秸秆均匀还田对东北地区黑钙土土壤理化性质及玉米产量的影响

为明确秸秆均匀还田在农业生产中推广应用的可行性,以吉林省农安县正邦农场黑钙土为研究对象,设置CK(未施用秸秆)、EIS(秸秆均匀还田)、SM(秸秆覆盖还田)、SP(秸秆翻压还田)共四种处理,通过环刀法及土壤紧实度仪测量土壤容重及土壤紧实度,湿筛法及干筛法测定土壤团聚体组成,腐殖质组成修改法提取土壤胡敏酸及富里酸,红外光谱法测定土壤胡敏酸结构特征,并对玉米产量进行计算。结果表明:秸秆还田有效降低了土壤容重及土壤紧实度,增加了土壤有机碳含量,有效促进了土壤腐殖质积累,显著提高了玉米产量,其效果在秸秆均匀还田处理中最为明显。与CK相比,EIS处理显著降低了土壤容重及土壤紧实度,降低幅度分别为33.11%、24.3%;EIS处理增加了土壤平均当量直径(MWD)、水稳系数(K)及大于0.25 mm团聚体组分含量,增加幅度分别为56.86%、33.69%及16.21%;EIS处理的土壤有机碳、腐殖质碳、胡敏酸碳和富里酸碳含量明显增加,增加幅度分别为27.8%、44.2%、63.3%及33.8%。EIS处理同时促进了秸秆的腐解与转化,促使土壤胡敏酸结构氧化度和缩合度呈下降趋势,脂族链烃和芳香碳含量增加,土壤胡敏酸结构简单化、年轻化。该结果对于指导东北地区秸秆还田实践具有重要意义。     

SPORL法预处理对鸡粪有机质含量影响及最优条件筛选

由于鸡粪的特殊形态,新鲜鸡粪经固液分离后,可以去除鸡粪中的砂粒等无机物,其固体部分富含木质纤维素,将其自然风干后,利用SPORL(Sulfite pretreatment to overcome recalcitrance of lignocelluloses,亚硫酸盐法)法对鸡粪固体部分进行处理,探寻其产物肥料化利用的可行性。催化剂选用亚硫酸铵,以亚硫酸铵用量(相对于原料干重,w/w)、反应温度、最高温度保温时间、液料比(v/w)作为主要影响因素,分别进行单因素试验。结果表明:亚硫酸铵用量在10%~20%、反应温度在120~140℃、最高温度保温时间在30~60 min以及液料比在5︰1︰15︰1范围内,其产物有机质含量较高。基于单因素试验结果,运用响应面法,以鸡粪固体产物有机质含量为响应指标,对试验进行设计并优化反应条件。结果表明各因素对响应值影响显著,且回归模型达到显著水平,回归方程可较好地拟合反应曲面;并准确有效地预测鸡粪固体产物有机质含量,在各因素范围内找到最优条件。最后,确定最优处理条件为:亚硫酸铵用量为13.4%、反应温度为127℃、最高温度保温时间为30 min、液料比为5︰1,鸡粪固体产物有机质含量预测值为359.1 g kg~(-1),验证试验结果为365.8 g kg~(-1),验证试验结果与预测值的偏差为6.7 g kg~(-1),说明该回归方程对鸡粪固体产物有机质含量的分析预测可靠准确。因此,SPORL法对鸡粪进行处理后可得到有机质含量较高的固体产物,该结果可在鸡粪肥料化生产应用中提供相关的理论指导和数据支持。     

