添加秸稈粉對鹽堿土壤理化性質的影響

摘要：將秸稈粉和發酵秸稈粉分別加入鹽堿性質的天然土及滅菌土，并對土壤的物理化學性質進行了測定與分析。結果表明，秸稈粉的加入可以改善鹽堿土壤的理化性質，加入秸稈粉或發酵秸稈粉之后，鹽堿土的容重和ｐＨ明顯降低，總孔隙度和有機質、速效氮、磷、鉀的含量均大幅度升高，更適宜作物生長。土壤是否滅菌對土壤的理化性質的影響不大。

關鍵詞：秸稈粉；鹽堿土壤；理化性質；影響

中圖分類號：Ｓ１５６．２ 文獻標識碼：Ａ 文章編號：0439－８114（２０11）23－4806-03

Ｅｆｆｅｃｔ ｏｆ Ａｄｄｉｎｇ Ｓｔｒａｗ Ｐｏｗｄｅｒ ｏｎ ｔｈｅ Ｐｈｙｓｉｃａｌ ａｎｄ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ ｏｆ Ｓａｌｉｎｅ Ａｌｋａｌｉ Ｓｏｉｌ

ＺＨＯＵ Ｘｉａｏ－ｆｅｉ，ＸＩＥ Ｙｕ－ｈｏｎｇ，ＰＥＩ Ｙｕ－ｈａｎｇ，ＧＥ Ｙａｎ－ｈｕｉ，ＦＥＮＧ Ｘｉｎ

（Ｄｅｐａｒｔｍｅｎｔ ｏｆ Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｓａｆｅｔｙ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ， Ｔｉａｎｊｉｎ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｔｉａｎｊｉｎ ３００３８４，China）

Ａｂｓｔｒａｃｔ： Ａｆｔｅｒ ｓｔｒａｗ ｐｏｗｄｅｒ ａｎｄ ｆｅｒｍｅｎｔｅｄ ｓｔｒａｗ ｐｏｗｄｅｒ ｗａｓ ｍｉｘｅｄ ｗｉｔｈ ｎａｔｕｒｅ ａｎｄ ｓｔｅｒｉｌｉｚｅｄ ｓａｌｉｎｅ ａｌｋａｌｉ， ｔｈｅ ｐｈｙｓｉｃａｌ ａｎｄ ｃｈｅｍｉｃａｌ ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ ｏｆ ｔｈｅ ｓｏｉｌ ｗｅｒｅ ｍｅａｓｕｒｅｄ ａｎｄ ａｎａｌｙｚｅｄ， Ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔｓ ｓｈｏｗｓ ｔｈａｔ ａｄｄｉｔｉｏｎ ｏｆ ｓｔｒａｗ ｐｏｗｅｒ ｃｏｕｌｄ ｉｍｐｒｏｖｅ ｔｈｅ ｐｈｙｓｉｃａｌ ａｎｄ ｃｈｅｍｉｃａｌ ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ， ａｓ ｔｈｅ ｂｕｌｋ ｄｅｎｓｉｔｙ ａｎｄ ｐＨ ｗａｓ ｄｅｄｕｃｅｄ ｏｂｖｉｏｕｓｌｙ ｗｈｉｌｅ ｔｈｅ ｐｏｒｏｓｉｔｙ ａｎｄ ｃｏｎｔｅｎｔ ｏｆ ｏｒｇａｎｉｃ ｍａｔｔｅｒ， ａｖａｉｌａｂｌｅ Ｎ， Ｐ， ａｎｄ Ｋ ｗａｓ ｒｅｍａｒｋａｂｌｙ ｉｎｃｒｅａｓｅｄ， ｗｈｉｃｈ ｗａｓ ｂｅｔｔｅｒ ｆｏｒ ｃｒｏｐ ｇｒｏｗｔｈ． Ｗｈｅｔｈｅｒ ｔｈｅ ｓｏｉｌ ｗａｓ ｓｔｅｒｉｌｉｚｅｄ ｏｒ ｎｏｔ ｈａｄ ｌｉｔｔｌｅ ｉｎｆｌｕｅｎｃｅ ｏｎ ｉｔｓ ｐｈｙｓｉｃａｌ ａｎｄ ｃｈｅｍｉｃａｌ ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ．

Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ： ｓｔｒａｗ ｐｏｗｄｅｒ； ｓａｌｉｎｅ ａｌｋａｌｉ ｓｏｉｌ； ｐｈｙｓｉｃａｌ ａｎｄ ｃｈｅｍｉｃａｌ ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ； ｅｆｆｅｃｔ

