长期覆盖施肥下作物产量演变规律及土壤碳转化特征研究
秸秆和地膜覆盖在干旱、半干旱区被广泛用于提高作物产量，但二者增产效应的比较性研究及其不同降雨区适应性缺乏系统研究，同时秸秆和地膜覆盖下土壤碳转化特征及其转化机制仍不完善。因此，本研究以文献数据统计探究秸秆和地膜覆盖下作物产量响应特征；基于 2003 年开始长期覆盖施肥定位试验[撂荒（Fallow）；平作无覆盖（CT）；平作+秸秆覆盖（SM）；垄上覆膜+沟内覆秸秆（RF）]，采用土体水平和团聚体尺度相结合，通过碳分布、碳转化相关酶活性及功能基因分析，阐明土壤碳转化特征及其生物学机制。主要研究结果如下： （1）与不覆盖（CK）相比，地膜覆盖（PM）显著提高玉米单作、小麦单作以及小麦-玉米轮作体系作物产量，秸秆覆盖（SM）表现趋势相同，但玉米单作体系二者产量差异不显著；与 SM 相比，PM 显著提高玉米单作和小麦单作体系作物产量，而小麦-玉米轮作体系下二者差异不显著。PM与SM产量比（RPM/SM）表现为单作玉米（1.28）＞ 单作小麦（1.11）＞ 轮作玉米（1.05）≈ 轮作小麦（1.04）。生育期降雨量（MSP）对RPM/SM的调节作用大于整年降雨量（MAP）。MSP分别超过576 mm（单作玉米）、500 mm（轮作玉米）时，RPM/SM分别稳定在1.082和1.001；MSP分别超过530 mm（单作小麦）、395 mm（轮作小麦）时，RPM/SM小于1。当覆盖年限超过10.3年（单作玉米）、14.6年（轮作玉米）和16.7年（轮作小麦）时，RPM/SM小于1；覆盖年限超过3.7年（单作小麦）RPM/SM稳定在1.075。与CK和PM相比，SM提高土壤有机碳（SOC）、全氮（TN）、速效钾（AK）和微生物生物量碳（MBC）有效性，在单作制度中，覆盖模式间土壤质量指数（SQI）为SM ＞ PM ≈ CK；轮作制度中SQI表现为SM ＞ PM ＞ CK。MSP、播种期土壤水分（SWC-S）、SOC和TN是调节RPM/SM的重要气候和物理化学变量，而与种植制度无关。 （2）与CT相比，RF和SM显著提高SWC、SOC、MBC、腐殖酸和富里酸、β-葡萄糖苷酶、纤维素二糖苷酶和过氧化物酶活性，而显著降低土壤容重。与RF相比， SM显著提高土壤有机碳、胡敏素、α-葡萄糖苷酶、β-葡萄糖苷酶、纤维素二糖苷酶和过氧化物酶活性，分别提高16.4%、12.8%、48.8%、156.9%、195.1%和22.1%；与Fallow相比，CT显著降低pH，但提高了微生物生物量碳、腐殖质组分的含量和α-葡萄糖苷酶的活性。 （3）与CT相比，RF土壤大团聚体比例显著提高7.6%，平均重量直径提高5.9%。覆盖增加大团聚体（＞0.25mm）、微团聚体（0.053-0.25mm）和大团聚体内微团聚体的有机碳含量，分别提高10.2%─17.5%、11.4%─17.5%和10.2%─38.1%，且SM的效果大于RF。SOC随着团聚体粒径的增加而提高。与Fallow相比，CT土壤大团聚体比例显著提高9.6%，平均重量直径提高9.0%，大团聚体中的有机碳增加19.5%。覆盖显著提高大团聚体中纤维素二糖苷酶的活性。碳转化相关水解酶在粉粘粒（＜0.053mm）中活性最高，氧化酶在微团聚体（0.053-0.25mm）中活性最高。与覆盖措施相比，团聚体粒径效应对土壤有机碳 、微生物生物量碳和胞外酶的影响更大。 综上可知，长期秸秆覆盖比地膜覆盖有更好的农学效益；团聚体对土壤碳周转的影响比覆盖措施更明显；今后应加强秸秆覆盖下团聚体尺度碳转化特征研究。
施肥技术;秸秆覆盖;地膜覆盖;作物产量;土壤碳转化特征;生物学机制
西北农林科技大学
硕士
植物营养学
刘占军
2023
中文
S147.2
2023-12-13（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）