刘晚苟[1]2001年在《不同土壤水分条件下容重对玉米生长和水分利用的调控》文中研究指明土壤容重是土壤的一项重要特性，它与土壤其他特性如土壤机械阻力直接相关，影响植物根系的发育继而影响地上部的生长。一些报道证实，土壤机械阻力象水分胁迫一样能诱导根源信号调控植物的生长。水分胁迫信号已得到广泛研究并在生产实践中被用来调控气孔开度，控制水分散失，提高水分利用效率。本研究在评价控制条件下土壤容重（机械阻力）对玉米生长影响的基础上试图探讨利用土壤机械阻力调控作物行为的可能性。 用玉米作为实验材料进行分根实验。种子根平分在装有(土娄)土的分隔的白铁皮桶中，土壤容重为 1.20gcm~(-3)、1.33gcm~(-3)或1.45gcm~(-3)。土壤容重分四种处理：低容重（两边容重都为1.20gcm~(-3)）、中容重（两边容重都为1.33gcm~(-3)）、高容重（两边容重都为1.45gcm~(-3)）和混合容重（一边为1.20gcm~(-3)另一边为1.45gcm~(-3)）。土壤水分控制在高基质势（-0.17MPA）和低基质势（-0.86MPa）两个水平。玉米在步入式生长箱中生长60天，生长箱相对湿度为75％，昼夜温度为28/23℃，光照时间为12h，光合有效辐射光量子密度为500μmolm~(-2)s~(-1)。主要结果如下： 1.土壤机械阻力随容重的提高和土壤含水量的下降而增大 用土壤硬度计测得的土壤机械阻力随容重的提高和土壤水分的下降而增大。高土壤基质势（-0.17MPa）条件下，容重1.2、1.33和1.45gcm~(-3)土壤的机械阻力分别为0.51、0.93和1.38MPa，而低土壤基质势（-0.86MPa）条件下的机械阻力分别为0.68、1.74和3.37MPa。 2.高容重和低基质势对根系和地上部生长都有显着的影响，但水分的影响更强烈 当植株生长在紧实土壤或土壤基质势从-0.17MPa降到-0.86MPa时，根长、根干重和地上部干重都显着降低，并且地上部干重的降幅更大。紧实土壤使根长降低的同时还使根的直径增大。无论是容重增大还是土壤水分含量降低所引起的高土壤阻力都使叶片扩展速度降低和植株变小。生长在紧实土壤中的植株变小不仅是因为叶片扩展速度降低，同时是成熟叶片叶面积缩小的结果。这些结果表明植物对水分亏缺和机械阻力反应的相似性。然而，当植株生长在混合容重土壤中时，处在低容重土壤中的根系生长得到加强，补偿甚至超补偿高容重土壤中根系生长的不足，整个植株的生长状况与低容重土壤中生长的植株接近。 3.根源信号ABA水平及其对气孔导度的调控 生长在高容重土壤中的植株与生长在低容重土壤中的植株相比，其气孔导度和蒸腾速率都降低了，而叶水势和光 合速率没有变化。部分根系处在紧实土壤中的植株的气孔导度也降低，其气孔导 度与全部根系处在高容重土壤中的接近。象水分胁迫一样，气孔的反应可能与根 系受机械阻力后产生ABA有关。在高叶水势卜0．3 MPal下，气孔导度与木质部液 汁ABA浓度呈线性负相关，但在低叶水势个IMPa）下，ABA浓度的提高不能引 起气孔导度以同样幅度降低，这意味对于某一特定ABA浓度，其调控气孔能力 受叶水势的限制。受旱植株木质部液汁ABA浓度是高水分处理植株的5倍／容 重每增加 1．2 gein－3，木质部液汁ABA浓度增加一倍。照光期（光期）的木质部 ABA浓度比暗期的高。生长在混合容重土壤中植株，光期的木质部液汁ABA浓 度与 1．45 gCm－3的接近，暗期的介于 1．2 gCof’和 1．33 gCm－3的之间，这可能是光期 和暗期ABA在根径向运输途径不同的结果：在光期ABA主要由质外体途径运输， 在暗期主要由共质体途径运输，质外体途径运输可以补偿甚至超补偿根系吸收的 水分对ABA的稀释作用。 4．光用和暗用附片伸长速度的调控机理叶片伸长速度p随时间变化而变 化，在高土壤水分条件下，光期的Ly大于暗翔的，在低土羹水分下正好相反。 在相同土壤基质势下，容重对光期的LER没有影响，暗期的LER随容重增大而 降低，并且暗期的LER与暗期木质部液汁ABA浓度呈负相关。据此我们认为， LER在光期由叶水势决定，在暗期由根源信夸ABA决定，机械阻力对玉米地上 部的影响主 虫在暗期． 5．土缀羹质势和容重对根系吸水的影晌在低土壤基质势（心．86MPed下，非根 系导水阻力（包括土壤导水阻力和根土界面导水阻力）随容重的增大而减小，而 在高土壤基质势下几乎是一定值。水分胁迫和高机械阻力都使根系导水率沏f）降 低。水分胁迫可能是迈过促使根的内外皮层木质化和栓质化槽加导水阻力，机械 阻力则是通过憎加根直径，因为Lpf与根直径呈较好的负相关关系阻勺刃．g3卜根 系导水阻力占土根系统导水阻力的80％以上，因此根系导水率是决定根系吸水能 力的关键。 6．升压和降压过程根系导永串的差异及其可能的生理意义在用压
穆心愿[2]2016年在《耕作方式与秸秆还田对黄淮潮土性质及小麦玉米生长的调控效应》文中研究说明土壤是人类进行农业生产活动的重要物质基础,作物产量的获得和农业的可持续发展依靠良好的土壤环境。国家玉米产业技术体系调查发现,耕层浅薄、结构紧实已经成为限制我国黄淮海冬小麦-夏玉米一年两熟区作物产量的关键因素。目前,改进耕作方式创造一个深厚疏松的土壤环境、提高土壤肥力是缓解农田土壤紧实、提高粮食产量的重要途径之一。本试验采用土壤耕作和秸秆还田相结合的方法,设置2个因素:耕作方式和秸秆处理方式,研究深松(深耕)和秸秆还田对土壤理化性质和作物生长发育的影响,以期为缓解农田土壤紧实、提高土壤质量、增加作物产量提供理论与技术依据。耕作方式为主区,设置有3个耕作方式:常规旋耕(RT,深度15cm),深翻(DMP,深度30 cm)和深松(CP,深度30 cm);秸秆处理方式为副区,设有秸秆全量还田(AS)和秸秆不还田(NS)2个处理方式。共设置6个处理:常规旋耕+秸秆还田(RT+AS)、常规旋耕+秸秆不还田(RT+NS)、深翻+秸秆还田(DMP+AS)、深翻+秸秆不还田(DMP+NS)、深松+秸秆还田(CP+AS)和深松+秸秆不还田(CP+NS)。主要研究结果如下:1、土壤机械耕作可改善土壤结构,秸秆还田可提高土壤肥力。耕作措施和秸秆均能改变土壤物理化学性状,但它们对土壤结构和土壤肥力的影响程度不同。深翻或深松能显着改善土壤结构,提高养分有效性,影响土壤有机质和全氮在耕层中的分布,但对土壤有机质和全氮储量没有显着影响;秸秆还田对土壤容重和孔隙度无显着影响,但显着提高了土壤养分含量及养分总储量。与RT相比,DMP和CP处理显着降低了 10-30 cm 土层土壤容重和10-40 cm 土层土壤紧实度,提高了 10-30 cm 土层土壤孔隙度,且DMP的效果好于CP。在叁种耕作方式中,以CP的储水保水能力最好。相比于RT,DMP和CP提高了土壤养分有效性,增加了下部耕层土壤养分含量,如有机质、全氮、速效磷和速效钾含量,但耕作方式间耕层总有机质和全氮储量无显着差异。