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[硕士论文] 刘平东
植物营养学 华中农业大学 2018(学位年度)
摘要:秸秆还田过程中养分的释放、秸秆自身对养分的吸持及秸秆还田对土壤养分转化的影响对于提高土壤养分的有效性起着重要的作用。本研究通过田间试验和室内模拟试验相结合,从以下3方面展开研究:(1)通过田间试验研究覆盖还田条件下油菜全生育期内稻草腐解和养分释放特征;(2)采集长期定位试验土壤进行室内培养试验,分析添加不同C/N比秸秆对长期秸秆还田土壤矿质氮含量的影响;(3)以水稻秸秆和油菜秸秆为研究对象,通过室内模拟试验研究秸秆对外源铵态氮的吸附特征与机理。研究结果为秸秆还田氮素合理运筹提供理论依据。主要研究结果如下:
  1.油菜季稻草覆盖还田试验表明,在油菜季生长期内,稻草腐解末期至油菜收获时(157~228d)平均速率是其还田开始阶段(0~157d)腐解速率的3倍。降雨量和>0℃积温是制约前期秸秆腐解的关键因子,后期降雨量(150天左右突增)和>0℃积温(180天左右大幅增加)促进秸秆腐解快速进行。秸秆养分累计释放率表现为K>N>P。秸秆钾的释放最为明显,而秸秆氮和磷含量的变化不明显,秸秆腐解前期的氮、磷释放率存在负值,说明秸秆腐解前期出现吸附氮、磷的现象。
  2.添加不同C/N秸秆的土壤培养试验结果表明,添加尿素和秸秆处理的土壤铵态氮、硝态氮和矿质氮含量均显著提高,整体表现为:添加尿素培养(Urea)>添加C/N24秸秆(Straw C/N24)>添加C/N36秸秆(Straw C/N36)>添加C/N55秸秆(Straw C/N55)>对照(Control)。不灭菌处理在第50天土壤铵态氮明显下降。在培养结束(第130天)时,长期秸秆还田处理土壤(NPKS)硝态氮和矿质氮含量均明显高于长期秸秆不还田处理(NPK)。其中不灭菌条件,NPKS组各处理矿质氮较NPK处理增幅为2.57%~9.93%;灭菌条件下NPKS组各处理矿质氮较NPK处理增幅为15.76%~34.44%。
  3.秸秆静态吸附影响因素结果表明:在本试验范围内,提高溶液初始浓度,适当增加环境温度,溶液在中性或碱性环境,增加吸附时间和接触面积,均有利于提高秸秆吸附量。秸秆吸附铵态氮试验的推荐条件为:秸秆用量为0.25g,温度介于25~40℃,较高的初始浓度,pH介于7~9之间,吸附时间4h,完全接触状态。
  4.秸秆静态吸附动力学试验通过SEM和FTIR分析,与油菜秸秆相比,水稻秸秆乳突较多,比表面积较大,且其孔隙更明显,秸秆吸附铵态氮后出现官能团的振动形式,产生新结构,吸附过程包含物理吸附和化学吸附两种吸附作用。不同浓度下的吸附动力学结果表明,4mg/L,12mg/L,20mg/L油菜秸秆的平衡吸附量依次为0.33mg/g、0.61mg/g、0.79mg/g,水稻秸秆的平衡吸附量依次为0.39mg/g、1.29mg/g、2.49mg/g。采用准一级、准二级、Elovich和颗粒内扩散四种方程描述油菜和水稻秸秆对铵态氮吸附的动力学特征,发现准一级动力学模型R2较高且与实际吸附量较吻合,所以准一级动力学模型是最佳模型。
  5.在秸秆静态吸附热力学试验中,不同温度下的吸附等温线表明,升温促进吸附,278K,298K,313K油菜秸秆的平衡吸附量依次为0.11mg/g、0.20mg/g、0.25mg/g,水稻秸秆的平衡吸附量依次为0.23mg/g、0.26mg/g、0.32mg/g。应用Langmuir吸附等温方程式能较好地描述水稻秸秆(R2:0.95~0.97)和油菜秸秆(R2:0.69~0.90)不同温度下吸附铵态氮的规律,水稻秸秆的Langmuir和Freundlich吸附等温式模型效果优于油菜秸秆的模拟效果。吸附热力学方程计算结果表明,秸秆吸附铵态氮的等温吸附过程,焓变(△H)>0、熵变(△S)>0、自由能(△G)<0,是吸热熵增的自发过程,吸附方式主要是以物理吸附为主。
  6.秸秆动态吸附试验结果表明:增大铵态氮初始溶液的浓度或增大体系溶液的流速,能缩短秸秆吸附到达平衡的时间,提高秸秆吸附量。在相同条件下,水稻秸秆对铵态氮的吸附能力高于油菜秸秆。在本试验中,流速为5ml/min,铵态氮浓度为16mg/L,此时,油菜和水稻秸秆对铵态氮的吸附率分别为57.3%和88.6%。
[博士论文] 肖阳
农业经济管理 中国农业科学院 2018(学位年度)
摘要:化肥对粮食生产的影响举足轻重,而现阶段我国化肥不合理的施用和农业绿色发展之间的矛盾越来越突出,具体表现在:(1)化肥施用总量和施用强度居高不下,而单位化肥粮食的产出却逐年下降,粮食增产越来越依赖于化肥的增施;(2)肥料整体施用结构不合理,尤其是有机肥施用量低,农村有机养分物质(粪污、秸秆)肥料化利用率偏低;(3)失衡的施肥结构和不合理的施肥方式造成化肥利用率较低,生产成本上升,过量施用的化肥给水体、大气和土壤带来严重污染,最终导致农产品品质下降,影响人体健康。因此,探索现阶段农业生产过程中化肥施用的减量增效,对推进农业绿色发展、实施乡村振兴战略具有重要的现实意义。
  本文以粮食生产的农户用肥为研究对象,利用第一手抽样调查数据,在环境经济学、生态经济学基本理论指导下,从微观层面探讨我国现阶段施肥的合理机制,论文的主要内容和结论如下:
  一、农户化肥施用技术效率研究。基于随机前沿分析和生产技术效率,推导和测算化肥的技术效率,并利用Tobit模型研究其影响因素。结果表明农户生产玉米的化肥平均技术效率仅为0.5541。农户户主教育水平、参加施肥技术培训、玉米种植面积和施用有机肥对化肥施用技术效率有显著正向影响,而家庭劳动力非农转移和土地细碎化程度对其有显著负向影响。
  二、农户合理施肥行为的影响研究。利用结构方程模型分析农户施肥行为的影响因素,结果表明农户的化肥过量负面认识对有机肥施用效果认知有显著直接影响、对有机肥的施用行为有显著间接影响,提高施肥技能和有机肥施用效果认知对农家肥和商品有机肥的施用行为有显著正向影响,提高农户对农业生态环境保护政策的理解力有利于促进其化肥的合理施用。
  三、农户参加施肥技术培训的化肥减量效应研究。采用倾向得分匹配法实证分析,结果表明农户参加施肥技术培训可显著减少小麦和玉米化肥用量平均分别为1.865公斤/亩和4.365公斤/亩、降低施肥强度分别为6.83%和16.36%。
  四、沼肥替代部分化肥的效果研究。结果表明:(1)施用沼肥可显著降低小麦、玉米的化肥施用强度;(2)小麦产量在不同沼肥水平间差异显著,玉米产量在不同沼肥水平间差异不显著,施用沼肥对粮食产量有一定促进作用;(3)沼肥用量和土壤肥力改善两者显著相关,在当前农户沼肥施用范围内,沼肥用量越大,土壤肥力改善效果越明显。
  五、规模化养殖场畜禽粪便肥料化利用整体效果研究。典型案例法分析结果表明畜禽粪便肥料化利用可降低小麦、玉米和蔬菜的施肥强度分别为45.32%、49.62%、65.05%,减少CO2和COD排放分别为254吨和1899吨,农产品品质优良增收为102.73万元,农户节省燃料费73.8万元。
  基于以上研究,本文提出主要政策建议如下:有效利用当地资源,提高农业废弃物肥料化利用率;扭转农业废弃物处理思维模式,注重高盈利产业拉动;充分发挥农技推广体系应有的作用,及时宣传化肥过量的危害和有机肥的施用效果;结合作物种类,根据测土数据做出精准施肥配方;创新有机肥施用效果的宣传方式;加强农业有机肥施肥的社会化服务,克服农村劳动力短缺的瓶颈;发挥新型经营主体的示范带动作用,引领农户就地就近利用有机肥养分。搭建政府与企业协同运作平台,开拓销路市场,通过各种渠道,提高农民的有机农产品收入。
[博士论文] 刘晓永
植物营养学 中国农业科学院 2018(学位年度)
摘要:中国化肥消费量大、有机肥资源丰富,但有机肥养分资源数量和还田量以及农田养分的输入、输出时空分布特征尚不明确,各地区农业生产中养分需求和供给不清楚,严重制约养分资源的合理分配和高效利用以及农业的可持续发展。研究区域和国家层面上农田养分投入/产出和平衡以及农业生产对养分的需求,把握不同区域养分资源与利用特点,可为养分资源的科学管理和分配提供战略性对策和依据。本研究采用统计数据和文献资料等,研究了1980~2016年中国秸秆、粪尿等有机肥养分的数量、区域分布和还田量,分析了农田养分投入/产出平衡的时空变化特征和规律,估算了2016年全面平衡施肥场景下我国农业生产的养分需求以及化肥需求和供给差。主要结果如下:
  1)依据作物产量、草谷比、秸秆还田率和秸秆养分含量,计算不同年代各省秸秆和氮磷钾养分量及其还田利用。结果表明,与1980s相比,2010s全国秸秆及其NPK量(N+P+K)分别增长8577%和104.00%,2010s年均分别为90585.89×104和2502.11×104t,西北诸省、西藏和黑龙江省增幅明显,华北、长江中下游地区、四川盆地以及黑龙江省秸秆及其养分资源占全国2/3以上。与1980s相比,2010s全国秸秆NPK还田量增长2倍多,2010s年均为1783.23×104t,还田率为71.27%,其中N579.14×104t,P106.27×104t和K1097.87×104t,还田率分别为60.70%、77.34%和77.83%。华北、长江中下游地区、四川盆地和黑龙江省的秸秆NPK还田量约占全国的70%。
  2)基于畜禽年末存栏数、年内出栏数、饲养周期、排泄系数和粪、尿养分含量,计算不同年代各省畜禽粪尿量、粪尿养分及其还田利用。结果表明,与1980s相比,2010s全国畜禽粪尿量及其NPK量(N+P+K)分别增长5335%和6228%,2010s年均分别为423529.66×104(鲜基)和409576×104t,东北地区增幅最大。畜禽粪尿NPK还田量从1980s年均1132.71×104增加到2010s年均1713.33×104t,河南、四川、内蒙古、山东、河北、湖南、新疆、广西、云南和安徽的畜禽粪尿NPK还田量约占全国的55.02%~59.66%。2010s畜禽粪尿N、P和K年均还田量分别为617.99×104、297.81×104和797.53×104t,还田率分别为30.58%、70.75%和48.22%。
  3)我国有机肥NPK(N+P+K)资源量持续增加,2010s年均达到7797.41×104t,比1980s增加67.11%,东北地区增幅最大,河南、山东、四川、河北、湖南、内蒙古、湖北、云南、江苏和安徽有机肥NPK资源量约占全国的55.21%~57.33%。2010s有机肥N、P和K年均还田量分别为1332.69×104、437.97×104和1929.30×104t,还田率分别为35.00%、61.91%和58.78%。河南、山东、四川、河北、内蒙古、湖南、安徽、江苏、湖北和广东的有机肥NPK还田量约占全国的55.72%~60.82%。
  4)基于作物产量,单位经济产量吸收养分量和秸秆还田养分量,估算了不同年代各省作物生产中养分移走量。结果表明,与1980s相比,2010s全国农田氮磷钾养分移走量(N+P2O5+K2O)增长7533%,其中N、P2O5和K2O分别增长67.03%、82.59%和84.81%,西北地区增幅最大,2010s年均移走量为3086.90×104t,其中N1497.07×104t,P2O5621.23×104t,K2O968.60×104t,河南、黑龙江、河北、江苏、四川、吉林、安徽、湖北、湖南和广东的农田养分移走量约占全国的55.66%~59.75%。
  5)通过计算养分的投入(化肥、有机肥)和产出(作物移走量),得出不同年代各省养分表观平衡和偏平衡(PNB,养分移走量/投入量)。结果表明,与1980s相比,2010s全国氮磷钾养分盈余量(N+P2O5+K2O)增长208.23%,东北地区增幅最大,河南、山东、四川、湖北、河北、广西、广东、安徽、湖南、江苏和云南的盈余量占全国的56.23%~64.33%。2010s盈余5284.42×104t,其中N、P2O5和K2O分别盈余2220.36×104t、2002.27×104t和1061.79×104t。1980s到2010s PNB逐渐下降,2010s PNB-N介于0.13~0.87,东北、华北和长江中下游多数省份高于0.37;PNB-P2O5介于0.06~0.41,东北高于0.26,华北和长江中下游多数省份介于0.19~0.29,其他省份低于0.20;PNB-K2O介于0.02~0.85,东北和华北大多数省份高于0.53,其他多数省份介于0.3~0.6。
  6)按2016年农作物、林地、草地、水产养殖面积和平衡施肥量,全面平衡施肥场景下全国氮磷钾养分(N+P2O5+K2O)的需求量为8441.80×104t,其中N3758.13×104t、P2O5203596×104t和K2O2647.71×104t。粮食作物养分需求量约占全国的41.53%,其次蔬菜/瓜果占21.09%。长江中下游和华北地区的养分需求较大,河南、四川、山东、湖南、广西、河北、云南、湖北、内蒙古和江苏的养分需求量占全国的52.96%。全国化肥消费与需求差为74452×104t,其中N亏缺120.61×104t,P2O5过量474.78×104t,K2O过量390.35×104t,华北地区过量最多,特别是河南、山东、河北过量较多,而西北和西南地区的多数省份化肥投入不足。
[硕士论文] 张涛
农业资源利用 中国农业科学院 2018(学位年度)
摘要:猪粪处置方式不同导致其形态、养分含量以及氮素有效性等都有所差异,目前国内外仍缺乏对不同形态猪粪存储及施用下氮素动态变化的系统评估。另外,尽管目前对于猪粪长期施用的研究较多,但是关于猪粪施用年限对土壤氮通量及碳氮库的影响尚不明确。本研究选取不同处置方式下的四种形态猪粪:猪粪生浆液(RS)、猪粪固液分离液态组分(LF)、猪粪固液分离固态组分(SF)和风干猪粪(DM),开展了不同形态猪粪存储及还田过程中氮素动态变化特征研究;同时为揭示猪粪施用年限对土壤氮素通量以及土壤碳氮库的影响,开展了猪粪短期施用(2016-2017年)和长期定位(1990-2017年)试验,处理包括:不施肥(CK)、单施化肥(NPK)、化肥+22.5t/ha常量增施猪粪(NPKM)、化肥+33.7t/ha高量增施猪粪(NPKM+)。主要研究结果如下:
  (1)不同形态猪粪存储及还田过程中,SF形态猪粪氮素损失最低。SF存储过程中的氨(NH3)挥发和总氮(TN)损失最低,仅为2.7%和5A%;LF存储过程中NH3挥发损失最高达9.9%,RS存储过程中TN损失最高达26.9%。不同形态猪粪施用下,NH3挥发具有显著性差异,SF处理的NH3排放系数最低(3.3%),仅为LF(9.7%)处理的34.0%;SF处理下的温室气体排放强度(GHGI)仅为0.13kg CO2-eq/kg yield,显著低于RS和DM处理。
  (2)猪粪短期试验表明,增施猪粪对小麦产量、土壤碳氮库的增加,以及氨排放系数的降低具有正向作用,却会增加GHGI;而高量增施猪粪会降低对小麦增产的正向效应,显著提高GHGI。相比NPK处理,NPKM和NPKM+处理的小麦产量从6098kg/ha,提高到了6887和6325kg/ha;土壤(0-20cm)有机碳(SOC)库从56.1t/ha增加到58.5和63.3t/ha;土壤氮库从3.1t/ha提高到3.7和4.4t/ha;土壤NH3排放系数从2.2%降低到11%和1.3%。与NPK处理相比,NPKM和NPKM+处理GHGI分别提高5.5%和35.0%。
  (3)猪粪长期定位试验表明,增施猪粪对小麦产量、土壤碳氮库的增加,以及氨排放系数和GHGI的降低具有正向作用,而高量增施猪粪会降低对小麦增产的正向效应,同时提高GHGI。相比NPK处理,NPKM和NPKM+处理的小麦产量从3880kg/ha,提高到7105和5625kg/ha;土壤(0-20cm)SOC库从37.0t/ha提高到65.7和70.6t/ha;土壤氮库从3.6t/ha提高到6.5和7.9t/ha;土壤NH3排放系数从2.2%均降低到1.1%。值得注意的是,与NPK处理相比,NPKM处理可降低18.0%的GHGI,而NPKM+却提高了21.2%。
  综上所述,猪粪固液分离固态组分可有效降低氮素流失风险,提高氮素利用效率,是最佳的猪粪处理及施用方式。常量增施猪粪不仅能提高作物产量、显著提高土壤有机碳氮库,而且显著降低氨排放系数和温室气体排放强度,且长期常量增施猪粪会强化其正向效应。因此,建议在土壤养分含量较低的地区可适量长期增施猪粪。
[硕士论文] 许猛
农业资源利用 中国农业科学院 2018(学位年度)
摘要:在农业生产实践中,各种逆境胁迫均会导致作物生长不良,影响产量和品质。外源氨基酸具有促进作物生长、提高作物产量、改善作物品质、促进作物养分吸收和提高肥料利用率等多重作用;在盐、碱、低温、高温、干旱、重金属等各种逆境条件下,外源氨基酸还能够提高作物抗逆性,缓解作物所受的胁迫。本文利用以氨基酸尾液为氨基酸材料开发的一种复合氨基酸制剂(中国农业科学院农业资源与农业区划所专利产品,专利号ZL201410026086.5,简称制剂),以小白菜为研究对象,通过种子萌发试验、幼苗水培试验、盆栽肥效试验等方法,研究了复合氨基酸制剂对作物不同时期生长、养分吸收利用及其抗逆性的作用与影响,并进一步验证了该制剂在棉花上的肥效,为复合氨基酸制剂在生产实践中尤其是在农业逆境条件下的应用提供了科学依据和理论指导。具体研究结果如下:
