生物有机肥改良黄河三角洲盐碱土壤的试验研究

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滨海盐碱土是我国重要的土地资源,具有含盐量高,离子毒害大等特点。近年来,受海水灌溉和人类不合理的开发利用等因素影响,土壤盐渍化导致的土地退化现象日益加重。在土地资源日益短缺的今天,如何提高滨海盐碱地土壤质量是黄河三角洲地区实现经济、社会、生态环境可持续发展急需解决的关键问题之一。依据黄河三角洲滨海盐碱土形成原因和水盐运动季节性周期变化规律理论,参照前期应用传统方法改良盐碱地土壤积累的经验不足,针对盐碱地土壤易返盐的特点,本论文选择通过生物有机肥改良盐碱地土壤。采用盆栽试验和室内培养试验相结合的方法,通过分析植物生长、土壤pH和含盐量等方面的指标评价生物有机肥改良盐碱地土壤的效果;从土壤物理结构、养分、微生物三个方面探究生物有机肥改良盐碱地土壤的机制,为生物有机肥在盐碱地土壤改良中的应用提供理论基础和指导方法。  本论文的研究对象为黄河三角洲滨海盐碱地,试验土壤取自山东省无棣县境内。采用温室盆栽试验结合室内培养试验相结合的方法,测定分析了在盐碱地土壤施入生物有机肥后土壤物理、化学、微生物以及春玉米生长方面的指标。盆栽试验有两个。2015年盆栽试验有10个处理:设置0.33(农田脱盐地),0.62(轻度),1.13(中度),1.44(微重度)和2.04(重度)dS m-1五个盐分浓度的土壤,每个盐分浓度的土壤分两个处理,分别是(1)不添加生物有机肥作为对照;(2)添加生物有机肥。2016年的盆栽试验共设置16个处理,设置四个土壤盐分浓度,电导率分别为0.51(轻度盐碱地),1.06(中度),1.45(微重度),2.10(重度)dS m-1,每个盐分浓度分四个处理,分别是(1)不施肥作对照;(2)化肥;(3)生物有机肥;(4)灭菌后的生物有机肥。不同施肥处理之间是等氮的。室内培养试验的试验处理同2016年盆栽试验。主要研究结果有以下几点:  (1)两年的盆栽试验表明,随着盐分浓度的升高,相同施肥处理和对照的春玉米生物量和产量都逐渐降低。盆栽试验一,对照和生物有机肥处理的春玉米生物量随土壤盐分浓度升高减少幅度分别是7.37-26.44%和5.87-10.20%。在中低度盐碱地,生物有机肥处理可以显著提高春玉米总生物量、根部生物量,同时增大根冠比,产量也随着增加。在盆栽试验二,在中低度盐碱地,与对照相比,生物有机肥的处理土壤pH值和土壤含盐量显著降低。在重度盐碱地,生物有机肥对盐碱地土壤春玉米生物量、pH值和含盐量与对照差异不大。灭菌后的生物有机肥处理对盐碱地春玉米生物量、产量、pH值和含盐量的影响小于未灭菌生物有机肥处理。  (2)在中低度盐碱地,生物有机肥处理的土壤有机碳浓度与对照相比提高了18.41-33.95%,差异达到显著水平,大团聚体比例也显著增加,增加幅度为18.51-20.53%,同时泥沙含量显著减少,减少的幅度为9.95-20.83%。与对照相比,施用生物有机肥处理的大于2000μm团聚体和小于53μm的泥沙颗粒有机碳浓度显著增加,增加幅度分别为9.88-12.30%和8.52-19.40%。团聚体有机碳的积累主要集中在泥沙颗粒部分而不是在粗糙颗粒和精细颗粒(coarse iPOM和fineiPOM),原因可能是施入生物有机肥后土壤iPOM有机碳的分解加快。在重度盐碱地,生物有机肥处理对土壤团聚体的影响不明显。微团聚体有机碳含量与大团聚体含量、超大团聚体含量均呈显著的线性关系。大于250μm大团聚体含量与泥沙有机碳含量呈显著多项式关系。生物有机肥促进大团聚体的形成,过程大概是先增加泥沙有机碳含量,促使泥沙聚合成微团聚体,最终形成大团聚体。  (3)与对照相比,生物有机肥处理可以显著增加土壤有机质和全氮含量,增加的幅度分别为13.90-29.86%和7.79-20.76%。灭菌后生物有机肥的处理土壤只在0.51和1.44 dS m-1电导率土壤条件下,有机质含量显著高于对照;在四个盐分浓度土壤中,灭菌后生物有机肥处理的土壤全氮含量都低于未灭菌施肥处理。由培养试验结果可以得出,生物有机肥增加了NH4+浓度,减少NO3-的固定,促进反硝化作用过程,N2O的释放量增加。又由于有机肥中微生物的作用减少了N2O向N2的转化。在盐碱地土壤中施入生物有机肥后可以抑制氮的固定进而提高土壤肥力。  (4)从土壤微生物量、微生物群落结构和微生物活性三个方面分析生物有机肥改良盐碱地土壤的微生物机制:首先在土壤微生物量方面,不同施肥处理和对照的微生物量碳随着土壤盐分浓度的增加而减小。在中低度盐碱地,与对照相比,生物有机肥处理的土壤微生物量碳、氮和微生物量碳氮比显著增加;在土壤微生物群落结构和功能方面,生物有机肥改变了底物利用的碳源种类和数量。没有生物有机肥处理的典范对应分析结果显示,D-苹果酸,D-氨基葡萄糖酸和葡萄糖-1-磷酸盐的碳源利用程度与土壤全氮、微团聚体含量、大团聚体含量和有机质含量呈负相关关系。对于生物有机肥的处理,泥沙含量与D-,L-α-甘油磷酸盐和甘氨酰基-L-谷氨酸的碳源利用程度具有显著的正相关关系。地上生物量、全氮、有机质和大团聚体含量与β-甲基-D-葡萄糖苷,D-木糖和D-氨基葡糖糖酸的碳源利用程度显著相关;土壤微生物活性方面,随着盐分浓度的升高,不同施肥处理土壤微生物熵逐渐减小。相同盐分浓度土壤条件下,生物有机肥处理的微生物熵大于其它处理和对照。随着土壤盐分浓度的增加,相同施肥处理和对照的土壤基础呼吸速率和微生物代谢熵也逐渐增加。除重度盐碱地,同一盐分浓度土壤条件下生物有机肥处理的土壤基础土壤呼吸速率和微生物代谢熵显著低于对照,表明生物有机肥提高了盐碱地土壤微生物代谢潜力。
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