玉米秸秆与牛粪预混联合发酵工艺研究

利用食草牲畜粪便牛粪中含有纤维素分解菌的特性,以及木质纤维素可被纤维素分解菌分解为可被光合产氢微生物利用的还原糖和小分子酸等物质的特点,以还原糖产量为参考指标,研究玉米秸秆与牛粪预混联合发酵过程中p H值、预处理时间、预处理温度和粒径等因素对纤维素分解菌的生长和还原糖产量的影响,并利用联合发酵糖化液进行光合生物制氢。结果表明,单因素分析下的最优工艺条件为:p H值6.0~7.0,预处理温度50℃,预处理时间7 d,玉米秸秆粒径0.097 mm。优化工艺条件下的发酵液产氢量最大,达498.67 m L,说明该技术可行。     

不同施肥模式对华北平原小麦-玉米轮作体系产量及土壤硝态氮的影响

为了探索培育高产粮田的施肥模式,实现氮肥资源的高效利用与环境效益,以华北平原的小麦（Triticum aestivum）-玉米（Zea mays L.）轮作体系作为研究对象,通过2007─2011年4个轮作季,探讨不同的施肥模式对作物产量和土壤硝态氮的影响。试验以处理A（当地传统管理）作为对照,从测土确定施肥量、按作物生长发育明确施肥时期、合理分配各时期的养分配比及增施有机肥等方面改变传统施肥模式,设置3种高产施肥培育模式,分别为处理B（现有高产田推荐管理）、处理C（高肥料投入管理）和处理D（水肥高效管理）,进行田间小区试验。4个轮作季的总产量以处理D为最高,达75430 kg·hm-2,其次是处理C为75166 kg·hm-2,当地传统的产量最低。冬小麦季的吸氮量为处理C和D显著高于A处理,分别高出444.78 kg·hm-2和310.20 kg·hm-2,但与处理B无显著差异;处理D在夏玉米季的吸氮量为776.75 kg·hm-2,显著高于处理A。处理B的氮肥偏生产力值最高为38.21,处理D为36.71,处理A和C均为28.33。各处理经过4个轮作季后,土壤硝态氮均在120-160 cm出现累积峰,A、B、C和D的硝态氮峰值分别为58.65、28.98、105.89、45.29 mg·kg-1。在0-100cm土层,处理B的硝态氮累积量达到144.22 kg·hm-2,显著高于处理A、C、D;所有处理在100-200 cm土层均出现较高的硝态氮累积,处理C高达1021.19 kg·hm-2;0-400 cm的土壤硝态氮累积量分别为724.27、711-92、1324.30、730.70 kg·hm-2。处理A、B、C、D在耕层土壤氮素的表观损失分别为1298.95、653.18、1236.39和718.43 kg·hm-2,处理B、D显著低于处理A、C,D和B间差异不显著。因此,处理D是培育高产的理想施肥模式,合理的施肥量、科学的施肥时期以及有机无机的合理配比是达到高产、提高肥效和环境友好的关键。     

碳氮比对厨余垃圾堆肥腐熟度的影响

以厨余垃圾和玉米秸秆作为堆肥原料,采用好氧堆肥的方法,探讨了不同C/N比对堆肥腐熟度的影响。结果表明:从温度、pH、电导率(EC)、腐植酸光学特性(E4/E6)、固相C/N和发芽率指数(GI)来看,只有C/N为21(T4)的处理没有达到无害化和腐熟的要求,其余3个处理均达到腐熟;建议采用C/N为17的方案,厨余垃圾和秸秆按照湿基质量9∶1的比例进行堆肥;如果秸秆资源比较丰富,可采用C/N为19的方案,此时厨余垃圾和秸秆湿基比例为5.7∶1。     

稻草和玉米秸秆燃烧烟尘中正构烯烃的组成

在明火燃烧和闷烧条件下对6种稻草和5种玉米秸秆进行了燃烧试验,并对烟尘中的正构烯烃进行了分析.结果表明,在稻草明火烟尘中,正构烯烃由C15~C29组成,其平均总含量为918.7mg/kg,低碳数与高碳数正构烯烃含量比(L/H)的平均值为0.6,碳优势指数(CPI)的平均值为1.2.正构烯烃呈双峰式分布,两个峰碳数主要是C24和C28.在稻草闷烧烟尘中,正构烯烃由C17~C29组成,其总含量、L/H、CPI等的平均值分别是517.0mg/kg、0.7和0.9.正构烯烃同样呈双峰型分布,两个峰碳数主要是C23和C28.在玉米秸秆的明火烟尘中,正构烯烃由C19~C29组成.其总含量、L/H、CPI等的平均值分别为126.0mg/kg、0.7和1.3.正构烯烃呈单峰型分布,主峰碳数主要是C24和C23.在玉米秸秆的闷烧烟尘中,正构烯烃由C17~C29组成,其总含量、L/H、CPI等的平均值分别是198.9mg/kg、1.8和 0.9.正构烯烃呈双峰式分布,其主峰碳数均为C23,次峰碳数主要是C29.在两类秸秆燃烧产生的烟尘之间,正构烯烃的组成存在明显差别.这有助于识别气溶胶中稻草或玉米秆燃烧来源的此类污染物.     

