（环境科学专业论文）秸杆膨润土pam对土壤肥力及作物产量的调控效应.pdf

独创性声明 学位论文题目：整狂二麈塑二趔殖壤壁左丞笠堑庄量鲍迥控熬 应 本人提交的学位论文是在导师指导下进行的研究工作及取得的研 究成果。论文中引用他人已经发表或出版过的研究成果，文中已加了 特别标注。对本研究及学位论文撰写曾做出贡献的老师、朋友、同仁 在文中作了明确说明并表示衷心感谢。 学位论文作者：循芗 签字日期：伽f ，年 月 日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解西南大学有关保留、使用学位论文的规 定，有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允 许论文被查阅和借阅。本人授权西南大学研究生院( 筹) 可以将学位论文 的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或 扫描等复制手段保存、汇编学位论文。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权书，本论文：口不保密，口 保密期限至年月止) 。 tp 力 学位论文作者签名：诼筝导师签名：叁秀翌 签字日期：卯j f 年6 月日签字日期： 2 - 01 1 年6 月 保护知识产权声明 本人完全了解西南大学关于对研究生在本校攻读学位期间撰写论文的 知识产权保护规定。本人撰写的论文是在导师具体指导下，并得到相关研 究经费支持下完成的。具体数据和研究成果归属于导师和作者本人，知识 产权单位属西南大学。本人保证毕业后，以本论文数据和资料发表论文或 使用论文工作成果时，需征得导师同意，并且署名第一单位仍然为西南大 出 于。 学位论文作者签名： 签字日期：1 0 t 1 年 砾歹 月j 日 f 在此表示感谢! 目录 目录 摘要i a b s t r a c t i i i 第1 章文献综述1 1 1 作物秸秆农业利用研究及应用现状l 1 1 1 作物秸秆综合利用方式l 1 1 2 作物秸秆还田研究与应用现状2 1 2 土壤改良剂研究与应用现状4 1 2 1 土壤改良剂及其效果研究现状4 1 2 2 土壤改良剂应用技术研究6 第2 章引言9 2 1 立题背景9 2 2 研究内容9 2 2 1 秸秆膨润土- p a m 对土壤p h 的影响9 2 2 2 秸秆膨润土p a m 对土壤养分的调控效应研究1 0 2 2 3 秸秆膨润土一p a m 对作物产量的影响研究l0 2 2 4 秸秆膨润土p a m 对油菜养分吸收利用的影响研究一l o 2 3 研究的技术路线。1 0 第3 章试验材料和方法1 1 3 1 研究区概况1 l 3 2 试验材料与试验设计。一1 2 3 2 1 土壤改良材料一1 2 3 2 2 供试作物1 2 3 2 3 试验设计1 2 3 3 土壤及植物样品分析方法1 3 3 4 数据统计及分析方法1 3 第4 章结果与讨论1 5 4 1 秸秆膨润土p a m 对土壤p h 的影响1 5 4 2 秸秆膨润土p a m 对土壤肥力的影响1 7 4 2 1 秸秆膨润土p a m 对土壤全氮的影响一1 7 4 2 2 秸秆膨润土一p a m 对土壤全磷的影响1 8 4 2 3 秸秆膨润土p a m 对土壤全钾的影响2 0 两南大学硕十学位论文 4 2 4 秸秆膨润土p a m 对土壤速效氮的影响2 l 4 2 5 秸秆膨润土p a m 对土壤速效磷的影响2 3 4 2 6 秸秆膨润土p a m 对土壤速效钾的影响2 5 4 3 秸秆膨润土p a m 对油菜产量的影响2 7 4 3 1 秸秆膨润土p a m 对油菜籽产量的影响2 7 4 3 2 秸秆膨润土- p a m 对油菜杆产量的影响2 8 4 4 秸秆膨润土p a m 对油菜养分吸收的影响2 9 4 4 1 秸秆一膨润土p a m 对油菜植株和籽氮含量的影响2 9 4 4 2 秸秆膨润土p a m 对油菜植株和籽全磷的影响3 l 4 4 3 秸秆膨润土p a m 对油菜植株和籽钾含量的影响3 2 4 4 4 油菜植株对氮磷钾累积特点变化3 4 第5 章结论3 7 ，5 1 秸秆膨润土p a m 能改善土壤酸碱度一3 7 5 2 秸秆膨润土- p a m 能提高土壤对养分的供应能力3 7 5 3 秸秆膨润土p a m 能提高作物的产量3 7 5 4 秸秆膨润土p a m 能存进油菜对养分的吸收利用。3 7 参考文献3 9 发表论文及参加科研项目情况4 5 的经济和环境效益；膨润土能改善土壤结构，提高土壤的保水抗旱能力，提高土 壤保肥能力和增加土壤肥力，调节土壤酸碱度，缓冲土壤p h 值，进而提高作物产 量；p a m 能改变土壤物理结构，增强土壤的保水保土能力，对肥料的吸附与释放 作用，也具有增产效应。