厌氧和好气条件下油菜秸秆腐解的红外光谱特征研究

采用尼龙网袋法,研究了油菜(Brassica campestris L.)秸秆在厌氧和好气条件下的腐解规律及其红外光谱特征。结果表明:油菜秸秆还田后,腐解速率表现为前期快、后期较慢的规律。在360 d培养时间内,厌氧和好气条件下的油菜秸秆腐解率分别为60.50%和68.20%,腐解速率常数(k)分别为0.004-d-1和0.010-d-1,腐解1/2时所需时间分别为229 d和117 d。在厌氧和好气条件下,油菜秸秆的碳释放率分别为70.33%和77.43%,厌氧条件下的释放速率常数(0.025-d-1)低于好气条件(0.026-d-1)。油菜秸秆中氮的释放率分别为82.20%和87.48%,油菜秸秆在厌氧条件下的氮残留量比其在好气条件下高38.25%,且达到显著性差异水平(P0.05)。厌氧条件下的氮残留率始终高于好气条件下,且在60~90 d培养期内差异最大。红外图谱分析显示,油菜秸秆腐解过程最明显的变化在波数为3 430~3 410 cm-1、2 930 cm-1处,吸收峰吸收强度降低,表明油菜秸秆的脂族性下降。在波数为1 740 cm-1、1 419~1 425 cm-1处的吸收峰吸收强度降低,表明油菜秸秆木质素含量下降,且厌氧条件下的吸收强度高于其在好气条件下,表明厌氧条件的木质素残留较多。结果表明,油菜秸秆中羟基、甲基、亚甲基含量随腐解时间延长而降低,碳水化合物减少,脂族性下降,芳构化程度增强。好气条件有利于秸秆中纤维素、半纤维素和脂肪族化合物的分解,提高其芳香性,对土壤碳、氮的补充作用更大。     

土壤水分和植物残体对紫色水稻土有机碳矿化的影响

采用为期62.d的实验室恒温(281)℃培养方法,研究了土壤水分和植物残体对紫色水稻土有机碳矿化的影响。结果表明,紫色水稻土有机碳矿化速率在培养30.d后基本达到稳定,好气条件下土壤有机碳累积矿化量高于淹水条件,且差异达到极显著水平。用一级动力学方程对植物残体的矿化速率进行拟合表明,好气条件下,植物残体的分解速率常数(k值)大小顺序为蚕豆秸秆玉米秸秆水稻秸秆,而淹水条件则为水稻秸秆蚕豆秸秆玉米秸秆。水分状况和植物残体化学组分的差异影响紫色水稻土中有机碳的动态变化,最终导致碳累积矿化量差异。     

不同作物秸秆在旱地和水田中的腐解特性及养分释放规律

以水稻、小麦、玉米秸秆和油菜、蚕豆青秆为研究对象,采用尼龙网袋法,研究了不同秸秆翻埋入旱地和水田后的腐解特性及养分释放规律,以期为紫色丘陵区农业秸秆循环利用和秸秆还田技术提供理论依据。结果表明:秸秆翻埋还田后,5种供试秸秆腐解速率均表现为前期(0~60 d)快、后期(60~360 d)慢。经过360 d的腐解,旱地秸秆累积腐解率为52.88%~75.80%,表现为油菜水稻玉米小麦蚕豆趋势,且蚕豆青秆累积腐解率显著低于其余秸秆;水田中秸秆累积腐解率为45.01%~62.12%,表现为水稻玉米小麦油菜蚕豆趋势。5种秸秆在旱地和水田中养分释放率均表现为钾磷氮碳,在试验终点,旱地中秸秆碳、氮、磷和钾释放率分别为65.50%~87.37%、54.64%~69.72%、89.65%~98.96%和79.92%~96.63%,且油菜秸秆养分释放率高于其他4种秸秆;水田中秸秆碳、氮、磷、钾释放率变幅分别为49.95%~69.57%、32.89%~77.11%、90.70%~96.80%、77.45%~90.47%。总体表现为秸秆在旱地土壤中的累积腐解率和养分释放率均大于水田,旱地油菜和水稻秸秆较易腐解,水田水稻和玉米秸秆较易腐解释;秸秆中钾素释放速率较高。     

