掺混肥与生物肥混存、混施的效果研究—硕士学位毕业论文.doc

分 类 号： 单位代码：10193 密 级： 学 号：z2012074 专业硕士学位论文 掺混肥与生物肥混存、混施的效果研究 the effect research of mixed fertilizer store and mix with biological fertilizer 学位类别： 农业推广硕士 专业名称： 农业资源利用 研究方向： 肥料与平衡施肥 所在学院： 资源与环境学院 2014 年 5 月 独 创 性 声 明 本人郑重声明：所呈交的学位论文是本人在导师指导下，独立进行研究所取得的成果。尽我所知， 除文中特别加以标注和致谢所列内容外，论文中不包含其他个人或集体已经发表或撰写过的研究成果， 也不包含为获得吉林农业大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对 本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。 本学位论文所有内容若有不实之处，本人愿意承担一切相关法律责任和后果。 学位论文作者签名： 签字日期： 年 月 日 关于学位论文使用授权的声明 1、本人完全了解吉林农业大学有关保留和使用学位论文的规定，即：研究生在校攻读学位期间 所完成的论文及相关成果的知识产权属吉林农业大学所有，并同意将本论文的版权授权给吉林农业大 学，学校有权保留送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅，可以采用影印、缩印或扫描等 复制手段保存、汇编学位论文。 2、本人 （同意 /不同意，务必打印后填写）吉林农业大学将本论文版权授权给不同媒 体进行电子出版、多媒体出版、网络出版以及其他形式出版（涉密学位论文解密后应遵守此协议） 。 3、本人声明毕业后若发表在攻读研究生学位期间完成的论文及相关的学术成果，必须以吉林农 业大学作为第一署名单位。 学位论文作者签名： 签字日期： 年 月 日 指导教师签名： 签字日期： 年 月 日 i 摘 要 将掺混肥与生物肥混合施用对作物生长及环境保护具有重要的意义。生物肥中的微 生物在土壤物质转化和促进植物生长方面具有极为重要的作用。掺混肥的施用使得土壤 营养元素均衡，提高作物产量，对科学合理施肥、维持陆地生态系统具有重要的意义。 本文对不同施肥处理下生物肥料中固氮菌、解磷菌、解钾菌菌落数进行分期测定并 研究其菌落数量变化规律。通过盆栽试验研究不用施肥处理下土壤碱解氮、速效磷、速 效钾含量变化规律。其结果如下： 对固氮菌研究表明：m1、m2 两个处理刚接种时固氮菌数量最少，菌数分别为 1.9105cfu/g、2.010 5cfu/g；最大繁殖期固氮菌数量分别为 8.3105cfu/g、2.010 5cfu/g。刚接种时 m2 处理固氮菌数量较 m1 处理高 0.16%；繁殖 期即培养的第 312 天较 m1 处理高 8.03%；死亡期较 m1 处理高 2.14%。 对解磷菌研究表明：m1、m2 两个处理刚接种时解磷菌数量最少，菌数分别为 2.6104cfu/g、53.710 4cfu/g；最大繁殖期解磷菌数量分别为 20.7104cfu/g、88.810 4cfu/g。刚接种时 m2 处理解磷菌数量较 m1 处理高 9.19%；繁 殖期即培养的第 315 天较 m1 处理高 56.76%；死亡期较 m1 处理高 9.87%。 对解钾菌研究表明：m1、m2 两个处理处理刚接种时解钾菌数量最少，菌数分别为 1.2105cfu/g、1.610 5cfu/g；最大繁殖期解钾菌数量分别为 60.0105cfu/g、62.510 5cfu/g。刚接种时 m2 处理解钾菌数量较 m1 处理高 0.08%；繁 殖期即培养的第 312 天较 m1 处理高 1.54；死亡期较 m1 处理高 0.83%。 对土壤碱解氮分析得出：除单施氮肥处理外其它施肥处理土壤碱解氮含量均呈现先 上升后下降的趋势。整个施肥期土壤碱解氮总养分含量为：掺混肥+生物肥氮肥+生物 肥掺混肥氮肥秸秆+ 生物肥生物肥ck。 对土壤速效磷分析得出：各处理土壤速效磷含量均呈现先上升后下降的趋势。整个 施肥期土壤速效磷总养分含量为：掺混肥+生物肥磷肥+生物肥掺混肥磷肥生物 肥秸秆+ 生物肥ck 。 对土壤速效钾分析得出：各处理土壤速效钾含量均呈现先上升后下降的趋势。整个 施肥期土壤速效钾总养分含量为：掺混肥+生物肥钾肥+生物肥掺混肥钾肥秸秆+ 生物肥生物肥ck。 