秸秆还田对土壤容重和孔隙度无显着影响,但显着提高了耕层土壤水分含量,进而降低了土壤紧实度。同时,秸秆还田不仅显着提高了 0-20 cm 土层土壤有机质、全氮、碳氮比、速效磷和速效钾含量,也显着提高了耕层土壤总有机质和全氮储量。在六个处理中,DMP+AS组合的土壤容重和紧实度最小、孔隙度最高,CP+AS组合的土壤含水量和储水量最高,两种耕作措施组合均显着提高了耕层土壤有机质、全氮、速效磷和速效钾含量及总有机质和全氮储量。2、增加耕作深度和秸秆还田均能增加作物根量、改善根系功能。与RT相比,DMP处理下小麦和玉米0-100 cm 土层中总根量分别增加了 13.56%和17.93%,CP处理下分别增加了 13.84%和18.43%。DMP和CP改善了土壤结构,促进了作物根系生长及下扎,显着提高了小麦0-70 cm 土层中的根重密度和根长密度以及玉米0-60 cm 土层中的根重密度和根长密度。相较于RT,DMP和CP均提高了小麦和玉米根系活力,增加了根系伤流量及K、P、NH4+和NO3-离子养分的输送速率,促进了 NPK等元素的吸收和转运。秸秆还田亦提高了小麦和玉米根量,分别平均增加10.84%和8.87%。由于小麦季和玉米季秸秆还田方式的不同,使得小麦和玉米根系在土层中的空间分布模式不同。与NS相比,AS(秸秆翻埋还田)显着提高了 0-60cm 土层小麦根重密度和根长密度,而对60 cm以下小麦根系无显着影响;AS(结秆覆盖还田)显着提高了玉米0-30 cm 土层的根重密度和根长密度,却显着降低了 30-50 cm 土层根重密度和根长密度,而50 cm以下土层玉米根系处理间无显着差异。这可能与玉米季小麦秸秆覆盖还田提高了上层土壤水分含量有关。秸秆还田提高了小麦根系TTC还原强度和根系伤流量,增加了 K、P、NH4+和N03-等离子养分的输送速率,促进了离子元素的吸收和运输。小麦秸秆覆盖还田显着提高了玉米0-10cm 土层根腐病发生率,降低了玉米根系活力(TTC还原强度),但提高了根系伤流量,增加了 K、P、NH4+和N03-等离子养分的输送速率。另外玉米根系伤流量及离子输送速率与根系TTC还原强度无显着相关性,但与根量呈显着正相关。这说明,根系TTC还原活力并不是影响根系吸收输送养分功能的主要因素,根量才是。六种耕作措施组合中,CP+AS和DMP+AS均能增加作物根量、提高作物根系吸收及运输养分能力,为地上部生长发育及作物高产奠定基础。3、增加耕作深度和秸秆还田均可以延缓植株后期衰老、提高作物叶片光合性能。本试验中,耕作方式和秸秆还田对小麦出苗率无显着影响,但对小麦分蘖能力、LAI及生育后期旗叶SPAD、光合速率、叶片衰老进程等均有显着影响。增加耕作深度和秸秆还田均能提高小麦分蘖能力及分蘖成穗率、增加群体数量,提高小麦群体LAI、并减缓生育后期LAI下降速度,提高生育后期旗叶SPAD及净光合速率,提高生育后期旗叶SOD、POD和CAT酶活性,并减缓生育后期保护酶活性下降速率和MDA含量的积累,减缓叶片衰老进程。与RT+NS相比,DMP+AS和CP+AS处理下小麦最大分蘖数分别提高了 15.48%和20.11%,分蘖成穗率分别提高了 4.24%和2.47%,生育后期群体LAI分别平均提高了 15.62%和19.28%,旗叶SPAD值分别平均提高了 15.03%和14.20%,旗叶净光合速率分别平均提高了 32.64%和32.37%,旗叶SOD、POD和CAT酶活性分别平均提高了 16.25%、23.11%、17.68%和 15.06%、18.27%、17.05%,而旗叶 MDA 含量分别平均降低 24.12%和 23.50%。.耕作方式和秸秆还田对玉米出苗率、株高、穗位高和单株叶片数无显着影响,但对玉米茎粗、叶片长度和宽度、群体LAI及灌浆期穗位叶SPAD、光合速率、叶片衰老进程等均有显着影响。增加耕作深度和秸秆还田均能增加植株茎粗,提高叶片平均长度和宽度,提高玉米群体LAI、并减缓生育后期LAI下降速度,提高生育后期穗位叶SPAD及净光合速率,提高生育后期穗位叶SOD、POD和CAT酶活性,并减缓生育后期保护酶活性下降速率和MDA含量的积累,减缓叶片衰老进程。与RT+NS相比,DMP+AS和CP+AS处理下玉米茎粗分别提高了 11.52%和11.73%,平均叶长和叶宽分别提高了 5.84%、8.17%和8.57%、10.49%,生育后期群体LAI分别平均提高了 17.35%和18.58%,穗位叶SPAD值分别平均提高了 7.79%和8.51%,穗位叶净光合速率分别平均提高了30.99%和 31.37%,穗位叶 SOD、POD 和 CAT 酶活性分别平均提高了 13.16%、22.40%、12.42%和11.17%、22.50%、11.75%,而穗位叶MDA含量分别平均降低17.41%和19.37%。4、增加耕作深度和秸秆还田均能促进植株养分吸收和干物质积累。耕作方式和秸秆还田显着影响了作物养分吸收和干物质积累量,养分和干物质转移率和养分利用效率。对冬小麦而言,与RT+NS相比,DMP+AS和CP+AS处理显着提高了小麦生育中后期N、P、K吸收量和干物质积累量,增加了花前储存N、P、K养分和干物质的转移量但减少了转移率,提高了花后N、P、K养分和干物质的同化量及对籽粒的贡献率,降低了籽粒N、P、K养分利用率却提高了肥料偏生产力。就夏玉米而言,与RT+NS相比,DMP+AS和CP+AS处理显着提高了玉米生育中后期N、P、K吸收量和干物质积累量,减少了花前储存N、P、K养分和干物质的转移量及转移率,提高了花后N、P、K养分和干物质的同化量及对籽粒的贡献率,降低了籽粒N、P、K养分利用率却提高了肥料偏生产力。5、增加耕作深度和秸秆还田均能提高作物产量。本试验条件下,增加耕作深度和秸秆还田对小麦和玉米灌浆特性有一致的影响,即提高了灌浆速率和延长了灌浆持续期,最终得到较高粒重。本试验条件下,耕作方式和秸秆还田对小麦产量构成要素穗粒数无显着影响,但显着影响了有效穗数及千粒重。增加耕作深度和秸秆还田均显着提高了小麦有效穗数和千粒重。说明该试验条件下,有效穗数和千粒重可能是冬小麦产量提高的最直接原因。由小麦产量分析可知,CP+AS还田处理小麦籽粒产量最高,叁年平均为9.76t·hm-2,DMP+AS处理次之,叁年平均为9.62t.hm-2,RT+NS处理最低,叁年平均为8.86 t.hm-2;CP+AS和DMP+AS小麦籽粒产量比RT+NS分别提高了10.16%和 8.58%。耕作方式和秸秆还田对玉米产量构成要素穗行数和秃尖长无显着影响,但对穗长、穗粗、行粒数、百粒重和穗粒数有显着影响。增加耕作深度和秸秆还田均可以提高玉米穗长、穗粗、行粒数、百粒重和穗粒数。本试验条件下,穗粒数和百粒重可能是夏玉米产量提高的最直接原因。由玉米产量分析可知,CP+AS处理玉米籽粒产量最高,叁年平均为8.65t·hm-2,DMP+AS处理次之,叁年平均为8.50t·hm-2,RT+NS处理最低,叁年平均为7.67t·hm-2;CP+AS和DMP+AS玉米籽粒产量比RT+NS分别提高了 12.81%和10.86%。从小麦玉米周年产量分析,各处理中,CP+AS组合的周年产量最高,其次是DMP+AS组合,二者差异不显着,RT+NS组合周年产量最低。CP+AS和DMP+AS处理比RT+NS处理分别平均增产 10.91%和 8.33%。
