不同耕作措施下黃土高原旱地土壤質(zhì)量綜合評價(jià).pdf

1、本研究依托澳大利亞國際農(nóng)業(yè)研究中心(ACIAR)項(xiàng)目，于2001年開始在隴中黃土高原半干旱區(qū)的定西縣李家堡鄉(xiāng)實(shí)施了小麥→豌豆輪作系統(tǒng)下6種不同耕作方式的長期定位試驗(yàn)，旨在系統(tǒng)研究保護(hù)性耕作在黃土高原獨(dú)特侵蝕環(huán)境下的適應(yīng)性，特別是其對土壤質(zhì)量和系統(tǒng)生產(chǎn)力的影響及其內(nèi)在機(jī)理。6種耕作方式包括：傳統(tǒng)耕作(T)、免耕(NT)、傳統(tǒng)耕作秸稈還田(TS)、免耕秸稈覆蓋(NTS)、傳統(tǒng)耕作地膜覆蓋(TP)和免耕地膜覆蓋(NTP)。通過分析3個輪作周期

2、不同耕作方式下土壤理化性質(zhì)、生物性質(zhì)和生產(chǎn)力對土壤質(zhì)量的影響，闡明長期耕作過程中土壤質(zhì)量的演變特征及其驅(qū)動因子，篩選出適宜于黃土高原半干旱區(qū)侵蝕環(huán)境下土壤質(zhì)量評價(jià)的代表性指標(biāo)；并綜合前人的研究，結(jié)合區(qū)域特點(diǎn)，建立適宜于黃土高原半干旱區(qū)侵蝕環(huán)境的土壤質(zhì)量評價(jià)模型。 本研究得出以下主要結(jié)論： 1)基于通用性和實(shí)用性原則，篩選了一些共性指標(biāo)；基于有效性和敏感性原則，剔除了一些爭議性指標(biāo)；本著盡可能選擇少量指標(biāo)，盡可能運(yùn)用復(fù)合指

3、標(biāo)的原則，結(jié)合黃土高原區(qū)域特點(diǎn)，增加了一些創(chuàng)新性二次指標(biāo)；最后通過敏感性和判別分析，篩選出團(tuán)粒結(jié)構(gòu)、全氮、速效氮、有機(jī)質(zhì)、蔗糖酶活性、產(chǎn)量、純收益和產(chǎn)投比等8項(xiàng)因子，建立了土壤質(zhì)量簡化評價(jià)指標(biāo)體系，涵蓋了土壤物理、肥力、健康和生產(chǎn)力四個方面的性質(zhì)。分別應(yīng)用原始評價(jià)指標(biāo)和簡化評價(jià)指標(biāo)兩種評價(jià)體系，建立加權(quán)綜合法和加乘法則兩種模型，對研究區(qū)兩種輪作序列6種不同耕作方式的土壤質(zhì)量進(jìn)行了綜合評價(jià)，并對兩種指標(biāo)體系及兩套評價(jià)方法進(jìn)行了相關(guān)分析。結(jié)

4、果表明，該研究建立的土壤質(zhì)量簡化指標(biāo)體系具有較高的代表性，可用于黃土高原半干旱區(qū)土壤質(zhì)量評價(jià)。 2)免耕秸稈覆蓋可以提高土壤質(zhì)量。土壤質(zhì)量綜合指數(shù)排序?yàn)椋篜→W輪作序列，NTS>TS=NTP>NT>T>TP；W→P輪作序列，NTS>TS>NT>NTP=T>TP。免耕土壤避免了人為擾動，再加上進(jìn)行秸稈覆蓋，增加了土壤中的有機(jī)質(zhì)含量，從而使得土壤結(jié)構(gòu)得到了很大改善，增強(qiáng)了土壤蓄水納墑能力，減少了水土流失，防止了土壤養(yǎng)分的流失，促進(jìn)土

5、壤生產(chǎn)力的提高；土壤產(chǎn)出能力提高，導(dǎo)致歸還系統(tǒng)的有機(jī)物質(zhì)也相應(yīng)增加，加強(qiáng)了土壤生物的繁殖能力和活力；而土壤生物活動反過來又促進(jìn)了良好土壤結(jié)構(gòu)的形成和土壤肥力的進(jìn)一步提高，形成了農(nóng)田系統(tǒng)的良性循環(huán)，促進(jìn)了土壤質(zhì)量的提高。輪作序列間比較，土壤物理質(zhì)量、肥力質(zhì)量、土壤健康和綜合質(zhì)量各處理均表現(xiàn)為W→P輪作序列高于P→W輪作序列，而土壤生產(chǎn)力剛好相反，除NTS處理以外，其余處理均表現(xiàn)為P→W輪作序列高于W→P輪作序列。 3)免耕秸稈覆蓋

6、可以改善土壤物理質(zhì)量，土壤水分狀況、結(jié)構(gòu)性能和滲透性能共同決定著土壤物理質(zhì)量的高低。土壤物理質(zhì)量指數(shù)排序?yàn)椋篜→W輪作序列，NTS>NTP>NT>TS>T>TP；W→P輪作序列，NTS>NTP>TS>NT>T(TP)>TP(T)。NTS處理雖然容重(總孔隙度)和毛管孔隙無明顯優(yōu)勢，但顯著增加了水穩(wěn)性團(tuán)粒結(jié)構(gòu)和非毛管孔隙度，促進(jìn)了土壤水分的入滲，使得累積徑流量和總侵蝕量降低。雖然不同處理間休閑期0-200cm土壤貯水量和生育期作物有效水含

