
• 第五章 保护性耕作农田土壤酶活性与土壤微生物量变化研究
• 5.1 材料与方法
• 5.1.1 试验区概况
• 5.1.2 试验设计与材料
• 5.1.3 试验测定项目与方法
• 5.1.4 分析方法
• 5.2 结果与分析
• 5.2.1 不同耕作模式下农田土壤酶活性动态变化研究
• 5.2.2 不同耕作模式下农田土壤微生物生物量量动态变化研究
• 5.3 小结
• 第六章 保护性耕作农田生物学效应变化研究
• 6.1 材料与方法
• 6.1.1 试验区概况
• 6.1.2 试验设计与材料
• 6.1.3 试验测定项目与方法
• 6.1.4 分析方法
• 6.2 结果与分析
• 6.2.1 保护性耕作对玉米植株形态和生物学性状影响
• 6.2.3 保护性耕作技术对玉米产量及产量构成因素影响
• 6.3 小结
• 第七章 结论与讨论
• 7.1 结论
• 7.1.1 不同耕作模式对春玉米田土壤蓄水保墒效果的影响
• 7.1.2 不同耕作模式对春玉米田土壤物理特性的影响
• 7.1.3 不同耕作模式对春玉米田土壤养分效应的影响
• 7.1.4 不同耕作模式对春玉米田土壤微环境特性的影响
• 7.1.5 保护性耕作对春玉米田生物学效应的影响
• 7.2 讨论
• 参考文献
• 致谢
• 个人简介