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[硕士论文] 刘平东
植物营养学 华中农业大学 2018(学位年度)
摘要:秸秆还田过程中养分的释放、秸秆自身对养分的吸持及秸秆还田对土壤养分转化的影响对于提高土壤养分的有效性起着重要的作用。本研究通过田间试验和室内模拟试验相结合,从以下3方面展开研究:(1)通过田间试验研究覆盖还田条件下油菜全生育期内稻草腐解和养分释放特征;(2)采集长期定位试验土壤进行室内培养试验,分析添加不同C/N比秸秆对长期秸秆还田土壤矿质氮含量的影响;(3)以水稻秸秆和油菜秸秆为研究对象,通过室内模拟试验研究秸秆对外源铵态氮的吸附特征与机理。研究结果为秸秆还田氮素合理运筹提供理论依据。主要研究结果如下:
  1.油菜季稻草覆盖还田试验表明,在油菜季生长期内,稻草腐解末期至油菜收获时(157~228d)平均速率是其还田开始阶段(0~157d)腐解速率的3倍。降雨量和>0℃积温是制约前期秸秆腐解的关键因子,后期降雨量(150天左右突增)和>0℃积温(180天左右大幅增加)促进秸秆腐解快速进行。秸秆养分累计释放率表现为K>N>P。秸秆钾的释放最为明显,而秸秆氮和磷含量的变化不明显,秸秆腐解前期的氮、磷释放率存在负值,说明秸秆腐解前期出现吸附氮、磷的现象。
  2.添加不同C/N秸秆的土壤培养试验结果表明,添加尿素和秸秆处理的土壤铵态氮、硝态氮和矿质氮含量均显著提高,整体表现为:添加尿素培养(Urea)>添加C/N24秸秆(Straw C/N24)>添加C/N36秸秆(Straw C/N36)>添加C/N55秸秆(Straw C/N55)>对照(Control)。不灭菌处理在第50天土壤铵态氮明显下降。在培养结束(第130天)时,长期秸秆还田处理土壤(NPKS)硝态氮和矿质氮含量均明显高于长期秸秆不还田处理(NPK)。其中不灭菌条件,NPKS组各处理矿质氮较NPK处理增幅为2.57%~9.93%;灭菌条件下NPKS组各处理矿质氮较NPK处理增幅为15.76%~34.44%。
  3.秸秆静态吸附影响因素结果表明:在本试验范围内,提高溶液初始浓度,适当增加环境温度,溶液在中性或碱性环境,增加吸附时间和接触面积,均有利于提高秸秆吸附量。秸秆吸附铵态氮试验的推荐条件为:秸秆用量为0.25g,温度介于25~40℃,较高的初始浓度,pH介于7~9之间,吸附时间4h,完全接触状态。
  4.秸秆静态吸附动力学试验通过SEM和FTIR分析,与油菜秸秆相比,水稻秸秆乳突较多,比表面积较大,且其孔隙更明显,秸秆吸附铵态氮后出现官能团的振动形式,产生新结构,吸附过程包含物理吸附和化学吸附两种吸附作用。不同浓度下的吸附动力学结果表明,4mg/L,12mg/L,20mg/L油菜秸秆的平衡吸附量依次为0.33mg/g、0.61mg/g、0.79mg/g,水稻秸秆的平衡吸附量依次为0.39mg/g、1.29mg/g、2.49mg/g。采用准一级、准二级、Elovich和颗粒内扩散四种方程描述油菜和水稻秸秆对铵态氮吸附的动力学特征,发现准一级动力学模型R2较高且与实际吸附量较吻合,所以准一级动力学模型是最佳模型。
  5.在秸秆静态吸附热力学试验中,不同温度下的吸附等温线表明,升温促进吸附,278K,298K,313K油菜秸秆的平衡吸附量依次为0.11mg/g、0.20mg/g、0.25mg/g,水稻秸秆的平衡吸附量依次为0.23mg/g、0.26mg/g、0.32mg/g。应用Langmuir吸附等温方程式能较好地描述水稻秸秆(R2:0.95~0.97)和油菜秸秆(R2:0.69~0.90)不同温度下吸附铵态氮的规律,水稻秸秆的Langmuir和Freundlich吸附等温式模型效果优于油菜秸秆的模拟效果。吸附热力学方程计算结果表明,秸秆吸附铵态氮的等温吸附过程,焓变(△H)>0、熵变(△S)>0、自由能(△G)<0,是吸热熵增的自发过程,吸附方式主要是以物理吸附为主。
  6.秸秆动态吸附试验结果表明:增大铵态氮初始溶液的浓度或增大体系溶液的流速,能缩短秸秆吸附到达平衡的时间,提高秸秆吸附量。在相同条件下,水稻秸秆对铵态氮的吸附能力高于油菜秸秆。在本试验中,流速为5ml/min,铵态氮浓度为16mg/L,此时,油菜和水稻秸秆对铵态氮的吸附率分别为57.3%和88.6%。
[硕士论文] 胡伟
农业资源利用 扬州大学 2017(学位年度)
摘要:随着我国农业和工业的快速发展以及城市生活水平的提高,我国有机固体废弃物的产量逐年增加。有机固废来源十分广泛,种类繁多,成分复杂,产生量巨大。有机固废乱堆乱排乱放,得不到合理有效的处理处置,一方面会造成大量土地资源被占用和有机资源的浪费,另一方面会造成严重的环境污染以及对人体健康的危害。好氧堆肥是目前国内外应用比较广泛的污泥处置方式,是解决可生物降解有机固废的有效途径之一。好氧堆肥化过程是一个较为复杂的生物发酵过程。不同有机物转化过程中,由于其本身物质组成的不同和C/N的不同,产生的中间产物种类和量也会有所不同。pH值对参与发酵过程的微生物区系组成和作用效率均有较大影响,通过对原料的合理配置从而将pH值控制在合理的范围内不仅影响到发酵的过程,也会影响到产物的性质特别是包括产物的pH,但有关这方面的研究很少。
  本文通过以下三个不同规模的试验对有机固废好氧发酵过程的pH变化规律进行了探究。(1)在实验室条件下对三种具有不同C/N比的有机固废材料(小麦秸秆、毛豆叶、牛粪)进行的单独好气矿化培养试验:将麦秸秆、毛豆叶和牛粪三种材料分别以1∶20质量比与石英砂充分混合均匀,加入相同体积的土壤提取液,调至最大持水量的50%,于恒温30℃进行为期30天的培养试验,测定培养过程中的pH、全氮、铵态氮、硝态氮、CO2释放速率。(2)利用木屑、水稻秸秆、玉米秸秆与污泥混合进行小堆体好氧发酵试验:设置污泥与材料的湿重比为6∶1,好氧发酵全过程60天,发酵过程中测定温度、pH、TOC、DOC、全氮、铵态氮、硝态氮。(3)工厂化生产条件下进行的药渣与污泥不同混合比发酵试验:设置药渣与污泥的体积比分别为0.5∶1、1∶1、1.5∶1和2∶1共四个处理,发酵堆肥全长58天,测定堆肥过程中的温度、pH、铵态氮、硝态氮、有机碳等。通过三个不同规模的试验,初步得到以下结论:
  (1)试验室单独好气培养发现,有机碳的矿化与有机材料本身总有机碳和可溶性有机碳的含量有关。高含量总有机碳和可溶性有机碳会增加材料的有机碳分解和CO2释放量。有机材料的氮释放与含氮量及C/N比有一定的联系:较高的氮含量和较低的C/N比会促进氮的释放,并且在培养初期释放量最多,释放速率最快。
  (2)试验室单独好气培养结果显示,在好气培养过程中,C/N比较小的牛粪与毛豆叶处理的铵态氮和硝态氮呈现此消彼长的状态,意味着铵态氮向硝态氮的转化。但C/N比较大的麦秸秆在培养过程中,其铵态氮和硝态氮之间这种关系不够明显。材料在培养初期发生的氨化作用会导致pH的上升,随后的铵态氮向硝态氮的转化会导致pH值的下降。C/N最低的毛豆叶在培养结束时的pH增加最多。
  (3)由于矿化过程中有机酸的脱羧作用属于消耗H+的过程,会导致pH值的升高,因此材料体内的DOC含量和有机酸含量对产物pH有着极大的影响。试验的结果证实,三种材料最终pH的升高程度是毛豆叶>麦秸秆>牛粪,这与它们体内可溶性有机碳与有机酸的含量顺序是一致的。
  (4)三种材料的小堆体污泥发酵试验表明,由于堆体中的污泥部分含氮量较高,其中的氮释放后最终会大部分转化成硝酸根,释放出大量H+,因此添加三种材料后的污泥堆肥的最终堆体pH均低于最初的堆体pH。
  (5)小堆体好氧发酵试验显示,随着铵态氮的下降和硝态氮的上升,堆体的pH呈现相应的下降趋势。堆体的最终pH是玉米秸秆处理>水稻秸秆处理>木屑处理,这与它们体内的有机酸含量顺序一致,与实验室单独材料培养试验的结果也一致,再次证实了原料中可溶性有机酸根的含量越高,由于脱羧基的过程的存在,最终产物的pH也越高。
  (6)工厂化生产条件下有机物料好氧堆肥过程中pH的变化与铵态氮和硝态氮的产生和转化有关,氨化作用较强时,铵态氮上升,pH上升;硝化作用较强时,铵态氮转化为硝态氮,pH下降。堆肥起始阶段的原料pH影响最终的产物pH,但堆肥过程的进行总体上缩小了它们之间的差异。
