四川农业大学开题报告.docx

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四川农业大学开题报告

农业大学本科生毕业论文（设计）开题报告

毕业论文（设计）题目

猪粪施用对稻田土壤酶活性的影响

选题类型

应用基础型

课题来源

国家支撑项目

学院

资源环境学院

专业

农业资源与环境（生态环境建设与管理方向）

指导教师

职称

姓名

年级

学号

1立体依据

近年来，为获高产常施大量肥料[1]。

2008年公布的数字表明（中华人民国统计局，2011），1990年我国无机肥施用量为4124万吨,2003年为4411万吨,2007年为5107万吨。

但由于大量施用化肥而忽略配施有机肥，引起了土壤中有机质含量急剧减少，导致土壤理化性质改变，土壤综合生产能力降低[2]。

据估算，2003年我国畜禽粪便产生量约为221亿吨，占农业有机废弃物资源的40%以上[3]。

大量的畜禽粪便对我国环境造成了严重威胁。

未被利用的有机肥料，特别是猪粪直接排入地表水的氮磷量远大于农田中化肥通过径流进入地表水的氮磷量,成为当今地表水中氮磷主要来源[4]。

近20年来，土壤质量的生物学特性在土壤肥力与质量中作用的研究得到不断加强。

水稻土因为长时间的淹水在土壤特性方面与旱地土壤有所不同，谭周进等[5]研究指出合理的轮作、施有机肥可提高水稻土土壤肥力及增强酶活性。

农田消纳是目前畜禽粪便资源化利用的一个重要途径，施用有机肥提高土壤碳氮磷肥力，同时为酶促反应提供了较多基质酶源,增加了土壤微生物数量，并为土壤中原有微生物提供了能源，而土壤酶绝大部分来自微生物和植物根系分泌作用，因而促进了土壤酶活[6]。

但有机肥如猪粪具有臭脏、带病菌寄生虫、施用不便、养分含量低、养分释放缓慢等缺点，逐渐受到漠视，乱排滥放成为面源污染源[7]。

猪粪和化肥配施能够优势互补，减少化肥用量，节约成本，保护环境，是“环境友好型，资源节约型”节能减排的低碳措施。

稻田中的作物、微生物和土壤具有吸收、转化和吸附养分的作用，可处理消纳有机肥[8]。

本研究主要探讨猪粪对稻季土壤酶活性的影响，如磷酸酶、脲酶、过氧化氢酶、土壤转化酶,以及探究土壤酶与土壤理化性质的相关性。

在探索施肥和土壤酶活性指标之间的在联系，为平原生猪养殖废弃物的资源化利用、合理施肥和培肥土壤等提供科学依据。

2国外研究现状

据不完全统计，一头体重80公斤~160公斤的猪年排放量大约为2吨，目前省生猪养殖存栏数已达到6200万头以上，年生猪出栏数超过1亿头[9]，因此的猪粪年产出量是巨大的。

