厭氧和好氣條件下作物秸稈的腐解特征研究.pdf

1、秸稈還田是維持和提高土壤肥力和作物產(chǎn)量的有效途徑之一。土壤水分狀況是作物秸稈腐解過程中最重要的影響因子，秸稈還田對(duì)土壤肥力的提升雖已有研究，但對(duì)于厭氧和好氣條件下作物秸稈腐解差異的研究少有報(bào)道。本研究采用網(wǎng)袋培養(yǎng)方法，通過室內(nèi)培養(yǎng)結(jié)合田間試驗(yàn)研究小麥、水稻、玉米和油菜秸稈在厭氧和好氣條件下的質(zhì)量殘留量與碳、氮釋放量及纖維素、半纖維素和木質(zhì)素的殘留量的變化特征，運(yùn)用傅里葉變換紅外光譜(fourier transform infrared

2、spectroscopy，F(xiàn)TIR)技術(shù)，定性分析作物秸稈在厭氧和好氣條件腐解過程的組分及結(jié)構(gòu)變化特征。主要結(jié)果如下：
　　1、作物秸稈的腐解均呈前期腐解快，中期變慢，后期穩(wěn)定的趨勢(shì)。在培養(yǎng)開始的前30天內(nèi)，秸稈殘留質(zhì)量均顯著性降低（P＜0.05），在30-180天內(nèi)，緩慢下降，在180-360天，秸稈殘留質(zhì)量變化保持穩(wěn)定。厭氧條件秸稈累積腐解率在56.52％-75.23%，好氣條件秸稈累積腐解率在75.61%-83.63%。秸稈

3、碳、氮?dú)埩袅烤S培養(yǎng)時(shí)間延長(zhǎng)而降低，厭氧和好氣條件秸稈碳釋放率分別在80.77%-91.11%和86.56%-97.16%，秸稈氮釋放率分別在62.23%-92.14%和69.64%-92.15%之間。秸稈中半纖維素、纖維素和木質(zhì)素殘留量整體呈下降趨勢(shì)。由于秸稈在田間和室內(nèi)的腐解規(guī)律呈現(xiàn)一定相似性，本文以室內(nèi)結(jié)果為代表著重分析。
　　2、小麥秸稈在好氣和厭氧條件的殘留質(zhì)量、碳和氮?dú)埩袅烤S培養(yǎng)時(shí)間的延長(zhǎng)而降低，且呈前期（0～3個(gè)月

4、）降解較快，而后（3～12個(gè)月）逐漸減緩的趨勢(shì)。用一級(jí)動(dòng)力學(xué)方程（y=y0+a·e?kt）對(duì)小麥秸稈在好氣和厭氧條件的殘留質(zhì)量隨時(shí)間變化進(jìn)行擬合（決定系數(shù)R2均大于0.957），質(zhì)量腐解半衰期分別為72.8和121.9 d，腐解速率常數(shù)（k）分別為0.0220和0.0140/d。在好氣條件，小麥秸稈中碳和氮元素釋放速率常數(shù)分別是其在厭氧條件的1.79和1.67倍，小麥秸稈中碳和氮元素的釋放率分別是其在厭氧條件的4.39和1.40倍，且在

5、培養(yǎng)至1個(gè)月時(shí)處理之間呈顯著性差異（P＜0.05）。小麥秸稈中的纖維素、半纖維素和木質(zhì)素殘留量均隨培養(yǎng)時(shí)間延長(zhǎng)呈下降趨勢(shì)。以上結(jié)果表明，好氣條件更有利于小麥秸稈碳氮元素的釋放，及纖維素、半纖維素和木質(zhì)素的降解，從而更有利于小麥秸稈的降解。
　　4、水稻秸稈還田后，腐解速率表現(xiàn)為前期快、后期較慢的規(guī)律。在360 d培養(yǎng)時(shí)間內(nèi)，厭氧和好氣條件下的水稻秸稈腐解率分別為66.44%和71.41%，一級(jí)動(dòng)力學(xué)對(duì)水稻秸稈質(zhì)量殘留進(jìn)行擬合，腐解

