土壤有机质是表征土壤质量的重要指标,白浆土作为具有典型障碍层的土壤,其低有机质含量易对作物生长发育产生不良影响,明确不同有机物料深混对白浆土表层土壤有机质再分布的影响,可为东北农田白浆土构建适宜的耕层提供理论和技术参考.本研究在黑龙江省双鸭山市白浆土上进行了为期2年的定位试验,设置5种处理:深翻35 cm(T35)、秸秆深混35 cm(T35+S)、有机肥深混35 cm(T35+M)、秸秆搭配有机肥深混35 cm(T35+S+M),以农民常规措施(浅翻15 cm,CK)为对照.结果表明:有机物料深混35 cm还田处理(T35+S、T35+M和T35+S+M)可显著提升玉米产量,其中以T35+S+M处理对玉米产量的提升效果最显著,2年平均增产2934.76 kg·hm-2.与CK相比,T35处理耕层(0～15 cm)土壤有机质含量降低8.4％,而亚耕层(15～35 cm)土壤有机质含量增加7.6％,亚耕层土壤有机质丰富度指数增加17.5％.在深翻基础上有机物料还田可显著提升全耕层(0～35 cm)土壤有机质含量,全耕层土壤有机质转化率为16.3％～31.0％.与T35处理相比,T35+S处理耕层和亚耕层土壤有机质含量无显著增加,T35+M和T35+S+M处理耕层土壤有机质含量分别显著增加4.6％和6.9％,亚耕层土壤有机质含量分别显著增加11.2％和15.4％,亚耕层土壤有机质丰富度指数分别增加2.5％和5.1％.相关性分析表明,全耕层土壤有机质含量与玉米产量呈显著正相关,贡献率达17.5％.综上,有机肥或有机肥配合秸秆深混还田是培肥白浆土的有效措施,且主要是通过提升全耕层(0～35 cm)与亚耕层(15～35 cm)土壤有机质含量实现.

阐明东北黑土区玉米秸秆不同还田方式的土壤温度效应,对农田秸秆管理和热量资源高效利用具有重要意义.本研究在大田试验条件下,设置传统垄作秸秆不还田(CT)、秸秆深翻还田(PTSR)、秸秆碎混还田(RTSR)和秸秆覆盖还田(NTSR)4个处理,2018-2020年测定了玉米生育期5、15、30 cm 土壤温度和含水率动态变化及秸秆覆盖率,分析了不同处理各土层温度差异、≥10℃ 土壤积温和有效积温(GDD)、土壤温度日动态变化和空气积温生产效率,以及影响土壤温度差异的因素.结果表明:不同处理主要影响玉米播种至出苗期(S～VE)的土壤温度,土壤日平均温度呈现CT＞PTSR＞RTSR＞NTSR的趋势,随着生育进程推进和土壤深度增加土壤温度差异逐渐缩小.与CT相比,PTSR、RTSR和NTSR处理5 cm 土壤温度分别降低0.86、1.84和3.50 ℃;NTSR处理显著降低了不同土层≥10℃积温和GDD,5、15和30 cm 土层≥10℃积温分别降低216.2、222.7和165.1 ℃·d,GDD分别降低201.9、138.7和123.9 ℃·d;NTSR处理还显著降低了空气积温生产效率,降幅为9.7％～15.6％.综上,PTSR和RTSR对玉米播种至出苗期表层土壤温度会产生显著影响,但是对空气积温生产效率无显著影响;而NTSR显著降低了耕层土壤温度和空气积温生产效率.

为了探究水分胁迫条件下秸秆还田对玉米产量和根系空间分布的影响,自2016年起连续2年在沈阳农业大学试验田设置了秸秆还田控水试验.于大型遮雨棚内采用滴灌控水的方法,设置行间秸秆翻埋(T1)与混拌(T2)两种还田方式,15 cm (D1)、30 cm(D2)、45 cm(D3)3个还田深度,以秸秆不还田3个翻埋深度为对照,在玉米苗期和吐丝期分别进行旱、涝处理,分析水分胁迫条件下玉米产量和根系空间分布特征.结果表明:2016年S1T1D2(秸秆翻埋还田30 cm)产量显著高于对照处理,增产幅度为5.7％～7.1％;侧根和深层根系根干质量较其他处理分别高67.3％～149.9％和17.9％～116.4％;植株地上部干物质积累量显著低于其他处理,降低幅度为2.1％～35.8％.S1T1D2可以提高玉米根系生长量,扩展根长的空间分布范围,缓解了旱涝危害,实现降雨不均条件下的增产和稳产.因此,在东北地区先旱后涝的气候条件下,春玉米生产推荐行间翻埋30 cm的秸秆还田方式.

