小麦秸秆全量还田、沼液灌溉和增施生物培肥基质对水稻幼苗生长和矿质营养吸收的影响开题报告

本课题的意义、国内外研究概况、应用前景等（列出主要参考文献）

1 小麦秸秆全量还田和增施生物培肥基质对水稻生长的意义

我国秸秆资源丰富, 秸秆年产量高达数亿吨 。农作物秸秆是一种含碳丰富的能源物质, 是保持和提高土壤肥力的重要物质基础^[1-2],但秸秆利用率不高，大部分秸秆被焚烧，不仅导致环境污染，还造成资源浪费，秸秆还田是秸秆的一种重要利用方式。

秸秆还田不但可以解决秸秆的环境污染问题，也可以促进农村养分资源的循环利用和农业可持续发展 。

水稻是我国重要的粮食作物之一，长期以来大量施用化肥是保证水稻高产和稳产的一项重要措施^[3]，但由于长期施用大量的化肥，造成土壤肥力下降、土壤板结、改变土壤酸碱度等土壤危害，过量的化肥施用造成严重环境污染和农产品质量下降，秸秆还田和增施生物培肥基质不仅可以解决秸秆过剩问题，还可以减少化肥的使用，减轻环境污染，降低农民的生产成本，改良土壤性状。陈新红等研究表明 ,小麦秸秆还田后水稻增产 6.5%以上 , 稻米品质得到改善 ^[7]。

秸秆全量还田虽然已在水稻、小麦等粮食作物生产上得到了广泛应用，但是秸秆还田率低，秸秆腐解速度慢，水稻生长前期秸秆降解会产生有害物质^[8]。增施生物培肥基质可以加快秸秆腐熟速度，降解秸秆降解产生的有害物质。

2 小麦秸秆全量还田和增施生物培肥基质国内外研究概况

2.1小麦秸秆腐解特征

小麦秸秆全量还田后1个月内快速腐解，至还田第30d腐解了31.74%～52.16%

，之后腐解相对缓慢，仅在原有基础上腐解了4.34%～11.28%^[4]。

2.2小麦秸秆全量还田对土壤理化性质的影响

秸秆还田对作物生长和土壤的改良已经有很多的研究，如在李继福等人的研究中，发现正常使用钾肥的增产效果虽是优于单独使用秸秆还田的,但秸秆还田配合使用钾肥的增长效果又要优于使用钾肥的^[5]。以此来看,利用秸秆还田技术,可以部分替代化肥的效果,减轻化肥使用和秸秆燃烧对于自然环境的破坏。张振江^[6]研究了长期麦秆还田对作物产量与土壤肥力的影响，结果表明麦秆还田可使作物增产，并能明显增加土壤有机质和有效氮磷。

2.3小麦秸杆全量还田对水稻生长发育和产量的影响

小麦秸秆全量还田能增加有效穗数，提高水稻产量 ,并提高水稻结实率和成穗率^[9]，有报道表明,小麦秸秆还田水稻一般增产5% ～ 8%^[10],杨思存等发现小麦秸秆全量还田抑制水稻前期生长 ,而促进水稻后期生长。这是由于秸秆分解过程中能产生丁酸、阿魏酸、吡喃糖 、二羧酸甲基酯等他感化合物, 对水稻苗期生长产生毒害作用^[11]。

小麦秸秆全量还田可延长叶片的功能期 , 进而提高叶片净光合速率,秸秆还田后水稻根量大 ,根系伤流量多, 叶片光合速率提高 ,叶色衰老较慢^[9]。徐国伟等认为这是植株衰老慢 、干物质累积量高的重要保证 ,也是水稻高产的重要途径^[12]。

3.小麦秸秆全量还田和增施生物培肥基质应用前景

秸秆还田能够部分代替化肥农药的效果,且长期秸秆还田可以提高土壤肥力，改良土壤性状,降低因施用化肥和焚烧秸秆所造成的环境污染，对于提高农作物的产量和品质有积极作用。但秸秆腐解速度慢，并在腐解过程中会产生有害物质，增施生物培肥基质可以解决这一问题。

参考文献

[1]廉洁, 任万青.我国农业秸杆综合利用的现状与发展趋势.科技创业月刊, 2008, (8):86 ～ 87

[2]郝淑玲.小麦秸秆还田技术在农业中的合理利用与发展.农业科学苑,2006, (4):182 ～ 185

[3]黄俏丽.秸秆还田和施氮量对水稻产量形成的影响.

