Fertility Improvement by Addition of Pretreated Spent Straws in Soil
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摘要: 在当前我国倡导秸秆还田的背景下，研究不同菌剂配方对秸秆材料（玉米秸秆、高粱秸秆、油菜秸秆）腐熟温度、腐熟周期、纤维素、半纤维素和木质素降解率的影响，以及预处理的秸秆对不同类型土壤（水稻土、黄壤土、黄砂土）肥力的改良状况，结果表明：菌剂A：菌剂B：玉米秸秆为1:1:1000时，腐熟周期明显缩短，纤维素、半纤维素和木质素的降解率明显提高；培育1年后，土壤全氮、全磷、碱解氮、有效磷、速效钾和有机质含量得到显著增加；将该菌剂配方处理的秸秆施入土壤中，通过盆栽试验，发现与自然腐熟的处理相比，可明显增加白菜鲜重。菌剂A：菌剂B：玉米秸秆为1:1:1000配方在实际生产中可大力推行。Abstract: To promote and improve field utilization of spent straws, microbial degradation of stalks of corn, sorghum, and rape plants was studied for pretreatment prior to mixing with soil.Addition of degraded cellulose, hemicellulose and lignin is known to upgrade the fertility on paddy, yellow and sandy loam soils.In this study, when Bio-agent A, Bio-agent B and corn stalks were blended in the ratio of 1:1:1 000 to ferment, the straw degradation was significantly accelerated. After a year of fermentation, the total nitrogen, total phosphorus, available nitrogen, available phosphorus, available potassium and organic matters in the soil increased significantly. Using the pretreated, in comparison to the naturally fermented, straws to mix with soil for growing cabbages, a significant fresh vegetable weight gain was clearly demonstrated in a pot experiment.
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Key words:
- straw /
- bio-agent /
- degradation rate /
- soil fertility
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图 1 不同处理对白菜鲜重的影响
注：N为菌剂处理秸秆，NCK为自然腐熟秸秆，CK为对照。
Figure 1. Effect of pretreated straw addition on fresh weight of planted cabbages
表 1 秸秆菌剂预处理配方质量比
Table 1. Formulations with bio-agents for straw pretreatments
配方代号 菌剂及秸秆配方质量比 T1 A菌剂:B菌剂:秸秆=1:0:1000 T2 A菌剂:B菌剂:秸秆=0:1:1000 T3 A菌剂:B菌剂:秸秆=0.5:0.5:1000 T4 A菌剂:B菌剂:秸秆=0.5:0:1000 T5 A菌剂:B菌剂:秸秆=0:0.5:1000 T6 A菌剂:B菌剂:秸秆=1:1:1000 CK A菌剂:B菌剂:秸秆=0:0:1000 
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表 2 各处理设计
Table 2. Straw pretreatment design
处理代号 处理设计 N1 水稻土与预处理秸秆混合 N2 黄壤土与预处理秸秆混合 N3 黄砂土与预处理秸秆混合 NCK1 水稻土与自然腐熟秸秆混合 NCK2 黄壤土与自然腐熟秸秆混合 NCK3 黄砂土与自然腐熟秸秆混合 CK1 水稻土，不添加秸秆 CK2 黄壤土，不添加秸秆 CK3 黄砂土，不添加秸秆
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表 3 不同菌剂配方处理温度变化
Table 3. Temperature changes instraw pretreatment
