施用废渣后土壤硅素释放特性及其影响因子的研究Ⅱ土壤硅素释放特性及其与pH的关系

选取5种工矿废渣进行室内模拟试验,研究不同种类工矿废渣作为硅肥施用对土壤硅素释放特性及pH的影响。结果表明:y=kxm方程可以很好地描述土壤硅素释放的动力学特征;施用废渣可显著提高水田土壤硅素释放速率,增加土壤硅素释放量,提高土壤溶液的pH值,土壤溶液pH与培养127天硅素累积释放量间呈极显著直线正相关关系;三种高炉渣(A、B、F)的施用效果明显好于粉煤灰(H)和金刚石矿渣(J),即三种高炉渣更适于作为生产硅肥的原料。     

过氧化钙及硅钙肥改良潜育化稻田土壤的效果研究

【目的】潜育化水稻土是我国最主要的低产水稻土类型,长期渍水导致的土壤缺氧及活性还原物质过度积累是其最主要特征,这严重影响了水稻的根系发育和产量提高。本研究以鄱阳湖区潜育化稻田土壤为对象,通过田间试验研究过氧化钙和硅钙肥单施或配施对潜育化稻田土壤的改良效果,旨在为探索潜育化稻田的轻简化改良方法提供理论依据。【方法】田间试验于2012 2013年在鄱阳湖区潜育化双季稻田进行,试验设单施化肥(T1)、化肥+硅钙肥(T2)、化肥+过氧化钙(T3)和化肥+硅钙肥+过氧化钙(T4)4个处理。通过2年4季的田间试验研究了过氧化钙和硅钙肥单施或配施对鄱阳湖区潜育化稻田水稻产量、土壤还原物质总量及土壤物理化学性质的影响,分析了过氧化钙和硅钙肥改良潜育化稻田土壤的效果和应用前景。【结果】过氧化钙和硅钙肥单施或配施均可以提高潜育化稻田的水稻产量,二者配施每季可以提高水稻产量1.06 t/hm22.06 t/hm2,并可促进磷、钾养分向籽粒转移。施硅钙肥对土壤还原物质总量没有明显影响,而施过氧化钙可以显著降低土壤还原物质总量,二者配施可以减少耕层土壤还原物质总量1 cmol/kg以上。随着土层的加深,土壤还原物质总量呈增加的趋势。硅钙肥与过氧化钙配施可以明显提高小于10 mm的中小团聚体的含量。施硅钙肥或过氧化钙对土壤养分含量没有明显影响,但二者配施可以明显提高土壤有机碳、速效磷的含量,但对腐殖质碳、速效钾和全氮含量影响不明显。【结论】施用硅钙肥可以提高潜育化稻田的水稻产量,但对土壤还原物质总量没有明显影响。施用过氧化钙既可以提高水稻产量,又可以降低潜育化稻田的潜育化程度。而硅钙肥和过氧化钙配施不仅可以明显提高水稻产量、降低潜育化稻田的潜育化程度,还可以改善土壤养分供应状况和土壤结构。因此,施用过氧化钙和硅钙肥可以作为改良鄱阳湖区潜育化稻田土壤的一种参考方法。     

环境条件和外源硅浓度对黄瓜硅吸收分配的影响

【目的】研究不同环境条件和根际硅水平对黄瓜硅主动和被动吸收过程的影响。【方法】以‘新泰密刺’黄瓜为试材,在人工气候室内采用水培法,设置4种环境条件:1) T1,昼/夜温度22℃/12℃、相对湿度85%/95%、光照强度300 μmol/(m2·s);2) T2,昼/夜温度22℃/12℃、相对湿度85%/95%,光照强度600 μmol/(m2·s);3) T3,昼/夜温度28℃/18℃,相对湿度55%/65%、光照强度300 μmol/(m2·s);4) T4,昼/夜温度28℃/18℃、相对湿度55%/65%、光照强度600 μmol/(m2·s)。硅吸收动力学试验营养液设置为10个Si处理浓度,依次为0、0.085、0.17、0.34、0.51、0.68、0.85、1.02、1.36、1.70 mmol/L,硅吸收分配试验设置3个硅浓度为0.085、0.17、1.7 mmol/L。【结果】不同环境条件下黄瓜对硅的吸收速率及器官中硅含量均为T4 > T3 > T2 > T1处理;低外源硅浓度 (0.085和0.17 mmol/L) 下,黄瓜硅吸收在T1、T2、T3处理环境中以主动过程为主,在T4处理环境中以被动过程为主;高外源硅浓度 (1.7 mmol/L) 下,4种环境条件下的硅吸收均以被动过程为主;相同温度条件,强光下被动吸收的占比大于弱光,相同光照条件,高温下被动吸收的占比大于低温;相同环境条件下,随着外源硅浓度的增加,黄瓜对硅的被动吸收量和总吸收量均呈上升趋势,且被动吸收的占比增加。【结论】环境条件和外源硅水平影响黄瓜对硅的主动和被动吸收过程,高温、强光及高外源硅浓度提高黄瓜被动吸收硅的比例。     