[硕士论文] 张超
农业资源利用 山东农业大学 2017(学位年度)
摘要:黄腐酸(Fulvic acid,简称FA)是腐殖酸中分子量小、既溶于酸又溶于碱溶液的部分,含有多种活性官能团,在农业上已得到广泛应用。目前使用的黄腐酸主要来源于矿源物质,如风化煤、褐煤等,但是矿源物质中的黄腐酸含量较低,并且矿源物质是一种不可再生资源,而不同原料中的黄腐酸结构、性质存在很大的差异。近来的研究发现造纸厂产生的黑液中存在黄腐酸类物质,但是,这种物质是否和黄腐酸具有相似的分子结构和相同的生物活性尚不清楚。基于上述问题,本试验提取了风化煤和造纸黑液中的黄腐酸类物质,分析了二者在元素含量、特征官能团等方面的差异,通过玉米种子发芽试验、幼苗砂培试验研究了黄腐酸对玉米促生效果的作用,对促进造纸黑液资源化高效利用,减少因造纸黑液直排带来的环境污染,具有重要的指导作用,为今后研究和利用造纸黑液中的黄腐酸类物质提供了一定的理论依据和技术支撑,主要结果如下:
  1、借鉴IHSS(国际腐殖酸协会)的方法分别提取了风化煤和造纸黑液中的黄腐酸物质,利用元素分析、红外光谱、核磁共振碳谱和氢谱等手段对其进行测试和表征,发现二者具有相同的元素组成和特征官能团。元素分析结果表明造纸黑液类黄腐酸的氮、氧含量分别约是风化煤黄腐酸的6倍和1倍,H/C比例下降了36.8%,C/N比例下降了57.6%,黑液黄腐酸类物质腐殖化程度更高。红外光谱分析说明风化煤黄腐酸和黑液类黄腐酸均含有相似的黄腐酸特征官能团,其中黑液类黄腐酸的羧酸含量和芳香结构高于风化煤黄腐酸。碳谱和氢谱的分析结果表明风化煤黄腐酸和黑液类黄腐酸的分子结构基本相同,其中黑液类黄腐酸分子结构更复杂、种类更多。
  2、玉米种子萌发试验结果表明,黄腐酸物质浓度在40-120mg/L时可以促进玉米种子发芽,随着浓度的增加,效果增强,80mg/L的风化煤黄腐酸和120mg/L的黑液类黄腐酸处理促进效果最好,第一天的发芽率分别提高了5倍和4倍。而第三天的发芽率则没有明显变化,且当浓度达到200mg/L时均抑制玉米种子的发芽。
[博士论文] 郑文魁
土壤学 山东农业大学 2017(学位年度)
摘要:控释氮肥能够调控养分释放,提高作物产量和肥料利用率,成为解决化肥问题理想的选择。目前市场上控释氮肥种类繁多,施用效果良莠不齐,选择合适的控释氮肥类型及施用方法是降低生产成本、提高产量的重要前提。控释尿素与普通尿素配施是农业实际生产中常采用的施肥方式,既达到了控制养分释放的效果,又大大降低了生产成本,研明其对作物的增产机理以及长期施用的效果可为控释氮肥在小麦、玉米上的推广应用提供有力的理论支持。本文在冬小麦-夏玉米轮作体系下,在山东农业大学南校区试验站,通过7年的连续池栽定位试验,以普通尿素分次施肥为对照,研究了树脂包膜尿素、硫包膜尿素和硫加树脂包膜尿素在田间条件下的氮素释放特征以及一次性基施控释尿素对小麦、玉米产量及产量构成因素、氮素利用率、土壤养分和土壤酶活性的影响;在山东农业大学南校区试验站,通过2年定位大田试验研究了控释掺混尿素一次性基施对小麦、玉米生长、产量、氮素利用率及经济效益的影响;在山东省桓台县华北集约化农业生态系统试验站,利用8年长期定位大田试验研究了长期一次性基施控释掺混尿素对小麦、玉米产量、氮素利用率、氮素表观平衡、土壤养分状况及经济效益的影响。主要结果如下:
  1.不同包膜类型控释尿素对小麦、玉米产量、氮素利用率及土壤生化性质的影响
  控释尿素的田间养分释放特征除了受包膜材料的影响以外,还主要受土壤温度的影响,因此在选择合适的控释肥种类时还应考虑到作物的生育期和种植区的土壤温度状况。3种不同包膜类型控释尿素中,硫包膜尿素的养分释放速率最快,硫加树脂包膜尿素次之,树脂包膜尿素的养分释放速率最为缓慢。与普通尿素分次施用相比,长期一次性基施3种不同包膜类型控释尿素的小麦、玉米产量分别显著增加4.9%~11.5%和7.3%~13.0%,氮素利用率分别提高28.7%~34.4%和65.9%~80.3%,其中硫加树脂包膜尿素施用效果最佳,小麦、玉米产量分别增加11.5%和13.0%。即使控释尿素在减少施用量30%的情况下,其获得的小麦、玉米产量与全量普通尿素相比无显著差异。控释尿素能够显著增加小麦、玉米生育中后期土壤的硝铵态氮含量,一次性基施控释尿素满足了小麦、玉米各生育期尤其是生育关键期对氮素的需求。另外,控释尿素处理较普通尿素处理能够显著提高耕层土壤的全氮和有机质含量,缓解土壤酸化。控释尿素在提高土壤酶活性方面优于普通尿素,其中硫加树脂包膜尿素和硫包膜尿素施用效果优于树脂包膜尿素。
  2.控释掺混尿素对小麦、玉米产量、氮素利用率及经济效益的影响
  控释掺混尿素的氮素释放规律能够与小麦、玉米的氮素吸收相吻合,并且两者呈显著的线性正相关。2年试验结果表明,一次性基施控释掺混尿素较普通尿素分次施用,小麦、玉米产量分别显著增加4.8%~16.8%和4.0%~21.0%,氮素利用率分别提高33.7%~56.4%和16.7%~48.5%,年平均净收益增加14.5%~19.9%。即使控释掺混尿素在减氮1/3的情况下,其获得的小麦、玉米产量与常量普通尿素相比无显著差异,而普通尿素在减氮1/3的情况下,与全量施肥相比,小麦、玉米产量分别显著降低6.4%~11.1%和7.2%~9.4%。施用控释掺混尿素显著增加了小麦有效穗数、小麦穗粒数及玉米行粒数,对小麦千粒重、玉米穗数和玉米穗行数没有显著影响,因此控释肥掺混尿素增产主要是通过增加小麦的有效分蘖数和增加玉米的行粒数实现的。控释掺混尿素显著增加了小麦、玉米生育中后期耕层土壤的硝铵态氮含量。在玉米收获期,控释掺混尿素较普通尿素可显著提高0-40 cm土层的土壤硝态氮含量,有效减少硝态氮向深层土壤的淋溶。施用控释掺混尿素能够有效显著提高玉米植株的株高、茎粗以及玉米生育中后期叶片的叶绿素SPAD值,提高玉米在生育中后期的光合能力。
  3.长期施用控释掺混尿素对小麦、玉米产量、氮素利用率、氮素表观平衡、土壤肥力及经济效益的影响
  8年的连续定位试验结果表明,与相同施氮量的常规尿素分次施肥相比,长期一次性基施控释掺混尿素小麦、玉米多年平均产量分别显著增加8.2%~11.9%和6.8%~9.8%,农田经济效益提高15.4%~21.8%,小麦、玉米氮素利用率分别提高35.7%~37.6%和13.2%~14.3%。控释掺混尿素较普通尿素可提高0-60 cm土层的土壤硝铵态氮含量,有效减少硝态氮向60-200 cm土层的淋溶。与相同施氮量的常规尿素分次施肥相比,控释掺混尿素的氮素表观损失量减少6.8%~11.3%。长期一次性施用普通尿素显著降低土壤中交换性阳离子(Ca2+和Mg2+)的含量,从而降低了土壤pH,导致土壤酸化。与常规尿素分次施肥相比,长期一次性基施控释掺混尿素显著提高了耕层土壤的全氮和有机质含量,提高了土壤肥力。
[硕士论文] 张健
植物营养学 山东农业大学 2017(学位年度)
摘要:氨基酸发酵尾液富含游离氨基酸、糖分等小分子有机营养物质,是一类优良的肥料添加剂和功能增效材料,近年来在各类新型肥料的研制中应用广泛。本文以3种不同类型的氨基酸发酵尾液为研究材料,通过田间试验、15N示踪试验、培养试验和砂培试验等方法,系统研究氨基酸发酵尾液对常规水溶肥料的增效作用,并对其作用的机理进行了初步探索。主要研究结果如下:
  1.水溶肥料中添加氨基酸发酵尾液可以产生明显的增效作用,显著增加番茄产量,改善果实品质,提升土壤生物活性。与普通水溶肥料相比,平均增产幅度达9%以上,果实可溶性固形物、可溶性糖、Vc含量和糖酸比分别提高14.61%~19.28%、10.15%~16.54%、16.32%~17.73%和35.38%~36.01%,可滴定酸度含量降低7.84%~16.00%;土壤微生物生物量碳含量、蔗糖酶、碱性磷酸酶和脲酶等功能性酶活性分别提高27.77%~36.23%、34.46~38.39%、10.59~16.47%和10.74~22.15%。