小麦和玉米秸秆腐解特点及对土壤中碳、氮含量的影响

通过室内模拟培养试验,揭示了不同水分条件下小麦和玉米秸秆在土壤中的腐解特点及对土壤碳、氮含量的影响。结果表明,1)水分条件对有机物质腐解的影响较大,在32 d的培养期间,相对含水量为60%(M60)时,土壤CO2释放速率始终低于含水量80%(M80)的处理。M60条件下释放的CO2-C量占秸秆腐解过程中释放碳总量的40.1%,而M80条件下达到51.5%;M60条件下,添加秸秆土壤中有机碳含量平均提高2.24 g/kg,显著高于M80条件下的1.43 g/kg。2)添加玉米秸秆的土壤,在培养期内CO2释放速率始终高于小麦秸秆处理,CO2-C累积释放量和有机碳净增量分别为408.35 mg/pot和2.12 g/kg;而小麦秸秆处理分别仅为378.94 mg/pot和1.56 g/kg,两种秸秆混合的处理介于二者之间。3)与未添加秸秆相比,土壤中添加小麦或玉米秸秆后,土壤有机碳、微生物量碳、全氮和微生物量氮含量均显著提高,且数量上总体趋势表现为:玉米秸秆两种秸秆混合小麦秸秆。可见,适宜水分条件有利于秸秆腐解过程中秸秆中碳向无机碳方向转化,而不利于向土壤有机碳方向转化;且玉米秸秆比小麦秸秆更易腐解。秸秆在土壤中腐解对补充土壤碳、氮作用很大,可改善土壤微生物生存条件,提高土壤质量。     

理化预处理方式对玉米秸秆腐解与养分释放特征的影响

该文采用尼龙网袋法,研究了长期培养条件下,不同预处理方式(氨化、酸化、微波、无处理)对玉米秸秆腐解与养分释放特征的影响。结果表明,培养100 d后,包括对照在内的各处理秸秆质量累积腐解率均超过50%,其中酸化、氨化处理有利于促进玉米秸秆的快速腐解;培养300 d后,氨化、酸化、微波处理玉米秸秆的累积腐解率分别为89.22%、91.68%和82.26%,其中氨化、酸化处理显著高于对照(80.81%)。与对照相比,在秸秆快速分解期(0~100 d),酸化处理秸秆可多释放23.95%的氮、13.11%的磷、4.27%的钾;氨化处理秸秆可多释放9.69%的氮;微波处理秸秆可多释放4.28%的碳;培养结束时(300 d),酸化处理更有利于钾素、磷素的释放,比对照多释放了7.73%的钾、6.34%的磷;氨化处理更有利于氮素、磷素的释放,比对照多释放了6.16%的氮、5.41%的磷;微波处理可略增加钾素的释放,比对照提高1.61%。综上可见,玉米秸秆还田前进行适当酸化或氨化处理,可促进其腐解,提高养分释放速率,尤其酸化处理效果更好,但具体田间操作及表现仍需进一步研究。     

不同作物还田秸秆的养分释放特征试验

为了探索秸秆还田与化肥的合理搭配施用,采用尼龙网袋法,研究了水稻秸秆、小麦秸秆、油菜秸秆在淹水培养下养分释放特征。结果表明,供试秸秆腐解速率均表现在培养前期腐解较快,不同秸秆之间表现为油菜秸秆大于水稻秸秆和小麦秸秆;后期腐解速率逐渐变慢,3种秸秆之间差异不明显。经过124 d的培养,水稻秸秆、小麦秸秆、油菜秸秆的累积腐解率分别为49.17%、52.17%和49.81%。秸秆中养分释放速率均表现为K＞P＞C＞N,释放量表现为C＞K＞N＞P。经过124 d的腐解,水稻秸秆、小麦秸秆、油菜秸秆的碳释放率分别为7.53%、66.58%、52.54%;氮分别为42.05%、49.26%、57.83%;磷分别为68.28%、59.93%、67.32%;钾在培养12 d后释放率均达到98%。根据秸秆腐解特征及养分含量,作物推荐施肥量中可以减少钾肥用量,并适当延后施用;在还田初期可以不调整氮磷肥的施用量。     