配方代号 温度/℃ 0 2 d 4 d 8 d 12 d 16 d 20 d 24 d 28 d T1 21.1 26.4 29.3 39.4 48.2 45.1 38.7 29.3 25.4 T2 21.2 26.1 30.4 38.5 49.1 43.9 37.4 27.9 24.7 T3 21.2 29.5 35.2 42.3 49.2 40.1 31.1 28.1 25.1 T4 21.1 25.3 27.8 32.5 37.8 45.1 41.5 34.6 29.4 T5 21.2 25.1 27.4 31.5 38.1 46.8 39.9 32.1 25.4 T6 21.1 31.3 42.1 50.1 45.2 32.4 27.1 26.1 24.1 CK 21.1 23.7 25.1 28.1 32.5 38.1 40.5 46.8 45.2 日温 21.2 22 19.8 22.1 21.8 24.1 23.5 22.8 23.4
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表 4 不同菌剂配方处理秸秆纤维素变化
Table 4. Changes in cellulose instraw pretreatments
配方代号 作物来源 纤维素含量/% 降解率/% 0 2 d 4 d 8 d 12 d 16 d 20 d 24 d 28 d T3 玉米 30.5c 30.4d 27.3e 25.8h 23.7f 22.5g 19.4f 18.1f 17.8f 41.6d 高粱 42.1b 41.8b 40.2d 38.5e 33.4d 30.1e 28.5d 27.5d 26.1d 38.0e 油菜 48.7a 48.5a 46.9b 43.9b 39.5b 35.9c 31.4c 29.1c 28.5c 41.5d T6 玉米 30.5c 29.8e 26.8f 24.0i 21.2g 20.4h 18.1g 16.5g 16.2g 46.9a 高粱 42.1b 41.5c 40.3d 37.8f 34.7d 30.5e 25.4e 24.1e 23.8e 43.5d 油菜 48.7a 48.4a 47.2b 42.7c 38.9bc 33.1d 30.5c 29.1c 28.1c 42.3c CK 玉米 30.4c 30.2d 29.8g 29.0g 28.5e 27.5f 26.8e 25.5e 23.4e 23.0f 高粱 42.0b 41.6bc 40.8c 39.5d 38.6c 37.4b 36.1b 34.5b 32.7b 22.1g 油菜 48.6a 48.5a 47.9a 45.8a 44.1a 42.9a 40.1a 39.7a 37.9a 22.0g 注：同列不同小写字母表示显著差异(P>0.05)。表 5、6、7同。
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表 5 不同菌剂配方处理秸秆半纤维素变化
Table 5. Changes in hemicellulose in straw pretreatments
配方代号 作物来源 半纤维素含量/% 降解率/% 0 2 d 4 d 8 d 12 d 16 d 20 d 24 d 28 d T3 玉米 18.5a 18.0c 17.1e 16.2e 15.0e 13.5f 10.8e 9.5f 8.9g 51.9c 高粱 25.2b 24.7a 23.4b 22.7b 21.3ab 18.5b 15.3c 13.5c 12.5d 50.4d 油菜 18.3a 17.6d 16.8f 15.9e 14.6f 12.5g 10.8e 9.9e 9.3f 49.2e T6 玉米 18.5a 17.9c 16.9f 15.1g 13.5g 12.1h 9.5g 8.3g 7.9h 57.3a 高粱 25.2b 24.2b 23.1c 22.7ab 21.0b 18.1c 15.9b 12.8d 11.8e 53.2b 油菜 18.5a 18.0c 16.8f 15.8f 14.2f 12.3gh 10.5f 9.8e 9.1fg 50.8d CK 玉米 18.4a 18.1 c 17.5d 16.8d 15.5d 14.8e 14.1d 13.7c 13.1c 28.8f 高粱 25.1b 24.8a 23.8a 22.9a 21.6a 20.9a 20.1a 19.5a 18.1a 27.9g 油菜 18.4a 18.1c 17.7d 17.0c 16.3c 15.6d 15.1c 14.6b 13.8b 25.0h
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表 6 不同菌剂配方处理秸秆木质素变化
Table 6. Changes in lignin in straw pretreatments
配方代号 作物来源 木质素含量/% 降解率/% 0 2 d 4 d 8 d 12 d 16 d 20 d 24 d 28 d T3 玉米 17.9c 17.6c 16.5f 15.2f 13.3g 11.4f 10.2h 9.4h 8.9g 50.3c 高粱 24.5b 24.1b 23.0d 21.8d 20.5e 19.7c 16.1f 14.7e 12.5e 49.0d 油菜 28.7a 28.3a 27.3b 26.3b 24.9b 22.0bc 19.3c 16.5c 14.9c 48.1e T6 玉米 17.9c 17.5c 16.6ef 15.4f 13.5g 11.6f 9.5i 8.9i 8.0h 55.3a 高粱 24.5b 24.0b 23.1d 22.0d 20.9d 19.4d 16.9e 13.6f 11.1f 54.7b 油菜 28.7a 28.1a 27.1b 26.1b 24.7b 21.8c 18.5d 15.4d 13.1d 54.4b CK 玉米 17.8c 17.5c 16.8e 15.8e 15.1f 14.5e 13.2g 12.6g 11.3f 36.5f 高粱 24.4b 24.1b 23.6c 23.9c 23.0c 22.1b 19.8b 17.6b 16.1b 34.0g 油菜 28.6a 28.1a 27.6a 26.8a 25.9a 24.0a 22.6a 20.7a 19.2a 32.9h
