耕作方式与秸秆还田对黑土团聚体组成及有机碳含量的影响

耕作方式与秸秆还田对黑土团聚体组成及有机碳含量的影响

【摘要】： 与其他类型土壤相比,黑土有着更为良好的理化性质,是宝贵的农业资源。人们大规模开垦和长期高强度的耕作是导致黑土土壤团聚性严重退化、有机碳含量明显下降的主要原因,这严重影响东北地区的农业可持续发展,进而威胁到我国粮食安全。作为保护性耕作的重要组成部分,免耕耕作与秸秆还田与常规耕作相比更能有效改善土壤各种理化性质。同时,将秸秆施于农田也能避免因焚烧秸秆带来的各种环境问题。土壤团聚性及有机碳含量是评价土壤质量的重要指标,对指导农业活动和保障粮食安全有重要意义。为研究免耕耕作与秸秆还田对东北黑土土壤团聚性及有机碳含量的改善与提高效果,本试验于2015年在黑龙江省哈尔滨市东北农业大学向阳试验基地开展,设置免耕+秸秆还田(NTS)、免耕(NT)、翻耕+秸秆还田(CTS)、翻耕(CT)4种处理,于2018、2019年采集土样,对各处理0-10 cm、10-20 cm、20-30 cm处土壤团聚性、总有机碳含量、团聚体有机碳含量等进行测定与计算。探讨免耕耕作与秸秆还田对当地土壤理化性质的影响,为东北黑土的可持续利用提供理论指导。本试验主要研究结果如下:(1)对土壤团聚性影响:2018和2019年0-10 cm、10-20 cm、20-30 cm土层NTS及NT处理大于5 mm水稳性团聚体百分比含量、平均重量直径、几何平均直径显著高于CTS及CT处理,团聚体分形维数、小于0.25 mm水稳性团聚体百分比含量显著低于CTS及CT处理。免耕+秸秆还田处理有利于土壤大团聚体的形成,同时使土壤微团聚体百分比含量下降,使团聚体平均重量直径、几何平均直径增大,分形维数减小,团聚体稳定性增强。(2)对土壤总有机碳含量影响:2018和2019年0-10 cm、10-20 cm、20-30 cm土层,NTS及NT处理土壤总有机碳含量显著高于CTS及CT处理,各处理土壤总有机碳含量随土层深度增加呈下降趋势。2018年各处理土壤总有机碳含量范围为7.62-11.66 g/kg,2019年各处理土壤总有机碳含量范围为7.67-12.18 g/kg,2019年土壤总有机碳含量较2018年整体有所提高。免耕耕作有利于土壤总有机碳含量的提高,而秸秆还田对土壤总有机碳含量总体无显著影响,免耕+秸秆还田处理总有机碳层化率总体高于其他3种处理。(3)对团聚体有机碳含量影响:2018和2019年0-10 cm土层,NTS及NT处理团聚体有机碳含量总体显著高于CTS及CT处理,各处理团聚体有机碳含量随土层深度增加呈下降趋势,团聚体有机碳含量峰值总体上出现在1-2 mm粒径,大团聚体有机碳含量高于微团聚体。免耕耕作与秸秆还田有利于各粒径团聚体有机碳含量的提高。(4)对团聚体有机碳贡献率影响:2018和2019年0-10 cm、10-20 cm、20-30 cm土层,NTS及NT处理下大于5、2-5、1-2 mm水稳性团聚体有机碳贡献率总体高于CTS及CT处理;小于0.25 mm水稳性团聚体有机碳贡献率小于CTS及CT处理。同一处理中,小于0.25 mm水稳性团聚体有机碳贡献率高于其他粒径团聚体。(5)对玉米产量影响:2019年各处理玉米产量较2018年均有明显降低,2018和2019年各处理间玉米产量差异不显著。连续耕作4年后,免耕耕作与秸秆还田处理未对玉米产量产生显著影响。(6)相关分析表明,大于5 mm水稳性团聚体百分比含量与团聚体平均重量直径、几何平均直径呈极显著正相关关系,与分形维数呈极显著负相关关系。土壤总有机碳含量与大于5 mm团聚体百分比含量、平均重量直径、几何平均直径呈极显著正相关关系,与分形维数呈极显著负相关关系。各粒径团聚体有机碳含量均与土壤总有机碳含量呈极显著正相关关系。综合分析各处理土壤理化性质可知,免耕+秸秆还田处理总体上对土壤团聚性、总有机碳含量、团聚体有机碳含量有改善与提高作用,有利于东北黑土的可持续利用与我国粮食生产安全。

【学位授予单位】：东北农业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2021

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