关键词：生物肥，掺混肥，黑土，氮磷钾，微生物 ii abstract mixed fertilizer and biological fertilizer mix application is very important in crop grow and environmental protect. the microbes in bio-fertilizer has very important in transform material in soil and promot the plant growth. the application of mixed fertilizer could balance the soil nutrient and increase the crop yield, this has great important in scientific and reasonable fertilizition and maintain terrestrial ecosystem. in this paper, staging measure the azotobacter、phosphate-solubilizing bacteria and patassium colony number in biological fertilizer under different fertilizer treatments and study its colony number change rule. through pot experiment study soil available nitrogen 、available phosphorus and available potassium content change rule under different fertilization treatment. the results show that: the research of azotobacter shows that:the fewest azotobacter appeared in just vaccination under the two process of m1 and m2,the number of bacteria were 1.9105cfu/g and 2.0105cfu/g;the largest beeeding season nitrogen-fixing bacteria number were 8.3105cfu/g and 2.0105cfu/g.just when vaccination m2 processing number of azotobacter was 0.16% bigger than the m1 processing; breeding season training 312 days was 8.03% higher than m1 processing; death phase was 2.14% bigger than the m1 processing. the research of phosphate-solubilizing bacteria shows that:the fewest bacteria appeared in just vaccination under the two process of m1 and m2,the number of bacteria were 2.6104cfu/g and 53.7104cfu/g;the largest beeeding season phosphate-solubilizing bacteria number were 53.7104cfu/g and 88.8104cfu/g.just when vaccination m2 processing number of bacteria was 9.19% bigger than the m1 processing; breeding season training 315 days was 56.76% higher than m1 processing; death phase was 9.87% bigger than the m1 processing. the research of patassium shows that:the fewest patassium appeared in just vaccination under the two process of m1 and m2,the number of bacteria were 1.2105cfu/g and 1.6105cfu/g;the largest beeeding season patassium number were 60.0105cfu/g and 62.5105cfu/gjust when vaccination m2 processing number of patassium was 0.08% bigger than the m1 processing; breeding season training 312 days was1.54% higher than m1 processing; death phase was 0.83% bigger than the m1 processing. on soil alkaline hydrolysis nitrogen analysis: apart from