增施豬糞及豬糞生物炭對(duì)稻田土壤磷素遷移轉(zhuǎn)化的影響.pdf

1、本研究基于太湖流域的嘉興農(nóng)科院野外試驗(yàn)站開展了大田試驗(yàn)，在長(zhǎng)期（2005-2014年）施用豬糞有機(jī)肥為基肥的背景下，研究了水稻千粒重、產(chǎn)量，土壤剖面理化性質(zhì)和膠體顆粒表征，土壤、田面水、水稻谷粒和秸稈中磷素31PNMR檢測(cè)的化學(xué)形態(tài)，土壤和田面水釋放的膠體態(tài)磷和溶解態(tài)磷。在豬糞熱解制備豬糞生物炭的過(guò)程中，利用了31P NMR和XANES技術(shù)研究了不同熱解溫度對(duì)生物炭理化性質(zhì)和磷素形態(tài)的影響;同時(shí)，考察了豬糞及其生物炭在不同溶劑中的溶解性

2、和最適動(dòng)力學(xué)擬合方程?；趯?shí)驗(yàn)室培養(yǎng)的條件開展了盆栽試驗(yàn)，在2種不同類型的水稻土種植水稻，研究了施用400℃制備的豬糞生物炭對(duì)土壤磷素形態(tài)、土壤磷酸酶活性、微生物種群結(jié)構(gòu)及水稻對(duì)重金屬吸收量的影響。本論文的研究結(jié)果以期為在稻田生態(tài)系統(tǒng)中合理選擇有機(jī)肥施用量，熱解技術(shù)對(duì)豬糞制備糞源生物炭過(guò)程理化性質(zhì)的影響，以及糞源生物炭投入到大田試驗(yàn)中進(jìn)行農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，提供了科學(xué)參考價(jià)值。
　　具體研究結(jié)果如下:
　　(1)增施豬糞有機(jī)肥增加了水

3、稻谷粒的結(jié)實(shí)率、和千粒重，水稻產(chǎn)量隨著有機(jī)肥施用量的增加而增加，39 kg Pha-1的豬糞為最佳施用量，水稻產(chǎn)量比不施肥處理提高了27.9％。稻田土壤0-20 cm層pH值隨有機(jī)肥用量的增加呈現(xiàn)逐漸增加的趨勢(shì)，但M2與M3處理間無(wú)顯著性差異。4種有機(jī)肥處理對(duì)20 cm層以下的土壤pH值無(wú)顯著影響。增施有機(jī)肥顯著提高了0-5 cm層土壤的CEC，從M0處理的7.92 cmol kg-1增加到M3處理的12.77 cmol kg-1，但對(duì)

4、40-60 cm層土壤CEC無(wú)顯著性影響。增施豬糞有機(jī)肥對(duì)土壤粒徑分布的差異不顯著。在0-5、5-20和20-40 cm層，增施有機(jī)肥使土壤總碳、總氮、總磷、土壤有機(jī)碳和Olsen-P的含量呈逐漸增加的趨勢(shì)。增施有機(jī)肥增加了0-20 cm層土壤有機(jī)磷的含量，但有機(jī)磷占總磷的比例反而降低。通過(guò)SEM-EDS發(fā)現(xiàn)，稻田土壤膠體顆粒的形貌主要呈鱗片狀，賦存了較多的Al、Fe、Mg、K、Ca等金屬元素。增施豬糞有機(jī)肥對(duì)土壤剖面中膠體顆粒表面的官

5、能團(tuán)結(jié)構(gòu)影響不大，但增加了20 cm表層中土壤膠體顆粒上多水高嶺石和白云母晶體礦物質(zhì)的含量。土壤膠體顆粒的含量隨土壤深度的增加而增加。增施豬糞有機(jī)肥對(duì)0-5 cm和5-20 cm土層膠體顆粒含量的影響不顯著，但在20-40 cm和40-60 cm層，增施豬糞有機(jī)肥增加了土壤膠體顆粒的含量。
　　(2)正磷酸鹽是稻田0-60 cm剖面所有土壤樣品中最主要的磷素化合物，其次是肌醇六磷酸。0-20 cm層磷素化合物的形態(tài)較多，且各形態(tài)磷