  (1)复合氨基酸制剂可缓解一定浓度盐胁迫对小白菜种子萌发和幼苗生长的抑制作用。在25、50、75mmol/L NaCl条件下,以0.2g/L制剂浸种,小白菜种子发芽率较清水对照分别提高5.33%、7.27%和29.20%;施用0.05g/L制剂可提高小白菜幼苗叶片SOD、POD、CAT等抗氧化酶活性、维持脯氨酸含量、缓解盐胁迫下叶片O2产生速率过快和MDA含量过高对幼苗生长的抑制作用,促进植株伸展和根系伸长,幼苗生长量较对照提高19.33%~36.18%。
  (2)复合氨基酸制剂可缓解一定浓度碱胁迫对小白菜种子萌发和幼苗生长的抑制作用。在10、20、30mmol/L Na2CO3条件下以制剂0.1g/L浸种,小白菜种子发芽率较清水对照分别提高6.56%、14.95%和72.73%,明显缓解Na2CO3对种子萌发的抑制作用。在2.5mmol/L Na2CO3条件下,施用0.05g/L制剂可提高幼苗叶片抗氧化酶活性、维持脯氨酸含量,促进小白菜幼苗生长,生长量较对照提高13.77%,差异显著;在Na2CO3浓度为5mmol/L和10mmol/L条件下,制剂施用量以0.1g/L效果最好,小白菜生长量较对照分别提高40.68%和32.02%。
  (3)复合氨基酸制剂可明显缓解温度胁迫对种子萌发和幼苗生长的抑制作用。在低温(10℃)条件下,以0.4g/L制剂浸种,小白菜种子发芽率较对照提高9.27%;在35℃条件下,以0.05g/L制剂浸种,发芽率较对照提高8.86%。在5℃和15℃条件下,0.05~0.4g/L制剂能够提高抗氧化酶活性,小白菜幼苗叶片O2-产生速率较对照分别降低36.69%~72.61%和26.68%~72.83%;在35℃条件下,0.4g/L制剂效果最好,小白菜幼苗叶片O2-产生速率较对照降低72.61%。
  (4)复合氨基酸制剂可促进小白菜生长和对养分的吸收利用、提高产量、改善品质。与普通肥料相比,添加制剂小白菜增产17.58%;植株硝酸盐含量降低15.47%,Vc、可溶性糖和可溶性蛋白含量分别提高12.42%、23.72%和3.01%;小白菜对氮、磷、钾养分吸收量分别增加17.61%、11.85%、13.82%,肥料表观利用率提高43.01%。
  (5)试验证明,复合氨基酸制剂可在一定程度上缓解盐碱土上作物的连茬效应。连续种植三茬小白菜,后两茬即表现出连茬障碍,施用制剂小白菜产量较对照分别增加11.85%和14.41%。
  (6)复合氨基酸制剂可促进盐碱土上棉花生长和对养分的吸收利用、提高棉花产量。与普通肥料相比,添加制剂能够促进棉花各生育期生长,增加棉花苗期、蕾期、花铃期和吐絮期叶枝数、叶面积和SPAD值,增强叶片光合作用;促进棉花各生育期对养分的吸收利用,吐絮期氮、磷、钾养分吸收量分别增加24.46%、27.43%和41.95%;促进棉花干物质积累,籽棉增产32.19%,皮棉增产41.49%;肥料偏生产力和农学利用效率分别提高54.22%、32.48%,大幅度减少化肥养分损失。
[硕士论文] 任凤玲
农业资源利用 中国农业科学院 2018(学位年度)
摘要:因温室气体排放造成的全球变暖是人类面临的重要生态环境问题之一。农业生产是人类最重要的生产活动,也是温室气体的重要来源,其对温室气体总排放量的贡献率达20%。农田温室气体排放受土壤理化性质、微生物、管理措施、气候等因素的影响。尤其是施用有机肥能够影响碳氮的活性和分解,提高土壤有机质和氮的含量,改善土壤微生物的活性和数量,进而影响温室气体排放。目前施用有机肥对农田温室气体排放的影响研究多基于单点位,缺乏对我国各区域农田温室气体排放特征的系统梳理和研究,且与土壤温室气体排放紧密相关的土壤微生物在施用有机肥之后如何变化也尚未完全明确。
  针对以上科学问题,本研究设定“1990~2017年”、“中国农田土壤”、“施用有机肥”、“温室气体(N2O、CO2和CH4)”和“土壤微生物生物量碳氮(SMBC和SMBN)”等检索关键词,从中国知网、万方和Science Direct等文献数据库,筛选出已发表的195篇目标文献,收集并建立施用有机肥后温室气体排放数据库。运用整合分析(Meta-analysis)的方法,系统分析不同影响因素(气候、土壤属性和管理措施等)下施用有机肥对农田土壤温室气体排放特征的影响及主控因子。本研究可丰富我国农田合理施肥对温室气体排放机理及其影响因素的研究,对制定科学合理的农田施肥措施,寻求温室气体减排途径具有重要的实践意义。主要结果和结论如下:
  1.施用有机肥相比施用化肥,农田N2O、CO2和CH4排放量分别改变了:-3%、+15%和+60%;相比不施肥农田N2O、CO2和CH4排放量分别提高了289%、84%和83%。水田上施用有机肥相比施用化肥分别降低15%和8%的N2O和CO2排放量,而CH4排放增加了72%。旱地上施用有机肥相比施用化肥分别增加了8%、23%和31%的N2O、CO2和CH4排放量。单施有机肥处理的N2O,CO2排放量比有机无机配施处理低。在总氮输入量相同的情况下,施用有机肥相比施用化肥处理的土壤温室气体排放量变化百分数:N2O:早地-13%,水田-3.3%;CO2:旱地+26%,水田-36%;CH4:旱地-12%,水田+83%。相比施用化肥,施用有机肥之后N2O、CO2和CH4排放增加百分数,亚热带地区>温带地区;碱性土壤上N2O和CO2排放降低;随着土壤SOC、TN含量增加,N2O、CO2和CH4排放量增加。
  2.按照主要农作物的种类分别计算农作物单位面积和单位产量的温室气体排放量,结果表明施用有机肥之后降低了农田小麦、玉米和水稻单位产量CO2排放量;施用有机肥之后小麦、玉米和水稻单位面积和单位产量N2O排放量都降低;施用有机肥之后小麦和玉米田上的CH4单位面积排放量降低,但是水稻田上CH4的排放量很大,是一个大的CH4排放源。综合分析N2O、CO2和CH4三种主要温室气体,施用有机肥之后小麦和玉米田上温室气体增温潜势(GWP)要小于施用化肥处理,但是水稻田上施用有机肥之后GWP(10153kg CO2-C ha-1yr-1)大于施用化肥(7404kg CO2-C ha-1yr-1)。
  3.在全国范围内施用有机肥相比施用化肥SMBC、SMBN、SMBC/SOC和SMBN/TN分别增加了40%、55%、16%和21%。SMBC与SMBN与每年有机肥碳氮的投入量呈显著的正相关关系(P<0.01)。有机肥处理的SMBC/SMBN(平均6.58)比施用化肥(平均7.86)低。
  4.施用有机肥之后微生物生物量碳、氮的变化在不同条件下存在差异,并受多种因素的驱动。有机肥的种类对微生物的影响最大,其中施用养分含量相对较差的农家肥之后相比施用化肥微生物生物量碳氮没有显著的差异。随着试验年限的增加,微生物生物量碳氮增加幅度也增加。土壤性质、气候和管理措施对施用有机肥相比施用化肥处理的微生物生物量的变化差异的解释率分别为6~35%、13~29%和-8~5%。
[博士论文] 马金奉
农业生态学 中国农业科学院 2018(学位年度)
摘要:畜禽养殖废弃物主要指粪污(包括固粪和废水),其处理后经常作为肥料被应用于农田,成为种养一体化利用的主要模式之一。本文研究了不同粪污肥料化产物对农田土壤养分淋(流)失的影响,探索了综合养分淋(流)失、植物吸收量及产量等指标的最佳肥料化模式,初步探究了不同粪污肥料化产物氮磷淋(流)失的机制,这对于控制土壤营养元素损失、提高肥料效益、减少由此造成的水污染问题具有重要意义。本文以四种粪污肥料化产物为研究对象,以化肥(CF)和不施肥(NOP)为对照,设计了模拟淋溶和径流实验以及种植小白菜的小区淋浴和径流实验,在等磷施用等量灌溉条件下,探索了四种粪污肥料化产物—生物有机肥(BOF)、普通有机肥(OF)、沼液(BS)、猪场废水(WLF)的施用分别对于氮、磷淋失和流失的影响,并对影响淋失和流失的可能因素(土壤理化性质、微生物、植株生长吸收)进行分析,得出以下结论:
  (1)由于下层土壤对从上层淋溶下的磷的吸附作用,模拟淋溶及室外淋溶实验中各处理组之间磷淋失量差异性不一致,淋失量平均值最大的分别为CF及WLF组。测定不同处理的土壤速效磷(Olsen-P)含量发现,BOF处理0-60cm深度土壤速效磷(Olsen-P)含量显著高于其他各有机肥处理组,比NOP高11.3%~74.7%,表明BOF具有一定的活化土壤磷素活性的效果。
  (2)在等磷条件下施用各粪污肥料化产物时,WLF组氮施入量最多,导致氮淋失量和淋失率均最大,施入WLF能显著提高0-60cm土壤TN含量,但在等磷等氮施入条件下种植小白菜时,BOF、BS组比其他施肥组氮淋失量高48.5%~77.6%,有污染受纳水体的风险。
  (3)土壤NO3--N和Olsen-P的含量与小白菜产量之间均呈显著正相关(相关系数分别为0630、0.474),土壤有机质(OM)含量与Olsen-P含量之间也呈正相关(相关系数为0.496),因此,增加土壤有机质可以促进土壤Olsen-P含量,提高小白菜产量,减少氮磷淋失。