the single nitrogen treatment fertilizer treatments soil alkaline hydrolysis levels tend to rise before falling. the fertilizing soil alkaline hydrolysis total nutrient content is: mixing fertilizer + biological fertilizer nitrogen iii fertilizer + biological fertilizer mixed fertilizer nitrogen fertilizer straw + biological fertilizer biological fertilizer ck. analysis of soil available phosphate：the processing of soil available phosphate content tend to rise before falling. the fertilizing soil available phosphate total nutrient content as follows: mixing fertilizer + biological fertilizer phophorus fertilizer + biological fertilizer mixed fertilizer phophorus fertilizer biological fertilizer straw + biological fertilizer ck. analysis on soil available potassium: each dealing with soil available potassium content tend to rise before falling. the fertilizing soil available potassium total nutrient content is: mixing fertilizer + biological fertilizer potassium fertilizer + biological fertilizer mixed fertilizer potassium fertilizer straw + biological fertilizer biological fertilizer ck. key words:biological fertilizer,mixed fertilizer,black soil,nitrogen phosphorus and potassium,microbial 目 录 摘 要 i abstract.ii 第一章 前 言 1 1.1 研究背景 1 1.2 生物肥料及掺混肥料研究进展 2 1.3 土壤氮磷钾研究进展 5 1.4 研究目的与意义 9 1.5 主要研究内容及创新点 9 1.6 技术路线 .10 第二章 材料与方法 .12 2.1 供试材料 .12 2.2 试验设计 .12 2.3 测定项目及方法 .13 2.4 数据分析 .14 第三章 结果与分析 .15 3.1 掺混肥与生物肥混存对微生物的作用效果 .15 3.2 掺混肥与生物肥混施对土壤氮磷钾的作用效果 .21 第四章 讨论 .24 4.1 掺混肥与生物肥混存结果讨论 .24 4.2 掺混肥与生物肥混施结果讨论 .24 第五章 结论与展望 25 5.1 主要研究结论 .25 5.2 存在问题与不足 .26 参考文献 .27 作者简介 .32 致 谢 .33 吉林农业大学硕士学位论文 绪论 1 第一章 前 言 1.1 研究背景 中国农业生产中的土壤最基本的自然资源和物质基础。土壤中三大元素氮磷钾对农 业生产和作物产量和质量起着至关重要的作用。我国肥料发展以氮磷钾先后顺序发展， 8090 年代处于大发展时期。研究表明，我国普遍土壤缺氮，土壤氮素流失速率较快， 有效氮的固定较困难，而有效磷的供应量逐渐回升，磷缺乏程度逐渐降低，全国土壤施 钾均有很好的效果，但土壤磷钾元素部分仍处于闭塞形式。土壤中氮磷钾三大营养元素 含量是有限的，增加土壤氮磷钾含量最有效的措施即是施肥，以促进农作物发育、提高 产品产量、改善产品品质。 微生物的研究已在第十九世纪后半叶有了很大的进步，如发现和证明固氮豆科植物 并将其根瘤菌进行分离、培养，并做成制剂应用 1。目前许多国家大力发展豆科植物的 种植面积使其发挥生物固氮的作用，以减少使用化学肥料，取得明显经济和生态效益 2。 微生物和土壤磷之间的关系已在20 世纪初被人们注意。1908年sackett 3发现一些不溶性 的复合物施入土壤后可作为磷源，1948年gerretsen发现将不溶性磷肥与土壤微生物接种 后可以促进植物生长，增加土壤磷的吸收，促进磷酸盐的溶解 4。1988年尹瑞玲对我国 旱地土壤解磷微生物进行深度的研究，取得了很大进展 5。