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。
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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 土壤最小限制水分范围(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
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