增施豬糞及豬糞生物炭對稻田土壤磷素遷移轉化的影響.pdf

1、本研究基于太湖流域的嘉興農(nóng)科院野外試驗站開展了大田試驗，在長期（2005-2014年）施用豬糞有機肥為基肥的背景下，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檢測的化學形態(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程中，利用了31P NMR和XANES技術研究了不同熱解溫度對生物炭理化性質和磷素形態(tài)的影響;同時，考察了豬糞及其生物炭在不同溶劑中的溶解性

2、和最適動力學擬合方程?；趯嶒炇遗囵B(yǎng)的條件開展了盆栽試驗，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土壤磷素形態(tài)、土壤磷酸酶活性、微生物種群結構及水稻對重金屬吸收量的影響。本論文的研究結果以期為在稻田生態(tài)系統(tǒng)中合理選擇有機肥施用量，熱解技術對豬糞制備糞源生物炭過程理化性質的影響，以及糞源生物炭投入到大田試驗中進行農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，提供了科學參考價值。
　　具體研究結果如下:
　　(1)增施豬糞有機肥增加了水

3、稻谷粒的結實率、和千粒重，水稻產(chǎn)量隨著有機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值隨有機肥用量的增加呈現(xiàn)逐漸增加的趨勢，但M2與M3處理間無顯著性差異。4種有機肥處理對20 cm層以下的土壤pH值無顯著影響。增施有機肥顯著提高了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

4、40-60 cm層土壤CEC無顯著性影響。增施豬糞有機肥對土壤粒徑分布的差異不顯著。在0-5、5-20和20-40 cm層，增施有機肥使土壤總碳、總氮、總磷、土壤有機碳和Olsen-P的含量呈逐漸增加的趨勢。增施有機肥增加了0-20 cm層土壤有機磷的含量，但有機磷占總磷的比例反而降低。通過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。增施豬糞有機肥對土壤剖面中膠體顆粒表面的官

5、能團結構影響不大，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。增施豬糞有機肥對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。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。增施豬糞有機肥增加了水稻谷粒和秸稈中總氮、總磷的累計量，但上述指標在M2與M3處理間沒有顯著性差異。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。
　　(3)熱解豬糞制備豬糞生物炭的過程，基本理化性質受熱解

8、溫度的影響很大。該過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。結合31P NMR和XANES技術，豬糞原料中含量最多的無機磷和有機磷分別是正磷酸鹽和肌醇六磷酸。熱解過程促進了有機磷逐漸轉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，并可能以鈣結合態(tài)磷的形式存在。4種不同浸提劑對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動力學方程，400℃豬糞生物炭的磷素釋放曲線則可以用分段的Elovich方程和零級動力學方程來擬合。
　　(4)盆栽試驗中，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雜程度，增加了土壤中好氧細菌和真菌的PLFAs含量，但對放線菌含量的影響不一致;增加了革蘭氏陰性菌的含量，但對革蘭氏陽性菌沒有顯著影響。增施豬糞生物炭提高了水稻谷粒和秸稈中氮、磷的