砂姜黑土改良的原理与技术

本书共分为11章，基于区域调查、田间定位试验和室内模拟试验，分析了我国淮北平原典型砂姜黑土区影响作物产量的结构性障碍因子，阐明了砂姜黑土收缩特征和土壤强度特性及其影响因素，明晰了砂姜物理特征对土壤水力学性质的影响，剖析了不同耕作、培肥与秸秆还田等方式对砂姜黑土改良的效果及机制，阐明了“生物耕作”改良砂姜黑土的原理，分析了结构改良剂对砂姜黑土改良的影响，并综合评价了砂姜黑土物理质量。
本书系统地介绍了砂姜照土改良的原理与技术，可供从事中低产田改良与耕地质量提升等领域的科研人员及一线科技工作者学习参考，也可作为土壤学、农学、生态环境等领域高校师生的补充性参考用书。

序
前言
第1章砂姜黑土概况与障碍因子分析1
1.1砂姜黑土的概念1
1.2砂姜黑土分布区域2
1.3砂姜黑土区气候特征2
1.4砂姜黑土区种植制度4
1.5砂姜黑土理化性质与作物产量的空间分布特征5
1.5.1土壤质地5
1.5.2黏土矿物组成6
1.5.3调查区玉米产量7
1.5.4玉米产量和土壤理化性质的空间分布7
1.6砂姜黑土作物产量的关键影响因子分析9
1.6.1玉米产量和土壤穿透阻力的关系9
1.6.2影响玉米产量的关键因子10
1.7小结12
参考文献12
第2章砂姜黑土收缩特征及其影响因素15
2.1砂姜黑土收缩特征15
2.1.1淮北平原砂姜黑土收缩能力空间分布特征16
2.1.2砂姜黑土收缩特征曲线16
2.2砂姜黑土收缩特征的影响因素18
2.2.1东西和南北样带的土壤性质及环境特征18
2.2.2砂姜黑土收缩能力与土壤性质的关系19
2.2.3膨胀性黏土矿物蒙脱石与土壤收缩的关系21
2.3砂姜-细土双介质的收缩模型构建22
2.4砂姜对砂姜黑土收缩行为的影响与模拟25
2.4.1砂姜含量和粒径对土壤收缩行为的影响25
2.4.2砂姜含量和粒径对土壤收缩阶段的影响26
2.4.3砂姜含量和粒径对孔隙及其收缩能力的影响27
2.4.4砂姜-细土混合土样收缩行为的模拟分析28
2.5小结30
参考文献31
第3章砂姜黑土土壤强度及其影响因素34
3.1砂姜黑土抗剪强度及其影响因素34
3.1.1土壤含水量和容重对砂姜黑土黏聚力的影响35
3.1.2土壤含水量和容重对砂姜黑土内摩擦角的影响36
3.1.3土壤含水量和容重对砂姜黑土抗剪强度的影响37
3.2砂姜黑土抗压强度及其影响因素38
3.2.1土壤压实曲线的拟合39
3.2.2土壤含水量和容重对土壤压实特性的影响40
3.3砂姜黑土穿透阻力及其影响因素42
3.4砂姜黑土土壤强度传递函数构建43
3.4.1抗剪强度传递函数的构建与验证43
3.4.2抗压强度传递函数的构建与验证45
3.4.3穿透阻力传递函数的构建与验证46
3.5小结47
参考文献48
第4章砂姜物理特征及对土壤水力性质的影响50
4.1砂姜黑土砂姜含量空间分布特征50
4.1.1不同土壤深度砂姜含量和粒级分布特征50
4.1.2东西和南北两条样带砂姜含量的空间分布52
4.1.3东西和南北两条样带土壤性质与环境因素的空间特征53
4.2砂姜含量空间分布的影响因素55
4.3砂姜物理特征58
4.3.1砂姜容重58
4.3.2砂姜孔隙结构特征59
4.4砂姜物理特征对土壤水分特征曲线的影响61
4.4.1砂姜粒径与含量对土壤水分特征曲线的影响61
4.4.2砂姜粒径与含量对土壤水分特征曲线参数的影响62
4.4.3砂姜粒径与含量对土壤持水能力的影响64
4.5砂姜物理特征对土壤导水能力的影响66
4.6小结69
参考文献69
第5章不同耕作方式对砂姜黑土改良的影响72
5.1不同耕作方式对土壤物理性质的影响72
5.1.1不同耕作方式对土壤容重的影响74
5.1.2不同耕作方式对土壤紧实度的影响74
5.1.3不同耕作方式对土壤三维孔隙特征的影响75
5.1.4不同耕作方式对土壤水分特征曲线的影响80
5.1.5不同耕作方式对土壤饱和导水率和有效水分库容的影响81
5.2不同耕作方式对土壤结构动态变化的影响82
5.2.1不同耕作方式下土壤水分的动态变化82
