花卉秸秆和牛粪联合堆肥的中试研究

以花卉废物和牛粪为原料 ,进行了温度反馈的通气量控制联合堆肥的中试研究 .一次发酵采用静态好氧床进行 ,过程控制采用温度反馈通气量控制方法 ,周期 2 0天 ;二次腐熟采用周期性翻堆 ,周期 4 0天 .试验分析了堆肥过程中堆体温度、水分、pH值、有机质、湿重、干重、体积、湿容重、干容重等指标随时间的变化特征 ,结果表明 :采用温度反馈通气量控制的静态好氧堆肥技术进行花卉废物和牛粪的联合堆肥可以有效控制堆肥过程 ,实现有机物料的快速稳定和去除水分 .     

麦秸全量还田下太湖地区两种典型水稻土稻季氨挥发特性比较

利用原状土柱在田间试验条件下,比较了麦秸还田下乌栅土和黄泥土稻季氮素氨挥发损失规律,每种试验土壤均设对照、氮肥、氮肥加麦秆这3个处理,同步测定施肥后氨挥发、田面水铵态氮浓度与pH、以及表层土壤Eh.结果表明,乌栅土氨挥发速率及其累积氨挥发量显著高于黄泥土,两种土壤的稻季平均氨挥发的氮素损失量分别为41.8 kg·hm-2和11.2kg·hm-2,分别占氮肥用量的15.2%和3.8%;在3个施肥时期中,分蘖肥期氨挥发损失率最高,乌栅土和黄泥土分别占氮肥用量的29.4%和8.3%;麦秸还田显著增加了氮肥的氨挥发损失,麦秸还田下乌栅土和黄泥土稻季氨挥发损失比单施氮肥处理分别增加了19.8%和20.6%.两种土壤氨挥发速率均与田面水NH4+-N浓度、pH呈正相关关系,但与表层土壤Eh的关系还需进一步研究.     

水稻土细菌硝化作用基因（amoA和hao）多样性组成与长期稻草还田的关系研究

以中国科学院桃源农业生态试验站长期定位试验的土壤样品为对象,采用PCR扩增、克隆文库构建以及序列测定等分子生物学技术分析稻草还田对亚硝化功能基因amoA和hao多样性的影响.结果表明,水稻土稻草还田处理(氮磷钾+水稻秸秆,SR)降低了amoA和hao基因的多样性,其Shannon指数分别为3.7和3.2;而氮磷钾处理(CK)的Shannon指数达到4.0和3.7.LIBSHUFF分析比较CK和SR处理克隆文库的差异,结果显示amoA和hao基因处理间群落结构p值分别为0.002和0.001,均达到极显著水平.序列分析结果表明,对于amoA基因,只检测到与亚硝化螺菌属(Nitrosospira)相似的以及与未知的amoA基因相似的基因,并且与Nitrosospira相似的只出现在SR处理中,相似率达96%以上,而与未知的amoA基因相距最近的已知菌属也是Nitrosospira;获得的hao基因则分布于变形菌门(Proteobacteria)中的3个纲(α、β、γ),其中CK处理获得的hao基因主要与Silicibacter、甲基球菌属(Methylococcus)相似,SR处理获得的基因主要与亚硝化螺菌属(Nitrosospira)、亚硝化单胞菌属(Nitrosomonas)亲缘关系较近.系统发育树分析显示亚硝化基因(amoA、hao)在这2个处理中可被分为4个基因簇(Cluster),稻草还田使亚硝化细菌群落发生了明显的分异,出现了基因聚类现象,并且在amoA基因树图中出现了只由SR处理构成的分支(ClusterⅣ).总体来说,长期稻草还田降低了亚硝化基因amoA和hao的多样性,明显改变了亚硝化细菌群落结构.     

秸秆生物质炭土地利用的环境效益研究

农田土壤有机碳矿化释放CO2是农业温室气体排放的重要途径,促进土壤碳截获对于减缓全球温室效应具有重要意义。生物质炭具有改良土壤性质、促进土壤团聚体的形成、对土壤微生物生态具有调控作用等特性。因此,生物质炭对增强土壤碳截获能力及减少土壤CO2气体排放可能具有重要作用。采用实验室盆栽的方式,以黑麦草为目标植物,对农业秸秆生物质炭土地利用的环境效益进行了研究。实验结果表明：农业秸秆制生物质炭应用于农田土壤能产生多方面的环境效益。与对照相比,添加1%~4%生物质炭处理的土壤活性有机质质量分数均增加了25%以上,土壤呼吸度降低了23%~50%,同时,添加生物质炭对植物的生长也有促进作用。添加4%秸秆炭的处理的黑麦草生物量增加了68%。此外,秸秆生物质炭的添加对土壤中的养分具有较好的持留功能,与比照相比,添加生物质炭处理的土壤淋出液中氮和磷质量浓度显著降低,说明生物质炭能够有效减少水冲刷造成的氮磷流失,降低农业面源污染。     