本论文将秸秆、膨润土和p a m 配制成秸秆膨润土一p a m ， 通过田间实验，研究了秸秆一膨润土p a m 中秸秆、膨润土和p a m 不同配比对土壤 p h 值、土壤养分供应、作物产量以及油菜养分吸收利用的影响，获得的主要结论 有： ( 1 ) 添加秸秆膨润土p a m 后，土壤p h 冲积土由原来的4 9 提高到5 4 “5 ， 灰棕紫泥由原来的6 3 提高到6 5 6 9 ，暗紫红泥由原来的8 3 降低到8 1 7 6 。膨 润土的用量对改良土壤p h 有显著效果，膨润土和p a m 用量分别为8 2 5 k g h m 2 和 8 3 2 5 k g h m 2 对p h 影响显著。 ( 2 ) 添加秸秆膨润土p a m 对土壤氮磷钾全量有显著影响，且均随着时间的 推移，改良效果越好，但不同土壤提高效果不同。6 月份的数据显示，经过改良， 冲积土氮、磷和钾全量分别提高1 9 1 5 - 2 2 2 5 、1 4 0 9 0 o - - - 1 7 8 7 和 1 9 0 9 - 2 2 9 0 ；灰棕紫泥氮、磷和钾全量分别提高2 2 3 8 - - - 2 4 4 3 、 2 7 3 2 3 1 1 5 和2 9 7 9 3 8 5 7 ；暗紫红泥氮、磷和钾全量分别提高 1 6 6 6 1 8 8 3 、1 6 7 0 - 1 9 6 2 和1 6 3 4 - - - 2 0 9 1 。秸秆膨润土p a m 的改良效 果与土壤原来的氮磷钾含量有关，含量越低改良效果越明显。各处理与c k 都都达 到了极显著差异水平( p o 0 5 ) 。影响土壤 全氮磷钾的主要因子是秸秆用量。 ( 3 ) 添加秸秆膨润土一p a m 对土壤速效氮磷钾含量均有影响，各处理与c k 都达到了显著差异( p 秸秆。不同土壤提高效果不同，速效氮、速效磷提高最多的是暗紫 红泥，速效钾提高最多的是冲积土。对于速效氮而言，膨润土用量在8 2 5k g h m 2 时对速效氮含量提高有显著影响，p a m 用量超过1 6 6 6 5k 耐时，对土壤速效氮 含量影响不显著。对于速效磷而言，膨润土用量在8 2 5 k g r l ：m 2 时对速效磷含量提高 有显著影响，超过这个用量提高幅度变小；随着p a m 用量的增加，速效磷含量提 高，冲积土的p a m 用量与速效磷含量存在显著正相关。对于速效钾而言，膨润土 用量在8 2 5k g h m 2 时，p a m 用量在8 3 2 5k g h m 2 时，速效钾提高效果显著。 ( 4 ) 经过秸秆改良剂处理的土壤，油菜籽和油菜杆的产量有显著提高。随着 西南大学硕十论文 皇曼曼量量皇曼邑量曼曼曼曼量曼曼曼曼量曼舅曼曼曼曼曼曼舅鼍量詈曼曼舅曼鼍曼i i i,i n ,i = , h i , i t i , i 量曼! 曼曼 膨润土和p a m 用量的增加，油菜籽产量呈增加趋势，膨润土用量在8 2 5 k g h m z 时 对油菜籽产量增加效果明显，高于8 2 5 k g h m 2 时对油菜籽产量没有明显差异，p a m 在8 3 2 5 k g h m 2 时对油菜籽产量影响显著，高于1 6 6 6 5 k g h m 2 对其产量无明显影响。 不同土壤油菜杆产量提高略有不同，但提高程度总体也是秸秆+ 膨润土+ p a m 秸秆 + 膨润土 秸秆。 ( 5 ) 秸秆一膨润土p a m 对油菜籽和秸秆的氮磷钾含量提高效果显著，但仅添 加作物秸秆并不能显著提高油菜籽和秸秆的氮磷钾含量，而在添加秸秆的基础上 进一步添加p a m 、膨润土对油菜秸秆和籽粒的氮磷钾含量有显著提高，其中膨润 土和p a m 用量分别为1 6 5 0 k g h r n 2 和1 6 6 6 5k g h m 2 时提高的氮磷钾最多。 ( 6 ) 秸秆膨润土p a m 能显著提高油菜籽和油菜植株的氮磷钾累积量，随着 p a m 和膨润土用量的增加，油菜籽和油菜植株的氮磷钾累积量呈增加趋势，其中 p a m 用量在8 3 2 5k g h m 2 时，对氮磷钾累积量的增加效果最明显，p a m 用量超过 1 6 6 6 5 k g , t h m 2 时，对氮磷钾的累积量影响不显著；膨润土用量在8 2 5k g h m 2 时氮磷 钾的累积量差异显著。 