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1、中国农业大学硕士学位论文集约种植下耕作和施肥措施对土壤物理特性的影响姓名：杜章留申请学位级别：硕士专业：土壤学指导教师：任图生20060601摘要农田管理措旋对土壤物理质量状况有很人影响。本研究以长期定位试验为基础，探讨了集约种植下耕作和旆肥措旌对士壤物理特性的影响，并利州S 理论进行定量评价。耕作试验始于2 0 0 1 年，设翻耕( C T ) 、旋耕( R T ) 和免耕( N T ) 三个处理。2 0 0 5 年冬小麦收获后分0 - 5 、5 - 1 0 、1 0 - 2 0 和2 0 - 3 0 c m 四个土层采原状土样，测定容重和水分特征曲线，同时测定土壤有机质含量( S O M
2、) 。2 0 0 5 年夏玉米收获后分0 - 5 、5 - 1 0c m 土层测定土壤饱和导水率( K ) 。结果表明，与传统翻耕相比，免耕处理提高了土壤0 - 3 0c m 的平均有机质含量和有效水含量，5 - 1 0a n 土层的K 以及孔隙连续性。在1 0 - 2 0c m 和2 0 - 3 0g m 土层，b i T 和R T 处理的导水孔隙( 3 0 - 1 5 0 岬) 、储水孔隙( 0 2 - 3 0 岬) 的比例以及比水容量C 1 5 0 岬时为撵水孔隙，在重力作用下孔隙内的水分极易流失。在干旱的条件下，由于基质势梯度引起的土壤水分传输在小孔隙进行的速度要高于大孔隙。因此有效孔
3、隙比例高的土壤，抗旱功能相对较强。G r e e n l a n d ( 1 9 8 1 ) 把当量孔径在3 0 1 5 0p a n 之间的孔隙作为导水孔隙，0 2 - 3 0 破间的孔隙定义为储水孔隙。导水孔隙和储水孔隙对改善士壤作物- z k 分的关系，维持良好的土壤结构保持作物和微生物利用的水分等方面都起若非常重要的作用( P a 羽i a ie ta 1 ，1 9 9 5 ) 。国内外很多学者研究了不同耕作措施下土壤结构( 孔隙) 的变化特征。一般认为，保护性耕作在短期内会增加土壤容重和紧实度，降低总孔隙度并改变孔径分布( H i l l ，1 9 9 0 ；W ue ta 1 ，1
4、 9 9 2 ；G r e g o r i c he ta I ，1 9 9 3 ；O s u n b i t a nc ta 1 ，2 0 0 5 ) 。R a s m u s s e n ( 1 9 8 4 ) 在丹麦粗砂质土壤上研究了连续6年直接播种大麦后的孔隙变化情况，结果表明，在5 - 1 0 和1 5 2 0a 1 1 土层，大孔隙( 6 0 p m ) 体积显著降低，中等孔隙( 6 0 - 0 2I x m ) 比倒则明显增加。H i l l ( 1 9 9 0 ) 通过水分特征曲线计算了长期免耕( 1 2 年】下土壤孔隙变化情况，结果发现 1 5I n n 的孔隙减少，而 5
5、01 t m 的孔隙含量减少。P a g l i M ( 2 0 0 4 ) 等通过对意大利壤土保护性耕作与传统耕作1 0 年的对比研究得出，相对于传统犁耕，少耕和条状深松耕改善了土壤的孔隙系统，即增加了储水孔隙( O 5 5 0 Y m ) 和连续的导水孔隙( 5 0 - 5 0 0 M m ) 的比例。我国对保护性耕作与土壤结构关系的研究还不够深入。王晓芳( 1 9 8 4 ) 研究认为，免耕、铁茬播种形成了适宜的土壤孔隙状况，在壤土条件下，免耕3 年后耕层总孔隙度在5 0 以上，充气孔隙度超过1 0 。与翻耕土壤孔隙相比，免耕的土壤具有稳定性和连续性。她还指出，免耕、铁茬所形成的适宜孔隙