长期不同施肥方式下土壤酶活性与肥力因素的相关性

利用常熟农业生态国家野外试验站长期定位试验,对长期不同施肥方式下(无肥、化肥、化肥 秸秆,始于1989年,采用稻麦轮作方式)土壤酶活性和水稻土养分的相关性进行了研究,探讨长江三角洲地区施肥管理措施对土壤酶活性的影响以及土壤酶活性作为土壤肥力质量指标的可能性.结果表明,土壤酶活性对长期不同施肥管理方式有明显的响应,化肥处理比无肥处理中土壤脲酶、转化酶、酸性磷酸酶活性分别提高108.7%、170.2%和58.0%,化肥 秸秆处理比单施化肥处理中相应酶活性分别提高30.7%、85.5%和25.8%,三种施肥管理方式之间土壤酶活性差异性显著(P<0.05);土壤脲酶、转化酶和碱性磷酸酶活性之间呈极显著的正相关,脲酶与转化酶、碱性磷酸酶的相关系数为0.915和0.942,转化酶与碱性磷酸酶的相关系数为0.918 (P<0.01),三者均与土壤速效磷均存在极显著的正相关,相关系数分别为0.884、0.846、0.824 (P<0.01);三种酶活性与作物产量之间的相关系数分别为0.845、0.812、0.824(P<0.01),土壤酶活性和作物产量之间的相关性优于土壤养分和作物产量之间的相关性,这说明土壤酶活性和施肥方式呈密切的相关性,可将其作为评价土壤肥力的指标.     

作物秸秆材料处理养殖废水中氮的周年去除效果及其对氮循环微生物丰度的影响

基于前期研究,利用秸秆材料处理养殖废水,能够有效降低养殖废水中氮的浓度,但周年去除效果及其对氮循环微生物丰度的影响尚不清楚.设置麦秸、玉米秆、稻草和空白对照这4个处理,试验周期为1 a,研究秸秆材料处理养殖废水中氮的周年去除效果及其氮循环微生物功能基因丰度动态变化.结果表明：① 3种作物秸秆对养殖废水TN和NH₄⁺-N等主要污染物的去除效率均以前6个月为最佳,后6个月去除效率明显下降;稻草及麦秸对TN和NH₄⁺-N的周年去除效果较好,其中稻草和麦秸对TN去除率分别为（32.81±11.34）%和（32.99±9.60）%,对NH₄⁺-N去除率分别为（35.3±13.23）%和（34.97±12.00）%;②添加秸秆材料生物基质消纳系统中氮循环微生物功能基因nirK、nirS和hzsB基因丰度为6.45×10⁹、6.18×10⁹和2.31×10⁹copies·L^-1,AOA和AOB基因丰度分别为6.12×10¹⁰copies·L^-1和4.93×10⁹copies·L^-1;16S rRNA高达8.90×10¹⁰copies·L^-1,均显著高于空白处理（P<0.05）.其中添加稻草和麦秸处理中hzsB基因和nirS基因丰度相对较高,表明添加稻草和麦秸显著增强了生物基质消纳系统厌氧氨氧化和反硝化微生物作用.同时,相较于其他处理,添加麦秸增加了生物基质池AOA和AOB基因丰度,表明麦秸能够促进生物基质消纳系统的硝化作用.以上研究结果为秸秆材料处理养殖废水中氮去除分子机制提供了数据支撑.     

秸秆还田配施生物炭对关中平原夏玉米产量和土壤N2O排放的影响

为探明秸秆还田配施生物炭对夏玉米产量和土壤氧化亚氮（N₂O）排放的影响,基于2019~2020年关中平原田间定位试验,利用静态暗箱-气相色谱法监测了土壤N₂O排放通量,综合分析夏玉米产量、土壤N₂O排放和土壤活性氮组分,明确了秸秆还田配施生物炭在培肥土壤、增产减排方面的效应.以秸秆不还田（S₀）为对照,设置秸秆还田（S）和秸秆还田配施生物炭（SB）共3个处理.结果表明,各处理N₂O排放峰值出现在秸秆还田后10 d,秸秆还田30 d后土壤N₂O排放通量处于较低水平,土壤N₂O排放通量与铵态氮（NH₄⁺-N）、无机氮、微生物量氮（MBN）和可溶性有机氮（DON）含量呈显著的正相关关系（P<0.05）.S较S₀显著增加夏玉米产量、N₂O累积排放量、单位产量N₂O累积排放量和土壤总氮（TN）含量,分别为7.4%~13%、65.8%~132.2%、54.6%~103%和27.8%~33%.虽然SB较S提高夏玉米产量（2.5%~3.3%）的趋势不显著（P>0.05）,但是SB较S显著降低N₂O累积排放量和单位产量N₂O累积排放量,分别为24.0%~27.3%和26.4%~29.2%.在土壤N₂O排放通量达到峰值时,SB较S显著降低土壤N₂O排放通量45.1%~69.6%,生物炭能够缓解秸秆还田所诱发的土壤N₂O排放,具有削峰的作用.SB较S显著增加土壤总氮9.1%~12.2%.综合作物产量、N₂O排放和土壤总氮,对夏玉米生产而言,秸秆还田配施生物炭不仅培肥地力,提高夏玉米产量,而且减少单位产量N₂O累积排放量,是可供推广的兼顾作物产量和环境友好的适宜管理措施.     

