專利名稱：非豆科作物秸稈在酸性紅壤中固定殘留無(wú)機(jī)氮的應(yīng)用及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于酸性土壤調(diào)節(jié)技術(shù)領(lǐng)域，涉及非豆科作物秸稈在酸性紅壤中固定殘留無(wú)機(jī)氮的應(yīng)用及方法。
背景技術(shù)：
在高度集約化條件下，為了大幅度提高農(nóng)作物產(chǎn)量，我國(guó)農(nóng)田土壤氮肥用量持續(xù)增加，但當(dāng)季植物對(duì)氮肥的利用率一般在40%以下。施入土壤中的氮肥除被作物吸收利用外，一部分通過(guò)氨揮發(fā)和氮氧化物釋放到大氣中，一部分隨地表徑流和土壤滲漏水淋失進(jìn)入地表水和地下水，污染水環(huán)境，還有一部分以銨態(tài)氮和硝態(tài)氮等無(wú)機(jī)氮形態(tài)殘留于土壤中。在南方紅壤地區(qū)，前茬與下茬作物之間一般會(huì)間隔比較長(zhǎng)的時(shí)間，在土壤休閑期間殘留于土壤中的銨態(tài)氮會(huì)通過(guò)硝化反應(yīng)進(jìn)一步轉(zhuǎn)化為硝態(tài)氮，這部分硝態(tài)氮連同前茬殘留的硝態(tài)氮會(huì)隨雨水淋失，這不僅導(dǎo)致土壤氮素養(yǎng)分的損失，還污染地表水和地下水，增加水體的富營(yíng)養(yǎng)化。另一方面，這一過(guò)程中發(fā)生的硝化反應(yīng)還導(dǎo)致土壤的進(jìn)一步酸化。因此，如果能夠采取有效的技術(shù)措施將殘留的無(wú)機(jī)氮固定于土壤中，一方面可以減少氮素的損失，使殘留的氮為下茬和后續(xù)作物吸收利用，另一方面還可以減少農(nóng)田氮素?fù)p失對(duì)水體富營(yíng)養(yǎng)化的加速作用及硝化反應(yīng)對(duì)土壤酸化的加速作用。申請(qǐng)人:公開(kāi)了利用豆科植物物料和化學(xué)硝化抑制雙氰胺制備的高效酸性土壤改良劑，該技術(shù)中主要利用豆科植物本身所含的大量的堿性物質(zhì)中和土壤酸度，同時(shí)利用雙氰胺抑制豆科植物中有機(jī)氮礦化產(chǎn)生的銨態(tài)氮的硝化反應(yīng)釋放的質(zhì)子對(duì)改良的不利影響。 本發(fā)明中，主要利用非豆科植物對(duì)土壤原有無(wú)機(jī)氮轉(zhuǎn)化的抑制作用，達(dá)到減緩?fù)寥肋M(jìn)一步酸化的目的。我國(guó)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中每年都會(huì)產(chǎn)生大量的作物秸稈等農(nóng)業(yè)廢棄物，我們研究發(fā)現(xiàn)向土壤中添加非豆科類作物秸稈可以增加土壤無(wú)機(jī)氮的固定，減少土壤無(wú)機(jī)形態(tài)氮數(shù)量，因此可以據(jù)此研發(fā)土壤無(wú)機(jī)氮的固定方法。我國(guó)農(nóng)作物秸稈資源豐富，廉價(jià)易得，施用農(nóng)作物秸稈不會(huì)帶入任何有害物質(zhì)，是一種綠色固定技術(shù)。

發(fā)明內(nèi)容
技術(shù)問(wèn)題本發(fā)明的目的是針對(duì)我國(guó)農(nóng)田中銨態(tài)氮肥的大量施用導(dǎo)致較多無(wú)機(jī)氮?dú)埩粲谕寥乐?，增加了氮素淋失和加速水體富營(yíng)養(yǎng)化的風(fēng)險(xiǎn)，還會(huì)加速土壤酸化等問(wèn)題，提供一種以植物秸稈為原料制備的無(wú)機(jī)氮固定劑，用于固定土壤中的無(wú)機(jī)氮，將殘留的無(wú)機(jī)氮轉(zhuǎn)化物有機(jī)氮儲(chǔ)存于土壤中，由于抑制了土壤銨態(tài)氮硝化反應(yīng)，這一方法還減緩?fù)寥浪峄?，保障農(nóng)田土壤的持續(xù)生產(chǎn)能力。技術(shù)方案非豆科作物秸稈在酸性紅壤中固定殘留無(wú)機(jī)氮的應(yīng)用。一種利用非豆科作物秸稈在酸性紅壤中固定殘留無(wú)機(jī)氮的方法，步驟為將非豆科作物秸稈曬干后粉碎，再以占土壤干重的的比例與土壤混合。所述非豆科作物秸稈為總氮含量低于物料干重1%的農(nóng)作物秸稈。所述非豆科作物秸稈為油菜秸稈、小麥秸稈或稻草秸稈。所述酸性土壤為酸性紅黃壤。有益效果將含氮量較低(小于物料干重的1%)的植物秸稈加入土壤，導(dǎo)致土壤中的銨態(tài)氮和硝態(tài)氮等無(wú)機(jī)氮轉(zhuǎn)化為有機(jī)氮儲(chǔ)存于土壤中，為下季作物利用，減少了土壤中氮素的損失以及農(nóng)田土壤氮素對(duì)水體的污染。由于這一過(guò)程也抑制了土壤銨態(tài)氮向硝態(tài)氮的轉(zhuǎn)化，因此也減緩了土壤的酸化。由于我國(guó)作物秸稈等農(nóng)業(yè)廢棄物資源非常豐富，而且處置困難，因此本技術(shù)的應(yīng)用也為農(nóng)業(yè)廢棄物的資源化利用提供新途徑。


