多年免耕輪作對內(nèi)蒙古黃土高原旱作土壤質(zhì)量的影響機制.pdf

1、本研究針對內(nèi)蒙古黃土高原旱作區(qū)地表裸露，水土流失嚴重及土壤質(zhì)量退化等問題，通過8年免耕留高茬覆蓋（NHS）、免耕留低茬覆蓋（NLS）、免耕留高茬（NH）、免耕留低茬（NL）和常規(guī)耕作（T）5種耕作方式在3種輪作序列（燕麥-大豆-玉米、大豆-玉米-燕麥和玉米-燕麥-大豆）下的田間試驗，運用定性與定量、理論與實證相結(jié)合的研究方法，系統(tǒng)分析了2個免耕輪作周期土壤物理質(zhì)量、化學質(zhì)量、生物學質(zhì)量的季節(jié)變化、年際變化和空間變異規(guī)律；闡明了多年免耕輪

2、作下土壤質(zhì)量的演變特征、驅(qū)動因子及其影響機制；篩選出適宜于黃土高原旱作區(qū)侵蝕環(huán)境下土壤物理、化學、生物學和土地生產(chǎn)力四個方面的土壤質(zhì)量代表性指標，結(jié)合區(qū)域特點并綜合前人研究，建立適宜于該區(qū)域土壤質(zhì)量的評價指標體系及模型，采用土壤質(zhì)量綜合指數(shù)法對土壤質(zhì)量進行全面評價；確定該區(qū)域適宜的免耕輪作模式和種植技術(shù)體系。研究結(jié)果如下：
　　免耕秸稈覆蓋改善了土壤生態(tài)效益。土壤侵蝕的強弱與地表粗糙度密切相關(guān)，增加土壤表面覆蓋物，可有效的減弱水蝕

3、。試驗結(jié)果表明，降雨量、降雨強度、坡度對土壤水蝕程度及水蝕量具有明顯的影響。2006年 NHS、NLS、NH、NL和T5個處理在坡度為7°4'的地表水年總徑流量分別較坡度為4°6′增加了14.14％、14.36%、16.89%、18.18%和19.70%，土壤年總流失量分別增加了17.34%、17.55%、19.00%、20.55%和20.63%?？梢姴捎妹飧斩捀采w等措施能增加植被覆蓋率和地表粗糙度，減少地表徑流，降低土壤流失。

4、>　　多年免耕輪作改善了土壤物理質(zhì)量。免耕避免了對土壤的人為擾動，同時結(jié)合秸稈覆蓋及輪作倒茬，更利于土壤結(jié)構(gòu)的改善，增強土壤蓄水納墑能力。多年免耕輪作對土壤物理性狀的改善程度總體以燕麥-大豆-玉米序列結(jié)合留茬覆蓋處理效果最好，留茬不覆蓋次之。免耕輪作顯著提高了土壤總孔隙度和團粒結(jié)構(gòu)，促進了土壤水分的入滲，其中輪作1個周期后，免耕輪作各處理0-20cm土層土壤總孔隙度，較 T處理增加了9.96%-17.72%；土壤團粒結(jié)構(gòu)增加了18.4%

5、-89.9%；土壤水分穩(wěn)定入滲率增加了10.85%-14.18%。通過對土壤結(jié)構(gòu)的改善，免耕輪作提高了土壤的貯水性能，其中輪作1個周期后燕麥-大豆-玉米序列下作物苗期 NHS、NLS、NH、NL處理0-20cm土層土壤貯水量增加幅度較大，分別較 T處理增加了12.00mm、11.87mm、11.03mm、8.38mm。其中以 NHS為例，2008年土壤貯水量分別比2007年和2006年增加了14.03mm和28.30mm。免耕輪作改善了

6、土壤溫度環(huán)境，溫度較高時，免耕秸稈覆蓋能夠起到降溫作用，且在生育中期秸稈覆蓋處理在5cm、20cm、40cm土層土壤溫度較常規(guī)耕作分別低3.2-5.3℃、2.7-4.6℃和1.4-3.5℃；溫度較低時，免耕秸稈覆蓋又能起到保溫作用，且夜間秸稈覆蓋處理的土壤溫度較常規(guī)耕作提高2-3℃。第2個輪作周期開始，干旱較嚴重，影響了免耕輪作對土壤結(jié)構(gòu)的改善效應，各處理間物理質(zhì)量變化不明顯，但仍以燕麥-大豆-玉米序列結(jié)合留茬覆蓋效果較好?？梢妼嵭卸嗄?/p>

7、免耕輪作，利于形成良好的土體結(jié)構(gòu)，改善土壤水熱條件和滲透性能，提高土壤貯水量和水分利用效率，促進了土壤物理質(zhì)量的提高。
　　多年免耕輪作提高了土壤化學質(zhì)量。免耕輪作通過對土壤物理環(huán)境的改善，從而影響土壤養(yǎng)分轉(zhuǎn)化等一系列化學變化過程，提高了土壤養(yǎng)分含量。通過多年免耕輪作試驗，結(jié)果表明，在不同免耕處理間，均以留茬覆蓋2個處理增加較明顯，特別是0-20cm土層土壤養(yǎng)分含量較高；而3種輪作序列對土壤各養(yǎng)分含量的提高程度各異。其中3種輪作序

