黑土环境中乙草胺的微生物降解特征研究

通过室内恒温(25℃)避光培养试验,研究了黑土环境中乙草胺的微生物降解特征。在适宜水分条件下,将土壤样品分别进行常规、灭菌、选择性抑菌剂加入等处理后培养并测定土壤乙草胺含量和土壤微生物量。结果显示:在灭菌土壤中乙草胺的残留量较未灭菌土壤显著增加,未灭菌土壤中乙草胺残留数量与微生物量变化密切相关,表明微生物活性是影响乙草胺降解的主要因素。适当的水分有益于土壤中微生物生长,从而促进了土壤中乙草胺的降解。加入青链霉素后乙草胺残留量远大于放线菌酮和常规培养,表明细菌比真菌具有更强的降解乙草胺的能力。随着乙草胺的施药量增加,初期微生物量显著降低,是导致乙草胺总降解率下降的主要原因。     

农田黑土中不同浓度乙草胺对玉米苗期生长的影响

通过黑土盆栽试验研究了施用化肥条件下不同浓度乙草胺对玉米苗期生长的影响。结果表明,虽然在整个取样期间,植株体内无乙草胺残留检出,但是乙草胺施用对玉米苗期的形态和生理指标均具有一定影响。植株中超氧化物歧化酶活性、地下部分过氧化物酶活性和株高、根长等形态指标在玉米生长前期发生明显变化,其变化趋势受到乙草胺施用量的显著影响。在施有等量化肥的条件下,低浓度和高浓度乙草胺的施用抑制了玉米的生长,但中等浓度乙草胺对苗期玉米的生长表现出一定的促进作用。随着种植时间的延长,乙草胺活性降低,植物体的各项抗性指标和生理指标趋于一致。     

底物添加对森林2个不同演替阶段土壤氨基糖动态的影响

以鼎湖山马尾松林和季风林2个演替阶段的土壤为研究对象,采用室内恒温(25 ℃)培养,研究了葡萄糖和不同数量无机氮施入对土壤氨基糖(氨基葡萄糖、氨基半乳糖和胞壁酸)动态的影响,并利用氨基葡萄糖和胞壁酸的比值探讨了真菌和细菌残留物在碳氮固持过程中的相对贡献。结果表明:在整个培养期间,季风林土壤氨基糖总量显著高于马尾松林,尤其在培养初期,增幅远高于马尾松林, 在培养后期,马尾松林土壤氨基糖含量下降幅度高于季风林。底物添加对不同微生物来源的氨基糖单体含量的影响也有所差异,以胞壁酸为代表的细菌细胞壁残留物比真菌更易受到外源物质的影响,但真菌细胞壁残留物对土壤有机质的截获和稳定作用大于细菌。真菌、细菌残留物的积累和转化过程可以通过氨基葡萄糖和胞壁酸的比值反映,细菌在培养前期更容易利用外源物质,但随着培养时间的进行,真菌占据了主导地位。不同碳氮比的外源底物对氨基糖总量和各氨基糖单体含量的动态影响不显著。与马尾松林相比,处在演替顶级的季风林土壤易于利用活性底物,显著促进了碳氮的微生物固持和微生物残留物在土壤中的保留,这说明土壤氨基糖作为微生物残留物可以探讨土壤碳氮的耦合机制,对调节土壤碳氮的养分平衡具有重要意义。      

免耕条件下不同量秸秆覆盖还田提高东北黑土区玉米光合性能和产量的效应

【目的】探究东北黑土长期免耕及不同秸秆覆盖还田量下玉米光合性能及产量的变化规律,为科学应用免耕秸秆覆盖还田技术提供理论支撑。【方法】东北黑土区保护性耕作定位试验始于2007年,设置5个处理,分别为传统垄作秸秆不还田(对照,CT)及免耕配合当季收获玉米秸秆量的0%、33%、67%和100%(NT-0、NT-33%、NT-67%、NT-100%)还田。于2021年玉米苗期、拔节期和抽雄期,测定玉米叶片净光合速率(Pn)、气孔导度(Gs)和蒸腾速率(Tr)等光合参数,以及叶绿素含量和叶面积;于成熟期,测定籽粒产量及其构成因素。【结果】与CT处理相比,4个免耕秸秆覆盖处理不同程度地提高了苗期的Pn,以及拔节期和抽雄期玉米叶片的Pn、Gs和Tr;NT-67%和NT-33%、NT-100%处理还显著降低了拔节期和抽雄期的胞间二氧化碳浓度,显著提升了抽雄期叶片的叶绿素含量(P<0.05)。NT-100%处理在拔节期和抽雄期的光合效率最高,光合性能显著优于其他处理,NT-67%处理有个别指标略低于NT-100%,但仍与CT、NT-0和NT-33%处理差异显著。免耕结合秸秆覆盖还田提高了玉米穗的行...     