6、主要是根孔和蚯蚓孔道的逐年积累，翻耕造成的大孔隙过多，有效持水孔隙减少。朱文珊等( 1 9 9 1 ) 研究了秸秆覆盖和免耕的节水培肥效益。十余年的结果表明，麦茬免耕种植夏玉米的t 壤耕层保持了作物根系与土壤生物创造的良好孔隙状况，土壤持水量增加，水分传导性好。随后朱文珊和王坚( 1 9 9 6 ) 又指出，免耕处理( 3 年) 的孔隙分布较合理，在全生育期内都能保持稳定的土壤孔隙度，且孔隙的连续性强，有利于土壤上下层的水流运动和气体交换。3中国农业大学顾卜学位论文第一章绪论1 2 4 保护性耕作对土壤水力特性影晌耕作措旃改变孔隙状况，从而影响十壤的水力特性。大量试验研究表明，免耕比翻耕具有较
7、高的渗透速率、保水能力，减少地表径流( 如C h a n ga n d L i n d w a l l ，1 9 9 2 ；B e n j a m i n ，1 9 9 3 ；B a u m h a r ta n dL e s c a n o ，1 9 9 6 ) 。L o g a n 等( 1 9 9 1 ) 和W a r k e n t i n ( 2 0 0 1 ) 也指出，少耕能产生更多的影响水分运动和有效性的大孔隙和生物通道。P a d i a i 等( 2 0 0 0 ) 也证实，少耕与深松耕处理的导水率较高。A r s h a d 等( 1 9 9 9 ) 研究了免耕条件下两种不
8、同土壤( 砂壤土、粉壤土) 的饱和导水率，结果发现两者都高于常规耕作，粉壤土处理的稳定入渗率比传统耕作高达6 0 。C u n h a 等( 1 9 9 6 ) 也在半干旱的地中海地区的耕作试验指出，保护性耕作增强了表层土的渗透速率。B e n j a m i n ( 1 9 9 3 ) 在I o w a 和O h i o 的耕作试验表明，免耕处理的饱和导水率大于翻耕和旋耕处理，他把这种结果归于免耕处理的孔隙连续性高和一些很大孔隙。相反，翻耕破坏了孔隙连续性降低了土壤入渗速率( H i l l ，1 9 9 0 ；S h u H ae ta 1 ，2 0 0 3 ) 。也有一些报道与上面的结论
9、相反。L i n d s t r o m 和O n s t a d ( 1 9 8 4 ) 指出，在粘壤土7 5 1 5c m 、壤土0 1 5e m 土层免耕处理的孔隙度和饱和导水率均低于传统耕作。G r e g o f i c h ( 1 9 9 3 ) 测得，5 - 2 0c m 土层翻耕处理的饱和导水率显著大于免耕处理。也有学者指出，翻耕与免耕处理之间的入渗速率没有较大的差异( A n k e n ye Ia 1 ，1 9 9 0 ) 。同样也有许多研究认为，耕作措施对非饱和导水率K ( 叩) 影响显著，但是他们发现K ( 华) 与土壤水势范围( C h a na n dH e e n
10、 a n ，1 9 9 3 ) 、土壤类型( A z o o ze ta 1 ，1 9 9 6 ) 、土壤层次( D a f i f ia n dL o w e r y , 1 9 9 1 ) 、作物轮作( B e n j a m i n ，1 9 9 3 ) 等密切相关。如当基质1 ，5M P a 时用张力入渗仪测得的入渗率和K ( 印) ，大多报道认为翻耕和免耕之间差异不显著，或差异比较小( A n k e n ye la 1 ，1 9 9 0 ；D u n na n dP h i l l i p s ，1 9 9 1 ；L o g s d o ne ta 1 ，1 9 9 3 ；L o
11、g s d o na n dK a s p a r 1 9 9 5 ) ，但是也有一些例外如( R e y n o l d se ta 1 ，1 9 9 5 ；M i l l e re ta 1 ，1 9 9 9 ) 。关于耕作措施对土壤保水能力的报道是矛盾的。一些学者认为，耕作对土壤水分特征曲线没有影响( H i l le ta 1 ，1 9 8 5 ；B e n j a m i n ，1 9 9 3 ) 。也有研究发现，免耕比翻耕处理的保水性强( D a t i f ia n dL o w e r y , 1 9 9 1 ；A z o o ze ta 1 1 9 9 6 ) 。如A r s