收稿日期：２０１１－０５－１０

基金項目：天津市自然科學基金重點項目（０９ＪＣＺＤＪＣ２６２００）；天津市科委自然科學基金項目（０４３６１１１１１）；天津理工大學青年教師科研育苗基金

項目（ＬＧＹＭ２００９０７）

作者簡介：周曉飛（１９８６－），女，天津薊縣人，在讀碩士研究生，研究方向為農業固體廢棄物、微生物，（電話）１３５１２９３９７２１（電子信箱）

ｍ＿７２５５＠１６３．ｃｏｍ；通訊作者，馮 炘（１９６１－），男，教授，碩士生導師，主要從事生物化學領域的研究，（電子信箱）ｘｆｅｎｇ２１００＠ｔｊｕｔ．ｅｄｕ．ｃｎ。

秸稈是寶貴的可再生資源，對其充分合理利用將有利于我國農業和農村經濟的可持續發展，也會避免焚燒秸稈造成的資源浪費、環境污染問題［１－４］。目前，秸稈利用方式主要有秸稈還田、秸稈堆肥、生產飼料、秸稈育菇、生產沼氣、生產綠色建材、秸稈發電、秸稈造紙、秸稈產乙醇、生產燃料等［５－７］。我國北方玉米秸稈資源豐富，將其用于解決沿海地區土壤鹽堿化的問題，不僅可以實現農業固廢秸稈的綜合利用，還能改善鹽堿土的理化性質，在保護環境、擴大耕種面積、增加糧食產量、實現經濟和農業的可持續發展方面具有重要意義。本研究將玉米秸稈粉碎、發酵后加入鹽堿土壤中，分析其對鹽堿土壤理化性質的影響，考察將秸稈粉用于改善鹽堿土理化性質的可行性。

１ 材料和方法

１．１ 實驗材料

１．１．１ 土壤 天然土壤取自天津理工大學主校區８號教學樓后，經檢測其ｐＨ為８．６５，電導率為０．３４ ｍＳ／ｃｍ，含鹽量為０．２８％，屬于鹽堿土。滅菌土壤為此天然土壤高壓濕熱滅菌風干后的土壤。

１．１．２ 秸稈粉和微生物 玉米秸稈采自天津市西青區程村，粉碎成粒徑為０．８ ｍｍ的粉末，經高壓濕熱滅菌后烘干備用。微生物為天津理工大學環境科學與安全工程學院微生物實驗室篩選的降解纖維素５號菌群和６號菌群。

１．１．３ 試劑及培養基 牛肉膏蛋白胨培養基：５ ｇ／Ｌ牛肉膏＋１０ ｇ／Ｌ蛋白胨＋５ ｇ／Ｌ ＮａＣｌ，ｐＨ ７．２～７．４。降解纖維素菌群用培養基：５ ｇ／Ｌ蛋白胨＋１ ｇ／Ｌ酵母粉＋５ ｇ／Ｌ ＮａＣｌ＋２ ｇ／Ｌ ＣａＣＯ３＋ ０．５ ｇ／Ｌ ＫＨ２ＰＯ４ ＋０．５ ｇ／Ｌ ＭｇＳＯ４＋體積分數０．０５％的微量元素液＋ ５ ｇ／Ｌ秸稈粉（過４０目篩）。生理鹽水：９ ｇ／Ｌ的ＮａＣｌ，１２１ ℃高壓濕熱滅菌３０ ｍｉｎ。營養液：２．４ ｇ／Ｌ ＮＨ４ＮＯ３＋３ ｇ／Ｌ ＫＨ２ＰＯ４＋１．２ ｇ／Ｌ ＫＣｌ＋０．０８ ｇ／Ｌ ＺｎＳＯ４·７Ｈ２Ｏ＋３ ｇ／Ｌ Ｃａ（ＮＯ３）２·４Ｈ２Ｏ＋１ ｇ／Ｌ ＭｇＳＯ４·７Ｈ２Ｏ＋０．５ ｇ／Ｌ ＦｅＳＯ４·７Ｈ２Ｏ＋０．６ ｇ／Ｌ ＥＤＴＡ·２Ｎａ＋０．２ ｇ／Ｌ ＫＩ＋０．１ ｇ／Ｌ ＭｎＳＯ４＋０．０１ ｇ／Ｌ ＣｕＳＯ４＋０．０１ ｇ／Ｌ ＣｏＣｌ２＋０．０３ ｇ／Ｌ硼酸＋０．０１ ｇ／Ｌ鉬酸鈉，ｐＨ中性或弱堿性。

１．２ 實驗方法

１．２．１ 秸稈發酵 菌懸液的制備：將５號和６號菌群分別接種于降解纖維素菌群用培養基，在３７ ℃恒溫培養箱內單獨培養４８ ｈ后，將菌懸液濃度調整至約為５×１０７ ＣＦＵ／ｍＬ，待用。平均每克秸稈粉加入５號和６號菌懸液各２ ｍＬ，加入一定量的營養液使其含水率為７０％［８］，將加好菌液和營養液的秸稈粉置于經過消毒的塑料瓶內，瓶口用無菌紗布封蓋，于室溫自然發酵１５ ｄ。

