不同秸秆还田方式对旱地红壤细菌群落、有机碳矿化及玉米产量的影响

为探讨长期不同秸秆还田方式对旱地红壤细菌群落、有机碳矿化及玉米产量的影响,基于中国科学院鹰潭红壤生态实验站设置的不同秸秆还田方式长期定位试验(9 a),选取不施肥(CK)、单施化肥(N)、化肥+秸秆(NS)、化肥+秸秆猪粪配施(NSM)和化肥+生物质炭(NB)这5个处理,通过高通量测序技术研究旱地红壤细菌多样性和群落结构差异,揭示了细菌群落对土壤有机碳矿化和玉米产量的影响机制.结果表明:①不同秸秆还田处理下,红壤化学性质发生显著变化,其中NSM处理对旱地红壤肥力的综合提升效果最好,并显著提高了玉米产量.②相比于CK和N处理,秸秆还田处理均提高了细菌多样性.主成分分析发现,秸秆还田处理改变了土壤细菌群落结构.③秸秆还田处理提高了土壤有机碳矿化能力,NSM处理的土壤有机碳矿化速率和累积矿化量最高.④相关性分析表明土壤AN/AP比值显著改变了细菌群落结构,结构方程模型结果表明,土壤AN/AP比可能通过影响土壤细菌多样性和群落结构,间接提高了土壤有机碳矿化能力和玉米产量.本研究结果为协同提升旱地红壤生物多样性和耕地地力水平,保障健康红壤生态系统和粮食安全提供了科学依据.     

山东淄博玉米产区土壤砷含量空间变异研究

采用地统计及地理信息(GIS)技术研究了山东省淄博玉米产区土壤砷含量空间变异性及其分布特点.淄博玉米产区土壤砷监测数据呈正偏态分布,为实现数据集正态化及降低偏大值对预测结果的影响,对原始数据集进行了自然对数变换.结果表明,变换后数据集的经验半变异函数存在明显各向异性,在北偏东70°方向上变异性最弱.应用指数模型拟合经验半变异函数,采用普通克里格法预测砷元素的空间分布状况.研究表明,本区域土壤砷含量存在明显的空间异质性,污水灌溉是引起土壤砷元素空间变异最主要的因素,监测区内土壤As元素含量存在实际“亏损”状况.     

不同烧制温度下玉米秸秆生物炭的性质及对萘的吸附性能

以玉米秸秆为原料,在300、500和700℃这3个温度下烧制生物炭,使用元素分析仪测定其元素组成,扫描电镜观测其表面特性,并采用批量吸附实验研究了生物炭对萘的吸附特性.结果表明,随烧制温度升高,玉米秸秆生物炭的碳元素含量从66.79%上升到76.30%,氢和氧元素从4.92%和19.25%下降到3.18%和9.53%;H/C、O/C和(O+N)/C值降低,芳香性和疏水性增强,极性降低.扫描电镜结果显示玉米秸秆生物炭主要是片状颗粒,孔隙少,生物炭表面粗糙程度随温度升高增加.对萘的动力学吸附曲线符合Lagergren准二级模型,初始吸附速率与平衡吸附量随烧制温度上升而上升;等温吸附曲线可用Freundlich模型进行描述,生物炭的吸附能力随烧制温度升高而增强,非线性先下降后上升.玉米秸秆生物炭表面形态上具有显著特点,且不同烧制温度对其元素组成、表面特征和对萘的吸附行为有显著影响.     