钝化剂对轻中度镉污染农田的安全利用效果

为研究酸性镉（Cd）污染土壤安全利用问题,以陕西商洛轻中度Cd污染农田为研究对象,分别施加生石灰、生物炭和钙镁磷肥,通过小麦-玉米轮作试验,探究不同用量钝化剂对Cd污染土壤的安全利用效果,筛选出最佳的钝化剂配比.结果表明：①通过钝化剂的施加,能不同程度地改善土壤质量.②施用钝化剂后,小麦和玉米的籽粒产量均有不同程度地提高.③3种钝化剂可有效地提升土壤pH值和降低土壤有效态Cd含量,生石灰2 340 kg·hm^-2（C3）处理效果最佳,分别增加小麦和玉米土壤pH 1.453和1.717单位,减少有效态Cd含量34.38%和30.20%.④施加生物炭1 800 kg·hm^-2（B2）处理对降低小麦根系、秸秆和籽粒Cd含量效果最好,较CK分别显著降低了53.60%、38.86%和52.96%,其小麦籽粒ω（Cd）降低至0.09 mg·kg^-1,低于《食品安全国家标准 食品中污染物限量》（GB 2762-2017）中规定的小麦Cd限量值（0.1 mg·kg^-1）;施加生物炭1 260 kg·hm^-2（B1）处理对降低玉米根系、秸秆和籽粒Cd含量综合效果最佳,较CK分别显著降低43.74%、53.20%和94.57%,其玉米籽粒ω（Cd）降低至0.001 9 mg·kg^-1,远低于《食品安全国家标准 食品中污染物限量》（GB 2762-2017）中规定的玉米Cd限量值（0.1 mg·kg^-1）.因此,在田间试验条件下,综合考虑各项指标的影响,生物炭在轻中度Cd污染的小麦-玉米轮作区农田土壤效果最好.     

镉对油菜幼苗硫吸收、转运和分布的影响

采用营养液培养-同位素示踪法研究了镉(Cd2+浓度为10μmol.L-1和50μmol.L-1)对油菜幼苗(秦油9号)硫吸收、转运和分布的影响.结果表明,镉处理促进了油菜植株对硫的吸收.10μmol.L-1镉处理96 h油菜植株比对照组吸收的硫增加了36%,而且促进了硫向地上部的转运,有39.4%的硫被转运到植株的地上部,转运速率较对照组增加了50%.相同时间内,50μmol.L-1镉处理的油菜植株中的硫仅比对照组多3%,转运速率显著下降,但仍有25.9%的硫被转运至地上部.     

不同生境薇甘菊土壤种子库与幼苗库的特征

通过野外定点取样与萌发试验相结合的方法,研究云南德宏州陇川县不同生境薇甘菊入侵地区的土壤种子库与幼苗库的特征.结果表明,根据土壤种子库萌发后的植物鉴定结果,橡胶林、林地、灌丛、草地和河岸边这5种生境共统计到40种植物,隶属18科.不同生境薇甘菊入侵群落的物种组成、种子萌发特性与空间分布及其幼苗库存在明显差异,橡胶林、林地、灌丛、草地和河岸边的薇甘菊种子密度分别为75、109、165、124和53粒·m-2,且各生境间差异显著(P＜0.05).室内萌发试验表明,薇甘菊土壤种子库萌发时间持续8周,其中第3～5周的萌发速度最快;土壤垂直方向上,0～2、＞2～5、＞5～10 cm深度土层薇甘菊种子分别占0～10 cm土层种子总数的81％、17％和2％.野外薇甘菊土壤幼苗库萌发时间持续6个月(5-10月),其中6-8月萌发速度较快.     

免耕和秸秆还田对小麦生长期内土壤酶活性的影响

利用中国科学院封丘农业生态实验站保护性耕作定位试验平台,研究全翻耕、常规耕作、免耕、全翻耕+秸秆还田、常规耕作+秸秆还田和免耕+秸秆还田6种耕作方式对小麦生长期内土壤酶活性的影响。结果表明:(1)在小麦整个生育期,土壤碱性磷酸酶、转化酶、脲酶活性表现为免耕处理大于常耕处理,翻耕处理小于常耕处理,有秸秆处理大于无秸秆处理,3种酶活性以免耕+秸秆还田处理为最高,翻耕处理最低。(2)在小麦成熟期,土壤脱氢酶活性表现为免耕处理小于常耕处理,其他生育期土壤脱氢酶活性表现为免耕处理大于常耕处理,有秸秆处理大于无秸秆处理。(3)在小麦不同生育期,各处理土壤酶活性表现出不同的规律性:碱性磷酸酶活性在苗期较低,至孕穗期达到峰值,至成熟期又有所降低;转化酶活性呈现在拔节期大幅升高而后降低的变化趋势;脲酶活性分别在苗期和孕穗期较高;脱氢酶活性在整个生育期一直增加,成熟期达到峰值。(4)4种土壤酶活性之间相关性均达显著水平,聚类分析表明,按照土壤总体酶活性水平可将6个处理划分为3组,酶活性水平最高的为免耕+秸秆还田处理,免耕结合秸秆还田能较好地提升土壤酶活性。     