氮磷与硅钙肥配施对辣椒产量和品质的影响

【目的】长期高纯度化肥施用导致作物其他养分供应的不平衡,中微量元素已成为越来越多作物产量和品质限制因子。本文旨在通过开展硅钙肥、氮肥和磷肥配施对辣椒产量和品质的影响研究,确定硅钙肥、氮肥和磷肥在干辣椒中最佳配施方案。【方法】借助于DPS软件,采用三因素二次饱和D-最优设计方法分析研究了氮磷与硅钙肥配施对辣椒产量和品质的影响,整个研究过程分为回归建模、模型解析和模型决策三个步骤,首先,根据2013年获得的辣椒产量和品质数据,进行优化多项式回归分析,得出辣椒产量、品质分别与硅钙肥、氮肥、磷肥之间的回归方程。其次,对两个方程进行F检验,对回归系数进行t检验,确定模型可行性,模型分析包括因子主效应分析、单因子效应分析和因子互作效应分析。最后进行模型决策,通过计算机模拟运算,提出辣椒高产与优质的施肥方案。【结果】通过对模型进行检验分析得出:硅钙肥、氮肥、磷肥对辣椒的产量和品质均有显著的影响,并且因素间存在显著的互作效应。以硅钙肥、氮肥交互效应为例,在编码范围内,辣椒的产量较好的互作空间是中等的硅钙肥配较高氮肥水平;辣椒的品质较好的互作空间是较高的硅钙肥水平配中等的氮肥施用水平。三因素对产量的影响顺序为:氮肥磷肥硅钙肥,而对品质影响则相反。在本研究区地力水平下,辣椒的产量和品质会随着硅钙肥、氮肥、磷肥的用量增加而升高;当用量过高,产量和品质反而会下降。通过计算机模拟运算,产量在4500~6000 kg/hm2之间,品质综合得分95分以上时,施肥方案为硅钙肥304.76~398.24 kg/hm2,氮肥220.05~263.26 kg/hm2,磷肥44.80~64.50 kg/hm2。经边际效应分析,在经济效益和产量达到最大,即分别为80548.64元/hm2和5916.23kg/hm2时,硅钙肥、氮肥、磷肥最佳施用量组合为332.66、250.58、57.75 kg/hm2,配施比例为1:0.75:0.17。【结论】硅钙肥、氮肥、磷肥具有提高辣椒产量和品质,调节辣椒营养元素吸收等功能,但应适量施用,过多施用反而会造成产量降低、品质下降等现象的产生。本文构建的模型可以详细地解释三种肥料对辣椒产量和品质的影响,通过模型模拟可以得到三种肥料之间的联系。     

不同水分条件下外源菌剂对污染水稻土中硅、砷有效性的影响

采用砷污染区水稻土,通过土壤培养方法探索了淹水和干湿交替水分管理模式下,添加外源菌剂(含有胶质芽孢杆菌和巨大芽孢杆菌)对土壤中硅和砷有效性的影响。结果表明,干湿交替培养条件下,添加混合菌剂及其灭菌菌液处理的土壤溶液中硅浓度分别比对照(CK)增加了18.7%~23.2%和19.2%~43.0%,这说明外源菌剂促进了土壤固相中硅向液相的释放。同时,添加混合菌剂及其灭菌菌液处理的土壤溶液中砷浓度分别比CK降低了13.6%~25.0%和22.7%~29.6%,土壤中有效砷浓度比CK分别降低了21.0%和15.7%,这说明外源菌剂降低了土壤中砷的有效性;但是在淹水培养条件下,外源菌剂中的微生物对土壤中硅、砷有效性影响不明显;此外,研究结果还显示,土壤溶液中硅和砷浓度之间存在显著的负相关关系(r淹水=-0.853,r干湿交替=-0.455,P0.05)。综上所述,干湿交替的水分管理模式下外源添加含有胶质芽孢杆菌和巨大芽孢杆菌的菌剂可促进硅从土壤固相到土壤溶液的释放,并降低了土壤中砷的有效性。     

硅酸盐菌剂对污染土壤中砷、硅活性的影响效应研究

采用摇床短期培养和梯度长期土壤培养方法,研究硅酸盐菌剂(含胶质芽孢杆菌)对砷污染土壤固相中砷、硅向液相释放或迁移的影响效应,并筛选调控土壤砷有效性的菌剂适宜添加量。采用自然土和砷污染土为研究对象的摇床短期培养结果表明,添加硅酸盐菌剂处理的自然土、砷污染土的土壤浸提液中As浓度较CK(灭菌培养基)分别降低了92.8%和65.5%;较硅酸盐菌剂的灭菌菌液处理分别降低了54.4%和37.0%,这说明硅酸盐菌剂对土壤中砷有钝化作用,降低了土壤中砷的活性;自然土、污染土的土壤浸提液中Si浓度较CK(灭菌培养基)分别降低了40.6%和53.5%,较灭菌菌液分别降低了42.5%和54.3%,即硅酸盐菌剂也降低了土壤固相硅向液相的释放。另外,梯度长期土壤培养试验结果表明,添加菌剂量在10~100ml的范围内,土壤溶液中硅浓度并没有随着菌剂量的增加而增加,而添加10ml菌剂的处理土壤溶液中As浓度较添加菌剂50ml,100ml处理分别降低了29.3%和85.6%,因此钝化污染土中砷活性的硅酸盐菌剂适宜用量为10ml。     