不同氮水平下间作对玉米土壤硝化势和氨氧化微生物数量的影响

利用荧光定量PCR(real-time quantitative PCR,Q-PCR)技术,结合氨氧化细菌(ammonia oxidizing bacteria,AOB)和氨氧化古菌(ammonia oxidizing archaea,AOA)丰度和土壤理化性质的测定,探索了不同氮水平下间作对玉米土壤硝化势(PNF)的影响.试验设置玉米单作和与马铃薯间作两个种植模式,4个施氮水平(不施氮N0、1/2常规施氮N1、常规施氮N2和3/2常规施氮N3)的随机区组试验.结果表明,从不施氮到常规施氮,土壤硝化势和AOA、AOB数量均随施氮量增加而逐渐增加,而高氮(N3)时与N2没有显著差异;间作对土壤硝化势、AOA与AOB数量的影响与施氮量和作物生育期有关,低氮投入(N1)间作有利于增加土壤氨氧化微生物数量和硝化作用.施肥是硝化势增加的主要驱动因子,相关性分析结果表明,土壤含水量是影响PNF的主要环境因子;PNF与土壤中AOA、AOB amoA基因丰度成显著的正相关.尽管玉米马铃薯间作降低了土壤中AOA、AOB amoA基因丰度,却使得间作土壤中AOB占据氨氧化微生物数量上的优势.以上结果表明,施氮和间作均影响了土壤硝化作用和氨氧化微生物AOA和AOB数量的变化,这些变化会影响土壤环境质量.     

秸秆还田对连作棉田土壤酶活性的影响

新疆棉区普遍实行秸秆还田,棉田土壤酶活性受到连作障碍的负面效应与长期秸秆还田培肥地力的正面效应的双重影响;通过定点微区实验,对比秸秆还田和未秸秆还田土壤酶活性的变化趋势,研究连作条件下秸秆还田与否对棉田土壤酶活性的影响。结果表明：实行秸秆还田后,土壤脲酶活性随着连作年限的延长先降后升,连作不超过10 a,土壤脲酶活性呈现下降趋势,超过10 a逐渐上升;实行秸秆还田后蔗糖酶活性在R5和R10处理较R1有较大幅度的下降,降幅分别为48.4%和44.8%,连作10 a后蔗糖酶活性增强,土壤状况趋于好转;过氧化氢酶活性随连作年限的延长先降低后升高,短期连作土壤过氧化氢酶活性较低,过氧化氢分解受阻,影响棉花的正常生长,连作年限超过10 a过氧化氢酶活性升高,解毒能力较强,加快分解过氧化氢,有利于减轻过氧化氢的毒害作用;过氧化物酶活性随着连作年限的延长持续上升,其中R5、R10、R15和R20过氧化物酶活性分别比R1增加了4.8%、7.9%、19%和29.6%。     

晋南两熟半干旱区“粮药”(半夏)农田生态抗旱耕作模式效益研究

采用大田试验,设计冬小麦(Triticum aestivum Linn.)在春季起身后套作半夏[Pinellia ternata(Thunb.)Breit.](小麦/半夏)、冬油菜(Brassica campestris L.)收获后复播半夏[Pinellia ternata(Thunb.)Breit.](油菜-半夏)和春玉米(Zea mays L.)与半夏[Pinellia ternata(Thunb.)Breit.]间作(玉米+半夏)3种耕作模式,探讨晋南两熟半干旱区适宜半夏的粮药耕作模式。结果表明:与油菜-半夏、玉米+半夏耕作模式相比,小麦/半夏耕作模式经济产量最高,生态效益最好;不同半夏品种中,西河半夏(原产地温度相对最低)产量最高,新绛半夏(原产地温度相对较高)产量最低。表明半夏适宜于从低温地区引种到高温地区栽培,可提高产量。与商洛半夏和新绛半夏相比,西河半夏分别增产19.1%和41.9%;小麦/半夏耕作模式为最佳粮药耕作模式,其半夏产量与油菜-半夏和玉米+半夏耕作模式相比,分别增产53.4%和70.8%。     

发酵基质含水率对牛粪好氧堆肥发酵产热的影响

以牛粪和玉米秸秆为原料进行好氧堆肥试验,采用氧弹量热法测定发酵产热量,研究堆肥原料不同初始含水率(物料初始含水率w分别为41%、50%、55%、65%和75%)对发酵产热的影响,以及堆肥过程中有机质损失与产热的关系。结果表明,在堆肥第3天各处理(除初始含水率75%处理)温度均达55℃以上,堆肥各处理均表现为前3 d有机质降解最快,热值损失最多。物料初始含水率为41%～65%时,发酵产热量与物料初始含水率呈显著正相关。初始含水率65%对堆肥最有利,有机质损失和总热值变化最大,有机质损失29.18%,总产热量为2 236 kJ.kg-1,若所产热量全部用于去除水分,可以使堆肥物料水分完全去除。     