我国猪粪中N、P2O5、K2O、Zn、Cu平均含量为2.28％、3.97％、2.09％、663.3mg/kg和488.1mg/kg。

与上世纪90年代相比氮素变化不大，磷和钾分别增加93.7%和54.8%[10]。

土壤中广泛存在的脲酶的作用，尿素施入土壤后迅速水解生成NH3，其速度是未经催化水解的1014倍[11]，极降低了植物对氮素的利用，并提高了尿素的利用率。

同时，王灿[12]等研究认为，可以将土壤中脲酶、转化酶和碱性磷酸酶活性与土壤养分指标（除速效磷外）结合在一起作为综合评价土壤肥力指标。

多数研究结果表明，施用有机肥、无机肥能提高土壤养分含量，且更有利于提高土壤脲酶、磷酸酶、转化酶活性[13]。

2.1土壤酶活性

土壤酶来自微生物、植物和动物的活体或残体，通过催化土壤中的生化反应发挥重要作用，根据作用原理可以分为水解酶类、氧化还原酶类、转移酶类、裂合酶类4大类。

土壤酶的活性是土壤生物活性和土壤肥力的重要指标[14]。

土壤酶大部分来源于土壤微生物的活动、植物根系分泌物和动植物残体腐解过程中的释放，其中微生物细胞是其主要来源，且土壤微小动物对土壤酶的贡献十分有限。

土壤中已经发现了50-60种酶，研究较多的有氧化还原酶、转化酶和水解酶。

肥料可通过改善土壤水热状况和微生物区系而影响土壤酶活性。

施用有机肥可以显著提高土壤微生物量和微生物活性[15]，且增施有机肥料有利于改善土壤理化性质，提高土壤酶活性[16]。

2.1.1土壤磷酸酶

土壤磷酸酶是表征土壤生物活性的重要酶之一，能催化土壤有机磷化合物的矿化，加速土壤有机磷的脱磷速度，其活性的高低直接影响着土壤中有机磷的分解转化和生物有效性。

土壤磷酸酶活性表征了土壤磷素有效化的强度[17]。

按磷酸酶的最适土壤酸碱度通常将其分为酸性磷酸酶（pH4~5）、中性磷酸酶（pH6~7）和碱性磷酸酶（pH8~10）[18]。

磷酸酶活性与有机磷含量有密切的关系,无论是酸性磷酸酶还是碱性磷酸酶,都与土壤有效磷含量有极显著的相关性[19]。

有机肥可提高磷酸酶活性[20]。

猪厩肥对于提高磷酸酶活性作用更明显，这可能是由于猪厩肥中磷酸酶含量较高的缘故[21,22]。

稻季猪粪配施氮磷钾进入到淹水土壤中，发生一系列物理、化学及生化反应改变了土壤环境状况，如土壤pH、氧化还原电位等，从而活化了土壤磷素供应，导致土壤酸性磷酸酶活性增强[23]。

2.1.2土壤脲酶

脲酶是一种专性很强的酶，能促进尿素水解生成氨、CO2和H20，其中，氨是氮素营养的直接来源，因此脲酶活性可表示土壤氮素供应状况。

脲酶是一种酞胺酶，直接参与尿素形态转化，能酶促有机质分子中肽键的水解，其活性通常与微生物数量、土壤有机质、全氮和速效氮相关。

长期NPK配施有机肥能明显提高脲酶活性，特别是增施C/N比适中、富含新鲜养分的猪厩肥。

从配施比例来看，猪厩肥比例越大，脲酶活性越高。

NPK配施作物秸秆处理中的土壤服酶活性较无肥区（CK）也有明显提高，但明显低于配施猪厩肥处理中的脲酶活性[24]。

这是由于有机肥与化肥配合施用不仅可以提供丰富的有机碳，而且化肥中的无机氮调节了土壤中的碳氮比，为微生物的活动和酶活性的提高创造了良好的条件[25]。

脲酶活性的变化充分表明了土壤氮素的供应情况，并符合作物生长需要的变化趋势。

Zantua和Bremner[26]认为，往土壤中施入能促进微生物活动的葡萄糖或其他有机物质能使土壤的脲酶活性得到增加。

经相关研究,有机无机复混肥和生物复混肥处理脲酶活性基本呈上升趋势[27]，可能是因为无机肥中有效态的氮含量太高，抑制了土壤微生物活性，而生物复混肥中的有机氮和无机氮促进土壤脲酶活性的升高。

2.1.3过氧化氢酶

过氧化物酶作为土壤中的氧化还原酶类，与土壤微生物有着密切联系，在有机质氧化和腐殖质形成过程中起着重要作用，过氧化物酶在一定程度上反映了土壤微生物学过程和作物代过程的强度。

过氧化氢是由生物呼吸过程和有机物的生物化学氧化反应产生的，对生物和土壤均具有毒害作用。

土壤中真菌、细菌和植物根都能够分泌过氧化氢酶，将过氧化氢分解为水和氧，从而解除过氧化氢的毒害[28]。

过氧化氢酶是参与土壤中物质和能量转化的一种重要的氧化还原酶。

过氧化氢酶的活性表征了土壤腐殖质化强度大小和有机质积累程度。

化肥与猪厩肥配施可显著提高过氧化氢酶活性[29]。

可能是由于施入猪厩肥后提高了土壤腐殖质含量及土壤有机质含量，从而提高了土壤过氧化氢酶的活性。

2.1.4土壤转化酶

转化酶又名蔗糖酶，广泛存在于动植物和微生物中，是一种重要的水解酶类[30]。

是酶促化学基团的分子间或分子的转移同时产生化学键的能量传递的反应。

主要包括转氨酶、果聚糖蔗糖酶。

在经济作物生长期不同处理蔗糖酶平均活性大小顺序为生物复混肥>有机无机复混肥>CK>无机肥。

生物复混肥处理土壤蔗糖酶活性最高，与其他处理相比差异显著[31]。

原因可能是生物复混肥和有机无机复混肥处理中有机肥和无机肥配施提供了丰富的有机碳，无机肥中的无机氮调节了土壤中的C/N，为微生物活动提供了更多的酶促反应基质，进而提高了土壤蔗糖酶活性。

