生物质炭及过氧化钙对旱地红壤酶活性和微生物群落结构的影响

明确生物质炭等改良剂对土壤酶活性及土壤微生物群落结构的影响,对南方红壤旱地改良剂的合理施用及评价不同改良剂对旱地红壤肥力的影响具有重要意义。针对江西旱地红壤进行室内培养试验,试验设置4个处理,即CK、Ca(过氧化钙,1.72 g/kg)、C(生物质炭,21.46 g/kg)、C+Ca(过氧化钙,1.72 g/kg;生物质炭,21.46 g/kg),利用磷脂脂肪酸方法(PLFA),研究改良剂对土壤微生物量和组成以及土壤酶活性、土壤活性有机碳的影响。结果表明:旱地红壤中添加生物质炭和过氧化钙土壤提高可溶性有机碳(DOC)和微生物量碳(MBC)含量;增加蔗糖酶(INV)、淀粉酶(AMY)及脲酶(URE)活性,特别是配施(C+Ca)显著提高土壤活性碳含量及酶活性。PLFA分析表明,土壤微生物总PLFAs量的大小顺序为:C+CaCCaCK;各处理土壤细菌的相对丰度最大,大约占微生物总含量的80%,放线菌次之,大约占微生物总含量的13%～15%,而真菌和丛枝菌根真菌的相对丰度较低。生物质炭和过氧化钙增加了革兰氏阴性菌(GN)/革兰氏阳性菌(GP)值,尤以C+Ca处理增加幅度最大。主成分分析(PCA)表明,添加生物质炭和过氧化钙能够改善土壤微生物群落结构;计算主成分的综合得分,配施(C+Ca)处理的综合得分最高,对土壤微生物群落结构的影响最大。冗余分析(RDA)表明,土壤MBC、DOC和土壤INV酶活性是影响土壤微生物数量和结构的主要因子。因此,施用生物质炭和过氧化钙能够明显提高旱地红壤微生物生物量,改变红壤微生物群落结构以及激发红壤酶活性,且配施效果最显著。     

刺苦草对铜胁迫的耐受性及其恢复能力研究

采用沉水植物对低浓度铜(Cu)污染的水体进行生态修复被认为是一种经济、安全、有效的方法。以鄱阳湖分布较为广泛的刺苦草(Vallisneria spinulosa)为研究对象,设置4个Cu~(2+)添加梯度,对照组(CK)为(0.007±0.012)mg/L,试验组(T1)为(0.400±0.026)mg/L,试验组(T2)为(0.830±0.010)mg/L,试验组(T3)为(1.697±0.055)mg/L;处理1周后彻底换水,使其进行为期2周的恢复生长,探究铜胁迫及解除后刺苦草地上部分、地下部分生长状况的变化及其对Cu~(2+)的富集效果。结果显示,不同浓度Cu~(2+)处理对刺苦草生长产生了严重的胁迫作用,试验组地上部分长度、鲜重和叶绿素含量均显著低于对照组;刺苦草对水体Cu~(2+)的去除率在前4d平均为63%,各处理组水体Cu~(2+)含量均显著下降;刺苦草地上部分Cu~(2+)含量随水中Cu~(2+)含量的增加而显著上升,T3组刺苦草地上部分Cu~(2+)含量达到(3.68±0.32)mg/g,约为T1处理组的6.4倍,地下部分Cu~(2+)含量则没有显著差异;刺苦草Cu~(2+)化学计量内稳性较差,其指数(1/H)约为1.09。在解除Cu~(2+)胁迫后的恢复阶段,T1、T2和T3地上部分Cu~(2+)含量相对于胁迫阶段分别下降了43.04%、92.12%和86.00%,地下部分分别下降了57.91%、42.70%和33.81%,而刺苦草鲜重、叶绿素含量及地下部分Cu~(2+)含量则没有显著差异。研究表明,刺苦草是一个较理想的Cu~(2+)超富集植物,铜胁迫解除后具有一定的恢复能力。     