  2.水溶肥料中添加氨基酸发酵尾液可以明显优化肥料氮素的利用效果,显著增加作物对肥料氮素的吸收,调控肥料氮素在作物体内的转运和累积,从而提高肥料利用效率。与普通水溶肥料相比,番茄植株总氮吸收量和肥料氮吸收量平均分别增加8.09%和9.91%,叶片、果实等主要功能器官的肥料氮累积量平均分别增加18.20%和8.01%;肥料氮素利用率平均提高9.91%,氮素损失率平均降低14.36%。
  3.氨基酸发酵尾液能够调控酰胺态氮和铵态氮的土壤转化过程,减缓酰胺态氮的水解和铵态氮的硝化速率,从而延长氮素作用时间,提高氮素利用效率;同时,氨基酸发酵尾液能够调控磷肥的土壤转化过程,显著增加土壤中有效磷、二钙磷酸盐和八钙磷酸盐的含量,提高土壤磷的有效性,改善土壤供磷水平。
  4.氨基酸发酵尾液能够影响番茄根系生长发育,且其作用效果与尾液浓度密切相关。其中,中、低浓度氨基酸发酵尾液(2g/L和1g/L)可以刺激作物根系生长发育,促进根系延展,与普通霍格兰营养液对照相比,根系活力提升13.73~44.28%,根系鲜重、干重、长度、体积和表面积分别提高8.58~46.30%、10.91~54.39%、8.66~82.21%、2.13~76.60%和7.74~45.74%;高浓度(5g/L)氨基酸发酵尾液则会对根系生长产生胁迫作用,抑制作物根系发育。
[硕士论文] 刘奇
土壤学 山东农业大学 2017(学位年度)
摘要:腐植酸(Humic Acid,简称HA)分为矿质源腐植酸和生物源腐植酸,本试验研究的腐植酸来源于矿质源腐植酸。风化煤中的腐植酸分子量巨大,溶解性差,活性官能团少,发挥的作用小,因此,为提高腐植酸的活性,本文探索比较了几种风化煤腐植酸的最佳活化工艺技术,对活化产物进行了分析评价,以及对腐植酸在农业上的作用进行了探讨,包括腐植酸对果园土壤微生物的影响以及对黑麦草生长的影响、腐植酸对土壤磷肥有效性的影响及其对盐碱土的改良作用。为今后风化煤腐植酸的活化工艺和大规模生产与应用提供理论依据。主要研究结果如下:
  1.采用氢氧化钾活化为活化剂,在滚筒球磨机中对风化煤进行固态活化,制备活性腐植酸,筛选出的最佳工艺条件为:氢氧化钾占风化煤质量的10%,转动速率为50r/min,研磨时间为60min。该条件下生产的腐植酸水溶性为31.4%,pH为7.52,电导率为865μS/cm,水溶性比未活化处理的水溶性高出174.7%。
  2.腐植酸可以改善土壤微生物群落结构,盆栽试验中,2500g果园土中加入50g腐植酸,培养95天的土壤放线菌数目较大,达到3.5627万个/g soil,而CK只有0.4502万个/g soil。
  3.腐植酸可明显提高黑麦草的生理活性,其中,可溶富里酸显著提高黑麦草的SOD、硝酸还原酶活性。但是,风化煤腐植酸显著提高黑麦草的根系活力、增强根系的生长,并且,风化煤腐植酸为土壤充足的碳库资源,保证黑麦草的持续快速生长,HS5处理的黑麦草生长51天累计生物量比CK高145g。
  4.磷酸一铵与经活化的风化煤和未活化风化煤分别按照1:0,1:0.1,1:1和1:5四种不同比例加入理化性质相同的等量褐土中,在相对土壤含水量为50%、75%和100%三种不同处理条件下,室温静置培养,定期测定土壤中有效磷的含量的变化。结果表明,磷肥施入土壤后,在培养第7—14天就出现被土壤明显固定的现象,从而使土壤有效磷含量迅速降低,相对含水量50%、75%、100%的土壤样品其有效磷含量降低百分数依次为30%、21%和13%。加入活化风化煤比未加入能相对提高土壤有效磷5%—13%。在加入活化风化煤的处理组中,又以P2O5:AHA(活化风化煤)为1:5处理的土壤有效磷含量最高,P2O5:AHA为1:1次之。
  5.在改良中高度盐碱土的试验中,随着腐植酸的不断增加,土壤全盐降低显著,2500g盐碱土中加入400g腐植酸的土壤全盐降低量最大,比CK降低了23.5%。但是,不同腐植酸量的加入,盐碱土的pH值差异性不显著。
  6.腐植酸对土壤盐基离子具有吸附特性,全盐降低量与加入的腐植酸之间为多项式(P)正相关并达极显著水平,相关方程式为y=-4×10-6x2+0.0032x+0.1596,式中y为全盐降低量(g/kg),x为腐植酸用量(g/pot),即在本试验腐植酸用量范围内,东营盐碱土的全盐降低程度随着腐植酸量的增加而呈降低趋势。
[硕士论文] 冯绍振
农业机械化 山东农业大学 2017(学位年度)
摘要:农业是第一产业,是我国国民经济建设与发展的基础,是我国国家安全和社会稳定的保障。从狭义上讲,农业是以耕地为生产对象的部门,是通过培育农作物产品从而生产食品及工业原料的产业。因此,提高农产品的产量是农业生产的一个基本问题。施肥作为农作物增产的主要手段,在保障国家农产品安全中占据重要地位。然而,在我国农业生产生活中长期存在着盲目混乱地施用化肥的现象,不仅造成肥料的浪费,而且导致农产品产量质量下降以及环境污染等问题,严重影响了农业生产力的稳定和提高。
  针对以上问题,经过国内外专家学者的长期研究实践,提出了测土配方施肥技术。测土配方施肥技术是运用现代农业研究成果的施肥技术。该技术在土壤检测和田间试验的基础上,根据农作物需肥量、土壤供肥能力和肥料效应,提出氮、磷、钾及中微量元素等肥料的配肥方案。该技术能充分发挥耕地潜力,实现农作物优质高产,同时对节约土地资源,保护农业生态环境,加速我国现代农业发展具有重要的意义。
  随着“精准农业”的提出,计算机技术被越来越多的应用到农业生产中,农业专家系统成为研究热点。施肥专家系统是农业专家系统在农业生产中一个方面的应用。对于在长期生产实践中积累了大量的施肥知识,运用施肥专家系统可以在贮存和保护这些宝贵知识的同时也使之在生产实践中发挥更大的作用。
  基于此,本课题在明确研究目标,了解研究现状的基础上,通过理论知识学习,设计本课题的研究方案。通过土壤样品的采集、制备、检测与统计,得到山东省潍坊市临朐县的县域土壤养分测试结果;通过进行作物肥料效应田间试验与肥料利用率田间试验,得到土壤养分测试值与土壤养分校正系数的对应关系、作物单位产量养分吸收量以及肥料利用效率;在研究测土配方施肥技术的基础上,阅读国内外大量资料,选择并建立起测土配方施肥数学模型。基于以上工作,整理数据资料,运用精准农业技术,结合数据库技术,通过软件代码的编写与调试,系统数据库的设计与开发,最终完成测土配方施肥专家系统。专家系统主要包括用户信息统计、地块信息查询、配肥推荐、施肥指导等功能,能够提供用户精准施肥配方的查询和打印。最后在配肥机上进行实际生产生活的指导。系统界面友好,操作简单明了,实用性强,能够方便地为农民提供便捷的科学施肥指导,是加速测土配方施肥技术推广应用的有效平台,具有广阔的市场需求和推广前景。
[博士论文] 田晓飞
植物营养学 山东农业大学 2017(学位年度)
摘要:包膜控释肥料能够调控养分释放与作物养分吸收相同步,从而达到减肥不减产的目的;生物炭具有较强的稳定性和吸附性,施入土壤中能够有效改善土壤肥力状况。黄淮海棉区是我国最为重要的棉花种植区域,但目前仍存在施肥量大,人力成本投入高,长期种植下土壤肥力退化严重等问题。本研究主要针对黄淮海棉区棉花生长过程中存在的主要问题,针对性的提出了综合利用控释氮肥、控释钾肥和生物炭实现棉花增产和土壤培肥的机理,研究了控释氮肥、钾肥及生物炭对大蒜-棉花套作体系生长和土壤养分状况的影响。
  本研究在采用田间定位试验究控释氮肥对土壤氮素剖面分布的影响,采用盆栽试验探究控释氮肥对土壤氨挥发和土壤氮素供应的影响,从而明确控释氮肥较常规施氮量减氮1/3仍能够维持棉花高产稳产机理;利用池栽定位试验探讨了包膜氯化钾对棉花生长和土壤钾素有效性的影响;利用盆栽试验研究了包膜控释氯化钾对棉花叶片光合和钾素利用效率的影响。采用定位试验研究了生物炭施用量对作物生长和土壤理化性质的影响;采用盆栽试验探究了控释氮肥与生物炭交互对土壤氮素供应、叶片光合特性和产量的影响。
  研究的结果和结论如下:
  (1)控释氮肥延缓了氨挥发高峰出现时间,降低了土壤氨挥发速率峰值,与等施氮量的尿素处理相比氨挥发损失减少65.1%-104.9%。控释氮肥提高了0-20 cm土壤硝态氮含量,降低了60-100 cm土壤硝态氮含量,减少了硝态氮向下层土壤的淋溶损失,并且提高了0-20 cm土壤有机质和全氮含量。控释氮肥在土壤中的释放高峰期出现在盛花到盛铃期阶段,使盛花期后土壤保持较高硝态氮和铵态氮含量,显著提高了叶片SPAD值,改善了叶片光合和荧光特性。因此,控释氮肥显著提高了棉花产量,控释氮肥较当地常规施肥减氮1/3仍能够维持棉花高产稳产。
  (2)施钾棉花显著增产18.4%-72.7%,皮棉产量随施钾量的增加而增加。控释氯化钾较普通钾肥一次基施处理显著提高了铃期和始絮期土壤速效钾含量,提高了铃期后叶片SPAD值和净光合速率。与硫酸钾和氯化钾相比,控释氯化钾配施硫磺显著提高了成铃数和单铃重,皮棉分别显著增产16.9%-24.9%和24.4%-30.9%。控释氯化钾配施硫磺较氯化钾显著提高了纤维长度、整齐度指数和伸长率。经过3年施肥后,控释氯化钾较普通钾肥一次基施显著提高了土壤水溶性钾和非特殊吸附钾含量。用包膜氯化钾代替硫酸钾和氯化钾,可以在不影响品质的前提下以较低的施钾量获得更高的产量。
  (3)生物炭显著提高了土壤pH值、有机碳和全氮含量,但连续2年2%(w/w)生物炭施用降低了土壤速效磷含量。生物炭显著改善了土壤水分保蓄能力,土壤田间持水量显著提高15.6%-23.9%,土壤有效含水量显著提高14.6%-45.2%。生物炭显著提高了棉花初花期和铃期叶片SPAD值,提高了净光合速率和蒸腾速率。连续3年施用生物炭显著提高了0-20 cm土壤NO3-N含量,降低了40-80 cm土壤NO3-N含量,减少了土壤硝态氮的淋溶损失。施用生物炭和控释氮肥均能显著提高棉花产量,两者存在显著的交互效应。控释氮肥显著增加了初花期至始絮期土壤的硝态氮和铵态氮含量,显著提高了生长后期叶片SPAD值,但秸秆还田条件下,控释氮肥增产效果不显著。生物炭与控释肥对土壤硝态氮含量、土壤有机碳、土壤pH值和产量存在显著的交互效应,但衣分含量、马克隆值和纤维强度不受碳源和氮源及其交互效应的影响。
  (4)研发出的棉花专用控释肥田间示范结果表明,棉花专用控释氮肥(CRF1)和棉花专用控释氮、钾肥处理(CRF2)均显著提高了单铃重和成铃数;CRF1和CRF2处理皮棉分别显著增产10.2%-21.9%和18.2%-25.2%;CRF1与Urea处理产量无显著差异,但减少了施肥次数,实现棉花轻简化生产;CRF2成铃数显著高于Urea处理,皮棉显著增产9.3%-12.3%。CRF2处理提高了棉花收获期0-20 cm土层NO3-N和速效钾含量,为棉花生育后期提供了充足的硝态氮和速效钾供应。
  本研究通过研究缓控释肥料养分释放特点,土壤养分供应和剖面分布,结合棉花叶片光合和荧光变化,棉花产量、品质和养分利用效率,探究了包膜尿素、包膜氯化钾和生物炭在棉花上应用效果和减肥增产机理。
[硕士论文] 李陶
农业资源利用 山东农业大学 2017(学位年度)
摘要:氮钾互作能够影响甘薯养分吸收、利用和产量,为研究不同甘薯品种最适氮钾配比特进行此研究。以不同甘薯品种(商薯19号、烟薯25号、徐薯32号与龙薯9号)为试验材料,于2015年与2016年在山东省泰安市岱岳区山阳北村进行大田试验,研究结果表明:
  1.不同品种甘薯最佳经济施氮量有所不同。在本试验条件下,经回归分析得出商薯19号的最佳经济施氮量为73.71 kg/hm2,徐薯32号的最佳经济施氮量为74.46 kg/hm2,烟薯25号的最佳经济施氮量为79.94 kg/hm2。
  2.不同品种甘薯最佳经济施钾量有所不同。在本试验条件下,经回归分析得出商薯19号的最佳经济施钾量为90.16 kg/hm2,徐薯32号的最佳经济施钾量为92.98 kg/hm2,烟薯25号的最佳经济施钾量为99.43 kg/hm2。
  3.不同品种甘薯最佳经济氮钾配比有所不同。在本试验条件下,经回归分析得出商薯19号的最佳经济氮钾配比为N74.73 kg/hm2、K2O105.97 kg/hm2,龙薯9号的最佳经济氮钾配比为N65.07 kg/hm2、K2O86.72 kg/hm2,烟薯25号的最佳经济氮钾配比为N65.12 kg/hm2、K2O92.13 kg/hm2。
  4.氮钾互作可以增加不同甘薯结薯数、提高单薯重,从而提高甘薯的产量,增加甘薯块根干物质量;不同品种之间存在差异,烟薯25号块根干物质积累量相对其它两品种有明显提高。
  5.氮钾互作可以降低不同甘薯T/R比值;不同品种之间存在差异,烟薯25号相对其它两品种T/R比值较高,易产生茎叶疯长现象。
  6.氮钾互作对不同甘薯块根氮素、磷素、钾素的积累量都有所提升;不同品种甘薯营养元素吸收量有所差异,商薯19号的氮、钾吸收量明显高于其它两品种,龙薯9号的磷吸收量明显低于其它两品种。
  7.氮钾互作对不同甘薯块根品质有显著影响,且不同品种甘薯品质存在差异;商薯19号淀粉与蛋白质含量明显高于其它两品种,烟薯25号则是可溶性糖含量相对最高。
[硕士论文] 李旭
农业资源利用 山东农业大学 2017(学位年度)
摘要:为了进一步探讨如何更好地利用堆肥与堆肥浸提液,为堆肥及其浸提液在蔬菜生产中应用提供理论依据,本论文研究了不同堆肥与堆肥浸提液对白菜栽培中土壤养分变化、白菜酶活性变化以及收获期品质影响,不同用量堆肥及堆肥浸提液对西红柿果实品质的影响,以及堆肥浸提残渣在孔雀草栽培上的应用。主要研究结果如下:
  1.不同堆肥均可以显著提高土壤中养分含量,鸡粪堆肥(A3)对提高土壤中全氮、速效磷含量效果最显著,秸秆堆肥(A5)提高土壤中速效钾、有机质含量效果最显著;浇灌堆肥浸提液可以显著提高土壤中全氮、速效钾含量。施用堆肥与浇灌堆肥浸提液可以提高白菜酶活性。施用堆肥与施用化肥相比可以降低白菜硝酸盐含量,秸秆堆肥效果最佳,浇灌堆肥浸提液可以降低白菜硝酸盐含量。不同堆肥对白菜单株重影响不同,A4单株重2.92kg显著高于其他处理。浇灌堆肥浸提液会提高白菜单株重,不施堆肥情况下浇灌浸提液比对照单株重提高了16.74%。
  2.堆肥处理会提高西红柿中可溶性糖含量,提高果实中VC含量,提高西红柿番茄红素含量,提高西红柿口感,施用堆肥会降低果实中硝酸盐含量,施用过量堆肥会提高果实中硝酸盐含量,堆肥施用量为4kg/m2效果最佳。
  3.浇灌堆肥浸提液可以显著提高果实中可溶性糖、番茄红素含量、果实中VC含量,提高西红柿口感,降低果实中硝酸盐含量。堆肥浸提液浇灌量为2kg/m2时提高西红柿果实品质的效果最为显著。
  4.在土壤中添加堆肥浸提残渣会显著降低土壤容重,当土壤与堆肥残渣体积比1:2(D2)与不施加堆肥浸提残渣(CK)相比降低了100%。在土壤中添加堆肥浸提残渣后,土壤中全氮、有效磷、速效钾含量与CK相比显著增加,D2对全氮、有效磷、速效钾含量的提升效果最显著,其次为土壤与堆肥浸提残渣体积比为1:1(D1)。在土壤中添加堆肥浸提残较CK会显著增加孔雀草地上部钾素积累量,土壤与堆肥浸提残渣体积比为2:1(D3)地上部钾素积累量最高。在土壤中添加堆肥浸提残均能够显著提高孔雀草开花量,土壤与堆肥残渣比例以2:1效果最好,添加过量反而会减少开花数量。
[硕士论文] 柳小琪
土壤学 山东农业大学 2017(学位年度)
摘要:本文利用环氧开环的方法将大豆油(SBO)和煎炸废弃油(WFO)改性为高羟值多元醇,该多元醇与异氰酸酯反应可生成生物基聚氨酯(PU),制得的生物基PU作为膜材对尿素颗粒进行包涂以制备环境友好型包膜控释尿素。为了进一步提高该控释尿素的养分控释性能,利用有机硅和环氧树脂(EP)分别对大豆油基聚氨酯(SOPU)和煎炸废弃油基聚氨酯(WFOPU)进行改性。此改性方法旨在利用羟基硅油对SOPU进行界面改性使膜壳表面排布一层疏水性的硅原子,从而提高膜壳表面的拒水、抗水性,以及WFOPU在固化成膜时与EP发生交联反应形成一种网络互穿结构,使膜壳结构更加致密。本文通过调节膜厚度和改性剂添加量制备了系列包膜控释尿素,并对其膜壳及其养分控释性能进行了一系列测试和表征。主要结果如下:
  1.利用环氧开环的方法可以成功将SBO和WFO制备为高羟值多元醇,其中当反应物料按油脂双键、H2O2、CH3COOH的摩尔比为1:2:1.5混合、在反应温度为65℃、转速为200rpm、反应时间为4~5h的条件下制备的环氧大豆油(ESO)和环氧煎炸废弃油(EWFO)环氧值最高,分别可达到6.1和4.8。