  (4)磷易发生流失。在模拟径流和小区径流实验中,等磷施用各粪污肥料化产物时,施用WLF对受纳水体水质污染潜力最大,WLF组Olsen-P含量比其他施磷组高139.9%~233.5%,其次是施用BS。
  (5)在模拟径流实验中,等磷施用各粪污肥料化产物时,WLF组最易发生氮的流失,其次是BS组,WLF组在10°和5°坡度下氮流失率分别比其他施磷组高32.6%~113.4%和14.1%~115.7%。在小区径流实验中,等磷等氮施用各粪污肥料化产物时,OF组径流液中TN含量较高,威胁受纳水体水质。但是OF组土壤中未见明显的总氮在水平及竖直方向上的迁移。仅WLF组能同时在水平及竖直方向(0-15cm深度土壤)上发生明显的硝态氮迁移。
  (6)在径流实验中,在四个肥料化产物处理组中BOF组小白菜产量及氮磷吸收量均最高,施用BOF能明显提高表层5cm深度土壤的有机质含量,并能明显影响优势菌群的相对丰度。
  综合比较,认为BOF是最有潜力改善土壤性质、保证受纳水体水质、保证植株产量的粪污处理方式。OF次之。
[硕士论文] 张宏祥
农业资源利用 中国农业科学院 2018(学位年度)
摘要:农田土壤中砷的过量累积会影响作物生长,农作物吸收砷后还可通过食物链方式威胁人体健康。本论文基于前期报道的具有高耐砷和砷形态转化能力的棘孢木霉菌(Trichoderma asperellum SM-12F1),首先以相对低吸收砷但不耐受砷胁迫的小油菜为对象,研究了土壤接种棘孢木霉菌对小油菜砷胁迫的影响及可能机理,然后以高累积的空心菜为对象,研究了棘孢木霉菌与水铁矿联合施用调控空心菜生长及砷吸收的效果,最后探索性地利用水铁矿负载棘孢木霉菌形成一种微生物-化学复合材料,研究该复合材料施用后对土壤砷有效态性的调控效应。主要结果如下
  1.土壤外源砷120mg kg-1条件下小油菜生长受到显著抑制,接种棘孢木霉菌增加了小油菜生物量,同时降低了小油菜砷富集系数。与外源砷处理相比,土壤接菌后小油菜地上部生物量显著提高818%,砷含量降低124%。土壤和小油菜地上部均检测到一甲基砷和二甲基砷,表明接种棘孢木霉菌降低了小油菜体内砷的毒性。外源砷胁迫下小油菜超氧化物歧化酶和过氧化氢酶活性,以及谷胱甘肽、抗坏血酸及丙二醛含量显著升高,接种棘孢木霉菌后小油菜体内部分抗氧化胁迫相关酶活性下降。
  2.棘孢木霉菌与水铁矿联合施用促进了砷污染土壤上空心菜生长,降低了空心菜对砷的吸收,同时提高了土壤生物学功能。联合施用后空心菜地上部和地下部砷含量分别显著降低了37%和34%。联合施用后土壤有效态砷含量较对照显著降低了40%。联合施用后土壤中磷脂脂肪酸总量和种类显著提高,革兰氏阳性菌、革兰氏阴性菌、放线菌、细菌、真菌所对应PLFAs含量较对照分别增加68%、76%、292%、133%和626%。相应地,联合施用后土壤中相关酶活性亦有显著提升。
  3.水铁矿负载棘孢木霉复合材料施用后期(28d以后)可显著降低土壤有效态砷含量。培养126d后,施用复合材料土壤有效态砷含量较培养初期显著降低346%-561%。复合材料施用后对土壤中砷的钝化过程较水铁矿缓慢。负载棘孢木霉菌后其比表面积和孔体积比水铁矿处理分别降低824%和482%。利用扫描电镜结合能谱分析发现,水铁矿负载棘孢木霉后表面铁元素相对含量显著降低,而碳元素相对含量显著增加。
[博士论文] 张莉
农业水资源与环境 中国农业科学院 2017(学位年度)
摘要:黄淮海平原是我国小麦玉米主产区,秸秆年产量超过2亿吨,其中30%以上的秸秆被随意堆放或就地焚烧。秸秆还田是秸秆资源高效利用的主要途径,不仅能解决不合理利用造成的环境污染,还能减少养分流失,提高土壤肥力。但目前政府推行的秸秆直接还田方式易造成土秸混合度差、秸秆腐解慢和后茬作物苗期群体质量差等问题,不利于作物稳产和增产,大大降低了农民秸秆还田积极性,限制了推广应用。为了提高秸秆还田率,本课题组创新提出了“秸秆颗粒化”的还田方式,即将质地轻、结构蓬松的秸秆粉碎后挤压为密度大、体积小的颗粒物质,再施入土壤,具有还田性能好、还田质量高的优点。但秸秆颗粒还田的土壤培肥机制尚不清楚。为此,本论文在室内培养揭示秸秆颗粒的腐解特征和养分释放特性的基础上,进行了3年田间微区定位试验。以农民习惯的秸秆不还田和秸秆露天焚烧的处理万式为对照,以政府主推的秸秆直接还田方式为参照,对玉米秸秆颗粒化还田的土壤培肥效应与机制进行了系统研究。此外,还对秸秆颗粒化还田推广应用的可行性进行了评价。主要结论如下
  (1)秸秆颗粒显著提高秸秆容重,降低纤维素、半纤维素和木质素含量,促进秸秆快速腐解和养分释放,缩短秸秆腐解期。秸秆颗粒(直径4mm、长度4-6cm)的容重是常规粉碎秸秆(长度6-10cm)的1940倍,是粉碎秸秆(长度3-5cm)的844倍,还田后能与土壤良好混合。与粉碎秸秆相比,秸秆颗粒中的纤维素、半纤维素和木质素含量分别降低778%、3080%和1006%(P<005),有助于秸秆快速腐解。研究结果表明,相对于粉碎秸秆,秸秆颗粒既改变了快速腐解阶段的腐解速率和持续期,也影响了缓慢腐解阶段的腐解速率和持续期。在快速腐解阶段,秸秆颗粒平均腐解速率是6767mg d-1,比粉碎秸秆提高3168%(P<005),在缓慢腐解阶段,秸秆颗粒平均腐解速率是1721mg d-1,比粉碎秸秆降低263%(P>005)。在培养300d时,秸秆颗粒腐解率达8081%,比粉碎秸秆提高1203%(P<005)。拟合可知,秸秆颗粒半腐解期和全腐解期比粉碎秸秆缩短了30d和14d。同时,秸秆颗粒还能促进秸秆中碳氮磷钾养分的释放,其中碳、氮累积释放率比粉碎秸秆分别提高1287%和1720%(P<005)。
  (2)秸秆颗粒还田能快速提高耕层土壤有机碳、可溶性有机碳和碱解氮含量。与秸秆不还田和秸秆露天焚烧相比,秸秆颗粒还田和秸秆直接还田能够提高0-60cm土层土壤养分含量,其中秸秆颗粒的增幅高于秸秆直接还田,尤其是0-40cm土层土壤有机碳、可溶性有机碳和碱解氮含量表现更加突出。在0-20cm土层,秸秆颗粒还田当年小麦成熟期和玉米成熟期土壤有机碳含量分别比秸秆直接还田提高824%和502%(P<005),土壤可溶性有机碳分别提高2119%和1147%(P<005),碱解氮含量分别提高612%和1110%(P<005),在20-40cm土层,秸秆颗粒还田当年小麦成熟期和玉米成熟期土壤有机碳含量分别比秸秆直接还田提高451%和334%(P<005),土壤可溶性有机碳分别提高1204%和1337%(P<005),碱解氮含量分别提高427%和553%(P<005)。相关分析结果表明,土壤有机碳和可溶性有机碳均与土壤碱解氮、有效磷和速效钾呈显著正相关(P<005),相关系数随着土层加深而减小。主成分分析结果表明,秸秆颗粒还田和秸秆直接还田的土壤综合培肥效果优于秸秆不还田和秸秆露天焚烧。相对于秸秆直接还田,秸秆颗粒还田的培肥效果较高,且在还田当年冬小麦成熟期表现更加明显。
  (3)秸秆颗粒还田显著提高土壤呼吸速率和土壤碳累积排放量,但由于具有更高的籽粒产量和秸秆产量,最终表现出较高的固碳潜力。与秸秆不还田、秸秆露天焚烧和秸秆直接还田相比,秸秆颗粒还田增加了0-10cm土层土壤含水量099%-1409%,提高了土壤呼吸速率035%-2872%,增加了土壤碳累积排放量022%-2102%,降低了土壤呼吸温度敏感指数056%-147%。与秸秆直接还田相比,秸秆颗粒还田的土壤碳排放差异主要集中在还田当年,其冬小麦生长季平均土壤呼吸速率和土壤碳累积排放量分别提高1487%和883%,玉米生长季分别提高147%和166%,其中在冬小麦生长季差异达到显著水平。同时,秸秆颗粒还田还具有较高的作物生物产量,还田当年冬小麦和夏玉米的地上生物量分别比秸秆直接还田提高985%和655%(P<005),使其麦玉系统净生态系统生产力比秸秆直接还田显著提高816%,表现出较高的碳汇能力。
  (4)秸秆颗粒还田能保证后茬冬小麦正常出苗,显著提高其分蘖成穗率和有效穗数,并延缓叶片衰老,提高灌浆期叶面积指数、叶片叶绿素含量和净光合速率,促进干物质积累及其向籽粒转运,提高小麦和玉米产量。与秸秆直接还田相比,秸秆颗粒还田显著提高了当季冬小麦基本苗1939%,并促进其分蘖成穗,使得小麦分蘖成穗率和有效穗数分别显著提高492%和1664%。同时,秸秆颗粒还田还能延缓叶片衰老,提高小麦和玉米生长后期叶面积指数、叶片叶绿素含量和净光合速率,促进干物质积累及其向籽粒的转运量,还田当年小麦和玉米产量分别提高1071%和342%,且小麦增产幅度达到显著水平。相关分析结果表明,秸秆颗粒还田当季冬小麦产量与有效穗数呈极显著正相关(P<001),而还田后第2年和第3年的小麦、玉米产量与穗粒数或粒重呈显著正相关(P<005)。
  (5)秸秆颗粒还田能显著提高农业综合效益。灰色关联度分析结果表明,两种秸秆还田方式的农业综合效益均高于秸秆不还田和秸秆露天焚烧,且秸秆颗粒还田比秸秆直接还田表现出更高的综合效益。