高供氮水平下不同硅肥对水稻茎秆特征的影响

【目的】 倒伏是水稻生长的主要限制因子,不仅降低稻谷的产量,而且还影响其品质。因此,通过在两种氮水平条件下,研究硅肥对水稻茎秆特征及其抗倒伏的影响。 【方法】 以唐粳2号水稻品种为材料,在田间试验条件下,设不施硅 (–Si)、硅酸钠 (Si1) 和硅钙肥 (Si2) 三个硅处理 (SiO₂ 用量 70 kg/hm2),每个硅处理含正常和过量两个氮水平 (分别为N 180 和450 kg/hm2)。水稻成熟期,测量株高、第1节和第2节长度、茎粗、旗叶和倒2片叶夹角、茎秆厚度和茎秆抗折力,分析水稻植株中硅和钾的含量,并观测了水稻茎秆的解剖显微结构。 【结果】 正常供氮水平(180kg/hm2)下,施硅对水稻株高、节间长度、茎粗、旗叶和倒2片叶夹角均无显著影响。过量供氮条件下,施硅显著降低水稻基部第1节和第2节长度,倒2片叶夹角显著降低了20%(P < 0.05),显著增加了水稻基部第1节和第2节壁厚度和茎粗,增加了茎的细胞层数和紧实度,促进维管束的发育。过量供氮水平下,与不施硅相比,施用硅酸钠的植株硅含量在水稻拔节期和成熟期分别显著提高了14.2%和11.3% ( P < 0.05),施用硅钙肥处理的均显著提高了14.9% ( P < 0.05);成熟期各处理水稻植株抗折力从大到小表现为Si2 > Si1 > –Si,施硅的水稻茎秆倒伏指数均显著低于不施硅处理,且过量供氮水平,施硅钙肥的倒伏指数比施硅酸钠的处理显著降低了6.2% ( P < 0.05);施用硅酸钠和硅钙肥的水稻产量分别显著增加12.3%和12.5% ( P < 0.05)。 【结论】 过量施用氮肥条件下,可增加水稻基部第1节和第2节壁厚度和茎粗,增加茎细胞层数和紧实度,从而提高茎秆的抗倒伏指数,显著提高水稻产量。供试土壤上硅钙肥效果好于硅酸钠。      

温度对钼蓝比色法测定植物样品中硅的影响

钼蓝比色法是常用的测硅方法,但其测定结果受温度影响很大。本试验以硅的标准植物样—灌木枝叶为试材,样品在瓷坩埚中灰化后,用氢氟酸浸提,采用钼蓝比色法在811nm波长下测定硅的含量。显色温度设为15℃、25℃、30℃、35℃,显色时间分别为10min、20min、40min、60min和120min,研究不同温度和显色时间对硅测定结果的影响。结果表明,温度显著影响显色反应的速度,15℃显色20min时,测定值才接近标准值,高于15℃显色时间加快,显色10min测定值即达到标准值。温度同样影响显色稳定时间,在30℃和35℃放置40min时测定值已显著低于标准值,相反在15℃和25℃时,即使保持2小时对硅的测定仍没影响,且测定结果准确性较高。结果表明在本实验条件下,可以在25℃下进行大批量植物样品的测定。     

应用硅素释放动力学方程评价水稻土供硅能力 Ⅰ硅素释放动力学方程参数与水稻相对产量的关系

在淹水培养条件下,进行了12种不同pH水稻土硅素累积释放试验,结合田间试验的效果,研究了土壤有效硅、水稻土硅的累积释放特征及其与硅肥肥效之间的关系。结果表明:1mol L-1HAc-NaAc(pH=4)缓冲液法不能直接判断碱性水稻土供硅能力。不同pH水稻土中硅素的释放过程可以用方程y=kxm来描述。土壤硅素120日累积释放量、硅素释放初始速率km与水稻相对产量具有显著的线性正相关关系。因此,应用土壤硅素释放动力学方程参数能够评价不同pH水稻土的供硅能力。     