王新兵[3]2014年在《深松耕作对土壤理化特征及玉米根系空间分布的调控效应》文中认为为研究深松耕作对土壤水热特征、玉米根系空间分布及产量的调节效应，本试验设置免耕、浅旋耕作及条带深松耕作叁种土壤耕作方式，设定低、中、高叁个种植密度，运用小立方原位根土取样器，根据“3D monolith”方法对土壤与根系进行取样，分析土壤水热特征与根系在土壤中的空间分布特征，明确玉米根系与土壤水分的空间分布规律及其协调性对玉米产量的调控机理。研究结果表明：（1）深松耕作打破土壤犁地层(20-30cm)，显着降低0-30cm土层处的土壤容重0.05-0.16g/cm3；浅旋耕作显着降低0-20cm土层处的土壤容重0.05-0.09g/cm3。深松耕作土壤具有较高的土壤含水量，主要增加了犁底层以下(30-50cm)的土壤含水量：与浅旋耕作的土壤相比，0-50cm土层的土壤含水量提高20.18%左右；与免耕处理的土壤相比，0-20cm土层处的土壤含水量略低，但20-50cm土层处的土壤含水量显着增加7.14%左右；土壤水分在空间中呈现“植株中心含量低、植株周围含量高”的分布状态；植株生长中心及根长密度大的土壤区域含水量显着降低，即根系集中区域出现明显的水分耗竭区域，但深松耕作显着减小下层土壤水分的耗竭区域；土壤深松耕作对土壤含水量的增加幅度随深松耕作时间的前移而增加。（2）深松耕作土壤中根系长度显着大于免耕与浅旋耕作的根系长度，促进根系向下层土壤中生长；对不同土层中根长密度分析可知，深松耕作显着增加20-50cm土层中的根长密度，增幅为10.6%-12.6%；随着与植株中心距离的增加，0-20cm土层中的根长密度呈指数降低的趋势，在20-30cm土层中，根长密度无显着变化；并且，深松耕作显着增加植株中心的根长密度；在高密度种植条件下，单株根系长度显着下降，但群体根长密度却没有显着变化，群体根系的空间分布发生显着变化：植株中心的根长密度显着降低，植株之间的根长密度显着增加；深松耕作显着提高密植玉米下层土壤中根长密度，减轻上层根系的“拥挤”现象。（3）对土壤进行深松耕作，显着增加根系与地上部的干物质积累，并且对地上部干物质的增加幅度大于对根系干物质的增加幅度，增加冠根比；随种植密度的增加，植株冠根比呈增加的趋势。对土壤进行深松耕作后，与浅旋耕作相比，产量的增加幅度为6.9%，与免耕处理相比，产量的增加幅度为12.5%；相对于低密度种植，高密种植能提高产量7.82-10.72%；对产量构成分析可知，深松耕作显着增加穗粒数与千粒重，高密种植显着增加穗数，因此在高密度条件下进行深松耕作进一步提高产量的重要措施。
郑存德[4]2012年在《土壤物理性质对玉米生长影响及高产农田土壤物理特征研究》文中研究表明作物高产不但需要土壤有充足的养分供给,还要求土壤有水、气、热相协调的物理环境条件。近二、叁十年来,由于玉米生产中采取长年连作、旋耕、单施化肥、少施或不施有机肥,导致土壤质量严重下降,表现为：土壤板结,耕层浅、容重大、结构性差等。尽管目前有关土壤物理性质与作物生长的定性关系已经非常明确,但是在不同土壤类型上,不同作物生长适宜土壤物理性质的定量关系研究还非常欠缺。本文首先通过大田研究了高产玉米田土壤物理特征,然后以棕壤为试验材料,通过盆栽与大田小区试验的方法,进一步研究了容重、孔隙度、耕层厚度等土壤物理性质对玉米生长的影响。研究结果将对高产稳产农田建设具有重要的理论意义,对农业生产实践具有重要的参考价值。研究结论如下：1.通过玉米田调查发现,产量>750公斤/亩的玉米田,有90%的地块耕层、犁底层厚度分别在20～25cm、7-10cm之间；耕层容重、硬度分别在1.30-1.33g cm-3与3.1～5.1Kg cm-2范围；耕层土壤总孔隙度、通气孔隙度分别介于50%-52%、10%～15%之间；耕层土壤的水稳性团聚体含量在20%以上,团聚体的水稳性系数在25%以上。产量450～750公斤/亩的玉米田,有90%的地块耕层、犁底层厚度分别在16～19cm、10～16cm之间；耕层容重、硬度分别在1.33～1.38g cm-3与5.5～7.5Kg cm-2范围；耕层土壤总孔隙度、通气孔隙度分别介于41%-44%、8%-12%之间；耕层土壤的水稳性团聚体含量小于18%,团聚体的水稳性系数小于22%。2.通过不同耕层厚度处理的小区试验研究结果发现,耕层厚度在10-50cm范围内,随着耕层厚度增加,玉米地上、地下部位生长都有不同程度的增加,对叶绿素、光合特性没有影响。当耕层厚度＞30cm时,株高、茎粗增长不明显,平均增加10%左右,同时,其他玉米生长指标增加幅度也较小。盆栽结果表明,当耕层深度小于15cm时,总根量下降,表层根系分布比例增加10%-20%,表现为根系补偿；当耕层深度大于30cm时,不同处理对根总生长量无显着影响,综合小区试验结果可知,适宜玉米生长的耕层厚度为20～30cm,耕层厚度再增加对玉米生长促进作用减少,经济性下降。3.通过不同容重处理的盆栽试验研究结果发现：1)利用有机质含量为13.79g Kg-1的棕壤进行1.1～1.4g cm-3不同的容重处理,结果容重均从播种到出苗期迅速增高,之后的整个生育期缓慢升高,但在灌浆期略有下降。1.1和1.2g cm-3容重处理在玉米生育期分别稳定在1.26～1.31g cm-3和1.28～1.33g cm-3之间。1.3和1.4g cm-3容重处理则分别稳定在1.34-1.38g cm-3和1.43-1.45g cm-3之间。说明有机质含量低的土壤耕作后低容重很难保持,均会大幅度增高。2)土壤总孔隙度对玉米根系生长有极大的影响。当总孔隙度为49.9%-51.2%时,玉米根系生长指标极显着高于低孔隙度处理；当总孔隙度低于48%时,随着孔隙度的减少,根系生长指标虽然呈减少趋势,但总孔隙度的影响不显着。不同孔隙度对根系活力有影响,根系活力在灌浆期前都呈上升趋势,总孔隙度>49.9%时影响不显着,当总孔隙度低于48%时,根系活力极显着下降。3)叶绿素含量在玉米生育期内始终增长,不同通气孔隙度处理对叶绿素含量的影响从拔节期后极显着。光合速率与容重、胞间二氧化碳浓度呈负相关,与气孔导度呈正相关。当通气孔隙度在8.6%-11.0%范围时,玉米光合效率较高。4)容重对玉米根、茎、叶中N、P、K元素的吸收与积累影响显着(P<0.05),随设计容重增加,在相同生育期同一玉米生理部位同一元素的积累下降,除根茎中K含量随生育期先下降后上升外,其它元素在玉米生育期都表现为下降,这种结果的累积效应导致容重1.1、1.2处理产量极显着高于容重1.3、1.4处理(P<0.01)。1.26～1.33g cm-3处理各项指标差异较小,是玉米生长适宜的土壤容重范围。5)土壤有机质含量小于1.5%时制约玉米生长,有机物料含量为3%-5%时,显着提高了土壤的总孔隙度(增加9%左右)、通气孔隙度(增加40%-50%)、田间持水量(增加9%-30%),显着降低了容重(降低5%-12%)。低容重(1.2g cm-3)土壤有机物料增加到3%,高容重(1.4g cm-3)土壤有机物料增加4%时,土壤物理指标较好,达到玉米高产所需的物理条件。4.综合大田调查、小区及盆栽试验,高产玉米田的土壤物理特征应该满足耕层厚度在20～30cm之间,总孔隙度、通气孔隙度分别在50%-51.2%、10%-11%的范围,在玉米整个生育期容重稳定在1.26～1.33g cm-3范围。
