Carbon sequestration and soil microbes in purple paddy soil as affected by long-term fertilization

Soil organic carbon (SOC) sequestration impacts on food security and climate change and may be affected by soil microbes in fertilized croplands. A 12-year field experiment under the rice–wheat system was used to evaluate the effect of the long-term fertilization on the SOC accumulation, culturable soil microbes, and their interaction in purple paddy soil. Results showed that varied fertilizations resulted in a significant increase of the SOC content and stock in the plow layer, as well as rise in populations of major soil microbes, including bacteria, actinomycetes, and fungi compared with no fertilization. Soil with combined application of chemical NPK fertilizer and organic amendment (pig manure or rice straw return) on average had the highest organic carbon content and stock, amounts of bacteria, actinomycetes, and fungi, which were 7.8%, 5.8%, 75.8%, 130.5%, and 16.2% higher than the NPK fertilization alone. Fertilization differentially altered populations of the functional anaerobic bacteria in paddy soil. With the combined application of chemical NPK fertilizer and organic amendment, soil displayed higher amounts of anaerobic cellulolytic bacteria, anaerobic fermentative bacteria, hydrogen-producing acetogen, methanogenic bacteria, denitrifying bacteria, and sulphate-reducing bacteria than that with the NPK fertilization alone or no fertilization. Populations of all three major soil microbes showed significantly positive correlations with the SOC content, indicating their interaction was of mutual promotion. Data suggest that the combined application of the NPK fertilizer with organic amendment especially by the rice straw return is recommended to sustain the soil biological fertility and mitigate the emission of the greenhouse gas by the SOC sequestration in purple paddy soil.     

闽江河口互花米草海向入侵对湿地土壤nirS型反硝化微生物群落结构及多样性的影响

2020年秋季,在闽江河口鳝鱼滩东部的互花米草分布区,由陆向海方向选择互花米草海向入侵前的光滩(MF)、入侵1～2年的互花米草湿地(SAN)和入侵6～7年的互花米草湿地(SA)为研究对象.基于高通量测序技术,探讨了互花米草海向入侵对土壤nir S型反硝化微生物群落结构及多样性的影响.结果表明,变形菌门(Proteobacteria)均是互花米草不同入侵阶段土壤中nir S型反硝化微生物的优势门(90.41%～97.36%),其次是厚壁菌门(Firmicutes)和放线菌门(Actinobacteria),三者在SAN和MF土壤中的丰度均与SA存在显著差异(p<0.05).不同入侵阶段土壤中共有的nir S型反硝化细菌属为假单胞菌属(Pseudomonas)、芽孢杆菌属(Bacillus)、偶氮弧菌属(Azoarcus)、陶厄氏菌属(Thauera)、Sulfurifustis属、副球菌属(Paracoccus)、鲁杰氏菌属(Ruegeria)、红肠命菌属(Rubrivivax)、趋磁螺菌属(Magnetospirillum)和福格斯氏菌属(Vogesella),其中,假单胞菌属是...     

典型氢氧化细菌固碳特性种间差异及胞外有机物对固碳过程影响

化能自养细菌对全球CO₂固定具有重要的意义.研究了4种典型氢氧化细菌（HOB,分别是Alcaligenes hydrogenophilus DSM 2625、Pelomonas saccharophila DSM 654、Variovorax paradoxus DSM 30034和Acidovorax facilis DSM 649）的固碳特性及其种间差异性,并探究了胞外游离有机碳（EFOC）对不同种类HOB固碳效率差异性的影响.结果表明：①不同HOB自养培养过程中表观固碳量随时间呈显著差异性,其中,DSM 2625生长速度较快,其平均固碳量分别是DSM 654、DSM 649和DSM 30034的6.30、8.76和7.02倍.②不同HOB之间cbbL基因转录量与 表观固碳量的相关系数为0.980 （p<0.05）,cbbL基因转录量是造成不同菌种之间表观固碳效率差异的关键因素.③HOB细胞蛋白质含量与cbbL基因丰度和转录量之间也存在显著正相关,相关系数分别为0.999（p<0.01）和0.976（p<0.05）,即化能自养细菌CO₂同化途径所固定的有机碳进一步参与细胞蛋白质的合成,进而影响其生长速度和表观固碳效率.④HOB在自养培养过程中产生的EFOC对cbbL基因转录效率产生反馈抑制作用,且不同HOB之间,EFOC/TOC比例越低,表观固碳效率越高.     

控氧热解过程中污染稻草生物炭的组分特性及其重金属累积特征

热解是实现重金属污染生物质无害化资源化的重要手段之一.以重金属污染稻草为原料,研究了控氧热解生物炭的组分特性及其重金属的累积特征.结果表明,低氧热解可有效利用污染稻草制备生物炭,提高重金属在生物炭中的稳定性.氮气氛条件下,稻草生物炭产率为29.4%～34.9%;可溶性有机质(DOM)以类腐殖酸物质为主,其芳香化指数(SUVA₂₅₄)随热解温度升高呈先升后降趋势;生物炭中Ca主要以CaCO₃形式存在.与氮气氛相比,10%和20%(体积分数,下同)氧气氛条件下生物炭(热解残渣)的产率分别降低5.6%～13.5%和14.9%～15.7%,但pH值提高0.5个单位以上;有氧气氛加速了热解过程中木质素组分的降解,生物炭中DOM的SUVA₂₅₄值随热解温度升高逐渐降低.随热解气氛中氧体积分数提高,DOM中类腐殖酸物质向类富里酸物质转化;生物炭中Ca以CaO形式存在,这可能是导致生物炭pH值升高的原因之一.与氮气氛相比,10%氧气氛和400℃条件下,生物炭中Cu、 Cd、 Pb、 Ni和As的可交换形态占比降低了5.2%、 3.7%、...     

