不同农业有机废弃物对黑土理化性质及腐殖化特征的影响

发布时间：2017-12-09 07:40

  本文关键词：不同农业有机废弃物对黑土理化性质及腐殖化特征的影响

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【摘要】：目前,我国农业正从传统的“资源-产品-废弃物”的线性生产方式向“资源-产品-废弃物-再生资源”的循环农业方式转变。循环农业实质就是将农业清洁生产和废弃物资源化利用进行有机结合,从而实现高效率、低消耗、低排放的整体发展目标。本文以废弃物资源循环利用为指导,选择秸秆(农田循环)及相关废弃物牛粪(农牧循环)和菌渣(农菌循环),鸡粪(农禽循环)和树叶(农林循环)5种有机物料与化肥配施进行腐解培养还田试验,并以无肥处理(CK)和单施化肥处理(NPK)作为对照,重点对土壤化学性质(有机碳、pH值、阳离子交换量和复合胶体电荷性质)、团聚体组成和稳定性、结合形态腐殖质含量,腐殖质元素组成以及胡敏酸结构特征等动态变化进行系统的测试与分析。采用常规测试方法和元素、红外、核磁共振及差热等仪器检测相结合的方式,研究不同有机废弃物对黑土团聚及腐殖化特征的影响及变化机理。取得的主要结果与结论如下:1、施用有机废弃物不同程度地增加了土壤有机碳含量,调节了土壤酸碱度(pH值)和阳离子交换性能,以及对复合体表面电荷产生了一定的影响。牛粪和秸秆处理在3年里能够显著提高土壤有机碳含量,其它3种废弃物处理在第2年时提高幅度较大。废弃物处理有效的改善了土壤的酸碱性能。有机废弃物处理显著增加了土壤的CEC以及交换性盐基组成的含量。3年里,秸秆和菌渣处理土壤交换性H+和Al3+的含量是随着交换性酸总量的变化而变化,而交换性酸总量和交换性H+含量以牛粪处理最高。废弃物处理土壤复合胶体表面电荷量Q表面随pH的增加而升高,在pH6时,牛粪和鸡粪处理Q表面曲线相似且较高,秸秆和树叶处理Q表面居中,CK与单施化肥处理Q表面的曲线大致相同且很低。与CK相比,单施化肥确实能够略提高土壤有机碳含量,但土壤pH值逐年急剧下降,并且降低了土壤交换性Ca2+和Mg2+含量。2、施用有机废弃物促进了土壤团聚体的形成,提高了团聚体的稳定性。施用有机废弃物能够显著增加土壤中大于0.25mm粒级团聚体含量,有利于较小粒级团聚体向较大粒级团聚体的转化,随施肥时间的延长转化幅度在机械稳定性和水稳定性团聚体含量上产生不同的结果。机械稳定性团聚体含量以大于5mm粒级为主,水稳定性团聚体含量以1~0.5mm粒级为主。土壤团聚体MWD和GMD值与大于0.25mm粒级团聚体含量显著正相关(p0.05),与分形维数D显著负相关。大于0.25mm粒级的团聚体含量与土壤有机碳含量正相关,有机碳含量直接影响团聚体的稳定性。牛粪和秸秆处理土壤团聚体稳定性较高;鸡粪、菌渣和树叶处理也增加了土壤团聚体的稳定性,效果显著优于单施化肥处理。单施化肥能够促进土壤中大于0.25mm粒级团聚体小幅度增加,但团聚体粒径指标和分形特征计算得出土壤结构稳定性降低。3、施用有机废弃物能够提高土壤腐殖质结合形态的活性。5种有机废弃物施用后土壤松结态腐殖质含量均显著高于单施化肥处理和CK,且逐年增加,秸秆和牛粪处理贡献较大,鸡粪、菌渣和树叶处理次之;同时,废弃物处理使松结态腐殖质的HA和FA发生显著累积;土壤松结态腐殖质HA的芳香环缩合度变小,分子逐渐简单化。5种废弃物处理联结态腐殖质含量第2年增加后第3年开始降低,有机物质与无机胶体结合的程度以第2年为好;CK和单施化肥处理联结态腐殖质含量3年持续降低;各处理联结态腐殖质HA和FA含量的动态变化趋势与联结态腐殖质的变化情况相似;施入有机废弃物使得联结态腐殖质HA光密度在第3年时表现出差异,牛粪和菌渣处理HA的光密度变小。各处理对于稳结态腐殖质含量的影响无明显差异,稳结态腐殖质中HA和FA含量也相对较稳定,稳结态腐殖质含量及其组成受施肥的影响较小。各施肥处理紧结态腐殖质发生转化,牛粪和鸡粪处理变化幅度较大。施肥3年里,有机废弃物处理的松/紧比值均大于CK和单施化肥处理,并随着时间的延长差异显著。4、施用有机废弃物对土壤腐殖质组成和胡敏酸结构特征产生影响,且在牛粪与鸡粪处理之间差异显著。有机废弃物处理提高了HA的N、H和O元素含量,降低C元素含量,牛粪处理表现出不同的结果。废弃物处理FA的C和N元素含量提高,而O元素含量降低,牛粪和菌渣处理对FA的元素组成影响具有相似性。废弃物处理使HMi的H元素含量降低,而O元素含量升高;HMc的H、O元素含量下降,C、N元素含量上升。施用有机废弃物增加了土壤HA的脂族性;降低了土壤HA的芳香性。牛粪和秸秆处理土壤HA的脂肪族特性最强,菌渣和树叶处理居中,鸡粪处理芳香性最高。单施化肥处理没有使HA的结构发生明显变化。综上所述,农业废弃物经过各种不同循环模式回归土壤,能够很好的改善土壤的理化性状,提高土壤生产能力。
【学位授予单位】：吉林农业大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：S153

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本文编号：1269593