5.2.2不同耕作方式下土壤容重的动态变化83
5.2.3不同耕作方式下土壤紧实度的动态变化84
5.2.4不同耕作方式下土壤收缩曲线的动态变化86
5.2.5不同耕作方式下土壤水分特征曲线的动态变化89
5.2.6不同耕作方式下土壤孔隙分布曲线的动态变化90
5.3不同耕作方式对土壤有机碳的影响92
5.3.1不同耕作方式下秸秆在土层中的分布92
5.3.2不同耕作方式下土壤有机碳储量93
5.3.3不同耕作方式下土壤有机碳物理分组93
5.3.4不同耕作方式下土壤团聚体稳定性94
5.4不同耕作方式对养分利用率的影响95
5.5不同耕作方式对土壤微生物群落结构的影响96
5.5.1不同耕作方式对微生物群落多样性的影响96
5.5.2不同耕作方式对微生物群落结构的影响97
5.5.3不同耕作方式对土壤微生物胞外酶活性的影响97
5.6不同耕作方式对作物生长的影响101
5.6.1不同耕作方式对作物根系的影响101
5.6.2不同耕作方式对作物秸秆生物量的影响102
5.6.3不同耕作方式对作物籽粒产量的影响102
5.6.4土壤物理性质与作物生长的关系103
5.7小结103
参考文献104
第6章“旋松一体”耕作对砂姜黑土改良的影响106
6.1“旋松一体”耕作对土壤物理性质的影响106
6.1.1“旋松一体”耕作对土壤容重和穿透阻力的影响107
6.1.2“旋松一体”耕作对土壤水分的影响108
6.2“旋松一体”对土壤养分含量的影响109
6.2.1“旋松一体”耕作对土壤有机碳及全量养分的影响110
6.2.2“旋松一体”耕作对土壤速效养分含量的影响111
6.2.3“旋松一体”耕作对土壤氮素残留和吸收的影响112
6.3“旋松一体”对作物生长的影响112
6.3.1“旋松一体”耕作对小麦根系生长的影响113
6.3.2“旋松一体”耕作对小麦、玉米产量的影响114
6.4“旋松一体”耕作深度对作物生长的影响114
6.4.1不同耕作深度对土壤物理性质的影响115
6.4.2不同耕作深度对作物生长的影响117
6.5“旋松一体”在砂姜黑土的综合效益评价118
6.5.1“旋松一体”耕作对砂姜黑土机械油耗与作业效率的影响118
6.5.2“旋松一体”耕作对砂姜黑土经济收益的影响119
6.6小结120
参考文献120
第7章不同生物耕作对砂姜黑土改良的影响123
7.1生物耕作对土壤物理性质的影响123
7.1.1生物耕作对土壤容重和含水量的影响123
7.1.2生物耕作对土壤导气性的影响126
7.1.3生物耕作对土壤穿透阻力的影响127
7.2生物耕作对土壤有机碳和养分的影响128
7.2.1生物耕作对土壤有机碳的影响128
7.2.2生物耕作对土壤养分的影响129
7.3生物耕作对作物生长的影响132
7.3.1生物耕作对作物根系生长的影响132
7.3.2生物耕作对作物产量的影响133
7.4生物孔隙与作物根系的互作机制134
7.4.1生物孔隙对土壤穿透阻力的影响135
7.4.2生物孔隙对玉米生长的影响135
7.4.3生物孔隙与根系的交互作用137
7.4.4生物孔隙对肥料氮吸收的影响140
7.5生物孔隙特征对玉米生长的影响141
7.5.1生物孔隙特征对地上生物量的影响142
7.5.2生物孔隙特征对根系结构的影响142
7.5.3生物孔隙特征对根孔交互的影响147
7.5.4生物孔隙特征对肥料氮吸收的影响148
7.6小结150
参考文献150
第8章不同培肥措施对砂姜黑土改良的影响154
8.1不同培肥措施对土壤物理性质的影响154
8.1.1长期施肥对土壤容重的影响155
8.1.2长期施肥对水分特征曲线的影响155
8.1.3长期施肥对土壤收缩特征曲线的影响157
8.1.4长期施肥对土壤团聚体组成及稳定性的影响158
8.2不同培肥措施对土壤有机碳的影响160
8.2.1长期施肥下总有机碳的变化160
8.2.2长期施肥下不同有机碳组分的变化161
8.2.3长期施肥下有机碳化学结构特征161
8.2.4长期施肥下土壤碳投入量的变化162