秸秆颗粒化还田加速腐解速率提高培肥效果

为了探索将玉米秸秆压缩成颗粒后还田培肥土壤的可行性,研创新型秸秆还田方式,采用尼龙网袋埋藏法,研究秸秆颗粒化还田与常规粉碎秸秆还田(对照)在盆栽培养条件下的腐解与养分释放特征,以及对土壤呼吸的影响。结果表明,相同质量的秸秆颗粒化后其堆积密度为对照的4.8倍,可显著改善其还田性,提高土壤消纳秸秆的能力。秸秆颗粒化后还田可显著提升秸秆的腐解速率,培养期内前60 d,秸秆颗粒平均腐解速率比对照提升31.68%;培养300 d后,其累积腐解率达80.81%,比对照高出8.7个百分点;估算可比对照提前30 d腐解超过50%,提前14 d完全腐解。秸秆颗粒化还田可显著提升秸秆养分释放速率,培养期前60 d尤为明显;培养300 d后,秸秆颗粒的碳(C,carbon)和氮(N,nitrogen)累积释放率比对照分别提高了11.0和13.2个百分点,但磷素(P,phosphorus)和钾(K,kalium)累积释放率与对照无显著差异(P0.05);估算C、N、P、K养分分别释放超过50%的时间比对照提前15~125 d,提前9 d释放全部养分。此外,秸秆颗粒化还田在培养期前260 d可显著提高土壤呼吸速率,培养期间平均土壤呼吸速率比对照提高18.03%。因此,秸秆颗粒化还田可实现高效快速的培肥土壤,在农业生产中具有较高的推广应用价值。     

稻麦轮作制还田秸秆腐解和养分释放特征

秸秆还田是耕地质量提升的重要措施,还田秸秆腐解能够为作物生长提供氮、磷、钾等养分。明确稻麦轮作制水稻和小麦秸秆还田后的腐解和养分释放特征,是制定秸秆还田下合理养分管理制度的理论基础。通过田间尼龙网袋法,研究了小麦秸秆在水稻季、水稻秸秆在小麦季的腐解和养分释放特征以及秸秆腐解剂的影响。结果表明,小麦和水稻秸秆快速腐解期、中速腐解期、缓慢腐解期分别为0～10、10～20、20～110和0～10、10～50、50～200 d。在秸秆腐解剂的作用下,秸秆腐解率达50%和95%的时间缩短约8和38 d。水稻生育期内小麦秸秆累积腐解率达57%,秸秆氮和磷表现为淋溶-富集-释放,释放量分别为29%～37%和36%～44%,碳和钾表现为直接释放,释放量分别为55%和92%。小麦生育期内水稻秸秆累积腐解率达到73%,秸秆碳、氮、磷、钾均表现为直接释放,释放量依次为75%、41%～51%、59%、98%。水稻季,小麦秸秆在缓慢腐解期会吸附-富集土壤溶液中的氮和磷,伴随着秸秆中纤维素和半纤维素逐渐腐解,富集的氮、磷会部分释放到土壤中;小麦季,秸秆腐解剂提高快速和缓慢腐解期氮和磷的释放量和释放速率,氮素和磷素释放量分别提高10.0%和4.7%。热重分析表明,秸秆腐解剂主要加速了小麦和水稻秸秆半纤维素和纤维素的腐解。综上所述,秸秆腐解剂可以在一定程度上提高秸秆腐解和养分释放速率,同时也应注意还田秸秆在水稻孕穗期对土壤溶液中氮、磷的吸附-富集过程,在实际生产中宜在该时期适当补充氮、磷肥,以避免秸秆与作物争养分而导致减产。     

