稻麦秸秆不同部位在淹水土壤中腐解进程的差异

【摘要】：随着我国粮食产量不断提高,各种作物秸秆产量相应增加,目前秸秆年产量己突破7亿t,其中稻麦秸秆增加量尤其突出。加之全社会环保意识的不断加强,秸秆露天焚烧现象目前已得到有效的控制,秸秆直接还田正日益普及。大量秸秆直接还田,势必影响农田土壤理化及生物学过程,进而影响下茬作物幼苗的生长。因此,探究秸秆在土壤中的腐解过程对于阐明秸秆还田对土壤肥力与作物生长的影响机制以及秸秆还田配套措施的制订具有重要意义。水稻与小麦等禾谷类作物的秸秆通常有叶鞘包裹,茎秆与叶鞘在组成与性质上存在较大差异,而目前关于水稻和小麦秸秆的茎秆与叶鞘在土壤中腐解进程差异的研究报道尚不多见。本研究以水稻和小麦秸秆为材料,将秸秆分为茎秆及叶鞘两部分,通过测定淹水培养过程中茎秆和叶鞘的质量亏损和秸秆材料中可溶性糖、半纤维素、纤维素、木质素的含量变化以及土壤溶液中的溶解性有机碳(DOC)含量、NH4’浓度、pH的动态,分析水稻、小麦秸秆的茎秆和叶鞘在腐解进程上的差异及其与施氮的关系。主要研究结果如下：(1)水稻、小麦秸秆中茎秆和叶鞘占秸秆总重的比例存在差异,水稻秸秆中茎秆和叶鞘分别占秸秆总重的37%和63%,而小麦秸秆中两者分别占56%和44%。水稻秸秆茎秆的C/N显著低于叶鞘,而小麦秸秆正相反。无论是水稻秸秆还是小麦秸秆,茎秆的纤维素含量显著高于叶鞘,而半纤维素及木质素含量显著低于叶鞘,茎秆与叶鞘在可溶性糖含量上无明显差异。(2)稻麦秸秆中茎秆和叶鞘的腐解均表现为前期快后期慢的特点,其中小麦叶鞘前期腐解速率最大,小麦茎秆最慢。随着腐解进程的推进,四者的腐解速率不断下降,且小麦叶鞘腐解速率下降幅度最大。至培养结束(60d),累积腐解率为小麦叶鞘水稻叶鞘水稻茎秆小麦茎秆。在完成相同的腐解进度时,小麦叶鞘所需时间最短,而小麦茎秆所需时间最长。说明小麦秸秆在淹水腐解的初期由于叶鞘的快速腐解表现出整体腐解速度较较高,但因其茎秆腐解较缓慢,很快进入腐解缓慢期；故小麦秸杆快速腐解时期集中在初期,总体腐解困难,腐解周期长。而水稻秸秆的茎秆和叶鞘腐解速率相当,具有一个较长时间的快速腐解阶段。实验中施氮对于水稻茎秆和叶鞘的腐解有飞定的抑制作用,表现在降低了水稻茎秆和叶鞘的累积腐解率；对于小麦茎秆和叶鞘的腐解则有一定的促进作用,表现在施氮提高了小麦茎秆和叶鞘的累积腐解率；此外,施氮均提高了稻麦茎秆和叶鞘的初始腐解速率。(3)经60d腐解,水稻秸秆茎秆和叶鞘可溶性糖的累积腐解率分别为80.3%和76.1%,而小麦秸秆分别为64.2%和72.4%；四种秸秆材料中,小麦秸秆叶鞘中可溶性糖腐解速率最快,而小麦茎秆可溶性糖腐解最慢。与水稻秸秆相比,小麦茎秆中半纤维素与木质素较难腐解,60d累积腐解率仅分别为38.5%和28.4%；而小麦叶鞘中半纤维素与木质素的起始腐解速度较快,但随腐解时间的延长下降幅度较大。秸秆材料中纤维素腐解特征与半纤维素和木质素明显不同,水稻叶鞘纤维素的起始腐解速率最快,但下降幅度也最大；小麦茎秆纤维素起始腐解速率最慢,但衰减幅度很小。从完成相同腐解进度所需的时间来看,水稻秸秆纤维素腐解主要在前期进行,而小麦纤维素的腐解持续时间较长。施氮抑制了水稻茎秆和叶鞘的半纤维素,水稻茎秆、小麦茎秆和小麦叶鞘中纤维素以及水稻茎秆、水稻叶鞘和小麦茎秆木质素的腐解,而对于小麦茎秆和叶鞘半纤维素、水稻叶鞘的纤维素及小麦叶鞘的木质素腐解有一定的促进作用。(4)供试秸秆材料的腐解提高了土壤中DOC的水平,所有处理中DOC浓度呈先上升后下降的趋势,水稻茎秆处理的DOC峰值最高,小麦茎秆的DOC峰值最低。土壤溶液pH在6.4-8.4之间波动,到培养期结束时,不同秸秆处理土壤溶液pH的高低次序为：水稻茎秆与水稻叶鞘小麦茎秆与小麦叶鞘。水稻茎秆和小麦叶鞘处理前15d土壤溶液NH4+浓度较高,随后趋于平稳,而小麦茎秆处理土壤溶液中NH4’浓度缓慢上升,但其浓度远低于其他三种秸秆材料处理。施氮降低了水稻茎秆和小麦叶鞘处理的腐解前期DOC峰值,但提高了土壤溶液中NH4+的浓度。 【关键词】：茎秆 叶鞘 半纤维素 纤维素 木质素 DOC 施氮
【学位授予单位】：扬州大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：S141.4
【目录】：

