秸秆还田对土壤理化性质的影响论文

1、 JIANGXI AGRICULTURAL UNIVERSITY本 科 毕 业 论 文（设 计）题目：秸秆还田配施降解菌剂对土壤理化特性影响的研究学 院： 生物科学与工程学院 姓 名： 李智伟 学 号： 20083472 专 业： 生物工程 班 级： 生物工程081班 指导教师： 魏赛金 职 称： 副教授 二0一二 年 五 月目录摘要IAbstractII前言11 材料与方法21.1 试验材料2 试验稻田2 水稻品种2 高效菌剂2 稻草还田方法21.2 试验设计方案21.3 高效降解菌剂2 菌剂的制备2 菌剂的施用31.4 田间试验3 试验田处理31.4.2 施肥方案31.4.3 土壤取样方法

2、31.5 室内分析试验41.5.1 土壤处理方法41.5.2 土壤化学性质分析方法41.5.3 土壤酶活性分析方法41.5.4 土壤微生物数量测定方法41.6 数据处理42 结果与分析42.1 土壤养分含量分析42.2 土壤微生物分析52.3 土壤酶活性分析63 讨论73.1 土壤化学性质73.2 土壤生物学性质83.3 总结8参考文献9致谢10摘要本实验以超级稻淦鑫203水稻为实验对象，在江西农业大学科技园水稻试验田进行秸秆还田试验，研究秸秆还田配合降解菌剂对土壤理化特性的影响。秸秆采用机械剪切后还田，同时加入实验室培养配置的高效降解菌剂进行试验。本实验分别对土壤的各种养分，包括有机质、全氮

3、、碱解氮、有效磷速效钾等养分；各种酶，包括蔗糖酶、脲酶、过氧化氢酶等酶的活性；以及细菌、真菌和放线菌三大类微生物等理化特性进行了测定研究。实验表明，秸秆还田对土壤中的养分增加，各种酶的活性提高，微生物的数量都有积极的影响。关键词：秸秆还田；降解菌剂；土壤养分；土壤酶活性；土壤微生物AbstractThis experiment regards super rice GanXin 203 as the experimental target and returns the straw at the rice test field in the technology park of Jiang X

4、i Agricultural University. The aim is to study the influence on the soil by the returning straw with bacterium degradation reagent. The straw will be returned cultivation meanwhile adding the experimental bacterium degradation reagent to test after mechanical cut. This experiment separately evaluate

5、 and survey every nutrient including organic, total nitrogen, alkali-hydrolyzable nitrogen, effectual phosphorus, available potassium, the activity coefficient of every enzyme such as saccharase, urease, catalase and the physical and chemical properties of bacterium, fungus and actinomycetes. T

6、he experiment shows returning straw increases both the nutrients and the activity coefficient of microorganism in the soil. At the same time, the number of every microorganism is obviously affected as well.Key words : straw returning;Degradation Bacteria;Soil nutrient;Soil Enzyme activity; Soil Micr

7、oorganism前言农业生产的过程是一个能量转换的过程。作物在生长过程中要不断消耗能量，也需要不断补充能量，需要不断调节土壤中水、肥、气、热等的含量。但是，就我国目前的土地耕作情况看，近乎掠夺式的过度耕作经营，以及片地单一大量使用化肥，造成了土壤有机质含量和肥力下降、土层板结，土壤有机质含量下降，土壤有机质含量和肥力低，已成为制约农业可持续发展的一个重要因素。秸秆还田是保护性耕作技术的关键技术措施之一，它促进了农业节水、节本、增产、增效、环保和可持续发展。中国是个农业大国，也是秸秆资源最为丰富的国家之一，每年可生产6亿吨的秸秆，水稻秸秆约占总秸秆的1/31实施秸秆还田作用：1.秸秆还田补充了