秸秆促腐还田土壤养分及微生物量的动态变化

采用盆钵培养法,通过模拟旱作覆膜条件下秸秆还田,研究了添加不同腐解剂(多个好氧性菌种复合培养而成的F1、富含分解纤维素、半纤维素、木质素和其他生物有机物质的微生物菌群F2、由芽孢杆菌、丝状真菌、放线苗和酵母菌组成的F3)后,小麦秸秆、玉米秸秆在120 d的腐解过程中,土壤养分及土壤微生物量的动态变化特征。结果表明:小麦、玉米秸秆经过120 d的腐解,各处理土壤有机质、碱解氮、全氮的增加速率一致表现为先增加后减小,土壤磷素、钾素的增加速率总体则呈现增-减-增-减的趋势;整个试验阶段小麦秸秆各处理土壤微生物量碳(SMBC)含量表现为先增后减。玉米秸秆土壤SMBC的变化与小麦秸秆差异较大,呈现波浪式变化;玉米秸秆土壤微生物量氮(SMBN)变化在100 d后则与小麦截然不同。秸秆添加腐解剂还田土壤养分增加速率和土壤微生物量碳氮含量均大于秸秆直接还田(对照),培肥土壤效果明显,能够有效增加土壤微生物量碳氮含量。小麦、玉米秸秆添加腐解剂F3的处理各养分含量高于其他处理,即内含具特殊功能的芽孢杆菌、丝状真菌、放线菌和酵母菌的秸秆腐解剂F3增加土壤养分的效果最好;相同腐解剂下不同种类秸秆处理的土壤养分含量表现为:F1,小麦玉米;F2,小麦≥玉米;F3,小麦玉米,即F1对小麦秸秆促腐优势最大,F3对玉米秸秆的促腐作用优于F1和F2,F2对小麦、玉米秸秆的促腐效果基本相似。不同腐解剂下,小麦秸秆处理SMBC、SMBN含量表现为F2F3F1;玉米秸秆处理SMBC含量F2F3≈F1,SMBN为F3F2≈F1。玉米秸秆各处理的SMBC均大于小麦秸秆,SMBN则均小于后者,与秸秆C/N的趋势一致,即C/N越大,SMBC值越大,SMBN值越小。     

玉米秸秆腐解规律及土壤微生物功能多样性研究

试验以玉米长期连作和玉米—小麦轮作土壤为研究对象,采用网袋法设定秸秆覆盖和深埋2个还田处理,间隔不同时间取样,分析秸秆腐解特征及土壤微生物群落功能多样性。结果表明,针对不同土壤来说,玉米—小麦轮作土壤中2种秸秆还田方式下(T1和T2),玉米秸秆腐解速率、养分(N、P和K)释放率均高于玉米长期连作土壤(CT1和CT2);不同秸秆腐解时间下,土壤微生物群落功能多样性各处理表现不同。总的来说,T1和T2处理的微生物群落平均颜色变化率、丰富度指数、优势度指数和均匀度指数均高于CT1和CT2。在玉米长期连作种植区,秸秆深埋比秸秆覆盖能更有效提高玉米秸秆腐解率和改善土壤微生物群落结构的功能多样性。     

还田秸秆及其腐解产物的吸水能力研究

[目的]研究水稻、小麦和油菜作物秸秆的腐解规律及其对秸秆吸水能力的影响,为农田秸秆资源有效利用和田间水分管理提供相应的理论依据。[方法]采用尼龙网袋法进行试验研究。[结果]在土壤水分饱和状态下,3种秸秆腐解速率均表现为前期快,后期缓慢的特点。培养结束(110d)时,水稻、小麦和油菜秸秆的累积腐解率分别为67.8%,55.5%和49.2%。光学显微镜结合红外光谱结果显示,与对照相比,水稻秸秆经过110d的腐解,其物质组成、化学结构和形貌特征均发生显著变化,小麦和油菜秸秆变化不明显。腐解0d时,水稻、小麦和油菜秸秆饱和吸水量依次分别为3.87,2.51,3.61g/g。随着秸秆组分、结构和形貌的变化,秸秆及其腐解产物饱和吸水量也有显著性差异。水稻秸秆在腐解15d时的饱和吸水量最大,为5.17g/g,之后其饱和吸水量逐渐下降并趋于稳定;小麦和油菜秸秆的饱和吸水量在腐解5d时达到最低值,分别为1.87,2.59g/g;之后其饱和吸水量逐渐增加。单位秸秆的吸水效果表明,3种作物秸秆在腐解初期的持水量最大,之后随着腐解时期的延长而有所降低。[结论]还田作物秸秆的吸水能力受到还田秸秆质量和腐解时期的双重影响,故在开展秸秆还田(尤其翻压)时,应注意秸秆含水量,还田时期和田间水分管理,降低由秸秆吸水产生的负面效应。     