6、速率常數(shù)(k)分別為0.019?d?1和0.020?d?1，腐解半衰期分別為71.41 d和58.8 d。在厭氧和好氣條件下，水稻秸稈的碳釋放率分別為76.89%和83.81%，碳釋放半衰期別為56.90 d和54.20 d。水稻秸稈中氮的釋放率分別為66.37%和72.16%，水稻秸稈在厭氧條件下的氮?dú)埩袅勘绕湓诤脷鈼l件下高20.81%。隨著培養(yǎng)時(shí)間的延長(zhǎng)，水稻秸稈的纖維素、半纖維素和木質(zhì)素殘留量呈降低趨勢(shì)，培養(yǎng)結(jié)束時(shí)，厭氧條件下秸稈

7、半纖維素、纖維素和木質(zhì)素腐解率分別為91.06%、90.00%、63.09%，均低于好氣條件（95.06%、91.34%、66.76%）
　　5、玉米秸稈各種組分的殘留量隨培養(yǎng)時(shí)間延長(zhǎng)呈下降趨勢(shì)，且前期（0~90天）腐解快，后期（90~360天）變慢。一級(jí)動(dòng)力學(xué)方程對(duì)玉米秸稈質(zhì)量殘留率的擬合結(jié)果表明，厭氧和好氣條件下玉米秸稈腐解半衰期分別為79.87天和52.89天。厭氧條件下玉米秸稈碳釋放速率常數(shù)k0（0.545/天）低于其在好

8、氣條件下的k0（0.565/天），好氣條件下玉米秸稈氮的累積釋放率（74.20%）高于厭氧條件（71.42%）。隨著培養(yǎng)時(shí)間的延長(zhǎng)，玉米秸稈的纖維素、半纖維素和木質(zhì)素殘留量呈降低趨勢(shì)。在360天內(nèi)，好氣條件更有利于玉米秸稈碳、氮元素的礦化和纖維素、半纖維素和木質(zhì)素的腐解，且隨著時(shí)間的延長(zhǎng)差異減小。
　　3、油菜秸稈還田后，腐解速率表現(xiàn)為前期快、后期較慢的規(guī)律。在360 d培養(yǎng)時(shí)間內(nèi)，厭氧和好氣條件下的油菜秸稈腐解率分別為60.50

9、%和68.20%，腐解速率常數(shù)(k)分別為0.004?d?1和0.010?d?1，腐解半衰期分別為229 d和117 d。在厭氧和好氣條件下，油菜秸稈的碳釋放率分別為70.33%和77.43%，厭氧條件下的釋放速率常數(shù)(0.025?d?1)低于好氣條件(0.026?d?1)。油菜秸稈中氮的釋放率分別為82.20%和87.48%，油菜秸稈在厭氧條件下的氮?dú)埩袅勘绕湓诤脷鈼l件下高38.25%，且達(dá)到顯著性差異水平(P<0.05)。厭氧條件下

10、的氮?dú)埩袈适冀K高于好氣條件下，且在60~90 d培養(yǎng)期內(nèi)差異最大。
　　6、不同作物秸稈腐解培養(yǎng)之前的紅外光譜在波數(shù)為3417cm-1、2922cm-1、1376cm-1、1052cm-1處均有的吸收峰，不同秸稈吸收峰的吸收強(qiáng)度雖有不同，但都表明小麥、油菜、玉米、水稻秸稈中含有水溶性物質(zhì)，包括單糖、多糖、蛋白質(zhì)、氨基酸等。隨培養(yǎng)時(shí)間的延長(zhǎng)，秸稈紅外光譜圖在波數(shù)為3430~3410 cm?1（羥基的伸縮振動(dòng)）、2930 cm?1（亞

11、甲基的伸縮振動(dòng)）處、2855cm-1（甲基的伸縮振動(dòng)）處的吸收峰吸收強(qiáng)度均有降低，表明秸稈中的碳水化合物減少，脂肪族特征下降。波數(shù)為1740 cm?1、1419~1425 cm?1處吸收峰吸收強(qiáng)度的降低，秸稈木質(zhì)素含量略有下降，且厭氧條件下的吸收強(qiáng)度整體高于其在好氣條件下。厭氧條件下，在780~800 cm?1和468-475 cm?1處（硅酸鹽和SiO2等無機(jī)硅化物的吸收帶）的吸收強(qiáng)度均高于好氣條件的值。以上結(jié)果表明，秸稈腐解過程中脂