有机物料还田是提高土壤肥力、改善土壤结构和增加作物产量的重要农艺措施之一.本研究通过分析有机物料深混还田构建肥沃耕层后土壤的有机质、速效养分含量和玉米产量,明确了黑土区不同土壤类型旱地土壤肥力指标和玉米产量对肥沃耕层构建方式的响应特征,以期为实现东北黑土区旱地保护性利用和农业可持续发展提供科学依据.采用小区试验与大区示范相结合的方式,在黑龙江省、吉林省和辽宁省选取9个生态类型区作为试验点,土壤类型包括黑土(中厚黑土和薄层黑土)、草甸土、黑钙土、白浆土、棕壤、暗棕壤和褐土.每个试验点均设置了玉米秸秆深混构建肥沃耕层(CFⅠ)、秸秆配合有机肥深混构建肥沃耕层(CFⅡ)和无有机物料还田(CK)3个处理.其中,CFⅠ、CFⅡ处理的小区试验和大区示范的秸秆还田量分别为10000 kg ·hm-2和全量还田,CFⅡ处理的有机肥施用量为30000 t ·hm-2;CFⅠ和CFⅡ处理中有机物料的还田深度均为0～35cm.结果表明:不同土壤类型旱地的土壤肥力差异较大,不同土层表现为亚耕层土壤肥力小于耕层土壤,其中暗棕壤和白浆土尤为突出;棕壤、褐土耕层和亚耕层的土壤肥力均偏低;黑土和草甸土的质地比较黏重和犁底层较厚.在试验时间为两年以上的5个试验点中,与CK相比,CFⅠ和CFⅡ处理耕层的土壤有机质、碱解氮、速效磷和速效钾含量平均增加1.85 g ·kg--1、20.16 mg ·kg-1、1.56 mg ·kg-1和17.2 mg·kg-1,亚耕层较耕层增加了2.09 g· kg-1、12.06 mg · kg-1、2.18 mg · kg-1和3.84 mg · kg-1.与CK相比,CFⅠ处理显著增加了耕作层和亚耕层土壤有机质和速效磷含量,CFⅡ处理显著增加了耕作层和亚耕层的全部土壤肥力指标,说明肥沃耕层构建是提高土壤肥力的重要途径,其中玉米秸秆配施有机肥是快速提升土壤肥力的有效方法.受不同地区水热条件和土壤类型等的影响,不同试验区的玉米产量差异较大;不同处理间差异显著,表现为CFIl>CFⅠ>CK,说明肥沃耕层构建方式在不同生态类型区均能有效提高玉米产量.采用玉米秸秆或者玉米秸秆配合有机肥深混的肥沃耕层构建方式能够同步培肥耕层和亚耕层土壤,提高玉米产量.不同生态类型区应根据土壤类型、有机物料来源等采取相应的肥沃耕层构建方式,建议在有机肥源充足的区域,优先采用秸秆配合有机肥深混构建肥沃耕层.

为探究肥沃耕层构建技术对白浆土土壤肥力和玉米产量的影响,本研究在黑龙江省富锦市的白浆土上进行了 3年的定位试验,试验设置常规整地方法(T15)和肥沃耕层构建方法[秸秆深混还田(T35+S)、有机肥深混施用(T35+M)、秸秆与有机肥深混还田(T35+S+M)、深翻35 cm+秸秆深混+有机肥+化肥(T35+S+M+F)]共5个处理.结果表明:1)肥沃耕层构建处理均比常规对照显著增加了玉米产量,增幅15.4％～50.9％.2)与常规对照相比,肥沃耕层构建前两年对土壤pH值影响不显著,到第3年显著提高了耕层(0～15 cm)土壤 pH 值;T35+S+M+F、T35+S+M、T35+M 处理显著提高 了 亚耕层(15～35 cm 土层)土壤 pH 值,T35+S处理对亚耕层土壤pH值影响不显著.3)肥沃耕层构建处理(T35+S+M+F、T35+S+M、T35+M、T35+S)可提高耕层和亚耕层土壤养分含量,其中亚耕层土壤有机质、全氮、有效磷、碱解氮和速效钾含量分别显著提高了 3.2％～46.6％、9.1％～51.8％、17.5％～130.1％、4.4％～62.8％、22.2％～68.7％,导致亚耕层肥力丰富度指数增加,其养分含量趋近于耕层水平,构建了 35 cm肥沃耕层.4)肥沃耕层构建处理第2、3年0～35 cm 土壤有机质含量分别增加了 8.8％～23.2％、13.2％～30.1％;土壤有机碳储量逐步增加.5)T35+S处理碳转化率为9.3％～20.9％,T35+M、T35+S+M和T35+S+M+F处理碳转化率为10.6％～24.6％;肥沃耕层构建处理土壤固碳速率为815.7～3066.4 kg·hm-2·a-1,T35+S处理固碳速率随着时间推移逐渐增加,其他3个处理第二年达到碳饱和.采用玉米秸秆或者玉米秸秆配合有机肥深混的肥沃耕层构建方式能够同步培肥白浆土耕层和亚耕层土壤,提高玉米产量,从经济效益考虑,实际生产中可采用秸秆、有机肥和化肥深混一次性还田方式结合保护性耕作培肥白浆土.