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土壤酸化和农业废弃物积累是我国农业面临的两大问题。一方面,土壤酸化形势严峻,酸化面积不断扩大的同时酸化程度不断加深;另一方面,以秸秆和禽畜粪便为主的农业废弃物利用率低,造成资源浪费和环境污染。 农业废弃物是一种优质的有机肥源,含有丰富的氮、磷、钾等营养元素和大量有机物。农业废弃物是一座巨大的资源库,在目前的技术、资金和劳动力等条件下,可以被再生循环利用。但是目前对农业废弃物的处理方式整体为粗放型,不仅不能对其进行有效的转利用,而且造成了极大的环境污染。土壤酸化是全球普遍存在的农业生产问题,酸性土壤分布面积大,生产力低,且酸化程度还在加重。低pH、铝毒和氮磷钾养分缺乏是酸性土壤限制作物生产的主要因素,解决酸害、铝毒和养分低下等障碍因子是最大程度利用酸性土壤资源的关键。面对土壤酸化程度加深和面积扩大以及农业废弃物资源浪费和生态环境破坏等问题,如何有效利用农业废弃物和治理酸性土壤成为农业和农村经济可持续发展的一个重大课题。 黄壤作为中国西南地区最具代表性的酸性土壤,具有酸性土壤普遍的酸、毒、瘠的特点;同时是贵州省分布最广,面积最大的地带性土壤,占农用耕地面积的45%以上,农林业的发展不可避免地需要依赖黄壤土地资源。农业废弃物通过堆肥可生产大量碱性的有机肥,并且营养元素丰富,理论上通过有机肥的还田,可以有效的改善酸性黄壤的酸碱度,并且提高酸性黄壤的肥力质量水平。 本文以农业废弃物和黄壤为研究对象,通过对贵州省农业废弃物资源估算,明确了贵州省农业废弃物在时间上的变化规律和结构来源分布;选用典型的禽畜粪便(牛粪、猪粪和鸡粪)进行堆肥,并对堆肥产品的品质进行了评价,探讨了其经济意义;通过添加不同比例的有机肥,考察了废弃物有机肥对酸性黄壤铝毒和肥力的改良效果,对黄壤的肥力指标和综合肥力进行了评价;以生物炭为堆肥调理剂,探究了生物炭对农业废弃物肥料化的影响。主要结论如下: (1)1991-2014年间贵州省产生的主要农业废弃物约4.6亿吨,年均产量1897.5万吨;其中以作物秸秆为主,年均产量约1216.1万吨,占废弃物总量的64.09%;禽畜粪便为辅,年均产量681.4万吨,占废弃物总量的35.91%。秸秆主要来源为稻谷、玉米和油菜,禽畜粪便主要来源是牛粪和猪粪。几十年来,农业废弃物增长迅速,2014年农业废弃物产量(1894万吨)是1980年农业废弃物产量(1098万吨)的1.72倍。 (2)禽畜粪便与秸秆配比发酵的有机肥符合有机肥的技术指标要求,达到二级有机肥标准。不同禽畜粪便发酵的有机肥总养分差异较大,由大到小依次为鸡粪秸秆有机肥、猪粪秸秆有机肥、牛粪秸秆有机肥。鸡粪秸秆有机肥全氮含量1.57%,全磷(P2O5)含量3.72%,全钾(K2O)含量4.11%,总养分含量9.40%;猪粪秸秆有机肥全氮含量1.84%,全磷(P2O5)含量2.32%,全钾(K2O)含量3.54%,总养分含量7.70%;牛粪秸秆有机肥全氮含量1.67%,全磷(P2O5)含量1.52%,全钾(K2O)含量2.70%,总养分含量5.9%。废弃物有机肥的供肥潜力巨大,2014年的贵州省农业废弃物潜在可提供氮肥约19.2万吨,磷肥约12.0万吨,钾肥约30.0万吨,是贵州省2014年氮肥、磷肥、钾肥使用量的37%、101%、311%。 (3)废弃物有机肥的添加能降低黄壤铝毒,提升土壤肥力水平。添加比例为5%时,交换铝含量下降85%以上,除全钾外的各项肥力指标明显改善,综合肥力质量水平从Ⅳ级(低下)提升到Ⅰ级(高)。添加比例为10%时,交换铝含量降幅达95%左右,黄壤中的有机质、碱解氮、有效磷、速效钾和pH基本达到理想水平;全氮大中等水平;全磷、全钾隶属度值较小,是制约黄壤肥力的主要因素;综合评价指数IFI和FQI接近1,黄壤肥力水平达到较理想状态。 (4)适宜的生物炭添加量(10%),可以提高堆肥温度,产热量相应增加;添加过量时,导致堆体的自由空域升高,温度容易散失,反而导致温度提高不明显。添加生物炭能够提升堆肥产品的全氮增量百分比,并且中药渣的提升效果较牛粪更好;对碱解氮的影响与物料属性有关,对中药渣的碱解氮增量水平为负作用,对牛粪为正向作用。生物炭的添加能够相对提升全磷、全钾和有效磷、速效钾的增量百分比,对牛粪堆体的效果更明显。添加生物炭的量与堆肥前后的全碳增量成正比,这可能是由于生物炭对碳的吸附较氮强。