春玉米根系形态及土壤理化性质对深松深度的响应研究

以郑单958和先玉335为供试品种,设深松30 cm(CH30)、40 cm(CH40)、50 cm(CH50)3个不同水平,以常规浅旋15 cm(SR)为对照。通过2014、2015两年试验,结果表明,深松可以打破犁底层,降低土壤容重,与对照相比,CH30、CH40、CH50处理的土壤含水量分别提高5.5%、6.0%和7.4%;0~80 cm土层的根长分别增加26.64%、35.96%和47.45%,根表面积分别增加26.82%、42.92%和62.49%,根干重分别增加4.02%、8.48%和13.23%,3个处理间表现为CH50CH40CH30。深松处理干物质较对照平均增加4.8%,各深松处理间差异不显著;产量平均增加4.3%,表现为CH50CH40CH30处理。     

毛乌素沙地南缘沙区水分入渗特征及其影响因素

水分入渗是土壤水分循环的重要环节。为探明毛乌素沙地生物结皮覆盖沙区水分入渗特征及其影响因素,采用双环法测定不同类型地表(裸沙、浅灰色藻类结皮、黑褐色藻类结皮和藓类结皮,依次用BS、LC、DC和MC表示)水分入渗速率及其土壤理化性质。结果表明:1与BS相比,LC、DC和MC样地初始入渗率分别减少了37.7%、59.2%和73.6%,稳定前平均入渗率分别减少了37.5%、62.2%和81.3%,稳定入渗率分别减少了13.6%、67.4%和78.9%,累计入渗量分别减少了25.8%、61.3%和78.6%。2不同类型地表达到稳定入渗所需的时间在3~8 min;相关性分析结果显示,水分入渗速率与砂粒和土壤容重呈正相关关系,与粉粒、黏粒、结皮厚度、结皮抗剪强度、结皮层容重和有机碳含量呈负相关关系。3主成分分析结果表明,黏粒、结皮抗剪强度和土壤容重是影响该地区水分入渗速率的主要因子。因此,生物结皮在沙丘表面的形成和发育过程中,通过改变土壤的理化性质,减缓了该地区水分入渗速率,增加了降水的径流流失风险。     

光伏电站建设对土壤和植被的影响

为了探究光伏电站建设对植被、土壤的影响,通过样地调查和试验分析对靖边县光伏电站内光伏板未遮阴(NS)、遮阴(S)及电站周边区域(SA)的土壤理化性质、植被种类、α物种多样性和地上生物量进行了分析比较。结果表明:相对于SA,光伏电站内(NS,S)土壤含水量、有机质、速效磷、速效钾、植物种类、物种Patrick丰富度指数、ShannonWiener多样性指数、Pielou均匀度指数、Simpson优势度指数、地上生物量鲜重和干重均增加,土壤pH和电导率降低,S区域容重增加,NS降低;电站内相对于S区域,NS的土壤含水量、pH、电导率、养分、α物种多样性和地上生物量均增加,容重降低。综合来看,在干旱半干旱区域,光伏电站建设对土壤、植被生态系统的促进作用优于所带来的负面影响。     

大气CO2和O3升高对菜地土壤酶活性和微生物量的影响

利用OTC平台和青菜盆栽实验,探索[CO2]、[O3]或[CO2+O3]升高条件下,土壤理化性质、微生物量和土壤酶活性的变化,以期获得未来大气CO2或/和O3升高对土壤微生态系统的风险性。结果表明,[CO2]升高不同程度地提高了土壤的可溶性有机碳（DOC）、可溶性有机氮（DON）、总磷（TP）、总碳（TC）、铵态氮（AN）、硝态氮（NN）含量和含水量（SWC）,进而不同程度地提高了土壤微生物量碳（MBC）、微生物量氮（MBN）含量以及土壤蛋白酶（PRA）、蔗糖酶（SA）、脲酶（UA）、多酚氧化酶（POA）、酸性磷酸酶（APA）和中性磷酸酶（NPA）活性。相反,[O3]升高不同程度降低了土壤DOC、TP、TK、TC、TN、AN、NN、SWC、MBC和MBN含量,提高了MBC/MBN比值,在不同程度上降低了土壤PRA、SA、UA、POA、APA和NPA酶活性。而[CO2+O3]在一定程度上消减了[O3]对土壤微生物量和酶活性的抑制作用,也降低了[CO2]升高对土壤微生物量和酶活性的刺激效应。因此,土壤微生物量和土壤酶活性的变化可用于评价未来大气CO2或/和O3升高对菜地土壤微生态环境的影响。     

产低温淀粉酶菌株的筛选、鉴定及酶学性质初步研究

对低温淀粉酶资源的开发是功能酶研究的新热点,本研究从东帕米尔高原江布拉克冰川冻土中分离获得多株高产低温淀粉酶菌株,最高产酶菌株D5-2经16S rDNA鉴定为假单胞菌属(Pseudomonas sp.)细菌.对D5-2所产淀粉酶性质进行初步分析,结果表明,其最适作用温度和pH值分别为25 ℃和6.5,酶的热稳定性较差,40 ℃处理1h后酶活急剧下降,至70℃酶活力仅存23％;在pH 5.5～8.0条件下,酶活力相对稳定;Mn2+和Mg2+对淀粉酶有激活作用,而乙二胺四乙酸(ethylene diamine tetraacetic acid,EDTA)、Fe2+和Na+则抑制酶活.结果提示,菌株D5-2分泌的淀粉酶符合低温酶特性,应用空间较大,值得深入探究开发.     