关键词：秸秆p a m 膨润土土壤肥力油菜养分吸收产量 a b s t r a c t a b s t r a c t s t r a wa p p l i c a t i o nc o u l db r i n gb o t he c o n o m i ca n de n v i r o n m e n t a lb e n e f i t sf r o m i m p r o v i n gt h ep h y s i c a lp r o p e r t i e sa n df e r t i l i t yo fs o i ls ot h a tt op r o m o t em i c r o b i a l g r o w t h ；b e n t o n i t ec o u l di m p r o v es t r u c t u r ea n dm o i s t u r er e t e n t i o no fs o i l ，i n c r e a s es o i l f e r t i l i t y , a d j u s ts o i lp h ，t h e r e b yi n c r e a s ec r o py i e l d ；p o l y a c r y l a m i d e ( p a m ) c o u l dc h a n g e s o i ls t r u c t u r et oi n c r e a s em o i s t u r e ，n u t r i e n tr e t e n t i o na n dt h ea d s o r p t i o na n dd e s o r p t i o n o ft h ef e r t i l i z e r i tc o u l da l s op r o d u c ep o s i t i v ee f f e c to ny i e l d s t r a w , b e n t o n i t ea n dp a m w e r em a d ei n t os t r a wa m e l i o r a t i o nm a t e r i a l sb yd i f f e r e n tr a t i o w ep r o c e e d e df i e l d e x p e r i m e n t sf o ri n v e s t i g a t i n gh o wd i f f e r e n tr a t i oo fs t r a w - b e n t o n i t e p a mi ns t r a w a m e l i o r a t i o nm a t e r i a l s i m p a c to ns o i lp h ，s o i ln u t r i e n ts u p p l y , c r o py i e l d s ，n u t r i e n t a b s o r p t i o na n du t i l i z a t i o no fr a p e t h em a i nc o n c l u s i o n sa r el i s t e da sf o l l o w ( 1 ) t h ep hv a l u e so fd i f f e r e n ts o i l a l lb e c a m ew e a ka c i da f t e ra p p l i c a t i o no fs t r a w a m e l i o r a t i o nm a t e r i a l s t h ep ho ft y p i cu d i a l l u v i cp r i m o s o l sw e r ec h a n g e df r o m4 9 t o5 4 - - 6 5 ，t h ep ho ft y p i cp u r p l i u d i cc a m b o s o l sw e r ec h a n g e df r o m6 3t o6 5 - - 6 9 ， a n dt h a to fc a l c a r i cp u r p l i u d i cc a m b o s o l sw a sf r o m8 3t o8 1 7 6 t h eb e n t o n i t eh a d as i g n i f i c a n te f f e c to ns o i lp h ( 2 ) a p p l i c a t i o no fs t r a wa m e l i o r a t i o nm a t e r i a l sh a das i g n i f i c a n te f f e c to nc o n t e n to f t o t a ln i t r o g e n , p h o s p h o r u sa n dp o t a s s i u m s u c he f f e c tw a sb e t