  综上所述,秸秆颗粒化还田不仅能改善还田质量,还能提升秸秆的还田性能,促进其快速腐解和养分释放,进而增强土壤供肥能力,增加作物的群体数量,提高作物生长后期叶片光合性能,促进地上干物质积累及其向籽粒的转运,增加作物产量,综合分析作物光合固碳能力与土壤碳排放特征,秸秆颗粒还田最终表现出较高的固碳效益。因此,在农业生产中,秸秆颗粒还田可以作为一种安全、高效的新型还田方式。
[硕士论文] 胡伟
农业资源利用 扬州大学 2017(学位年度)
摘要:随着我国农业和工业的快速发展以及城市生活水平的提高,我国有机固体废弃物的产量逐年增加。有机固废来源十分广泛,种类繁多,成分复杂,产生量巨大。有机固废乱堆乱排乱放,得不到合理有效的处理处置,一方面会造成大量土地资源被占用和有机资源的浪费,另一方面会造成严重的环境污染以及对人体健康的危害。好氧堆肥是目前国内外应用比较广泛的污泥处置方式,是解决可生物降解有机固废的有效途径之一。好氧堆肥化过程是一个较为复杂的生物发酵过程。不同有机物转化过程中,由于其本身物质组成的不同和C/N的不同,产生的中间产物种类和量也会有所不同。pH值对参与发酵过程的微生物区系组成和作用效率均有较大影响,通过对原料的合理配置从而将pH值控制在合理的范围内不仅影响到发酵的过程,也会影响到产物的性质特别是包括产物的pH,但有关这方面的研究很少。
  本文通过以下三个不同规模的试验对有机固废好氧发酵过程的pH变化规律进行了探究。(1)在实验室条件下对三种具有不同C/N比的有机固废材料(小麦秸秆、毛豆叶、牛粪)进行的单独好气矿化培养试验:将麦秸秆、毛豆叶和牛粪三种材料分别以1∶20质量比与石英砂充分混合均匀,加入相同体积的土壤提取液,调至最大持水量的50%,于恒温30℃进行为期30天的培养试验,测定培养过程中的pH、全氮、铵态氮、硝态氮、CO2释放速率。(2)利用木屑、水稻秸秆、玉米秸秆与污泥混合进行小堆体好氧发酵试验:设置污泥与材料的湿重比为6∶1,好氧发酵全过程60天,发酵过程中测定温度、pH、TOC、DOC、全氮、铵态氮、硝态氮。(3)工厂化生产条件下进行的药渣与污泥不同混合比发酵试验:设置药渣与污泥的体积比分别为0.5∶1、1∶1、1.5∶1和2∶1共四个处理,发酵堆肥全长58天,测定堆肥过程中的温度、pH、铵态氮、硝态氮、有机碳等。通过三个不同规模的试验,初步得到以下结论:
  (1)试验室单独好气培养发现,有机碳的矿化与有机材料本身总有机碳和可溶性有机碳的含量有关。高含量总有机碳和可溶性有机碳会增加材料的有机碳分解和CO2释放量。有机材料的氮释放与含氮量及C/N比有一定的联系:较高的氮含量和较低的C/N比会促进氮的释放,并且在培养初期释放量最多,释放速率最快。
  (2)试验室单独好气培养结果显示,在好气培养过程中,C/N比较小的牛粪与毛豆叶处理的铵态氮和硝态氮呈现此消彼长的状态,意味着铵态氮向硝态氮的转化。但C/N比较大的麦秸秆在培养过程中,其铵态氮和硝态氮之间这种关系不够明显。材料在培养初期发生的氨化作用会导致pH的上升,随后的铵态氮向硝态氮的转化会导致pH值的下降。C/N最低的毛豆叶在培养结束时的pH增加最多。
  (3)由于矿化过程中有机酸的脱羧作用属于消耗H+的过程,会导致pH值的升高,因此材料体内的DOC含量和有机酸含量对产物pH有着极大的影响。试验的结果证实,三种材料最终pH的升高程度是毛豆叶>麦秸秆>牛粪,这与它们体内可溶性有机碳与有机酸的含量顺序是一致的。
  (4)三种材料的小堆体污泥发酵试验表明,由于堆体中的污泥部分含氮量较高,其中的氮释放后最终会大部分转化成硝酸根,释放出大量H+,因此添加三种材料后的污泥堆肥的最终堆体pH均低于最初的堆体pH。
  (5)小堆体好氧发酵试验显示,随着铵态氮的下降和硝态氮的上升,堆体的pH呈现相应的下降趋势。堆体的最终pH是玉米秸秆处理>水稻秸秆处理>木屑处理,这与它们体内的有机酸含量顺序一致,与实验室单独材料培养试验的结果也一致,再次证实了原料中可溶性有机酸根的含量越高,由于脱羧基的过程的存在,最终产物的pH也越高。
  (6)工厂化生产条件下有机物料好氧堆肥过程中pH的变化与铵态氮和硝态氮的产生和转化有关,氨化作用较强时,铵态氮上升,pH上升;硝化作用较强时,铵态氮转化为硝态氮,pH下降。堆肥起始阶段的原料pH影响最终的产物pH,但堆肥过程的进行总体上缩小了它们之间的差异。
[硕士论文] 张健
植物营养学 山东农业大学 2017(学位年度)
摘要:氨基酸发酵尾液富含游离氨基酸、糖分等小分子有机营养物质,是一类优良的肥料添加剂和功能增效材料,近年来在各类新型肥料的研制中应用广泛。本文以3种不同类型的氨基酸发酵尾液为研究材料,通过田间试验、15N示踪试验、培养试验和砂培试验等方法,系统研究氨基酸发酵尾液对常规水溶肥料的增效作用,并对其作用的机理进行了初步探索。主要研究结果如下:
  1.水溶肥料中添加氨基酸发酵尾液可以产生明显的增效作用,显著增加番茄产量,改善果实品质,提升土壤生物活性。与普通水溶肥料相比,平均增产幅度达9%以上,果实可溶性固形物、可溶性糖、Vc含量和糖酸比分别提高14.61%~19.28%、10.15%~16.54%、16.32%~17.73%和35.38%~36.01%,可滴定酸度含量降低7.84%~16.00%;土壤微生物生物量碳含量、蔗糖酶、碱性磷酸酶和脲酶等功能性酶活性分别提高27.77%~36.23%、34.46~38.39%、10.59~16.47%和10.74~22.15%。
  2.水溶肥料中添加氨基酸发酵尾液可以明显优化肥料氮素的利用效果,显著增加作物对肥料氮素的吸收,调控肥料氮素在作物体内的转运和累积,从而提高肥料利用效率。与普通水溶肥料相比,番茄植株总氮吸收量和肥料氮吸收量平均分别增加8.09%和9.91%,叶片、果实等主要功能器官的肥料氮累积量平均分别增加18.20%和8.01%;肥料氮素利用率平均提高9.91%,氮素损失率平均降低14.36%。
  3.氨基酸发酵尾液能够调控酰胺态氮和铵态氮的土壤转化过程,减缓酰胺态氮的水解和铵态氮的硝化速率,从而延长氮素作用时间,提高氮素利用效率;同时,氨基酸发酵尾液能够调控磷肥的土壤转化过程,显著增加土壤中有效磷、二钙磷酸盐和八钙磷酸盐的含量,提高土壤磷的有效性,改善土壤供磷水平。
  4.氨基酸发酵尾液能够影响番茄根系生长发育,且其作用效果与尾液浓度密切相关。其中,中、低浓度氨基酸发酵尾液(2g/L和1g/L)可以刺激作物根系生长发育,促进根系延展,与普通霍格兰营养液对照相比,根系活力提升13.73~44.28%,根系鲜重、干重、长度、体积和表面积分别提高8.58~46.30%、10.91~54.39%、8.66~82.21%、2.13~76.60%和7.74~45.74%;高浓度(5g/L)氨基酸发酵尾液则会对根系生长产生胁迫作用,抑制作物根系发育。
[硕士论文] 刘奇
土壤学 山东农业大学 2017(学位年度)
摘要:腐植酸(Humic Acid,简称HA)分为矿质源腐植酸和生物源腐植酸,本试验研究的腐植酸来源于矿质源腐植酸。风化煤中的腐植酸分子量巨大,溶解性差,活性官能团少,发挥的作用小,因此,为提高腐植酸的活性,本文探索比较了几种风化煤腐植酸的最佳活化工艺技术,对活化产物进行了分析评价,以及对腐植酸在农业上的作用进行了探讨,包括腐植酸对果园土壤微生物的影响以及对黑麦草生长的影响、腐植酸对土壤磷肥有效性的影响及其对盐碱土的改良作用。为今后风化煤腐植酸的活化工艺和大规模生产与应用提供理论依据。主要研究结果如下:
  1.采用氢氧化钾活化为活化剂,在滚筒球磨机中对风化煤进行固态活化,制备活性腐植酸,筛选出的最佳工艺条件为:氢氧化钾占风化煤质量的10%,转动速率为50r/min,研磨时间为60min。该条件下生产的腐植酸水溶性为31.4%,pH为7.52,电导率为865μS/cm,水溶性比未活化处理的水溶性高出174.7%。
  2.腐植酸可以改善土壤微生物群落结构,盆栽试验中,2500g果园土中加入50g腐植酸,培养95天的土壤放线菌数目较大,达到3.5627万个/g soil,而CK只有0.4502万个/g soil。
  3.腐植酸可明显提高黑麦草的生理活性,其中,可溶富里酸显著提高黑麦草的SOD、硝酸还原酶活性。但是,风化煤腐植酸显著提高黑麦草的根系活力、增强根系的生长,并且,风化煤腐植酸为土壤充足的碳库资源,保证黑麦草的持续快速生长,HS5处理的黑麦草生长51天累计生物量比CK高145g。
