[01426495]秸秆覆盖对东北黑土区农田土壤—作物系统复杂性的影响机制研究

秸秆覆盖方式、覆盖量和覆盖时间等参数不同,土壤和作物的效应有所差异,针对综合考虑上述秸秆覆盖关键参数影响的研究较少。以东北黑土区为研究区域,设置2种秸秆覆盖时期和3种秸秆覆盖量,探求秸秆覆盖时期、秸秆覆盖量对土壤水热、大豆生长、产量形成及产量效应的影响机制;通过建立结构方程模型,分析秸秆覆盖处理下产量及产量构成因素之间的关系和土壤水热、大豆生长及产量构成因素之间的关系;利用矩阵评价法及改进的TOPSIS模型对各处理土壤与作物效应进行综合评价,提出黑土区适宜秸秆覆盖时期及秸秆覆盖量。 结果发现推迟秸秆覆盖时期至三叶期可显著提高土壤含水量及土壤贮水量,减少苗期至开花结荚期农田耗水量,增加开花结荚至成熟期农田耗水量;无论是否推迟秸秆覆盖时期,随秸秆覆盖量增加土壤含水量及土壤贮水量均呈逐渐增加趋势,苗期至开花结荚期农田耗水量随秸秆覆盖量增加而逐渐降低,开花结荚至鼓粒期农田耗水量变化规律则不明显。秸秆覆盖下土壤温度具有显著降温效应,推迟秸秆覆盖时期至三叶期,可显著缓解降温效应,增加土壤有效积温;三叶期秸秆覆盖条件下,土壤温度及土壤有效积温随秸秆覆盖量增加而逐渐降低;播种后秸秆覆盖下,苗期至鼓粒前期土壤温度随秸秆覆盖量增加而逐渐降低,鼓粒中期至成熟期土壤温度随秸秆覆盖量增加则逐渐增加,除苗期至开花结荚期土壤有效积温而逐渐降低外,其他生育阶段及全生育期土壤有效积温则逐渐升高。推迟秸秆覆盖时期至三叶期,可显著促进大豆出苗、生长及产量形成,进而增加大豆产量;不同秸秆覆盖时期随秸秆覆盖量增加,大豆出苗率均逐渐降低,大豆株高、叶面积、叶绿素含量、干物质累积量、产量及产量构成因素均先增加后降低。单株荚数与单株粒数、百粒重均为正相关关系,对单株粒数影响显著;单株粒数、百粒重与籽粒产量及生物产量间均呈正相关关系,对籽粒产量影响显著;秸秆覆盖处理下土壤水分与土壤温度呈负相关关系,土壤水分、土壤温度对产量形成的影响效果较大于对作物生长影响效果,且对大豆生长及产量形成的影响效果基本来自直接效果。矩阵法及改进TOPSIS模型综合评价结果表明研究区适宜秸秆覆盖模式为秸秆覆盖时期为三叶期秸秆覆盖,秸秆覆盖量为0.8 kg/m2。 研究成果对于深入和完整地掌握不同秸秆覆盖时期及秸秆覆盖量的土壤和作物效应机制,解决东北黑土区土壤退化等问题具有重要意义。通过项目研究,发表SCI/EI论文5篇,核心期刊2篇。