t e ra n db e r e ro v e r t i m e ，a n di t v a r i e df r o md i f f e r e n ts o i l t h ed a t ao fj u n es h o w e dt h a t ：a f t e r a m e l i o r a t i o n , t h et o t a ln i t r o g e nw e r ei n c r e a s e db y19 15 2 2 2 5 ，t o i t a l p h o s p h o r u sw e r ei n c r e a s e db y 14 0 9 17 8 7 ，t o t a lp o t a s s i u mw e r ei n c r e a s e db y 19 0 9 2 2 9 0 i nt y p i cu d i - a l l u v i cp r i m o s o l s ；t h et o t a ln i t r o g e n , t o t a lp h o s p h o r u s a n dt o t a lp o t a s s i u mw e r ei n c r e a s e db y2 2 3 8 2 4 4 3 ，2 7 3 2 - 31 15 ，2 9 7 9 3 8 5 7 i nt y p i cp u r p l i - u d i cc a m b o s o l s ；a n dt h e yw e r ei n c r e a s e db y16 6 6 1 8 8 3 ，1 6 7 0 1 9 6 2 ，1 6 3 4 2 0 9 1 r e s p e c t i v e l yi nc a l c a r i cp u r p l i u d i c c a m b o s o l s s u c he f f e c t so fs t r a wa m e l i o r a t i o nw e r er e l a t e dt oo r i g i n a lc o n t e n to f t o t a ln i t r o g e n ，p h o s p h o r u sa n dp o t a s s i u mi ns o i l t h el o w e rc o n t e n t , m o r eo b v i o u s t h ee f f e c t s t h e r ew e r es i g n i f i c a n td i f f e r e n c eb e t w e e nc ka n da l lt r e a t m e n t sq s t r a w t h ee f f e c t v a r i e df r o md i f f e r e n ts o i l t h ea v a i l a b l en i t r o g e na n dp h o s p h o r b sc o n t e n tw e r e i n c r e a s e dm o s t l yi nc a l c a r i cp u r p l i - u d i cc a m b o s o l s ，w h i l ea v a i l a b l ep o t a s s i u mw e r e i n c r e a s e dm o s t l yi nt y p i cu d i a l l u v i cp r i m o s o l s f o ra v a i l a b l en i t r o g e n ，t h eo p t i m u m d o s a g e so fb e n t o n i t ew e r e8 2 5k e g h m w h e nt h ed o s a g eo fp a mw a sm o r et h a n 16 6 6 5k g h m 2 ，i td i dn o ta f f e c ta v a i l a b l en i t r o g e ns i g n i f i c a n t l y t h ec o n t e n to f a v a i l a b l ep h o s p h o r u sw e r ei n c r e a s e ds i g n i f i c a n t l yi ft h ed o s a g eo fb e n t o n i t el o w e r t h a n8 2 5k g h m 2 ；t h ea v a i l a b l ep