不同耕法和培肥措施改良农田生态健康障碍因子的机理研究

针对当前我国集约化农田土壤紧实与耕层变浅的关键问题，以农田生态系统健康理论为指导，在前期研究的基础上，把"土壤-作物"作为一个整体系统，在河北吴桥（代表我国华北平原集约化粮食主产区）通过大田定位试验的研究，人为创造土壤紧实和浅耕层的不利土壤物理障碍环境，以作物根系生长发育及其在土壤中的时空分布研究为核心，系统研究分析不同耕法和土壤培肥措施对土壤质量关键因子与作物地上部的生长发育关键因子的互作机理，为我国集约化农田生态系统健康调控提供科学依据。

针对当前我国集约化农田土壤紧实与耕层变浅的关键问题，本项目把“土壤-作物”作为一个整体系统，在河北吴桥（代表我国华北平原集约化粮食主产区）通过大田定位试验的研究，人为创造土壤紧实和浅耕层的不利土壤物理环境，以作物根系生长发育和在土壤中的时空分布研究为核心，系统研究分析不同耕法和土壤培肥措施对土壤质量关键因子与作物地上部的生产发育关键因子的互作机理。通过3年的田间定位试验与分析，综合起来本研究取得的主要结果有：（1）明确了不同耕法对于“土壤-作物”的影响机理，耕作方式首先影响了耕层土壤质量尤其是土壤物理结构性状，进而影响物根系的生长和生理，进一步影响了地上部作物的生长生理，最终影响作物产量的形成。（2）总体上，对于农田土壤物理障碍因子的改善效果好坏顺序是深松>旋耕>翻耕>免耕。虽然免耕对于土壤团聚体的保护以及表层土壤有机质的固定具有优势，但是未能改变土壤紧实和耕层变浅的问题，导致耕层土壤贮水量和养分供给能力较差，综合表现为耕层土壤结构质量综合指数最差，进而影响了作物根系的生长生理，最终使得产量最低；相比之下，深松对于改善土壤物理障碍因子具有良好的效果，深松能够增加耕层厚度、降低耕层土壤容重、增加土壤贮水量、改善耕层以下土壤养分供给能力，使得耕层不同深度的土壤养分和水分供给能力相对均匀，有利作物根系的生长发育、提高作物根系的生理活力，最终使得作物产量最高。（3）对于不同培肥措施，各项研究指标显示具有良好的一致性，均表现为有机肥好于秸秆还田和化肥，单施化肥土壤耕层质量最差，影响了作物根系生长生理，最终表现产量最差。（4）综合来看，深松与秸秆或有机肥组合的耕层结构质量最好，产量表现最优，作物周年总产量比目前传统模式高5.1%。因此，对于我国华北平原粮食主产区，要保障粮食持续高产与土壤健康，需要改变当前以旋耕、免耕为主的耕作方式，进一步研究探索深松与免耕年际间组合的适宜轮耕模式。