温室土壤硅素释放动力学特征的研究

施硅可以促进园艺作物生长、提高其抗逆性和改善果实品质,但关于温室土壤硅素供应特征及其影响因素、合理调控土壤硅素肥力的研究却鲜有报道。采用淹水培养试验与化验分析结合的方法,研究温室土壤的硅素释放特征及其影响因素。结果表明,幂函数方程y=kxm能很好地描述土壤硅素的累积释放特征,方程参数k(硅素初始释放量)、m(硅素释放速率系数)、km(初始释放速率)受土壤pH和有机质的显著影响,均与土壤pH、有机质含量呈极显著的直线正相关关系;此外,参数k和km还分别与土壤游离氧化铁含量呈显著的指数和幂函数正相关关系。应用释放动力学方程求得的100天硅素累积释放量与土壤pH、有机质含量分别呈极显著的指数和直线正相关关系,但多元逐步回归分析结果表明硅素累积释放量与土壤有机质含量关系更为密切。应用释放动力学方程及其参数评价温室土壤的供硅能力具有可行性,值得进一步深入研究。     

水淬渣与钢渣硅肥对玉米硅、磷养分吸收及产量的影响

硅作为有益元素对促进作物生长发育及增强抗逆性等方面有显著效果。本研究在2013—2014年进行了2年田间小区试验,对比研究了水淬渣硅肥和钢渣硅肥对玉米生长发育及产量的影响,分析了施硅对玉米硅、磷营养吸收及硅肥利用率的效应。结果表明:施硅可显著提高土壤有效硅含量(P0.05),如在抽雄、乳熟及成熟期水淬渣硅肥处理的土壤有效硅含量分别比不施硅肥处理(CK)处理提高36.9%、15.3%和9.7%;施硅处理均显著提高了玉米叶面积指数、干物质量和产量(P0.05),水淬渣和钢渣硅肥处理的玉米产量为17 979 kg/hm2和17 134 kg/hm2,分别比CK处理提高18.9%和13.3%。2年结果均显示硅肥处理显著提高了成熟期玉米植株的吸硅量与吸磷量(P0.05),水淬渣与钢渣硅肥处理的年均吸硅量分别比CK处理增加14.6%和10.4%,其年均吸磷量分别比CK处理增加11.5%和8.7%。玉米吸硅量与吸磷量呈极显著正相关(P0.01),硅肥处理可显著改善玉米生育期内磷素营养,提高磷肥偏生产力;水淬渣硅肥和钢渣硅肥年均硅肥利用率分别达38.9%和27.8%,且水淬渣硅肥利用率明显高于钢渣硅肥。     

控温条件下秸秆腐解过程中黄泥田氮素转化及酸度对水肥耦合的应答

【目的】在华中低产酸化黄泥田双季稻区,研究不同温度、水分条件及施肥对添加微生物促腐菌剂下秸秆腐解过程中土壤氮素转化和酸度矫治的影响。【方法】采用室内培养试验,于15℃和35℃条件下,设2个水分条件[40%和100%最大田间持水量(WHC)]及2种氮肥处理(尿素、猪粪),动态监测水稻秸秆腐解过程中土壤无机硝态氮(NO-3-N)、 铵态氮(NH+4-N)和总水溶性氮(TDN)含量,以及土壤pH变化在105 d培养周期内的变化特征。【结果】温度与各形态氮含量及土壤pH间均缺乏相关性,不同温度下水分、 氮肥类型对氮转化及pH影响大致相同; 35℃和15℃条件下几乎整个培养周期内,各处理铵态氮含量表现为WHC40%+U WHC40%+M WHC100%+U WHC100%+M,即尿素处理优于猪粪处理(P0.01),不论添加何种氮素均表现为WHC40% WHC100% (P0.01);NO-3-N和TDN含量顺序为WHC100%+U WHC100%+M WHC40%+U WHC40%+M,其中后二者NO-3-N含量无差异,WHC100%条件下NO-3-N和TDN含量均显著高于40% WHC(P0.05); 氮净矿化量为WHC40%+U WHC100%+U,添加猪粪处理后在两水分条件下都为负值,表现生物固定,而净硝化强度为WHC100%+U WHC100%+M,低水分含量的两氮肥添加均表现弱硝化;各处理至培养结束时土壤pH均大幅提升,pH值大小呈WHC40%+M WHC40%+U WHC100%+M WHC100%+U,净变化值则分别为+0.35、 +0.51、 -0.61和+0.15,其中,WHC100%+M处理虽然最终表现有0.61单位降低,但在前期仍有大幅上升的现象。【结论】高温度、 水分含量下,施尿素可因其短期内氮矿化与pH(高净氮矿化量、 净硝化量、 酸度提升)方面的优势而作为田间推荐的水肥耦合管理措施;微生物在氮素循环中对设定的温度条件有一定适应能力;相比于尿素在改变各种氮浓度和诱导pH变化方面的良好作用,猪粪从供氮时效方面讲,是一种可采用的但也相对难以利用的氮源。     