h o s p h o r u sc o n t e n tw e r ei n c r e a s e dw i t ht h ed o s a g e o fp a m ，a n dt h e yw e r es i g n i f i c a n t l yc o r r e l a t e di nt y p i cu d i a l l u v i cp r i m o s o l s f o r a v a i l a b l ep o t a s s i u m ，t h eo p t i m u md o s a g e so fb e n t o n i t ea n dp a mw e r e8 2 5k g h m a n d16 6 6 5k g h m 2 ( 4 ) t h ey i e l do fr a p e s e e da n dr a p es t r a ww e r ei n c r e a s e ds i g n i f i c a n t l ya f t e ra p p l i c a t i o n o fs t r a wa m e l i o r a t i o nm a t e r i a l s t h ep r o d u c t i o no fr a p e s e e di n c r e a s e dw i t l lt h e a m o u n to fb e n t o n i t ea n dp a m ，t h ep r o d u c t i o no fr a p e s e e dw e r ei n c r e a s e d s i g n i f i c a n t l yi ft h ed o s a g eo f b e n t o n i t el o w e rt h a n8 2 5k g h m 。t h ea m o u n to fp a m p r o d u c e d a f f e c t p r o d u c t i o no fr a p e s e e ds i g n i f i c a n t l y w h e nt h ea m o u n tw a s 8 3 2 5 k g h m 2 ，a n dn os i g n i f i c a n te f f e c tw a so b s e r v e dw h e np a mw a sm o r et h a n 16 6 6 5 k g h m 2 t h ep r o d u c t i o no fr a p es t r a wv a r i e ds l i g h t l yf r o md i f f e r e n ts o i l ，t h e o v e r a l ls e q u e n c ew a s ：s t r a w + b e n t o n i t e + p a m s t r a w + b e n t o n i t e s t r a w ( 5 ) a p p l i c a t i o no fs t r a wa m e l i o r a t i o nm a t e r i a l sa f f e c tt o t a ln ，t o t a lp ，a n dt o t a lki n r a p e s e e da n dr a p ep l a n ts i g n i f i c a n t l y b u tt o t a ln ，t o t a lp ，a n dt o t a lk w e r en o t a f f e c t e ds i g n i f i c a n t l yb ys t r a wo n l y , t h e yw e r ei n c r e a s e ds i g n i f i c a n t l yb yb e n t o n i t e a n dp a mw i t hs t r a w t h eo p t i m u md o s a g e so fb e n t o n i t ea n dp a mf o rt o t a ln ，t o t a l p ，a n dt o t a lk i nr a p e s e e da n dr a p ep l a n tw e r e l6 5 0 k g h m 2a n d16 6 6 5k g h m 2 ( 6 ) t h ea c c u m u l a t i o no fn ，pa n dk i nr a p e s e e da n dr a p ew e r ei m p r