有机肥部分替代化学氮肥安全施用及土壤环境容量研究 ——以生菜和水稻为例

论文摘要

长期以来,我国化肥施用量大、肥料施用结构不合理等已造成了严重的资源浪费和环境污染等问题。随着集约化畜禽养殖业发展,我国每年生产38亿吨畜禽养殖废弃物。由畜禽养殖废弃物堆肥产生的有机肥具有改良土壤和提高农产品质量等优势,但其中重金属等有毒有害物质含量也相对偏高,过量施用会造成一定的环境污染风险。本文将侧重于有机肥部分替代化学氮肥的安全施用量及其长期施用对土壤环境容量的影响研究,选用黄斑田、小粉土和培泥砂土三种土壤类型进行生菜盆栽试验,同时选择甬优17、秀水134和甬优538三种水稻品种开展小区试验。试验设置CK（生菜盆栽试验中为不施肥对照;小区试验中为当地常规施肥,即折合225kgNha-1）、F（化肥纯氮减量20%,折合180kgNha-1）、M1（化肥纯氮减量20%基础上,10%的化肥纯氮被有机肥替代,折合180 kgN ha-1）、M2（化肥纯氮减量20%基础上,20%的化肥纯氮被有机肥替代,折合180kgNha-1）、M3（化肥纯氮减量20%基础上,30%的化肥纯氮被有机肥替代,折合180kgNha-1）和M4（化肥纯氮减量20%基础上,40%的化肥纯氮被有机肥替代,折合180kgNha-1）6个处理,研究不同有机肥替代化学氮肥施用比例对土壤环境质量和农产品品质安全的影响,以期制定生菜和水稻种植的最佳有机肥替代化学氮肥施用比例,并进一步基于前期试验数据,采用多元线性回归方法和土壤环境静态容量模型联合预测土壤重金属阈值和土壤环境容量。结果如下:（1）生菜盆栽试验结果表明不同土壤类型上有机肥部分替代化学氮肥施用的最佳比例有显著差异。有机肥部分替代化学氮肥施用使生菜产量和盆栽土壤有机质（SOM）含量显著提高,但也使土壤和生菜重金属含量显著上升,影响土壤环境质量和生菜安全生产。综合考虑有机肥部分替代化学氮肥施用对土壤环境质量、生菜产量和生菜地上部分重金属含量的影响,最终确定黄斑田、小粉土和培泥砂土的最佳有机肥替代化学氮肥比例分别为30%、20%和10%。（2）水稻小区试验结果表明不同水稻品种种植过程中最适宜的有机肥替代化学氮肥施用比例差异显著。当小区试验种植甬优17时,有机肥部分替代化学氮肥施用使土壤pH（H20）降低,土壤Cd和Cu含量显著提高,且籽粒Cd含量明显高于《食品安全国家标准食品中污染物限量》中规定的限量值（0.2 mg/kg）。种植秀水134和甬优538时,M3和M4处理使土壤pH显著提高,电导率（EC）显著降低。试验后土壤Cd和Cu含量显著超过其风险筛选值,水稻籽粒中5种重金属含量均呈现上升趋势,且当替代比例高于30%和10%时,秀水134和甬优538籽粒As含量超过限量标准。综上所述,尽管试验小区存在土壤重金属轻度污染,但种植低积累水稻品种时,仍可以运用有机肥部分替代化学氮肥施用技术,且替代比例分别控制在30%和10%以内可保证秀水134和甬优538的安全生产。（3）利用多元回归方法和土壤环境静态容量模型分别得出了生菜盆栽试验中不同土壤类型和水稻小区试验中不同品种种植条件下的土壤重金属阈值,并对其土壤环境容量进行了预测。结果表明,随着施用年限增长,土壤重金属环境容量和有机肥安全施用环境容量降低,即土壤负载重金属的能力下降。因此为了保证土壤环境质量,需要严格控制有机肥的施用量及施用年限。

论文目录

• 致谢
• 摘要
• Abstract
• 第一章 引言
•   1.1 有机肥部分替代化学氮肥施用的研究意义
•     1.1.1 长期过量施用化肥的不良影响
•     1.1.2 有机肥部分替代化学氮肥施用的优势
•     1.1.3 有机肥部分替代化学氮肥施用面临的挑战
•   1.2 有机肥安全施用的土壤环境容量
•     1.2.1 土壤重金属阈值
•     1.2.2 土壤环境容量
•   1.3 研究目的与技术路线
•     1.3.1 研究目的
•     1.3.2 技术路线
• 第二章 不同土壤类型生菜种植有机肥最佳替代比例确定
•   2.1 材料与方法
•     2.1.1 生菜盆栽试验设计
•     2.1.2 土壤及有机肥基本性状测定
•     2.1.3 土壤及有机肥重金属测定
•     2.1.4 生菜产量及其地上部分重金属含量测定
•     2.1.5 数据处理与分析
•   2.2 有机肥部分替代化学氮肥施用对土壤基本性状的影响
•   2.3 有机肥部分替代化学氮肥施用对土壤重金属含量的影响
•   2.4 有机肥部分替代化学氮肥施用对生菜产量及其地上部重金属含量的影响
•     2.4.1 生菜产量
•     2.4.2 生菜地上部分重金属含量
•   2.5 本章小结
• 第三章 不同水稻种植有机肥替代化学氮肥最佳替代比例确定
•   3.1 材料与方法
•     3.1.1 水稻小区试验设计
•     3.1.2 土壤和水稻样品分析
•   3.2 有机肥部分替代化学氮肥施用对土壤性状的影响
•   3.3 有机肥部分替代化学氮肥施用对土壤重金属含量的影响
•   3.4 有机肥部分替代化学氮肥施用对不同水稻品种籽粒产量及重金属含量的影响
•   3.5 本章小结
• 第四章 土壤重金属阈值及环境容量预测
•   4.1 计算方法
•     4.1.1 土壤重金属阈值计算方法
•     4.1.2 土壤环境容量计算方法
•   4.2 保证安全生产的土壤重金属阈值
•   4.3 有机肥部分替代化学氮肥最佳比例时的土壤环境容量
•   4.4 本章小结
• 第五章 总结与展望
•   5.1 总结
•   5.2 不足与展望
• 参考文献

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 李志洋

导师: 吴劳生

关键词: 土壤重金属,有机肥部分替代化学氮肥,最佳替代比例,重金属阈值,土壤环境容量

来源: 浙江大学

年度: 2019

分类: 基础科学,工程科技Ⅰ辑,农业科技

专业: 自然地理学和测绘学,环境科学与资源利用,环境科学与资源利用,农业基础科学,农业基础科学,农艺学

单位: 浙江大学

分类号: S147;X144;X713

总页数: 79

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