施用废渣后土壤硅素释放特性及其影响因子的研究Ⅱ土壤硅素释放特性及其与pH的关系

选取5种工矿废渣进行室内模拟试验,研究不同种类工矿废渣作为硅肥施用对土壤硅素释放特性及pH的影响。结果表明:y=kxm方程可以很好地描述土壤硅素释放的动力学特征;施用废渣可显著提高水田土壤硅素释放速率,增加土壤硅素释放量,提高土壤溶液的pH值,土壤溶液pH与培养127天硅素累积释放量间呈极显著直线正相关关系;三种高炉渣(A、B、F)的施用效果明显好于粉煤灰(H)和金刚石矿渣(J),即三种高炉渣更适于作为生产硅肥的原料。     

温室土壤硅素释放动力学特征的研究

施硅可以促进园艺作物生长、提高其抗逆性和改善果实品质,但关于温室土壤硅素供应特征及其影响因素、合理调控土壤硅素肥力的研究却鲜有报道。采用淹水培养试验与化验分析结合的方法,研究温室土壤的硅素释放特征及其影响因素。结果表明,幂函数方程y=kxm能很好地描述土壤硅素的累积释放特征,方程参数k(硅素初始释放量)、m(硅素释放速率系数)、km(初始释放速率)受土壤pH和有机质的显著影响,均与土壤pH、有机质含量呈极显著的直线正相关关系;此外,参数k和km还分别与土壤游离氧化铁含量呈显著的指数和幂函数正相关关系。应用释放动力学方程求得的100天硅素累积释放量与土壤pH、有机质含量分别呈极显著的指数和直线正相关关系,但多元逐步回归分析结果表明硅素累积释放量与土壤有机质含量关系更为密切。应用释放动力学方程及其参数评价温室土壤的供硅能力具有可行性,值得进一步深入研究。     

应用硅素释放动力学方程评价水稻土供硅能力 Ⅰ硅素释放动力学方程参数与水稻相对产量的关系

在淹水培养条件下,进行了12种不同pH水稻土硅素累积释放试验,结合田间试验的效果,研究了土壤有效硅、水稻土硅的累积释放特征及其与硅肥肥效之间的关系。结果表明:1mol L-1HAc-NaAc(pH=4)缓冲液法不能直接判断碱性水稻土供硅能力。不同pH水稻土中硅素的释放过程可以用方程y=kxm来描述。土壤硅素120日累积释放量、硅素释放初始速率km与水稻相对产量具有显著的线性正相关关系。因此,应用土壤硅素释放动力学方程参数能够评价不同pH水稻土的供硅能力。     

酸性和中性水田土壤施用硅肥的效应研究 Ⅱ.对水稻吸收硅素及产量的影响

分别选取酸性和中性水田土壤进行盆栽试验,研究施用硅肥对水稻不同生育期硅素吸收状况及产量的影响,以期揭示施用硅肥提高不同类型土壤供硅能力、改善植株硅素营养及增加产量的作用机制。结果表明,从拔节期到抽穗期水稻植株体内硅的含量有较大幅度的降低,而后又逐渐升高。施用硅肥可明显提高水稻植株体内硅的含量,尤以高炉渣与葡萄糖配合施用和单施高炉渣两个处理效果最好,极显著高于对照及其他处理。在酸性水田土壤上施用硅肥的增产效果较为明显,高炉渣与葡萄糖配施处理的增产率高达16.99%,且成熟期水稻植株含硅量与稻谷产量间存在显著的直线正相关关系;在中性水田土壤上施硅则无显著增产效果。总之,高炉渣与葡萄糖配合施用能更有效地改善土壤的供硅能力,进而提高水稻产量,其在酸性水田土壤上的施用效果尤为显著。     