焦彩强[5]2008年在《集约化生产模式下耕作对土壤物理性质的影响及效应分析》文中指出针对现代集约化农作区土壤长期处于高度的生产负荷状态,轮作休闲、深翻晒田和有机肥施用等养地措施得不到施行,土壤质量发生了明显的变化,制约了作物根系延伸,降低了土壤的抗逆性能等问题,本研究在陕西关中头道塬上开展了不同耕作模式条件下土壤坚实度、主要根区土壤空气质量、土壤水分状况、温度变化特征以及作物根系分布特征等问题研究,意在查明长期集约化耕作模式下农田土壤物理性质演变规律及其效应的研究,为当前生产和土壤管理制度的可持续性评估提供科学依据,同时对于寻求更为科学的土壤管理和利用措施有极为重要的科学价值。获得了如下主要研究结果:1.耕作模式对于土壤CO_2释放和土壤空气中CO_2通量有着一定影响(1)旱地农田在小麦生育期间土壤CO_2释放通量过程呈现出明显阶段特征。以播种后秋季为最高、竖年4月初小麦拔节-孕穗期为第二次峰值,在小麦越冬期和成熟期为两个低谷值。旋耕和深耕对土壤CO_2释放通量的作用效应在休闲田有明显的反应。玉米生育期间土壤CO_2释放通量变异特征因耕作和作物种植制度有显着差异。(2)小麦生育期间旱地农田主要根区范围土壤剖面CO_2释放通量始终呈现出由下层向上层递减梯度特征;旱地土壤剖面CO_2通量梯度与有机物质含量梯度完全不同,证实土壤水热条件以及物理状态是左右土壤空气质量的主导因子。不同的耕作模式影响到土壤剖面上CO_2通量的变异过程。一般旋耕处理土壤内部CO_2通量比深耕处理高,其变化过程也比深耕处理相对平缓。(3)土地利用情况、耕作模式都影响到土壤CO_2的累计释放量。小麦生育期间土壤CO_2累计释放总量总是以旋耕>深翻,种植作物区>休闲,以旋耕种小麦田CO_2累计释放总量为最大,以深耕休闲处理为最低。2.耕作模式影响到作物生育期间土壤的紧实度。(1)不同的耕作模式明显地影响到作物主要根区0~40cm范围内土壤的紧实度。旋耕只能使表层0~15cm土层相对较为疏松,但15~40cm土层土壤紧实度明显的高于表层,根据前人提出有关评价指标初步认为,该层土壤紧实度已经达到了制约根系延伸的水平。旋耕使得土体紧实化的现象表现得较为明显。证实现代旋耕模式使得土壤质量具有不可持续的基本观点。在小麦整个生育期基本上都保持着深耕松土的效应。(2)土壤紧实度与质地类型(粘粒含量)、有机质含量和土壤含水量有很密切的关系。在土壤质地类型一定、土壤有机质贫乏土壤中,土壤含水量是影响紧实度主要因素。深翻和旋耕,种植作物与休闲,土壤水分状况差异是决定土壤紧实度差异的主要原因。3.土壤耕作模式影响的土壤其它物理性状。(1)土壤耕作模式影响土壤温度的变异幅度。深翻松土增加土壤温度的相对稳定性。(2)长年集约化机械耕作在土壤形成了一个紧实的犁底层,对土壤团聚体的稳定性有很大的影响,深翻耕作可以改善0~20cm耕层土壤团聚体的稳定性,对干旱地区有效利用降水有重大的作用,同时表层土壤团聚体稳定性高可以减少水土流失,对保护西北地区生态环境有重要作用。4.土壤耕作模式影响到作物根系生长长年的旋耕对土壤的物理性质的影响,对作物生长产生了不利的影响,影响了作物的水分利用效率降低。旋耕底层紧实化,使作物根系生长受到严重机械胁迫,当土壤含水量很小时更为严重,影响到根系生长的形状,使根系不能向纵深伸展,严重影响了作物的产量,这与集约化生产的目的相悖。深翻可以明显的增加作物生物产量和经济产量。
张玉娇[6]2018年在《黄土旱塬麦玉轮作田长期保护性轮耕与施肥的培肥增产效应试验与模拟》文中研究说明黄土旱塬是我国典型雨养旱作农业区,水分不足是限制其植被恢复和农业产业发展的主要因素。该地区盛行的“冬小麦→春玉米”一年一熟轮作制与翻耕和耙耱结合的农田耕作法,促使土壤的熟化作用增强,土壤蒸发量增加,导致水土流失严重,作物产量低而不稳。以作物休闲期秸秆覆盖免耕和深松为主的保护性耕作技术,能有效减少耕层土壤扰动量,增加地表覆盖物和土壤有机质含量,促进自然降水多蓄少耗,提高作物产量,同时能减轻水土流失威胁,维护和改善耕地质量,是黄土旱塬旱作农田蓄水保墒、培肥地力和增产节本的重要技术措施之一。但长期单一保护性耕作方式亦会导致土壤紧实,病虫草害难以控制,农田低产等不良影响。土壤轮耕通过合理配置土壤耕作技术措施,将翻、旋、免等土壤耕作措施进行合理的组合与配置,对于减少长期单一耕作缺点具有重要的作用。受大田试验技术条件和试验周期过长等因素的限制,对黄土旱塬旱作农田不同保护性耕作模式下作物产量、土壤水分和培肥效应的长期定位观测试验研究不足。WinEPIC模型能够对作物产量、土壤水分利用特征和土壤养分演变规律等进行长周期定量模拟。为分析和评价不同施肥及保护性轮耕模式下旱作农田的增产增收效应、土壤蓄水保墒和培肥效应,本研究在陕西省合阳县西北农林科技大学试验站设置长期定位试验,共设置平衡施肥(BF)、低肥(LF)、常规施肥(CF)叁种主处理,免耕(NT)、深松(ST)、翻耕(CT)、免耕/深松轮耕(NS)、深松/翻耕轮耕(SC)、翻耕/免耕轮耕(CN)、免耕/免耕/深松轮耕(NNS)、免耕/翻耕/深松轮耕(NCS)、翻耕/翻耕/深松轮耕(CCS)9种耕作副处理。本文结合长期定位试验(2007-2017年)与长期模拟试验(1980-2016年),研究了不同保护性连耕、轮耕模式和施肥水平下麦玉轮作田产量和土壤水分变化规律以及土壤培肥规律。研究取得的主要结论如下:1.不同施肥条件下麦玉轮作田蓄水增产与土壤培肥效应在2007-2017年试验研究期间,不同施肥条件下以低肥处理(LF)休闲期蓄水效果较好,其休闲期平均土壤含水量达420.4 mm。在春玉米→冬小麦生产进程中,低肥处理土壤水分较优,能有效地为作物生长提供更多土壤水分。而平衡施肥(BF)和常规施肥(CF)则在提高作物生育期耗水量的前提下,提高麦玉轮作田作物产量和WUE。平衡施肥在减少氮磷肥的条件下,增施适量钾肥,有效地保证作物稳产增产,保证其经济收益;其小麦和玉米平均产量分别为5077 kg ha~(-1)和7057 kg ha~(-1),年平均经济收益为5611元ha~(-1)。