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。     

植物秸秆腐解特性与微生物群落变化的响应

采用网袋法探讨不同新鲜秸秆在农田土壤的腐解特征,结合Biolog微平板技术,对不同秸秆处理中土壤微生物群落多样性进行了研究。结果表明,随着腐解时间的增加,新鲜秸秆的残留率波动不大,秸秆的腐解速度为玉米秸秆大于大豆秸秆。整个腐解时期,不同秸秆处理中土壤微生物群落的平均颜色变化率AWCD值由高到低依次为FCN(新鲜玉米秸秆+氮)、FC(新鲜玉米秸秆)、FB(新鲜大豆秸秆),说明玉米不同秸秆处理中土壤微生物群落的密度大、稳定性好,大豆秸秆处理中土壤微生物群落相对密度小,稳定性差,3种不同秸秆处理中土壤微生物的AWCD值之间没有显著差异(P0.05),但不同秸秆类型与腐解时间的交互作用之间的差异达到极显著水平(P0.01)。3种不同秸秆处理中土壤微生物的优势种群主要以糖类和多聚物为主,在腐解中后期难分解物质逐渐累积,均表现为对芳香化合物的利用最弱。3种秸秆的腐解残留率与土壤pH、有机质、碱解氮、速效钾、土壤温度、氨基酸、多胺类的碳源利用方面影响较大,土壤含水量和秸秆含水量的高低在一定程度上影响不同秸秆的腐解残留率。     

促腐菌剂对还田小麦秸秆腐解及土壤生物学性状的影响

在小麦秸秆还田的基础上,于夏玉米季通过田间小区试验,研究了留茬和粉碎覆盖2种秸秆还田处理方式以及添加不同促腐菌剂对小麦秸秆腐解率、土壤微生物量碳、氮和土壤纤维素酶活性动态变化特征的影响。结果表明,秸秆粉碎覆盖的还田方式比留茬还田方式小麦秸秆腐解率增加了11.0%,腐解效果较好,腐解率表现为M2M1CK。在2种秸秆还田方式下,施用不同的促腐菌剂在一定程度上提高了土壤微生物量碳、氮的含量水平,且表层土壤微生物量碳、氮明显高于下层。在小麦秸秆粉碎覆盖的还田方式下,施用促腐菌剂可以促进夏玉米生长中后期还田秸秆的腐解,小麦秸秆腐解率平均水平为62.3%~75.0%,土壤纤维素酶活性和土壤微生物量碳在添加促腐菌剂M2分别比CK增加了31.1%和80.6%,土壤微生物量氮在添加促腐菌剂M1比CK增加了37.9%,且土壤纤维素酶活性和土壤微生物量碳含量表现为M2M1CK,土壤微生物量氮含量表现为M1M2CK。     

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。     

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。     

不同促腐条件下玉米秸秆直接还田的生物学效应研究

通过2年田间定位试验,研究了冀东地区小麦玉米轮作制度下,不同促腐条件下玉米秸秆配施化肥直接还田的生物学效应。结果表明,秸秆配施化肥并调节其C/N条件下,施用促腐剂较未施用处理增产达显著水平,作物各生育期土壤微生物量、酶活性均表现出高于未施用处理的趋势。以土壤微生物量、酶活性及氮、磷动态变化综合评判,秋季玉米秸秆直接还田在施用氮磷钾化学肥料作基肥的基础上,调节秸秆C/N.15∶1～35∶1范围内,不同C/N未影响秸秆的转化进程;在调节秸秆C/N的前提下,施用促腐剂则促进了秸秆的快速腐解,使秸秆转化过程中氮素的净释放和磷素再次进入净释放的时间提前,利于作物生长发育和产量形成。     

不同植物秸秆腐解特性与土壤微生物功能多样性研究

采用网袋法探讨不同秸秆在3个长期试验地的腐解特征,结合Biolog微平板技术,对不同长期试验地土壤微生物群落多样性进行了研究。结果表明,随着腐解时间的增加,秸秆腐解的变化趋势为烘干秸秆新鲜秸秆。葡萄园土壤微生物活性高,稳定性好,其次为桃园和农田。农田土壤微生物活性低、稳定性差,不同处理的秸秆在腐解过程中残留率变化较大,而果园土壤微生物活性相对较高、稳定性好,不同处理的秸秆在腐解过程中残留率变化较小。土壤碱解氮、速效磷和土壤温度与土壤微生物群落的三大指数呈极显著相关,且不同秸秆处理的腐解残留率与土壤微生物群落的优势度呈显著负相关,微生物群落在一定程度上影响了秸秆分解的速率。     