8、土壤养分。作物秸秆含有一定养分和纤维素、半纤维素、木 质素、蛋白质和灰分元素，既含有较多有机质，还有氮、磷、钾等营养元素。如果全部籽粒和秸秆被从田间运走，那么残留在土壤中的有机物一般说来仅有 10左右，造成土壤肥力下降，因此，只有通过施肥或秸秆还田等多种途径才能得以补充。2.秸秆还田促进了微生物活动。土壤微生物在整个农业生态系统中具有分解土 壤有机质和净化土壤的重要作用。秸秆还田给土壤微生物增添 了大量能源物质，随之各类微生物数量和酶活性也相应增加。这就加速了对有机物质的分解和矿物质养分的转化，使土壤中的氮、磷、钾等元素增加。经微生物分解转化后产生的纤维素、木质素、多糖和腐殖酸等黑色胶体物。这

9、种胶体物具有粘结土粒的能力，同粘土矿物形成有机与无机的复合体，促进土壤形成团粒结构，使土壤容量减轻。这样就提高了土壤保水、保肥、供肥的能力，改善了土壤理化性状。3.秸秆还田可减少化肥使用量。化肥对于农业获得高产的作用是明显的，但长期过量使用。导致土壤板结、肥力破坏、环境污染。作物所吸收的氮主要来自土壤中的原有氮素，来自化肥的仅占 2324。这说明即使施用化肥，土壤有机物对作物生长仍然是最重要的。所以秸秆还田是弥补化肥长期使用缺陷的极好办法。4.秸秆还田可改善农业生态环境。传统农业生产过程中秸秆主要采取燃烧处理，污染空气、有时还引起火灾：即使没有焚烧，又不采取秸秆综合利用，秸秆随意处置仍会影响农

10、业生态环境。因此，实行秸秆还田是非常有必要的。1 材料与方法 1.1 试验材料 试验稻田试验稻田为江西农业大学科技园水稻试验地，取用180m2，先用农业机械对试验田进行平整，再人工将平整过的试验田分成18个小区，每个小区10 m2，长宽分别为5 m和2 m。 水稻品种采用的水稻品种为：淦鑫203。该品种属籼型三系杂交水稻。在长江中下游作双季早稻种植，全生育期平均114.4天。株型适中，叶色淡绿，叶片挺直，剑叶短宽挺，熟期转色好，叶鞘、稃尖紫色，穗顶部间有短芒2。 高效菌剂菌种类型：4种霉菌，6种细菌 霉菌：P5-9 P1-12 P-23 LF 细菌：L13 B110 B111 B112 B11

11、3 2-11.1.4 稻草还田方法将稻草机械切成10 CM 左右，加入到对应的小块实验田中，每块的添加稻草量为5 Kg，在人工平整试验田的时候加入。1.2 试验设计方案表1 试验方案设计处理纯NP2O5K2O不施肥稻草不还田（对照）（CK）000不添加高效降解菌剂秸秆还田(CK+S)000添加高效降解菌剂秸秆还田(CK+SMA)000等养分施肥（纯N 165， P2O5 75，K2O 150）稻草不还田（对照）(NPK)165g75g150g不添加高效降解菌剂秸秆还田(NPK+S)165g75g150g添加高效降解菌剂秸秆还田(NPK+SMA)165g75g150g试验分6个试验对象，三个不施

12、肥，三个施肥。不施肥的两个加稻草，一个不加稻草作对照。加稻草的其中一个加高效降解菌剂，一个不加。施肥的和不施肥的设计方法一样。1.3 高效降解菌剂 菌剂的制备用牛肉膏蛋白胨培养基进行细菌菌种活化，霉菌用马铃薯培养基进行活化。然后用液体发酵培养基进行扩大培养，细菌和霉菌共用一种培养基。液体培养基配方为：以5000ml为例，需要的物质质量如下。物质蛋白胨稻草MgSO47H2OKH2SO4NaClZnSO4水质量/g5100.30.50.50.31000pH自然，配制好以后用高压灭菌锅121灭菌30min。扩大培养后用草炭吸附细菌，得到细菌菌剂。霉菌用豆渣做固体三级发酵后得到霉菌孢子，制成霉菌菌剂。