  2.通过傅里叶红外光谱和SEM测定可以看出本试验成功将有机硅嫁接到SOPU上,有机硅可以提高膜材的热稳定性、显著降低膜材的孔隙度和提高膜材的水接触角:用0、10、20和40%的HTMS改性SOPU的水接触角分别为64、90、104和112℃,而相应的孔隙度则分别为16.07、12.33、11.18和10.08%。在25±0.5℃环境中,通过检测静水中包膜控释尿素(PCU)的养分释放性能可看出有机硅可以显著提高其释放期。当膜材添加量由原来的3%提高到7%、改性剂添加量由0%提高到10%时,大豆油基包膜控释尿素的养分释放期由原来的7.5天提高到70天。
  3. EP可以大幅的提高煎炸废弃油基聚氨酯(WFOPU)的交联密度,提高聚合物交联链比重,而降低其悬挂链比重;其中10和20%为最佳的改性添加量,其交联密度分别为较未改性的提高了82.5%和77.9%。膜壳经过E44改性后,大孔隙被“堵住”,膜壳的孔隙度减小,膜壳表面的“凸起”与“沟壑”消失,膜壳表面变的更加致密,更加平滑。EP可明显影响膜壳的吸水率:10%E44改性的WFOPU吸水率(第3天)由原来的12.3%降低到6.5%。0、5、10、20、50和80%的E44改性WFOPU的孔隙度分别为10.0、8.5、7.2、7.9、10.4和15.3%。由EP改性的WFOPU基包膜控释肥,养分释放更加缓慢,释放期更长,养分累积释放曲线呈现明显的“S”型曲线,更吻合作物的生长需肥规律。
  4.植物油基聚氨酯膜材可生物降解:试验用0、10和20%EP改性PU作为降解物,在土壤中降解210天后,其质量分别减少31.2,29.1 and20.3%。通过对其膜壳的微形态结构进行观察,可以看出膜壳在降解的过程中逐渐形成大孔洞,这可能是由于聚合物中的某些化学键会在土壤环境中断裂或被微生物的分解。
[博士论文] 盖志佳
作物学;作物栽培学与耕作学 东北农业大学 2017(学位年度)
摘要:黑龙江省大豆产业面临的问题是单产不高,归根结底是先进适用高产栽培技术少,且推广速度慢。窄行密植大豆高产栽培技术通过降低行距,增加株距,合理密植,配套耐密品种,实现大豆增产高产。本试验以耐密性不同的大豆品种合丰42和垦农30为研究对象,系统研究氮肥密度互作下根系特性与叶片光合作用、氮素代谢及衰老生理的互作关系,探讨氮密互作下根系变化对大豆叶片碳氮代谢协调性、延缓大豆叶片衰老及对产量增加的贡献,明确根系、叶片形态生理与产量的相关性,阐明氮密互作下不同基因型大豆产量差异的生理机制,确定不同基因型大豆的最佳氮密处理组合,明确试验条件下最佳施氮量、最佳密度,以期为大豆窄行密植高产栽培技术研究及推广提供理论参考。结果如下:
  施氮显著提高不同基因型大豆籽粒产量(P<0.05);相同密度处理下,大豆籽粒产量随着施氮量的增加呈先升高再降低的变化趋势;低密度下,合丰42低氮处理(N1)产量最高,而垦农30中氮(N2)产量最高,但与低氮差异不显著;中、高密度下,不同品种中氮(N2)产量最高。相同施氮条件下,合丰42产量对密度的响应趋势是中密度(D2)>高密度(D3)>低密度(D1),而垦农30产量对密度的响应趋势是低密度(D1)>中密度(D2)>高密度(D3);密度对不同品种籽粒产量产生显著的影响;且氮肥和密度对不同品种产量存在显著的交互作用。垦农30中氮低密(N2D1)产量最高为3356.75 kg/hm2,而合丰42中氮中密(N2D2)产量最高为3665.33 kg/hm2,较垦农30产量高8.42%。
  中密度处理下,施氮量与合丰42产量之间存在显著的回归关系,拟合方程为y=-0.2583x2+25.125x+3023.2,寻优后,最佳施氮量为48.64 kg/hm2,产量为3634.18 kg/hm2。低密度处理下,施氮量与垦农30产量之间存在显著的回归关系,拟合方程为y=-0.2473x2+23.296x+2853.1,寻优后,最佳施氮量为47.09 kg/hm2,产量为3401.67 kg/hm2。中氮处理下,合丰42密度与产量之间存在显著的回归关系,拟合方程为y=-0.389x2+36.258x-477.35,寻优后,最佳密度为46.60万株/hm2,产量为3675.36 kg/hm2。中氮处理下,垦农30密度与产量之间存在显著的回归关系,拟合方程为y=-0.1725x2+13.52x+73.827,寻优后,最佳密度为39.19万株/hm2,籽粒产量为3387.41 kg/hm2。
  氮肥和密度对不同品种倒伏的影响不同。各处理合丰42大豆倒伏级别均为1级,即不倒伏。垦农30在低密度下倒伏级别也为1级;中密度条件下,各处理均为2级倒伏,即轻度倒伏;高密条件下,不施氮处理为2级倒伏,施氮处理为3级倒伏。
  相同密度条件下,不同品种蛋白质含量和脂蛋总和含量随着施氮量的增加呈先增加后减少的变化趋势,而脂肪含量呈逐渐降低的趋势;相同施氮量条件下,随着密度的增加蛋白质含量、脂肪含量及脂蛋总和逐渐降低。氮肥和密度对合丰42品质不存在显著的交互作用,而对垦农30品质存在显著的交互作用。相同处理条件下,垦农30蛋白质含量明显高于合丰42;而脂肪含量低于合丰42,不同品种脂蛋总和含量差异不大。合丰42 N2D1处理蛋白质含量和脂蛋总和最高分别为43.83%和64.28%,N0D1处理脂肪含量最高为21.01%;垦农30 N2D1处理蛋白质含量和脂蛋总和最高分别为46.45%和64.82%,N0D1处理脂肪含量最高为18.48%。
  氮肥和密度对不同品种叶片光合速率影响显著,且V4和R2时期存在显著的交互作用;各生育时期,在低密度条件下,垦农30叶片光合速率高于合丰42;而中高密度条件下,合丰42叶片光合速率高于垦农30。中低氮(N2、N1)处理更有利于叶片光合作用;中密度处理(D2)下合丰42叶片光合作用更强,而低密度(D1)更有利于垦农30叶片光合作用。大豆叶片光合指标光合速率、叶绿素含量、比叶重、叶面积指数在生育中后期(R2和R4)明显高于生育前期(V4),总体上中后期叶片光合指标与产量呈显著线性正相关关系。
  各生育时期,密度对不同大豆叶片含氮量(NC)、硝酸还原酶活性(NRA)、谷氨酰胺合成酶活性(GSA)影响显著,且氮肥和密度对叶片氮代谢指标存在显著的交互作用;在V4和R2时期,氮肥对不同品种叶片NRA影响显著,在R4时期影响不显著。生育前中期(V4和R2)叶片NC、NRA与产量呈正相关关系,而GSA与产量一元二次抛物线关系。
  V4和R2时期,氮肥对合丰42和垦农30叶片POD活性、CAT活性、SOD活性及MDA含量产生显著的影响;相同施氮量条件下,合丰42在中密度处理时叶片POD活性、CAT活性、SOD活性最高,且高于垦农30;而垦农30在低密度时POD活性、CAT活性、SOD活性活性最高,且高于合丰42;密度对合丰42和垦农30叶片POD活性、CAT活性、SOD活性活性的影响趋势分别是中密度>低密度>高密度和低密度>中密度>高密度。密度对合丰42和垦农30叶片MDA含量的影响则相反。除R4时期合丰42叶片POD活性与产量相关性不显著外,POD活性、CAT活性、SOD活性与产量均呈正相关关系,而MDA含量则与产量呈显著负相关关系。
  在V4、R2、R4时期,氮肥对根系活力、群体根系干重均产生显著的影响;低密度条件下垦农30的根系活力、单株根系干重、群体根系干重高于合丰42;而中高密度条件下垦农30的根系活力、根系干重、群体根系干重却低于合丰42; V4和R2时期,氮肥过量会抑制根瘤数量的增加;而过量施氮会抑制各时期根瘤干重的增加。在R4时期,氮肥对合丰42根瘤数量和干重影响不显著,而对垦农30影响显著。各生育时期氮肥和密度对根系活力存在显著的交互作用;密度对不同品种单株根瘤数量和干重的影响要高于氮肥的作用效果;各时期不同品种的根系活力、群体根系干重与产量显著正相关。
[硕士论文] 于舒函
作物学;作物栽培学与耕作学 东北农业大学 2017(学位年度)