8.2.5长期施肥下土壤碳投入与碳固定之间的关系163
8.3不同培肥措施对土壤养分状况的影响164
8.3.1长期施肥对全氮和碱解氮含量的影响164
8.3.2长期施肥对全磷和有效磷含量的影响165
8.3.3长期施肥对速效钾含量的影响167
8.4不同培肥措施对土壤微生物群落结构的影响167
8.4.1长期施肥对砂姜黑土真菌多样性的影响168
8.4.2长期施肥下砂姜黑土真菌群落结构169
8.4.3长期施肥对砂姜黑土细菌多样性的影响169
8.4.4长期施肥下砂姜黑土细菌群落结构170
8.5不同培肥措施对作物生长的影响171
8.5.1长期施肥对小麦与大豆产量的影响172
8.5.2土壤容重与作物产量的关系173
8.5.3土壤有机碳含量与作物产量的关系174
8.5.4土壤速效养分含量与作物产量的关系175
8.6小结176
参考文献176
第9章不同施氮水平下秸秆还田对砂姜黑土改良的影响179
9.1不同施氮水平下秸秆还田对土壤物理性质的影响179
9.1.1不同施氮水平下秸秆还田对土壤容重的影响180
9.1.2不同施氮水平下秸秆还田对土壤团聚体稳定性的影响181
9.1.3影响土壤团聚体稳定的主要因素182
9.2不同施氮水平下秸秆还田对土壤养分状况的影响183
9.2.1不同施氮水平下秸秆还田对土壤pH的影响183
9.2.2不同施氮水平下秸秆还田对土壤有机碳含量的影响184
9.2.3不同施氮水平下秸秆还田对土壤氮的影响185
9.2.4不同施氮水平下秸秆还田对土壤磷的影响185
9.2.5不同施氮水平下秸秆还田对土壤钾的影响187
9.3不同施氮水平下秸秆还田对土壤微生物群落的影响188
9.3.1不同施氮水平下秸秆还田对土壤真菌多样性的影响188
9.3.2不同施氮水平下秸秆还田对土壤真菌群落的影响189
9.3.3不同施氮水平下秸秆还田对土壤细菌多样性的影响190
9.3.4不同施氮水平下秸秆还田对土壤细菌群落的影响190
9.4不同施氮水平下秸秆还田对作物产量的影响192
9.4.1小麦和玉米产量年际变化特征192
9.4.2小麦和玉米变异系数及可持续性指数194
9.4.3秸秆还田下小麦和玉米适宜的施氮量195
9.5不同秸秆促腐剂施用效果的对比研究196
9.5.1不同秸秆促腐剂室内效果的对比研究197
9.5.2不同秸秆促腐剂田间效果的对比研究197
9.5.3联合研发菌剂促腐效果田间验证199
9.6小结199
参考文献200
第10章不同结构改良剂对砂姜黑土改良的影响203
10.1不同改良剂对土壤物理性质的影响203
10.1.1粉煤灰对土壤物理性质的影响203
10.1.2生物炭对土壤物理性质的影响204
10.1.3秸秆灰/渣对土壤物理性质的影响205
10.1.4不同来源生物炭对土壤物理性质的影响207
10.2不同改良剂对土壤养分状况的影响208
10.2.1粉煤灰对土壤养分状况的影响208
10.2.2生物炭对土壤养分状况的影响209
10.2.3不同有机物料对土壤养分性质的影响210
10.3不同改良剂对作物生长的影响212
10.3.1粉煤灰对作物生长的影响212
10.3.2生物炭对作物生长的影响213
10.3.3不同有机物料对作物生长的影响213
10.4小结215
参考文献216
第11章砂姜黑土物理质量的评价及应用218
11.1土壤物理质量评价参数218
11.1.1土壤S指数218
11.1.2土壤最小水分范围(LLWR)219
11.2不同培肥措施对土壤物理质量的影响222
11.2.1不同培肥措施对土壤S指数、AWC及LLWR的影响222
11.2.2不同培肥措施下各土壤物理指标间相关性222
11.3不同耕作方式对土壤物理质量的影响223
11.3.1不同耕作方式对土壤S指数的影响224
11.3.2不同耕作方式对土壤LLWR的影响224
11.4土壤水分胁迫时间占比及其应用226
11.4.1不同耕作处理下土壤水分胁迫时间占比226
11.4.2土壤物理质量指标与作物生长的关系228
11.5小结229
参考文献229
附录233
彩图