普鲁兰酶氮端氨基酸的截短对其酶学性质的影响

淀粉是丰富的生物质资源,已被广泛地应用到食品、酿酒、医药等各个相关的领域.普鲁兰酶(pullulanase,pulA,EC 3.2.1.41)作为淀粉脱支酶,可以水解淀粉中的α-1,6糖苷键,最大限度地降解淀粉原料,提高淀粉利用率.因此,寻找一条国产化的道路开发我国自己的普鲁兰酶,具有长远的意义.课题组前期从淀粉厂附近的土壤中筛到一株普鲁兰酶的高产菌株变栖克雷伯氏菌(Klebiella variicola)strain 7,克隆获得pulA基因(GenBank登录号:KJ146839.1)后在大肠杆菌(Escherichia coli) BL21 (DE3)中异源表达.为提高该蛋白的表达量和分泌效率,同时改善普鲁兰酶的性质,本研究利用基因工程的手段构建了普鲁兰酶去信号肽突变体M1和氮端31个氨基酸的截短突变体M2,结果显示M1和M2最适温度均为45 ℃,二者的最适pH分别是6.0和5.6;M2的半衰期是37 min,是M1的6.17倍;M2的比酶活是582.204U/mg,是M1的1.6倍.动力学分析显示,以普鲁兰糖为底物时,M2的Vmax、Kcat、Km和Kcat/Km分别为0.001 3μmoL/(mL·s)-1、191.80-1 s.-1、0.30 mg/mL、693.30,与M1相比,M2的底物亲和能力增加,同时催化效率是M1的2倍.本研究通过普鲁兰酶氮端氨基酸的截短,为提高酶的比酶活和半衰期提供了新的方法和思路.     

湘西南不同石漠化程度土壤理化性质及相关性分析

以湖南省邵阳县郦家坪镇轻度、中度和重度石漠化程度的土壤为研究对象,分别在3种不同石漠化程度的样地采集土壤(0—15cm,15—30cm,30—45cm 3个土层)样品,并对土壤物理性质、养分含量特征及其之间的相关性进行了分析。结果表明:随着石漠化程度的加深,土壤呈现明显的沙化现象;土壤容重逐渐增大,孔隙度、毛管持水量减小。土壤偏弱酸性;有机质、全N与全P含量变化均表现为中度(弃耕地)轻度重度,Ca、Mg含量随着石漠化程度加深逐渐增加。土壤有机质、全N含量、土壤机械组成、土壤容重、孔隙度等理化因子之间相关性显著(p0.05),其中有机质含量、全N含量与土壤容重之间的相关性极显著(p0.01),Ca含量与pH之间相关性极显著(p0.01)等。随着石漠化程度加深,土壤理化性质逐渐恶化,但整体差异并不显著,表明该地区近年来退化并不强烈。通过施肥和合理的植被恢复模式能够有效的改善石漠化土壤养分含量,间接改善土壤的理化性质,从而提高生产力。     

贵州石漠化地区地下漏失水土理化性质特征

以贵州石漠化地区的3个洞穴为研究对象,通过对其地表土与地下漏失水土进行监测与采样分析,研究了不同地质环境条件中地表土壤与洞穴漏失水土的理化性质特征。结果表明,地表石漠化程度越高,岩溶裂隙管道的联通性越强,地下漏失水的滴率变幅越大,漏失土中的粘粒含量越低;在相同岩性条件下,石漠化程度越高,地表土壤pH值与元素含量越高;石将军洞漏失水Ca~(2+)、Mg~(2+)、Sr~(2+)浓度平均值分别为31.48,17.65,0.026mg/L,韩家冲洞分别为58.39,2.49,0.074mg/L,荣发洞分别为38.29,25.33,0.037mg/L;受岩性差异影响,韩家冲洞漏失水中的Mg~(2+)浓度相对较低,Ca~(2+)、Sr~(2+)浓度相对较高;受气候条件差异影响,荣发洞洞漏失水中的Ca~(2+)、Mg~(2+)、Sr~(2+)浓度均高于石将军洞;洞穴漏失水对漏失土长期的化学侵蚀作用导致漏失土pH值与元素含量高于地表土。     