生物炭对红壤和褐土中镉形态的影响

【目的】重金属对环境危害的大小主要取决于其形态分布,尤其是生物有效态镉 (Cd) 的含量和存在比例。添加生物炭可以降低Cd超标土壤中生物有效态Cd的含量,本文研究了施用生物炭后红壤和褐土中Cd形态的变化及其与生物炭施用量的关系,以加深对生物炭修复Cd污染土壤机理的认识。【方法】选择红壤 (pH 5.21) 和褐土 (pH 7.75) 两类土壤进行了室内培养试验。将两个过2 mm筛的自然风干土壤各40 kg,分别装于20 L塑料盒中,加Cd(NO₃)₂溶液使土壤外源Cd含量达到5 mg/kg,保持70%田间最大持水量,于25℃条件下平衡两周;之后,在每1000 g土内,分别添加生物炭0、5、10、20 g,均匀混合后,室温培养50 d;在培养1、4、7、14、21、35、49 d时分别取样,测定土壤pH和有机碳含量,利用Tessier分级法测定土壤Cd形态。【结果】红壤pH随生物炭施用量的增加显著升高,培养14天后,生物炭施加量为2%时,土壤由酸性变为弱碱性,生物炭对褐土pH的提高作用不显著。红壤和褐土有机碳含量均随生物炭施用量的增加而升高。培养49天后,红壤可交换态Cd含量的降幅较大,降幅为0.31～0.82 mg/kg,且处理2%的可交换态Cd含量最低,为1.24 mg/kg,生物炭施用量2%的红壤碳酸盐结合态Cd含量最高,为1.06 mg/kg,施用生物炭的红壤碳酸盐结合态Cd和Fe、Mn氧化物结合态Cd所占比例增加了3.14%～14.21%、8.20%～23.96%,施用生物炭的褐土碳酸盐结合态Cd和Fe、Mn氧化物结合态Cd升高了0.94%～2.61%、0.80%～7.90%。褐土的土壤有机碳含量和生物炭施用量与土壤可交换态Cd呈极显著负相关关系,与土壤碳酸盐结合态Cd,土壤Fe、Mn氧化物结合态Cd和土壤有机结合态Cd呈极显著正相关关系;红壤pH、有机碳含量和生物炭施用量均与土壤可交换态Cd呈极显著负相关关系,与土壤其他四种形态Cd呈极显著正相关关系。但在红壤中土壤有机碳和生物炭施用量与各形态Cd的相关系数均大于在褐土中的相关系数。【结论】综合分析两种类型土壤中Cd形态的变化,发现生物炭对红壤的修复效果优于对褐土的修复效果,因此生物炭可以作为Cd污染的酸性土壤的一种修复改良材料。     

水钠锰矿提高红壤性水稻土N2O释放速率和氨氧化细菌amoA基因丰度

  【目的】  土壤中的氧化亚氮 (N₂O) 来源于硝化与反硝化作用，锰可与硝化或反硝化作用产物反应产生N₂O或氮气，已有研究表明土壤中锰含量高会影响硝化作用。因此，本试验以水钠锰矿 (KMnO₂·H₂O) 与土壤硝化作用与反硝化作用的生物化学耦合反应为切入点，研究水钠锰矿的添加对土壤N₂O释放速率及微生物的影响，进一步认识N₂O释放与土壤环境因子的相互关系。  【方法】  以红壤性水稻土为供试土壤，通过微宇宙培养试验，在土壤中添加不同质量百分比的水钠锰矿 (0%、0.1%、0.3%、0.7%、1.5%)，预培养7 天后，加入硫酸铵N 100 mg/kg继续培养14天。在培养第1、3、7、14天，采用气密性注射器抽取10 mL气体样品，气相色谱仪测定N₂O含量；同时取土壤样品，比色法测定铵态氮与硝态氮含量。培养结束时，测定土壤pH，采用实时荧光定量PCR测定土壤16S rDNA与氨氧化细菌 (AOB) amoA基因拷贝数，高通量测序技术分析微生物群落组成及多样性。  【结果】  水钠锰矿提高了土壤N₂O释放速率，增加了土壤N₂O累积释放量，以添加0.1%水钠锰矿的N₂O累积释放量最高，添加1.5%的最低。土壤铵态氮含量随培养时间的延长而迅速降低，硝态氮含量则迅速增加。水钠锰矿显著提高了土壤pH与表观N₂O产量 (N₂O-N/NO₃?-N)，pH随着水钠锰矿添加量的增加整体提高，N₂O-N/NO₃?-N则随着水钠锰矿添加量的增加呈降低趋势。适量水钠锰矿显著增加了土壤细菌16S rDNA与氨氧化细菌 (AOB) amoA基因拷贝数，并显著提高了土壤16S rDNA与AOB amoA基因拷贝数的比值，但随着水钠锰矿添加量的增加，细菌16S rDNA和AOB amoA基因拷贝数的增加量整体降低；放线菌、变形菌与拟杆菌是所有处理中的优势菌门，通过非度量多维尺度分析发现不同处理间的微生物群落结构差异显著，未添加水钠锰矿处理与添加水钠锰矿1.5%处理的微生物群落结构差异最大，其他处理的微生物群落结构介于两者之间。  【结论】  土壤中添加0.1%质量比的水钠锰矿，可以通过增加AOB的数量促进红壤性水稻土N₂O的释放，显著影响微生物物种丰度与群落结构。但水钠锰矿高添加量处理对AOB的刺激作用减弱，因此，应将土壤锰含量作为影响土壤N₂O释放的因素加以考虑。     