6、含量隨豬糞施用量增加而增加;在20 cm以下，除正磷酸鹽和肌醇六磷酸外幾乎沒(méi)有其他磷素化合物存在。各層土壤中，溶解磷和膠體磷的含量隨有機(jī)肥施用量增加而增加。隨土壤深度的增加，溶解磷呈現(xiàn)逐漸降低的趨勢(shì)。0-20 cm層，溶解磷的含量較多;而20 cm以下膠體磷的含量較多。正磷酸鹽是田面水中最主要的磷素化合物;施肥后，M3和M2處理組的田面水中出現(xiàn)少量磷酸單酯。施豬糞后第1天，田面水顆粒磷、溶解磷和膠體磷的含量迅速增加;隨著時(shí)間推移這3種粒

7、徑的磷含量逐漸降低，但膠體磷占總磷的百分比維持穩(wěn)定。增施豬糞有機(jī)肥增加了水稻谷粒和秸稈中總氮、總磷的累計(jì)量，但上述指標(biāo)在M2與M3處理間沒(méi)有顯著性差異。水稻秸稈和谷粒中主要的磷素形態(tài)分別是正磷酸鹽和植酸;增施豬糞增加了谷粒中植酸的含量，增加了秸稈中正磷酸鹽和植酸的含量。增施豬糞有機(jī)肥增加了土壤中4種磷酸酶的活性，且磷酸酶活性可以作為估算土壤正磷酸鹽和肌醇六磷酸含量的指標(biāo)。
　　(3)熱解豬糞制備豬糞生物炭的過(guò)程，基本理化性質(zhì)受熱解

8、溫度的影響很大。該過(guò)程富集了金屬元素和磷的含量，增加了豬糞生物炭的比表面積，降低了平均空隙直徑。結(jié)合31P NMR和XANES技術(shù)，豬糞原料中含量最多的無(wú)機(jī)磷和有機(jī)磷分別是正磷酸鹽和肌醇六磷酸。熱解過(guò)程促進(jìn)了有機(jī)磷逐漸轉(zhuǎn)化為正磷酸鹽和焦磷酸鹽。在700℃制備的豬糞生物炭中，正磷酸鹽成為唯一的含磷化合物，并可能以鈣結(jié)合態(tài)磷的形式存在。4種不同浸提劑對(duì)豬糞及其生物炭中磷素的浸提效果依次為:草酸銨＞ NaOH-EDTA＞去離子水＞Mehlic

9、h3溶液。豬糞和豬糞生物炭中磷素的釋放機(jī)制不同:豬糞的磷素釋放曲線符合Elovich方程，700℃豬糞生物炭的磷素釋放曲線符合零級(jí)動(dòng)力學(xué)方程，400℃豬糞生物炭的磷素釋放曲線則可以用分段的Elovich方程和零級(jí)動(dòng)力學(xué)方程來(lái)擬合。
　　(4)盆栽試驗(yàn)中，增施400℃豬糞生物炭顯著提高了2種供試稻田土壤的pH、CEC和AEC，增加了土壤總碳、總氮、總磷、Olsen-P及有效鉀的含量，且增施0.5％與1.5％豬糞生物炭處理組之間存在顯

10、著性差異。增施豬糞生物炭增加了2種供試稻田土壤中正磷酸鹽和焦磷酸鹽的含量，但降低了磷酸單酯的含量。由于2種供試土壤本身pH值存在差異，增施豬糞生物炭降低了酸性磷酸單酯酶的活性，但對(duì)堿性磷酸單酯酶活性的影響不一致。增施豬糞生物炭增加了2種供試土壤中微生物群落的復(fù)雜程度，增加了土壤中好氧細(xì)菌和真菌的PLFAs含量，但對(duì)放線菌含量的影響不一致;增加了革蘭氏陰性菌的含量，但對(duì)革蘭氏陽(yáng)性菌沒(méi)有顯著影響。增施豬糞生物炭提高了水稻谷粒和秸稈中氮、磷的