  4.磷酸一铵与经活化的风化煤和未活化风化煤分别按照1:0,1:0.1,1:1和1:5四种不同比例加入理化性质相同的等量褐土中,在相对土壤含水量为50%、75%和100%三种不同处理条件下,室温静置培养,定期测定土壤中有效磷的含量的变化。结果表明,磷肥施入土壤后,在培养第7—14天就出现被土壤明显固定的现象,从而使土壤有效磷含量迅速降低,相对含水量50%、75%、100%的土壤样品其有效磷含量降低百分数依次为30%、21%和13%。加入活化风化煤比未加入能相对提高土壤有效磷5%—13%。在加入活化风化煤的处理组中,又以P2O5:AHA(活化风化煤)为1:5处理的土壤有效磷含量最高,P2O5:AHA为1:1次之。
  5.在改良中高度盐碱土的试验中,随着腐植酸的不断增加,土壤全盐降低显著,2500g盐碱土中加入400g腐植酸的土壤全盐降低量最大,比CK降低了23.5%。但是,不同腐植酸量的加入,盐碱土的pH值差异性不显著。
  6.腐植酸对土壤盐基离子具有吸附特性,全盐降低量与加入的腐植酸之间为多项式(P)正相关并达极显著水平,相关方程式为y=-4×10-6x2+0.0032x+0.1596,式中y为全盐降低量(g/kg),x为腐植酸用量(g/pot),即在本试验腐植酸用量范围内,东营盐碱土的全盐降低程度随着腐植酸量的增加而呈降低趋势。
[博士论文] 郑文魁
土壤学 山东农业大学 2017(学位年度)
摘要:控释氮肥能够调控养分释放,提高作物产量和肥料利用率,成为解决化肥问题理想的选择。目前市场上控释氮肥种类繁多,施用效果良莠不齐,选择合适的控释氮肥类型及施用方法是降低生产成本、提高产量的重要前提。控释尿素与普通尿素配施是农业实际生产中常采用的施肥方式,既达到了控制养分释放的效果,又大大降低了生产成本,研明其对作物的增产机理以及长期施用的效果可为控释氮肥在小麦、玉米上的推广应用提供有力的理论支持。本文在冬小麦-夏玉米轮作体系下,在山东农业大学南校区试验站,通过7年的连续池栽定位试验,以普通尿素分次施肥为对照,研究了树脂包膜尿素、硫包膜尿素和硫加树脂包膜尿素在田间条件下的氮素释放特征以及一次性基施控释尿素对小麦、玉米产量及产量构成因素、氮素利用率、土壤养分和土壤酶活性的影响;在山东农业大学南校区试验站,通过2年定位大田试验研究了控释掺混尿素一次性基施对小麦、玉米生长、产量、氮素利用率及经济效益的影响;在山东省桓台县华北集约化农业生态系统试验站,利用8年长期定位大田试验研究了长期一次性基施控释掺混尿素对小麦、玉米产量、氮素利用率、氮素表观平衡、土壤养分状况及经济效益的影响。主要结果如下:
  1.不同包膜类型控释尿素对小麦、玉米产量、氮素利用率及土壤生化性质的影响
  控释尿素的田间养分释放特征除了受包膜材料的影响以外,还主要受土壤温度的影响,因此在选择合适的控释肥种类时还应考虑到作物的生育期和种植区的土壤温度状况。3种不同包膜类型控释尿素中,硫包膜尿素的养分释放速率最快,硫加树脂包膜尿素次之,树脂包膜尿素的养分释放速率最为缓慢。与普通尿素分次施用相比,长期一次性基施3种不同包膜类型控释尿素的小麦、玉米产量分别显著增加4.9%~11.5%和7.3%~13.0%,氮素利用率分别提高28.7%~34.4%和65.9%~80.3%,其中硫加树脂包膜尿素施用效果最佳,小麦、玉米产量分别增加11.5%和13.0%。即使控释尿素在减少施用量30%的情况下,其获得的小麦、玉米产量与全量普通尿素相比无显著差异。控释尿素能够显著增加小麦、玉米生育中后期土壤的硝铵态氮含量,一次性基施控释尿素满足了小麦、玉米各生育期尤其是生育关键期对氮素的需求。另外,控释尿素处理较普通尿素处理能够显著提高耕层土壤的全氮和有机质含量,缓解土壤酸化。控释尿素在提高土壤酶活性方面优于普通尿素,其中硫加树脂包膜尿素和硫包膜尿素施用效果优于树脂包膜尿素。
  2.控释掺混尿素对小麦、玉米产量、氮素利用率及经济效益的影响
  控释掺混尿素的氮素释放规律能够与小麦、玉米的氮素吸收相吻合,并且两者呈显著的线性正相关。2年试验结果表明,一次性基施控释掺混尿素较普通尿素分次施用,小麦、玉米产量分别显著增加4.8%~16.8%和4.0%~21.0%,氮素利用率分别提高33.7%~56.4%和16.7%~48.5%,年平均净收益增加14.5%~19.9%。即使控释掺混尿素在减氮1/3的情况下,其获得的小麦、玉米产量与常量普通尿素相比无显著差异,而普通尿素在减氮1/3的情况下,与全量施肥相比,小麦、玉米产量分别显著降低6.4%~11.1%和7.2%~9.4%。施用控释掺混尿素显著增加了小麦有效穗数、小麦穗粒数及玉米行粒数,对小麦千粒重、玉米穗数和玉米穗行数没有显著影响,因此控释肥掺混尿素增产主要是通过增加小麦的有效分蘖数和增加玉米的行粒数实现的。控释掺混尿素显著增加了小麦、玉米生育中后期耕层土壤的硝铵态氮含量。在玉米收获期,控释掺混尿素较普通尿素可显著提高0-40 cm土层的土壤硝态氮含量,有效减少硝态氮向深层土壤的淋溶。施用控释掺混尿素能够有效显著提高玉米植株的株高、茎粗以及玉米生育中后期叶片的叶绿素SPAD值,提高玉米在生育中后期的光合能力。
  3.长期施用控释掺混尿素对小麦、玉米产量、氮素利用率、氮素表观平衡、土壤肥力及经济效益的影响
  8年的连续定位试验结果表明,与相同施氮量的常规尿素分次施肥相比,长期一次性基施控释掺混尿素小麦、玉米多年平均产量分别显著增加8.2%~11.9%和6.8%~9.8%,农田经济效益提高15.4%~21.8%,小麦、玉米氮素利用率分别提高35.7%~37.6%和13.2%~14.3%。控释掺混尿素较普通尿素可提高0-60 cm土层的土壤硝铵态氮含量,有效减少硝态氮向60-200 cm土层的淋溶。与相同施氮量的常规尿素分次施肥相比,控释掺混尿素的氮素表观损失量减少6.8%~11.3%。长期一次性施用普通尿素显著降低土壤中交换性阳离子(Ca2+和Mg2+)的含量,从而降低了土壤pH,导致土壤酸化。与常规尿素分次施肥相比,长期一次性基施控释掺混尿素显著提高了耕层土壤的全氮和有机质含量,提高了土壤肥力。
[硕士论文] 张超
农业资源利用 山东农业大学 2017(学位年度)
摘要:黄腐酸(Fulvic acid,简称FA)是腐殖酸中分子量小、既溶于酸又溶于碱溶液的部分,含有多种活性官能团,在农业上已得到广泛应用。目前使用的黄腐酸主要来源于矿源物质,如风化煤、褐煤等,但是矿源物质中的黄腐酸含量较低,并且矿源物质是一种不可再生资源,而不同原料中的黄腐酸结构、性质存在很大的差异。近来的研究发现造纸厂产生的黑液中存在黄腐酸类物质,但是,这种物质是否和黄腐酸具有相似的分子结构和相同的生物活性尚不清楚。基于上述问题,本试验提取了风化煤和造纸黑液中的黄腐酸类物质,分析了二者在元素含量、特征官能团等方面的差异,通过玉米种子发芽试验、幼苗砂培试验研究了黄腐酸对玉米促生效果的作用,对促进造纸黑液资源化高效利用,减少因造纸黑液直排带来的环境污染,具有重要的指导作用,为今后研究和利用造纸黑液中的黄腐酸类物质提供了一定的理论依据和技术支撑,主要结果如下:
  1、借鉴IHSS(国际腐殖酸协会)的方法分别提取了风化煤和造纸黑液中的黄腐酸物质,利用元素分析、红外光谱、核磁共振碳谱和氢谱等手段对其进行测试和表征,发现二者具有相同的元素组成和特征官能团。元素分析结果表明造纸黑液类黄腐酸的氮、氧含量分别约是风化煤黄腐酸的6倍和1倍,H/C比例下降了36.8%,C/N比例下降了57.6%,黑液黄腐酸类物质腐殖化程度更高。红外光谱分析说明风化煤黄腐酸和黑液类黄腐酸均含有相似的黄腐酸特征官能团,其中黑液类黄腐酸的羧酸含量和芳香结构高于风化煤黄腐酸。碳谱和氢谱的分析结果表明风化煤黄腐酸和黑液类黄腐酸的分子结构基本相同,其中黑液类黄腐酸分子结构更复杂、种类更多。
  2、玉米种子萌发试验结果表明,黄腐酸物质浓度在40-120mg/L时可以促进玉米种子发芽,随着浓度的增加,效果增强,80mg/L的风化煤黄腐酸和120mg/L的黑液类黄腐酸处理促进效果最好,第一天的发芽率分别提高了5倍和4倍。而第三天的发芽率则没有明显变化,且当浓度达到200mg/L时均抑制玉米种子的发芽。
[硕士论文] 冯绍振
农业机械化 山东农业大学 2017(学位年度)
摘要:农业是第一产业,是我国国民经济建设与发展的基础,是我国国家安全和社会稳定的保障。从狭义上讲,农业是以耕地为生产对象的部门,是通过培育农作物产品从而生产食品及工业原料的产业。因此,提高农产品的产量是农业生产的一个基本问题。施肥作为农作物增产的主要手段,在保障国家农产品安全中占据重要地位。然而,在我国农业生产生活中长期存在着盲目混乱地施用化肥的现象,不仅造成肥料的浪费,而且导致农产品产量质量下降以及环境污染等问题,严重影响了农业生产力的稳定和提高。
  针对以上问题,经过国内外专家学者的长期研究实践,提出了测土配方施肥技术。测土配方施肥技术是运用现代农业研究成果的施肥技术。该技术在土壤检测和田间试验的基础上,根据农作物需肥量、土壤供肥能力和肥料效应,提出氮、磷、钾及中微量元素等肥料的配肥方案。该技术能充分发挥耕地潜力,实现农作物优质高产,同时对节约土地资源,保护农业生态环境,加速我国现代农业发展具有重要的意义。