改良剂对旱地红壤团聚体及有机碳分布的影响

基于野外旱地红壤定位试验,研究改良剂(生物质炭与过氧化钙)对旱地红壤水稳性团聚体及有机碳分布的影响。结果表明,施用生物质炭与过氧化钙后,土壤水稳性大团聚体的含量及团聚体平均重量直径均得到了不同程度的提高;而C1Ca1、C1Ca2、C2Ca1、C2Ca2处理分别提高0.25mm团聚体含量64.46%,75.70%,26.31%和16.06%,其中以C1Ca2(生物质炭758kg/hm2与过氧化钙121kg/hm2)处理效果最好。除单施过氧化钙外,其他处理土壤有机碳含量及储量均有不同程度的增加,生物质炭与过氧化钙配施效果优于单施;在各级土壤团聚体中,不同处理团聚体有机碳含量大小顺序大致为C2Ca2C2Ca1C1Ca2C1Ca1C2C1CKCa1Ca2。因此,改良剂能有效改善旱地红壤团聚体稳定性及提高有机碳含量,且配施效果优于单施。     

花生壳及其生物炭施用对旱地红壤微生物活性及红薯产量的影响

  目的  明确旱地红壤微生物活性及作物产量对花生壳及其生物炭的响应规律。  方法  本研究在江西旱地红壤区进行田间定位试验,根据“等碳量还田”原则设置7个处理。包括常规管理（CK）,施用花生壳3000 kg hm?2（S1）、4500 kg hm?2（S2）、6000 kg hm?2（S3）,施用花生壳生物炭1000 kg hm?2（BC1）、1500 kg hm?2（BC2）、2000 kg hm?2（BC3）,各处理均种植红薯。通对红薯生育期内土壤基础呼吸强度、土壤微生物量碳、土壤酶活性的测定探讨花生壳及其生物炭对旱地红壤微生物活性及红薯产量的影响。  结果  施用花生壳及其生物炭均能提高土壤基础呼吸强度、土壤微生物量碳含量,花生壳及其生物炭的施用提高了土壤FDA水解酶和土壤脱氢酶活性,且均以苗期S2比CK增加最显著,增幅分别达54.78%和47.79%。花生壳及其生物炭的施用对土壤过氧化氢酶活性有促进作用,在块根形成初期S3增加最显著,达31.33%,土壤蔗糖酶活性以苗期S3增加最显著,达69.42%;施用花生壳及其等碳量生物炭均能提高红薯产量,红薯产量与土壤微生物量碳呈极显著正相关,与土壤基础呼吸强度呈显著正相关。  结论  适量的花生壳及其生物炭还田可以改善土壤肥力状况,增加红薯的产量。     

生物质炭配施有机肥对旱地红壤酶活性及其微生物群落组成的影响

研究生物质炭配施有机肥对旱地的土壤养分的影响,可为旱地农作物的土壤改良提供理论依据。针对中亚热带第四纪红黏土发育的旱地红壤,本研究通过室内培养试验,向土壤中施用生物质炭配施有机肥,探索土壤微生物生物量碳和氮(MBC、MBN)、酶活性（脲酶、蔗糖酶、过氧化氢酶）和微生物群落组成的变化。试验共设置5种处理,分别为对照(CK,0 g/kg)、水稻生物质炭配施有机肥(RM,50 g/kg)、玉米生物质炭配施有机肥(CM,50 g/kg)、小麦生物质炭配施有机肥(WM,50 g/kg)和单施有机肥(M,40 g/kg)。为尽量消除误差,试验数据采用归一化处理,即实测值减CK值后除以各处理所添加的C、N量。结果表明：生物质炭配施有机肥(RM、CM、WM)处理均显著降低了旱地红壤MBC、MBN含量、脲酶活性和总PLFAs量,以WM处理的降幅最大,降幅分别是单施有机肥（M处理）的33.89%、69.03%、47.62%和23.30%;RM处理显著提高了蔗糖酶和过氧化氢酶活性,升幅分别是M处理的91.49%和28.94%。相比单施有机肥,生物质炭配施有机肥降低了土壤总PLFAs含量（平均为-16.89%）、真菌PLFA (-38.17%)、土壤真菌PLFA/细菌PLFA比值(F/B)(-40.63%)和土壤革兰氏阴性菌PLFA/革兰氏阳性菌PLFA比值(G^-/G⁺)(-4.3%),而提高了土壤细菌PLFA (+5.18%)、Shannon-Wiener多样性指数(+0.38%)和土壤细菌压力指数(BSI,+11%)。主成分分析表明RM处理与其他处理之间差异较大。综之,不同物料生物质炭配施有机肥引起土壤微生物量、酶活性和微生物群落组成的变化差异较大,其中影响最大的是水稻生物质炭配施有机肥处理,可为温室气体减排提供参考。     