葡萄糖和不同数量氮素供给对黑土氨基糖动态的影响

通过室内培养实验探讨了葡萄糖及不同数量的NH4+施入对土壤中三种氨基糖(氨基葡萄糖、氨基半乳糖和胞壁酸)动态的影响,同时利用氨基葡萄糖和胞壁酸的比值探讨了微生物在养分固持过程中的相对贡献。结果表明,土壤氨基糖数量受到外加碳源和养分的显著影响,且其变化各有特征。胞壁酸受养分影响最为显著,可在一定程度上调节并平衡碳氮元素的供给与需求;氨基葡萄糖稳定性高于胞壁酸,但在碳源极度缺乏时也可分解;养分状况对氨基半乳糖的影响并不显著。碳源是促进土壤微生物氮素固持的关键因子,在活性碳源存在下,相对丰富的氮素供给有利于细菌的快速生长,而碳源相对充足时则有利于真菌的快速增殖。     

土壤中木质素的研究进展

木质素是地球上最丰富的芳香族化合物,是土壤中非常稳定的有机组分,也是影响土壤有机碳循环的重要物质,因此,研究木质素在农田土壤中的积累对于土壤碳素的循环过程以及土壤有机碳的截获具有十分重要的意义。本文对土壤中木质素的分类和来源、测定及表征方法进行了综合介绍,并着重评述了木质素对于土壤有机碳循环的贡献、在土壤中的保持机制及影响木质素在土壤中降解和积累特性的因素,以期为我国开展土壤木质素的相关研究提供理论参考。     

黑土春玉米田氮素的淋溶风险与阻控机制研究

为阐明黑土春玉米田氮素的淋溶风险与阻控机制,运用田间原位15N示踪技术,设常规垄作、免耕无秸秆覆盖和免耕100%秸秆覆盖(秸秆量为7500 kg·hm~(-2))3个处理,量化了长期免耕秸秆覆盖措施下氮素在不同形态氮库中的转化特征、淋溶运移规律和去向。结果表明:农民常规施肥量条件下,常规垄作、免耕无秸秆覆盖和免耕全量秸秆覆盖均已导致东北黑土春玉米田0～300cm土壤剖面中分别累积461.6kg(N)·hm~(-2)、450.7kg(N)·hm~(-2)和439.7kg(N)·hm~(-2)的矿质氮,且主要是硝态氮(占比分别为84.2%、79.5%和81.7%),存在着氮素的淋溶损失风险。当季施入肥料氮对玉米苗期和抽雄期0～40cm土层总硝态氮库累积的贡献率平均为60.9%和58.0%,其淋溶损失风险较高。与常规垄作处理相比,免耕全量秸秆覆盖降低了0～40 cm土层肥料氮向矿质氮库的转化,降低比例达20.8%;增加了其向黏土矿物固定态铵和有机氮库的转化,提高比例分别为39.4%和30.5%。0～20cm土层,黏土矿物对肥料来源铵的固定能力和微生物对肥料来源矿质氮的固持能力基本相当;20～40cm土层,固持能力前者高于后者,说明外源碳输入的数量及其与土壤微生物的接触程度共同决定着对矿质氮的固持潜能。通过免耕和秸秆覆盖调控机制,可阻控黑土春玉米田矿质氮在土壤剖面的大量积累,使氮肥利用效率和玉米产量均提高9.7%,氮肥的气态损失降低27.7%,延缓肥料氮向深层土壤剖面淋溶运移的速率。     