配施不同腐秆剂对还稻田麦秸腐解和水稻产量的影响

为阐明沿淮地区秸秆还田配施不同腐秆剂在秸秆腐解和水稻产量方面的差异,遴选出适合该区域使用的腐秆剂.本研究通过安徽省霍邱县的麦秆促腐还田定位试验,深入分析了秸秆还田和氮磷钾优化平衡施肥后不施腐秆剂(SF)、施腐秆剂1号(SFD1)、施腐秆剂2号(SFD2)和施腐秆剂3号(SFD3)等处理连续两年在秸秆腐解和水稻产量等方面...     

秸秆腐熟剂对水稻秧苗素质及育秧基质微生物的影响

为探究接种腐熟剂堆沤秸秆作为育秧基质培育水稻秧苗的可行性及其在生态学方面的机制,本研究结合理化测定并采用末端限制性片段长度多态性(T-RFLP)分析,探究了浅盘试验条件下的水稻秧苗素质、基质矿质成分及基质微生物多样性。结果表明,与对照组相比,接种腐熟剂堆沤秸秆作为育秧基质使得水稻鲜重、水稻株高、水稻假茎宽、水稻根等形态学指标有所提高;基质中有机质、全氮、有效磷含量增加显著;基质中细菌和霉菌的生物量分别增加了3.61、70.67倍;细菌中参与C循环、S循环、N循环、抗致病微生物、有益微生物、未知功能微生物、营养代谢相关细菌的生物量分别提高了0.80、1.33、4.86、2.62、6.27、3.24、2.69倍;基质中亚硝化细菌、反硝化细菌、好气性纤维素分解菌、硅酸盐细菌、硝化细菌、好气性自身固氮菌、硅酸盐细菌等功能微生物的数量分别提高了136.50、17.61、8.26、5.65、3.99、2.63倍。研究表明,秸秆腐熟剂改变了原始环境的微生物群落结构并有益于水稻生长。本研究为合理利用堆沤秸秆基质育秧提供了科学依据。     

稻草与猪粪混合厌氧消化特性研究

在中温条件下（35℃）,研究了稻草中添加猪粪对厌氧消化过程的影响,分析了消化过程中日产气量、累积产气量、甲烷含量、pH、挥发性脂肪酸以及硝态氮和氨态氮的变化。结果表明,将猪粪与稻草混合厌氧消化产沼气可以顺利进行,混合物的Vs产气量为330．14L·kg^-1 VS,沼气中甲烷含量为62．88％,添加猪粪对稻草产气量和有机酸的影响不明显,但对发酵过程中可能出现的酸积累有一定的缓冲作用。添加猪粪可以大幅提高发酵液中NO3-N含量,较稻草的处理提高34．53％,对提高消化液的肥料价值有重要意义。因此,将稻草与猪粪混合厌氧消化产沼气是完全可行的。     

Bt-transgenic rice straw affects the culturable microbiota and dehydrogenase and phosphatase activities in a flooded paddy soil

There have been few investigations of the possible effects of genetically engineered plants on the microbiota and enzyme activities in flooded soil. We studied the influence of the transgenic rice KeMingDao (KMD) straw on the culturable microbiota and enzymatic activities in a flooded paddy soil under laboratory conditions. KMD contained a synthetic cry1Ab gene from Bacillus thuringiensis under the control of a maize ubiquitin promoter and linked in tandem with the gusA and hpt genes. The results showed that there were only some occasional significant differences (P<0.05) in the number of Colony forming units of aerobic bacteria, actinomycetes and fungi and in the number of anaerobic fermentative bacteria, denitrifying bacteria, hydrogen-producing acetogenic bacteria, and methanogenic bacteria between the paddy soil amended with Bt-transgenic rice straw and with the non-Bt parental rice straw during the early stages of incubation. From d14 to d84 there were significant increases (P<0.05) in soil dehydrogenase and soil neutral phosphatase activity in soils amended with rice straw compared to soil without added straw. The dehydrogenase activity was significantly greatly (almost 1.95-fold) in soil amended with Bt-transgenic straw from d7 to d14 but from d21 to d49 there was significantly greater activity (about 1.47-fold) in the soil amended with non-Bt-straw. There were no apparent differences between the activity of soil neutral phosphatase in the soils to which non-Bt-straw and Bt-straw had been added. However, both soils to which rice straws were added demonstrated significant differences in the number of microorganisms except for aerobic bacteria and enzymatic activities with respect to the control soil throughout the incubation. The above results indicated that the Bt-straw from KMD transgenic rice is not toxic to a variety of culturable microorganisms in the studied flooded paddy soil.     