钢渣硅肥硅素释放规律及其影响因素研究

【目的】钢渣是缓释硅钙肥原料,钢渣中硅素释放受钢渣自身性能和外界环境条件等因素影响,本文设置了钢渣冷却方式、钢渣粒径、培养介质和培养温度四种因子,研究钢渣中硅素释放规律及其影响因素,为钢渣硅钙肥合理施用提供理论依据。【方法】选用粉末状水淬渣(S1)、粒状水淬渣(S2)和空气冷却粒状钢渣(S3)为研究对象,分别设置在土壤水溶液以及纯蒸馏水中培养97天,并设置35℃和25℃两个培养温度。定期离心取上清液,取样后补充水分继续培养,直至培养结束。【结果】钢渣在土壤溶液中培养,第一天的硅素释放主要由钢渣冷却方式决定,而在以后的培养过程中主要受温度的影响,其次为钢渣粒径;硅素累积释放量与时间的关系可以用幂函数方程y=kxm来拟合;35℃培养97天后,S1、S2与S3钢渣硅的溶出率(累积硅释放量与有效硅的比例)分别为37.3%、30.3%与27.3%;在25℃培养下,S1、S2与S3钢渣硅的溶出率分别为14.3%、7.9%与10.2%。钢渣在纯蒸馏水的培养中,第一天钢渣硅释放主要受温度的影响,而在以后的培养过程中主要受钢渣粒径的影响,温度和钢渣冷却方式对其影响甚微;硅素累积释放量与时间的关系可以用线性方程y=ax+b来拟合;在35℃,S1、S2与S3钢渣硅的溶出率分别为0.22%、0.16%与0.16%。在25℃培养下,S1、S2与S3钢渣硅的溶出率分别为0.17%、0.13%与0.14%。钢渣在土壤溶液培养,25℃培养67天,加入钢渣提高了土壤浸提液的p H值,但之后与CK基本相同;在35℃培养下,加入钢渣的土壤浸提液p H值总体都要显著高于CK处理。纯水培养介质中,两种温度培养下,在同一阶段S1浸提液的p H和EC值都要显著高于S2和S3,温度对p H和EC的影响不显著。【结论】钢渣硅素释放规律主要受培养介质和温度的影响,粒径有一定的影响。在土壤溶液中钢渣硅素释放显著高于在蒸馏水中,35℃比25℃更有利于硅素的释放,粉末状比粒状更有利于硅素的释放。由此认为,钢渣作为硅钙肥在大田施用时,将钢渣磨细做成粉末状产品,施用时随翻耕埋入土壤,初春采用保温措施等都有利于提高钢渣中硅的利用效率。     

粉煤灰理化性质与硅素释放规律的研究

对粉煤灰理化性质与Si素释放规律的研究结果表明,粉煤灰颗粒以物理性砂粒为主,占44.43%~98.67%,容重较小,pH一般>7.5,可用作土壤改良剂;粉煤灰水溶性硅和有效硅含量与土壤差异不明显,但粉煤灰中Si在100h内释放量比土壤的高3.0~25.0倍,可为水稻等禾本科作物提供相当数量的Si营养。Elovich方程和Freundlich方程可较好地描述粉煤灰和土壤中Si释放量随时间变化的关系,Elovich方程的b值和Freundlich方程的k值反映了Si释放能力,且b、k值越大,Si释放能力越强。     

煅烧对白云石治酸效果及其钙镁释放动力学特性的影响

针对中国土壤普遍酸化,而用石灰治理会导致土壤板结,用碱性工业废弃物治理又有二次污染风险等问题,该研究在低温煅烧工艺下,研究了白云石颗粒大小、煅烧时间对白云石碱度、微结构、钙镁释放动力学特征的影响,旨在为开发既能治酸改土又能供应钙镁养分的白云石煅烧工艺提供理论依据。研究提出了总碱度和短期累积碱度2个概念。结果表明:粒径从0.15到3 mm的白云石,经过1 h煅烧后,总碱度增加了78%、短期累积碱度提高了1 100倍。粒径为1～3 mm的煅烧白云石在煅烧1～3 h后钙镁的释放速率快慢的规律一致,以煅烧2 h后释放速率最快。钙、镁释放曲线可用Parabolic、一级动力学、Richards和Bertallanffy方程进行拟合。其中Bertallanffy修正方程最适于描述煅烧白云石CaO释放的规律;Richards和Bertallanffy修正方程适于定量描述MgO的释放规律。由此可见,白云石煅烧后具有较高治酸潜力(总碱度)又有较大的治酸强度(短期累积碱度),并且能促进钙镁的释放,钙镁供肥量可用Richards和Bertallanffy修正方程预测预报。就粒径1～3 mm的白云石而言,煅烧1 h是增加其总碱度的经济煅烧时间,但是促进其快速裂解、提高其治酸强度和钙镁有效性的最佳煅烧工艺是850℃和2 h。     