• 摘要2-4
• Abstract4-9
• 引言9-10
• 1 文献综述10-18
• 1.1 国内外秸秆还田的研究概况10-11
• 1.2 我国秸秆的数量、分布及利用现状11-13
• 1.2.1 我国秸秆的数量11-12
• 1.2.2 我国秸秆资源的分布12
• 1.2.3 我国秸秆还田的主要方式12-13
• 1.3 秸秆还田的优缺点13-15
• 1.3.1 我国秸秆的养分含量13-14
• 1.3.2 秸秆还田的主要问题14-15
• 1.4 秸秆腐解的进程以及研究方法15-18
• 1.4.1 秸秆的腐解过程15-16
• 1.4.2 秸秆腐解过程的研究方法16-18
• 2 研究目的、研究内容及技术路线18-20
• 2.1 研究目的18
• 2.2 研究内容18-19
• 2.3 技术路线19-20
• 3 材料与方法20-23
• 3.1 供试材料20
• 3.2 试验设计与实施20
• 3.3 测定方法20-22
• 3.4 数据统计22-23
• 4 结果与分析23-56
• 4.1 稻麦秸秆不同部位间的差异23-24
• 4.1.1 稻麦秸秆不同部位的比例23-24
• 4.1.2 稻麦秸秆不同部位的有机组分含量24
• 4.2. 稻麦秸秆不同部位在淹水土壤中的腐解进程24-39
• 4.2.1 稻麦秸秆不同部位腐解过程中的质量变化24-27
• 4.2.2 稻麦秸秆的不同部位在淹水腐解中可溶性糖的变化27-30
• 4.2.3 稻麦秸秆的不同部位在淹水腐解中半纤维素的变化30-33
• 4.2.4 稻麦秸秆的不同部位在淹水腐解中纤维素的变化33-36
• 4.2.5 稻麦秸秆的不同部位在淹水腐解中木质素的变化36-39
• 4.3 稻麦秸秆不同部位在淹水腐解进程中的差异39-51
• 4.3.1 稻麦秸秆不同部位在淹水腐解进程中质量的差异39-41
• 4.3.2 稻麦秸秆不同部位在淹水腐解进程中可溶性糖的差异41-44
• 4.3.3 稻麦秸秆不同部位在淹水腐解进程中半纤维素的差异44-46
• 4.3.4 稻麦秸秆不同部位在淹水腐解进程中纤维素的差异46-48
• 4.3.5 稻麦秸秆不同部位在淹水腐解进程中木质素的差异48-51
• 4.4 稻麦秸秆不同部位淹水腐解过程对土壤溶液的影响51-56
• 4.4.1 稻麦秸秆的不同部位在淹水腐解过程中土壤溶液DOC的变化51-52
• 4.4.2 稻麦秸秆的不同部位在淹水腐解过程中土壤溶液pH的变化52-53
• 4.4.3 稻麦秸秆的不同部位在淹水腐解过程中土壤溶液NH_4~+-N的变化53-56
• 5. 讨论56-61
• 5.1 稻麦秸秆不同部位的腐解特征及它们之间的腐解差异56-57
• 5.2 稻麦秸秆不同部位的有机组分腐解特征及其差异57-59
• 5.3 稻麦秸秆不同部位淹水腐解过程中土壤溶液DOC、pH和NH_4~+的变化59-61
• 6 问题和展望61-62
• 参考文献62-67
• 致谢67-68
• 附录68-75

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