在秸秆还田的前提下,不同施肥处理麦玉轮作田的土壤养分和土壤结构均有所改善。其中以平衡施肥的土壤团聚体、有机碳和全氮含量均较高;其土壤全效养分(N、P、K)和速效养分剖面分布较为合理,是该地区较优的施肥模式。在黄土旱塬长期麦玉轮作田适宜的施肥量为N:150 kg ha~(-1),P_2O_5:120 kg ha~(-1),K_2O:90 kg ha~(-1)。2.不同保护性连耕条件下麦玉轮作田蓄水增产与土壤培肥效应本试验研究期间,不同连耕条件下以免耕(NT)处理休闲期蓄水效果较好,其休闲期平均土壤含水量达397.7 mm。在春玉米→冬小麦生育期,免耕的土壤水分较优,能有效地为作物生长提供更多土壤水分。而翻耕(CT)和深松(ST)则在提高作物生育期耗水量的前提下,提高麦玉轮作田作物产量和WUE。但由于深松和翻耕处理的高投入及翻耕处理产量的不稳定性,免耕处理的经济收益较高,平均值为5543元ha~(-1)。在整个试验进程中,深松有效改良土壤结构,降低土壤容重,提高土壤孔隙度,增加土壤团聚体含量。保护性连耕均在一定程度上培肥农田土壤,但长期免耕条件导致农田土壤表层养分富集,土壤深层养分较低,而翻耕则土壤表层养分较低;深松能有效改善免耕的土壤养分富集和翻耕表层养分较低的现象,促使土壤养分分布均匀。长期保护性连耕条件下,深松能有效蓄存土壤水分,提高作物产量,有效培肥土壤,是黄土旱塬地区较优的保护性连耕模式。3.两年轮耕模式下麦玉轮作田蓄水增产与土壤培肥效应在麦玉轮作田休闲期,不同轮耕条件下以翻耕/免耕轮耕(CN)土壤蓄水效果较好,休闲期平均蓄水量为385.8 mm。在春玉米→冬小麦生育期,免耕/深松(NS)和翻耕/免耕轮耕土壤水分较优,能有效地为作物生长提供更多土壤水分。翻耕/免耕轮耕作物生育期耗水量较高,其轮作产量和WUE也高于其他处理。且翻耕/免耕轮耕投入较低,产量稳定,经济收益较高,平均值为6254元ha~(-1)。在整个试验进程中,免耕/深松和深松/翻耕(SC)轮耕有效降低土壤表层容重(0-20 cm),而翻耕/免耕轮耕有效降低土壤深层容重(20-60 cm),提高土壤孔隙度;在表层土壤0-10 cm,免耕/深松轮耕显着提高土壤团聚体含量,而在10-40 cm土层则以深松/翻耕和翻耕/免耕轮耕改善土壤结构效果较好。不同轮耕处理均在一定程度上培肥农田土壤,其中以深松/翻耕轮耕土壤有机碳和全氮含量较高,分别为9.7 kg m~(-3)和1.1 kg m~(-3);深松/翻耕和翻耕/免耕轮耕土壤全效养分(N、P、K)和速效养分剖面分布较为合理。翻耕/免耕轮耕处理产量、土壤蓄水和土壤培肥综合效应较好,是黄土旱塬适宜的两年轮耕模式。4.叁年轮耕模式下麦玉轮作田蓄水增产与土壤培肥效应在叁年轮耕条件下,以免耕/免耕/深松(NNS)轮耕休闲期蓄水效果较好,其休闲期平均蓄水量为402.9 mm。在春玉米→冬小麦生产进程中,免耕/免耕/深松和免耕/翻耕/深松(NCS)轮耕的土壤水分较优,能有效地为作物生长提供更多土壤水分。而翻耕/翻耕/深松(CCS)轮耕则在提高作物生育期耗水量的前提下,提高麦玉轮作田作物产量。其中小麦以NCS和CCS轮耕产量较高,其平均值分别为5169 kg ha~(-1)和5168 kg ha~(-1),WUE以NNS较高,平均值分别为15.9 kg ha~(-1) mm~(-1)。玉米产量以CCS轮耕较高,为7768 kg ha~(-1),WUE以NCS轮耕较高,平均值分别为21.5 kg ha~(-1) mm~(-1)。但由于免耕/翻耕/深松轮耕的低投入和产量稳定性,其经济收益较高,平均值为6245元ha~(-1)。在整个试验进程中,免耕/翻耕/深松轮耕有效改善土壤结构,降低土壤容重,提高土壤孔隙度和团聚体含量。不同轮耕处理均在一定程度上培肥农田土壤,其中以免耕/翻耕/深松和翻耕/翻耕/深松轮耕土壤有机碳和全氮含量较高,其中NCS轮耕处理土壤全效养分(N、P、K)和速效养分剖面分布较为合理。NCS轮耕处理产量、土壤蓄水和土壤培肥综合效应较好,是该地区较优的叁年轮耕模式。5.不同耕作模式下麦玉轮作田蓄水增产与土壤培肥效应比较在长期定位试验研究期间(2007-2017年),不同耕作模式下以免耕/翻耕/深松(NCS)轮耕休闲期蓄水效果较好,其平均土壤蓄水量为393.7 mm。在春玉米→冬小麦生产进程中,翻耕/免耕(CN)轮耕的土壤水分较优,能有效地为作物生长提供更多土壤水分。而翻耕/免耕(CN)和免耕/翻耕/深松(NCS)轮耕则在提高作物生育期耗水量的前提下,提高麦玉轮作田作物产量。冬小麦产量和WUE以翻耕/免耕(CN)轮耕较高,分别为5221kg ha~(-1)和15.5 kg ha~(-1) mm~(-1)。而春玉米产量和WUE则以免耕/翻耕/深松(NCS)轮耕较高,分别为7597 kg ha~(-1)和21.5 kg ha~(-1) mm~(-1)。但由于免耕/翻耕/深松轮耕的高投入,而翻耕/免耕轮耕经济投入较低,其经济收益也较高,平均值为6254元ha~(-1)。在整个试验进程中,CN轮耕有效改善土壤结构,降低土壤容重,提高土壤孔隙度。而土壤团聚体含量则以NCS轮耕处理较高。不同耕作处理均在一定程度上培肥农田土壤,其中以免耕/翻耕/深松和翻耕/免耕轮耕土壤有机碳和全氮含量较高,CN轮耕处理土壤全效养分(N、P、K)和速效养分剖面分布较为合理。翻耕/免耕轮耕处理产量、土壤蓄水和土壤培肥综合效应较好,是该地区较优的耕作模式。6.不同施肥及轮耕模式下麦玉轮作田蓄水增产与土壤培肥效应在长期定位试验研究期间(2007-2017年),不同施肥及轮耕条件下以低肥免耕(LNT)条件下休闲期蓄水效果较好,其平均土壤蓄水量为403.2 mm。而不同施肥及耕作处理作物生育期耗水量则无显着差异,但以常规施肥翻耕处理(CCT)耗水量较高。冬小麦产量和WUE以常规施肥翻耕/免耕(CCN)处理较高,分别为5440 kg ha~(-1)和15.2 kg ha~(-1) mm~(-1)。而春玉米产量和WUE则以平衡施肥翻耕/免耕(BCN)处理较高,分别为7433 kg ha~(-1)和21.1 kg ha~(-1) mm~(-1)。由于平衡施肥和翻耕/免耕的高产稳产性,其经济收益也较高,平均值为6254元ha~(-1)。在整个试验进程中,平衡施肥翻耕/免耕有效提高土壤团聚体含量,改善土壤结构。不同施肥及保护性轮耕均在一定程度上培肥农田土壤,其中以平衡施肥翻耕/免耕土壤有机碳和全氮含量较高,其土壤全效养分(N、P、K)和速效养分剖面分布较为合理,是该地区较优的施肥及轮耕模式。7.不同施肥及轮耕模式下麦玉轮作田蓄水增产与土壤培肥效应长期模拟在1980-2016年试验研究期间,不同施肥及轮耕条件下以低肥免耕条件下休闲期蓄水效果较好,能有效地为作物生长提供更多土壤水分,其平均土壤有效含水量为290.1mm。而不同施肥及耕作处理作物生育期耗水量以常规施肥翻耕耗水量较高,平均值为397.8 mm。试验期间,麦玉轮作田作物产量、WUE和经济效益以常规施肥翻耕/免耕轮耕较高,分别为5.65 t ha~(-1)、14.59 kg ha~(-1) mm~(-1)和6878元ha~(-1)。不同施肥及保护性轮耕均在一定程度上培肥农田土壤。在整个试验进程中,其中以平衡施肥翻耕/免耕轮耕土壤有机碳含量较高,平均值为8.47 kg m~(-3)。经过长期试验,麦玉轮作田0-300 cm土壤有效含水量逐渐减少,以CCT处理土壤水分水分消耗速度较快,平均每个作物轮作季减少20.4 mm。本试验中,CCN处理作物产量和经济效益较好,但其土壤水分消耗量较大,土壤深层水分消耗较多,不利于该地区土壤水分恢复,而平衡施肥既高产,土壤水分消耗水平也接近于低肥,其中以平衡施肥翻耕/免耕轮耕是该地区较优的施肥及轮耕模式。