硅酸盐细菌不仅可以溶磷、 解钾，还具有固氮的能力 6-8 。因此,在微生物肥料中硅酸盐细菌已被广泛应用 , 大量田 间试验表明，硅酸盐细菌能挖掘土壤潜在肥力并在提高作物产量等方面具有重要的作用 9-18, 但也存在这应用效果不稳定的缺点 19-21。 近年来由于中国人口增长率提高和人们生活水平的不断提高，因此对农副产品和农 资产品的质量和数量的要求也在不断地提高，导致化肥在农业生产中过量使用。根据联 合国粮农组织报告，化学肥料、农药、除草剂等的不合理施用易污染环境、河流及地下 水 22,破坏土壤生态系统、造成土壤肥力下降，导致农产品质量及作物生长 23受影响， 也使得土壤有机质及营养元素流失 24。因此，为防止此类现象再发生应加大控制化学肥 料、农药、除草剂等的使用量，降低其对土壤、环境、水、农产品的污染及对人类健康 造成的危害。 通过国家有关部门的重视，生物肥料的研究取得了迅速的发展。生物肥料能加快土 壤有机质转化、改良土壤理化性状、分解土壤中化合态的磷、钾等元素、减少土壤氮素 损失 25。研究表明有机无机生物肥料混合施用可以提高肥料利用率，减少对土壤、水、 环境等的污染，并且能够提高农产品品质及提高作物产量。生物肥料中的微生物能够固 定土壤氮素防止其营养元素过多地流失还能分解土壤中闭蓄态磷钾等元素，同时生物肥 料的施用能够相对减少化学肥料的使用量，对保护环境、提高土壤肥力具有一定的效果， 吉林农业大学硕士学位论文 绪论 2 因此开发利用有机无机生物复混型肥料势在必行，以确保我国农业实现“高产、优质” 目标。 1.2 生物肥料及掺混肥料研究进展 目前国内外生产生物肥料及掺混肥料品种很多，施用技术也在不断地提高，生物肥 料和掺混肥料混合施用已被广泛应用于世界各地，并得到认可。 1.2.1 国内生物肥料发展概况 生物肥料在中国从 20 世纪 50 年代初进行研究和应用，至今已有 60 多年的历史，适 用品种多，其种类占据世界前列。随着农业的发展，科学技术在农业生产中的进一步应 用以及可持续农业战略实施的兴起，应用生物肥料替代部分化学肥料已受到关注 26，目 前已形成具有中国特色的产业结构 27-29。我国现有的生物肥料生产企业 500 多家,约 5000000 吨年产量。近几年来, 生物肥料进出口数量日益增加, 已步入全球化轨道。我 国依据国际上提出的“可持续农业”的政策, 相应制定出发展“生态农业”的计划, 大 力提倡研究和开发利用生物肥料。经过几十年的研究和探索生物肥料在中国农业生产中 获得了很好的成效。目前我国应用较多的肥料是复合生物肥料，研究表明复合生物肥料 比单施用菌肥对作物增产效果明显。此外，我国对生物肥料的发展前景给予了高度的重 视,因此生物肥料在农业生产中发挥着巨大的作用。 生物肥料是指一类含有活性微生物的产物，具备肥料的功能,能促成作物生长发育、 改良作物养分条件、抑制无益微生物的活动 30，其肥效是通过微生物的生命活动所引起 的 31。生物肥料中的微生物可以提高土壤养分、改善农产品品质 32,33。生物肥料具有肥 效高、成本低、生产技术简单、改善作物品质、无污染、分泌生长激素、无毒副作用、 节约能源等优点。生物肥料尽管有很多优点，但也有很多不足，目前我国生物肥料的用 量远远低于无机肥料的用量，生物肥料还存在肥效慢、保质期短、易失活、不易保存等 问题。因此，应正确存放和使用生物肥料，完善其生产标准、加大投入、进一步研发高 效的生物肥料使其在可持续农业发展中发挥其应有的生态效益。 生物肥料最初称之为根瘤菌剂,根据微生物的作用机理可分为根固氮菌肥料、解磷菌 肥料、根瘤菌肥料、抗生菌肥料、硅酸盐细菌肥料等 34。固氮菌肥料是指固氮微生物作 用在菌株上产生的。根据其特点分为自体细菌固氮菌肥料和复合固氮菌肥料，可作基肥、 种肥和追肥，可使作物生长并满足作物的需要，可减少土壤氮素的损失。磷细菌肥料是 指利用磷细菌的生命活动将土壤中难溶的有机无机磷转化成能被作物直接吸收利用的有 效态磷，又能分泌生长激素刺激作物生长的肥料，可以提高单位面积作物产量。按作用 特征可分为有机磷细菌肥料和无机磷细菌肥料。硅酸盐细菌肥料又称钾细菌肥料，是指 利用硅酸盐细菌的生命活动促进作物生长发育，抑制有害微生物的生命活动，微生物产 品对作物具有增产效应。它在小麦、棉花等作物上应用较广效果较好，目前我国约有30 吉林农业大学硕士学位论文 绪论 3 多种作物近850 hm 2 耕地使用钾细菌肥料 35。 我国生产上使用的生物肥料种类主要有增产菌肥料、固氮菌肥料、解磷菌肥料、硅 酸盐细菌肥料、复合微生物肥料等，主要生产根瘤菌、固氮菌、解磷菌、解钾菌等。生 物肥料在我国主要有液体和固体两种。液体生物肥料是用发酵液瓶，也可以用矿物油盖； 泥炭作为固体生物肥料的载体，分为粉体和颗粒两种。从内含物看，主要有单菌株制剂、 多菌株制剂和微生物加化肥或有机物等的增效物混合成的制剂。生物肥料作为基肥、追 肥不仅可用于浸种，还可将种子与秸秆、无机肥料混合施用。生物肥料在土壤中利用微 生物的生命活动将空气中的惰性元素转化为作物可直接吸收利用的离子态元素，可以增 加土壤碱解氮、速效磷、速效钾含量，将农作物不能直接从土壤中吸收元素转化成可被 作物吸收利用的元素，协助农作物吸收营养元素、提高作物营养、增强作物抗逆性、抗 倒伏和抗旱性。 