生物质炭基氮肥对土壤微生物量碳氮、土壤酶及作物产量的影响研究

发布时间：2020-09-27 14:52

　　生物炭一般是指生物质如木材、植物组织、动物骨骼或排泄物及农林废弃物等在完全或部分缺氧的条件下经相对较低温度(700℃)下热裂解或炭化而制备的一类具有高度芳香化、难溶性的固态物质。近年来,生物炭的农用大多集中在改良农田土壤的理化性质、温室气体的减排及治理土壤重金属污染等方面,而将其作为缓/控释肥料载体的研究较少。大量研究表明,生物炭拥有较大的孔隙度、巨大的比表面积和较强的稳定性和吸附性能,从而可将其作为肥料的缓释载体,吸附肥料养分、延缓肥料养分的释放,降低肥料养分的淋溶损失,进而提高肥料的利用率。本研究以废弃林果木枝条为原料制备的生物炭通过3种完整的中式工艺制备的简单掺混型、固-液吸附型、化学反应型生物炭基硝酸铵氮肥为试验材料,以小麦-玉米轮作交替种植下的田间试验为研究平台,试验设对照(不施氮肥,CK)、生物炭(BC)、硝酸铵(AN)、掺混型生物炭基氮肥(CH)、固-液吸附型生物炭基氮肥(XF)、化学反应型生物炭基氮肥(FY)6个处理,4次重复,均随机排列。研究施用生物炭及3种生物炭基硝酸铵氮肥对土壤主要化学肥力因子、作物产量及产量构成因素的影响,以及在作物不同生育期内3个土层(0-20 cm、20-40 cm、40-60 cm)的土壤硝铵态氮含量、微生物量碳氮含量(SMBC、SMBN)和酶活性的季节动态变化规律,并求得夏玉米各种氮肥相关利用率的情况。主要研究结果如下:1、施用生物炭及3种炭基氮肥均显著增加0-20 cm土层的土壤有机碳含量,BC、CH、XF、FY较CK处理依次增加9.77%、6.74%、4.46%、7.50%,且FYCHXF;AN处理全氮含量最高,除BC处理外,其它处理均较CK处理显著增加土壤全氮含量,其中,AN、CH、XF、FY依次增加20.75%、16.04%、11.93%、10.81%;土壤速效磷含量BCXFCKFYCHAN;CK、AN处理速效钾含量均高于添加生物炭和炭基氮肥处理,速效钾含量CKANXFBCFYCH;不同施肥处理在夏玉米整个生育时期内0-20 cm土层的土壤硝态氮含量呈现先迅速增加而后迅速下降的变化趋势,在20-40 cm则呈现先缓慢上升而后迅速上升最后下降的趋势,而在40-60 cm土壤层则呈现先上升而后缓慢下降最后迅速下降的变化趋势;不同施肥处理从夏玉米播种前,经玉米拔节期到抽雄期3个土层的土壤铵态氮含量均呈现逐渐下降的变化趋势,到夏玉米成熟期3种炭基氮肥的氨态氮含量呈逐渐上升的趋势,而CK、BC、AN处理氨态氮含量仍呈下降趋势。2、生物炭基氮肥对夏玉米生育期内土壤酶活性的影响,土壤蔗糖酶和碱性磷酸酶均在玉米抽雄期达到活性高峰期,过氧化氢酶在玉米播种前期出现活性高峰,而脲酶在玉米成熟期达到活性高峰期。总体而言,玉米生育期内土壤蔗糖酶活性在0-20 cm土层内呈现先逐渐增加而后下降的变化趋势,在20-40 cm和40-60 cm土层内均呈现先下降后增加再降低的变化趋势;土壤碱性磷酸酶活性呈现先逐渐增加而后下降的变化趋势;而过氧化氢酶和脲酶活性在夏玉米生育期内的季节波动性较小。3、生物炭基氮肥对夏玉米生育期内土壤微生物量的影响,在整个夏玉米生育期内土壤微生物量碳、氮表现出明显的季节波动变化。SMBC整体呈现一种先逐渐增加后降低的变化趋势,其中,0-20 cm土层SMBC在玉米抽雄期达到最大值,而在20-40 cm和40-60 cm层均在玉米拔节期达到最大值;总体而言,由玉米各生育时期SMBC的平均含量可知CH处理在0-20 cm、20-40 cm土壤层均最高,而在40-60 cm土层FY处理最高。3个土层的SMBN在玉米抽雄期均达到最大值,总体而言,由玉米各生育时期SMBN的平均含量可知XF处理在0-20 cm、20-40 cm土层均最高,而在40-60 cm土壤层FY处理最高。4、3种生物炭基硝酸铵氮肥CH、XF、FY对夏玉米株高、穗位高、叶片数、穗长、穗粗、穗行数、行粒数、百粒重均有显著的增加效果,且均可显著减少玉米秃尖长;CH、XF、FY均能显著增加夏玉米产量,其中较CK的玉米增产率分别为45.94%、69.92%、97.69%,较AN处理的增产率分别为17.46%、36.96%、59.35%;夏玉米氮肥偏生产力、氮肥农学利用效率、氮素生理利用率和氮素表观利用率均按FYXFCHAN的顺序依次降低,且各处理间差异均达显著水平,而氮素收货指数按XFFYCHAN的顺序依次降低。
