本文關(guān)鍵詞：秸稈還田供鉀效果與調(diào)控土壤供鉀的機制研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：鉀是作物必需的大量元素之一,而作物吸收的鉀主要來自土壤。施用鉀肥能夠很好地補充土壤鉀素,但鑒于我國水溶性鉀肥資源相對短缺的局面,一方面要優(yōu)化鉀肥施用、提高鉀肥利用率;另一方面拓寬鉀肥資源途徑具有重要的現(xiàn)實意義,比如豐富的秸稈鉀和其它含鉀巖石物料等均是潛在的鉀素資源。本文通過數(shù)據(jù)調(diào)查、田間試驗和室內(nèi)模擬,系統(tǒng)研究了秸稈鉀資源(以湖北省為例)的種類、分布特征,秸稈鉀替代化肥鉀的效果以及秸稈腐解(有機酸)對含鉀礦物黑云母的表面溶解,為秸稈鉀素資源的合理利用提供依據(jù)。主要研究結(jié)果如下:(1)湖北省秸稈資源量和秸稈鉀素量年均分別為2 892萬t/年和48.3萬t/年,水稻、油菜、小麥、玉米和棉花秸稈量占到全省秸稈總量的92.5%,屬優(yōu)勢秸稈資源。根據(jù)2013年統(tǒng)計結(jié)果,湖北省作物秸稈和秸稈鉀資源主要分布在襄陽市、荊州市、黃岡市、荊門市、孝感市和宜昌市6個地區(qū),累計分別占到全省總量的74.6%和74.0%,即江漢平原和鄂東丘陵地區(qū)是秸稈資源的主產(chǎn)區(qū)�；诤笔〗�(jīng)濟社會發(fā)展現(xiàn)狀,提出秸稈直接還田是秸稈資源利用最根本的途徑,也是增加糧食產(chǎn)量和培肥地力的重要措施;同時建議秸稈還田應(yīng)因地制宜,根據(jù)地域差異建立完善的技術(shù)體系。(2)水稻秸稈鉀和化肥鉀在水-土體系中主要以交換態(tài)鉀存在,其次是水溶態(tài)鉀。隨著外源鉀用量的增加,鉀離子易被土壤固定;且在等量條件下,秸稈鉀處理的交換態(tài)鉀比例高于化肥鉀處理,而非交換態(tài)鉀所占比例則相反。因此,在一定外源鉀用量范圍內(nèi),土壤對秸稈鉀和化肥鉀的固定沒有顯著差異,而當(dāng)用量超過閾值時,秸稈的投入會降低土壤對鉀素的固定。因此,秸稈鉀和化肥鉀具有相似的化學(xué)性質(zhì),能夠進(jìn)行替代施用。另外,在秸稈腐解、鉀離子釋放過程中,秸稈腐解物可以重新吸附環(huán)境中的鉀離子,且受到腐解時期和外源鉀素濃度的雙重影響。作物秸稈可以在腐解初期通過吸收水溶液而固定大量的鉀離子,也可以在腐解后期通過化學(xué)途徑和物理途徑吸附鉀離子,這些固持的鉀離子又可供下季作物吸收利用。(3)早稻-晚稻-冬油菜輪作秸稈還田定位試驗7年結(jié)果表明,秸稈還田(翻壓或覆蓋)均能顯著提高作物產(chǎn)量和養(yǎng)分吸收量,以油菜籽增產(chǎn)效果最為明顯。無論傳統(tǒng)翻耕秸稈還田還是免耕秸稈覆蓋均能提高雙季稻-油菜輪作體系的生產(chǎn)力、起到培肥地力的積極效應(yīng)。秸稈還田可顯著提高農(nóng)田系統(tǒng)氮和鉀的盈余量。因此,氮肥和鉀肥用量可進(jìn)行適當(dāng)減少,以便充分利用秸稈氮鉀資源。單季秸稈還田替代鉀肥試驗表明,施鉀肥和秸稈還田均能增加水稻產(chǎn)量和地上部鉀素累積量,增產(chǎn)效果以秸稈還田配施鉀肥最好。秸稈還田條件下,中、高鉀土壤(速效鉀含量100 mg/kg),水稻季鉀肥用量可以比推薦用量減少20.0~49.1%;而低鉀土壤(速效鉀含量100 mg/kg)當(dāng)前鉀肥用量不足,應(yīng)適當(dāng)進(jìn)行增施,以保證增產(chǎn)效果和培肥地力。高鉀土壤長期秸稈還田替代鉀肥水旱輪作定位試驗(3年)表明,一個輪作周期后施用鉀肥和秸稈還田具有明顯的增產(chǎn)效果,尤以冬油菜增產(chǎn)效果最為明顯,但仍以秸稈還田配施鉀肥效果最好。秸稈還田對水稻和冬油菜三年平均的鉀肥吸收利用率沒有顯著影響,但顯著提高了冬油菜季的鉀肥農(nóng)學(xué)利用率。