1.2.2 国外生物肥料发展概况 国际生物肥料的应用研究是在豆科根瘤菌中获得根瘤菌，最初只有大豆和花生两种。 50 年代，来自前苏联的固氮菌、磷细菌和钾细菌统称为细菌肥料。60年代开始推行 “5406”抗生菌肥料。7080年代中期，开始研发va 菌根，以提高作物磷素营养状况 和提高作物水分利用效率。80 年代至90 年代，在农业生产中将固氮菌与生物钾肥进行 拌种施用。近年来，固氮菌、磷细菌、钾细菌与有机肥混合成的生物肥料在农业生产使 用。目前根瘤菌肥料是国外应用最广效果最稳定的生物肥品种 36。但研究表明，豆科植 物根部结瘤的有3 0 0 多种 ,而能分离出的根瘤只有10 0 多种, 由此可见根瘤菌肥料资源 相当可观。目前, 近70 个国家推广使用生物肥料，如美国、法国、德国和其他一些非洲 国家。在第二十世纪 80 年代, 青霉菌在加拿大应用，此菌能有效地溶解无机磷，在 1988 年 , phimbios 公司用该菌株制成生物肥料产品并现场试验，结果表明，约10 种作 物平均增产6%9%。目前 ,国际复合微生物肥料还处于摸索阶段，如美国的“生物剂” 37。 由此可见随着生态农业的不断兴起，生物肥料的发展前景将日益受到人们的重视。 国外正大力研发复合生物肥料以提高生物肥料中微生物的作用效果，复合生物肥料 的发展主要是复合根瘤菌和由不同的微生物复合成生物肥，如日本的“em” 。然而复合 生物肥料的使用存在较多的问题, 不同微生物之间既可共存也可拮抗, 它们在同一生存 环境内是否互相争夺营养这一问题需要进一步研究,而目前此类问题的研究资料极少。由 微生物和增效物混合制成的复合生物肥料也存在较复杂的问题，众所周知增效物本身的 营养结构比较复杂当其与微生物混合时需要考虑混合的比列以及增效物之间的比例，这 一比例多少最合适需要设置不同比例处理进行田间试验找出最合适的比列应用于农业生 产中。 国外生物肥品种及豆科作物品种的应用不断的增加。众所周知国外很重视畜牧业和 吉林农业大学硕士学位论文 绪论 4 草业的建设，因此国外草原面积比较大，不能够过量的施用化学肥料，因而生物肥料的 使用量在不断的增加。国外草原面积虽然大但是草原的质量较差，土壤肥力不高，灌溉 水供应不足，豆科植物在这种条件下自生结瘤不良，因此使用生物肥料的同时还应加大 根瘤菌肥的使用以改善豆科作物自生固氮系统。国外很多国家依据本国土壤特征进行工 艺和生产条件改善挑选出优良载体、培养基配方及工艺流程, 为生产良好的生物肥料产 品奠定基础。 1.2.3 国内掺混肥料发展概况 我国掺混肥料产业的发展始于50年代后期。1967年，我国第一个磷酸二铵生产装置 在南京化学工业公司建立为掺混肥料的发展提供了原料及技术支持。1986 1990年，中 国农业科学院土壤肥料研究所对掺混肥内养分间的分离度对作物肥效的影响进行研究并 进行田间模拟试验，为掺混肥料在我国的发展提供了理论依据。1987年我国第一座掺混 肥料工厂在广州市经济开发区建立，该厂年产掺混肥料46万吨, 生产数十种掺混肥料的 品种。目前, 我国部分省均有掺混肥料装置， 掺混肥料技术得以迅速推广。 众所周知我国是农业大国，耕地少人口多，为解决 13 亿人口粮食问题光靠施用单质 肥料是不可行的，因此随着现代化农业的发展，农民施用肥料逐渐由单质到复合的方向 发展。掺混肥料的生产工艺简单、生产成本低、灵活制定、养分含量高、减少环境污染、 易于开展农业服务等优点，因此掺混肥比例不断增加 38,39。但我国发展掺混肥也存在着 原料供应不足、生产设备不先进、产品标准化不明确等问题。为此要着力解决我国基础 原料问题，增加设备投资, 完善生产技术，使我国掺混肥生产工业向新台阶这不仅利于 我国掺混肥料的发展, 也利于我国测土配方施肥技术的推广。随着粮食和作物产量的不 断提高,农化服务的不断深入，掺混肥料将越来越受到农民的重视。 1.2.4 国外掺混肥料发展概况 美国是最早生产掺混肥料的国家 ，现已形成庞大的工业体系，开发出数种掺混肥料 品种已满足不同作物及土壤的需求，如今生产技术已遍布全世界。1920年，美国建成世 界上第一个磷酸铵工厂，主要生产磷酸一铵和硫磷铵肥料。1933 年，湿法磷酸和磷酸铵 工厂首次在加拿大投产。1936 年,美国采用单质肥料制成颗粒状掺混肥料。1947 年, 美 国伊利诺斯4 家化肥厂从事生产和销售以促进掺混肥料的进一步发展。60 年代初，湿法 磷酸产出磷酸一铵和磷酸二铵在美国和英国生产，这种方法已经被广泛的应用在许多国 家并迅速推广。70 年代中期 ,100个磷铵厂在世界各地建成，年产量达 1720万吨 40-42。掺 混肥料应用于1983年在马来西亚地区已达到70%的化肥总量。1986年掺混肥料用量，巴 西地区占70%。目前日本掺混肥料用量占总肥料用量的80%。 北美和拉丁美洲将掺混肥料称为“b b”肥，bb 肥的生产工艺将两种或两种以上的 干颗粒肥料通过机械的方式混合，含有n 、p 、k 、ca 、mg 、s 和部分微量元素的营 吉林农业大学硕士学位论文 绪论 5 目前加拿大在中部和西部地区有800个生产b b 肥化肥厂。