摘要:玉米是重要的粮食作物,2014年东北三省玉米产量为7247.4万吨,秸秆产量为8696.88万吨,秸秆大量剩余导致露天焚烧污染环境,秸秆还田是解决秸秆剩余问题的有效途径。氮素是作物进行光合作用的必要元素,化学氮肥则是作物氮素的重要来源。秸秆还田与氮肥配施能够增加氮肥利用率,减少化学氮肥的投入量,也能增加土壤肥力,保证作物的氮素供应。
  试验设置玉米秸秆不还田(STM)、中量还田(aSTR)、高量还田(mSTR)三个秸秆还田量和N0(不施尿素)、N1(尿素175 kg·hm-2)、N2(尿素350 kg·hm-2)三个施氮肥量处理,同时在高氮条件下设置了五个秸秆还田量,研究了秸秆还田与施氮肥对玉米氮素吸收和土壤速效氮素的影响。试验结果表明:
  试验中取样的三个时期,在相同秸秆还田量条件下,玉米植株氮素含量均随氮肥施用量的增加而明显增加。秸秆还田对三叶期、拔节期和收获期玉米植株氮素含量的影响则不同;三叶期玉米植株氮素含量随秸秆还田量的增加而减少;玉米的拔节期与收获期,在N0与N1(尿素175kg·hm-2)条件下,玉米植株氮素含量表现为aSTR(12.0 t·hm-2)> STM> mSTR(18.0 t·hm-2);在N2(尿素350kg·hm-2)条件下,植株氮素含量随秸秆还田量的增加呈现先增加而后降低的变化趋势,在还田量为18 t·hm-2左右时达到最大值。
  试验中取样的三个时期,在相同秸秆还田量条件下,玉米植株氮素积累量均随氮肥施用量的增加而明显增加。秸秆还田对三叶期、拔节期和收获期玉米植株氮素积累量的影响则不同;在玉米三叶期,因为秸秆还田降低了玉米植株的氮素含量与干物质量,玉米植株氮素积累量随秸秆还田量的增加而减少。玉米的拔节期与收获期,在N0与N1(尿素175 kg·hm-2)条件下,玉米植株氮素积累量均表现为aSTR(12.0t·hm-2)>STM>mSTR(18.0 t·hm-2);在N2(尿素350kg·hm-2)条件下,拔节期玉米植株氮素积累量表现为STM>aSTR≈mSTR,收获期玉米植株氮素积累量随秸秆还田量的增加而增大。
  试验中取样的三个时期,在相同秸秆还田量条件下,土壤铵态氮、硝态氮与无机氮含量均随氮肥施用量的增加而明显增加。玉米的拔节期,在N0与N1(尿素175 kg·hm-2)条件下,土壤铵态氮、硝态氮和无机氮含量表现为aSTR(12.0t·hm-2)>STM>mSTR(18.0t·hm-2);玉米的收获期,在N0与N1(尿素175 kg·hm-2)条件下,土壤铵态氮表现为aSTR> mSTR> STM,土壤硝态氮和无机氮含量表现为aSTR>STM>mSTR;在N2(尿素350 kg·hm-2)条件下,拔节期与收获期的土壤速效氮含量变化一致,土壤铵态氮、硝态氮和无机氮含量随秸秆还田量的增加均呈现先增加再减小的趋势,在还田量为18t·hm-2左右时达到最大。
  秸秆还田与施氮影响玉米产量。无论秸秆还田还是不还田,玉米产量随施氮量的增加而增加;秸秆还田对玉米产量的影响表现为,在N0与N1(尿素175kg·hm-2)条件下为aSTR(12.0t·hm-2)>STM>mSTR(18.0 t·hm-2);在N2(尿素350kg·hm-2)条件下,玉米产量随秸秆还田量的增加呈现先增加再减小的趋势,在还田量为18 t·hm-2左右时达到最大。
[硕士论文] 户青青
动物遗传育种与繁殖 华中农业大学 2017(学位年度)
摘要:好氧发酵堆肥简单实用、经济环保并能为农作物提供高效肥料,已经成为动物尸体无害化处理的重要方式,但同时存在发酵周期长、堆肥产品质量不高等缺陷。为了提高堆肥产品质量、缩短堆肥时间,本试验从猪尸体自然堆肥样品中分离出高效微生物,配制成复合菌剂,应用于猪尸体堆肥中,研究微生物菌剂的强化对猪尸体堆肥体系的影响。主要研究结果如下:
  (1)采集猪尸体自然堆肥样品,分离筛选高效微生物。共获得了35种微生物,其中24株细菌、9株真菌,2株放线菌。
  (2)通过滴定法和平板法测定35种菌株的脂肪酶活性和蛋白酶活性、淀粉酶活性,筛选出4株酶活较高的微生物;生理生化及16S rDNA鉴定这4株菌分别为:地衣芽孢杆菌、枯草芽孢杆菌、甲基营养型芽孢杆菌、解淀粉芽孢杆菌。
  (3)运用L9(34)正交实验的方法研究菌株不同添加量对混合发酵液中微生物增殖的影响。结果显示地衣芽孢杆菌、解淀粉芽孢杆菌、枯草芽孢杆菌、甲基营养型芽孢杆菌中,地衣芽孢杆菌的添加量是最主要因素。最优处理为处理A3B2C1D3(地衣芽孢杆菌0.75%,甲基营养型芽孢杆菌0.5%,解淀粉芽孢杆菌0.25%,枯草芽孢杆菌0.75%)时,活菌数可达到6.89×109cfu/mL,为试验所需组合,用于后续堆肥试验。
  (4)对猪尸体好氧堆肥体系施加复合微生物菌剂,菌剂强化组最高温度为58℃,50℃以上持续15d,而对照组最高温度为52℃,50℃以上持续10d;菌剂强化组和对照组堆体含水率的变化趋势相同,均从55%左右降至33%左右;菌剂强化组和对照组的总氮含量各为1.9%和2.7%;堆肥结束菌剂强化组发芽指数达到97.3%,而对照组发芽指数仅为40.5%。
  (5)利用16S rRNA高通量测序技术分析了猪尸体堆肥体系微生物群落的结构和动态变化。菌剂强化组第1个月细菌的丰富度chao1指数和多样性Shannon指数为1059和7.06,对照组为682和5.96,表明添加微生物菌剂可以增加堆肥起始微生物的丰富度和多样性指数。两组猪尸体堆肥过程中细菌的多样性相似,主要的优势菌群是Proteobacteria、Firmicutes和Actinobacteria,但是不同的时间其组成不同。
  (6)将堆肥环境参数和细菌群落数据进行典范对应分析(CCA),结果表明环境因子中,温度(p=0.002)、pH(p=0.004)、湿度(p=0.020)、全氮(p=0.064)对微生物群落丰度及其时空分布有显著影响。其中,温度与高温阶段S1(试验组)及类芽胞杆菌属最相关,GI(发芽指数)和腐熟阶段S6及假单胞菌属密切相关,全氮与腐熟阶段样D6(对照组)及石油降解菌属密切相关。因此,可以在猪尸体堆肥中添加类芽胞杆菌属、假单胞菌属、石油降解菌属菌,提高堆体的温度,加快有机质降解,增加氮含量,提高腐熟度。
[硕士论文] 魏春辉
现代农业装备工程 华中农业大学 2017(学位年度)
摘要:我国在农业生产中使用的化肥数量庞大,但传统化肥利用率低,会污染环境。同时,每年产生的农林废弃物数量巨大,但许多被废弃或焚烧,这不但浪费资源,而且污染环境。将这些生物质在一定条件下加热裂解可得到生物炭,将生物炭和普通化肥按照一定的工艺可制得生物炭基肥。生物炭基肥可提高化肥利用率,降低对环境的污染,与传统化肥相比具有明显优势,这不仅为农林废弃物的利用提供了新思路,还有助于克服传统化肥的弊端,因此生物炭基肥发展前景广阔。但目前生物炭基肥主要是通过直接掺混,未经成型的方式获得,这不利于生物炭基肥的运输、储存、机械化施用、大规模推广使用和产业化发展。当前的成型设备也存在诸多问题,因此进行生物炭基肥成型设备的开发和相关试验研究具有重大意义。
  本文进行了挤压成型试验研究,得到最佳的物料配比因素参数组合,并按此配比组合制成用于后续成型机试验的待成型物料;测试了待成型物料的特性;在此基础上,设计并试制了一台柱状生物炭基肥成型机,并开展了成型效果试验和性能试验。主要研究内容和结论如下:
  (1)开展了挤压成型试验。本研究以粘结剂种类、生物炭含量、粘结剂添加量为考察因素,以抗渗水性、抗压强度、密度作为成型质量的评价指标,在以自制的挤压成型模具与万能试验机为主体的试验平台上开展了单因素试验和正交试验。单因素试验结果表明:粘结剂种类对抗渗水性、密度和抗压强度的影响非常显著(P<0.01),粘结剂添加量对抗渗水性和抗压强度的影响显著(P<0.05),对密度的影响不显著(P>0.05)。生物炭含量对抗渗水性和抗压强度的影响不显著(P>0.05),对密度的影响显著(P<0.05)。正交试验结果表明:当生物炭含量为60%、粘结剂为可溶性淀粉、粘结剂添加量为15%时,成型质量综合性能最佳,抗压强度为206.27N,密度为1.004 g/cm3,抗渗水性为52.45min。