2.2施肥对土壤酶的影响

土壤酶直接或间接的参与土壤中的一切生化反应。

土壤酶活性是土壤生物活性和土壤肥力的重要指标[32]，土壤酶活性的高低能反映土壤生物活性和土壤生化反应强度[33]，施肥对土壤酶活性产生不同的影响，其主要原因可能是长期的不同施肥制度导致土壤微生物量、区系组成以及代过程改变，从而使得主要由土壤微生物产生的土壤酶的数量和活性发生变化。

脲酶活性高低在一定程度上反应了土壤的供氮水平状况[34]，长期合理施肥能够提高脲酶的活性。

肥料施入土壤后，脲酶活性增加可能的原因是脲酶反应底物的浓度升高，施入肥料后，由于肥料中所含N素为尿素和磷酸氢二铵，土壤中氢氧化铵浓度升高，溶解或水解土壤有机质增加，提高了水溶性有机质含量，因而脲酶活性也随之增加[35]。

磷酸酶是一种水解性酶，酶促作用能够加速有机P的脱P速度，提高土壤P的有效性。

磷酸酶参与能酶促磷盐键的水解性裂解。

土壤中的过氧化氢酶则能酶促过氧化氢分解为水和氧气，从而解除了过氧化氢的毒害作用。

肥料施用在一定程度上提高了土壤中过氧化氢酶的活性，但是不同肥料处理之间过氧化氢酶活性差异不明显[36]。

有文献报道，过氧化氢酶不能表征肥料对于土壤肥力的影响，可能是由于过氧化氢酶的辅基遭到了肥料中阴离子的封阻[37]。

蔗糖酶可使不能直接被植物吸收的蔗糖分解成葡萄糖和果糖，活性大小可以间接的表征土壤中有机碳的转化情况[38].有研究指出蔗糖酶活性高，则土壤生物活性好，土壤肥力高，土壤状况良好[39]。