全国b b 肥年生产量达30 万 吨, 占肥料总用量的6 %左右 43。截至19 9 0 年 2 月15 日统计, 加拿大已有1255 个b b 肥生产企业, 生产量均达几万吨以上 44。日本福冈市将掺混肥与有机肥料混合主要用于 园艺作物，还将bb 肥中加入钙镁硅及微量营养元素以满足土壤、作物的需要。日本bb 肥生产品种多样化，设备先进， 但由于磷钾资源不足 b b肥总生产量不如加国。加拿大 和日本两国bb 肥生产具有有很强的针对性和实用性，重视生产质量，具有严格的质量检 验标准，注重保护土壤，防止环境污染，提倡秸秆还田，科学合理轮作。这些值得我国 借鉴的。 1.3 土壤氮磷钾研究进展 1.3.1 土壤氮研究概述 氮是大气圈中含量最丰富的元素，氮素作为作物生命元素将其营养物质供给作物生 长发育所需，可以调整陆地生态系统、限制群落初级和次级生产力、在全球碳氮循环中 起着至关重要的作用 45。 1.3.1.1 土壤中的氮 土壤全氮含量为 0.020.20%，土壤氮的两种主要形式为无机氮和有机 氮。无机态氮占全氮的 12%,按存在形式可分为铵态氮、硝态氮和亚硝态氮，其中铵态 氮和硝态氮合成速效氮，速效氮有效性高，能直接被作物利用，但数量较少；亚硝态氮 不稳定，易被氧化。有机态氮主要包括氨基酸、酰胺、蛋白质、腐殖质等，按水解程度 分为易水解和不易水解两种，在一个生长季节内可能被水解也称作有效氮。 土壤氮素的主要来源：降雨，将大气中的氮气转化成硝酸；生物固氮、矿物固 定、有机质固定；动植物残体；施用农家肥；施用化学氮肥。土壤氮素的主要去 向：被植物吸收利用；挥发；淋失；地表径流；被土壤微生物及动物吸食。 土壤碱解氮为在碱性条件下水解得到的氮，土壤碱解氮的含量以 90mg/kg 作为分界， 90mg/kg 说明土壤碱解氮含量低，90mg/kg 说明土壤碱解氮含量高，能满足作物生长 的需要。 1.3.1.2 土壤中含氮物质的转化 （1）无效氮的有效化。土壤中有机含氮化合物在微生物 作用下逐渐分解为植物能利用的矿态氮的过程称为矿化作用。矿化作用分为氨化作用和 硝化作用两个阶段。氨化作用是蛋白质在蛋白水解酶的作用下转化形成氨基酸、酰胺， 在氨化微生物的作用下通过水解、氧化还原形成有机酸和氨的过程。硝化作用是将氨化 作用生成的氨在有氧条件下经过亚硝化细菌和硝化细菌的作用氧化成硝酸的过程。亚硝 化细菌的数量和活性制约着硝化作用。 硝化作用的优点：使氮素在土壤中移动活跃；降低氨挥发。缺点：硝化作用使 得硝酸盐损失量加大。硝化作用条件为通气良好、具有 2535适宜温度、田间持水量 为 4070%适宜湿度、中性至微碱性性条件下反应，一般 ph 在 6.29.2 之间、土壤缓冲 吉林农业大学硕士学位论文 绪论 6 性能要良好、在氨和钙充足的条件下进行，通气状况对硝化作用的影响最大。 硝化作用控制方法：化学措施：在氮肥中掺入少量硝化抑制剂，以缓解土壤中硝 化作用。物理措施：氨态氮肥在施用前制成粒肥或球肥，使之易水解、浓度高、抑制 硝化作用。农业措施：将氨态氮肥以带状或穴状集中施入土壤中，使其浓度增大，抑 制硝化作用。 （2）有效氮的无效化。 将土壤中植物能直接吸收利用的矿质态氮转变成难以利用形态氮的过程。反硝化作 用是指硝态氮在反硝化细菌的作用下转化成氮的氧化物的过程。反硝化作用生成的氧化 物不能被作物所利用且污染大气。反硝化作用条件为通气状况为厌氧、田间持水量在 70%便 发生，80% 剧烈增加。100%达到最高值。无效化途径一般受酸碱反应、作物营养状况、 温度等的影响。无效化途径一般大于损失途径，损失途径一定是无效化途径，无效化途 径不一定是损失途径。 1.3.1.3 氮肥品种与施用 氮肥主要包括液氮、固铵态氮、硝态氮和铵态氮肥料、尿素等。 其中液氮主要有氨水、碳化氨水、液氨、氨溶液；固铵态氮肥以硫酸铵为主，其次是氯 化铵、碳酸氢铵；硝态氮和铵态氮肥料主要有硝酸钠、硝酸钙、硝酸铵；酰胺态氮肥主 要是尿素。各品种简介如下： （1）氨水含氮量低、易挥发、品质差、易腐蚀容器。含氮量在 1518%。 （2）碳化氨水由氨水改良形成，是 nh4oh、 （nh 4） 2co3、nh 4hco3 组成的混合液。 （3）液氨常温常压下为液体，含氮量高、不需要氨加工、使用简单、挥发快、土壤 湿度不宜过干、过湿，含氮量为 81%左右，施用时用液氨施肥机，液氨施肥机一般比较 昂贵。 （4）氮溶液是将硝铵、尿素溶解于液氨、浓氨水或水中混合而成的一种液体氮肥， 含氮量一般为 3045%，挥发性较小。 （5）硫酸铵简称硫铵，俗称肥田粉，白色晶体，有粉末状、颗粒状、针状 3 种，吸 湿性小、不易结块、容易贮存，但当产品中游离酸及水分含量高时也会吸湿结块，吸湿 后对包装具有一定的腐蚀性。纯品含氮 21.2%左右。硫酸铵施用于中性和碱性土壤上效 果最好，水旱田均可施用，硫铵与磷肥、有机肥混合施用能够相互提高肥效，但不能与 碱性肥料混用，如必须混施碱性肥料，应隔 23 天后再用。旱田做基肥、种肥、追肥均 可，适用于各种作物，干旱地区做基肥比做追肥效果好。