不同盐度的土壤经碱蓬秸秆还田后的理化性质改良和土壤微生物变化开题报告

 2022-01-31 09:01

1. 研究目的与意义、国内外研究现状(文献综述)

1.课题意义

作物秸秆是农业生产的副产品,是土壤有机质的重要来源。随着国家对大气环境污染防治的日益重视,尤其是农作物秸秆焚烧现象屡禁不止,造成重大经济损失时有发生,农作物秸秆禁烧工作形势依然严峻,因此农作物秸秆的处置问题迫切需要解决。焚烧秸秆会使得土壤中水分蒸发及破坏土壤结构,造成土壤板结,肥力下降,土壤生态系统恶化,作物产量下降[1]等严重后果。同时农作物秸秆含有丰富的氮、磷、钾及微量元素成分,是一种重要的可再生资源,其综合利用价值巨大[2],若仅秸秆被废弃或焚烧,损失的氮磷钾相当于总产量的60%左右。因此,在保持作物产量稳定的前提下,如何做好农作物秸秆的资源化利用已成为亟待解决的农业问题[3]。而秸秆还田能增加土壤有机质,改良土壤结构,使土壤疏松,孔隙度增加,容量减轻,促进微生物活力和作物根系的发育。

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2. 研究的基本内容和问题

4.研究目的、内容和拟解决的关键问题

4.1研究目的

研究碱蓬秸秆还田改善土壤特别是盐碱土理化性质的动态过程,阐述改良机制;

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3. 研究的方法与方案

5.研究方法、技术路线、实验方案及可行性分析

5.1研究方法

文献资料法、实证研究法

5.2技术路线

5.3实验方案

5.3.1地理位置与样地布置

研究区域位于江苏省盐城大丰沿海滩涂湿地,地理位置N 33°16.480′ E 120°43.553′——N 33°16.869′ E 120°46.560′,是我国最大的海岸带保护区,海岸线长582 km,主要保护类型是内陆湿地和水域生态系统,原始生态环境保存完好。处于暖温带与北亚热带过渡地带,主要受海洋性和大陆性气候影响,年平均气温为13.7-14.6℃,年极端最低气温为-10℃(1月),年极端最高气温为39.0 ℃(8月)。光照充足,无霜期210-224 d,雨水丰沛,年平均降水量1000 mm左右。不同盐度试验地初始含盐量如下表。

土层深度(cm)

含盐量(‰)

低盐

0-10

0.20

10-20

1.33

中盐

0-10

13.12

10-20

13.15

高盐

0-10

19.11

10-20

10.15

试验设计三个盐度水平:低盐(LS)、中盐(MS)和高盐(HS),每个盐度设置3个区组(重复),每个区组中填埋不同种类和不同重量梯度的碱蓬秸秆(秸秆装于网袋中)共放置36个网袋。每个小区(区组)为2 m×3m的长方形(挖掉该区域内10 cm深的土,整齐的放入网袋后用土将网袋覆盖)。秸秆两个填埋重量梯度(15 g和30 g)。

5.3.2研究材料

碱蓬(Suaeda salsa L.)也称为盐蒿,别名海鲜菜,属于藜科碱蓬属一年生植物,是肉质化真盐生草本植物。它具有三大主要特性:耐旱[16]耐涝[17]耐盐碱[18]。主要生长在海滨、湖边等荒漠、半荒漠地区,并且在浅平洼地周边的盐生沼泽环境中也有分布[19]。它不仅是一种典型的盐碱地指示植物,而且也是一种从陆地向海岸发展的先锋植物[20]。碱蓬的株高一般为50-80 cm,为无限花序,种子呈双凸镜形,其直径从0.5 mm到1.0 mm不等,碱蓬属于耐盐性高的真盐生植物,在黄河三角洲地区含盐量为5-30g/kg的土壤生境中都有分布[21-22]。碱蓬属植物虽然叶片肉质化程度高,但其无泌盐结构,它可以将体内的盐离子通过茎叶的肉质化进行稀释进而达到本身可接受的无害水平,因而较其他植物而言,它具有较高的耐盐性,因此它也称为肉质化叶的真盐生植物[23]。由于它可以将大量吸收的盐分在体内进行累积,然后通过肉质化的茎使其脱盐,降低土壤中的含盐量,增加土壤中N、P、K含量,以及有机质成分和微生物数量,因此土壤盐分可以随碱蓬的收获而进行转移。碱蓬全株中的钾盐含量丰富,将其晒干后的植株烧成灰,用水浸泡然后经过过滤浓缩便可析出钾盐。有改造盐碱地“先锋植物”之称的碱蓬对生态环境起到了天然的保护和改善作用[24-25]。碱蓬具有主要的三大特性:①较强的抗逆性,用含盐量低于4.3%的海水进行绕灌,它都仍能成活。②繁殖容易。③种子寿命长。近年来的研究显示,碱蓬属植物能对土壤盐渍化起到生物修复的作用[26]。此外,碱蓬属植物还具有清热解毒、降糖、降压等药物价值以及抗肿瘤、抗氧化等功效[27]

5.3.3测定项目与方法

土壤pH值:20 g土壤干样,与无CO2的水以1:5的比例混合。用pH计测定。

土壤含盐量:20 g土壤干样,与无CO2的水以1:5的比例混合,含盐量用KCl溶液的标准曲线计算(电导法)。

土壤有机质:用低温外热重铬酸钾氧化-比色法进行测定。

土壤/秸秆全N:开氏法(湿烧法),双通道流动分析仪测量土壤全N量。

土壤/秸秆全P:HClO4—H2SO4消煮法,双通道流动分析仪测量土壤全P量。

土壤/秸秆K 、Na 、Ca2 、Mg2 :ICP—OES电感耦合等离子体发射光谱仪测量。

纤维素:纤维素(CLL)含量试剂盒测定。

半纤维素:半纤维素(hemicellulose)含量试剂盒(微量法100管/96样)测定。

木质素:木质素(Lignin)含量试剂盒(微量法100管/96样)测定。

秸秆分解速率:根据以下公式计算出秸秆重量损失百分比,作为秸秆分解速率的指标:重量损失百分比=(M0–Mt)/M0,其中,M0指初始烘干重,Mt指分解一段时间后的烘干重。

5.4可行性论证

教授课题组所在实验室拥有多年土壤理化性质测定的经验,在山东莱州、江苏大丰建立了海涂耐海水植物选育与海水灌溉试验基地,基地基础实施较为齐备,同时课题组所在的学科有冷冻离心机、紫外分光光度计、pH计、电导率仪等,人工气候室、温室实施齐备,同时本院大型仪器公共平台拥有高效液相色谱仪、酶标仪、ICP等,这些仪器和设备为本课题的顺利开展提供了必要条件。

本人在本科学习期间学习过土壤学、环境化学、环境监测、基础微生物学等实验课程,学习并掌握了基本的实验操作和实验测试方法,可以保证本课题的顺利开展。

4. 研究创新点

6.特色或创新之处

研究主要注重于对文献和江苏滨海地区盐碱地改良的结合,以及秸秆还田试验数据和文献中其他秸秆还田效果对比。

5. 研究计划与进展

7.研究计划及预期进展

2020.1—2020.2 阅读文献,查阅相关资料,撰写论文大纲。

2020.3—2020.4试验统计数据,结合数据和文献,撰写毕业论文
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