13、固体发酵培养培养基配方：（豆渣50*50=2500g）物质豆渣稻草粉MgSO47H2OKH2SO4CaCO3水质量/g50100.10.10.150pH自然，配制好后用高压蒸汽灭菌锅121灭菌1h。 菌剂的施用每块需要加菌剂的试验田施用细菌菌剂15g，霉菌菌剂施用30g。在人工平整试验田时均匀加入到试验田中。同时加菌剂的添加增效剂生石灰（CaO）6.15g。1.4 田间试验1.4.1 试验田处理在试验小区里按季节种植早稻，按照表1试验方案进行试验田处理，每个处理进行3个重复，共有18小块试验田。1.4.2 施肥方案氮肥施肥方案：底肥：分蘖肥：穗肥=5:2:3，即施用尿素底肥180g，分蘖肥72

14、g，穗肥108g。钾肥施肥方案：底肥：穗肥=7:3，即施用底肥175g，穗肥125g。磷肥按底肥于人工平整试验田时一次性施用，共625g。1.4.3 土壤取样方法早稻收获后，采用五点混合采样法采集土壤原状样品，用硬质盒把土样带回实验室，置于04冷藏箱待处理。图1 五点取样图示（黑点为取样点）1.5 室内分析试验所收集的6个试验处理的土壤样品，分析项目如下：1.5.1 土壤处理方法取水稻成熟期土样，测定土壤N、P、K养分含量。采用五点法（如图1）取耕层0-15cm的土样，并使土壤充分混匀。一部分保存于冰箱（04）用于测定土壤微生物和速效氮。一部分于室内自然风干，磨细过筛，筛子为60目的筛。并用纸

15、袋装好，做好标记，密封避光保存用于后期试验。1.5.2 土壤化学性质分析方法土壤养分测定具体方法采用常规分析方法。土壤有机质测定采用重铬酸钾容量法外热法，全N测定采用半微量凯氏法，碱解氮测定采用碱解扩散法，有效磷测定采用 0.05mol/L NaHCO3浸提钼蓝比色法，速效K测定采用NH4OAC 浸提火焰光度法3。1.5.3 土壤酶活性分析方法于早晚稻成熟期采用5点取样法，用铁钻取耕作层0-15 cm土层的土样。测定脲酶、过氧化氢酶、蔗糖酶等酶的活性。其中，蔗糖酶活性测定用硫代硫酸钠滴定法；过氧化氢酶活性测定用高锰酸钾滴定法；脲酶活性活性测定用苯酚-次氯酸钠比色法4。1.5.4 土壤微生物数量

16、测定方法本实验中测定土壤中的细菌、放线菌和真菌的数量。分别采用牛肉膏蛋白胨培养基、改良高氏一号培养基、马丁培养基（马铃薯培养基）稀释平板涂布法计数5。每个处理进行了3次重复。1.6 数据处理 用Excel 2003和DPS软件进行计算和统计分析处理。2 结果与分析2.1 土壤养分含量分析利用Excel 2003和DPS软件对土壤中各种养分含量进行分析。其中N表示施用氮肥；P表示施用磷肥；K表示施用钾肥。S表示进行了秸秆还田，MA表示使用了高效降解菌剂，CK表示对照试验（以下的表格均同）。分别对六个试验对象中的有机质、全氮、碱解氮、有效磷以及速效钾进行分析。分析结果和方差分析结果如表2-1：处理

17、有机质(g/kg)全氮(g/kg)碱解氮(mg/kg)有效磷(mg/kg)速效钾(mg/kg)NPK22.23a0.1244b72.41b9.63c75.8bNPK+S21.49a0.1221b80.93a12.83b101.4aNPK+SMA21.79a0.1256b72.41b12.83b81.6bCK18.07b0.1560a76.67a17.31a62.0bCK+S17.49b0.1393a76.67a14.39ab71.9bCK+SMA17.26b0.1428a74.54ab14.81ab66.0b表2-1 不同稻草还田处理对耕作层土壤养分含量的影响注：同列数据后不同字母分别表示差异