【学位单位】：西北农林科技大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2016
【中图分类】：S513;S154
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第一章文献综述
    1.1 研究目的及意义
    1.2 国内外研究概况
        1.2.1 生物炭的基本特性
        1.2.2 生物炭对土壤物理性质的影响
        1.2.3 生物炭对土壤化学性质的影响
        1.2.4 生物炭对土壤微生物性质的影响
        1.2.5 生物炭对作物产量的影响
        1.2.6 生物炭在农业上的应用模式
            1.2.6.1 生物炭-有机肥模式
            1.2.6.2 生物炭-无机复混肥模式
            1.2.6.3 生物炭-肥料溶液固-液吸附模式
    1.3 研究内容及技术路线
        1.3.1 生物炭基氮肥对土壤主要化学肥力因子的影响
        1.3.2 生物炭基氮肥对土壤微生物活性的影响
        1.3.3 生物炭基氮肥对作物产量及氮素利用率的影响
    1.4 技术路线
第二章材料与方法
    2.1 试验地点及试验材料
        2.1.1 试验地点概况
        2.1.2 试验材料
    2.2 试验设计
    2.3 样品采集
        2.3.1 土样采集
        2.3.2 植物样品采集
    2.4 试验测定方法
        2.4.1 土壤理化性质的测定
        2.4.2 土壤微生物性质的测定
        2.4.3 植物样品的测定
    2.5 氮素相关利用率的计算
    2.6 数据统计与分析
第三章生物炭基氮肥对土壤化学性质的影响
    3.1 生物炭基氮肥对土壤主要化学肥力因子的影响
    3.2 生物质炭基氮肥对玉米生育期土壤硝态氮含量的影响
        3.2.1 各施肥处理对土壤硝态氮含量的动态变化影响
        3.2.2 各施肥处理对夏玉米生育期土壤硝态氮积累量的影响
    3.3 生物炭基氮肥对夏玉米生育期土壤铵态氮含量的影响
        3.3.1 各施肥处理对土壤铵态氮含量的动态变化影响
        3.3.2 各施肥处理对夏玉米生育期土壤铵态氮积累量的影响
    3.4 讨论
        3.4.1 生物炭基氮肥对土壤主要化学肥力因子的影响
        3.4.2 生物炭基氮肥对土壤硝、铵态氮含量的影响
第四章生物炭基氮肥对土壤酶活性及微生物量碳、氮的影响
    4.1 生物炭基氮肥对土壤酶活性的影响
        4.1.1 土壤蔗糖酶
        4.1.2 土壤过氧化氢酶
        4.1.3 土壤碱性磷酸酶
        4.1.4 土壤脲酶
    4.2 生物炭基氮肥对土壤微生物量碳、氮含量的影响
        4.2.1 生物炭基氮肥对土壤微生物量碳含量的影响
        4.2.2 生物炭基氮肥对土壤微生物量氮含量的影响
    4.3 土壤酶与土壤微生物量碳氮之间的关系
    4.4 讨论
        4.4.1 生物炭基氮肥对土壤酶活性的影响
        4.4.2 生物炭基氮肥对土壤微生物量碳、氮的影响
第五章生物炭基氮肥对作物产量及氮肥利用率的影响
    5.1 生物炭基氮肥对夏玉米产量的影响
        5.1.1 各施肥处理对夏玉米株高、穗位高、叶片数的影响
        5.1.2 各施肥处理对夏玉米产量构成因素的影响
        5.1.3 各施肥处理对夏玉米产量的影响
    5.2 生物炭基氮肥对夏玉米氮肥利用率的影响
    5.3 讨论
        5.3.1 生物炭基氮肥对夏玉米产量的影响
        5.3.2 生物炭基氮肥对氮素利用率的影响
第六章结论与展望
    6.1 结论
    6.2 展望
参考文献
致谢
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