o v e ds i g n i f i c a n t l y b ys t r a wa m e l i o r a t i o nm a t e r i a l s ，a n dt h et e n d e n c yo fs u c ha c c u m u l a t i o nw a s i n c r e a s e d 、析t 1 1t h ed o s a g eo fp a ma n db e n t o n i t e t h ea c c u m u l a t i o nw a si n c r e a s e d i v a b s t r a c t s i 鲥f i c a n t l yr e a c h e dm a x i m u mw h e nd o s a g eo fp a mw a s8 3 2 5 k g h m 2 a n dn o s i g n i f i c a n td i f f e r e n c ew a so b s e r v e dw h e np a mw a sm o r et h a n16 6 6 5 k g h m 2 t h e r e , w e r e s i g n i f i c a n td i f f e r e n c ea m o n gt h ea c c u m u l a t i o no fn ，pa n dkw h e nt h e b e n t o n i t ew a s8 2 5k g h m 2 k e y w o r d s ：s t r a w ；b e n t o n i t e ；p a m ；s o i lf e r t i l i t y ；r a p e ；n u t r i e n ta b s o r p t i o n ：y i e i d s v 两南大学硕七论文 第1 章文献综述 第1 章文献综述 1 1 作物秸秆农业利用研究及应用现状 1 1 1 作物秸秆综合利用方式 农作物秸秆是世界最丰富的一种具有多用途可再生的资源，其价格低廉、贮 量巨大，全世界秸秆年产量约2 9 亿t ，其中小麦秸秆占2 1 ，稻草占1 9 ，大麦 秸秆占1 0 ，玉米秸秆占3 5 ，黑麦秸秆占2 ，燕麦秸秆占3 ，谷草占5 ，高 粱占5 ( 张文举等，2 0 0 1 ；常栋和王润琴，2 0 1 0 ) 。据估算，2 0 0 6 年我国作物秸秆 资源超过7 6 亿吨( 高利伟等，2 0 0 9 ) 。其含有一定的碳、氮、磷、钾、钙、硅等多 种元素，同时富含大量的纤维素、半纤维素、木质素和蛋白质等有机物质，具有 很大的综合利用潜能( 刘娣等，2 0 0 8 ) 。受传统生活方式的影响，农作物秸秆资源完 全处于高消耗、高污染、低产出的利用状况，秸秆资源的弃置和焚烧，不仅浪费 了宝贵的自然资源，而且污染环境。这些资源如果能够得到合理的开发和利用， 将能极大的缓解我国资源紧张的矛盾( 陈洪章等，2 0 0 6 ) 。 2 0 世纪9 0 年代，我国5 0 的秸秆用作燃料或在田头焚烧，2 8 4 4 用于家畜垫 圈，1 5 0 2 用于直接还田。目前，我国作物秸秆综合利用方式可以概括为“四化”， 即肥料化、饲料化、能源化、原料化。目前，秸秆利用范围扩大，且作物秸秆的利 用也存在着地域性的差异( 李东升等，2 0 1 0 ；王激清等，2 0 0 8 ) 。 原料化指将秸秆进行加工处理部分代替砖、木等材料。秸秆原料化利用已广泛 运用于建材、轻工和纺织行业。 能源化主要包括生产燃料乙醇、秸秆发电和秸秆气化。生产燃料乙醇节约了 大量粮食，实现了变废为宝，能产生巨大的社会和经济效益。在发电方面，农作 物秸秆具有燃烧值高、易获得、清洁等优势，每2 t 秸秆的热值就相当1 t 标准煤。 采用秸秆气化技术，不仅可提高能源利用效率和减少c 0 2 等有害气体排放，而且所 产燃气或电力可替代石化燃料，使能源的配置更为合理( 李东升等，2 0 1 0 ) 。 饲料化指对秸秆进行加工处理，将其纤维素、木质素、半纤维素等大分子物质 分解为低分子的单糖或低聚糖，改善其适1 3 性，提高营养物质利用率和采食率( 朱 启红，2 0 0 7 ) 。饲料化包括微生物发酵利用、氨化利用和青贮利用。 肥料化则包括制造有机肥和秸秆还田。作物秸秆中含有多种营养元素，其中氮 0 5 l o 6 4 、磷0 1 2 0 2 9 、钾1 0 7 2 2 8 、钙o 1 6 - 0 4 4 、硫0 11 - 0 1 9 ，且还含有大量的有机质，含有机碳4 2 2 左右，腐殖化系数为3 0 ( 王激清 等，2 0 0 8 ；王宝山等，2 0 0 9 ) 。