18、达显著水平，如后面都有“a”表示两个差异不显著，下同。结果表明(表2-1)，早稻土壤有机碳，施用了化肥(NPK+*)的显著高于未施用化肥(CK+*)的试验田。而施用了化肥的处理中，未进行秸秆还田(NPK)和进行了秸秆还田以及进行秸秆还田并配合施用高效降解菌剂(NPK+SMA)的之间的有机质含量差异不明显。未施用化肥的三个处理之间也是一样差异不显著。土壤中的全氮和有机质结果分析一样，施用化肥(NPK+*)的处理和未施用(CK+*)的差异显著，切未施用化肥的含量高于施用化肥的。而相同处理内部之间不同处理差异不显著。土壤中碱解氮含量，只施用了化肥(NPK)和施用了化肥且进行了秸秆还田并配降解菌剂(N

19、PK+SMA)之间的差异不显著，而这两个处理和其他处理差异显著。有效磷含量施用了化肥且进行了秸秆还田(NPK+S)的处理与施用了化肥且进行了秸秆还田并加了菌剂(NPK+SMA)的处理之间的差异不显著。这两个处理与其他处理差异显著。速效钾含量除了施用了化肥并进行了秸秆还田(NPK+S)的处理和其他的差异显著，其他处理之间差异不显著。2.2 土壤微生物分析土壤微生物是土壤生物化学特性的重要标志，它一方面反映土壤中物质和能量代谢的旺盛程度，另一方面也反映土壤的肥力状况。不同稻草还田方式对土壤微生物类群数量有很大的影响。本实验对不同处理对象中的土壤三大微生物，细菌、真菌和放线菌进行数量分析。分析结果如

20、表2-2所示：表2-2 不同稻草还田处理对土壤微生物的影响表2-2 不同稻草还田处理对土壤微生物的影响处理细菌 (×106cfu/g)真菌 (×104cfu/g)放线菌 (×105cfu/g)微生物总数(×106cfu/g)NPK2.50b1.00a3.00a2.81bNPK+S4.50a1.30a2.10b4.72aNPK+SMA5.00a1.85a2.00b5.22aCK1.75b0.78b0.60c1.82bCK+S1.28b0.52b0.65c1.35bCK+SMA1.15b1.50a0.58c1.22b通过分析，发现细菌数量未施肥的三个处理对象

21、(CK、CK+S、CK+SMA)之间差异不显著，而施肥了的三个对象中未进行秸秆还田(NPK)的和进行了秸秆还田的处理之间(NPK+S、NPK+SMA)差异显著，且显著小于进行了秸秆还田的处理。真菌数量施用了化肥的处理相对明显高于未施用化肥的处理。但有一例外，就是未施用化肥，但是进行了秸秆还田以及加入了降解菌剂的处理(CK+SMA)和施用的化肥的处理差异不显著。放线菌之间的差异和真菌一样，不同的是施用了化肥中的三个处理，未进行秸秆还田的处理(NPK)放线菌数量显著高于进行了秸秆还田的处理(NPK+S、NPK+SMA)。微生物总数方面，使用了化肥的处理和未施用化肥的处理差异显著，且显著高于未施肥的

22、处理。但有一个例外是施用了化肥但是未进行秸秆还田(NPK)的处理虽然高于未施用化肥的处理，显示差异不明显，而与另外两个施用了化肥的处理差异显著。2.3 土壤酶活性分析土壤酶催化土壤中的一切生物化学反应，对土壤肥力有重要影响。土壤中蔗糖酶催化蔗糖水解成葡萄糖和果糖，表征了土壤生物学活性强度，也可以做为评价土壤熟化程度和土壤肥力水平的一个指标；脲酶催化尿素水解成氨，可以用来表征土壤有机态氮的转化状态；过氧化氢酶在生物氧化过程中起分解过氧化氢的作用，其活性与土壤的微生物数量和活性有关，也与植物根系有关，可以用来表征土壤生物氧化过程的强弱4。通过对土壤中蔗糖酶、脲酶、过氧化氢酶的分析，结果如表2-3：

23、表2-3 不同稻草处理对土壤酶活性的影响处理蔗糖酶 （0.1N Na2S2O3 ml g-1d-1）脲酶 （NH3-N mg g-1d-1）过氧化氢酶 （0.1N KmnO4 g-1 20min-1）NPK0.107a 3.227a 0.830a NPK+S0.072b 3.251a 0.650a NPK+SMA0.074b 2.976b 0.697a CK0.039c 3.167a 0.799a CK+S0.036c 3.264a 0.674a CK+SMA0.104a 3.080a 0.650a 根据表2-3分析可知，蔗糖酶活性NPK处理和CK+SMA处理差异不明显，这两个与其他的处理差异