利用SPORL法对玉米秸秆预处理最优条件的筛选

通过SPORL法对玉米秸秆进行预处理并提高其产物有机质含量,探寻固体产物在土壤培肥方面的可利用性及肥料化利用的可行性。在高温高压条件下,以玉米秸秆固体产物的有机质含量作为评价指标,首先筛选出一种最优催化剂,并根据催化剂筛选结果,对催化剂的用量、反应温度进行单因素试验,确定各单因素的条件范围,在此基础上优化反应条件,最后对预处理固体产物的腐殖化程度进行分析。催化剂筛选的结果表明:酸性亚硫酸铵预处理玉米秸秆后的固体产物有机质含量高于其他处理组;以硝酸用量、亚硫酸铵用量和反应温度为三个主要试验因素,进行单因素试验,硝酸用量(V/V)在3%~7%、亚硫酸铵用量(相对于原料干质量,m/m)在10%~20%、反应温度在130~150℃范围内,其固体产物有机质含量较高;以玉米秸秆固体产物有机质含量为响应指标,对试验进行设计并优化反应条件,优化后的反应条件是硝酸用量5.4%、亚硫酸铵用量18%、反应温度150℃,有机质含量预测值为794.40g·kg~(-1);验证试验中有机质含量为788.70 g·kg~(-1),与预测值的相对偏差为5.70 g·kg~(-1)。秸秆固体产物腐殖化分析结果表明,经SPORL法预处理后玉米秸秆固体产物类腐殖物质(HLE)和类胡敏酸(HLA)数量分别增长至20.30 g·kg~(-1)和18.76 g·kg~(-1),类胡敏酸与类富里酸比值(HLA/FLA)增长至12.19。研究表明,玉米秸秆经SPORL法预处理可以产生有机质含量较高的固体产物,并可促进固体产物类腐殖质的形成,提高腐殖化程度。     

纤维素降解细菌对玉米秸秆的降解效果

为了寻找高效纤维素降解菌,提高秸秆降解效果并缩短秸秆腐解时间,从腐烂秸秆及附近土壤中,筛选获得高效秸秆纤维素降解细菌,并研究其对秸秆纤维素的降解能力。利用羧甲基纤维素钠培养基分离纤维素降解菌,结合纤维素刚果红测定、滤纸条降解试验和秸秆失重法筛选到2株具有纤维素降解能力的细菌(CMC-red、CMC-I),经16S r DNA序列分析,初步鉴定菌株CMC-red为Massilia arvi菌属,菌株CMC-I为黄杆菌属(Flavobacterium banpakuense)。菌株CMC-red的降解能力强,10 d可将滤纸降解成糊状,10 d内对秸秆的降解率可达24. 14%。通过分析红外光谱和扫描电镜图可以得出,经纤维素降解菌降解的秸秆纤维素、半纤维素的吸收峰减弱,纤维素的结构变得疏松。筛选获得的2株细菌中,菌株CMC-red对秸秆具有显著的降解效果。     

半分解有机物料覆盖对鸡粪中NH3及H2 S释放的影响

为了降低鸡粪堆放过程中NH_3和H_2S的释放,以覆盖半分解有机物料与不添加物料鸡粪为研究对象,通过改变半分解有机物料的覆盖量来探究其对鸡粪中NH_3和H_2S释放的影响。研究结果表明:草炭、菌渣、生物炭覆盖均能有效抑制鸡粪中NH_3及H_2S释放,草炭抑制效果最佳,菌渣次之,生物炭第三;腐解牛粪覆盖对鸡粪中NH_3具有显著抑制作用,但不易于H_2S控制;牛粪、草炭、菌渣覆盖量均为15%抑制效果最好,生物炭覆盖量为10%抑制效果最好。     

SPORL法制备的有机肥对土壤肥力的影响

选取玉米秸秆、鸡粪，经亚硫酸盐法(Sulfite pretreatment to overcome recalcitrance of lignocelluloses, SPORL)处理后的玉米秸秆和鸡粪制备的有机肥分别进行土壤培养试验，研究各处理对土壤腐殖质各组分和土壤养分的影响，并采用修正的内梅罗综合指数法(Nemerow index)计算得到土壤肥力指数(IFI),对土壤的肥力进行综合评价，为SPORL法对农业废弃物预处理后的固体产物，在土壤培肥方面的可利用性及其对土壤肥力的影响，提供理论指导和相关的数据支持。结果表明：土壤中添加经SPORL法预处理后的玉米秸秆和鸡粪制备的有机肥进行培养后，可以明显提高土壤中可提取腐殖质碳、腐殖质各组分的碳、有机质、全氮及碱解氮含量，且经SPORL法处理的鸡粪有机肥对土壤腐殖质、全氮、碱解氮含量的增加高于经SPORL法处理的玉米秸秆；各处理对土壤速效钾、有效磷含量影响的表现分别为鸡粪(CM)>玉米秸秆(MS)>鸡粪固体产物(SCM)>玉米秸秆固体产物(SMS)>对照(ck)、MS>CM>SMS>SCM>...