硅对猪屎豆、高丹草生长与养分释放规律的影响

为探讨施硅对猪屎豆和高丹草生长与自然还田条件下的降解规律及养分释放特征,开展了施用硅肥(SiO₂)42.4 kg/hm²对猪屎豆和高丹草绿肥生长、养分含量影响的试验,在自然条件下采用尼龙网袋法研究了施用硅后猪屎豆和高丹草还田3～168 d有机碳降解率以及氮、磷、钾释放规律。结果表明:施用硅肥显著提高了猪屎豆和高丹草的产量、硅含量,提高了猪屎豆中氮和高丹草中钾的含量,与未施用硅相比,施用硅分别提高猪屎豆和高丹草的产量27.87%和24.90%;分别提高硅含量82.75%和29.15%;分别提高养分(N+P+K)累积量30.60%和28.80%;猪屎豆中氮和高丹草中钾分别提高15.79%和7.51%;施用硅后显著降低猪屎豆和高丹草还田3～56 d有机碳降解率、氮释放率以及猪屎豆干物质降解率;与未施用硅相比,还田后56 d分别降低有机碳降解率8.90%和7.46%、氮释放率7.85%和12.11%、猪屎豆干物质降解率12.53%;绿肥施用硅后还田在自然条件下2种绿肥的降解规律差异不显著,高丹草干物质、有机碳表现出比较高的的降解加速度,猪屎豆还田后28 d氮、磷、钾的释放率比高丹草的高出5.80～18.13个百分点。研究结果为进一步提高绿肥土壤培肥效果奠定基础。     

钙镁比调控对不同部位烟叶Mg、K、Ca吸收的影响

通过田间小区试验,研究了土壤施用镁肥进行Ca2+/Mg2+调控及叶面喷施对不同部位烟叶镁、钾、钙的含量及累积量的影响.结果表明,土壤Ca2+/Mg2+下调及叶面喷施镁肥能促进烟叶镁、钾、钙的吸收累积,尤其是烟叶镁的吸收;与对照相比,土壤Ca2+/Mg2+调控到18、14、10、8及叶面喷施条件下,烟叶镁的含量分别增加6.67%、26.73%、19.22%、29.13%、18.80%,烟叶镁的总累积量分别增加6.08%、20.57%、39.86%、41.29%、20.66%;土壤Ca2+/Mg2+调控到10、8时烟叶钾、钙的总累积量也有显著增加;土壤Ca2+/Mg2+下调及叶面喷施镁肥能促使烟叶Ca/Mg和K/Mg降低,有利于烟叶中镁、钾、钙的平衡.     

辽宁省水田土壤硅素肥力状况的初步研究

通过田间调查、田间试验和室内分析,研究了辽宁省不同类型水田土壤的硅素肥力状况,结果表明,醋酸-醋酸钠(pH4)缓冲液法测定的辽宁省水田土壤的有效硅含量不能准确反映土壤的供硅能力,淹水培养法的测定过程同水稻的生长过程相似,测定出的水浸态硅含量同硅肥的增产效果密切相关,因此,这种方法的测定结果可以用于评价水田土壤的供硅能力;田间试验结果表明,合理施用硅肥可提高水稻的产量,增产幅度和水浸态硅含量的关系可用CateandNelsen校验曲线进行描述;通过该曲线初步确定的辽宁省硅素丰缺的临界标准为水浸态硅含量80mg/kg;根据初步确定的临界标准,辽宁省绝大多数的水田土壤硅素缺乏,合理施用硅肥将成为辽宁省水稻产量提高的重要措施之一。     