１．２．２ 混合土壤的制備 將秸稈粉和發酵秸稈粉分別與天然土及滅菌土按體積比１∶３的比例混合均勻，得到４種混合土壤：秸稈粉＋天然土、秸稈粉＋滅菌土、發酵秸稈粉＋天然土、發酵秸稈粉＋滅菌土。

１．２．３ 土壤理化性質的測定 容重、總孔隙度、液相率、氣相率的測定方法參考文獻［９］。ｐＨ：１∶２．５浸提法（ｐＨ計）；電導率（ＥＣ）：１∶５浸提法；有機質：重鉻酸鉀容量法；速效Ｎ：堿解擴散法；速效Ｐ：碳酸氫鈉浸提－鉬銻抗比色法，ＧＢ １２２９７－９０；速效Ｋ：四苯硼鈉比濁法。

２ 結果與分析

２．１ 加入秸稈粉對鹽堿土壤物理性質的影響

土壤的物理性質主要反映了其保水、透氣性能及其重量大小［１０，１１］，六種土壤的物理性質見表１。土壤容重是土壤緊實度的指標，過大或過小均不利于作物生長，以０．６７０～１．２６０ ｇ／ｍＬ較適宜［１２］。本研究中天然土和滅菌土的容重均偏大，加入秸稈粉或發酵秸稈粉后土壤的容重降低，在適宜種植作物的范圍內。其中添加發酵秸稈粉的土壤容重更小。土壤總孔隙度的大小關系著土壤的透水性、透氣性、導熱性和緊實度，液相率和氣相率則分別反映土壤的持水率和透氣性［１３，１４］。加入秸稈粉，尤其是發酵秸稈粉后，土壤的總空隙度和液相率都明顯升高，持水力和透氣性能增強，更適合作物生長。土壤滅菌與否對土壤的物理性質沒有太大影響。

２．２ 加入秸稈粉對鹽堿土壤化學性質的影響

土壤的化學性質主要反映了土壤本身對養分的供應能力及對外加養分的緩沖能力，六種土壤的化學性質見表２。

土壤的酸堿性主要與組成土壤的化學組分有關，中性條件較為適合作物生長［１５］，天然土壤ｐＨ高達８．６５，不適合作物生長，加入秸稈粉后，ｐＨ有所下降，尤其是加入發酵的秸稈粉以后，ｐＨ降到８左右。電導率（ＥＣ）是土壤水溶性鹽的指標，其值太低不足以維持作物生長，太高則抑制作物生長，甚至導致鹽害，一般土壤ＥＣ值在０．３６～０．６５ ｍS／ｃｍ適合作物生長［１６］。天然土壤的ＥＣ值偏低，而加入秸稈粉或發酵秸稈粉后土壤ＥＣ值明顯升高，達到適合作物生長的范圍。土壤含鹽量是土中所含鹽分的質量占干土質量的比例［１７］。本研究中天然土壤屬于中度鹽漬化土壤（０．２％～０．４％），加入秸稈粉后含鹽量降為輕度鹽漬化水平（０．１％～０．２％），但加入發酵秸稈粉后含鹽量有所升高，這可能是發酵秸稈時加入的營養液沒有被完全吸收利用所致。

土壤有機質對土壤形成、土壤肥力、環境保護及農林業可持續發展等方面都有極其重要的作用。加入秸稈粉和發酵秸稈粉提高了土壤有機質含量，在一定程度上提高了土壤肥力，可以促進作物生長。氮、磷、鉀是植物生長所必需的營養元素，其供應狀況直接影響到作物的產量和品質，是作物生產中的主要限制因子［１８，１９］。加入秸稈粉可以大幅度提高土壤速效Ｎ、Ｐ、Ｋ的含量，使其更好地提供作物生長所需養分，促進作物生長，尤其是加入發酵秸稈粉后，土壤速效Ｎ含量提高了４３．５％，速效Ｐ含量提高了４１．１％，速效Ｋ含量提高了１６．５％。土壤滅菌與否對土壤化學性質沒有明顯的影響。

３ 結論

對天然土壤及加入秸稈粉或發酵秸稈粉后的混合土壤的理化性質的分析表明，加入秸稈粉可以明顯改善鹽堿土壤的理化性質，尤其是加入發酵秸稈粉后，土壤的容重和ｐＨ明顯降低，總孔隙度和營養物質含量大幅度升高，更適合作物的生長。土壤是否滅菌對其理化性質沒有太大影響。在鹽堿土壤中添加秸稈粉或發酵秸稈粉對作物生長的促進作用需要在實際生產中進行驗證，秸稈粉在土壤中的添加比例以及秸稈粉的發酵工藝等也還有待于進一步深入探討。

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