镉砷复合污染水稻土原位钝化修复技术研究进展

随着工农业的发展,稻田土壤正面临严重的重金属污染问题,水稻作为南亚和东南亚的主要粮食作物,稻米安全问题显得尤为突出。镉和砷两者在生物地球化学循环上有明显差异,因此镉和砷复合污染水稻土的修复一直是一个棘手的问题。综述了镉砷复合污染水稻土原位钝化技术的研究现状,将钝化技术梳理为氧化还原型、微生物转化累积型、材料型和耦合钝化技术四类。氧化还原型钝化技术重点指出稻田水分调控驱动的氧化还原电位Eh和pH变化、不同元素的生物地球化学循环、有机质等对镉和砷的迁移转化机制;微生物转化累积型钝化技术重点阐明功能微生物对砷和镉的吸收、转化、区室化、菌表吸附等作用机制;材料型钝化技术重点分析现有钝化材料的分类及其与镉和砷的固定化机制;耦合型钝化技术重点总结上述三种技术综合体系下,镉和砷的协同钝化应用。同时对未来镉砷复合污染水稻土的原位钝化修复提出展望,进一步探讨了镉砷在稻田土壤生物地球化学循环过程涉及的新型机制研究方向、修复钝化技术的创新延展趋势;期望在稳产、增产的基础上,寻求一种深度融合现代农业生产模式、保障稻田安全利用的土壤钝化改良技术体系或模式。     

生物炭连续施用对旱地红壤细菌群落结构的影响

为揭示生物炭对于旱地红壤土壤改良的长期影响,通过连续 8 年的田间小区试验,设置 3 个试验处理:不施生物炭(CK)、750 kg·hm-2 生物炭(C1)和 1500 kg·hm-2 生物炭(C2)。研究了生物炭连续施用对旱地红壤土壤理化性质、细菌群落结构特征的影响,并分析了影响细菌群落结构特征的理化因子。结果表明,变形菌门(Proteobacteria)、酸杆菌门(Acidobacteria)、放线菌门(Actinobacteria)、芽单胞菌门(Gemmatimonadetes)、绿弯菌门(Chloroflexi)和拟杆菌门(Bacteroidetes)6 个门类是所有处理的优势菌群;与 CK 相比,施用生物炭可以显著提高土壤 pH 0.11 ～ 0.29 个单位、碳氮比 7.85% ～ 8.21% 和有机质 8.70% ～ 11.97%,而显著降低土壤硝态氮含量 10.57% ～ 38.63%。主成分分析表明施用生物炭显著改变了细菌群落结构组成(R=0.52,P=0.02);在门水平上,与 CK 处理相比,C1 处理放线菌门的相对丰度显著增加 24.73%,C2 处理拟杆菌门的相对丰度显著增加 39.03%,而 C1 处理的绿弯菌门显著低于 CK,降幅为 18.90%。冗余分析表明,土壤硝态氮(R2=0.77,P<0.01)和 pH(R2=0.54,P<0.05)是细菌群落结构变异的主导性环境因子;细菌群落与环境因素相关性表明,优势菌群受土壤 pH、有机质、溶解性有机碳、硝态氮、铵态氮和碳氮比的影响。综上,生物炭施用 8 年后对土壤环境因子有显著的影响,其中某些关键环境因子的改变驱动了土壤细菌群落的生态演替。     