两株高效溶磷菌的溶磷能力及其对玉米生长和红壤磷素形态的影响

  【目的】  磷在土壤中易于固定,且向有效态的转化能力弱。研究两株高效溶磷菌活化土壤中的磷素的能力,为提高红壤供磷能力提供指导。  【方法】  以溶磷菌株伯克霍尔德菌 (Burkholderia) XQP35 (P35)、拉乌尔菌 (Raoultella) SQP80 (P80) 为研究对象,以磷酸铝、磷酸铁、植酸钙和卵磷脂替代液体NBRIP培养基中的磷酸钙作为磷源处理,测定两个菌株对不同磷源的溶解能力。将液体NBRIP培养基的pH分别调至4、5、6、7和8,再接种菌株并培养24、48、72、96、120、144 h,测定液体培养基中的溶磷量。以玉米为试材进行盆栽试验,设定不接种菌剂 (CK) 和接种P35、P80、商品化菌剂 (EM) 4个处理。在玉米生长20、40、60、80、100天后,取样分析玉米生长、土壤有效磷含量,并分析了第100天时的土壤中性和酸性磷酸酶活性,以及土壤中不同形态磷的含量。  【结果】  1) 菌株P35、P80对难溶性磷酸钙和植酸钙均有较强的溶解能力,对磷酸铁、磷酸铝和卵磷脂磷的溶解能力较弱。P35在培养24 h内及P80在培养48 h内,其溶磷量在不同培养基pH处理间差异显著,随着培养时间的延长,不同pH处理间的溶磷量逐渐接近,且溶磷量达到一定水平后不再增加。2) 土壤接种菌株P35、P80对玉米表现出良好的促生效果,提高了玉米植株地径、株高、吸磷量和干物质积累量,干物质量分别较CK增加32%、36% (P < 0.05)。3) 在土壤接种菌株20～100天内,P35和P80处理的土壤有效磷含量始终高于CK和EM处理,有时差异可达显著水平 ( P < 0.05);而EM处理的土壤有效磷含量始终与CK没有显著差异。土壤接种菌株100天后,3个菌株处理的土壤酸性磷酸酶、中性磷酸酶活性与CK均无显著差异,但对土壤中不同形态磷含量影响不同。P80处理显著提高H₂O-Pi含量,P35显著提高了NaOH-Pi、NaHCO₃-Pi含量,且P80的磷活化系数也显著高于CK。  【结论】  溶磷菌株P35、P80对环境pH的适应能力较强,对磷酸钙和植酸钙有较强的溶解能力。P35活化磷的速度快,可能在土壤中引起磷的再固定,最终表现为提高了土壤无机磷中的NaOH-Pi和NaHCO₃-Pi。菌株P80对磷的活化速度较P35慢,但其活化的磷主要表现为H₂O-Pi含量的提高,更有利于玉米的吸收利用。     

有机无机肥配合生化抑制剂抑制土壤有机碳的转化

【目的】有机肥部分替代化肥是确保土壤地力提升、兼顾农田养分高效利用的有效途径。脲酶和硝化抑制剂可有效抑制尿素水解和土壤硝化过程。研究硝化抑制剂[2-氯-6(三氯甲基)-吡啶(nitrapyrin,CP)]和脲酶抑制剂[正丁基硫代磷酸酰胺(N-butyl thiophosphamide,NB)]对土壤有机碳素转化的影响,为有机无机肥配合施用提供科学依据。【方法】在25℃和35℃条件下进行土壤培养试验。试验共设不施肥对照(CK)、单施尿素(U)、尿素+牛粪(UM)、尿素+牛粪+NB(UMNB)、尿素+牛粪+CP(UMCP)、尿素+牛粪+NB+CP(UMNB+CP)6个处理。除CK外,所有处理氮素用量一致,均为N 0.35 g/kg,除单施尿素处理,其余处理中牛粪氮的比例均为40%。在培养第7、32、81天取样,测定土壤有机碳组分含量,分析土壤蔗糖酶、纤维素酶、β-D-葡萄糖苷酶、多酚氧化酶4种酶活性。【结果】在25℃和35℃条件下,培养后第7、32、81天UMNB、UMCP和UMNB+CP处理的土壤有机碳量(SOC)与UM间无显著差异,但均显著高于单施尿素处理;与UM相比,UMNB、UMCP、UMNB+CP处理的土壤易氧化碳(EOOC)平均分别降低了7.6%、5.4%和15.4%;UMNB、UMCP、UMNB+CP处理的微生物生物量碳(MBC)平均值为190 mg/kg(25℃)和286 mg/kg(35℃),与UM相比分别降低了47%(25℃)和13.9%(35℃)。在25℃条件下,培养第7和81天时,UMNB、UMCP、UMNB+CP处理的EOOC值与UM差异不显著,而在第32天时,均显著低于UM,3个抑制剂处理间差异不显著;在35℃下3个抑制剂处理与UM处理差异未达显著水平,只在32天时UMNB+CP处理显著低于其他两个抑制剂处理(P<0.05)。微生物生物量碳下降的幅度在3个培养期和两个温度下,均表现为UMNB相似文献   

