化肥减量配施秸秆对双季稻田固氮微生物群落的影响

基于3 a田间定位试验,研究了双季稻田化肥减量配施秸秆后第3 a对水稻产量、土壤肥力属性和固氮微生物群落结构特征的影响.设置了3种施肥模式：常规施化肥（CF）、化肥减量配施3 t ·hm^-2干重秸秆（CFLS）和化肥减量配施6 t ·hm^-2干重秸秆（CFHS）.结果表明,在化肥减量配施秸秆后第3 a,CFLS和CFHS在没有显著减少水稻籽粒产量（P>0.05）的情况下显著中和土壤酸化并提高土壤微生物量碳和氮、可溶性有机碳和有机碳含量（P<0.05）,同时显著减少了土壤氧化还原电位、铵态氮和硝态氮含量（P<0.05）,更有利于提高土壤氮素利用率.与CF处理相比,CFLS和CFHS的天然固氮功能群由于土壤碳储量增加和酸化程度降低等条件的改善而增加了Shannon、PD和Evenness指数（P<0.05）.化肥减量配施秸秆使Ferrigenium、硫氧化菌属（Sulfurivermis）、甲基单胞菌属（Methylomonas）、Methylovulum、外硫红螺菌属（Ectothiorhodospira）和念珠藻属（Nostoc）等固氮、固碳和植物促生功能微生物类群相对丰度显著提高（P<0.05）.综上所述,化肥减量配施3 t ·hm^-2和6 t ·hm^-2秸秆是改善土壤固氮微生物群落结构和提高土壤固氮潜力的有效措施.     

KOH活化小麦秸秆生物炭对废水中四环素的高效去除

活化是提高生物炭吸附性能的重要手段.以小麦秸秆为研究对象,KOH为活化剂,制备KOH活化生物炭（K-BC）,同时制备原状生物炭（BC）作为对照.对生物炭进行比表面积和孔径、元素分析、XPS、FTIR、Raman、XRD和pH_pzc等表征,考察KOH活化对生物炭理化性质的影响,并探究生物炭对水体中四环素的吸附性能和机制.结果表明,KOH活化之后生物炭的比表面积和孔体积可达996.4 m²·g^-1和0.45 cm³·g^-1.KOH活化会制造更多的碳结构缺陷,影响生物炭的官能团和表面电性.拟二级动力学和Langmuir模型可以较好地拟合生物炭吸附四环素的过程.环境温度升高能提高生物炭对四环素的吸附量.K-BC吸附四环素是自发、吸热和无序度增加的过程.K-BC对四环素的最大吸附量理论可达到491.19 mg·g^-1（实验温度为45℃）.结合吸附后生物炭的Raman、FTIR和XPS表征,发现孔隙填充和π-π作用是K-BC吸附四环素的主要机制,氢键和络合作用也发挥重要作用.此外,K-BC还具有良好的循环使用性能.综上所述,KOH活化小麦秸秆生物炭是有效和可行的,可用于废水中四环素的去除.     

稻田落干过程砷甲基化效率变化与关键影响因素分析

研究稻田落干过程砷甲基化效率变化规律,分析关键环境和生物因素的影响,为今后水稻直穗病防控提供科学依据.开展室内培养模拟稻田落干过程,以采集自贵州兴仁（XR）和广西南丹（ND）的两种砷污染水稻土壤为供试土壤,各土壤设置添加（RS）和不添加（CK）水稻秸秆处理,分析自然落干0、24、36、48和60 h过程中Eh、pH、孔隙水总有机碳（TOC）、砷形态、砷甲基化功能基因（arsM）、硫酸盐还原菌（dsrA,砷甲基化相关微生物）、产甲烷菌（mcrA,砷去甲基化相关微生物）丰度和arsM功能微生物多样性变化.稻田落干过程土壤Eh由完全淹水状态下的-300~-200 mV向落干后的-150~-50 mV变迁,而pH值变化规律不明显;孔隙水无机砷（iAs）和二甲基砷（DMAs）浓度随落干过程变化更为显著,总体呈现增加趋势,且RS处理DMAs浓度显著高于CK,ND土壤孔隙水比XR土壤孔隙水DMAs浓度更高;随落干时间延长,XR-CK和XR-RS处理土壤砷甲基化效率有一定提升,但变化不显著,而ND-CK和ND-RS处理土壤砷甲基化效率显著增加.当培养为60 h时,ND-CK和ND-RS处理砷甲基化效率相比培养初期分别提高约61.8%和23.2%;随落干时间延长arsM和dsrA基因拷贝数明显增加,而mcrA基因拷贝数显著下降.秸秆添加后显著提高全细菌和arsM、dsrA和mcrA基因丰度;进一步基于多因素方差分析和冗余分析发现,供试土壤、秸秆添加、落干时间和其交互作用对于各砷形态、砷甲基化效率和关键基因丰度变化影响显著,TOC、Eh和砷甲基化相关基因与甲基态砷呈正向关联,而与无机砷iAs呈负向关联;基于arsM微生物测序发现,伴随落干过程还发生着砷甲基化功能微生物群落的更替.研究结果有助于提升稻田落干过程中砷甲基化变化的理论认知,为今后水稻直穗病科学防控提供指导.     