8、列結(jié)合免耕秸稈覆蓋處理，輪作1個周期后耕層土壤有機質(zhì)含量提高了11.79%-15.73%；輪作2個周期提高了14.68%-16.50%。耕層土壤堿解氮、速效磷、速效鉀含量在輪作1個周期分別提高了13.74%-16.97%、12.50%-15.63%、11.40%-19.20%；輪作2個周期分別提高了17.90%-24.08%、20.07%-25.78%、15.22%-27.59%。耕層土壤全氮、全磷、全鉀含量在輪作1個周期分別提高了8.

9、57%-13.92%、7.41%-16.13%、1.87%-2.87%；輪作2個周期分別提高了12.82%-20.25%、10.34%-22.58%、3.25%-5.13%。耕層土壤 pH值在輪作1個周期降低了9.76%-11.53%；輪作2個周期降低了4.54%-11.25%。因此，在內(nèi)蒙古黃土高原雨養(yǎng)農(nóng)作系統(tǒng)中，配施 N、P肥的同時，盡可能采用免耕秸稈覆蓋和作物輪作，對促進和維持土壤養(yǎng)分平衡，提高土壤化學質(zhì)量具有重要意義。
　

10、　多年免耕輪作提高了土壤生物學質(zhì)量。試驗結(jié)果表明，多年免耕覆蓋結(jié)合輪作效應提高了土壤酶活性，增加了土壤微生物生物量碳、氮、磷含量。在不同免耕輪作序列中，土壤生物學指標的活性大部分以燕麥-大豆-玉米序列結(jié)合留茬覆蓋兩個處理最高。同時隨著秸稈腐解程度的逐年增加，土壤生物學活性呈增加趨勢。第1個輪作周期內(nèi)，免耕覆蓋處理的土壤水熱環(huán)境較好，生物活性相對較高，呈逐年增加的變化趨勢，到2008年土壤生物活性達到最大。其中3種輪作序列結(jié)合免耕各處理使

11、土壤過氧化氫酶活性、土壤蔗糖酶活性、土壤脲酶活性和土壤堿性磷酸酶活性輪作1個周期后分別提高了6.57%-13.04%、8.02%-14.00%、21.84%-35.79%、2.92%-4.19%；土壤微生物生物量碳、氮、磷含量分別提高了20.20%-37.63%、10.49%-19.03%、6.40%-16.55%。第2個輪作周期中，由于2009年作物整個生育期內(nèi)降雨為150mm左右，干旱非常嚴重，導致土壤生物活動大幅度減弱，土壤酶活性

12、和微生物生物量降低。其中3種輪作序列結(jié)合免耕各處理土壤過氧化氫酶活性、土壤蔗糖酶活性、土壤脲酶活性和土壤堿性磷酸酶活性較第1年分別提高了5.47%-9.42%、5.02%-11.72%、9.20%-28.42%、0.71%-2.21%；土壤微生物生物量碳、氮、磷含量分別提高了8.35%-29.90%、3.69%-13.62%、3.06%-14.20%。
　　多年免耕輪作提高了土壤綜合質(zhì)量。通過對土壤各質(zhì)量指標的無量綱化處理和權(quán)重的

13、計算，確定了土壤質(zhì)量的評價指標指數(shù)，以及土壤的綜合質(zhì)量指數(shù)，建立了土壤質(zhì)量的評價指標體系及評價模型。結(jié)果表明，多年免耕輪作條件下土壤生物學質(zhì)量指數(shù)和土壤物理質(zhì)量指數(shù)均較高，對土壤綜合質(zhì)量的影響程度較大。土壤物理、化學、生物學及綜合質(zhì)量指數(shù)在不同免耕處理間均表現(xiàn)為 NHS>NLS>NH>NL>T；3種輪作序列間，土壤各質(zhì)量指數(shù)的差異不明顯，以燕麥-大豆-玉米序列略高于其他2個輪作序列。通過免耕方式、輪作及二者的互作效應分析可知，耕作和互作

14、效應對土壤物理、化學和生物學質(zhì)量的影響較大，均達到了顯著（p<0.05）或極顯著（p<0.01）水平，而輪作對土壤質(zhì)量的影響略低于前兩者。
　　多年免耕輪作提高了土地生產(chǎn)力。試驗結(jié)果表明，多年免耕輪作通過改善土壤質(zhì)量，增加了作物產(chǎn)量，提高了農(nóng)田產(chǎn)投比和經(jīng)濟效益。旱作區(qū)作物產(chǎn)量高低與降雨量的變化趨勢一致。3種輪作序列結(jié)合免耕各處理對作物產(chǎn)量的提高程度各異，其中以免耕方式結(jié)合燕麥-大豆-玉米序列效果最佳。在1個輪作周期內(nèi)，3種輪作序列