24、明显，且显著高于其他处理。同时，使用了化肥的处理显著高于为施用化肥的处理。脲酶活性除了NPK+SMA处理与其他处理有显著差异，并低于其他处理外，其他个处理之间的差异不显著。过氧化氢酶所有的处理之间的酶活性差异不显著。3 讨论农作物秸秆还田能否起到与化学肥料同等的营养作用，一直是许多学者关注的焦点问题之一6,7。从大量的研究结果8,9,10可知，稻草还田对水稻生长发育与产量有促进作用，原因是稻草还田能促进水稻分蘖，增加有效穗数及每穗实粒数，生育中后期能维持较高的叶面积指数和较高的干物质积累量，从而提高产量。本试验稻草还田对早稻的影响也得到了相似的结论。与稻草不还田处理相比，等量施肥条件下，机械化

25、稻草全量还田处理分蘖成穗、叶面积指数以及干物质积累量生育前期相对较低，到生育中后期明显加大，而不施肥条件下差异较小，这与稻草还田后减少了速效肥用量有关。3.1 土壤化学性质稻草还田实验进行6种不同处理下，各种养分变化均不一样。有机质施肥和不施肥相差较大，且施肥的显著高于不施肥的，而和秸秆还不还田影响不大。全氮相反，不施肥的反而更高。碱解氮各差异都不大，除了其中一个处理(NPK+S)较高外，其他基本一样。有效磷变化不是很有规律，差异分析不能代表问题。速效钾碱解氮差不多，除了(NPK+S)和其他处理相差较大外，其他处理差异不大。对比进行了秸秆还田和为进行秸秆还田的数据，差异不是很明显，分析认为只是

26、进行了一次实验，效果并没有在数据上显示出来。3.2 土壤生物学性质稻草还田并使用高效降解菌剂后，土壤中三大类微生物总量早稻NPK+SMANPK+SNPK，且各处理差异达到显著，细菌、真菌数量NPK+SMANPK+S、NPK，差异达到一定显著，放线菌数量则相反；稻草不同还田方式下土壤微生物数量均为细菌放线菌真菌。蔗糖酶活性稻草还田处理均显著大于稻草不还田处理，脲酶活性差异都不明显，出来施用了化肥和进行了秸秆还田并加了菌剂(NPK+SMA)的脲酶活性较低。而过氧化氢酶各种处理对其活性影响均不大，说明过氧化氢酶性质较为稳定，不易受其他因素干扰。3.3 总结从论文选题到实验完成，再到论文定稿，前后经历

27、了一年。在试验中学习到了不少，也认真完成各项工作。然而鉴于个人能力有限，以及其他客观条件的制约，很多地方做的不是很足，实验完成的并不是很完美。但是本论文从某些方面可以反映水稻秸秆还田并配合高效降解菌剂使用，对土壤理化性质有积极的影响，增加了土壤的各种养分，微生物数量也增加了，各种酶的活性在一定程度上有所增加。由于本实验只进行了一次秸秆还田试验，对土壤理化特性影响从数据上来看不是很明显，但是能反应一些问题。相信长期进行秸秆还田并配合高效降解菌剂的使用，对土壤的理化特性会有一个明显的影响，继而对土壤性质改良，农作物增产，农民增收有相当的积极意义。参考文献1 王玄德，石孝均，宋光煜.长期稻草还田对紫色水稻土肥力和生产力的影响.植物营养与肥料学报，2005，11（3）302-307.2 涂瑞友，超级稻淦鑫203特征特性及栽培技术J，安徽：安徽省农业科学院主办 2011-21期:45-53.3 鲍士旦.土壤农化分析M.北京:农业出版社, 2006. 104-135.4 关松荫.土壤酶及其研究法M.科学出版社, 1986. 294-329.5 陈华葵,李阜棣,陈文新.土壤微生物学M .上海:上海科学技术出版社,1981,31