张海林[7]2001年在《华北平原麦玉两熟区覆盖免耕土壤—作物系统农田耗水与调控》文中进行了进一步梳理针对华北平原夏玉米生产中因旱涝威胁导致产量低而不稳的的问题,于1997-2000 年在山东禹城(地下水埋深较浅)和河北景县(地下水埋深较深)两个地区采用土壤物理学、作物生理学等方法对覆盖免耕田耗水特征进行了研究,在此基础上结合生产调查初步探讨了覆盖免耕夏玉米田的水分调控问题。研究结果主要表现在几方面:1.覆盖免耕形成了与常规耕作不同的农田耗水特征。(1)从夏玉米耗水总量看,免耕并没有大幅度减少夏玉米的耗水量,不同耕法间差异不显着,1997-2000 年平均结果免耕比翻耕少耗水14mm。(2)从耗水组成看,免耕由于秸秆覆盖减少了太阳的直接辐射,降低了地温,加之有效持水孔隙增加,所以蒸发减少; 免耕夏玉米具有较强的“源、库”,所以增加了蒸腾耗水,所以,免耕有效地减少了蒸发量,增加了夏玉米蒸腾量,变无效耗水为有效耗水,即非生产性的水分消耗减少,而生产性耗水增加。(3)从土壤蒸发与蒸腾的阶段组成看,免耕减少土壤蒸发作用主要在夏玉米生育前期,即地表裸露程度高的时期,效果较为显着,而后期随着夏玉米地上部冠层逐渐覆盖住地面后,抑制土壤蒸发的也随之减弱; 免耕田夏玉米蒸腾耗水的增加主要表现在夏玉米生长的中后期。免耕降低了土壤蒸发的比例,提高了蒸腾耗水的比例,这样就有可能减少灌水次数或灌水定额而充分利用土壤水分,增加作物产量,提高作物水分利用效率。(4)从产量和水分利用效率看,免耕一般可增产10%以上,水分利用效率提高了15%左右。如果以翻耕WUE 为标准获得与免耕同样的产量则翻耕比免耕多耗水52mm,如果以铁茬WUE 为标准,则铁茬比免耕多耗水33.89mm,节水效果显着。2.覆盖免耕夏玉米田的水分调控问题。根据覆盖免耕土壤-作物系统夏玉米田的水分特征和华北平原降雨特点,按照不同的水分生产管理目标试将华北平原分为夏玉米高产区、中产区和低产区,提出了水分调控的技术措施。高产区以高产和高水分利用效率为目标,并结合实际降雨情况进行适水调控,确保夏玉米全生育期的水分需求,特别要注意加强免耕夏玉米后期水分管理。中产区以保证夏玉米稳产和较高的水分利用效率为目标,减少灌水次数,保证夏玉米的关键时期的供水并结合降雨情况适水调控。低产区以保证夏玉米的苗期与拔节期的“救命水”为目标,在加强水分管理的同时,还应考虑加强水利设施的建设,提高抗旱能力。覆盖免耕减少了土壤蒸发,具有较优越的土壤水分状况,同时增加了作物蒸腾,在一定程度上缓解了因降雨分配不均导致夏玉米需水与土壤供水的矛盾,提高了作物产量和水分利用效率。覆盖免耕栽培是解决夏玉米高产和稳产,提高水分利用效率的有效措施。
刘战东, 张凯, 米兆荣, 秦安振, 黄超[8]2019年在《不同土壤容重条件下水分亏缺对作物生长和水分利用的影响》文中指出为探究不同土壤容重和不同程度水分亏缺条件下冬小麦-夏玉米生长指标及产量的变化。采用桶栽土培法,分别设置3种土壤容重(1.2,1.4,1.6 g/cm~3)和3个土壤水分控制下限(低水分50%田间持水量、中水分60%田间持水量和高水分70%田间持水量),研究不同土壤容重和水分亏缺对冬小麦—夏玉米根系、生长指标、耗水量、产量和水分利用的影响。结果表明:随水分亏缺程度的加剧,冬小麦和夏玉米生长指标、生物量、耗水量和产量均呈降低趋势。随土壤容重增加,冬小麦生物量和产量呈先升高再降低的趋势,冬小麦耗水量和水分利用效率呈降低趋势;而夏玉米产量、耗水量和水分利用效率均呈降低趋势。试验中,1.4,1.2 g/cm~3分别为冬小麦和夏玉米生长的最适土壤容重。土壤容重与水分处理互作对夏玉米株高、耗水量和水分利用效率有极显着影响,而对冬小麦和夏玉米生物量及产量无显着影响。研究结果可为黄淮海地区作物绿色增产增效及水土资源高效利用提供理论参考。
王群[9]2010年在《土壤紧实胁迫对玉米根土系统及其生长发育的影响》文中研究说明本文于2007-2009年在不同类型土壤(原状潮土、砂姜黑土和黄褐土)上采用桶栽(盆栽)和大田等种植方式,系统研究了紧实胁迫对不同类型土壤上玉米根系的时空分布和生理功能、根显微结构、呼吸代谢和内源激素含量变化、植株养分吸收与分配、氮肥利用效率、地上部生长发育和产量形成、土壤微生物量和土壤呼吸速率变化规律,以及土壤耕作措施的调控效应,以期为提高玉米产量提供理论和技术依据。1、紧实胁迫下根系的形态和生理功能发生明显改变,高紧实胁迫下显着降低了玉米单株根长度、根干重、根总表面积和根体积,使根直径增粗;紧实胁迫使根系的生理特性也受到明显影响,高紧实度下根总吸收面积和活跃吸收面积、根系活力和根系ATP酶活性下降,单根吸收强度(比吸收表面和比活跃吸收表面)增加,根冠比降低。不同类型土壤对紧实度的反应不同,各指标总趋势表现为潮土>砂姜黑土>黄褐土,对紧实胁迫的响应以砂姜黑土和黄褐土较为敏感,变幅较大,潮土变幅较小。在玉米生育期间各项指标呈单峰曲线变化,吐丝期达到最大。2、紧实胁迫下根系基本组织内形成大量溶生型气腔,气腔数量和气腔面积均显着高于正常紧实土壤;紧实胁迫下根的皮层厚度和中柱直径增加,导管数量和导管直径也有不同程度的增加;根系皮层薄壁细胞在紧实胁迫下径向长度和横位直径均受到明显制约,与正常土壤对照差异达极显着。不同类型土壤上根横切结构的变化总的表现为潮土>砂姜黑土>黄褐土,以砂姜黑土和黄褐土对紧实胁迫的响应较为敏感。紧实胁迫下根系的无氧呼吸代谢功能增强,表现为无氧呼吸关键酶——PDC、LDH、ADH酶活性显着增加,无氧代谢产物乳酸、乙醛和乙醇含量急剧增加,虽然紧实胁迫下无氧呼吸代谢并未像淹水缺氧胁迫下剧烈,但紧实胁迫已表现出明显的缺氧胁迫机制。紧实胁迫下根系的内源激素IAA、GA、ZR含量呈现明显下降趋势,ABA含量显着增加,且紧实胁迫IAA/ABA、GA/AB、ZR/ABA比值低于正常紧实土壤,而IAA/ZR则高于正常紧实土壤;受土壤紧实胁迫的影响,根系SOD和POD酶活性均呈现不同程度的下降,MDA含量上升。