發(fā)布時(shí)間：2017-12-10 12:14

  本文關(guān)鍵詞：保護(hù)性耕作農(nóng)田土壤水碳氮演變特征及模型模擬

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【摘要】：水資源短缺,水肥利用效率低是限制河南省農(nóng)業(yè)發(fā)展的主要因素。保護(hù)性耕作是一項(xiàng)先進(jìn)的農(nóng)業(yè)耕作技術(shù),能夠提高土壤蓄水保墑能力和土壤肥力。結(jié)合河南省實(shí)際情況研究多年保護(hù)性耕作對(duì)土壤水、碳氮的影響,制定適宜的耕作模式對(duì)保護(hù)性耕作的推廣具有重要意義。然而,以往受大田試驗(yàn)方法限制,傳統(tǒng)耕作轉(zhuǎn)變?yōu)楸Ｗo(hù)性耕作方式后土壤水、碳氮的變化如何?耕作方式轉(zhuǎn)變的最佳方案是什么?這些問題仍有待進(jìn)一步研究。因此,本研究利用長(zhǎng)期定位耕作試驗(yàn)研究保護(hù)性耕作(免耕、深松和雙季秸稈還田處理)下土壤水碳氮的年際變化及冬小麥不同生育期土壤水分、碳素和氮素的垂直分布特征,并利用RZWQM2(Root Zone Water Quality Model)模擬傳統(tǒng)耕作轉(zhuǎn)變?yōu)楸Ｗo(hù)性耕作方式(免耕、免耕+秸稈、深松和深松+秸稈)后土壤水、碳氮的變化特征,篩選最佳的耕作方式轉(zhuǎn)變方案,旨在為河南省適宜保護(hù)性耕作方式推廣提供科學(xué)理論依據(jù)。本研究的主要結(jié)果如下:(1)與傳統(tǒng)耕作相比,免耕和雙季秸稈還田處理均顯著提高了冬小麥關(guān)鍵生育期土壤水分和土壤貯水量(0-100 cm),干旱年份雙季秸稈還田和免耕處理蓄水保墑效果優(yōu)于深松耕作。保護(hù)性耕作措施能夠顯著增加冬小麥株高、葉面積及冬小麥地上部生物量和產(chǎn)量,穗粒數(shù)和千粒重是影響冬小麥產(chǎn)量的主要因素。在降水量較少年份,免耕增產(chǎn)優(yōu)勢(shì)明顯并顯著提高水分利用效率,優(yōu)于深松耕作和雙季秸稈還田處理,而在降雨量較多年份,雙季秸稈還田處理增產(chǎn)效果最優(yōu)。(2)與傳統(tǒng)耕作相比,免耕和雙季秸稈還田處理均能夠提高試驗(yàn)期間有機(jī)碳平均年變化量、相對(duì)年變化量和周年累積率,其中,雙季秸桿還田處理的相對(duì)年變化量和周年累積率分別為0.23 g·kg-1和0.45 kg·m-2·a-1,優(yōu)于免耕。與試驗(yàn)開始年份的土壤有機(jī)碳相比,免耕、深松和雙季秸稈還田處理均不同程度地提高了土壤有機(jī)碳含量和土壤表層(0-20 cm)有機(jī)碳儲(chǔ)量,且雙季秸稈還田處理提高土壤有機(jī)碳和土壤表層有機(jī)碳儲(chǔ)量幅度最大。(3)不同耕作措施下土壤有機(jī)碳和全氮含量均表現(xiàn)出明顯的表層富集效應(yīng)。與傳統(tǒng)耕作相比,免耕和雙季秸稈還田處理顯著提高耕層(0-40 cm)土壤有機(jī)碳和全氮含量。免耕處理較傳統(tǒng)耕作顯著提高冬小麥拔節(jié)期和灌漿期0-100 cm土壤硝態(tài)氮積累量,說明免耕有利于硝態(tài)氮積累,能夠減輕淋溶到地下水造成的環(huán)境污染。4種耕作處理下土層0-20、20-40、40-60、60-80和80-100 cm冬小麥苗期至拔節(jié)期銨態(tài)氮濃度值較低且保持穩(wěn)定,拔節(jié)期之后,銨態(tài)氮濃度值大幅升高且不同耕作處理差異顯著。與傳統(tǒng)耕作相比,雙季秸稈處理顯著提高冬小麥拔節(jié)期0-40 cm銨態(tài)氮含量。(4)從冬小麥整個(gè)生育期來看,氮素積累量呈先增加后降低的趨勢(shì),在拔節(jié)期達(dá)到最大值。與傳統(tǒng)耕作相比,連續(xù)2年免耕在揚(yáng)花期分別提高莖、葉和穗的平均氮素積累量44.3%、80.5%、70.9%,成熟期降低了莖的平均氮素積累量14.1%,而顯著增加了穗和籽粒的平均氮素積累量;免耕和雙季秸稈還田處理較傳統(tǒng)耕作顯著提高營(yíng)養(yǎng)器官氮素轉(zhuǎn)移量、轉(zhuǎn)移率和對(duì)籽粒的貢獻(xiàn)率(P0.05)。深松耕作并不能持續(xù)促進(jìn)氮素向籽粒中的轉(zhuǎn)運(yùn)與吸收,就小麥植株氮素轉(zhuǎn)運(yùn)持續(xù)性效果來看,免耕雙季秸稈還田深松耕作。(5)RZWQM2模型對(duì)不同耕作措施土壤分層水分(0-100cm)、冬小麥生物量和產(chǎn)量的率定驗(yàn)證效果較好,而對(duì)不同耕作措施土壤剖面硝態(tài)氮(0-100 cm)和土壤表層有機(jī)碳的率定驗(yàn)證效果較差。利用RZWQM2模型對(duì)耕作方式轉(zhuǎn)變前后土壤水分、氮素和有機(jī)碳變化比較結(jié)果表明,當(dāng)傳統(tǒng)耕作轉(zhuǎn)變?yōu)槊飧�處理后顯著提高了土壤0-100cm貯水量,降低了土壤水分損失,提高了水氮利用效率和土壤表層有機(jī)碳含量及冬小麥產(chǎn)量。因此,該模擬條件下傳統(tǒng)耕作轉(zhuǎn)變?yōu)槊飧�后土壤蓄水保肥增產(chǎn)效果最佳。
【學(xué)位授予單位】：西北農(nóng)林科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號(hào)】：S345;S512.11

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本文編號(hào)：1274406