稻-麦轮作条件下猪粪和秸秆还田对氮素转化利用特征的影响研究

摘要

针对成都平原区种植业和养殖业生产强度大、集约化程度高，种植业和养殖业废弃物产生量大，且长期的种植业和养殖业分离导致其得不到有效的利用而引发了系列的区域环境危害。因此本研究在成都平原稻麦轮作区，通过养殖业和种植业废弃物中猪粪的氮素替代化肥氮，探讨其农田投入下，稻-麦轮作体系作物生长响应、稻-麦轮作体系氮素吸收转运和利用特征、氮素在农田土壤中的形态转化特征，为区域的种养废弃物农田合理用量提供参考，对于保障成都平原区种养业健康发展和资源环境可持续有重要的意义。
　　本文采用田间定位试验，分别开展秸秆还田容量试验（不施肥、不还田（对照）、半量还田、全量还田、1.5倍量秸秆还田）;猪粪还田容量试验（不施肥、不施氮、100％化肥氮、25％猪粪氮+75％化肥氮、50％猪粪氮+50％化肥氮、100％猪粪氮、150％猪粪氮、200％猪粪氮）;全量秸秆还田条件下猪粪还田容量试验（不施氮、100％化肥氮、25％猪粪氮+75％化肥氮、50％猪粪氮+50％化肥氮、100％猪粪氮;）。分别研究了不同秸秆和猪粪用量和全量秸秆还田不同猪粪还田量条件下，稻-麦作物生长及产量特征的响应特征、稻-麦轮作体系作物的氮素吸收利用特征、稻-麦轮作下土壤有机氮形态和无机氮形态的转化特征。
　　(1)秸秆还田容量试验研究表明:秸秆还田（较对照（无秸秆还田处理）提高了小麦和水稻产量，小麦增产8.4％-19.6％，增产幅度随秸秆还田量的增加而增加，水稻增产4.3％-17.1％，增产幅度随秸秆还田量的增加而减少。秸秆还田促进小麦和水稻的生长，增加小麦和水稻氮素吸收和籽粒氮素累积;秸秆还田抑制了水稻前期（拔节期）生长和氮素累积，促进生育后期生长和氮素累积，水稻氮素吸收量和籽粒的氮素累积量均随秸秆还田量增加而减少。秸秆还田较对照（无秸秆还田处理）提高了稻-麦轮作体系的产量、氮素表观利率、和氮素农学利用效率，其分别增加10％-13.8％、19.5％-26.7％和6.71-8.21 kg/kg，在整个麦-稻轮作体系，其中半量还田最有利提高于稻麦轮作体系的产量和氮素利用效率，但半量秸秆和全量秸秆还田相比，产量以及氮素利用效率差异均不显著。综合考虑秸秆资源存量情况、作物产量和氮素利用效率，初步认为，秸秆全量还田较适宜成都平原麦-稻轮作区，有利于实现作物高产，氮素利用高效。
　　(2)猪粪替代氮肥当量试验研究表明:当猪粪氮替代率大于100％时，则显著抑制了水稻生育前期的生长，主要表现为株高和生物量的降低，而随着生育期推进，抑制作用减弱，而对于小麦的生长反而有促进作用，猪粪50％替代氮替代当量最有利于水稻和小麦的生长;且增产显著(P＞0.05)，增产主要贡献主要是稻-麦有效穗数和穗粒数增加，轮作体系氮素的表观利用率、氮素收获指数和偏生产力均表现为最高。而猪粪氮替代率大于100％时处理显著减产(P＞0.05)，表现为收获指数降低，但其处理后土壤酸解总氮、氨基酸态氮、铵态氮、硝态氮显著高于常规化肥处理，表现出明显的土壤培肥效应，但增加了土壤氮素的流失风险，综上所述，在成都平原稻-麦轮作区化肥氮50％和猪粪氮50％的配比模式有利于作物高产和氮素高效。
　　(3)秸秆全量还田条件下，不同的猪粪用量对稻麦作物生长影响较大，其中高量猪粪100％替代显著抑制了水稻生育前期的生长，表现为水稻株高和生物量的降低，小麦季则表现促进其各生育期的生长;从产量来看，50％猪粪氮替代化肥氮在水稻季增产最大，较对照增产4.81％，而100％替代在水稻季减产5.13％，且收获指数显著降低，稻草产量增加，小麦季则表现为猪粪投入量越大则增产效应越明显，综合整个稻-麦轮作周期50％猪粪氮替代化肥氮处理增产最大，较对照增产5.3％，且提高了水稻和在各个生育期的氮素吸收累积，增加了氮素在稻-麦籽粒中的分配比例和氮素的表观利用率、农学利用率、偏生产力;提高了稻季生育前期的土壤铵态氮浓度表明有利于氮素在土壤中的保存，降低氮素的流失风险，对于有机氮而言氮形态对于猪粪投入条件下的响应并不明显。初步认为，秸秆全量还田条件下，50％猪粪氮+50％化肥氮的施用模式有利于成都平原稻-麦轮作区。

目录

声明

论文说明

摘要

第一章 绪论

1．1 研究背景及意义

1．2 文献综述

1．2．1 猪粪和秸秆资源概况及其利用现状

1．2．2 猪粪和秸秆还田对农田生产效应的影响

1．2．3 猪粪和秸秆还田对农田生态效应的影响

1．3 研究目标

1．4 研究内容

1．5 技术路线

第二章 秸秆还田量对稻-麦轮作体系作物产量及氮素吸收利用效率的影响

2．1 前言

2．2 材料与方法

2．2．1 试验设计

2．2．2 样品采集与测定项目

2．2．3 相关参数计算

2．3 结果与分析

2．3．1 秸秆还田量对作物产量及其构成要素的影响

2．3．2 秸秆还田量对作物氮素的吸收累积的影响

2．3．3 秸秆还田量对作物氮素的器官分配特征的影响

2．3．4 秸秆还田量对麦-稻轮作体系产量及氮素的利用效率的影响

2．4 讨论与小结

第三章 猪粪施用量对稻-麦轮作体系作物产量及氮素吸收利用及土壤氮素形态特征的影响

3．1 前言

3．2 材料与方法

3．2．1 研究区概况

3．2．2 供试材料

3．2．3 试验设计

3．2．4 项目测定与方法

3．2．5 数据处理与分析

3．3 结果与分析

3．3．1 猪粪施用量对稻麦作物生长及其产量的影响

3．2．2 猪粪施用量对稻麦氨素吸收利用的影响

3．2．3 猪粪施用量对稻-麦轮作条件下土壤氮素形态特征的影响

3．4 讨论与小结

第四章 秸秆全量还田下猪粪用量对稻-麦轮作体系作物产量及氮素吸收利用及土壤氮素形态特征的影响

4．1 前言

4．2 材料与方法

4．2．1 研究区概况

4．2．2 供试材料

4．2．3 试验设计

4．2．4 项目测定与方法

4．2．5 数据处理与分析

4．3 结果分析

4．3．1 秸秆全量还田下猪粪施用量对稻麦作物生长及其产量的影响

4．3．2 秸秆全量还田下猪粪施用量对还田对稻麦氮素吸收利用的影响

4．3．3 秸秆全量还田下猪粪施用量对稻-麦土壤氮素形态特征的影响

4．4 讨论与小结

第五章 全文主要结论与研究展望

5．1 全文主要结论

5．2 研究展望

参考文献

致谢

攻读学位期间发表学术论文