接种菌剂腐熟稻草育秧基质提高机插稻秧苗素质及产量

为探明稻草育秧基质在机插稻生产中的应用效果,该文以水稻土(CK)为对照,研究了接种自制腐秆菌剂的稻草基质(T1)、不接种腐秆菌剂的稻草基质(T2)2种基质理化性状及其对机插稻秧苗素质、机插质量及产量形成的影响。结果表明,T1、T2容重显著低于CK,含水量、孔隙度(通气孔隙度和持水孔隙度)和养分含量则显著高于CK;接种腐秆菌剂改善了稻草育秧基质的理化性状,可降低基质有机质含量、提高速效养分浓度及减小碳氮比(C/N)。与T2和CK相比,T1培育出的秧苗综合素质较好、机插质量高,有利于促进大田分蘖早生快发,同时增加了各时期叶面积指数、干物质质量及N、P、K吸收量,可形成较多的有效穗和充足的总颖花量,最终促进水稻高产的形成。T1产量比CK提高了4.37%,增产效果显著。可见,接种腐秆菌剂的稻草基质能满足水稻秧苗正常生长,与当前机插技术兼容性强,有利于提高机插稻产量及稻草的资源化利用,是一种较为理想的机插稻育秧基质。     

Microbial communities responsible for the decomposition of rice straw compost in a Japanese rice paddy field determined by phospholipid fatty acid (PLFA) analysis

To identify the microbial communities responsible for the decomposition of rice straw compost in soil during the rice cultivation period, phospholipid fatty acid (PLFA) composition of rice straw compost was determined by periodically sampling the compost from a Japanese rice field under flooded conditions. About 21% of the compost was decomposed within a period of 3 months. The total amount of PLFAs, as an indicator of microbial biomass, was significantly lower under drained conditions than under flooded conditions and was relatively constant during the flooding period. This indicates that the microbial biomass in the compost samples did not increase during the gradual decomposition of rice straw compost under flooded conditions. The proportion of branched-chain PLFAs (biomarker of Grampositive and anaerobic Gram-negative bacteria) slightly decreased during the early period after placement, and increased gradually afterwards. Among the branched-chain PLFAs, i15:0, ail5:0, i16:0 and i17:0 PLFAs predominated and their proportions increased gradually except for i16:0. The proportion of straight mono-unsaturated PLFAs (biomarker of Gramnegative bacteria) was almost constant throughout the period, and 18:1ω9 and 18:1ω7 PLFAs predominated. The proportion of straight poly-unsaturated PLFAs as a biomarker of eukaryotes including fungi was also constant throughout the period, except for a decrease under drained conditions. Straight poly-unsaturated PLFAs consisted mainly of 18:2ω6c PLFA. Therefore, these results suggest that the proportions of Gram-positive and anaerobic Gram-negative bacteria increased during the decomposition of rice straw compost in flooded paddy field. Statistical analyses enabled to divide PLFA patterns of microbiota in the rice straw compost into two groups, one group consisting of rice straw compost samples collected before mid-season drainage and the other of samples collected after mid-season drainage. Small squared distances among samples in cluster analysis indicated that the community structure of microbiota was similar to each other as a whole. These results suggest that the microbial communities changed gradually during the period of placement, and that mid-season drainage may have affected the community structure of microbiota. Principal component analysis of the PLFA composition suggested that the succession of microbiota along with the decomposition in flooded soil was similar between rice straw compost and rice straw and that the changes in the community structure during the decomposition in flooded soil were more conspicuous for rice straw than for rice straw compost.