中试条件下稻秸干法厌氧发酵搅拌方式的优化

针对秸秆类农业废弃物干法厌氧发酵过程中易产生物料分层、表面结垢以及存在“死角”等问题,通过改进横卧推流式中试厌氧反应器搅拌工艺,探索了连续运行条件下机械搅拌、前端气动搅拌和全程气动搅拌等3种单一搅拌方式对稻秸干法厌氧发酵产气规律、底物降解特性及系统稳定性的影响,并通过进一步设置不同的搅拌频次优化了机械搅拌和前端气动搅拌组合工艺,综合考察了发酵效率和能源消耗情况。结果表明,在单一搅拌工艺条件下,稻秸干法厌氧发酵40 d总产气量呈现出“机械搅拌>前端气动搅拌>全程气动搅拌”的规律,分别为75.5、66.5和61.9 m³,对应的单位VS产气量分别为441.9、389.3和362.3 L·kg⁻¹,这说明采用改进型框型叶片的机械搅拌可有效翻动物料,以促进其与发酵液的充分接触。在进一步优化“机械+前端气动”的组合搅拌工艺后发现,稻秸40 d产气量与单一机械搅拌模式较为接近,尤其是“机械搅拌(每天4次)+前端气动搅拌(每天4次)”的组合搅拌方式,单位VS产气量高达447.2 L·kg ⁻¹,纤维素和半纤维素降解率分别可达14.9%和15.1%;但从能源损耗角度来看,“机械搅拌(每天2次)+前端气动搅拌(每天4次)”的组合搅拌方式中能耗最低,仅为单一机械搅拌方式能耗的约40%。在稻秸干法厌氧发酵工程实际运行过程中,可根据厌氧发酵效率和能耗节省需求,因地制宜地选择合适的组合搅拌工艺。本研究结果可为木质纤维素类废弃物干法厌氧发酵工程中的搅拌方式改进提供参考。     

以秸秆及植物种子制备的生态修复环保抑尘剂及其应用效果

以农业废弃物秸秆和绿色植物种子为主要原料,辅以少量淀粉、表面活性剂、碱等助剂,研制出一种常温下即可快速配制的生态修复型环保抑尘剂。通过对抑尘剂粘度、渗透性等性能的评价,确定抑尘剂制备原料秸秆、淀粉、表面活性剂和碱的最佳质量比为20∶7∶2∶5。抑尘剂的制备工艺简单、成本低廉,且抗风蚀抗雨淋效果较好。在5级风蚀条件下,抑尘剂的抗风蚀率大于99%。经过中雨 (降雨量20 mm·d⁻¹) 雨淋后,喷洒抑尘剂的壳体依旧紧实,且结壳厚度未发生变化;对喷洒抑尘剂的场地进行生态修复效果表征,场地中所选种子生长茂盛,这表明其修复效果显著。进一步地,便携式风洞(PI-SWERL)测试结果表明,在抑尘剂喷洒60 d后,经过风速17.2 m·s⁻¹的风力侵蚀,抑尘剂的抑尘效率仍可保持在90%以上。本研究可为开发绿色、可持续的抑尘技术提供参考。     

覆草旱作稻田CH4和N2O的排放

通过田间试验比较水稻覆草旱作常规施氮肥、覆草旱作推荐施氮肥和常规水作水稻全生育期内稻田土壤微量气体的排放.结果表明,旱作稻田N2O排放总量比水作稻田高1.5~3.7倍,在旱作覆草处理中常规施肥N2O排放较推荐施肥高2.4倍.水作稻田CH4排放总量比旱作稻田多5~6倍,而两旱作处理间差异不显著.水作稻田CH4的排放与水稻生育期关系密切,以分蘖盛期的2.2mg/(m2h)为最大;旱作稻田CH4的排放与施氮关系不明显.施氮是影响旱作稻田N2O排放的关键因素,每次施氮后,旱作稻田均会出现剧烈的排放高峰.水稻不同栽培方式的增温潜势的高低顺序为:覆草旱作常规施氮肥>常规水作>覆草旱作推荐施氮肥.     