富钾硅多元复合物的生物有效性研究

在氮、磷肥施用的基础上,配施富钾硅多元复合物与施纯硅肥、钾肥、钙镁肥一样,在酸性土壤上具有显著的增产效应;能分别使水稻对该各种元素的总吸收量明显地提高;也能明显地提高水稻对硅、钾、钙、镁吸收,增加植株体内各养分元素的含量。     

土壤非交换性钾释放动力学特征及其生物

采用生物耗竭法和0.2mol L-1的NaTPB化学浸提法,利用不同动力学方程对我国8种主要土壤非交换性钾的释钾特性及其生物有效性进行定量评估。结果表明,供试土壤非交换性钾释放分为快速释放和稳定释放两个阶段,一级动力学方程、Elovich 方程、双常数曲线方程和抛物线扩散方程均能描述土壤非交换性钾的释放过程。根据双常数方程中的参数（a）所表征的土壤非交换性钾释放速率常数,供试8种土壤的释钾能力按取土地区存在着自西向东、自北向南渐减的趋势。盆栽试验中,在累积释钾量高且释放速率快的土壤上,黑麦草累积生物量、累积吸钾量和相对含钾量较高,表现出强的供钾能力;与此相反,累积释放量低且释放速率慢的土壤上,黑麦草各项指标偏低,供钾能力较弱。以黑麦草钾素丰缺临界值34.00 mg kg-1 DW-1和土壤非交换性钾释放速率396.32 mg kg-1 h-1作为评价指标,供试8种土壤中,仅取自新疆石河子、陕西常武和黑龙江哈尔滨地区的土壤在短期不施用钾肥的情况下能保证黑麦草丰产且不出现缺钾症状。因此,为了维持土壤钾素平衡和保证作物高产稳产,在我国西北、东北地区耕地土壤中应加强秸秆的循环利用,而在华中和华东地区则需增施钾肥和有机肥。     

包膜尿素氮素释放机理及其对油菜生长效应研究

采用水中溶出法、饱和盐溶液蒸汽压法和土壤培养法,研究了包膜尿素氮素释放的机理,并通过油菜盆栽试验评价了包膜尿素与油菜需肥规律的吻合性.结果表明:(1)包膜尿素的氮素释放速率随温度的升高而增大,温度每提高15～20℃,氮素释放速率提高约3～8倍,并且氮素释放率与时间的关系可用一级动力学方程Nt=No(1-e-kt)、叶诺维奇方程Nt=a+blnt和抛物线方程Nt=a+bto,ti表征.(2)包膜尿素的氮素释放率随着水蒸气压差的增大而增加,并随土壤水分含量增加而增加.(3)包膜控释肥料膜内外水蒸气压差是控制养分释放的主要因素.(4)盆栽试验证明,包膜尿素处理的油菜吸氮量和生物量最高,并且包膜尿素的氮索释放特征更接近油菜的需肥规律.     

基于土壤钙镁比的毕节植烟区镁肥施用分区研究

当前植烟区土壤镁肥施用主要依据土壤有效镁含量水平及其空间分布特征确定,但很少考虑到土壤钙镁比(有效钙含量/有效镁含量)对土壤镁素供应的现实影响,这必然对镁肥施用效果产生不利影响。本研究以毕节植烟区为例,基于大样本土壤采样数据,综合考虑土壤有效镁含量水平、土壤钙镁比及两者的空间分布特征,通过图形叠加和栅格运算,科学划定植烟区土壤镁肥宜施等级及分区。研究表明,毕节植烟区土壤有效镁平均含量为278.1 mg·kg^-1,土壤钙镁比均值为14.5,空间上均呈现较强的波动性。从空间插值图看,土壤有效镁含量以适宜等级为主,占到毕节植烟区面积的69%,土壤钙镁比分布以10～20和5～10两等级为主,且各等级交错分布。基于土壤有效镁含量和钙镁比获得的土壤镁肥宜施等级图中,适宜和较适宜施用镁肥面积分别为69.0%和10.5%,不适宜施用面积为19.0%,而极适宜和极不适宜面积比例仅分别为1.3%和0.2%。若仅考虑土壤有效镁含量得到的宜施等级分布与考虑钙镁比的宜施等级分布存在很大差异,这说明在制定镁肥施用方案时,若不考虑钙镁比对土壤镁素供应的影响,得到的镁肥宜施等级分区会产生较大的偏...     