同鉀肥利用率相比,秸稈還田配施鉀肥后的鉀素利用率和鉀素農(nóng)學(xué)利用率均有所降低。在連續(xù)秸稈還田條件下,水稻季年均鉀肥用量可以減少42.2%,并能維持施鉀肥的產(chǎn)量水平;冬油菜年均鉀肥用量可以減少31.2%,同時比施鉀獲得更高的產(chǎn)量水平。長期秸稈還田配施鉀肥可以有效緩解水旱輪作體系土壤鉀素虧缺狀態(tài)并顯著提高土壤速效鉀含量以及促進(jìn)非交換性鉀向交換態(tài)的轉(zhuǎn)化并維持新的動態(tài)平衡。(4)有機酸和含鉀礦物表面短時間反應(yīng)結(jié)果表明,含鉀礦物黑云母的溶解是從(001)面上的臺階、碎片和凹坑邊緣開始。檸檬酸溶液能夠顯著提高K、Si和Al的釋放速率和表面溶解速率,且隨著p H的升高呈下降趨勢。在p H 4.0的檸檬酸溶液中反應(yīng)70 min后,黑云母表面上產(chǎn)生比p H 6.0和8.0的檸檬酸溶液處理更多的蝕坑。而長時間的反應(yīng)結(jié)果顯示,在p H 4.0的弱酸水溶液中反應(yīng)24 h時,黑云母(001)面上有微型蝕坑出現(xiàn),其深度介于0.1~0.9 nm之間,表面變得比較粗糙;反應(yīng)96 h時,黑云母(001)面上蝕坑較為明顯,但僅占總表面的4.8%,蝕坑的深度平均為0.957 nm;反應(yīng)140 h時,黑云母(001)面上有不穩(wěn)定的覆蓋物沉積,阻礙表層溶解過程的持續(xù)進(jìn)行。在p H 4.0的檸檬酸溶液中,經(jīng)過24 h培養(yǎng),(001)面上有大量的蝕坑出現(xiàn),單層溶解現(xiàn)象明顯;48 h時,表面臺階溶解速率顯著提高,溶解面積可達(dá)總表面的48.7%;140 h時,(001)面上有圓形狀脹裂發(fā)生,表層(高度,1~2 nm)發(fā)生破裂,產(chǎn)生較多的黑云母碎片,溶解速率進(jìn)一步加快。隨著檸檬酸溶液中Na+濃度的增加,表層溶解速率增大,(001)面上也有次生覆蓋物沉積。同時,界面上Na+-K+交換作用加劇,表層結(jié)構(gòu)(高度,2~10 nm)脹裂現(xiàn)象更加明顯。隨著反應(yīng)時間的延長,140 h時,黑云母(001)面的深層結(jié)構(gòu)(深度,~20 nm)亦逐漸隆起并引起周邊區(qū)域產(chǎn)生裂縫(深度,0.1~1.9 nm),最終導(dǎo)致表層微結(jié)構(gòu)區(qū)域水化,形成含鈉水化云母。因此,在復(fù)雜的根際環(huán)境中,有機酸在礦物溶解和礦質(zhì)元素釋放過程中具有先促進(jìn)、后抑制的雙重效應(yīng)。但從長期土壤管理方面考慮,這一過程中對維持土壤結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性有著積極作用。
【關(guān)鍵詞】：秸稈資源 鉀素 鉀肥利用率 含鉀礦物 溶解 次生礦物
【學(xué)位授予單位】：華中農(nóng)業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：S158.5
【目錄】：

• 摘要7-10
• ABSTRACT10-14
• 縮略詞表14-15
• 1 緒論15-41
• 1.1 世界秸稈資源概況16-22
• 1.2 中國農(nóng)作物秸稈資源22-28
• 1.3 長期秸稈還田效益28-37
• 1.3.1 長期秸稈還田對養(yǎng)分固持和釋放的影響28-32
• 1.3.2 長期秸稈還田對化肥施用的替代作用32-35
• 1.3.3 長期秸稈還田養(yǎng)分管理35-37
• 1.4 鉀礦資源37-41
• 2 課題研究意義、內(nèi)容和技術(shù)路線41-45
• 2.1 課題研究意義41-42
• 2.2 研究內(nèi)容42-44