  (2)测试了待成型物料的物理特性。测定了待成型物料的松装密度、休止角、以及物料与钢板间的静摩擦系数,为成型机有关零部件的结构参数设计提供依据。测试结果表明:待成型物料的松装密度为0.57g/cm3,静摩擦系数为0.31,自然休止角为35.33°,流动性一般。
  (3)设计了一种柱状生物炭基肥成型机,并对重要工作部件进行了有限元分析。确定了成型机挤压部分和切粒部分的传动方案;对成型机进行了总体结构设计,并确定了主要技术参数;对关键零部件进行了结构参数设计;利用ANSYS Workbench软件对螺杆做了静态结构分析,可知螺杆强度足够安全;并对螺杆做了模态分析,分析得知螺杆工作时不会发生共振,可避免因共振可能导致的结构破坏。最终基于螺杆挤压成型原理,设计出一种主要由挤压装置、成型装置、切粒系统组成的,能够完成输送、挤压、成型、切粒等工序的柱状生物炭基肥成型机。
  (4)开展了成型机试验研究。以螺杆转速、切粒轴转速、孔板开孔率为考察因素,以合格率、产量、硬度作为成型效果的评价指标,利用设计加工的成型机进行了单因素试验、正交试验和成型机性能试验。单因素试验结果表明:合格率的大小与螺杆转速和切粒轴转速匹配程度好坏有很大关系;螺杆转速、切粒轴转速、开孔率的增大,均可使产量增加;切粒轴转速对硬度无影响,开孔率和螺杆转速的增大可使硬度减小。正交试验结果表明:对于合格率,螺杆转速与切粒轴转速的交互作用和切粒轴转速影响极显著(P<0.01),螺杆转速影响显著(P<0.05),其他影响不显著(P>0.05);对于产量,螺杆转速影响极显著(P<0.01),孔板开孔率和切粒轴转速影响显著(P<0.05),其他影响不显著(P>0.05);对于硬度,螺杆转速和孔板开孔率影响极显著(P<0.01),其他影响不显著(P>0.05)。当螺杆转速为45r/min,切粒轴转速为185r/min,孔板开孔率为10%时,成型效果最佳。该条件下的合格率为86%、产量为32.27kg/h、硬度为2.56kg。性能试验结果表明:颗粒的成型率为96.2%,密度为0.92g/cm3,含水率为1.61%,符合相关成型要求,能够满足生产需要。
[硕士论文] 邹峻桦
环境工程 华中农业大学 2017(学位年度)
摘要:生物炭(Biochar)是生物质在缺氧或限氧的条件下热解而形成的固体产物。制备生物炭的原料来源广泛,富含碳及一系列植物所需的大量和微量养分元素,且具有丰富的多孔结构。近年来,生物炭对于农业土壤的改良成为研究热点。然而,生物炭的理化性质受制备条件(温度、气氛、原料、热解速度等)的影响。本文针对生物炭研究中对较佳还田品质生物炭的研究不足、以及还田后的效果反馈和自身氮素供给等问题,以稻草秸秆和15N标记的麦秆为原料,在不同的热解气氛(CO2和N2)和热解温度下制备生物炭,通过产率计算、EA、FESEM-EDS、BET、EA-IRMS等多种表征手段,研究了制备条件对生物炭理化性质的调控;通过盆栽实验,考察了不同条件制备的生物炭还田对植物长势的影响。研究结果可为较佳还田品质生物炭的制备及还田应用提供基础理论依据。主要研究结果如下:
  (1)对于稻秆基生物炭,同一热解气氛下,生物炭产率和养分元素总量随热解温度的升高而降低,生物炭的pH、总孔体积和比表面积呈现上升的趋势。稻秆在300℃时不能完全热解,生物炭的孔结构随着热解温度的升高而逐渐发育,但过高的热解温度(800℃)会破坏生物炭的炭架结构。生物炭中介孔分布较多,微孔、介孔和大孔数分别在800℃、400℃和600℃时达到最大。同一热解温度下,综合比较400℃ CO2气氛下制备的稻秆生物炭具有较佳的养分特性和孔结构。
  (2)盆栽实验结果表明,由于生物炭自身的多孔结构,加入土壤后,提高了土壤的孔隙度,土壤颗粒黏附在生物炭的表面或进入生物炭孔隙结构中,降低了土壤颗粒的黏结力,改善了土壤的物理特性。生物炭施入后土壤的pH和速效养分均得到了不同程度的提高,对植株的生长均起到了正向促进作用。相对于高温(800℃)生物炭,低温(400℃)生物炭具有更优的养分特性,对土壤的肥力提升程度更大,植株长势更优。相对于N2气氛制备的生物炭,CO2气氛制各的生物炭对土壤pH的提升程度更大,其处理组土壤硝化作用更强,得出400℃CO2气氛下制备的生物炭具有较佳的还田效果。
  (3)利用15N标记麦秆生物炭还田盆栽实验结果表明,生物炭还田后能释放一定N素养分,生物炭的N素供给受热解温度和热解气氛的影响。400℃ CO2气氛下制备的生物炭还田后能为植株提供更多的N素养分,对土壤N素利用率的提升程度最大,对植株干物质积累的促进作用最大。
[硕士论文] 孟应宏
作物环境及生态 广西大学 2017(学位年度)
摘要:抗生素不仅用于人类疾病的治疗,同时被广泛应用于家畜畜禽的饲养当中,其产生的环境污染问题不容忽视,逐渐得到了广泛关注。大多数抗生素并不能够完全被动物充分利用,有相当一部分通过动物所产生的粪便或者是尿液等各种途径进入到了土壤、水体当中,还有随着有机肥的使用进入到农作物,最终会进入人体当中。因此其对养殖业、农业的可持续发展以及人类的健康会产生难以估量的影响。本研究针对家禽牲畜养殖当中所产生的粪便当中存在泰乐菌素的问题,首先在实验室内通过筛选得到两株具有较强泰乐菌素降解能力的菌株,在此基础上进一步细化研究,明确了两株菌对泰乐菌素的降解特性。根据前期实验室的研究成果,在室外以泰乐菌素作为大环内酯类抗生素模式抗生素,系统探究了添加外源的具有泰乐菌素能力的微生物对于猪粪堆肥当中泰乐菌素降解以及堆肥理化性质的影响,同时利用高通量测序,从基因水平上研究了猪粪堆肥过程中泰乐菌素去除的分子生物学机理。得到的主要结果如下:
  (1)通过对菌库当中的17株菌株进行泰乐菌素的筛选,筛选出A、B两株对泰乐菌素降解率最高的菌株。在对A、B菌株进行的培养基浓度、泰乐菌素浓度、温度、转速、pH、接种量对泰乐菌素的降解特性研究试验中,得到的对泰乐菌素降解效果的优化条件是:培养基浓度1/1 MM,泰乐菌素浓度50~200 mg·L-1,温度30~40℃,转速150~170rpm,pH6~10,接种量1%。
  (2)添加外源的微生物菌剂可以显著增加堆肥当中泰乐菌素的降解率,对堆肥的温度、含水率、pH值等也均具有一定的影响,而且能够降低堆肥完成时堆肥产品的毒性,对于堆肥的彻底完成具有一定的促进作用,堆肥最终完成时,添加外源微生物菌剂的处理小麦GI值为95.43%,显著高于其他处理。添加入微生物菌剂可以明显降低氮的流失,保障氮的再利用,堆肥最终完成时总氮的含量减少了30.05%,而TYL处理总氮降低了32.14%,CK处理总氮降低了32.63%。微生物多样性测序结果表明,堆肥结束之后,堆体细菌群落多样性在属水平上的相对丰度有明显提高。其中,芽孢杆菌属(Bacillus)和假糖球芽孢杆菌属(Pseudogracilibacillus)可能对泰乐菌素的降解具有很好的促进作用。可以说,加入微生物在一定程度可以提高了堆肥当中泰乐菌素的去除效率,降低了堆体当中的毒害性。
[硕士论文] 潘勇辉
植物营养学 华中农业大学 2017(学位年度)
摘要:长江流域是我国油菜(Brassica napus L.)重要产区,尽管该区域钾肥应用已经普及,随着高产品种的应用和农业生产水平的提高,该区域农业生产依然面临钾素缺乏的问题,缺钾胁迫严重影响了油菜的产量。缺钾导致作物生长受限产量降低,与缺钾胁迫下作物光合能力降低密切相关。钾素生理功能的多样性,决定了其对光合作用影响的复杂性,然而目前的研究更多关注钾素胁迫下净光合速率降低的机制。事实上,在面临缺钾胁迫时作物首先通过调节细胞内钾离子的分布影响作物的叶面积,之后随着钾素胁迫程度的不断加重,才会进一步影响净光合速率,但目前关于钾对作物叶面积的形成的研究仍显不足,往往忽视叶面积同样是影响作物光合能力的重要因素。因此,本研究以冬油菜为研究对象,在田间条件下探究了不同钾素供应对冬油菜群体叶面积形成的影响,在此基础上,采用光合作用限制模型,分析缺钾胁迫下光合限制因子(气孔限制、叶肉限制和生化限制)的变化,并从光合氮分配以及光合产物的积累和转运两个角度重点剖析缺钾胁迫下生化限制因子产生的原因。主要研究结果如下:
  (1)缺钾胁迫导致出叶速率减慢,其中K1(0kg K2O hm-2,重度缺钾),K2(60kg K2O hm-2,中度缺钾),K3(120kg K2O hm-2,正常供钾)处理的出叶积温分别为33.5、27.9和26.8℃d/叶;此外,缺钾条件下叶片衰老加速,单叶面积变小,油菜苗期的单叶面积变小和叶片衰老加速是缺钾条件下绿叶面积指数(GLAI)下降的主要影响因素,而出叶速率影响较小。分析不同钾处理的光能截获量(RIacc)和光能利用率(RUE)发现,两者在缺钾胁迫下显著下降,从而导致油菜生物量显著降低,严重缺钾处理和中度缺钾处理的地上部干物质分别比正常供钾处理下降了61.7%和48.2%。将油菜苗期分为三个阶段时可以发现,当干物质下降不足24.8%时,RUE下降不足10%,当干物质进一步下降时,RUE的减小对于干物质下降的贡献增加。由此可见,出叶速率、叶片衰老和单叶面积对缺钾的敏感性存在差异,光能截获量和光能利用率在缺钾胁迫下干物质下降的贡献比例与缺钾程度有关,并且RIacc比RUE对缺钾更敏感。
  (2)缺钾胁迫明显抑制油菜越冬期叶片光合速率(Pn)。尽管缺钾胁迫下叶片气孔导度(gs)明显降低,但其胞间CO2浓度(Ci)升高,气孔限制值(Ls)减小,说明气孔因素并非缺钾胁迫下油菜叶片Pn下降的主要原因。进一步的叶绿素荧光结果表明,缺钾胁迫导致油菜越冬期叶片光系统Ⅱ(PSⅡ)潜在光化学效率(Fv/Fm)和实际光化学效率(φPSⅡ)显著下降;并且缺钾胁迫下油菜叶片叶绿体的长度降低了15.1%、叶绿体厚度增加了22.7%、叶绿体到细胞壁的距离增加了56.1%。结果说明缺钾胁迫下越冬期油菜叶片反应中心受损、叶绿体结构破坏等非气孔因素是导致其叶片光合速率下降的主要原因。
  (3)缺钾条件下叶片钾含量、光合速率(Pn)、最大羧化速率(Vc,max)、最大电子传递速率(Jmax)显著下降。通过光合作用限制定量化分析发现缺钾胁迫下气孔限制(SL)、叶肉限制(MCL)和生化限制(BL)共同限制了Pn,其限制值分别为18.2%、17.5%和3.4%。除净光合速率降低外,与正常供钾处理相比,钾素胁迫导致了羧化系统(PC)和生物力能学组分(PB)的氮素分配比例明显降低。可见,在本研究条件下缺钾导致的气孔限制和叶肉限制是光合速率下降的主导因素,羧化系统氮分配比例减少是最大羧化速率下降的原因之一。
  (4)去库前期(去库7 d)叶片的光合速率显著降低,在-K(0kg K2O hm-2)处理中这种抑制作用比+K(120kg K2O hm-2)处理显著。相关性分析发现,-K处理叶片光合速率和碳水化合物含量存在显著的负相关关系,而在+K处理不存在负相关关系,说明-K处理光合速率的下降与光合反馈抑制有关。去库后期(去库14和21d)叶片中仍存在光合产物积累,但光合产物积累与光合速率之间不存在负相关关系,说明该阶段光合反馈抑制并未发生。相反,去库叶片与高库处理相比,钾含量更高,叶绿体结构完善,光系统Ⅱ活性较强,因此光合速率更高。由此可见,去库通过光合反馈抑制能够短期抑制光合速率,缺钾通过光合产物积累以及降低引起光合抑制的碳水化合物含量的阈值等途径加剧该抑制效应。长期去库和充足的钾素供应能够延缓叶绿体降解从而保证较高的光合速率。通过本研究可以发现,源库关系调节叶片光合速率的过程与叶片的营养状况有关。
[硕士论文] 李纯燕
作物学 内蒙古民族大学 2017(学位年度)
摘要:试验于2014—2015年在内蒙古民族大学农场进行,设秸秆深翻还田(DR)和秸秆旋耕还田(RR)2个处理,以旋耕不还田为对照(CK),研究了不同耕作措施下秸秆还田当年和次年对耕层土壤及春玉米生产性能的影响。结果表明:
  不同耕作措施下秸秆还田对产量的影响主要表现在穗粒数和千粒重上,还田当年秸秆深翻还田处理产量最高,较秸秆旋耕还田和秸秆不还田分别高6.51%和13.65%,差异均达到显著水平;还田次年秸秆深翻还田和旋耕还田均较秸秆不还田分别高10.85%和1.45%,差异达到显著水平,但深翻还田与旋耕还田之间的差异不显著。
  不同耕作措施下秸秆还田对土壤微生物量的影响3个处理间差异最大的土层为0~10cm处,说明秸秆深翻还田和旋耕还田对耕层土壤微生物数量的促进作用主要表现在土壤表层。秸秆还田次年深翻还田和旋耕还田较不还田处理增长的幅度大于秸秆还田当年。
  不同耕作措施下秸秆还田对土壤酶活性的影响表现为,还田当年,脲酶和过氧化氢酶3个处理间差异最大的土层为0~10cm土层,蔗糖酶、纤维素酶和碱性磷酸酶活性3个处理间差异最大的土层为10~20cm土层,说明秸秆深翻还田和旋耕还田当年对耕层土壤酶活性的促进作用主要表现在0~10cm和10~20cm处的土壤表层。还田次年,蔗糖酶、脲酶和纤维素酶活性3个处理间差异最大的土层为20~30cm土层,过氧化氢酶活性较不还田增长幅度0~10cm和20~30cm处深翻还田最大,10~20cm处旋耕还田最大,碱性磷酸酶活性较不还田增长幅度0~10cm处旋耕还田最大,10~20cm和20~30cm处深翻还田最大,说明秸秆深翻还田和旋耕还田次年对耕层土壤酶活性的促进作用主要表现在20~30cm土层,尤其是深翻还田的表现更为明显。
  不同耕作措施下秸秆还田对土壤速效养分的影响还田当年碱解氮较不还田增长幅度大的是完熟期,有效磷和速效钾均是吐丝期和完熟期;还田次年碱解氮较不还田增长幅度大的是拔节期和吐丝期,有效磷和速效钾均是拔节期。3个处理间差异最大的土层为0~10cm处,说明秸秆深翻还田和旋耕还田对耕层土壤速效养分的促进作用主要表现在土壤表层。
  对叶面积指数的影响表现为,还田当年深翻还田叶面积指数和群体光合势均明显高于其他两个处理,持绿期长,还田次年深翻还田和旋耕还田均明显高于不还田处理。
  对干物质积累和转运的影响表现为,秸秆还田较不还田有利于干物质的积累和转运,还田当年秸秆深翻和旋耕还田两个处理差异不显著,还田次年秸秆深翻还田处理更显著。
[硕士论文] 李宝昕
作物学 内蒙古民族大学 2017(学位年度)
摘要:本试验通过阐明秸秆腐解向土壤转化的过程,改善了春玉米生长所处的土壤环境,明确了不同秸秆腐熟剂在黑土地的应用效果,从而为玉米高产提供理论参照和玉米栽培技术调控提供理论和实验依据。本研究于2016年进行,试验地点选在兴安盟扎赉特旗黑土地区域,通过测定5种不同秸秆腐熟剂对黑土地土壤物理、化学、生物性状以及玉米产量,得出了结论,结果表明:
  1.秸秆腐熟剂能够加快秸秆腐熟,促进营养成分的快速释放,在苗期、成熟期东北地区气温较低情况下,提高了土壤温度,苗期增幅为1.5%-12.4%,成熟期增幅为10.9%-16.4%,FS4提高幅度最大。
  2.在外界温度较高情况下,提高土壤水分,减少了水分的消耗,拔节期和灌浆期的水分增幅分别为8.5%-26.4%和0.9%-35.8%。
  3.提高了土壤肥力。土壤有机质含量提高了0.5%-3.2%,土壤硝态氮和铵态氮的含量较CK分别提高了2.1%-4.5%和3.3%-6.2%。
  4.改善了土壤理化性质,在0-20cm和20-40 cm土层,蔗糖酶活性,增幅为36.7%-66.9%和5.8%-62.5%。在0-20c m土层,土壤脲酶活性提高幅度为64.5%-109.6%,具体表现为FS4优于FS5优于FS3优于FS1优于FS2优于CK。碱性磷酸酶活性均有不同程度提高,在0-20cm、20-40cm和40-60cm土层,提高幅度分别为17.2%-35.9%、19.2%-32.7%和25.8-67.6%。
  5.光合特性指标均有不同程度的提高,同时玉米产量显著提高,具体表现为FS4>FS5>FS2>FS1>FS3>CK,各处理与对照在0.1水平上表现差异性显著,各处理较CK分别增产722Kg/hm2、547Kg/hm2、337Kg/hm2、262Kg/hm2和229 Kg/hm2。
  综上所述,5种秸秆腐熟剂均能加快秸秆的分解速度,能够加快秸秆腐熟,促进营养成分的快速释放,增加土壤有机质含量,改善土壤理化性质,提高土壤肥力,从而促进玉米前期生长,显著提高玉米产量。
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