小麦秸秆腐解对自身锌释放及土壤供锌能力的影响

为探讨秸秆在土壤中腐解对其本身所含锌的释放及其对土壤原有锌、外源施入锌形态转化以及对微生物量锌（Mic-Zn）含量的影响,进行了为期42 d的小麦秸秆腐解室内培养试验。结果表明,秸秆在土壤中腐解时CO2-C累积释放量和土壤微生物量碳（Mic-C）随着秸秆添加量的增加而显著增加,而秸秆自身锌含量高低以及外源施锌对其均无明显影响。土壤中无论是否添加秸秆,施入外源锌均明显增加了土壤Mic-Zn和土壤有效锌（DTPA-Zn）含量,土壤交换态锌（Ex-Zn）和松结有机态锌（Wbo-Zn）含量也明显增加;与低锌秸秆相比,高锌秸秆在土壤中腐解可明显增加土壤Mic-Zn和DTPA-Zn含量,提高土壤Ex-Zn和Wbo-Zn比例;秸秆腐解本身释放的锌主要转化为有效性较高的Ex-Zn。因此,增加秸秆还田量以及使用高锌秸秆还田能显著增加土壤Wbo-Zn比例,提高土壤有效锌含量,从而增强土壤供锌能力。     

田间条件下小麦和玉米秸秆腐解过程中微生物群落的变化——BIOLOG分析

对秸秆分解微生物演变机理的研究是调控秸秆还田、提高农田地力的理论基础。本试验基于土壤置换试验平台,利用BIOLOG方法研究在寒温带、中温带和中亚热带气候下,埋于黑土、潮土和红壤中的小麦和玉米秸秆在腐解过程中微生物对碳源利用的变化规律。试验中利用网袋法区分直接分解秸秆微生物。试验结果发现秸秆腐解微生物的碳源代谢活性(Average Well Color Development AWCD值表示)在腐解0.5 a和1 a后表现出一定的随气候变化规律,即随温度和降雨量的增加而降低。其中0.5 a为海伦(0.765±0.060)>封丘(0.737±0.165)>鹰潭(0.326±0.076),1 a为海伦(0.630±0.092)>封丘(0.319±0.096)>鹰潭(0.291±0.029),但这种趋势在腐解2 a后减弱。气候条件是影响秸秆腐解微生物碳源代谢活性的主要因素,其次是腐解时间和土壤类型。主成分分析表明在腐解0.5 a后海伦、封丘地区的微生物群落代谢特征与鹰潭差异较大,而1 a后封丘和鹰潭的微生物群落代谢特征与海伦的差异较大,腐解2 a后不同气候条件下的秸秆腐解微生物对碳源的利用趋于一致,均对含氮化合物利用较多。     

陇中地区多年种植苜蓿后不同后茬作物的土壤有机氮特征

依托2012年设置在陇中黄土高原雨养农业区苜蓿后茬作物的长期定位试验,探讨6种不同后茬作物[苜蓿连作(LC)、苜蓿-休闲(LF)、苜蓿-休闲-小麦(L_FW)、苜蓿-休闲-玉米(LFC)、苜蓿-马铃薯(LP)和苜蓿-谷子(LMi)]对土壤有机氮组分的影响。结果表明,不同后茬作物土壤全氮含量随着土层加深逐渐降低,0～10 cm土层LC土壤全氮含量最高,与LC相比,LMi、LP、L_FW、L_FC、LF全氮含量分别降低21.62%、14.27%、18.98%、13.41%、6.15%。土壤微生物量氮与土壤全氮含量变化趋势一致。不同后茬作物酸解态氮在土壤全氮中占主体,酸解有机氮中酸解未知态氮含量最高,氨基酸态氮次之,氨基糖态氮含量最低。各处理0～10cm土层酸解氮组分差异显著,与苜蓿连作相比,其余处理酸解总氮含量有所降低,降幅为11.90%～35.98%,氨基酸态氮含量降幅为10.29%～37.83%,酸解铵态氮含量降幅为24.11%～39.73%,LF和LP处理酸解未知态氮含量分别提高10.76%、3.39%,LMi、L_FC、L_FW处理酸解未知态氮含量分别降低9.34%、43.62%、65.18%。氨基酸态氮与土壤全氮、微生物量氮呈显著正相关关系。因此,在黄土高原雨养农业区推行苜蓿连作种植模式可以保持土壤有机氮的有效态组分,有利于本地区农业的可持续发展。