影响作物生产力的黑土有机质阈值形成的机制研究

土壤有机质含量与作物生产力之间在一定条件下呈正相关，但其对生产力的影响存在阈值。该阈值的定量化及其形成机制的探讨是基本农田保护和退化土壤修复的重要依据。本研究选取土壤有机质含量变幅较大的东北农田黑土为研究材料，在东北黑土带上选取5个不同有机质含量农田黑土，利用空间移位的方法移至黑龙江省的海伦市和吉林省德惠市，建立田间试验场和框栽辅助试验小区并进行6年的驯化、稳定。通过该试验研究将气候与土壤有机质对作物生产力的影响加以区分，（1）在已有工作基础上进一步完善、定量化揭示有机质对作物产量的真实影响，确定影响作物生产力的黑土有机质上限及下限阈值；（2）探讨该阈值形成的土壤物理、化学和生物学机制；（3）揭示影响作物生产力的土壤有机质有效组分与阈值的关系。预期的研究结果可为退化黑土的培育和东北粮食增产提供理论依据。

土壤有机质是土壤质量和肥力的重要指标，与作物生产力紧密相关，其对作物生产力的影响存在阈值。该阈值的定量化及对其形成机制的探讨是基本农田保护和退化土壤修复的重要依据。.研究选取土壤有机质含量变幅较大的东北农田黑土为研究材料，在黑土带上选取5个不同有机质含量的土壤，利用空间移位的方法移至黑龙江省海伦市，建立有机质梯度田间试验。以此将气候对作物生产力的影响加以剔除，定量化揭示有机质对作物产量的影响，确定影响作物生产力的黑土有机质含量阈值，并探讨该阈值形成的土壤物理、化学和生物学机制。.试验设置为五种不同有机质含量的土壤和五个氮肥水平耦合试验，三次重复，供试作物为春小麦。测定作物产量和田间土壤容重、含水量、温度、渗透速率等物理性状，定期取样化验分析土壤有机质、NPK、pH值、团聚体、颗粒有机碳、铵态氮、硝态氮、矿化速率、微生物碳氮及植物体内的碳氮含量等生物化学性状。.试验结果显示，不同有机质含量的土壤对小麦的产量性状株高、穗长、千粒重、无效分蘖、籽实产量及地上生物产量影响显著，土壤容重、水稳性团聚体、含水量、温度及渗透速率，有机碳、全氮全磷全钾、速效氮磷钾、pH值、颗粒有机碳、铵态氮和硝态氮、矿化速率，微生物碳氮及植物中碳氮上亦表现出显著差异，铵态氮在几乎全生育期随着有机质的增加而减少；速效磷和钾有类似于产量的阈值，pH值与有机质含量之间没有相关性，可能与栽培历史有关。土壤有机质含量与小麦产量呈单峰曲线关系，存在阈值。随着氮肥施用水平增加，对作物的产量性状、土壤的物理、化学及生物学性状均产生显著性影响，土壤有机质含量影响作物生产力的阈值减小。.得出主要结论为，土壤有机质含量对作物生产力的影响存在阈值，即作物生产力并非随着有机质的增加而一直增加，该阈值受施肥水平的影响，施肥量增加，阈值降低。有机质含量高的土壤，含水量高，地温低，是该阈值形成原因之一。土壤大团聚体并不是随着有机质含量的增加而增加，而是出现了阈值，此为阈值形成原因之二。大颗粒有机碳（>53µ），即活性更高的有机碳未出现在最高有机质含量土壤上，其随着有机质含量变化的趋势与产量随着有机质含量的变化趋势一致，成为原因之三。.本研究为退化黑土的修复及对黑土的全面认识提供了重要的依据，对于更深层次的机理有待于进一步研究，随着实验的长期进行，会有新的发现。