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表 7 预处理秸秆与自然腐熟秸秆施用1年后土壤养分变化
Table 7. Changes on soil nutrients a year after addition of pretreated or naturally fermented straws
指标 处理 施入菌剂处理秸秆1年后含量 CK 1年后含量 增加量 施入自然腐熟秸秆1年后含量 增加量 全氮/
(g·kg-1)N1 2.81a 1.89a 0.92a 2.46a 0.35a N2 2.29b 1.38b 0.91a 2.12b 0.17c N3 1.54c 0.67c 0.87b 1.25c 0.29b 全磷/
(g·kg-1)N1 1.86a 1.15a 0.71a 1.65a 0.21a N2 1.82a 1.13a 0.69a 1.63a 0.19a N3 1.26b 0.85b 0.41b 1.15b 0.11b 碱解氮/
(mg·kg-1)N1 156.45a 114.58a 41.87a 147.61a 8.84a N2 161.08a 119.92a 41.16a 154.21a 6.87b N3 72.18b 35.09b 37.09b 71.38b 0.8c 有效磷/
(mg·kg-1)N1 65.13b 28.98b 36.15a 61.32b 3.81a N2 83.12a 53.34a 29.78b 79.38a 3.74b N3 53.12c 21.35c 31.77b 51.78c 1.34c 速效钾/
(mg·kg-1)N1 190.17a 153.14a 37.03a 182.78a 7.39a N2 212.04a 175.34a 36.7a 205.12a 6.92b N3 121.79b 83.98b 37.81a 115.63b 6.16c 有机质/
(g·kg-1)N1 19.17a 16.81a 2.36c 18.08a 1.09a N2 12.34b 9.31b 3.03b 11.57b 0.77b N3 9.15c 5.71c 3.44a 8.97c 0.18c 土壤容重/
(g·cm-3)N1 1.2a 1.29a -0.09c 1.22a -0.02a N2 1.23a 1.27a 0.04b 1.23a 0a N3 1.21a 1.2b -0.01a 1.22a 0.01a
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表 8 预处理秸秆与自然腐熟秸秆施用1年后对土壤养分影响的方差分析结果
Table 8. Variance Analysis on effects of pretreated and naturally fermented straws on soil nutrients a year after addition
指标 土壤 F值 A B C 全氮含量 水稻土 279.059** 702.247** 44.704* 黄壤土 244.161** 196.173** 19.360* 黄砂土 336.842** 236.433** 289.715** 全磷含量 水稻土 193.045** 43.394* 176.645* 黄壤土 275.346** 198.534** 31.738* 黄砂土 651.860** 156.000** 42.250* 碱解氮含量 水稻土 499.130** 144.484** 196.749** 黄壤土 584.316** 98.317* 34.364* 黄砂土 529.393** 489.490** 0.177ns 有效磷含量 水稻土 269.330** 644.966** 22.400* 黄壤土 661.423** 80.917* 19.581* 黄砂土 617.762** 568.257** 0.007ns 速效钾含量 水稻土 481.202** 770.760** 33.381* 黄壤土 631.396** 423.494** 603.560** 黄砂土 567.002** 298.342** 65.241* 有机质含量 水稻土 366.878** 87.269* 91.668* 黄壤土 99.575* 24.519* 68.528* 黄砂土 513.391** 425.284** 3.473ns 土壤容重 水稻土 192.000** 361.000** 6.250ns 黄壤土 48.000** 121.000** 0.143ns 黄砂土 1.000ns 4.000ns 3.000ns 注：表中数据为方差分析的F值。其中A代表菌剂处理秸秆与CK的关系，B代表自然腐熟秸秆与CK的关系，C代表菌剂处理秸秆与自然腐熟秸秆的关系。显著水平：*P < 0.05；**P < 0.01；ns表示差异不显著。
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