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生物炭与氮肥配施对土壤肥力及红枣产量、品质的影响

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导师姓名
同延安
学科专业
植物营养学
文献出处
西北农林科技大学   2018年
关键词
花生壳生物炭论文  红枣果园论文  土壤理化性质论文  土壤微生物性质论文  产量论文  品质论文
论文摘要

华北平原是我国主要的红枣产区,红枣产量约占全国的60%左右。然而不合理的农业管理措施,导致土壤退化、养分失衡,影响了作物产量、品质和经济效益,严重制约了红枣产业和环境的可持续发展。因此,如何减少化学肥料投入,提高土壤肥力及肥料利用率,成为枣区土壤可持续利用亟待解决的重要问题。生物炭因其特有的性质,被作为一种土壤改良剂,广泛应用于农业生产、环境等领域。如何因地制宜确定具体措施并筛选关键性指标来评价生物炭和氮肥培肥效果,从而寻求最佳培肥模式,仍需在不同地域结合当地农业生产实际开展深入研究。鉴于此,本研究选取位于华北平原的新郑和濮阳产区为研究对象,通过连续3 a(2013-2015)田间定位试验,研究了生物炭用量4个水平(0、2.5、5 和 10t/hm2,即 C0-C3)、氮素用量 3 个水平(300、450 和 600 kg/hm2,即N1-N3)下土壤肥力、红枣产量及品质的影响,对各施肥培肥模式进行评价、筛选,为枣区土壤生产力提升、资源高效利用和生态环境保护提供科学依据。主要研究结论如下:(1)通过研究花生壳生物炭配施氮肥分别对两个不同研究区土壤容重、土壤机械稳定性和水稳性团聚体的分布、稳定性的影响,阐明土壤和枣树对生物炭与氮肥培肥效果的响应。结果表明:与对照相比,施用生物炭显著降低了枣区土壤容重,土壤容重随生物炭用量的增加而逐渐降低,其中新郑和濮阳两个地区分别以C3N1和C3N3处理的土壤容重降幅最大,分别较对照显著降低了 20.5%和15.9%。生物炭的加入,对>0.25 mm土壤机械稳定性大团聚体含量无显著影响,但显著提高了>0.25 mm的水稳性团聚体含量,且水稳性大团聚体含量随生物炭用量的增加而增加。此外,施用生物炭还降低了土壤团聚体破坏率,显著增加了两地区土壤有机碳含量、水稳性团聚体平均质量直径(MWD)和几何平均直径(GMD),其中平均质量直径和几何平均直径分别较对照提高56.7%、52.4%和29.2%、27.3%,土壤有机碳含量与MWD和GMD均呈显著正相关关系。(2)通过3 a(2013-2015)田间定位试验,探究生物炭与氮肥配施对华北平原枣区土壤微生物学特性的影响,从微生物学角度揭示其对土壤质量的改良状况。结果表明:生物炭用量、施氮水平及其两者的交互作用均对土壤微生物量碳有显著影响,两个地区微生物量碳含量分别较对照提高148.4%和208.6%。同时,施用生物炭显著提高了土壤微生物量氮含量,分别较对照显著提高138.9%和159.4%。所有施生物炭处理的土壤微生物量含量较C0均显著增加,而2.5 t/hm2生物炭处理下,不同施氮处理间其微生物量含量差异不显著。生物炭与氮肥配施对枣区土壤脲酶和蔗糖酶活性无显著影响,但配施处理显著提高了新郑地区土壤碱性磷酸酶活性,较对照提高23.0%。生物炭用量、施氮水平及其两者的交互作用可不同程度地提高土壤细菌和放线菌数量,但中、高用量的生物炭与氮肥配施对土壤真菌的数量有明显抑制作用。此外,土壤微生物量、土壤酶活性、微生物数量之间存在多种显著或极显著正相关关系。(3)采用双因素方差分析,研究生物炭配施氮肥对华北枣区土壤有机质、全氮、速效养分等变化的影响,探索生物炭、土壤之间的互作关系对土壤理化性质的影响。结果表明:生物炭与氮肥施入后,枣区土壤pH值与对照相比未发生显著变化。添加生物炭总体上提高了土壤有机质、全氮、全磷、全钾和速效氮、磷、钾养分含量,且各养分含量随生物炭用量的增加而增加。除全钾外,生物炭与氮肥的交互作用对其它土壤养分含量无显著影响。与对照相比,新郑枣区土壤有机质含量提高3.6%~33.2%,全氮和速效氮含量最高增幅分别为81.5%和33.6%。濮阳地区土壤有机质含量提高11.7%~32.4%,全钾和速效氮含量最高增幅分别为55.3%和68.9%。(4)研究了生物炭与氮肥不同配比条件下对灰枣和扁核酸红枣单果重、产量、品质等指标的影响。结果表明:施用生物炭显著提高了华北平原枣区的单果重及红枣产量。生物炭施入1a后,随着试验时间的推移,生物炭与氮肥的培肥效果越来越明显,红枣产量呈上升趋势。其中新郑地区以C3N2处理的灰枣平均产量最高,为13502.1 kg/hm2,较对照显著提高31.7%,濮阳地区以C3N1处理的扁核酸红枣平均产量最高,为21182.6 kg/hm2,较对照显著提高17.8%。添加生物炭不同程度地提高了灰枣的可溶性固形物、维生素C、蛋白质及氨基酸含量,除氨基酸含量外,施用生物炭与氮肥对扁核酸红枣的品质并无显著影响。综合试验结果,10 t/hm2的生物炭施用量,分别配施450 kg/hm2和300 kg/hm2的氮肥用量对新郑和濮阳两地区的增产效果最显著。(5)为了明确生物炭与氮肥不同配比条件下的应用效果,探寻最佳配比施肥量。选择14项反映土壤质量的理化及生物学指标作为评价指标,采用因子分析对各配施处理下的土壤质量进行综合评价,并对其进行聚类分析,最后利用红枣产量结果进行验证。结果表明:通过因子分析法将原14个土壤性质指标降维,提取出的3个公因子涵盖了土壤的生化指标,反映了原信息总量的82%,使评价更具科学性。土壤养分、微生物量、酶活性和微生物数量之间存在多种显著或极显著正相关关系,说明了土壤各肥力之间紧密联系、相互依存,共同影响土壤质量,新郑、濮阳两地的土壤质量综合得分分别以C3N2和C3N1处理最高。用欧氏距离最短距离法对其进行聚类,将新郑、濮阳地区各处理分别分为3类和5类,聚类结果与各处理因子综合得分评价较为一致。新郑地区10 t/hm2的生物炭配施450 kg/hm2氮肥为最佳施肥量,濮阳地区10 t/hm2的生物炭配施300 kg/hm2氮肥为最优培肥模式,还需进一步试验研究。

