我国每年产生大量的秸秆,秸秆处置和利用不当会引发系列的环境问题和资源浪费。秸秆还田是目前秸秆利用最直接的方式和手段。但是,连续秸秆全量还田也带来了一些问题,如由于秸秆腐解慢影响播种质量、秸秆腐解需要增加氮肥的投入以稳定产量以及病虫害加重等问题。本论文以天然纳米材料凹凸棒土为载体,负载秸秆降解微生物,研发了纳米载体菌剂,并研究了该菌剂对秸秆的降解规律及对作物的生长发育、农田温室气体排放和产量的影响作用。论文的主要研究结果如下:(1)纳米载体菌剂可以显著促进秸秆降解和养分释放。通过尼龙网袋法对秸秆进行原位降解特性研究,结果表明,秸秆降解菌剂和纳米载体菌剂都可以有效提高秸秆的降解效率、促进养分的释放。与秸秆降解菌剂处理相比,纳米载体菌剂效果更好,80天时秸秆降解效率高达19.21%。同时,秸秆原位降解试验表明,秸秆在降解初期养分释放比较迅速;在秸秆降解的整个过程中,纳米载体菌剂对于秸秆中氮磷钾的释放效果较为显著,在80天时氮素的释放效率高于降解菌剂25.64%;在100天时,钾素的释放效率提高24.84%。(2)秸秆还田能够改善土壤的地力水平和土壤微生物的结构,从而对作物的生长发育产生影响。本研究在小区水平条件下,通过秸秆还田后喷施纳米载体菌剂,研究其对土壤地力和土壤微生物的影响。结果表明,与秸秆降解菌剂相比,纳米载体菌剂的使用可以有效提高土壤中氮磷钾等养分的含量。在不同的生长时期可以分别使氮磷钾提高1.20%-27.14%、9.45%-75.37%、2.20%-17.42%。同时,对于提高土壤微生物中纤维素降解类微生物门类起到很好的促进作用,与秸秆常规处理相比,秸秆降解菌剂及纳米载体菌剂可以分别增加变形杆菌门(36.8%,42.6%),拟杆菌门(5.39%,3.23%),这为秸秆还田后能够快速降解提供了基础。(3)秸秆还田能够增加农田温室气体的排放。本研究对还田的小麦秸秆喷施纳米菌剂,通过FTIR测量系统测定了两个生长时期其对农田温室气体的排放效应。研究结果表明,与秸秆降解菌剂相比,纳米载体菌剂对于降低温室气体的排放效果较为显著,可以分别使CO2浓度降低5.11%-10.75%、CH4浓度降低1.47%-2.97%、N20浓度降低1.90%-3.56%。这为以后减少农田温室气体的排放提供了参考。(4)秸秆全量还田往往会对后茬作物的出苗及生长发育产生不利影响。因此,如何解决这些问题是秸秆还田工作顺利进行的基础。本研究通过对纳米菌剂处理小麦秸秆后作物的农艺性状进行调查分析。研究结果表明,在小区试验条件下,纳米载体菌剂对于提高作物的出苗率、增加株高和茎粗,提高叶绿素含量等方面都具有较好的促进作用。与秸秆降解菌剂相比,可以使出苗率增加5.47%、株高增加23.08%、茎粗增加12.95%、叶绿素含量提高2.10%-3.83%,对光合效率的增强作用不明显。同时,大田试验表明,纳米载体菌剂对于上述农艺性状的提高仍然起到重要的作用,特别是可以使玉米的产量增加11.93%。(5)采用扫描电镜、红外光谱、X射线衍射和热重分析等物理技术对纳米载体菌剂降解秸秆的过程进行了研究。扫描电镜观察结果表明,纳米载体菌剂具有更好的吸附作用,菌丝可以快速在秸秆薄壁细胞内进行繁殖,从而加速对维管束等其它组织的降解;红外光谱和X射线衍射分析表明,经过纳米菌剂处理的秸秆,其纤维素相关的特征峰发生变弱的现象,与纤维素相关的衍射峰也明显的降低。这些都说明纳米载体菌剂的处理,使得秸秆中的纤维素等物质发生了降解。秸秆降解试验结果表明,与秸秆降解菌剂处理相比,纳米菌剂可以使纤维素的降解率提高23.18%。