  随着“精准农业”的提出,计算机技术被越来越多的应用到农业生产中,农业专家系统成为研究热点。施肥专家系统是农业专家系统在农业生产中一个方面的应用。对于在长期生产实践中积累了大量的施肥知识,运用施肥专家系统可以在贮存和保护这些宝贵知识的同时也使之在生产实践中发挥更大的作用。
  基于此,本课题在明确研究目标,了解研究现状的基础上,通过理论知识学习,设计本课题的研究方案。通过土壤样品的采集、制备、检测与统计,得到山东省潍坊市临朐县的县域土壤养分测试结果;通过进行作物肥料效应田间试验与肥料利用率田间试验,得到土壤养分测试值与土壤养分校正系数的对应关系、作物单位产量养分吸收量以及肥料利用效率;在研究测土配方施肥技术的基础上,阅读国内外大量资料,选择并建立起测土配方施肥数学模型。基于以上工作,整理数据资料,运用精准农业技术,结合数据库技术,通过软件代码的编写与调试,系统数据库的设计与开发,最终完成测土配方施肥专家系统。专家系统主要包括用户信息统计、地块信息查询、配肥推荐、施肥指导等功能,能够提供用户精准施肥配方的查询和打印。最后在配肥机上进行实际生产生活的指导。系统界面友好,操作简单明了,实用性强,能够方便地为农民提供便捷的科学施肥指导,是加速测土配方施肥技术推广应用的有效平台,具有广阔的市场需求和推广前景。
[博士论文] 田晓飞
植物营养学 山东农业大学 2017(学位年度)
摘要:包膜控释肥料能够调控养分释放与作物养分吸收相同步,从而达到减肥不减产的目的;生物炭具有较强的稳定性和吸附性,施入土壤中能够有效改善土壤肥力状况。黄淮海棉区是我国最为重要的棉花种植区域,但目前仍存在施肥量大,人力成本投入高,长期种植下土壤肥力退化严重等问题。本研究主要针对黄淮海棉区棉花生长过程中存在的主要问题,针对性的提出了综合利用控释氮肥、控释钾肥和生物炭实现棉花增产和土壤培肥的机理,研究了控释氮肥、钾肥及生物炭对大蒜-棉花套作体系生长和土壤养分状况的影响。
  本研究在采用田间定位试验究控释氮肥对土壤氮素剖面分布的影响,采用盆栽试验探究控释氮肥对土壤氨挥发和土壤氮素供应的影响,从而明确控释氮肥较常规施氮量减氮1/3仍能够维持棉花高产稳产机理;利用池栽定位试验探讨了包膜氯化钾对棉花生长和土壤钾素有效性的影响;利用盆栽试验研究了包膜控释氯化钾对棉花叶片光合和钾素利用效率的影响。采用定位试验研究了生物炭施用量对作物生长和土壤理化性质的影响;采用盆栽试验探究了控释氮肥与生物炭交互对土壤氮素供应、叶片光合特性和产量的影响。
  研究的结果和结论如下:
  (1)控释氮肥延缓了氨挥发高峰出现时间,降低了土壤氨挥发速率峰值,与等施氮量的尿素处理相比氨挥发损失减少65.1%-104.9%。控释氮肥提高了0-20 cm土壤硝态氮含量,降低了60-100 cm土壤硝态氮含量,减少了硝态氮向下层土壤的淋溶损失,并且提高了0-20 cm土壤有机质和全氮含量。控释氮肥在土壤中的释放高峰期出现在盛花到盛铃期阶段,使盛花期后土壤保持较高硝态氮和铵态氮含量,显著提高了叶片SPAD值,改善了叶片光合和荧光特性。因此,控释氮肥显著提高了棉花产量,控释氮肥较当地常规施肥减氮1/3仍能够维持棉花高产稳产。
  (2)施钾棉花显著增产18.4%-72.7%,皮棉产量随施钾量的增加而增加。控释氯化钾较普通钾肥一次基施处理显著提高了铃期和始絮期土壤速效钾含量,提高了铃期后叶片SPAD值和净光合速率。与硫酸钾和氯化钾相比,控释氯化钾配施硫磺显著提高了成铃数和单铃重,皮棉分别显著增产16.9%-24.9%和24.4%-30.9%。控释氯化钾配施硫磺较氯化钾显著提高了纤维长度、整齐度指数和伸长率。经过3年施肥后,控释氯化钾较普通钾肥一次基施显著提高了土壤水溶性钾和非特殊吸附钾含量。用包膜氯化钾代替硫酸钾和氯化钾,可以在不影响品质的前提下以较低的施钾量获得更高的产量。
  (3)生物炭显著提高了土壤pH值、有机碳和全氮含量,但连续2年2%(w/w)生物炭施用降低了土壤速效磷含量。生物炭显著改善了土壤水分保蓄能力,土壤田间持水量显著提高15.6%-23.9%,土壤有效含水量显著提高14.6%-45.2%。生物炭显著提高了棉花初花期和铃期叶片SPAD值,提高了净光合速率和蒸腾速率。连续3年施用生物炭显著提高了0-20 cm土壤NO3-N含量,降低了40-80 cm土壤NO3-N含量,减少了土壤硝态氮的淋溶损失。施用生物炭和控释氮肥均能显著提高棉花产量,两者存在显著的交互效应。控释氮肥显著增加了初花期至始絮期土壤的硝态氮和铵态氮含量,显著提高了生长后期叶片SPAD值,但秸秆还田条件下,控释氮肥增产效果不显著。生物炭与控释肥对土壤硝态氮含量、土壤有机碳、土壤pH值和产量存在显著的交互效应,但衣分含量、马克隆值和纤维强度不受碳源和氮源及其交互效应的影响。
  (4)研发出的棉花专用控释肥田间示范结果表明,棉花专用控释氮肥(CRF1)和棉花专用控释氮、钾肥处理(CRF2)均显著提高了单铃重和成铃数;CRF1和CRF2处理皮棉分别显著增产10.2%-21.9%和18.2%-25.2%;CRF1与Urea处理产量无显著差异,但减少了施肥次数,实现棉花轻简化生产;CRF2成铃数显著高于Urea处理,皮棉显著增产9.3%-12.3%。CRF2处理提高了棉花收获期0-20 cm土层NO3-N和速效钾含量,为棉花生育后期提供了充足的硝态氮和速效钾供应。
  本研究通过研究缓控释肥料养分释放特点,土壤养分供应和剖面分布,结合棉花叶片光合和荧光变化,棉花产量、品质和养分利用效率,探究了包膜尿素、包膜氯化钾和生物炭在棉花上应用效果和减肥增产机理。
[硕士论文] 李陶
农业资源利用 山东农业大学 2017(学位年度)
摘要:氮钾互作能够影响甘薯养分吸收、利用和产量,为研究不同甘薯品种最适氮钾配比特进行此研究。以不同甘薯品种(商薯19号、烟薯25号、徐薯32号与龙薯9号)为试验材料,于2015年与2016年在山东省泰安市岱岳区山阳北村进行大田试验,研究结果表明:
  1.不同品种甘薯最佳经济施氮量有所不同。在本试验条件下,经回归分析得出商薯19号的最佳经济施氮量为73.71 kg/hm2,徐薯32号的最佳经济施氮量为74.46 kg/hm2,烟薯25号的最佳经济施氮量为79.94 kg/hm2。
  2.不同品种甘薯最佳经济施钾量有所不同。在本试验条件下,经回归分析得出商薯19号的最佳经济施钾量为90.16 kg/hm2,徐薯32号的最佳经济施钾量为92.98 kg/hm2,烟薯25号的最佳经济施钾量为99.43 kg/hm2。
  3.不同品种甘薯最佳经济氮钾配比有所不同。在本试验条件下,经回归分析得出商薯19号的最佳经济氮钾配比为N74.73 kg/hm2、K2O105.97 kg/hm2,龙薯9号的最佳经济氮钾配比为N65.07 kg/hm2、K2O86.72 kg/hm2,烟薯25号的最佳经济氮钾配比为N65.12 kg/hm2、K2O92.13 kg/hm2。
  4.氮钾互作可以增加不同甘薯结薯数、提高单薯重,从而提高甘薯的产量,增加甘薯块根干物质量;不同品种之间存在差异,烟薯25号块根干物质积累量相对其它两品种有明显提高。
  5.氮钾互作可以降低不同甘薯T/R比值;不同品种之间存在差异,烟薯25号相对其它两品种T/R比值较高,易产生茎叶疯长现象。
  6.氮钾互作对不同甘薯块根氮素、磷素、钾素的积累量都有所提升;不同品种甘薯营养元素吸收量有所差异,商薯19号的氮、钾吸收量明显高于其它两品种,龙薯9号的磷吸收量明显低于其它两品种。
  7.氮钾互作对不同甘薯块根品质有显著影响,且不同品种甘薯品质存在差异;商薯19号淀粉与蛋白质含量明显高于其它两品种,烟薯25号则是可溶性糖含量相对最高。
[硕士论文] 李旭
农业资源利用 山东农业大学 2017(学位年度)
摘要:为了进一步探讨如何更好地利用堆肥与堆肥浸提液,为堆肥及其浸提液在蔬菜生产中应用提供理论依据,本论文研究了不同堆肥与堆肥浸提液对白菜栽培中土壤养分变化、白菜酶活性变化以及收获期品质影响,不同用量堆肥及堆肥浸提液对西红柿果实品质的影响,以及堆肥浸提残渣在孔雀草栽培上的应用。主要研究结果如下:
  1.不同堆肥均可以显著提高土壤中养分含量,鸡粪堆肥(A3)对提高土壤中全氮、速效磷含量效果最显著,秸秆堆肥(A5)提高土壤中速效钾、有机质含量效果最显著;浇灌堆肥浸提液可以显著提高土壤中全氮、速效钾含量。施用堆肥与浇灌堆肥浸提液可以提高白菜酶活性。施用堆肥与施用化肥相比可以降低白菜硝酸盐含量,秸秆堆肥效果最佳,浇灌堆肥浸提液可以降低白菜硝酸盐含量。不同堆肥对白菜单株重影响不同,A4单株重2.92kg显著高于其他处理。浇灌堆肥浸提液会提高白菜单株重,不施堆肥情况下浇灌浸提液比对照单株重提高了16.74%。