不同复垦方式下土壤无机磷的空间分布特征

以济宁地区引黄充填复垦、引湖充填复垦和预复垦3种复垦方式样地土壤为研究对象,通过分层采样和室内分析,研究不同复垦方式下土壤无机磷(Ca2-P、Ca8-P、Al-P、Fe-P、O-P、Ca10-P)的空间分布情况,并找出影响复垦土壤速效磷偏低的原因。结果表明:(1)3种复垦方式下的复垦土壤全磷含量在0.42~0.77g/kg之间,土壤速效磷含量在0.65~5.22mg/kg之间,复垦土壤全磷含量丰富而速效磷含量偏低;(2)复垦土壤中各无机磷形态以难被植物利用的Ca10-P和O-P含量最高,易被植物利用的Ca8-P和Ca2-P含量最少,不同复垦方式下的土壤各无机磷形态含量略有差别,与一般土壤相比,复垦土壤中第二磷源Ca8-P含量占到3%,比重相对降低,难利用磷源O-P含量占到32%,比重大幅升高;(3)复垦土壤无机磷总量和各形态无机磷含量在表层积累,随土层加深,其含量和有效性呈逐渐降低的趋势,其中引黄充填复垦和引湖充填复垦无机磷含量和有效性优于预复垦;(4)复垦土壤中速效磷含量与土壤压实度呈显著性负相关,相关系数r=-0.554*(p0.05),与难溶性Ca10-P呈极显著性正相关,相关系数r=0.650**(p0.01)。复垦土壤压实度偏高和有效磷源含量缺乏造成复垦土壤全磷含量丰富而速效磷偏低,比较而言,预复垦方式受到更多的机械碾压而磷素状况更差。     

生物炭主要类型、理化性质及其研究展望

【目的】 生物炭作为工农业生产副产品低碳利用的有效手段,其改善土壤及提高作物品质的有益功效已被逐步认识,但对其研究报道分散且差异较大。对已有研究进行梳理总结,可为生物炭生产施用以及形成有效的产业链提供科学依据。 主要进展 1）生物炭全碳含量在 30%～90% 之间,平均 64%。生物炭碳含量由大到小来源依次是木质、秸秆、壳类、粪污和污泥。秸秆类生物炭碳含量大多为 40%～80%,木质类生物炭在 60%～85%。生物炭灰分含量在 0～40% 之间变动,平均 15.52%。灰分含量由大到小依次是污泥、粪污、秸秆、壳类和木质。秸秆生物炭灰分含量主要在 20%～35% 之间,较少为 15%;木质炭灰分主要在 0～10% 范围内。生物炭碳含量和灰分含量相关系数为–0.77。裂解温度与生物炭碳灰组分呈正相关,相关系数分别为 0.17 和 0.28。施入生物炭可以改善土壤状况,生物炭灰分通常对养分贫瘠土壤及沙质土壤的一些养分补充作用较明显。2）生物炭比表面积绝大多数在 0～520 m2/g 之间,平均 124.83 m2/g,壳类、秸秆、木质、粪污和污泥生物炭比表面积逐渐降低。秸秆炭比表面积集中在 0～200 m2/g 以内,木质炭比表面积集中在 0～100 m2/g 以内。制备温度与比表面积的相关系数为 0.48。生物炭的孔隙结构能降低土壤容重、降低土壤密度,能较好地去除溶液和钝化土壤中的重金属。3）生物炭 pH 值范围在 5～12,平均为 9.15。秸秆、污泥、粪污、木质、壳类生物炭 pH 值中值逐渐降低。秸秆生物炭 pH 值多集中在 8～11 范围内,木质生物炭 pH 相对一致。生物炭的 CEC 从 0 到 500 cmol /kg 都有分布,平均为 71.91 cmol/kg。秸秆类生物炭 CEC 值大多集中在 0～100 cmol/kg 范围内,木质生物炭则在 5～10 与 15～25 cmol/kg 范围内均有一定数量的分布。裂解温度与 pH 值和 CEC 的相关系数为 0.58 和 0.30。生物炭施入土壤后可消耗土壤质子,提高酸性土壤 pH 值,提高酸性土壤一些养分的有效性;其巨大的表面积还可提高对阳离子的吸附,提高土壤保肥能力。4）生物炭的裂解温度大都集中在 200～800℃ 之间,偶有达到 1000℃ 的裂解温度。 建议和展望 目前,全世界范围内对生物炭的生产和使用还处于就近和来源方便的初级阶段,影响着生物炭功能和效益的最大化。应从以下几个方面加强研究和应用试验:首先,系统研究生物炭制造参数对理化性状的影响,研究不同原料生物炭的作用机理差异及其针对性,建立生物炭理化性质参数数据库;其次,加强应用研究,根据土壤理化性状和改良目标选择适宜的生物炭类型,根据对作物经济性状的要求,研究选择适宜的生物炭类型,实现生物炭功效的最大利用。加强不同原料的选配和组合研究,改良生物炭产品的目标性状,形成系列化产品。