改良剂对旱地红壤微生物量碳、氮及可溶性有机碳、氮的影响

基于室内模拟培养试验,研究改良剂(生物质炭、过氧化钙)对旱地红壤微生物量碳、氮及可溶性有机碳、氮的影响。试验设置4个处理,即CK、Ca(过氧化钙,1.72g/kg)、C(生物质炭,21.46g/kg)、C+Ca。结果表明:各处理土壤微生物量碳、氮以及可溶性有机碳具有相同的变化趋势,即前期(3d内)都增加较快,在第3天达到最大值,随试验进行有所下降,配施效果优于单施。各处理可溶性有机氮在21d内缓慢增加;第21天时,C+Ca、Ca、C相比CK分别显著增加了62.1%,55.5%,40.9%;35d以后,配施(C+Ca)与单施过氧化钙(Ca)的效果显著优于单施生物质炭(C)和对照(CK)。120d培养期内,配施(C+Ca)处理能够明显提高微生物量碳、氮以及可溶性有机碳、氮的平均含量;微生物量碳的平均含量大小顺序为C+CaCCKCa,微生物量氮的平均含量C+Ca处理显著高于其他处理;可溶性有机碳的平均含量大小顺序为C+CaCaCCK,可溶性有机氮的平均含量C+Ca、Ca处理显著高于CK、C处理。微生物量碳、氮以及可溶性有机碳之间互为极显著正相关(P0.01),而微生物量碳与可溶性有机氮之间呈极显著负相关。因此,生物质炭和过氧化钙能有效提高旱地红壤微生物量碳、氮及可溶性有机碳、氮,且生物质炭与过氧化钙配合施用更有助于土壤改良。     

改良剂对旱地红壤活性有机碳及土壤酶活性的影响

针对江西旱地红壤肥力低下、生产力不高等突出问题,基于长期野外旱地红壤定位试验,研究了改良剂(生物质炭和过氧化钙)对旱地红壤活性有机碳及与碳代谢相关酶活性的影响。试验设置生物质炭施用量0(C0)、758(C1)、1 515(C2)kg/hm2和过氧化钙施用量0(Ca0)、61(Ca1)、121(Ca2)kg/hm2,生物质炭和过氧化钙单施和配施共9个处理,即CK、C0Ca1、C0Ca2、C1Ca0、C1Ca1、C1Ca2、C2Ca0、C2Ca1、C2Ca2。结果表明,生物质炭单施和配施均在一定程度上提高了旱地红壤有机碳及活性碳组分,且效果优于单施过氧化钙。C2Ca0、C2Ca1和C2Ca2处理土壤有机碳增加较显著。生物质炭和过氧化钙显著提高土壤活性有机碳组分,与对照(CK)相比,其中C1Ca0处理的微生物生物量碳平均增加了45.22%,C1Ca2处理的可溶性有机碳平均增加了21.34%,C1Ca0处理的颗粒有机碳平均增加了20.72%,C2Ca2处理的易氧化有机碳平均增加了22.19%。生物质炭和过氧化钙对提高碳库管理指数均有较好的效果,0~10 cm和10~20 cm土层分别平均增加了11.09%、14.07%。添加生物质炭对旱地红壤酶活性均有促进作用,且对0~10 cm土层土壤酶的影响较10~20 cm土层明显;配施C2Ca2明显提高旱地红壤淀粉酶、纤维素酶和β-葡糖苷酶活性,C1Ca1明显提高红壤蔗糖酶活性。因此,生物质炭和过氧化钙能有效改善旱地红壤活性有机碳组分以及与碳代谢相关酶活性,且生物质炭与过氧化钙配合施用对土壤改良的效果更好。