估算，2 0 0 6 年作物秸秆氮、磷( p 2 0 5 ) 、钾( k 2 0 ) 养分资源数量分别达到7 7 6 万t 、2 4 9 万t 、13 4 2 万t ( 高利伟等，2 0 0 9 ) 。高温堆肥 厂 西南大学硕十论文 是制造有机肥的主要方式。高温堆肥技术就是利用微生物高温发酵使农作物秸秆 矿质化、腐殖化和无害化的腐熟过程。通过微生物分解有机物生成大量可被植物 利用的有效态氮、磷、钾化合物和腐殖质物质( 常栋和王润琴，2 0 l o ) 。秸秆还田不 仅可增加土壤有机质、提高土壤肥力、改善土壤物理与生物性能，还可以盖田保 土保水、使作物产量逐年提高。 1 1 2 作物秸秆还田研究与应用现状 1 1 2 1 秸秆还田意义 ( 1 ) 秸秆还田能改善土壤物理性质 研究表明，秸秆还田能有效改善土壤的结构性和耕性，补充和平衡土壤的养 分，降低土壤水分蒸发，降低土壤容重( 黄不凡，1 9 8 4 ) 。土壤在秸秆覆盖的保护下， 可以免受降雨的直接拍击，防止表层水分的急剧蒸发。逢焕成( 1 9 9 9 ) 在陕西乾县、 武功等地设置田间试验结果表明，夏闲期和冬小麦生长期采用秸秆覆盖，能显著降 低土壤蒸发，增加土壤蓄水量，使土壤上层长期保持湿润状态。秸秆还田还能增加毛 细孔隙度和总孔隙度。钱宏兵等( 1 9 9 8 ) 研究结果表明，通过4 年多稻麦秸秆还田土 壤容重平均下降0 0 9 9 c m 3 ，毛管孔隙度平均增加3 o ，总孔隙度平均增加3 0 。劳 秀荣等( 2 0 0 2 ) 的研究表明，长期秸秆还田改善了土壤的理化性状，秸秆还田量与孔 隙度呈显著正相关，与土壤容重呈负相关。 ( 2 ) 秸秆还田能提高土壤肥力 秸秆还田最重要的作用就是提高土壤有机质和土壤n 、p 、k ，活化土壤n 、p 、 k 养分，提高土壤肥力。刘富萍( 2 0 0 5 ) n 定显示，湿玉米秸秆中有机质的含量平均 为1 5 左右，含钾量为2 2 8 ，含氮量为o 6 1 ，含磷量为0 2 7 ，同时一些微 量元素镁、钙、硅等也是农作物生长所必须的，秸秆还田后能使作物暂时利用不 了的氮素转化为土壤有机质或生物机体的组成部分，在作物生长的中后期满足生 长需要，显著改善土壤的供肥性能，提高化肥利用率。韩成伟等( 2 0 0 5 ) 研究表明秸 秆还田还能提高土壤有机质、全氮、全磷、缓效性钾等土壤养分的含量，使土壤 肥力常新。余延丰等( 2 0 0 8 ) 的研究也表明秸秆还田能提高土壤有机质含量，增幅达 3 8 3 ，而且土壤的速效钾和速效磷的供应能力也有所改善。 ( 3 ) 秸秆还田能促进微生物生长 土壤微生物是农业生态系统中重要的一员，具有分解有机物和净化土壤的作 用，土壤酶活性是微生物活动的基本反应( 李春霞等，2 0 0 7 ；徐新宇等，1 9 9 5 ) 。秸 秆还田为土壤微生物的生命活动提供了丰富的有效能源，同时在微生物活动下秸 秆不断进行腐解。秸秆还田可使每克土壤中微生物增加1 0 0 万个以上，土壤微生 2 第1 覃文献练述 物量c 、n 、p 显著提高，土壤酶活性增强，土壤矿质养分的分解利用和土壤有机 质养分的分解得以加速，有效氮、磷含量显著提高，作物产量显著增加( 张电学等， 2 0 0 5 ；k a r l e ne ta 1 1 9 9 4 ；a b d u le ta 1 1 9 9 8 ；b e r g s t r o me ta 1 1 9 9 8 ；g a g n o ne ta 1 1 9 9 8 ) 。 ( 4 ) 秸秆还田的经济和环境效应 秸秆还田技术在大多数作物上均表现出增产效益，这种效应随秸秆还田年数的 延续而增a n ( 张志国，徐琪，1 9 9 8 ：洪春来等，2 0 0 3 ) 。有关资料表明：许多秸秆还 田的地区，一般情况下，当年粮食增产达1 0 左右，连续三年还田的，低产田可 增产2 0 3 0 ，高产田可增产1 0 1 5 。秸秆还田能大幅度提高土壤有机质、全 氮、碱解氮、速效磷、速效钾的含量，较少p 和k 肥的施用量，降低成本。 秸秆还田可以大面积的养地，较少焚烧秸秆带来的环境污染，净化了空气，改 善了生态环境。秸秆还田技术可以增加土壤有机碳的含量，而土壤有机碳与全球 碳循环密切相关，增加土壤有机碳储量以增加对大气中c 0 2 的固定，是调节全球 碳循环的重要途径之一( 曲建升等，2 0 0 3 ) 。 1 1 2 - 2 秸秆还田利用与研究现状 ( 1 ) 秸秆还田的方式研究 目前，秸秆还田的常用方法有机械直接还田、覆盖还田、堆肥还田、过腹还 田和菌渣还田5 种( 刘娣等，2 0 0 8 ；胡海生，2 0 0 8 ) 。 机械直接还田技术可分为粉碎还田和整秆还田两种。秸秆粉碎翻压还田是把秸 秆通过机械粉碎成长度为1 0 c m 左右，耕地时直接翻压在土壤里；整秆还田是将作 物秸秆整秆进行翻埋或平铺还田。