7、量差異不明顯，但NTS處理在表層0-10cm體現(xiàn)了較好的抑蒸保墑作用，相對于傳統(tǒng)耕作T最多可以提高56％。而且，NTS處理提高了生育期作物蒸騰耗水和棵間蒸發(fā)的的比例。不同年份小麥平均水分利用率NTS處理略低于TP(0.6％)，但比T、NT、TS、NTP提高15.6％、16.7％、12.6％、0.8％；不同年份豌豆平均水分利用率NTS比T、NT、TS、TP、NTP提高15.8％、17.3％、10.3％、5.4％、9.2％。可見，NTS處理

8、免耕的同時進(jìn)行了秸稈覆蓋，形成了良好的土壤結(jié)構(gòu)，改善了土壤滲透性能，降低了地表徑流，提高了土壤表層水分和水分利用效率，促進(jìn)了土壤物理質(zhì)量的提高。 4)秸稈還田可以提高土壤肥力質(zhì)量，農(nóng)田養(yǎng)分平衡的盈虧是土壤養(yǎng)分水平消長的根本原因，決定了土壤肥力的發(fā)展方向：而土壤pH值雖不能直接表明土壤中某種養(yǎng)分的含量，但其通過影響土壤營養(yǎng)元素的轉(zhuǎn)化方向、轉(zhuǎn)化過程、形態(tài)及其有效性，間接影響著土壤肥力質(zhì)量。土壤肥力質(zhì)量指數(shù)排序?yàn)椋篜→W輪作序列NTS

9、>TS>NTP>NT>T>TP；W→P輪作序列，土壤肥力質(zhì)量指數(shù)排序NTS>TS>NT>NTP>TP>T。與試驗(yàn)初期相比，各處理耕層0-30cm土壤有機(jī)質(zhì)、全氮和全磷均有所增加，且以NTS和TS增長幅度較大；耕層0-30cm全鉀NTS和TS處理表現(xiàn)為增加，其余處理表現(xiàn)下降趨勢。耕層0-30cm速效氮和速效磷均有所增加，但速效磷以NTS增長幅度最大，而速效氮卻以NTS增長幅度最小；耕層0-30cm速效鉀表現(xiàn)為下降趨勢，但以TS和NTS減幅

10、較小。從養(yǎng)分循環(huán)角度來分析，每經(jīng)過一個循環(huán)過程都會導(dǎo)致養(yǎng)分的損失，作物的收獲攜出了大量的N、P、K養(yǎng)分，其中籽實(shí)是N、P養(yǎng)分輸出的主要組織部分，而這部分養(yǎng)分是不能通過直接歸還來補(bǔ)充的；K主要是通過秸稈輸出的，但是秸稈作為有效資源，它可以經(jīng)過還田循環(huán)利用。因此，在黃土高原雨養(yǎng)農(nóng)作系統(tǒng)中，配施N、P肥的同時，盡可能的將秸稈歸還農(nóng)田，對促進(jìn)和維持土壤養(yǎng)分平衡，提高土壤肥力質(zhì)量具有重要意義。 5)免耕可以提高土壤健康水平，水解酶活性與過

11、氧化氫酶活性共同構(gòu)成了影響土壤健康水平的主導(dǎo)因子。土壤健康指數(shù)排序?yàn)椋篜→W輪作序列，NTS>NTP>NT>TS>TP>T；W→P輪作序列，NTS>NTP>NT>TS>TP>T。無論覆蓋與否，也無論覆蓋何種材料，兩種輪作序列下免耕處理(NT，NTS，NTP)耕層0-30cm土壤過氧化氫酶活性和三種水解酶活性均明顯高于翻耕處理(T，TS，TP)。兩種輪作序列下NTS處理雖然微生物數(shù)量均處于中等水平，并不是土壤健康的優(yōu)勢因子，但由營養(yǎng)因素主

12、要制約的活躍微生物數(shù)量高，促進(jìn)了土壤中營養(yǎng)物質(zhì)的循環(huán)，使其土壤健康水平依然很高。這也從另一側(cè)面反映，土壤微生物數(shù)量并不是影響土壤僻康的主導(dǎo)因素。 6)免耕可以提高土壤生產(chǎn)力，產(chǎn)量、產(chǎn)投比和純收益共同構(gòu)成了影響土壤生產(chǎn)力的主導(dǎo)因子。生產(chǎn)力指數(shù)排序?yàn)椋篜→W輪作序列，TP>NTS>NT>TP>T>TS；W→P輪作序列，NTS>NT>NTP>T>TS(TP)>TP(TS)。6年間NTS處理小麥平均產(chǎn)量為2029.64Kg/ha，比T、

13、NT、TS、TP、NTP提高了18.10％、26.21％、13.15％、2.34％、2.38％；NTS處理豌豆平均產(chǎn)量為1381.48Kg/ha，比T、NT、TS、TP、NTP提高了20.25％、30.33％、15.83％、8.82％、10.39％。這歸功于NTS處理改善了土壤結(jié)構(gòu)性和滲透性能，并提高了土壤水分和肥力狀況，最終體現(xiàn)為作物產(chǎn)量顯著提高。6年間NT處理平均純收益為1692.44￥/ha，比T、TS、NTS、TP、NTP增加了