3、紧实胁迫下单株氮磷钾累积量和器官中的分配量均表现为:潮土>砂姜黑土>黄褐土,且处理间差异显着;器官中养分分配比例以叶片中的高于茎鞘;各处理后期养分转移率表现为黄褐土>砂姜黑土>潮土。降低土壤紧实度增加了各类土壤上玉米单株和各器官中氮磷钾的累积量,其中黄褐土和砂姜黑土增加幅度较大,潮土增幅较小;随着紧实度的降低,玉米叶片和茎鞘中的氮磷钾转移率呈下降趋势。不同类型土壤氮肥利用效率与植株吸氮量呈相反变化趋势,表现为潮土小于砂姜黑土和黄褐土,潮土比砂姜黑土和黄褐土氮素表观利用效率分别小3.1%和3.6%;降低土壤容重后总吸氮量和氮肥表观利用率和氮肥农学效率均明显提高,其中潮土、砂姜黑土和黄褐土的氮素表观利用率分别提高了4.3%、6.0%和5.4%,氮肥农学效率分别提高了2.59 kg·kg-1、4.28 kg·kg-1和1.87kg·kg-1。4、在玉米生长季节,土壤微生物碳、氮总量、各层次土壤微生物量碳氮及微生物熵(MBC/SOC)和MBN/TN均呈单峰曲线,峰值在吐丝期;紧实胁迫下,不同类型土壤微生物量碳氮变化顺序为潮土>砂姜黑土>黄褐土;降低土壤紧实度,各处理微生物量碳、氮值升高,以黄褐土和砂姜黑土增幅较大,潮土增幅较小,低紧实度对20-40cm土层的微生物量碳、氮影响效应比0-20cm更为显着。不同类型土壤MBC/SOC变化顺序为黄褐土略高于潮土和砂姜黑土,而MBN/TN变化趋势与之相反;降低土壤紧实度,提高了各处理的MBC/SOC和MBN/TN值, MBC/SOC以黄褐土和潮土提高幅度较大,砂姜黑土较小,MBN/TN则以黄褐土和砂姜黑土提高幅度大于潮土;微生物C/N比则变化顺序为黄褐土>砂姜黑土>潮土,降低紧实度使微生物C/N比值下降。微生物量碳、氮与有机碳、全N、速效N呈显着正相关,微生物熵与有机碳和微生物量碳也呈显着或极显着相关性。不同类型土壤呼吸速率和日变化均呈单峰曲线,裸土上土体呼吸和种植玉米的土壤呼吸峰值分别出现在吐丝后25天和吐丝期,不同类型土壤呼吸速率变化依次是潮土>砂姜黑土>黄褐土;降低土壤紧实度增加了各处理土壤呼吸速率,不同类型土壤以砂姜黑土增幅最为明显;影响土壤呼吸速率因素从大到小依次为根系生物量、地上生物量、总生物量、叶面积指数、微生物碳、氮、土壤温度、土壤水分。5、玉米生育期间,3种类型原状土壤上玉米叶面积指数、可溶性糖含量呈单峰曲线变化趋势;SPAD值从吐丝后14天开始趋于下降,干物质积累呈上升趋势;叶面积指数、株高、茎粗、叶绿素值、干物质量、可溶性糖含量、穗粒数和产量均表现为潮土>砂礓黑土>黄褐土,且株高、茎粗、穗粒数和产量在各处理间差异达显着水平。降低土壤紧实度,3种类型土壤上各项指标均呈现不同程度的增加,尤其以砂礓黑土和黄褐土较为明显,降低紧实度前后各类土壤的株高、茎粗、产量间差异均达显着水平。紧实度显着影响玉米穗粒数的变化,但对百粒重影响较小。降低土壤紧实度虽然能改善玉米的根系和地上部的生长状况,缩小各类土壤间的差异,但并不能改变叁类土壤上各指标的变化顺序,仍然为T潮土>T砂姜黑土>T黄褐土。通过大田土壤深耕或者深耕起垄等耕作措施,有效降低了土壤容重和紧实性,大幅度提高了土壤孔隙度,尤其对10-20cm和20-30cm土层效果更为显着,两土层平均容重降低10.41%和13.97%,孔隙度增加17.91%和30.51%;降低紧实度使大田玉米穗长平均增加幅度为4.76%-8.63%、穗粒数和产量增加幅度分别6.89%-12.70%和10.35%-16.71%。
肖茜[10]2017年在《生物炭对旱作春玉米农田水氮运移、利用及产量形成的影响》文中提出黄土高原是我国北方主要旱作农业区,周期性干旱和水资源缺乏是限制该地区农业发展的主要因素。土壤结构性差,保水保肥能力低,是制约该地区农业生产的另一主要因素。面对粮食需求不断增加的挑战,优化田间管理和栽培措施对提高该地区作物生产力意义重大。生物质炭化产物生物炭具有富碳、高孔隙、高比表面积、强吸附性等特点,其在改善农田土壤质量、提高作物生产力、减少温室气体排放以及减缓气候变化方面的潜力,为人类应对能源危机、促进农业可持续发展等方面提供了一个新途径。然而,生物炭在我国的应用及研究尚处于起步阶段,关于生物炭的报道主要集中在低纬度热带、亚热带地区的偏酸性或风化严重的土壤,而对于温带地区中性、偏碱性土壤效应及其农用效应的研究报道较少。生物炭施入能否成为黄土高原旱作农业区生产潜力挖掘和作物高效用水新环境的调控措施值得进一步探究。因此,本研究根据黄土高原旱地土壤特性与气候特点,在长武黄土高原农业生态试验站进行了3年(3季作物)田间小区定位试验,并结合室内模拟试验,从土壤-根系-植株角度系统研究了添加生物炭对土壤理化特性、作物地上部生长、根系时空分布、土壤水、氮运移和吸收利用以及硝态氮淋溶的影响,评价了生物炭对旱作春玉米-土壤系统生产力及资源利用的影响效应。以期为优化旱作农田水分养分管理,提高旱地农田生产力和资源利用效率以及保护生态环境提供一定科学依据。本研究获得主要结果如下:(1)添加生物炭显着影响土壤基本性质,影响程度与生物炭添加量、施氮、覆盖和测定时期有关。生物炭是非均质的块状颗粒,表面分布大量的柱状或网状结构和许多微孔,且其本身含有多种矿质养分。在未施氮肥条件下,添加生物炭(20 t hm~(-2))会降低土壤容重,增加土壤总孔隙度、有机碳、全氮含量和C:N比,有增加土壤CEC趋势且提高土壤速效磷和速效钾(2012年)含量。配施氮肥条件下,随生物炭添加量增加,土壤容重减小,总孔隙度增大。10 t hm~(-2)生物炭添加量(BC10)通过增加土壤非毛管孔隙而增大土壤孔隙度,20和30 t hm~(-2)生物炭添加量(BC20、BC30)通过增加毛管和非毛管孔隙而增大土壤孔隙度。随着生物炭添加后时间推移,BC10处理对土壤容重和孔隙度的影响效果减弱至不显着,而BC20和BC30处理的影响仍显着。添加生物炭会提高土壤有机碳、全氮含量,C:N比以及土壤速效磷(除2014年)和速效钾含量;对土壤理化性质的影响程度总体依次表现为BC30>BC20>BC10>BC0,且对0-10 cm土层的影响程度大于对10-20 cm土层的影响,对20-30 cm土层几乎无影响。且BC20和BC30处理显着提高添加当年0-10cm土层土壤ph0.12~0.16个单位,bc30处理3年显着增加0-10cm土层土壤cec10.8%~12.4%。在覆膜条件下,添加20thm~(-2)生物炭会增加土壤有机碳、全氮含量和c:n比,以及土壤速效磷(2013年)和速效钾含量,降低添加当年0-10cm土层土壤容重和增加总孔隙度与ph值,对土壤cec的影响随添加后时间推移增加会更为明显。(2)添加生物炭会改变土壤水分参数和水分运移特征,影响程度因土壤质地不同而异。室内土柱模拟试验结果表明,随着生物炭添加量增加,风沙土和黑垆土水分入渗速度和累积入渗量逐渐降低,黄绵土水分入渗速率和累积入渗量呈先增大后减缓的趋势。