长期添加外源有机物料对华北平原不同粒级土壤氮素和氨基糖的影响

华北平原是我国主要的粮食生产基地之一,农民为了追求高产,过量施用化肥的弊端日益凸显。本研究依托中国科学院栾城农业生态系统试验站有机养分循环再利用长期定位试验,开展不同外源有机物料对土壤氮素和氨基糖在不同粒级土壤库中分布的影响研究,为阐释不同农业管理措施下土壤氮素的物理保护机制和生物保护机制提供依据。定位试验设6个处理：无肥无秸秆处理（对照,CK）、单施猪圈肥（M）、单施化肥（NPK）、单施秸秆（SCK）、化肥配施猪圈肥（MNPK）和化肥配施秸秆（SNPK）。通过超声波分散-离心分离得到3种粒径土壤——砂粒级（2 000~53 μm）、粉粒级（53~2 μm）和黏粒级（<2 μm）,分析全土及各粒级土壤中全氮和3种土壤氨基糖（氨基葡萄糖、胞壁酸和氨基半乳糖）的含量及变化;基于这3种土壤氨基糖的稳定性和异源性,以氨基糖作为微生物残留物标识物,了解真菌和细菌残留物的积累和转化,阐释真菌和细菌在养分转化中的作用。结果表明：添加有机物料（秸秆、猪圈肥）明显提升了土壤全氮和氨基糖含量,粒级间土壤氮素和氨基糖含量顺序均为黏粒级>砂粒级>粉粒级。添加有机物料对砂粒级土壤氮素影响最大,长期化肥配施猪圈肥中氮素主要在砂粒级中富集,长期化肥配施秸秆的氮素主要在黏粒级中富集。添加秸秆主要提高了真菌来源的氨基葡萄糖的含量,而添加猪圈肥主要提高了土壤中细菌来源的胞壁酸含量,表明添加不同有机物料可影响土壤微生物的群落结构。从各粒级中氨基葡萄糖/胞壁酸的比值来看,添加不同类型外源有机物料对砂粒级土壤微生物群落结构影响最为明显。由此可见,在长期秸秆还田措施下实施有机粪肥部分替代化肥不仅可以减少化肥用量,还可提升土壤养分含量和微生物多样性,改善土壤质量。     

连年秸秆覆盖对玉米产量及土壤微生物残体碳积累的影响

为明确连年秸秆覆盖对玉米产量及土壤微生物残体碳的影响,从而揭示秸秆覆盖条件下土壤有机碳积累的微生物学机制,该研究基于田间8 a长期定位小区试验,比较了不覆盖秸秆（CK）和覆盖秸秆（SM）两处理中玉米产量,同时利用一阶动力学模型对土壤（0～10 cm和>10～20 cm）中有机碳、微生物残体碳及两者比例的年际变化进行了拟合。结果表明：1）秸秆覆盖在前5 a内没有显著提高玉米产量,第6年开始产量显著增加;在前2～3 a没有显著提高土壤有机碳和微生物残体碳含量;2）利用一阶动力学模型参数得到,SM处理显著提高了表层土壤有机碳、微生物残体碳以及两者比例的最大值,较CK处理分别高12%、39%、6%;3）SM处理显著延长了表层土壤有机碳、微生物残体碳以及两者比例达到最大值的时间,较CK处理分别多13、12和2.5 a,然而SM处理并没有显著影响下层土壤有机碳、微生物残体碳及两者比例的变化。因此,秸秆覆盖能够通过显著提高表层微生物残体碳及其对土壤有机碳的贡献,进而有利于对整个耕层土壤有机碳的固持。     

玉米秸秆添加对土壤碳氮周转相关酶活性动态的影响

玉米秸秆是旱地农田重要的可利用资源,归还的秸秆通过不断分解可维持或提高土壤有机碳的积累。了解玉米秸秆分解过程中土壤碳氮周转相关酶活性动态变化,阐明外源碳输入对土壤碳氮周转及有机质形成的影响具有重要意义。本研究采用室内恒温培养法(360天),研究添加量分别为0(CK)、5 mg g-1(T1)、10 mg g-1(T2)的玉米秸秆对土壤有机碳、总氮含量和微生物量的影响以及对土壤β-葡萄糖苷酶(βG)、纤维二糖酶(CB)、β-N-乙酰氨基葡萄糖苷酶(NAG)、亮氨酸氨基肽酶(LAP)、多酚氧化酶(PPO)和过氧化物酶(PER)活性的动态影响。研究结果表明,秸秆分解及其对土壤酶和物质转化的调控分为特征各异的三个阶段。土壤中易分解组分的分解主要发生在培养前90天(第一阶段),此阶段内各处理土壤有机碳、总氮含量均显著降低,6种土壤酶活性均较低。随着培养时间的增加,土壤βG和CB活性无显著变化,而木质素酶活性缓慢升高,表明木质素与活性较高的组分分解可能存在共代谢作用。各处理中LAP活性在30天时升高而后降低,表明当氮需求量增加时,可通过蛋白质的分解提供可利用氮。在第二阶段(90～240天),6种土...