不同改良剂对铜矿尾矿砂的改良效果研究

研究了用蒙脱石、稻草和鸡粪作为改良剂对铜矿尾矿砂有效养分、有效态重金属含量、pH值以及对尾矿砂上黑麦草生长的影响。结果表明 :(1 )蒙脱石可显著提高尾矿砂对铵态氮的保留能力 ;(2 )施肥可降低尾矿砂的pH值 ,施用鸡粪可使尾矿砂pH值下降约 1个单位 ,而添加蒙脱石和稻草对尾矿砂pH值未产生明显影响 ;(3 )添加蒙脱石可使尾矿砂中铜、锌的有效态含量降低 ,而添加稻草和鸡粪则使其有效态重金属含量增高 ;(4 )随改良剂添加量的增加 ,蒙脱石和鸡粪处理组黑麦草吸收铜、锌的量减少而稻草处理组则增加 ;(5 ) 3种改良剂可明显影响尾矿砂上黑麦草的生长状况     

城市污泥与稻草堆肥中多环芳烃的研究

将污泥与稻草进行翻堆、菌种 翻堆、连续通气和间歇通气 4种不同方式的堆肥 ,应用GC/MS对堆肥中的多环芳烃类化合物 (PAHs)进行分析 ,探讨堆肥产物中PAHs的含量分布模式以及不同堆肥方式对PAHs的降解效果 . 4种污泥堆肥中ΣPAHs在2 0 83—2 8 4 35mg·kg- 1之间 ,依次是菌种 翻堆 ( 2 8 4 35mg·kg- 1>翻堆 ( 7 30 3mg·kg- 1) >连续通气 ( 4 80 8mg·kg- 1) >间隙通气 ( 2 0 83mg·kg- 1) ,绝大部分化合物的含量都低于 0 2 0mg·kg- 1.堆肥前后ΣPAHs降解率在 6 5 5 %— 93 2 0 %之间 (平均为6 5 0 0 % ) ,绝大部分化合物的降解率都在 90 %以上 .通气堆肥尤其是间歇通气堆肥对污泥中PAHs的降解效果最好 .     

白腐菌在固体培养基下对吲哚和吡啶的降解

研究了稻草秆粉介质中白腐菌对吲哚和吡啶的降解.实验结果表明,质量浓度分别为200、80 mg/L左右的吲哚可被白腐菌去除99%以上,质量浓度为74 mg/L吡啶的去除率为61.5%;白腐菌在稻草秆粉培养体系中对吲哚和吡啶的降解,符合零级反应动力学,其中反应速率常数K(高浓度吲哚)＞K(低浓度吲哚)＞K(吡啶);高低浓度吲哚和吡啶3个降解体系的漆酶活力在第6天达到最大;漆酶在吲哚和吡啶降解过程中起着较重要的作用,但酶活的变化与吲哚和吡啶的相对去除率不呈线性相关,稻草秆粉培养基中的介质和培养环境在降解过程中可能也起着重要作用.     

秸秆不同还田方式下蚯蚓对旱作稻田土壤碳、氮的影响

通过两年的田间小区试验，研究了在秸秆的不同施用方式下，蚯蚓(Pheretima sp)对旱作水稻土壤中碳、氮的影响。设置5个处理：秸秆混施，秸秆深施 蚯蚓，秸秆表施，秸秆表施 蚯蚓，对照。2001年夏季播种旱稻，在4个主要生育期采集(0-20cm)土样。2002年再次播种该品种旱稻，采集成熟期(0-20cm)土壤。测定土壤碳、氮以及微生物量碳、氮。结果表明，不论采用何种秸秆还田方式，蚯蚓并不造成土壤有机碳和全氮显著耗减。蚯蚓活动对土壤氨态氮及硝态氮的影响较大；从总体上看，它促进了土壤氮的矿化。不同秸秆施用方式都影响蚯蚓对土壤微生物的作用，在表施秸秆情况下，蚯蚓对微生物量提高最显著。