综上所述，施入有机肥能改良土壤的理化性质和提高土壤肥力，从而提高土壤酶活性。

而土壤酶对因环境或管理因素引起的变化较敏感，具有时效性，土壤酶活性的高低可以反映土壤养分（尤其是氮、磷）转化的强弱[40]。

3研究的主要容

3.1研究区域概况

试验点位于都江堰天马镇，天马镇位于都江堰市区东南的柏条河中游。

土壤类型主要为岷江灰色冲积物发育的水稻土，属中亚热带湿润季风气候区，年均气温15.2℃，年均降水量近1200毫米，年均无霜期280天。

这里四季分明，夏无酷暑，最热的7、8月份平均气温为24℃左右，平均最高气温仅28℃；冬无严寒，最冷的1月份平均气温为4.6℃，平均最低气温在2℃左右。

水资源十分充沛，有柏条河、柏木河、蒲阳河、右干渠灌溉，盛产水稻、小麦、玉米、油菜籽和其它经济作物。

3.2研究容

（1）不同处理各生育期土壤磷酸酶活性变化特征；

（2）不同处理各生育期土壤过氧化氢酶活性变化特征；

（3）不同处理各生育期土壤转化酶的活性变化特征；

（4）不同处理各生育期土壤脲酶的活性变化特征；

3.3研究目标

本试验在稻田上施用猪粪，研究土壤酶（磷酸酶、过氧化氢酶、转化酶及脲酶）活性变化特征，以期为此区域的猪粪资源肥料化持续高效利用供理论依据。

4.试验方案

4.1技术路线

根据本研究的目的和容，通过田间试验，按作物不同生育期和不同土层厚度采样，研究猪粪对土壤磷酶活性的影响，这对猪粪的合理施用、保护环境和提高土壤肥力有着重要意义。

本研究开展的技术路线如图1所示：

图1研究技术路线图

4.2试验方案

4.2.1试验材料

供试的种养废弃物由都江堰德宏农业公司提供经过干湿分离的腐熟猪肥，其余无机肥料分别为市售尿素（46.4%N），过磷酸钙（12%P2O5），氯化钾（60%K2O）。

水稻品种为冈优系列。

4.2.2试验设计

水稻试验于2013年5月至9月开展，小区面积20.0m2，小区间田埂用塑料薄膜覆盖，以防肥、水相互渗透，四周设保护行，每个小区均单设进、排水口。

水稻株、行距为13、28.5cm，每穴定植2株，施肥后，并进行常规田间管理。

每个处理重复3次，采样随机区组实验设计具体的施肥处理如下：

表格1实验处理

表1实验处理

实验处理

具体施用量

处理1

CK不施肥做对照

处理2

常规化肥（NPK）

处理3

化肥75%和猪粪25%（NKM1以常规化肥施氮为标准，施用猪粪全氮含量占施氮量的25%）

处理4

化肥和猪粪50%（NKM2）

处理5

猪粪100%（M3）

处理6

猪粪150%（M4）

处理7

猪粪200%（M5）

处理8

猪粪300%（M6）

4.2.3采样方法

分别于水稻的分蘖期、拔节期、抽穗期和成熟期，按5点混合取样法用土钻分别在每个小区取样。

每次取样划分0—20cm、20—40cm2个土层。

采集土样自然风干后过筛，再进行指标的测定。

4.2.4测定方法

表2测定方法

指标

测定方法

土壤基本理化性质

参见鲁如坤的《土壤农业化学分析方法》（2000年）中的方法进行分析

土壤过氧化氢酶

高锰酸钾滴定法（以20min后每克干土消耗0.02mol.L-1高锰酸钾毫升数表示）

土壤脲酶

靛酚蓝比色法测定[41]（以1d后每百克干NH3-N的毫克数表示）

土壤转化酶

3,5-二硝基水酸比色法测定（24h后1g土壤葡萄糖的毫克数表示）

土壤磷酸酶

苯磷酸二钠法测定，以酚量mg/g（370C,24h）表示[42]

4.2.5数据处理

数据用Excel和SPSS进行统计和分析。

5预期成果

各生育期不同猪粪处理土壤酶活性变化。

6时间安排

2012年12月～2013年03月查阅文献，拟订实验方案；

2013年03月～2013年09月开展水稻大田试验；

2013年09月～2013年11月实验分析，整理资料，撰写论文。

7主要参考文献

[1]徐明岗,梁国庆,夫道.中国土壤肥力演变[M].中国农业科学技术,2006.

[2]邢素丽,孟朝,徐明岗.有机无机配施对太行山山前平原小麦产量和土壤培肥的影响[J].华北农学报,2010,25（B08）:

212-216.

[3]林强.我国的土壤污染现状及其防治对策[J].水土保持,2004,16

（1）:

25-28.

[4]朱兆良.肥料与农业和环境[D].大自然探索,1998（4）.

[5]谭周进,跃华,芳,等.稻作制与有机肥对红壤水稻土微生物及酶活性的影响研究[J].中国生态农业学报,2004,12

（2）:

121-123.

[6]颜慧,钟文辉,忠佩,等.长期施肥对红壤水稻土磷脂脂肪酸特性和酶活性的影响[J].应用生态学报,2008,19

（1）:

71-75.

[7]QiaoM,ZhengYM,ZhuYG.MaterialflowanalysisofphosphorusthroughfoodconsumptionintwomegacitiesinnorthernChina[J].Chemosphere,2011,84（6）:

773-778.

[8]LiS,LiH,LiangX,etal.RuralwastewaterirrigationandnitrogenremovalbythepaddywetlandsystemintheTaiLakeregionofChina[J].JournalofSoilsandSediments,2009,9（5）:

433-442.

[9]曾祥平,郭曦,邓佳,等.猪粪无害化处理及资源化利用研究[J].农机,2010（001）:

30-31.

[10]书田,荣乐,陕红.我国主要畜禽粪便养分含量及变化分析[J].农业环境科学学报,2009,28

（1）:

179-184.

[11]达,云玉,温亚利.改革开放以来我国林业经济增长的实证研究[J].农业科学,2010（019）:

10357-10359.

[12]王灿,王德建,瑞娟,等.长期不同施肥方式下土壤酶活性与肥力因素的相关性[J].生态环境,2008,17

（2）:

688-692.

[13]王俊华,睿,华勇,等.长期定位施肥对农田土壤酶活性及其相关因素的影响[J].生态环境,2007,16

（1）:

191-196.

[14]恩凤.土壤酶与土壤肥力研究[D].1979.

[15]东坡,利军,武志杰,等.不同施肥黑土微生物量氮变化特征及相关因素[J].应用生态学报,2004,15（10）:

1891-1896.

[16]唐艳,林林.银杏园土壤酶活性与土壤肥力的关系研究[J].广西植物,1999,19（003）:

277-281.