水田施法：作稻田肥料，结合 田间施肥；水田主要使用追肥，施后 45 天内部排水，避免肥分损失。 （6）氯化铵，简称氯铵，白色或略带黄色结晶，对热不稳定，受热后不经熔化而直 接升华，含氮量在 2425%左右，氯化铵中的氯离子抑制硝化作用，若氯离子浓度提高易 与土壤中的钙离子集合形成 cacl2，使土壤中盐分过高，致使种子不出苗、保护地盐渍化 吉林农业大学硕士学位论文 绪论 7 因此不可用做种肥和保护地上。 （7）碳酸氢铵，北方又称碳铵，南方又称氢铵，白色粉末状结晶，溶解度小、易吸 湿结块、易挥发，含氮量 17.7%左右，易被作物吸收，用作碳原，由于对氨的固定不强， 易使氨挥发，使氨进入种子中造成氨毒，因此不可做种肥，可做基肥和追肥。 （8）硝酸钠中含 na，使土壤变碱性，含氮量低，一般在 16%左右。 （9）硝酸钙由于能耗过大，一般不用。 （10）硝酸铵无杂质、溶解吸热、适合于旱田。 （11）尿素，肥效为 3035 天，含氮量 4546%左右，白色或略带黄色的颗粒或粉末 状结晶，无味无臭，高温高湿易潮解，尿素总氮含量46%、缩二脲含量0.5%、水分 含量0.5% 的为优秀品。溶解在土壤中的尿素分子，提前 23 天施用以免错过施肥的最 佳时期，氨的毒性引起烧根因此不宜做种肥，可做基肥、追肥、叶面肥，水田和旱田均 适用。 1.3.2 土壤磷研究概述 磷是植物生长发育的首要物质基础，是作物生产力的重要限定因子，在维护生态平 衡体系中起着关键作用 46。植物光合作用的生化过程必须有磷参与才能完成，因为没有 气态磷化合物，使得土壤中的磷与碳、氮、硫等元素的循环不同。由于没有大气阶段， 因此主循环在土壤、植物和微生物间进行 47。通过生物过程和人类活动的影响，土壤中 的磷有多种形式，每种形式间存在复杂转换 48- 51，因此，研究土壤磷组分和土壤磷有效 性非常重要 52- 54 ，对磷损失评估也具有重要作用 55 - 58。 1.3.2.1 土壤中的磷 土壤总磷含量为 0.02%0.2%，土壤磷含量的变化不仅影响碳、氮循 环也对生物化学循环具有一定的影响 59。研究表明，我国有 2/3 的土壤缺磷 60，其主要 原因是由于土壤中有效磷含量不足,磷肥的当季利用率一般只有 10%25% 61 ,不能满足 一般作物的生理需要。 土壤全磷主要来源：土壤母质；施肥。了解我国土壤全磷的变化对土壤磷的肥 料管理具有重要指导意义 62- 65。土壤供磷状况是有效施用磷肥的重要依据 66，可决定作 物需磷程度 67。 土壤磷的固定过程是指易溶性磷肥的施用，部分被植物吸收，另一部分的土壤成分 存在于土液相中，植物难以利用。由于土壤磷的固定现象存在，速效磷和土壤全磷含量 存在不相关关系，土壤全磷含量高时并不能说明土壤磷素供应水平充足，供给作物生长 发育所需有效态磷含量可能会很低，反之土壤全磷含量低时则能说明土壤供磷不足。磷 的固定主要分为物理吸附、化学吸附、阴离子互换、表面积淀和单独固相沉淀等状态 68。 因为磷固定的存在使得全球范围内土壤呈现缺磷现象，磷供应不足是世界农业生产 吉林农业大学硕士学位论文 绪论 8 中最重要的局限要素之一。我国自第二十世纪 50 年代施用化肥，土壤中难溶性磷含量高 达 60000000 吨 69，目前我国有近 74%耕地土壤缺磷。通过磷在土壤中的形态分布特征以 及作物吸磷规律来改进施用磷肥技术，提高土壤磷的有效性 70；经过挑选高效解磷微生 物将土壤中难溶性磷活化出来供应作物所需。因此土壤磷对发展连续高效农业具备长远 的战略意义。 1.3.2.2 土壤磷素形态 土壤磷形态有无机和有机磷 2 种。在农业土壤中，以无机态磷为主 体，占土壤全磷的 60%80%左右，土壤无机态磷主要有 3 种形态即水溶态、吸附态和 矿物态，其中 99%以矿物态形式存在。矿物态主要有矿体原生和次生矿物 2 种，主要原 生矿物是磷灰石。次生矿物主要是沉淀的磷肥，分为闭塞和非闭塞 2 种。闭蓄态磷活性 低，供磷能力弱，是农田土壤潜在磷库 71。非闭塞磷主要是磷酸铁、磷酸铝、磷酸三钙 3 种形式，这 3 种形式的磷可以在一定条件下被释放供植物吸收和利用。土壤解磷微生 物也可将部分难溶性磷酸盐分解成有效态磷供给作物需要 72。 土壤全磷的10% 15% 被土壤有机磷占有，有少数耕地土壤全磷的50%被土壤有机 磷占有 73。有机磷中磷酸肌醇占2%50% 、磷脂占 1%、核酸占3% 其次再有少许磷蛋白、 磷酸糖 74和微生物量磷 75，土壤中微生物磷是指土壤中所有活体微生物的磷含量占微生 物干物质量百分比，其含量在1.4% 4. 7%之间 76- 78。此外50%的一类物质其化学形态 和性质尚不明确 79。土壤有机磷含量受有机质数量、有机分解率的数量、土壤母质、风 化程度、土地利用和耕作制度等的影响 80。土壤中的有机磷在酶催化下可以分解为无机 磷被植物吸收，是植物速效磷的重要来源 74,81。 1.3.2.3 土壤磷素循环 土壤磷循环以微生物活动为中心，土壤磷素转化受微生物生命活动 影响较大。国内外研究表明，土壤中存在较多微生物可以将植物难以吸取利用的磷转化 为可吸收利用的状态，具备这类溶解能力的微生物叫做解磷菌。 