12、 h a d 等( 1 9 9 9 ) 根据土壤水分特征曲线分析了免耕和常规耕作处理对土壤剖面含水量的影响。结果表明，砂壤土和粉壤土在非饱和状态下，免耕比常规耕作的保水能力强，他们把原因归于免耕处理的微孔隙( 一7 0 0m b a r 时同一基质势下免耕土壤的容积含水量较大，不饱和导水率增大。朱文珊等( 1 9 9 1 ) 等研究得出，翻耕后由于土壤大孔隙过渡增加，持水能力降低，失墒严重。耕后随时间延续受降水、灌溉、士壤重力等因素影响迅速沉实。总孔隙与充气孔隙迅速衰减，而免耕与铁茬处理的储水孔隙和充气孔隙的比例较为理想。周兴祥( 2 0 0 】) 研究了北方一年两熟地区不同保护性耕作体系对土
13、壤水分、容重、及1 ：壤温度的影4中国农业大学坝f | 学位论文第一章绪论响，并建立了不同耕作体系土壤水热运动模拟模型。结果表明，保护性耕作可增加禽水量，玉米处理0 。3 0c m 土层比传统耕作多蓄水4 6 m m 。小麦处理0 1 0 0 c m 土层比传统耕作多蓄水1 2 5 m m 。中国农业人学1 9 9 8 。2 0 0 2 年间在山西省寿阳县的黄十坡地上进行了保护性耕作农田水土流失测试上作。五年径流数据分析表明：秸秆覆盖和少耕相结合可以显著地控制地表径流，作物残茬和免耕改善了地表的降水入渗能力。在1 9 9 8 年，免耕覆盖不压实( N T C N ) 可以比传统翻耕( C K
14、)降低径流量5 3 1 ，1 9 9 9 年N T C N 比C K 降低径流量5 2 5 ，2 0 0 0 年N T C N 比C K 降低径流量降1 0 0 ，2 0 0 1 年N T C N 比C K 降低径流量3 6 ，2 0 0 2 年N T C N 比C K 降低径流量3 9 ( 高焕文，2 0 0 4 ) 。1 3肥料长期定位试验及施肥的重要作用肥料长期定位试验能系统地反映土壤肥力演变和肥效变化规律，检验气候年际变化对肥效的影响，研究不同旋肥措施对作物产量、品质的作用和培肥差异，以及在轮作中肥料的合理施用等。它是农业生产和农业科学的一项重要的基础研究工作，英国、美国、丹麦、波兰等
15、国建立了长达5 0 年以上的定位试验，其中建于1 8 4 3 年的英国洛桑试验站已有1 5 0 多年的历史。我国曾多次布置肥料长期定位试验，都因种种原因而夭折保留下来的比较少。本试验是为数不多的超过1 5 年的长期定位试验，旨在通过研究不同施肥措施对土壤物理特性的影响，为本地区高产稳产的肥料管理与调控提供可靠的科学依据。1 3 1 施肥对粮食生产的重要性作物生产是以土壤肥力为基础的，肥料是保障作物高产稳产的基本条件之一。我国的施肥结构中主要以氮肥为主，大量施用氮肥对提高粮产量起着非常重要的作用，肥料对粮食生产豹贡献率己达至r 5 0 - 6 0 ( 鲁如坤，1 9 9 8 ) 。肥料的广泛施用
16、和化肥用量的继续增加，仍将是中国今后相当长的时期内保障粮食安全生产和供应的基本途径和根本措施( 沈善敏，2 0 0 2 ) 。利用有机肥料培肥土壤是我国农业的特色之一。施用有机肥可以增加土壤的养分供应肥效长并且比较稳定。同时有机肥经微生物经作用后，形成腐殖酸类有机胶体可以与土壤颗粒结合形成团粒结构，改善土壤理化性状，调节土壤水、肥、气、热状况，提高土壤的保水保肥和缓冲能力。有机肥不仅可以增加土壤有益微生物群落，还可以为微生物提供能源和物质，反过来又加速了土壤有机质的分解、转化和养分转化，提高土壤肥力。总之，施用有机肥料可以更好地改善土壤结构，是农作物高产稳产、培肥地力，增强农业可持续性的关键，也是充分利用现有肥料资源的关键。但是，关于施肥对土壤质量和生产力的影响，仍然存在着矛盾和不确定性。有些研究结果表明，连续施用化学肥料会导致土壤结构破坏、土壤质量降低和土地生产能力F 降( 赖庆旺等，1 9 9 2 ；D o r a ne ta 1 ，1 9 9 6 )