[17]王平.长期施肥对小麦/玉米间作体系土壤酶活性与养分的影响[D].农业大学,2009.

[18]光华,革志.普通小麦多子房基因单体分析的染色体定位及双端[J].遗传学报,1992,19（6）:

513-516.

[19]耿玉清,白翠霞,广亮,等.土壤磷酸酶活性及其与有机磷组分的相关性[J].林业大学学报,2008,30

（2）:

139-143.

[20]MartensDA,JohansonJB,FrankenbergerJrWT.Productionandpersistenceofsoilenzymeswithrepeatedadditionoforganicresidues[J].SoilScience,1992,153

（1）:

53-61.

[21]关松荫.土壤酶活性影响因子的研究-Ⅰ.有机肥料对土壤中酶活性及氮磷转化的影响[J].土壤学报,1989,26

（1）:

72-78.

[22]瑞莲,秉强,朱鲁生,等.长期定位施肥对土壤酶活性的影响及其调控土壤肥力的作用[J].植物营养与肥料学报,2003,9（4）:

406-410.

[23]咏梅,周国逸,吴宁.土壤酶学的研究进展[J].热带亚热带植物学报,2004,12

（1）:

83-90.

[24]娟,秉强,秀英,等.长期有机无机肥料配施对土壤微生物学特性及土壤肥力的影响[J].中国农业科学,2008,41

（1）:

144-152.

[25]巧燕,林瑞庆,朱兴全.SRAP分子标记及其应用概述[J].热带医学杂志,2006,6（4）:

467-469.

[26]ZantuaMI,BremnerJM.Productionandpersistenceofureaseactivityinsoils[J].Soilbiologyandbiochemistry,1976,8（5）:

369-374.

[27]华,英旭,梁新强,等.土壤脲酶活性对稻田田面水氮素转化的影响[J].水土保持学报,2006,20

（1）:

55-58.

[28]王冬梅,王春枝,晓日,等.长期施肥对棕壤主要酶活性的影响[J].土壤通报,2006,37

（2）:

263-267.

[29]娟,秉强,秀英,等.长期有机无机肥料配施对土壤微生物学特性及土壤肥力的影响[J].中国农业科学,2008,41

（1）:

144-152.

[30]吴金水.土壤微生物生物量测定方法及其应用[M].气象,2006.

[31]邵丽,谷洁,社奇,等.生物复混肥对土壤微生物功能多样性及土壤酶活性的影响[J].农业环境科学学报,2012,31（6）:

1153-1159.

[32]恩凤.土壤酶与土壤肥力研究[M].1979.

[33]VonMersiW,SchinnerF.Animprovedandaccuratemethodfordeterminingthedehydrogenaseactivityofsoilswithiodonitrotetrazoliumchloride[J].BiologyandFertilityofSoils,1991,11（3）:

216-220.

[34]瑞莲,秉强,朱鲁生,等.长期定位施肥对土壤酶活性的影响及其调控土壤肥力的作用[J].植物营养与肥料学报,2003,9（4）:

406-410.

[35]金继运,荣乐,吴荣贵.土壤肥力与肥料[M].1998.

[36]邱现奎,董元杰,万勇善,等.不同施肥处理对土壤养分含量及土壤酶活性的影响[J].

土壤,2010,42

（2）:

249-255.

[37]周礼恺.土壤酶学[M].科学,1987.

[38]FormanRTT.Somegeneralprinciplesoflandscapeandregionalecology[J].LandscapeEcology,1995,10（3）:

133-142.

[39]吴凤芝,栾非时,王东凯,等.大棚黄瓜连作对根系活力及其根际土壤酶活性影响的研究[J].东北农业大学学报,1996,27（3）:

255-258.

[40]瑞莲,秉强,朱鲁生,等.长期定位施肥对土壤酶活性的影响及其调控土壤肥力的作用[J].植物营养与肥料学报,2003,9（4）:

406-410.

[41]GuanSY,ZhangD,ZhangZ.Soilenzymesanditsmethodology[M].1986.

[42]高扬,汪亚峰,何念鹏,等.不同土地利用方式下崇明岛土壤酶与有机质空间分布特征[J].农业环境科学学报,2013

（1）:

21-28.

指导教师意见

指导教师签名：

答辩时间：

年月日

注

：

1.选题类型：

基础型、应用基础型、应用型、调研型；

2.课题来源：

国家级项目、省部级项目、横向合作项目、校级项目、自选项目；