玉米秸秆隔层对土壤溶液盐浓度与离子运动的影响

摘要

内蒙古河套灌区盐渍化耕地面积占耕地总面积的68.65％，开发潜力较大。本课题组在河套灌区通过多年研究发现，在地表下35-40cm处埋设5cm厚的玉米秸秆隔层结合地表地膜覆盖（简称“上膜下秸”）具有明显的根系分布层控盐效果，极大改善了作物生长状况。目前该技术措施在当地得到了广泛认可。然而，该技术尚有很大的完善空间:“上膜下秸”的调控效应很可能是由秸秆层本身的结构决定的，若秸秆的形态发生变化，其物理特征和结构也会随之改变，进而可能会对它的控盐效果产生影响;而且秸秆进入土壤后会逐渐腐解，对土壤的理化性质产生影响，此时其控盐效果是否依然存在？目前有关秸秆隔层的系列问题尚缺乏试验验证。另外，在评价指标上，前期多通过测定土壤质量含盐量来对改良效果进行评价，实际上盐害的诊断以土壤溶液盐浓度和盐分离子作为指标会更科学，因此有必要对秸秆隔层条件下的土壤溶液盐浓度和离子变化进行研究。本论文通过室内土柱模拟试验、秸秆隔层调控微区试验以及秸秆隔层自然腐解田间辅助试验等方法开展研究，结果将为揭示秸秆隔层控盐的作用机理以及秸秆隔层控盐技术的进一步优化提供依据。主要研究结果如下:
　　1、采用室内土柱模拟试验方法，研究了不同秸秆长度(原状风干玉米秸秆，长度5cm，3cm，1.5cm)、不同形状（5cm原状风干玉米秸秆，秸秆压缩颗粒，秸秆粉末）、不同排列方式(5cm秸秆无序排列，5cm秸秆横排，5cm秸秆竖排)和不同腐解程度（新鲜玉米秸秆，半腐解秸秆，全腐解秸秆）秸秆隔层（厚度均为5cm，埋设在地表下40-45cm处）对土壤水分入渗以及入渗后的水分、盐分、钠离子和氯离子分布的影响。研究结果发现，与无隔层均质土壤相比，不同形态玉米秸秆隔层均能够起到阻水减渗促溶的作用，但隔层不同作用效果不同:玉米秸秆长度越短，水分入渗速度越慢，0-40cm土层淋盐效果越强;与5cm长度的新鲜无序排列秸秆隔层(L5)相比，颗粒隔层前期阻水效果较差，后期水分入渗速度减慢，入渗结束后0-40cm土壤含水率降低10.96％，盐分和钠离子含量分别提高2.71％，5.57％;粉末隔层水分入渗速度总体较慢，0-40cm含水率较L5低2.48％，含盐量相差不大;横排秸秆隔层阻水淋盐效果较好，水分入渗速度较慢，隔层上部土壤含水率较L5高1.68％，土壤含盐量、钠离子和氯离子分别降低6.06％、18.31％、16.79％;竖排秸秆隔层因连通性较好的垂直向孔隙较多，有利重力水下行，但隔层上部蓄水能力较差，0-40cm土壤含水率较L5低1.88％，土壤盐分和钠离子含量与L5无较大差异;半腐解秸秆隔层阻水淋盐效果差，水分入渗速度快，0-40cm土壤含水率较L5低6.24％，盐分、钠离子和氯离子含量分别较L5高1.41％、2.63％、1.68％;全腐解秸秆隔层水分入渗速度较L5慢，阻水效果较好，0-40cm土壤盐分，钠离子和氯离子含量分别较L5低5.48％、12.75％、9.38％。
　　2、通过田间微区试验，设置四种玉米秸秆隔层用量处理(CK:无隔层;S400:秸秆用量400kg/667m2; S800:秸秆用量800kg/667m2; S1200:秸秆用量1200kg/667m2)，研究了不同用量秸秆隔层对土壤水盐运移及土壤盐溶液、离子浓度的影响。两年试验结果表明玉米秸秆隔层可提高灌溉脱盐效率，隔层用量越大，根系分布层土壤保水淋盐效果越强，灌溉后土壤含盐量、土壤溶液盐浓度及土壤溶液中钠离子和氯离子含量越低，其中S1200处理脱盐效果最好，2015年灌溉后S1200处理土壤溶液，钠离子和氯离子浓度分别较CK低35.61％、34.24％、53.59％;2016年灌溉后S1200处理土壤溶液，钠离子和氯离子浓度分别较CK低27.54％、43.85％、52.96％。隔层的灌溉脱盐效果为作物出苗创造了低盐高水的环境，出苗率随隔层用量的增大而增大，2016年CK、S400、S800和S1200处理出苗率分别为45.83％，70.83％，83.75％，87.50％。
　　秸秆隔层打断毛管，抑制水盐上行，降低了收获期根系分布层土壤溶液盐浓度和离子含量，且隔层用量越大抑制作用越强，盐溶液浓度越低，S1200处理抑制返盐作用最明显，2015年收获后S1200处理土壤溶液，钠离子和氯离子浓度分别较CK低30.23％、13.32％、38.66％;2016年收获后S1200处理土壤溶液，钠离子和氯离子浓度分别较CK低35.65％、39.01％、31.70％。从作物生长角度来看，S1200处理由于隔层用量过大，阻隔了过多的深层水分上行，以至作物关键生育期供水不足，影响了产量，而S800处理秸秆用量适中，既具有一定的淋盐抑盐作用，又能为作物生长提供必要的水分，作物产量最高，2016年S800处理株高、盘茎、根重、百粒重和产量分别较CK高7.75％、6.22％、15.25％、4.56％、11.72％。
　　3、通过秸秆隔层自然腐解田间辅助试验，进一步明确了大田环境条件下秸秆腐解程度对土壤水盐运移的影响。对秸秆隔层埋设两年以及三年后秸秆隔层上部（15-35cm土层）、隔层处（35-40cm土层）、隔层下部（40-60cm土层）土壤进行分析，发现秸秆隔层经两年及三年腐解变化后有效改善了秸秆所在土层的土壤团聚体结构，促进微团聚体向大团聚体转变，两年后秸秆隔层上部、隔层处和隔层下部粒径＞0.25mm团聚体含量分别为9.064％，15.732％，2.816％;三年后秸秆隔层上部、隔层处和隔层下部粒径＞0.25mm团聚体含量分别为3.974％，10.997％，6.731％;腐解秸秆隔层还提高了秸秆层处土壤有机质，腐殖酸，碱解氮和速效钾含量，提升了土壤肥力。从土壤盐分来看，秸秆隔层埋设两年后，0-40cm根系分布层土壤含盐量较无隔层土壤低11.51％，秸秆深埋三年后较对照降低6.08％，秸秆经三年腐解变化后仍具有控盐效果，但随年限延长逐渐减弱。