在生态系统不受扰动的情况中，磷循环是封闭式的，进入植物的磷，主要是在微生 物的作用下吸收植物残体中的磷。在农业生态系统中，由于土壤磷素流失加农产品消耗， 所以磷循环属于开放型。 国内研究表明，个别磷素随着土壤水分进行迁移存在于农田排水中的引发非点源污 染的 82- 84，因为磷素的投入引起水体富营养化，而控制水体非点源磷污染比较复杂 85， 因此磷素循环应被重视。联合国粮食和农业组织称，我国农业磷水负荷为 19.5 kg/hm286。 近 20 年来，随着陆地生态系受到严重破坏，磷循环已吸引了越来越多人的关注 87。土 壤磷素循环是陆地磷素循环的重要组成部分，土壤磷素循环的主要有 2 个过程：磷施 于土壤后被吸附、部分磷沉淀于深层土壤中、一部分磷被微生物所固定；在土壤生物 的作用下进行分解和转化供给作物 88。 吉林农业大学硕士学位论文 绪论 9 1.3.3 土壤钾研究概述 钾是植物必需的营养物质，在植物的生长和代谢中发挥重要的作用。很多学者对土 壤钾素从不同角度进行研究并获得较好结果 89- 92。植物所需的钾主要来源于土壤中的钾。 土壤中钾具有多种形态,对土壤钾素形态、钾营养机理、钾的有效性、影响施钾效应因素 已取得了很大的进展 93。 1.3.3.1 土壤钾形态及转化 钾是土壤中含量最高的大量营养元素，地壳中钾的平均含量为 2.6 %,矿质土壤中全钾含量在 0.04%3% 之间。根据钾在土壤中的化学形态，可分为水 溶性钾、交换性钾、非交换性钾和结构钾 4 种形态；按对植物的有效性分为速效钾、缓 效钾和矿物钾 3 种形态；近年来, 金继运等对土壤交换性钾进一步分类，可分为非特殊 吸附钾和特殊吸附钾 2 种形态 89。 土壤钾素主要通过扩散或质流迁移到根表面被植物吸收。当钾向根表面迁移量大于 根系吸收时, 即钾在根际富集。当钾向根表面迁移量小于根系吸收时, 即钾在根际附近 形成亏钾区 94。根际富集程度或亏钾区大小可判断土壤供钾水平。 1.3.3.2 土壤钾素循环 20 世纪 80 年代, 国内一些研究者对我国南方和北方部分省区的农 田物质循环和平衡状况进行了研究 95,96，与此同时国外在农田养分循环方面也做了大量 的研究 97。研究结果表明：从施肥情况看农田三要素的收支平衡其中氮素充足, 磷素基 本平衡, 钾素呈缺失状态。 由于土壤钾过度消耗使得土壤速效钾含量不断降低。为提高土壤速效钾含量，提升 钾素肥力,维持土壤钾素平衡，应注重土壤钾素的循环。土壤钾素主要来源于肥料的施用 及降水，土壤钾素的去向主要表现在被作物吸收及淋失。因此在实际应用中应注重钾素 的循环，合理进行肥料间配施以提升土壤有效钾的含量。 1.3.3.3 钾肥供应状况 我国砖红壤和赤红壤这两种类型的土壤缺钾最严重，钾肥施用从这 两种土壤区开始的。60 年代我国基本上没有钾肥供应，70 年代初期, 由于南方部分省 份水稻出现缺钾现象使得缺钾诊断得到了较深入的研究。钾肥肥效是土壤供钾素水平的 重要因素，其影响因素包括氮磷肥料配比、种植制度、作物品种、气候条件、应用技术 等。选择适宜的氮磷钾比例进行混施不仅可以发挥钾肥的作用,也将氮磷肥的作用发挥到 极致，因此合理配施是科学施肥中的一个重要环节。 1.4 研究目的与意义 本文旨在探讨掺混肥料与生物肥料混存后肥料中固氮菌、解磷菌、解钾菌菌落数变 化，同时研究混施后土壤碱解氮、速效磷、速效钾含量变化规律。为科学合理施用掺混 肥料及生物肥料，使其更稳定地发挥生态作用，提高作物产量，改善农产品品质，促进 农业生态系统可持续发展并为农资生产部门提供理论基础和技术支持。 吉林农业大学硕士学位论文 绪论 10 1.5 主要研究内容及创新点 1.5.1 主要研究内容 （1）以吉林农业大学试验田草甸黑土在不同施肥处理下的盆栽试验为基础，定期采 集和测定黑土中碱解氮、速效磷、速效钾的含量。应用excel2003 进行作图、spss数据 处理系统中的新复极差法进行差异显著性分析,掌握黑土中碱解氮、速效磷、速效钾含量 的变化规律，进而对生物肥料及掺混肥料的可靠性进行评估。 （2）同时测定掺混肥与生物肥混存后固氮菌、解磷菌、解钾菌菌落数量，研究其菌 落数变化规律，为生物肥料的发展提供理论支持。 1.5.2 创新点 （1）将纯生物肥和与掺混肥混存后的生物肥两个处理间的固氮菌、解磷菌、解钾菌 的数量进行比较与分析。 （2）将秸秆粉与生物肥料混施同单施生物肥料相比较，分析两个处理间土壤碱解氮、 速效磷、速效钾含量的变化规律。 1.6 技术路线 （1）定期收集盆栽实验中的土壤测定土壤中碱解氮、速效磷、速效钾的含量。 （2）测定肥料中固氮菌、解磷菌、解钾菌的数量。 （3）通过混存、混施研究土壤中氮、磷、钾含量的变化规律，分析生物肥和掺混肥 施用后可能存在的问题，为生物肥和掺混肥的适用性以及可持续发展提供理论支持和建 议。 见图1.1。 吉林农业大学硕士学位论文 绪论 11 混存、混施 与无机肥料混存后 的生物肥 定期分别测定两个处理下固氮菌、解磷菌、解 钾菌菌落数量 盆栽实验 设置 11 个处理，定期采样并 测定土壤中碱解氮、速效磷、 速效钾含量