硝化抑制剂对稻田土壤N2O排放和硝化、反硝化菌数量的影响

【目的】本研究旨在明确硝化抑制剂对稻田土壤氮素周转的影响,探讨抑制剂提高氮肥利用率及微生物响应机理。【方法】以草甸黑土发育的水稻土为研究对象,进行了两组培养试验 (25℃),培养周期均为150天。共设4个处理:1) 不施肥 (CK);2) 单施尿素 (Urea);3) 尿素 + 双氰胺 (Urea + DCD);4) 尿素 + 3, 4-二甲基吡唑磷酸盐 (Urea + DMPP)。一组试验从培养第1天起,抽取气体样品,用气相色谱法测定N₂O排放量。另一组试验从培养第1天直到结束,取土样测定氨氧化细菌和氨氧化古菌数量,采用荧光定量PCR等技术测定nirK基因和nirS基因拷贝数,用常规方法测定土壤无机氮含量。【结果】施用尿素显著增加了N₂O排放量,其中85%的N₂O排放发生在培养开始后的前两周内。Urea + DMPP处理土壤NH₄+浓度在前23天稳定在较高水平,与Urea处理相比,N₂O减排率为78.3%,Urea + DCD处理为21.6%。Urea + DMPP处理排放系数为0.05%,Urea + DCD为0.18%,Urea + DMPP处理显著低于Urea + DCD处理。施用尿素培养,土壤氨氧化细菌 (AOB) 数量显著增加而氨氧化古菌 (AOA) 数量则显著减少。添加DCD和DMPP能显著抑制AOB的数量,但对AOA没有影响。培养第3、30和90天,Urea + DMPP处理土壤中的AOB数量显著低于Urea + DCD处理的30%、56%和60%。对于反硝化细菌来说,所有处理中的nirK基因拷贝数均显著高于nirS基因拷贝数。添加DMPP在培养第3和30天显著减少了含nirK和nirS基因的反硝化细菌数量,而添加DCD对两类反硝化细菌数量无明显作用。【结论】东北黑土水稻生产中,硝化抑制剂DMPP降低N₂O排放量和排放系数的效果显著好于DCD,因为DMPP在培养后的30天内,可以显著抑制氨氧化细菌繁衍,降低反硝化细菌数量,从而起到减少N₂O排放、提高肥料利用率的作用。     

添加不同外源氮对长期秸秆还田土壤中氮素转化的影响

【目的】秸秆还田能够改变土壤中各活性氮库的含量与比例,进而影响土壤氮素供应能力。本文研究了长期秸秆还田条件下添加不同外源氮对土壤中不同形态氮素的影响,旨在明确长期秸秆还田土壤活性氮库的含量差异。【方法】长期定位施肥试验点位于湖南省望城县(112°80′N、28°37′E,海拔高度100 m)。试验开始于1981年,供试土壤为第四纪红色黏土发育的水稻土,轮作制度为稻—稻—冬闲。2014年晚稻收获后,采集单施化肥和长期秸秆还田配施化肥两个处理的耕层土壤样品,开展室内培养试验。每个土壤样品设置灭菌和不灭菌两组主处理,在主处理下设:对照(CK)、添加尿素(N 150 kg/hm^2,U)、添加秸秆(N 150 kg/hm^2,S)和添加尿素和秸秆(N 300 kg/hm^2,U+S)四个副处理,4次重复。在25℃下恒温培养5、10、20、30、50、90、130天时,分析土壤铵态氮、硝态氮、微生物氮和可溶性有机氮含量。【结果】1) U、S和U+S处理均显著提高土壤铵态氮和硝态氮含量,高低顺序为U> U+S> S> CK。非灭菌条件下,U处理的土壤铵态氮含量较其他处理高出90.8%~288%。2)灭菌后土壤铵态氮长期维持在较高水平,其向硝态氮转化过程受阻。在培养90天内,土壤硝态氮、微生物氮和可溶性有机氮含量均处于较低水平。3)而不灭菌条件下,各处理土壤硝态氮均在培养50天后迅速增加,至培养结束土壤硝态氮达最大值(117.43~243.17 mg/kg)。4)土壤微生物氮和可溶性有机氮分别于培养20天(106.72~244.01 mg/kg)和30天(95.76~140.63 mg/kg)时达到最大值。5)至培养结束,灭菌条件下长期NPKS土壤中U+S处理可溶性有机氮显著高于其他处理,较U和S处理分别提高51.55%和29.96%。【结论】添加不同外源氮有利于提高长期秸秆还田土壤中活性有机氮的含量,尤其是添加秸秆和尿素处理,能够显著提高土壤氮素的供应能力。     