圖1為安徽紅壤恒溫培養(yǎng)過(guò)程中添加稻草和油菜秸稈與不加植物秸稈的對(duì)照體系土壤銨態(tài)氮的動(dòng)態(tài)變化；
圖2為安徽紅壤恒溫培養(yǎng)過(guò)程中添加稻草和油菜秸稈與不加植物秸稈的對(duì)照體系土壤硝態(tài)氮(no3-+NO2_)的動(dòng)態(tài)變化；
圖3為安徽紅壤恒溫培養(yǎng)過(guò)程中添加稻草和油菜秸稈與不加植物秸稈的對(duì)照體系土壤PH的動(dòng)態(tài)變化；
圖4為江西紅壤恒溫培養(yǎng)過(guò)程中添加油菜秸稈、小麥秸稈和稻草與不加植物秸稈的對(duì)照體系土壤銨態(tài)氮的動(dòng)態(tài)變化；
圖5為江西紅壤恒溫培養(yǎng)過(guò)程中添加油菜秸稈、小麥秸稈和稻草與不加植物秸稈的對(duì)照體系土壤硝態(tài)氮(Ν03_+Ν02_)的動(dòng)態(tài)變化。圖6為江西紅壤恒溫培養(yǎng)過(guò)程中添加油菜秸稈、小麥秸稈和稻草與不加植物秸稈的對(duì)照體系土壤PH的動(dòng)態(tài)變化；
具體實(shí)施例方式實(shí)施例1
植物材料的準(zhǔn)備——將作物籽粒收獲后殘留的稻草和油菜秸稈曬干，然后用粉碎機(jī)粉碎，儲(chǔ)存?zhèn)溆谩０不占t壤中的作物秸稈對(duì)無(wú)機(jī)氮的固定效果與土壤pH變化——稱取350 g采自安徽皖南的酸性紅壤(風(fēng)干土)，一組以10 g/kg的比例加入粉碎的植物秸稈，另一組則以 20 g/kg的比例加入同類植物秸稈，充分混合均勻后放入塑料燒杯中，添加去離子水將土壤含水量調(diào)節(jié)至土壤田間持水量的70%wt，用保鮮膜封口塑料杯，并在其中間留一個(gè)小孔，以便氣體交換并減少水分損失。然后將塑料杯置于25°C的恒溫培養(yǎng)箱中恒溫培養(yǎng)，每隔3天稱重并補(bǔ)充水分，以保持土壤含水量恒定。在培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)開(kāi)始后定期取出少量新鮮土樣，測(cè)定土壤PH值；將取出的部分新鮮土樣風(fēng)干、磨細(xì)后過(guò)0. 25 mm篩，該樣品用于測(cè)定土壤的銨態(tài)氮和硝態(tài)氮(Ν03_+Ν02_)。培養(yǎng)過(guò)程中土壤銨態(tài)氮和硝態(tài)氮的動(dòng)態(tài)變化如圖1和圖2所示，結(jié)果表明不加秸稈的對(duì)照體系，培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)開(kāi)始時(shí)銨態(tài)氮逐漸增加，說(shuō)明土壤中有機(jī)氮礦化形成銨態(tài)氮；從第20天起，土壤銨態(tài)氮持續(xù)下降，至50天后變化趨緩。不加秸稈的對(duì)照體系硝態(tài)氮含量在整個(gè)培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)期間持續(xù)增加，說(shuō)明對(duì)照體系中發(fā)生硝化反應(yīng)，這是導(dǎo)致土壤PH下降、土壤發(fā)生酸化的原因(圖3)。由于培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)中沒(méi)有添加外源氮，因此土壤中的這些氮主要來(lái)源于化肥氮的殘留。添加油菜秸稈和稻草后，土壤銨態(tài)氮和硝態(tài)氮均處于很低水平，特別是添加油菜秸稈處理，土壤硝態(tài)氮幾乎為0，說(shuō)明添加2種非豆科作物秸稈導(dǎo)致土壤無(wú)機(jī)氮向有機(jī)氮轉(zhuǎn)化，使無(wú)機(jī)氮固定于土壤中。添加20 g/kg稻草對(duì)無(wú)機(jī)氮的固定作用大于添加10 g/kg稻草處理，添加20 g/kg油菜秸稈處理的效果與添加10 g/kg油菜秸稈處理相似。