施肥对不同肥力水平春玉米农田土壤有机碳及其组分的影响

选取辽河灌区不同肥力水平春玉米(Zea mays ssp. mays L.)农田土壤为研究对象,通过连续3年田间定位试验研究施肥对不同层次土壤有机碳组分(TOC、ASOC、LFOC、DOC和MBC)的影响,分析土壤有机碳组分的产量效应.结果表明,连续种植春玉米能够显著增加低产田土壤w(TOC),增加各产田土壤w(ASOC)和w(MBC),降低各产田土壤w(LFOC),土壤w(DOC)变化较小.施肥使土壤w(TOC)增加了-13.41%~7.54%,平均增加了0.16%;使高产田表层(0~10 cm)土壤w(TOC)显著增加,低产田犁底层(20~40 cm)土壤w(TOC)显著降低.施肥使土壤w(ASOC)增加了-13.98%~72.22%,平均增加了15.82%;使低产田犁底层和高产田耕层(10~20 cm)土壤w(ASOC)显著增加,中产田耕层土壤w(ASOC)显著降低.施肥使土壤w(LFOC)增加了-42.60%~168.57%,平均增加了48.83%;使中产田表层和犁底层、高产田表层和耕层土壤w(LFOC)显著增加,高产田犁底层土壤 w(LFOC)显著降低.施肥使土壤 w(DOC)增加了-42.74%~51.29%,平均增加了9.36%;使中产田耕层和犁底层、高产田表层和耕层土壤 w(DOC)显著增加,低产田耕层土壤 w(DOC)显著降低.施肥使土壤 w(MBC)增加了-1.16%~19.97%,平均增加了9.32%,除中产田耕层土壤之外其他土层土壤w(MBC)均有所增加.施肥主要提高土壤ASOC和LFOC含量,促进土壤DOC的变化.施肥显著增加低产田土壤有机碳组分含量,促进中产田土壤有机碳组分变化,增加高产田土壤有机碳耗损.施肥主要增加表层(0~10 cm)土壤有机碳组分含量,耗损犁底层(20~40 cm)土壤有机碳,调解耕层(10~20 cm)土壤活性有机碳组分.施肥对微生物可利用性及结构不同的活性有机碳组分影响不同;高、中、低产田因其土壤理化性状及有机碳本底值不同,对施肥的响应存在差异.施肥总体增加土壤活性有机碳各组分含量,同时通过改变微生物及玉米根系活力影响活性有机碳含量及组分.土壤中有机碳组分与产量的回归方程为(产量)=-4665.61-0.008×w(SOC)-0.421×w (ASOC)-0.777×w (LFOC)+5.370×w (DOC)+33.408×w (MBC).ASOC和MBC具有土壤肥力指示作用,施肥主要通过调控土壤ASOC提高玉米产量.     

山西工矿区土壤SO2-PAHs复合污染对玉米种子萌发和幼苗生长的影响

二氧化硫(Sulfur dioxide,SO2)和多环芳烃(Polycyclic aromatic hydrocarbons,PAHs)是山西工矿区同时发现的两种典型环境污染物,对区域土壤环境的影响极大.本文以山西工矿区生黄土为供试土壤,以玉米种子为供试作物,采用室内培养皿育苗试验,研究了不同浓度的SO2(0、10、100、500、1 000 mg kg-1)与PAHs(0、1、10、50、100 mgkg-1)单一及复合污染对玉米种子的萌发率、苗期株高、根长和总生物量的影响,以表征SO2与PAHs复合污染的生态毒性.结果表明,与对照相比,SO2单一污染对玉米种子萌发起到促进作用,对玉米苗期株高、根伸长及早期总生物量则是低浓度(10-100 mg kg-1)促进生长,高浓度(500-1 000 mg kg-1)抑制生长;PAHs单一污染对玉米种子的萌发没有明显的影响,对玉米苗期株高、根伸长及总生物量也是低浓度(1-10 mg kg-1)促进生长,高浓度(50-100 mg kg-1)抑制生长;SO2-PAHs复合污染条件下,只有高浓度的复合污染处理对玉米种子萌发起抑制作用,但与对照相比没有显著性差异;低浓度的SO2与低浓度的PAHs处理对玉米株高、根伸长及总生物量有一定的刺激作用,而高浓度的SO2与高浓度的PAHs处理则抑制了玉米的生长,即随着SO2和PAHs浓度的升高,复合污染的毒性逐渐增强.多元回归分析进一步表明,玉米株高和根伸长主要受SO2和PAHs的共同影响,而玉米苗期总生物量主要受PAHs的影响.