温度与秸秆比例对牛粪好氧堆肥的影响简

为了研究不同C/N比值在不同温度条件下牛粪堆肥30 d时的全量养分和有机质的含量情况,提出了以新鲜牛粪和苜蓿秸秆混合物为堆料,在添加1%的生物腐熟剂的基础上,对堆肥温度及C/N比进行调控,并进行交叉实验。结果表明,（1）采用培养箱进行好氧发酵时,在温度为30℃和45℃的环境下堆肥最佳,温度过低或过高都会影响堆肥。（2）牛粪高温好氧堆肥时,添加一定比例的苜蓿秸秆可以调节堆料的C/N比值、含水量,缩短堆肥时间,其中牛粪与秸秆比例为1：1混合堆肥效果较好。（3）堆肥30 d时,堆料的TN、TP和TK含量较堆肥初期都有所增加,有机质含量有所降低是因为矿化和释放养分造成的,且各含量均符合国家有机肥标准。     

长期配施秸秆对灰漠土质量的影响

利用国家灰漠土肥力与肥料效益长期定位试验,采用长期不施肥、常规施化肥和长期配施秸秆(玉米秸秆或小麦秸秆)等不同施肥措施相比较的方法,研究长期秸秆还田土壤养分的年际变化,以及对土壤动物、微生物、酶活性的影响。研究发现:⑴长期配施秸秆能提高土壤速效氮、磷、钾含量,平均分别提高15%、48%和22%;⑵配施秸秆对土壤昆虫群落呈正向作用且贡献最大,主要增加了大型、中小型农田土壤动物的个体总数和优势类群数量,尤其是疣跳科和等节跳科动物个体数量增加近10倍;⑶土壤养分与土壤细菌、固氮菌、氨化细菌、纤维分解菌和反硝化细菌呈正相关,秸秆还田激发土壤有益微生物的生长和类群数量,使土壤微生物类群数量比对照增加15%~44%;⑷土壤养分与土壤磷酸酶、脲酶、蔗糖酶活性呈正相关,与过氧化氢酶呈负相关,秸秆还田增强土壤蔗糖酶、磷酸酶和脲酶活性,特别是脲酶和蔗糖酶活性平均提高26.5%。结果表明,长期配施秸秆提高了土壤动物丰富性和微生物多样性,增加了土壤酶活性,同时生物类群和酶活性的增加也改变了土壤生态环境,加速了土壤熟化。     

秸秆还田下改良剂对水稻生长和Cd吸收积累的影响

土壤中的镉（Cd）易在水稻中积累而威胁人体健康,秸秆还田下不同化学改良剂对水稻Cd 吸收累积特性的影响效应值得关注.选取成都平原德阳市旌阳区Cd 污染稻田为研究对象,开展小区试验,研究秸秆（油菜、小麦）直接还田下添加石灰、钙镁磷肥、海泡石3 种改良剂对水稻生长和Cd 吸收累积的影响.结果表明：与对照相比,油菜秸秆＋钙镁磷肥和小麦秸秆＋海泡石处理均能增加水稻株高、分蘖数和产量,其中产量提高了6.34%和12.64%,达显著水平（P〈0.05）.秸秆还田下,配施改良剂（石灰、钙镁磷肥、海泡石）均能显著降低（P〈0.05）水稻糙米Cd 含量,较对照降幅分别为21.65%-36.75%（油菜秸秆还田）和21.11%-33.87%（小麦秸秆还田）.油菜秸秆＋改良剂（石灰、钙镁磷肥、海泡石）促进了土壤Cd 向茎叶的累积,较对照增加1.31-2.41 倍,这对水稻秸秆（茎叶）还田利用有不利影响.小麦秸秆＋石灰或海泡石处理均显著降低了茎秆、谷壳Cd 积累,较对照降幅为6.28%-19.63%和70.16%-78.68%.综合水稻产量及其对土壤Cd 吸收累积效应,油菜秸秆配合改良剂（海泡石、石灰和钙镁磷肥）、小麦秸秆＋海泡石是较为理想的秸秆还田与改良剂配合处理技术.