玉米秸秆厌氧降解复合菌系的微生物群落结构

以不同来源具有木质纤维素降解能力的环境样品为接种物,以玉米秸秆为唯一碳源,进行了秸秆厌氧降解微生物的驯化培养,构建了8组复合菌系.复合菌系的产气周期为30～50 d,玉米秸秆的总固体(TS)去除率在30%～40%之间.其中6组的甲烷产量(以TS计)为62.1～118.4 mL.g-1,发酵液中挥发性有机酸主要为乙酸、丙酸及丁酸(100～500 mg.L-1),发酵终产物pH为6.5～6.7;而另外2组的甲烷产量较低,在8.5～9.7 mL.g-1之间,但乙酸浓度较高(1 200 mg.L-1左右),发酵终产物pH为5.6～5.9.通过16S rRNA基因克隆文库方法对复合菌系中细菌及古菌的群落结构进行了多样性解析,结果表明细菌主要分为8个不同的类群,其中厚壁菌门(Firmicutes)、拟杆菌门(Bacteroidetes)、互养菌门(Synergistetes)及热袍菌门(Thermotogae)为优势菌群,分别占细菌克隆总数的37.8%、34.3%、11.6%和6.4%;古菌属于甲烷微菌纲(Methanomicrobia)和甲烷杆菌纲(Methanobacteria),分别占古菌克隆总数的61.1%和38.9%.对主要功能菌群在秸秆厌氧降解产甲烷过程中发挥的作用进行了探讨.     

Al~(3+)和阳离子型表面活性剂复合污染对玉米幼苗的影响

研究了阳离子型表面活性剂十六烷基三甲基溴化铵 (CTAB)和Al3+ 共存 ,对玉米幼苗保护酶及叶绿素含量、光合速率、蒸腾速率等的影响。结果表明 :CTAB能加剧Al3+ 对玉米幼苗的毒害作用。具体表现为使幼苗超氧化物歧化酶和过氧化物酶活性升高 ,过氧化氢酶活性下降 ,超氧阴离子产生速率增大 ,脂质过氧化作用加剧 ,质膜透性上升 ,而叶绿素含量下降。当CTAB浓度在临界胶束浓度以上时 ,光合速率及蒸腾速率急剧降低     

棉秆炭对碱性水稻土壤-水稻中镉迁移转化的阻控作用

为研究棉花秸秆生物质炭添加对碱性水稻土壤-水稻体系中镉迁移转化的影响,通过室外盆栽试验,以水稻品种特丰优2号为试验材料,在添加外源镉含量为0、1、4和8 mg·kg^-1的碱性水稻土中分别施入炭土质量比分别为0%、1%、2.5%和5%的棉花秸秆生物质炭,待水稻收获后,分析不同含量镉胁迫处理下,施用不同量棉秆炭对碱性水稻土壤pH、养分和水稻体内镉富集、转移情况及镉在土壤中的赋存形态的影响.结果表明：①添加棉秆炭可以显著提高土壤养分（P<0.05）,其中5%量的棉秆炭添加后,相比于对照组土壤有机质增加了25.74~47.53%,速效钾提高了3.16~4.25倍.②施用生物质炭可以显著降低土壤及水稻体内镉含量（P<0.05）,尤其5%量的棉秆炭施用后,Cd4和Cd8含量下糙米镉含量分别由0.31 mg·kg^-1和0.43 mg·kg^-1降低到0.15 mg·kg^-1和0.10 mg·kg^-1,达到国家标准范围.生物质炭可以显著降低镉在土壤-水稻体系的富集、转移系数,并使残渣态镉含量增多,弱酸提取态、可还原态、可氧化态镉含量显著降低（P<0.05）.③土壤pH、电导率和养分各指标与水稻体内镉含量和土壤中弱酸提取态、可还原态和可氧化态镉含量有极显著负相关关系,与残渣态镉含量呈正相关关系（P<0.05）.上述研究结果说明,棉秆炭的施用可增加土壤养分,对碱性水稻土和水稻体内镉的富集、转化有显著的阻控作用.