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摘要

ABSTRACT

第一章 文献综述

1.1 引言

1.2 生物炭的定义及性质

1.2.1 生物炭的定义

1.2.2 生物炭的性质

1.3 生物炭在农业生态上的应用

1.3.1 施用生物炭对土壤物理、化学性质的影响

1.3.2 生物炭对土壤微生物学特性的影响

1.3.3 生物炭对作物产量的影响

1.4 选题依据、思路及研究内容

1.4.1 选题依据

1.4.2 本研究切入点

1.4.3 主要研究内容

1.5 技术路线

第二章 材料与方法

2.1 研究区概况

2.1.1 河南新郑好想你红枣示范园研究区概况

2.1.2 河南省濮阳市潘庄研究区概况

2.2 供试材料

2.3 田间试验设计

2.4 样品采集与测定

2.4.1 基础土壤和采集和分析

2.4.2 土壤微生物学特性的测定

2.4.3 果实的采集和分析

2.5 数据统计分析

第三章 生物炭与氮肥配施对枣区土壤容重和团聚体结构的影响

3.1 引言

3.2 材料与方法

3.2.1 试验区概况

3.2.2 试验材料

3.2.3 试验设计

3.2.4 测定项目与方法

3.2.5 数据处理

3.3 结果与分析

3.3.1 生物炭与氮肥配施对土壤容重的影响

3.3.2 生物炭与氮肥配施对土壤团聚体分布的影响

3.4 讨论

3.4.1 生物炭与氮肥配施对土壤容重的影响

3.4.2 生物炭与氮肥配施对土壤团聚体结构的影响

3.5 小结

第四章 生物炭与氮肥配施对枣区土壤微生物学特性的影响

4.1 引言

4.2 材料与方法

4.2.1 试验区概况

4.2.2 试验材料

4.2.3 试验设计

4.2.4 样品采集及测定

4.3 数据处理

4.4 结果与分析

4.4.1 生物炭与氮肥配施对微生物量碳、氮的影响

4.4.2 生物炭与氮肥配施对土壤酶活性的影响

4.4.3 生物炭与氮肥配施对土壤微生物数量的影响

4.4.4 土壤微生物量、酶活性及微生物数量之间的相关性分析

4.5 讨论

4.5.1 生物炭与氮肥配施对土壤微生物量碳、氮的影响

4.5.2 生物炭与氮肥配施对土壤酶活性的影响

4.5.3 生物炭与氮肥配施对土壤微生物数量的影响

4.6 小结

第五章 生物炭与氮肥配施对枣区土壤肥力的影响

5.1 引言

5.2 材料与方法

5.2.1 试验区概况

5.2.2 试验材料

5.2.3 试验设计

5.2.4 样品采集及测定

5.3 数据处理

5.4 结果与分析

5.4.1 生物炭与氮肥配施对土壤养分含量的影响

5.4.2 土壤养分、土壤酶活性及微生物数量之间相关分析

5.5 讨论

5.6 小结

第六章 生物炭与氮肥配施对红枣产量和品质的影响

6.1 引言

6.2 材料与方法

6.2.1 试验区概况

6.2.2 试验材料

6.2.3 试验设计

6.2.4 测定项目与方法

6.3 数据处理

6.4 结果与分析

6.4.1 生物炭与氮肥配施对枣区产量的影响

6.4.2 生物炭与氮肥配施对红枣品质的影响

6.5 讨论

6.5.1 生物炭与氮肥配施对红枣产量的影响

6.5.2 生物炭与氮肥配施对红枣品质的影响

6.6 小结

第七章 生物炭与氮肥配施对枣区土壤培肥效应的综合评价

7.1 引言

7.2 材料与方法

7.2.1 试验区概况

7.2.2 试验材料

7.2.3 试验设计

7.2.4 样品采集及测定

7.3 数据处理

7.4 因子分析和聚类分析的基本原理

7.5 结果与分析

7.5.1 生物炭与氮肥配施措施下土壤肥力评价指标的选取

7.5.2 生物炭与氮肥配施措施下土壤肥力质量评价方法

7.5.3 土壤肥力质量的因子分析

7.5.4 生物炭与氮肥配施处理下土壤肥力质量的得分与排名

7.5.5 聚类分析

7.6 讨论

7.7 小结

第八章 结论与展望

8.1 本研究的主要结论

8.2 论文创新点

8.3 有待进一步研究的问题

附录

参考文献

致谢

作者简介

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