本文關鍵詞：保護性耕作農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業(yè)發(fā)展的主要因素。保護性耕作是一項先進的農業(yè)耕作技術,能夠提高土壤蓄水保墑能力和土壤肥力。結合河南省實際情況研究多年保護性耕作對土壤水、碳氮的影響,制定適宜的耕作模式對保護性耕作的推廣具有重要意義。然而,以往受大田試驗方法限制,傳統(tǒng)耕作轉變?yōu)楸Ｗo性耕作方式后土壤水、碳氮的變化如何?耕作方式轉變的最佳方案是什么?這些問題仍有待進一步研究。因此,本研究利用長期定位耕作試驗研究保護性耕作(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)耕作轉變?yōu)楸Ｗo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變方案,旨在為河南省適宜保護性耕作方式推廣提供科學理論依據。本研究的主要結果如下:(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量,穗粒數和千粒重是影響冬小麥產量的主要因素。在降水量較少年份,免耕增產優(yōu)勢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期間有機碳平均年變化量、相對年變化量和周年累積率,其中,雙季秸桿還田處理的相對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。與試驗開始年份的土壤有機碳相比,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碳含量和土壤表層(0-20 cm)有機碳儲量,且雙季秸稈還田處理提高土壤有機碳和土壤表層有機碳儲量幅度最大。(3)不同耕作措施下土壤有機碳和全氮含量均表現出明顯的表層富集效應。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)從冬小麥整個生育期來看,氮素積累量呈先增加后降低的趨勢,在拔節(jié)期達到最大值。與傳統(tǒng)耕作相比,連續(xù)2年免耕在揚花期分別提高莖、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)耕作顯著提高營養(yǎng)器官氮素轉移量、轉移率和對籽粒的貢獻率(P0.05)。深松耕作并不能持續(xù)促進氮素向籽粒中的轉運與吸收,就小麥植株氮素轉運持續(xù)性效果來看,免耕雙季秸稈還田深松耕作。(5)RZWQM2模型對不同耕作措施土壤分層水分(0-100cm)、冬小麥生物量和產量的率定驗證效果較好,而對不同耕作措施土壤剖面硝態(tài)氮(0-100 cm)和土壤表層有機碳的率定驗證效果較差。利用RZWQM2模型對耕作方式轉變前后土壤水分、氮素和有機碳變化比較結果表明,當傳統(tǒng)耕作轉變?yōu)槊飧幚砗箫@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碳含量及冬小麥產量。因此,該模擬條件下傳統(tǒng)耕作轉變?yōu)槊飧笸寥佬钏７试霎a效果最佳。
【學位授予單位】：西北農林科技大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2017
【分類號】：S345;S512.11

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