添加生物炭的3种土壤湿润峰运移距离与运移时间均符合幂函数关系,且philip入渗模型可以较好的描述添加生物炭土壤水分累积入渗量变化过程。添加生物炭对黄绵土和黑垆土累积蒸发量(30d)没有显着影响,但可改变风沙土蒸发特征,对其前期蒸发具有显着抑制效果。田间试验结果表明,配施氮肥条件下,添加生物炭有利于增强土壤持水能力,增加土壤最大持水量、易效水和有效水含量、田间持水量以及低、中吸力阶段水分含量,对0-10cm土层土壤水分特征影响最为明显。添加生物炭处理耕层土壤会吸持更多的水分可供作物吸收,并减小田间条件下土壤水分变化幅度,有减缓土壤蒸发潜力。生物炭会提高土壤饱和导水率,促进水分入渗。在相对严重干旱条件下,生物炭处理的玉米根系可以吸收深层土壤水分(土深40cm以下),尤其是籽粒灌浆期,作物通过消耗深层土壤水分以满足对水分的需求,从而增加作物关键生育期水分消耗。(3)生物炭独特的多孔隙结构和强吸附特性,使其与氮肥配施后能增加养分保持能力,降低养分损失。室内土柱模拟试验结果表明,添加生物炭降低风沙土硝态氮淋溶量18.1%~37.2%,黄绵土达33.8%~87.7%,黑垆土达13.8%~80.8%。3种质地土壤在0.5%、3%和5%生物炭添加量下的硝态氮淋溶量均显着低于对照处理,表明适量生物炭添加能够增强土壤氮素固持能力、降低硝态氮淋失及环境风险。田间试验结果表明,在未施氮肥条件下,农田土壤硝态氮累积主要发生在0-40cm土层,添加20thm~(-2)生物炭降低了收获后0-40cm土层土壤硝态氮累积量7.5~11.3kghm~(-2);在配施氮肥条件下,添加生物炭降低土壤剖面硝态氮淋溶深度和硝态氮累积总量,bc30处理硝酸盐主要保持在玉米根区(0-100cm土层)。在覆膜条件下,添加20thm~(-2)生物炭对土壤剖面硝态氮分布的影响与试验年份有关,未显着影响2012年0-60和0-200cm土层土壤硝态氮累积,显着增加2013年0-60和0-200cm土层和2014年0-60cm土层土壤硝态氮累积。(4)添加生物炭会改变玉米地上部和根系生长特征,影响玉米地上部植株干物质累积,影响程度因生物炭添加量、施氮、覆盖、试验年份不同而异。未施氮肥条件下,添加20thm~(-2)生物炭抑制植株生长和发育,降低地上部植株干物质累积。配施氮肥条件下,添加初期(2012年),bc10处理表现出促进生育前期根系生长的潜力,bc20处理玉米植株在整个生育期内的生长优于对照处理,bc30处理明显抑制春玉米生育初期根系和地上部生长,随玉米生育进程推进,这种抑制作用逐渐消失,在生殖生长阶段,bc30处理促进了根系生长,提高植株生长速率和增加干物质累积。2013年,添加生物炭促进了整个生育期内玉米根系生长,整体表现为生物炭添加量愈高,促进作用愈显着(BC30>BC20>BC10>BC0)。生物炭对根系根长垂直分布的影响深度随生物炭添加量增加而增加。添加生物炭虽然会减小玉米根系直径,但却促进了根系中细根的产生。2013和2014年,添加生物炭提高了吐丝期前后和灌浆期植株生长速率,促进植株干物质累积。覆膜条件下,与未添加生物炭处理(FB0)相比,添加20 t hm~(-2)生物炭促进了玉米根系生长和建成,增加根系干重、根长和根表面积,促进吐丝期10-30 cm土层玉米根长伸展,有利于地上部植株生长和发育。(5)生物炭与氮肥配施有利于促进玉米植株养分累积和养分生产效率。2012年,添加生物炭尽管降低了吐丝期茎秆和穗氮浓度(BC10和BC30也分别显着降低了拔节期叶片氮浓度7.7%和12.3%),但因较高的生物量,对吐丝前植株氮素总积累量没有显着影响,而吐丝后植株氮素的积累促进了籽粒氮吸收。2013和2014年,生物炭增加了吐丝前、后植株氮素积累量,促进营养器官中氮素向籽粒的转移,提高氮素转移效率,增加籽粒氮浓度,提高氮素收获指数(NHI)。添加生物炭促进试验3年玉米植株氮、磷、钾吸收,提高氮肥利用效率(NUE)、磷肥利用效率(PUE)和钾肥利用效率(KUE),且NUE、PUE和KUE随生物炭添加量增加而增加。覆膜条件下,添加20 t hm~(-2)生物炭处理呈现高植株氮、磷、钾吸收,且显着提高2013和2014年作物NUE、PUE和KUE。未施氮肥条件下,添加20 t hm~(-2)生物炭处理呈现低植株氮、磷吸收,PUE和KUE均显着降低。(6)生物炭与氮肥配施增加玉米籽粒产量和水分利用效率。BC0处理籽粒产量为8.9~10.2t hm~(-2),穗粒数为428~460,水分利用效率(WUE)为23.8~28.3 kg hm~(-2) mm~(-1)。BC20和BC30处理显着增加籽粒产量8.9%~15.9%,提高穗粒数5.7%~10.2%和WUE10.7%~15.1%。覆膜条件下,FB0处理籽粒产量为13.5~13.8 t hm~(-2),穗粒数为502~519,WUE为30.7~34.7 kg hm~(-2) mm~(-1);添加20 t hm~(-2)生物炭显着提高籽粒产量8.7%~9.2%,增加穗粒数7.1%~7.8%,提高2014年WUE 13.6%。但未施氮肥条件下,添加20 t hm~(-2)生物炭使收获期玉米籽粒减产12.5%~20.7%,穗粒数减少5.9%~11.2%,千粒重降低7.4%~11.7%,WUE降低14.4%~23.2%。
参考文献：
[1]. 不同土壤水分条件下容重对玉米生长和水分利用的调控[D]. 刘晚苟. 西北农林科技大学. 2001
[2]. 耕作方式与秸秆还田对黄淮潮土性质及小麦玉米生长的调控效应[D]. 穆心愿. 河南农业大学. 2016
[3]. 深松耕作对土壤理化特征及玉米根系空间分布的调控效应[D]. 王新兵. 中国农业科学院. 2014
[4]. 土壤物理性质对玉米生长影响及高产农田土壤物理特征研究[D]. 郑存德. 沈阳农业大学. 2012
[5]. 集约化生产模式下耕作对土壤物理性质的影响及效应分析[D]. 焦彩强. 西北农林科技大学. 2008
[6]. 黄土旱塬麦玉轮作田长期保护性轮耕与施肥的培肥增产效应试验与模拟[D]. 张玉娇. 西北农林科技大学. 2018
[7]. 华北平原麦玉两熟区覆盖免耕土壤—作物系统农田耗水与调控[D]. 张海林. 中国农业大学. 2001
[8]. 不同土壤容重条件下水分亏缺对作物生长和水分利用的影响[J]. 刘战东, 张凯, 米兆荣, 秦安振, 黄超. 水土保持学报. 2019
[9]. 土壤紧实胁迫对玉米根土系统及其生长发育的影响[D]. 王群. 河南农业大学. 2010
[10]. 生物炭对旱作春玉米农田水氮运移、利用及产量形成的影响[D]. 肖茜. 西北农林科技大学. 2017
标签：自然地理学和测绘学论文; 农业基础科学论文; 农艺学论文; 玉米论文; 秸秆还田论文; 孔隙度论文; 土壤结构论文; 土壤改良论文; 土壤密度论文; 小麦论文; 调控论文;