土壤中磺胺二甲嘧啶赋存对水稻生长的影响

为探究土壤中残留抗生素对植物生长的影响,选取土壤中检出率较高的磺胺类抗生素磺胺二甲嘧啶作为外源污染物,分析水稻苗期和成熟期生长指标、根系和叶片生理生化指标、水稻各器官中抗生素残留量和富集转运因子的变化特性,并评价水稻籽粒中残留磺胺二甲嘧啶的健康风险.结果表明,磺胺二甲嘧啶对水稻株高和生物量的抑制作用存在于整个生长周期中,且苗期的影响大于生长成熟期,根部受到的影响大于苗部.苗期秧苗根系活力、硝酸还原酶活性和叶片叶绿素含量受到随抗生素含量增加而增大的抑制作用,而抗氧化酶活性的变化趋势表现出不同特征,具体为超氧化物歧化酶活性增强、过氧化氢酶和过氧化物酶先被激活后被抑制.磺胺二甲嘧啶在水稻各器官中的积累量表现为：根>叶>茎>籽粒,且水稻籽粒的抗生素风险评估结果显示EDI/ADI<0.1,不构成健康风险.生长成熟期土壤中磺胺二甲嘧啶对水稻富集因子和转运系数的影响大于苗期.综合磺胺二甲嘧啶对水稻的不利影响,在水稻种植中施加畜禽粪便作为有机肥和使用养殖水进行农田灌溉时,需要关注磺胺二甲嘧啶的生态效应,保障水稻等作物的安全生产.     

节水灌溉和控释肥施用耦合措施对单季稻田CH4和N2O排放的影响

以我国华东地区典型单季稻水稻田(江苏宜兴)的原柱状土为研究对象,通过两年土柱观测试验,研究不同灌溉管理模式(长期淹水CF、间隙灌溉Ⅱ、控制灌溉CI)和氮肥施用(不施氮CK、尿素Urea和控释肥CRF)耦合措施对水稻生长期内CH4和N2O排放和产量的影响,以期优选典型单季稻田减排增效的水肥管理模式.结果表明,两种节水灌溉方式(CI和Ⅱ)均显著影响稻田土壤CH4和N2O排放量及二者的综合温室效应(GWP)和排放强度(GHGI),与CF相比,Ⅱ和CI均显著提高了 N2O排放量(P＜0.05),降低了 CH4排放量(P＜0.05),进而二者的GWP和GHGI分别显著降低28.9％～71.4％和14.3％～70.4％(P＜0.05);两种节水灌溉模式相比,CI较Ⅱ模式呈现较好的CH4减排优势,排放总量降低了 57.7％～91.8％,而二者的N2O排放量无显著性差异(P＞0.05),最终CI对GWP和GHGI的减排效应略优于Ⅱ模式2.0％～56.2％.施用氮肥(Urea和CRF)均显著促进N2O排放18.4％～2547.8％(P＜0.05),其中CRF处理N2O排放量均略高于Urea处理32.7％～78.6％,但无显著性差异(P＞0.05);CH4排放总量对施氮处理的响应随水分管理模式的不同而不同,总体而言,施用CRF较Urea对稻田土壤GWP和GHGI均无显著影响(P＞0.05).相关分析表明,2018年CF模式的Urea处理和Ⅱ模式的Urea、CRF处理中N2O排放通量与田面水NH4+-N浓度分别呈现显著(P＜0.05)和极显著的正相关关系(P＜0.01),而二者在2019年CI模式的CK和CRF处理中呈现相反规律;2018年CI模式下CK、CRF处理的N2O排放通量与田面水NO3--N浓度呈极显著的正相关关系(P＜0.01).节水灌溉和氮肥施用对水稻产量均呈显著影响(P＜0.05),与CF相比,两种节水灌溉模式(Ⅱ、CI)水稻产量均下降了 14.7％～37.7％;CRF处理较Urea处理略提高水稻产量2.5％～7.4％(P＜0.05).综合考虑稻田土壤GWP、GHGI和水稻产量,节水模式与控释肥施用对稻田土壤减排增产的耦合效应仍有待进一步研究.     

Metabolic fate of dichloromethyl‐0,0‐diphenyl phosphonate (I) and dichloromethyl‐0,0‐di‐(p‐nitrophenyl) phosphonate (II) in/on rice plants∗

Abstract

Metabolic fate of two dichloromethyl diaryl phosphonates (³²P labelled) in/on rice plants was investigated. The test compounds were found to be less persistent on the surface of rice leaves with half lives 7.4 and 6.7 days respectively. Main degradation product from both the phosphonates were dichloromethyl phosphonic acid with trace of dichloromethyl‐O‐aryl phosphonate as a transitory intermediate product.