不同降水量分配下生物炭对砂姜黑土冬小麦水分利用的调控机理
批准号：
32101316
项目类别：
青年科学基金项目（C类）
资助金额：
30.0 万元
负责人：
孔海燕
依托单位：
学科分类：
生态系统生态学
结题年份：
2024
批准年份：
2021
项目状态：
已结题
项目参与者：
孔海燕
项目摘要
结项摘要
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中文摘要
淮北平原典型中低产土壤砂姜黑土质地黏重、干缩湿胀，土壤有效水分库容低，是限制区域小麦产量提高的关键因素。针对砂姜黑土属性障碍因子的消减，施加生物炭能够改善土壤结构和水分空间，促进冬小麦根系发育和深扎，提高水分利用效率和产量。但目前对于不同土壤水分条件下生物炭调控土壤水分有效库容和运移的机理缺乏深入研究，生物炭如何调控冬小麦根系深扎优化水分吸收尚缺乏明确结论。本研究拟通过人工控制不同降水量分配，采用大田试验，结合氢氧稳定同位素技术，重点回答：不同降水量分配下生物炭改善土壤团聚体结构和稳定性，调控土壤有效水分库容与水分运移的机制；生物炭调控冬小麦根系深扎对不同降水量分配的响应；不同土壤水分和生物炭共同作用影响根系吸收土壤水分格局等关键科学问题。据此，揭示不同降水量分配下生物炭调控土壤水分、促进冬小麦根系深扎优化水分吸收的途径和机理，为砂姜黑土属性障碍因子的改良及农业可持续发展提供理论参考。
英文摘要
Shajiang black soil, a typical medium and low yield soil in Huaibei plain, has the characteristics of clay weight, dry shrinkage and wet expansion, and low soil effective water storage capacity, which are the key factors limiting the wheat yield. Biochar application can improve soil structure and water space, promote root development and deep planting of winter wheat, and improve water use efficiency and yield of wheat. However, there is a lack of in-depth study on the mechanism of biochar regulating soil water effective storage and transport under different soil water conditions, and there is also a lack of clear conclusion on how biochar regulates winter wheat root deep ligation and optimizes water absorption. The study intends to control the distribution of precipitation through artificial simulation of precipitation, using the field experiments, combined with hydrogen and oxygen stable isotope technology, focusing on answering the following questions: 1) the mechanism of biochar improving soil aggregate structure and stability, regulating soil effective water storage and water movement under different precipitation distribution; 2) biochar regulates the response of wheat root system to different precipitation distribution; 3) interaction of soil water and biochar influences the soil water pattern of root system. In this light, the study will reveal the mechanism of biochar regulating soil water and promoting root deep ligation and optimizing water absorption under different precipitation distribution. The results will provide a theoretical reference for the improvement of barrier factors and sustainable development of shajiang black soil.
淮北平原典型中低产土壤砂姜黑土质地黏重，土壤有效水分库容和有机质含量低，因此合理改善土壤结构，调控土壤养分和水分是提升砂姜黑土质量，实现冬小麦产量提高的关键。本项目通过大田试验，共设充分供水（WW, Well-watered）和干旱胁迫（WS, Water-stressed）两种水分处理；并施加20×103、40×103和60×103 kg hm-2生物炭（记作B20、B40和B60），不施加生物炭为对照，记作CK，探讨不同水分条件下生物炭对砂姜黑土团聚体结构、有机碳含量和水分运移的影响，阐明生物炭调控冬小麦根系深扎对不同降水量的响应机制，揭示生物炭提高小麦水分利用促进产量提高的机理。结果表明：1）B40和B60处理能促进较大粒级团聚体（>2mm）形成，并提高团聚体稳定性（MWD和GMD）；2）施加生物炭处理显著促进土壤有机碳（SOC）积累，且随着施加量增加而增加；B40和B60处理显著促进各粒级团聚体有机碳含量，并提高>2mm粒级团聚体有机碳贡献率；3）两种水分条件下，B40和B60处理能显著提高0-100cm土层土壤含水量，特别在水分亏缺条件下效果尤为显著，同时可促进水分向下运移，并提高深层土壤水分的贡献率；4）B40和B60处理显著促进20-60cm土层总根长、根表面积、根系平均直径、总根体积和根系生物量，B60处理显著促进60-100cm土层总根长、根表面积、根系平均直径和总根体积，B40和B60处理显著促进60-100cm土层根系生物量，结果表明施加一定量生物炭处理可促进小麦根系深扎，促进小麦吸收深层土壤水分；5）施加生物炭处理能够显著增加冬小麦株高、地上生物量、穗数、千粒重和产量，并提高水分利用效率，尤其在水分亏缺条件下，B40和B60处理下小麦产量和水分利用效率，与CK相比，分别增加了20.64%、31.46%和36.29%、43.68%；6）相关分析结果表明，冬小麦产量和水分利用效率与土壤团聚体稳定性和有机碳含量呈正相关关系，与不同土层总根长、总根表面积、根系平均直径、总根体积及地下生物量呈正相关关系，施加生物炭处理可促进小麦根系深扎，提高水分利用效率和产量。研究结果对砂姜黑土区的农田开发利用及可持续发展具有重要意义。
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