秸秆通过机械粉碎或整秆直接还田，可以有效 增加土壤有机质含量，改良土壤，培肥地力，增加土壤通透能力；还可改善农田 环境，抑制杂草和病虫害的发生( 刘娣等，2 0 0 8 ) 。 覆盖还田是指将秸秆粉碎后直接覆盖在地表或整株倒伏在地表。秸秆覆盖地表 后既可以阻挡降水对地表的直接冲击，保护土壤表层结构，也可以有效降低土壤中 水分向大气蒸发的速度，减少蒸腾量，使得土壤有效储水量明显提高( 张娥，2 0 0 5 ) 。 覆盖还田还能补充土壤n 、p 、k 和微量元素含量，改善土壤理化性能( 丘华昌，1 9 9 8 ) 。 堆肥还田是指利用自然界中广泛存在的微生物，通过人为的调节和控制，促 进秸秆中可生物降解的有机物向稳定的腐殖质转化的生物化学过程，包括秸秆高 温堆肥和自然发酵堆肥( 刘丽香，2 0 0 6 ) 。 过腹还田是一种效益很高的利用方式，即把口感差、消化率低的秸秆经青贮、 氨化和微贮处理，改善秸秆的适口性( 朱永，2 0 0 5 ) 。宿庆瑞等( 1 9 9 7 ) 研究表明，连续 5 年施用玉米秸秆过腹牛粪，土壤肥力明显提高，土壤中的有机质、全氮、全钾、全 磷分别提高了1 5 2 、1 2 0 、5 9 和8 9 ，速效n 、p 、k 及h a f a 值与转化酶 西南大学硕十论文 活性均明显提高，从而促进了玉米的生长发育，表现出明显的增产效果。 菌渣还田是利用作物秸秆栽培食用菌后的下脚料作为有机肥料施入土壤，以 达到改土培肥的作用。 机械直接还田和覆盖还田操作简单，省时省工，但耗能大，成本高；堆肥还 田机械化程度高，但操作条件需严格控制，设备成本和运行费用高( 韩鲁佳等，2 0 0 2 ； 张艳哲等，2 0 0 3 ) 。 ( 2 ) 秸秆还田技术研究现状 徐祖祥( 2 0 1 0 ) 在杭州泥质田的研究中，秸秆用量为1 5 0 0 k g h m 2 ，结果表明秸秆 还田比对照增产1 3 7 ，化肥+ 秸秆还田比单施化肥增产6 2 ，不施化肥和单施秸 秆土壤速效钾含量呈下降趋势。他指出连续秸秆还田还须适当增加钾肥的施用量， 才能满足作物高产需求，达到土壤钾素平衡。张春霞( 2 0 1 0 ) 等在黄土旱塬区土壤的实 验中，秸秆用量为3 7 5 0k g h m 2 ，施氮9 0k 耐，结果表明单施化肥促进土壤有机 质的老化，秸秆和化肥配合施用使土壤有机质转化速率加快，有机质、全氮、全 磷均呈现较高的富集趋势。孙星等( 2 0 0 7 ) 在研究秸秆还田对乌栅土及红壤性水稻土 土壤肥力的影响中，秸秆用量为2 2 5 0k g h m 2 ，结果显示秸秆与n 肥配施后，肥料 氮利用率比单施氮肥利用率明显提高。秸秆用量还有3 0 0 0k g h m 2 ，6 0 0 0k g h m 2 ( 钱 宏兵等，1 9 9 8 ；张振江，1 9 9 8 ；郑元红，2 0 0 9 ) 。目前，秸秆还田用量尚无定值， 但众多研究都表明秸秆还田中加入适当的肥料效果更佳。 1 2 土壤改良剂研究与应用现状 随着经济与社会的不断发展，土壤退化问题日益突出，主要体现在土壤紧实 与硬化、侵蚀、盐碱化、酸化、元素失衡、化学污染、有机质流动和动植物区系 的退化等，严重限制了土地生产力的发展( 赵其国，1 9 9 1 ) 。土壤改良剂能有效地改 善土壤理化性状和土壤养分状况，并对土壤微生物产生积极影响，从而恢复土壤 的生产力( 吴增芳，1 9 7 6 ) 。 1 2 1 土壤改良剂及其效果研究现状 国外对土壤改良剂的研究，迄今已有近1 0 0 年的历史，最初侧重于其对土壤 结构的改良，又被称为土壤结构改良剂。从1 9 世纪末叶开始至本世纪4 0 年代， 主要是利用天然有机物质为原料，从中提取天然聚合物，诸如纤维素、半纤维素、 木质素、胡敏酸、多糖类、多糖等作为土壤结构改良剂，或是利用微生物合成的 产物，例如细菌果聚糖、果胶、糊精、酪肮，藻酸等有机胶结物作为土壤结构改 良剂。但由于天然结构改良剂易被微生物分解、施用周期短，施用量大，施用后 释放的大量阳离子对土壤有毒害作用，难以在生产上广泛应用，于是，人工合成 改良剂的研究便逐渐开展起来。 4 第1 章文献综述 i i u n ! 量曼苎曼曼曼岂皇量皇曼! 曼曼曼皇皇曼曼曼曼鼍皇曼曼曼曼皇虽蔓皇曼曼曼烹曼曼曼皇 土壤改良剂按原料来源可将土壤改良剂分为天然改良剂、合成改良剂、天然 合成共聚物改良剂和生物改良剂( 陈义群等，2 0 0 8 ) 。 天然改良剂主要有天然矿物、无机固体废弃物、有机固体废弃物、天然提取高 分子化合物和有机质物料。天然矿物对土壤改良的效果主要表现在以下几个方面： ( 1 ) 改善土壤结构。有的天然矿物如膨润土具有独特的晶体结构，使其具有一定的 膨胀、分散性、粘着性等，施入土壤可增