机械耕作与季节性冻融对黑土结构的影响

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1、UniversityCode：10225RegisterCode：B11033DissertationfortheDegreeofDoctorEffectofmachinerytillageandseasonalfreeze．．thawonsoilstructureinblacksoilregionCandidate：Supervisor：AssociateSupervisor：AcademicDegreeAppliedfor：Speciality：DateofOralExamination：University：／WangEnhengProf．Zha

2、oYusenProf．ChenXiangwei；Prof．RichardM．CruseDoctorofScienceSoilandⅥ，aterConservationJune．2011NortheastForestry摘受摘要以东北典型黑土区耕地土壤为主要研究对象，采用m问机械作业过程与模拟机械压实试验相结合、用间季节性冻融过程与室内模拟冻融循环试验相结合的方法，从机械作业币负效益、季节性冻融循环特征等方面入手，研究了对土壤影响范围较深、影响程度较为强烈的机械作业和季节性冻融循环两个过程对典型黑土区土壤结构的影响。首先，通过对容重、硬度、孔隙度、团聚体

3、分布及稳定性、三相比、速效养分等指标的测定与分析，研究了不同机械类型以及前期含水量对机械作业条件下黑土耕作区、非耕作区土壤结构特征、有效养分的影响，结果表明：(1)机械作业对黑土区耕地土壤结构存在正负两方面效应，总体表现为对表层耕作区土壤的疏松改良效果，和对耕作层下土壤的积累压实作用，大机械和中机械作业条件下的压实积累区分别在41～60cm和31～40cm土层范围。(2)大机械对耕作区土壤环境的改善调节作用明显优于中小机械，显著降低了表层耕作区土壤的容重，收获和深松作业后土壤容重分别较收获前降低了3．5％和7．2％(P

4、NCP／CP)显著增加，而由于中机械收获和整地深度不一致，在17．5～30cm深度产生了土壤再生板结。(3)大机械收获、整地作业可以显著增加土壤速效磷的含量，与收获前相比提高20．07％-,380．91％，中机械作业时土壤速效磷的含量整体上呈现降低趋势；大、中机械作业对土壤速效氮的影响均不明显，显著增加了下层非耕作区土壤速效钾含量，提高幅度分别为10．04％-20．61％和17．05％,--27．52％(P

5、m，比较低前期含水量的影响范围增加了lOcm。但高含水量时，从首次压实丌始就体现了积累压实的作用。(5)综合黑土耕作区O---30cm范阐内干筛团聚体和水稳性团聚体PAn25、MWD、MWSSA、分维数D值和PADn乃的变化，可以认为少次压实具有促进土壤团聚体团聚的作用，但同等负荷下多次积累压实会降低土壤的水稳定性和机械稳定性。其次，采用长期定位监测的方法对比分析了典型剖面、不同坡位(坡肩和坡脚)处季节性冻融特征；通过对容重、硬度、孔隙度、空隙比、饱和度、团聚体分和及稳定性等指标的测定和分析，研究了季节性冻融对黑土耕作区、非耕作区以及压实黑土结构特征的

6、影响；最后采用美国中部黑土的原状土、填充土、团聚体样品，通过窀内模拟实验，进行了冻融循环次数、含水量对孔隙结构、团聚体稳定性的研究，结果表明：(1)季节性冻融过程中(2008年10月～2009年6月)，坡上部位的冻结强度较为明显，坡下部位积雪较深，坡上和坡下的最大冻结深度分别为229cm和191cm，坡上部位的平均冻结和解冻速度分别为1．17cm／d和2．83cm／d：而坡下部位则相应为1．03cm／d和2．60cm／d。(2)季节性冻融后，50---70cm土层范围的土壤结构较其上下土层更为敏感(P

7、体呈分散趋势，但大于0．25mm团聚体的水稳定性却显著增强(P5mm干筛团聚体和>O．25mm水稳性团聚体的含量；有水分补充时则加剧了团聚体的拆分作用，显著增加了<2mm干筛团聚体和0．25～lmm水稳性团聚体的含量。(4)由于不

8、同压实程度土体内水热运移规律和季节性冻融过程与特征差异所致，季节性冻融能够对压实土壤的团聚体、