秸秆和秸秆木质素在土壤中的降解及其对土壤性质的影响

摘要

制浆造纸是国民经济中的重要产业之一，我国制浆造纸业受木材资源限制，非木纤维造纸占重要地位，但非木质纤维制浆受制浆黑液有机负荷高、污染重、处理难的限制。黑液中含有的大量木质素如能有效利用，既能减轻污染，又利于秸秆造纸的健康可持续发展，因此制浆木质素资源化利用是目前备受关注的重要课题。本文利用两种草浆工艺生产的木质素-铵法木质素(ALS)和碱法木质素(KL)，以小麦秸秆(WS)为对照，通过土培、盆栽和田间试验对施用秸秆木质素对红壤和潮土的土壤碳结构、土壤性质以及木质素农用效果进行研究，以期为麦秸造纸废弃物资源化利用提供基础资料。主要结论如下：
　　 1、红壤中，施秸秆的土壤中脂族碳比例增加，分子结构趋于简单；施KL土壤中脂族性减弱，芳香性增加；潮土中，施WS土壤中脂族C/芳香C比值随培养时间逐渐降低；施KL与施WS趋势相近；施ALS土壤中脂族C/芳香C比值先增后降。
　　 2、土培试验发现，在红壤和潮土中，施用有机物料显著增加土壤腐殖酸含量，施木质素的效果比WS显著。红壤中ALS的效果比甩显著，潮土中KL的效果比ALS明显。
　　 土培期间，红壤和潮土中各处理的土壤活性有机碳(LOC)含量随培养时间延长先升后降，峰值出现在180d左右。
　　 3、土培条件下，施ALS和KL均使红壤的土壤pH升高，施KL使潮土的土壤pH显著提高。盆栽和田间试验发现，施KL能显著提高土壤pH。
　　 4、在土壤培养高水分条件下，红壤各处理土壤多酚氧化酶(PPO)活性先升后降，潮土趋势相似，最高值出现在180d。红壤过氧化物酶(POD)活性在培养120d后，施KL的土壤POD活性显著高于其他处理；而潮土中，施ALS的土壤POD活性在整个培养期均高于其他处理。
　　 盆栽第一茬收获后，红壤施ALS土壤PPO活性显著降低，施WS和KL土壤POD活性显著高于其他处理。潮土施ALS土壤POD活性显著提高。两茬玉米收获后，红壤施有机物料的两种酶活性均显著提高；潮土中，施WS的土壤PPO活性显著高于其他处理，施有机物料的土壤POD活性显著提高。
　　 5、田间试验中，2009年小麦、玉米产量均以施ALS最高，施KL和单施化肥最低；施WS的小麦产量居中，与其他处理差异显著，而玉米产量与施KL的无显著差异。2010年施ALS与WS的小麦产量相近，显著高于其他处理。
　　 综合以上结论，造纸木质素作为潜在的土壤有机改良剂应用，会对土壤化学、生物学性状，以及农作物生长产生明显的影响。造纸木质素对土壤性质的影响程度与方向，与造纸工艺过程及其废弃物成分及土壤种类等密切相关。本研究结果表明，铵法木质素具有潜在的农用价值。