硅基膜材缓控释肥在红壤中的氮素释放特征研究

通过土壤培养法和饱和盐溶液蒸汽压法,研究硅基膜材缓控释肥在不同土壤温度、含水量和水蒸汽压条件下的氮素释放特性,探讨土壤温度、含水量和水蒸汽压因素对其氮素释放的影响,阐述其在红壤中的控释机制。结果表明:硅基膜材缓控释肥在红壤中的氮素释放速率均随土壤温度、水分含量和水蒸汽压升高而明显提高,其中温度是主要影响因素。不同条件下,包膜肥料的氮素释放率随培养时间的变化均符合一级动力学方程。包膜尿素在15、25、40 和60℃的红壤中,氮素累积释放率达80% 所需要的时间分别为140、110、25 和10 d。土壤含水量为10% 时,养分释放受抑制;当土壤含水量由20% 上升至40%,养分释放速率加快,释放期缩短20 d。养分释放速率常数k 随水蒸汽压差的增大而增加;相同培养时间内,氮素累积释放率H2O>KH2PO4 饱和溶液>KCl 饱和溶液。土壤温度和含水量均通过改变包膜内外水蒸汽压而影响养分释放速率。在实际应用过程中,致使硅基膜材缓控释肥膜内外水蒸汽压变化的因素,均对其养分释放速率产生影响。     

碱性水田土壤施用硅肥的效应

选取碱性水田土壤,采用盆栽试验的方法,研究了施用硅肥后水稻生育期土壤溶液pH、Eh、硅浓度及对水稻产量的影响。结果表明,各处理pH经历了一个迅速降低,趋于中性的过程。单施硅肥对pH影响不大;施用葡萄糖或葡萄糖与高炉渣配施可明显降低水稻生育前期土壤溶液pH。各处理Eh的变化基本呈现为近似“W”形。淹水初期,施肥各处理土壤Eh均低于对照;后期施硅处理的Eh高于对照,而单施葡萄糖和高炉渣与葡萄糖配施处理Eh低于对照。各处理土壤溶液硅的浓度都经历了一个先上升达到高峰,然后逐渐下降,最终趋于稳定的过程。与对照相比,施用硅肥可不同程度地提高水稻生育期土壤溶液硅的浓度和不同生育期水稻植株含硅量;施用葡萄糖可提高水稻营养生长期土壤溶液中硅的浓度,但对提高水稻植株硅含量的作用不大;施用硅肥可以显著提高水稻产量,施用葡萄糖没有增产作用。     

长期施用化肥和稻草对红壤性水稻土非交换性钾释放动力学的影响

研究了长期定位施肥试验中连续27年(1981-2007)施用化肥和稻草对红壤性水稻土非交换性钾释放特征及其动力学的影响.本试验选择了其中5个处理:CK(不施肥)、NP(施氮、磷肥)、NPK(施氮、磷、钾肥)、NP+RS(施氮、磷肥和稻草)和NPK+RS(施氮、磷、钾肥和稻草).结果表明,长期施用钾肥和稻草的条件下,各处理土壤中非交换性钾的释放均存在2个不同的阶段:即第一阶段(1～14 h)表现为直线上升阶段,第二阶段(14～796 h)为缓慢增长阶段.5个处理中,长期不施钾处理(CK和NP)的土壤非交换性钾累积释放量较低,分别为62.22和56.12 mg/kg,长期施钾处理(NPK、NP+RS和NPK+RS)的土壤非交换性钾累积释放量较高,分别为67.52、64.41和75.33 mg/kg.施稻草处理(NPK+RS和NP+RS)的土壤非交换性钾释放量明显高于相应不施稻草处理(NPK和NP)的土壤,这可能与长期施用稻草促使土壤矿物钾中的一部分向非交换性钾转化有关.用抛物线扩散、零级反应、一级反应和Elovich方程模拟土壤非交换性钾的释放动力学结果表明,Elovich方程能比较好地模拟5个处理土壤非交换性钾的释放动力学.分段直线方程能更好地描述土壤非交换性钾释放的机制.     