[4]刘萌.全量还田麦秸秆腐解特征及对土壤理化性质和水稻产量形成的影响。

[5]李继福,鲁剑巍,任涛,等.稻田不同供钾能力下秸秆还田替代钾肥效果[J]. 中国农业科学, 2004, 47(2):292-302.

[6]张振江. 长期麦秆直接还田对作物产量与土壤肥力的影响[J]. 土壤通报, 1998, 29（4）：154-155.

[7]陈新红,叶玉秀, 许仁良, 等.小麦秸秆还田量对水稻产量和品质的影响[ J] .作物杂志, 2009(1):54-56.

[8]杨思存, 霍琳, 王建成.秸秆还田的生化他感效应研究初报[ J] .西北农业学报, 2005, 14(1):52-56.

[9]李勇 ,曹红娣, 邓九胜,朱荣松 ,白洁瑞, 周航.小麦秸秆全量还田对土壤速效氮及水稻产量的影响[J].生态与农村环境学报，2009,25（4）：46-51

[10]江永红, 宇振荣, 马永良.小麦秸秆还田对农田生态系统及作物生长的影响[ J] .土壤通报, 2001, 32(5):209-213.

[11]杨思存, 霍琳, 王建成.秸秆还田的生化他感效应研究初报[ J] .西北农业学报, 2005, 14(1):52-56

[12] 徐国伟,吴长付, 刘辉, 等.小麦秸秆还田与实施氮肥管理对水稻产量及品质的影响 [ J] .中国农学通报, 2006, 22(10):209-215

研究方法、技术路线、实验方案及可行性分析

1.研究方法

水稻生长及产量测定：水稻移栽后每隔一段时间调查每小区分蘖动态，各小区定点调查 10 穴，直至分蘖数稳定；在水稻幼苗期、分蘖前期、分蘖后期、拔节期、孕穗

期、抽穗期、灌浆期、黄熟期主要生育期对株高、叶片叶绿素相对含量（SPAD）及地上部分干物质量进行测定；于水稻成熟期，在各小区内取代表性植株 5 穴，测每穗总粒数、每穗实粒数、千粒重等，按小区单收计实际产量。

叶绿素含量测定：取水稻叶片，用剪刀剪碎(长1cm以下), 各处理分别称 2 g 鲜重, 放入带塞的三角瓶中,并分别用95%乙醇和80%丙酮作为浸提液, 将浸提液小心倾入 100ml容量瓶中,定容至100ml。摇匀后, 吸 5 ml 该液于 50 ml 容量瓶中, 用 95%乙醇和80%丙酮分别定容至50ml, 然后用分光光度计比色测定。

氮磷含量的测定：采用钼锑抗比色法测定磷含量，凯氏定氮法测定氮含量。

小麦秸秆腐解速率的测定：每隔5天，观察秸秆的颜色、气味、腐熟度。。将颜色由浅到深依次分为黄褐、褐、深褐、黑褐、黑; 将气味由轻到重依次分为微腐味、霉腐味、腐烂味; 将腐烂度由轻到重依次分为较软、软、很软、微腐、腐烂) 。

2.技术路线

3.实验方案

用周转箱（长60 cm，宽44.5 cm，深40 cm）培养试验材料，装土。设置下列不同处理：（1）对照【不做任何处理】；添加腐熟剂100 kg/亩【40.03 g腐熟剂/箱】；（3）添加腐熟剂200 kg/亩【80.06 g腐熟剂/箱】；（4）添加腐熟剂（300 kg/亩）【120.09 g腐熟剂/箱】；秸秆还田（350 kg/亩；1.82 kg N/亩），再补充化肥（5.68kgN/亩）【140 g 秸秆/箱 15 g NPK复合肥/箱】；（6）小麦秸秆全量还田（350 kg/亩） 化肥 腐熟剂（100 kg/亩）【140 g秸秆/箱 15 g NPK复合肥/箱 40.03 g腐熟剂/箱】；（7）秸秆还田 化肥 腐熟剂（200 kg/亩）【140 g秸秆/箱 15 g NPK复合肥/箱 80.06 g腐熟剂/箱】；（8）秸秆还田 化肥 腐熟剂（300 kg/亩）【140 g秸秆/箱 15 g NPK复合肥/箱 120.09 g腐熟剂/箱】；（9）秸秆还田 沼液（5.68 kg N/亩）【140 g秸秆/箱 3.77 L沼液】；（10）秸秆还田 沼液 腐熟剂（100 kg/亩）【140 g秸秆/箱 3.77 L沼液 40.03 g腐熟剂/箱】；11. 秸秆还田 沼液 腐熟剂（200 kg/亩）【140 g秸秆/箱 3.77 L沼液 80.06 g腐熟剂/箱】；12. 秸秆还田 沼液 腐熟剂（300 kg/亩）【140 g秸秆/箱 3.77 L沼液 120.09 g腐熟剂/箱】。化肥处理（7.5 kg N/亩）【20 g NPK复合肥/箱】