  2.堆肥处理会提高西红柿中可溶性糖含量,提高果实中VC含量,提高西红柿番茄红素含量,提高西红柿口感,施用堆肥会降低果实中硝酸盐含量,施用过量堆肥会提高果实中硝酸盐含量,堆肥施用量为4kg/m2效果最佳。
  3.浇灌堆肥浸提液可以显著提高果实中可溶性糖、番茄红素含量、果实中VC含量,提高西红柿口感,降低果实中硝酸盐含量。堆肥浸提液浇灌量为2kg/m2时提高西红柿果实品质的效果最为显著。
  4.在土壤中添加堆肥浸提残渣会显著降低土壤容重,当土壤与堆肥残渣体积比1:2(D2)与不施加堆肥浸提残渣(CK)相比降低了100%。在土壤中添加堆肥浸提残渣后,土壤中全氮、有效磷、速效钾含量与CK相比显著增加,D2对全氮、有效磷、速效钾含量的提升效果最显著,其次为土壤与堆肥浸提残渣体积比为1:1(D1)。在土壤中添加堆肥浸提残较CK会显著增加孔雀草地上部钾素积累量,土壤与堆肥浸提残渣体积比为2:1(D3)地上部钾素积累量最高。在土壤中添加堆肥浸提残均能够显著提高孔雀草开花量,土壤与堆肥残渣比例以2:1效果最好,添加过量反而会减少开花数量。
[硕士论文] 柳小琪
土壤学 山东农业大学 2017(学位年度)
摘要:本文利用环氧开环的方法将大豆油(SBO)和煎炸废弃油(WFO)改性为高羟值多元醇,该多元醇与异氰酸酯反应可生成生物基聚氨酯(PU),制得的生物基PU作为膜材对尿素颗粒进行包涂以制备环境友好型包膜控释尿素。为了进一步提高该控释尿素的养分控释性能,利用有机硅和环氧树脂(EP)分别对大豆油基聚氨酯(SOPU)和煎炸废弃油基聚氨酯(WFOPU)进行改性。此改性方法旨在利用羟基硅油对SOPU进行界面改性使膜壳表面排布一层疏水性的硅原子,从而提高膜壳表面的拒水、抗水性,以及WFOPU在固化成膜时与EP发生交联反应形成一种网络互穿结构,使膜壳结构更加致密。本文通过调节膜厚度和改性剂添加量制备了系列包膜控释尿素,并对其膜壳及其养分控释性能进行了一系列测试和表征。主要结果如下:
  1.利用环氧开环的方法可以成功将SBO和WFO制备为高羟值多元醇,其中当反应物料按油脂双键、H2O2、CH3COOH的摩尔比为1:2:1.5混合、在反应温度为65℃、转速为200rpm、反应时间为4~5h的条件下制备的环氧大豆油(ESO)和环氧煎炸废弃油(EWFO)环氧值最高,分别可达到6.1和4.8。
  2.通过傅里叶红外光谱和SEM测定可以看出本试验成功将有机硅嫁接到SOPU上,有机硅可以提高膜材的热稳定性、显著降低膜材的孔隙度和提高膜材的水接触角:用0、10、20和40%的HTMS改性SOPU的水接触角分别为64、90、104和112℃,而相应的孔隙度则分别为16.07、12.33、11.18和10.08%。在25±0.5℃环境中,通过检测静水中包膜控释尿素(PCU)的养分释放性能可看出有机硅可以显著提高其释放期。当膜材添加量由原来的3%提高到7%、改性剂添加量由0%提高到10%时,大豆油基包膜控释尿素的养分释放期由原来的7.5天提高到70天。
  3. EP可以大幅的提高煎炸废弃油基聚氨酯(WFOPU)的交联密度,提高聚合物交联链比重,而降低其悬挂链比重;其中10和20%为最佳的改性添加量,其交联密度分别为较未改性的提高了82.5%和77.9%。膜壳经过E44改性后,大孔隙被“堵住”,膜壳的孔隙度减小,膜壳表面的“凸起”与“沟壑”消失,膜壳表面变的更加致密,更加平滑。EP可明显影响膜壳的吸水率:10%E44改性的WFOPU吸水率(第3天)由原来的12.3%降低到6.5%。0、5、10、20、50和80%的E44改性WFOPU的孔隙度分别为10.0、8.5、7.2、7.9、10.4和15.3%。由EP改性的WFOPU基包膜控释肥,养分释放更加缓慢,释放期更长,养分累积释放曲线呈现明显的“S”型曲线,更吻合作物的生长需肥规律。
  4.植物油基聚氨酯膜材可生物降解:试验用0、10和20%EP改性PU作为降解物,在土壤中降解210天后,其质量分别减少31.2,29.1 and20.3%。通过对其膜壳的微形态结构进行观察,可以看出膜壳在降解的过程中逐渐形成大孔洞,这可能是由于聚合物中的某些化学键会在土壤环境中断裂或被微生物的分解。
[硕士论文] 高强
农业资源与环境;植物营养学 东北农业大学 2017(学位年度)
摘要:随着社会和人口数量的快速发展,人们对粮食的需求越来越高。为了提高作物产量,土壤中施用了大量的肥料,同时为了保持和提高土壤肥力,改善生态环境,有机肥的使用量大大增加。有机肥又以畜牧粪为主,但近些年养殖业生产中大量使用饲料添加剂,促进动物生长、防止病害、提高饲料利用效率等,由于饲料添加剂中含有大量的重金属,动物体内的重金属随粪便排出,进而使有机肥中重金属的含量增加。因此,研究有机肥对土壤中重金属含量、玉米籽粒中重金属含量和土壤有机质含量的影响,对进一步挖掘有机肥对土壤和作物重金属污染具有重要的意义。本研究以黑龙江省海林农场二分场为研究对象,设置5个处理,100%有机肥(T1);30%有机肥+70%化肥(T2);20%有机肥+80%化肥(T3);100%化肥(T4);不施肥(CK),将肥料连续3年(2013-2015)施用到土壤中,分别测定土壤中重金属Cd、Cr、Ni、As、Hg、Pb、Cu、 Zn含量的变化;2015年玉米籽粒中重金属Cd、Cr、Ni、As、Pb、Fe、Mn、Zn、Cu含量的变化。
  (1)同年试验中,随着有机肥在施用肥料中比例增加,T1处理土壤中重金属Cd、Cr、Ni、As、Hg、Pb、Cu、Zn的含量在2013、2014、2015年中分别高出CK76.92%、126.43%、175.86%;77.94%、76.62%、77.60%;23.95%、92.53%、136.35%;50.21%、70.48%、94.57%;34.57%、60.87%、83.56%;34.82%、45.94%、63.46%;69.19%、95.11%、124.47%;15.75%、47.88%、64.16%;T1处理土壤中重金属含量显著高于T2、T3、T4和CK(P<0.05)。连续三年试验中,土壤中重金属Cd、Cr、Ni、As、Hg、Pb、Cu、Zn含量T1处理在2014较2013年增加了37.83%、51.42%;1.80%、3.31%;67.16%、26.69%;2015较2014年增加了14.69%、15.97%;19.55%、20.72%;14.64%、14.78%;16.25%、15.83%;27.19%、12.96%; T1处理增加的比例均较T2、T3、T4和CK四个处理高,T1处理的含量也显著高于其他四个处理(P<0.05)。形成污染的元素有:Cd含量超过了国家标准的6%; Ni含量超过了国家标准的2%; Pb含量最大值为83.59 mg/kg,高于国家标准的80 mg/kg;有一些元素虽然没有形成污染,但是随着有机肥施用量不断的增加和施用时间的增长,对土壤形成了潜在的污染威胁。
  (2)同年试验中,随着有机肥的施用比例增加,T1处理玉米籽粒中重金属Cd、Cr、Ni、As、Pb、Fe、Mn、Zn、Cu的含量比CK增加了106.78%;145.88%、208.06%、23.53%、50.00%、22.07%、53.86%、106.78%、66.91%,T1处理的含量显著高于T2、T3、T4和CK四个处理(P<0.05)。Cd、Cr、Ni、As、Pb、Fe、Mn、Zn、Cu含量均未没有超过国家标准,但随着逐年元素含量的增加已经接近了国家标准的元素,对玉米籽粒形成了潜在的污染威胁。土壤中重金属与玉米籽粒中重金属含量相关性分析表明,玉米籽粒中重金属含量与土壤中重金属呈显著正相关的关系。
  (3)风险评价研究表明,超过国家标准的重金属元素有Cd0.48 mg/kg超过了国家标准的6%,Ni超过国家标准的2%,As最大值为20.82 mg/kg,虽然低于国家标准的30 mg/kg,但是也已经接近污染的数值,Pb最大值为83.59 mg/kg,高于国家标准的80 mg/kg,Cu最大值为76.32 mg/kg,低于国家标准的100 mg/kg;玉米籽粒中重金属Ni、As、Cd、Pb、Fe、Mn、Cu、 Zn、Cr含量,随着向土壤中施用有机肥的比例的增加和时间的增长,土壤中重金属的含量均有所增加,重金属Cd、Cr、Cu最大值都接近了国家粮食安全的标准,而没有形成污染的元素重金属含量也在不断的增加,对土壤和籽粒中的重金属含量有着潜在的威胁。
  (4)有机质和重金属的相关关系研究表明,土壤中Cd、Hg、Pb、Cr、Ni、Cu、As、Zn含量的升高与土壤中的四种有机质含量有显著正相关的关系(p<0.01);玉米籽粒中Ni、As、Cd、Pb、Fe、Mn、Cu、Zn含量的升高与土壤中的四种有机质含量有显著正相关的关系(p<0.01)。
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