這說(shuō)明油菜秸稈比稻草對(duì)土壤無(wú)機(jī)氮有更好的固定效果。圖3結(jié)果說(shuō)明， 添加油菜秸稈和稻草抑制了銨態(tài)氮的硝化反應(yīng)，減緩了土壤的酸化過(guò)程，因此添加作物秸稈處理的土壤PH高于對(duì)照處理。添加20 g/kg稻草處理的效果好于添加10 g/kg稻草處理的，與稻草對(duì)氮固定的效果一致。添加10 g/kg和20 g/kg的油菜秸稈，兩處理之間pH 的差異不大，說(shuō)明10 g/kg的加入量已足夠阻止pH的下降。因此，添加非豆科類植物秸稈稻草和油菜秸稈促進(jìn)土壤銨態(tài)氮和硝態(tài)氮向有機(jī)氮轉(zhuǎn)化，使氮素固定于土壤中，同時(shí)也減緩了土壤酸化。
實(shí)施例2
作物秸稈的準(zhǔn)備——同實(shí)施例1，但除了油菜秸稈和稻草，還選用了小麥秸稈。江西紅壤中作物秸稈對(duì)無(wú)機(jī)氮的固定效果與土壤pH變化——實(shí)驗(yàn)方法同實(shí)施例 1，但僅設(shè)計(jì)10 g/kg—個(gè)秸稈加入量，培養(yǎng)時(shí)間持續(xù)75天。培養(yǎng)期間土壤銨態(tài)氮和硝態(tài)氮的動(dòng)態(tài)變化如圖4和圖5所示，結(jié)果表明，不加秸稈的對(duì)照處理，土壤銨態(tài)氮持續(xù)下降，而土壤硝態(tài)氮持續(xù)增加，說(shuō)明土壤中發(fā)生硝化反應(yīng)，并導(dǎo)致土壤酸化(圖6)。添加油菜秸稈、小麥秸稈和稻草，土壤銨態(tài)氮隨培養(yǎng)時(shí)間增加迅速減小，約在15天達(dá)最低值，隨后一直保持很低水平(圖4)。圖5中，添加三種植物秸稈后土壤硝態(tài)氮一直處于很低的水平，比對(duì)照處理低得多。這些結(jié)果說(shuō)明，添加非豆科植物物料后，土壤無(wú)機(jī)氮向有機(jī)氮轉(zhuǎn)化，并固定于土壤中，土壤無(wú)機(jī)形態(tài)氮含量減小。圖6結(jié)果表明，添加植物秸稈抑制了銨態(tài)氮的硝化反應(yīng)， 減緩了土壤酸化，培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)結(jié)束時(shí)，添加植物秸稈處理的土壤PH約比對(duì)照處理高0. 5-0. 7。 因此，添加植物秸稈對(duì)江西紅壤中的無(wú)機(jī)氮起到了很好的固定作用，并對(duì)土壤酸化起到阻控作用。
權(quán)利要求
1.非豆科作物秸稈在酸性紅壤中固定殘留無(wú)機(jī)氮的應(yīng)用。
2.一種利用非豆科作物秸稈在酸性紅壤中固定殘留無(wú)機(jī)氮的方法，其特征在于步驟為將非豆科作物秸稈曬干后粉碎，再以占土壤干重的的比例與土壤混合。
3.如權(quán)利要求2所述的一種利用非豆科作物秸稈在酸性紅壤中固定殘留無(wú)機(jī)氮的方法，其特征在于所述非豆科作物秸稈為總氮含量低于物料干重1%的農(nóng)作物秸稈。
4.如權(quán)利要求2所述的一種利用非豆科作物秸稈在酸性紅壤中固定殘留無(wú)機(jī)氮的方法，其特征在于所述非豆科作物秸稈為油菜秸稈、小麥秸稈或稻草。
5.如權(quán)利要求2所述的一種利用非豆科作物秸稈在酸性紅壤中固定殘留無(wú)機(jī)氮的方法，其特征在于所述酸性土壤為酸性紅黃壤。
全文摘要
非豆科作物秸稈在酸性紅壤中固定殘留無(wú)機(jī)氮的應(yīng)用及方法,一種利用非豆科作物秸稈在酸性紅壤中固定殘留無(wú)機(jī)氮的方法，步驟為將非豆科作物秸稈曬干后粉碎，再以占土壤干重的1%~2%的比例與土壤混合。所述非豆科作物秸稈為總氮含量低于物料干重1%的農(nóng)作物秸稈。所述非豆科作物秸稈為油菜秸稈、小麥秸稈或稻草秸稈。所述酸性土壤為酸性紅黃壤。農(nóng)作物秸稈豐富，廉價(jià)易得，施用農(nóng)作物秸稈不會(huì)帶入任何有害物質(zhì)，是一種固定土壤無(wú)機(jī)氮素和調(diào)控土壤酸度的綠色方法。
文檔編號(hào)C09K17/14GK102212369SQ20111009798
公開(kāi)日2011年10月12日 申請(qǐng)日期2011年4月19日 優(yōu)先權(quán)日2011年4月19日
發(fā)明者徐仁扣, 李九玉, 王寧, 袁金華 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院南京土壤研究所