水稻定植后，12、24、36、45 d取样，分析下列指标：

可行性分析

3.1 拷苗：株高、叶片数。准备刻度尺，记录本等。

3.2 温室考察秸秆变化：土温？颜色，味道，疏松度？（一次性手套、温度计等）。

3.3 鲜样和根际土壤的取样：液氮取植株地上部样，作为地上部生理活性测定用；同时将根际土壤包入3袋，一袋放入-80度冰箱（根际微生物测定），一袋放入-4度（测定铵态氮、硝态氮用），一袋自然风干（普通土壤理化性状测定用）。（准备塑料封口袋）。每个处理取水稻苗 4穴，放入塑料小桶内运至实验室做根系扫描用（13个塑料小桶）。环刀法测土壤容重（13个环刀）。

3.4 根际扫描、拍照和烘干取样：

每个处理取水稻苗 4穴。洗根后，液氮冷冻一部分根（根系活力测定用），挑选3株，做根际扫描。扫描完的植株和其他植株一起用蒸馏水冲洗，剪开地上部和根部、装入信封、杀青和烘干。挑选典型植株拍照（拍完照植株就不要了）。

3.5土壤理化性质的测定

采用环刀法测土壤容重，计算孔隙度。土壤水溶性盐采用电导法测定；土壤全氮采用半微量开氏法测定；土壤全磷采用HClO₄- H₂SO₄法消煮-钼锑抗比色法测定；土壤全钾采用HClO₄-H₂SO₄法消煮， ICP-OES原子发射光谱仪（Agilent 710, 澳大利亚）测定；土壤有机质采用重铬酸钾容量法-外加热法测定；土壤有效磷采用0.5 mol L^-1NaHCO₃法浸提-钼锑抗比色法测定；土壤碱解氮采用碱解扩散法测定。

3.6土壤中重金属元素的测定

重金属Pb、Cd、Cu、Zn、Cr 用原子吸收分光光度法测定，Hg、As 原子荧光光度计测定。

3.7土壤微生态指标的测定

采用荧光定量PCR法得到土壤根际微生物量；利用PCR-DGGE或PLFA获得土壤微生物的群落结构。根际土壤脲酶活性测定：采用苯酚钠比色法，土样经甲苯和尿素溶液处理，在恒温箱静止，滤液与苯酚钠反应比色。蛋白酶活性测定采用茚三酮比色法，样品经甲苯和酪素溶液处理，在恒温箱培养，滤液与茚三酮反应比色过氧化氢酶活性测定采用高锰酸钾滴定法，土样经蒸馏水溶解稀释，与过氧化氢混合振荡，高锰酸钾滴定酶促反应后剩余的过氧化氢量。

3.8沼液秸秆配施对水环境的影响

测定水体其全N、全P、NH4 -N及NO3--N等含量。

3.9水稻株高、分蘖动态

调查1 次株高(指从地面到最高叶尖处的垂直高度，即冠层高度)。

3.10植株干物质测定

取样, 于烘箱中105 ℃杀青30 min后，80 ℃烘至恒重, 称干重。

3.11叶绿素含量和叶面积的测量

采用Arnon法测定，用上海光谱仪器厂生产的754P紫外可见分光光度计在645 nm和663 nm波长下比色测定吸光度。按照相关公式计算。还可以采用CCM-200叶绿素仪和LAI-2000 型叶面积指数仪测定。

3.12沼液秸秆配施对秸秆腐熟度的影响

调查麦秸腐解程度( 在秸秆还田处理的各小区内选择1 个点，用取样铲取出长15 cm、宽15 cm、深20 cm的立方体泥土，装入尼龙网袋内，用清水洗掉泥土，感官测定秸秆的颜色、气味和腐烂度。将颜色由浅到深依次分为黄褐、褐、深褐、黑褐、黑; 将气味由轻到重依次分为微腐味、霉腐味、腐烂味; 将腐烂度由轻到重依次分为较软、软、很软、微腐、腐烂) 。