• 2.2.1 湖北省農(nóng)作物秸稈資源評估與對策42
• 2.2.2 秸稈鉀素釋放與再吸附機理研究42
• 2.2.3 秸稈直接還田替代化學(xué)鉀肥效果研究42-43
• 2.2.4 有機酸對含鉀礦物表面溶解和結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)化的影響43-44
• 2.3 技術(shù)路線44-45
• 3 湖北省農(nóng)作物秸稈資源評估與對策45-54
• 3.1 前言45-46
• 3.2 材料與方法46-47
• 3.3 結(jié)果與分析47-52
• 3.4 秸稈資源利用對策52-53
• 3.5 小結(jié)53-54
• 4 秸稈鉀素釋放與再吸附機理研究54-75
• 4.1 水稻秸稈鉀與化肥鉀釋放與分布特征模擬研究54-63
• 4.1.1 前言54
• 4.1.2 材料與方法54-56
• 4.1.3 結(jié)果與分析56-60
• 4.1.4 討論60-62
• 4.1.5 小結(jié)62-63
• 4.2 不同腐解時期水稻秸稈對鉀離子釋放與吸附影響的動力學(xué)研究63-75
• 4.2.1 前言63-64
• 4.2.2 材料與方法64-67
• 4.2.3 結(jié)果與分析67-70
• 4.2.4 討論70-74
• 4.2.5 小結(jié)74-75
• 5 秸稈直接還田替代化學(xué)鉀肥效果研究75-117
• 5.1 秸稈還田方式對稻-稻-油輪作系統(tǒng)生產(chǎn)力、養(yǎng)分循環(huán)及土壤肥力的影響75-94
• 5.1.1 前言75-76
• 5.1.2 材料與方法76-79
• 5.1.3 結(jié)果與分析79-88
• 5.1.4 討論88-92
• 5.1.5 小結(jié)92-94
• 5.2 稻田不同供鉀能力條件下秸稈還田替代鉀肥效果研究94-106
• 5.2.1 前言94-95
• 5.2.2 材料與方法95-98
• 5.2.3 結(jié)果與分析98-102
• 5.2.4 討論102-105
• 5.2.5 小結(jié)105-106
• 5.3 水稻-油菜輪作模式下還田秸稈替代鉀肥效應(yīng)研究106-117
• 5.3.1 前言106-107
• 5.3.2 材料與方法107-109
• 5.3.3 結(jié)果與分析109-113
• 5.3.4 討論113-115
• 5.3.5 小結(jié)115-117
• 6 有機酸對含鉀礦物表面溶解和結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)化的影響117-142
• 6.1 不同pH條件下檸檬酸對黑云母溶解和轉(zhuǎn)化的影響117-129
• 6.1.1 前言117-119
• 6.1.2 材料與方法119-121
• 6.1.3 結(jié)果與分析121-125
• 6.1.4 討論125-128
• 6.1.5 小結(jié)128-129
• 6.2 酸性檸檬酸鹽對黑云母表面溶解和微結(jié)構(gòu)變化的影響129-142
• 6.2.1 前言129-130
• 6.2.2 材料與方法130-132
• 6.2.3 結(jié)果與分析132-138
• 6.2.4 討論138-141
• 6.2.5 小結(jié)141-142
• 7 全文總結(jié)與展望142-146
• 7.1 主要結(jié)論142-144
• 7.2 研究課題創(chuàng)新點144-145
• 7.3 展望145-146
• 參考文獻(xiàn)146-163
• 附錄163-166
• 致謝166-168

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：313359