苏打盐碱化稻田土壤氮素矿化和硝化特征及其影响因子

  【目的】  为探明土壤盐碱化对氮素转化的影响,研究了不同盐碱化条件下氮素的矿化和硝化特征以及这些特征与土壤盐分、养分含量的关系,为盐碱化土壤养分的科学管理提供理论依据和数据支撑。  【方法】  随机采集了30个不同盐碱化程度的稻田土壤 (0—20 cm)样品,根据盐碱化程度将采集的土壤样品划分为轻度(含盐量0.1%～0.3%,碱化度5%～15%)、中度(含盐量0.3%～0.5%,碱化度15%～30%)和重度(含盐量0.5%～0.7%,碱化度30%～45%)盐碱土3类,每个类别中依据最小归类样品数选取盐碱化程度接近的3个土样作为3次重复,进行氮素矿化和硝化室内培养试验(25℃,24 h光照)。于培养的第0、3、6、9、15、21天取样测定土壤铵态氮、硝态氮含量及脲酶和碱性蛋白酶活性。通过相关性分析研究土壤各指标与氮素矿化、硝化过程间的相关关系,采用逐步回归分析筛选影响氮素矿化和硝化过程的主要因子。  【结果】  随着土壤盐碱化程度的加剧,氮素矿化和硝化作用显著下降(P<0.05)。与轻度盐碱土相比,中度和重度盐碱土的氮素最大净矿化速率分别低12.7%和29.8%,累积矿化氮量分别低15.7%和25.2%,最大净硝化速率分别低15.4%和23.1%,累积硝化氮量分别低15.4%和23.1%,最大脲酶活性分别低16.0%和34.8%,最大碱性蛋白酶活性分别低6.0%和15.6%。逐步回归分析表明,土壤电导率(EC)、pH、CO₃2–、Na+、全氮和有机质是影响土壤氮素矿化作用的主要因子,EC、pH、CO₃2–、Na+和有机质是影响土壤氮素硝化作用的主要因子。  【结论】  随着土壤盐碱化程度的增加,土壤氮素净矿化速率、净硝化速率、累积矿化氮量、累积硝化氮量、脲酶和碱性蛋白酶活性不断下降,土壤盐碱化显著抑制了氮素的矿化和硝化作用。     

高磷小麦秸秆提高砂姜黑土磷有效性并促进土壤磷素的转化

  【目的】  研究不同含磷量的小麦秸秆还田对土壤磷素有效性的影响及其机理,为秸秆还田促进砂姜黑土磷素高效利用提供理论支撑。  【方法】  采用室内模拟培养试验方法,供试土壤为砂姜黑土。高磷和低磷小麦秸秆取自长期定位试验的施磷和空白对照小区,小麦秸秆含磷量分别为2.17、0.51 mg/kg。培养试验设不添加秸秆对照(CK)、添加低磷小麦秸秆(LS)、添加高磷小麦秸秆(HS) 3个处理,保持70%田间持水量,25℃下恒温培养90 天。在培养0、3、7、15、30、60、90 天时,测定土壤Olsen-P、无机磷组分、有机磷组分、磷酸酶活性、解磷菌数量、土壤微生物量磷(MBP),计算土壤MBP的周转量和周转率。  【结果】  土壤Olsen-P含量随培养时间增加,在培养第15 天达到稳定。培养90 天时,HS处理Olsen-P含量比CK提高了59.4%,而LS处理土壤Olsen-P含量比CK降低了23.9% (P<0.05)。培养90天时,HS和LS处理土壤Ca₁₀-P和Fe-P含量均显著低于CK处理,而Ca₈-P含量显著高于CK处理,HS处理的Ca₂-P含量显著高于LS和CK处理,而LS和CK处理Ca₂-P含量无显著差异。与CK处理相比较,LS和HS处理土壤活性有机磷(LOP)和中等活性有机磷(MLOP)含量显著提高,而中等稳定性有机磷(MSOP)含量显著降低,3个处理间高稳定性有机磷(HSOP)含量无显著差异。HS处理的LOP含量比LS和CK处理分别提高了37%和158%。HS和LS处理均促进了MSOP向LOP和MLOP形态转化。秸秆还田增加了土壤中解有机和无机磷细菌数量以及土壤磷酸酶活性。添加秸秆后增加了土壤MBP的累积同化量、累积矿化量、周转量和周转强度,HS处理的提升效果高于LS处理。HS处理下MBP的周转期较LS处理短。  【结论】  高磷小麦秸秆施用更有利于土壤中Ca₁₀-P和Fe-P向Ca₂-P和Ca₈-P的有效转化,更有效提升了微生物量磷的矿化和周转,提高砂姜黑土潜在的供磷能力。因此,高磷小麦秸秆还田可增加砂姜黑土磷的有效性,而低磷小麦秸秆还田可能会降低砂姜黑土磷的有效性。