酸性和中性水田土壤施用硅肥的效应研究 Ⅰ.对土壤pH、Eh及硅动态的影响

分别选取酸性和中性水田土壤进行盆栽试验,研究施用硅肥对水稻各生育期土壤溶液pH、Eh及硅浓度的影响。结果表明,淹水种稻后酸性土壤pH迅速升高,而中性土壤pH降低,然后均趋于中性;Eh的变化基本均呈近似＂W＂形;土壤溶液硅浓度则经历了一个先升高后下降并趋于稳定的变化过程。与对照相比,单施高炉渣或高炉渣与葡萄糖配施处理在提高土壤溶液pH和Eh、增加硅浓度方面的效果较为明显,尤其在酸性水田土壤上表现得更为突出;偏硅酸钠的施用效果只是在水稻生长的某一时期在中性水田土壤上表现得相对明显;单施葡萄糖会降低土壤Eh,提高生育前期土壤溶液中的硅浓度。在水稻全生育期内,高炉渣与葡萄糖配施处理的土壤溶液中硅浓度升高的幅度最大,在酸性水田土壤和中性水田土壤上分别是对照处理的1.40（最小倍数）~4.93（最大倍数）倍和1.19（最小倍数）~2.72倍（最大倍数）,说明施用高炉渣硅肥,可明显提高土壤硅素供应水平,对促进水稻生长、提高水稻产量有重要意义。     

施加铁炉渣对福州平原稻田土壤养分动态的影响

为了阐明施加铁炉渣对稻田土壤养分动态及水稻产量的影响,以福州平原稻田为研究区域,采用原位采样与室内分析对铁炉渣施加后稻田土壤速效氮、速效磷、速效钾、有效硅、微生物量碳、溶解性有机碳、土壤交换性钙、交换性镁以及水稻产量进行测定.结果表明,对照,2,4,8 Mg/hm2铁炉渣施加样地速效氮含量平均值分别为7.90,10.85,16.61,8.96 mg/kg;速效磷含量的平均值分别为3.13,4.57,5.06,5.54mg/kg;速效钾含量的平均值分别为141.37,136.99,141.77,141.17 mg/kg;有效硅含量的平均值分别为329.66,920.63,1 093.41,1 294.58 mg/kg;交换性镁离子含量的平均值分别为0.046,0.053,0.048,0.040cmol/kg;交换性钙离子含量的平均值分别为0.032,0.033,0.045,0.046 cmol/kg;微生物量碳含量的平均值分别为523.64,719.19,669.49,623.91 mg/kg;溶解性有机碳含量的平均值分别为210.49,260.31,263.49,259.67mg/kg.施加铁炉渣增加了土壤速效氮、速效磷、有效硅、微生物量碳、溶解性有机碳和土壤交换性钙的含量,但对土壤交换性镁和速效钾含量的影响不显著,与此同时还增加了水稻产量.可见,铁炉渣可作为与特定肥料施加结合的有效土壤改良剂.     

土壤镁素和镁肥施用的研究

本文综述了土壤镁素，植物镁素营养以及镁肥施用方面的研究成果，土壤镁素可分为矿物态、非交换态、交换态、水记和有机态等５种形态，它们对植物的有效性不同，非交换性镁的释放量很低，难以满足作物对镁素的需求，在酸性较强的土壤上施用缓产性镁肥对作物具有良好的效应。镁对碳水化合物，蛋白质，脂肪等物质代谢及能量转化有相当重要的作用，作物对镁素的吸收受到环境因素，特别是阳离子竞争效应的影响。