目录

声明

摘要

处理简称表

1．1 研究背景

1．2．国内外隔层控盐研究进展

1．3．秸秆隔层控盐研究进展

1．3．1 秸秆隔层控盐的土柱试验研究

1．3．2 秸秆隔层的田间试验研究

1．3．3 秸秆还田对土壤理化性质影响研究

1．4 研究切入点

1．5 研究目标与内容

1．6 技术路线

2．1 研究区概况

2．2 室内土柱模拟试验

2．2．1 试验装置与材料

2．2．2 土柱装填及试验操作过程

2．2．3 土柱试验设计

2．2．4 数据记录及样品测定

2．3 田间微区试验

2．3．1 田间不同用量秸秆隔层试验

2．3．2 田间秸秆隔层腐解辅助试验

2．3．3 田间种植及管理

2．3．4 取样方法与数据测定

2．4 数据统计分析

第三章 不同形态秸秆隔层对土壤水分入渗及水盐、离子分布的影响

3．1 不同长度秸秆隔层土壤水分入渗及水盐、离子分布的影响

3．1．1 不同长度秸秆对土壤入渗特性的影响

3．1．2 秸秆隔层内部变化

3．1．3 不同长度秸秆隔层对水盐分布的影响

3．2 不同形状秸秆隔层土壤水分入渗及水盐、离子分布的影响

3．2．1 不同形状秸秆隔层对土壤入渗特性的影响

3．2．2 不同形状秸秆隔层内部变化

3．2．3 不同彤状秸秆隔层水盐分布

3．3 不同排列方式秸秆隔层土壤水分入渗及水盐、离子分布的影响

3．3．1 不同排列方式秸秆隔层对水分入渗的影响

3．3．2 不同排列方式秸秆隔层内部变化

3．3．3 不同排列方式秸秆隔层对水盐分布的影响

3．4 不同腐解程度秸秆隔层土壤水分入渗及水盐、离子分布的影响

3．4．1 不同腐解程度秸秆隔层对土壤水分入渗特性的影响

3．4．2 不同腐解程度秸秆隔层内部变化

3．4．3 不同腐解程度秸秆隔层对水盐分布的影响

3．5 本章小结

第四章 不同用量秸秆隔层对土壤水盐运移及土壤溶液浓度的影响

4．1 不同用量秸秆隔层对土壤水分的影响

4．1．2 关键时期土壤水分剖面分布

4．2 不同用量秸秆隔层对土壤盐分的影响

4．2．2 关键时期土壤盐分剖面分布

4．3 不同用量秸秆隔层对盐基离子的影响

4．3．1 不同用量秸秆隔层对土壤阳离子的影响

4．3．2 不同用量秸秆隔层对土壤钠吸附比的影响

4．3．3 不同用量秸秆隔层对土壤阴离子的影响

4．4 不同用量秸秆隔层对土壤溶液的影响

4．4．2 不同用量秸秆隔层对土壤钠离子浓度的影响

4．4．3 不同用量秸秆隔层对土壤氯离子浓度的影响

4．5 不同用量秸秆隔层对作物生长和产量的影响

4．6 本章小结

第五章 秸秆隔层腐解对田间土壤理化性质及水盐分布的影响

5．1．秸秆隔层埋设不同年限对土壤理化性状的影响

5．1．1 秸秆隔层埋设不同年限对不同粒径土壤水稳性团聚体的影响

5．1．2．秸秆隔层埋设不同年限对土壤有机质和腐殖质组成的影响

5．1．3 秸秆隔层埋设不同年限对土壤养分的影响

5．2．秸秆隔层埋设不同年限对土壤水盐分布的影响

5．3．本章小结

6．1．讨论

6．2．结论

参考文献

致谢

作者简历