水稻秸秆降解研究进展

水稻秸秆是一种重要的生物质能源,其降解关系着农田资源的再利用与环境保护。目前大量的秸秆采 用焚烧处理既浪费资源又污染环境。秸秆中的纤维素、半纤维素和木质素等成分导致水稻秸秆降解率低。目前常用 的降解方法可以分为直接还田、物理降解、化学降解以及生物降解,其中通过秸秆与微生物作用的生物降解法是目 前处理秸秆最实际且有效的方法另外随着转基因水稻的问世,转基因水稻秸秆的基因、蛋白质残留情况是当前研 究的热点。     

腐秆剂快速分解水稻秸秆的机理及效果研究

利用测定酶活力的方法测定不同时间段内添加腐秆剂对水稻秸秆中纤维素酶、半纤维素酶、酚氧化酶活性的影响,结果表明:腐秆剂的添加对3种酶的活性提高有显著影响。利用纯种分离技术测得腐秆剂的添加对细菌、真菌、放线菌3种微生物的量在不同生长时期具有促进作用。同时通过定量分析程序添加腐秆剂后纤维素、半纤维素和木质素的降解率均有所提高。     

香蕉秸秆不同还田模式对土壤微生物群落的影响

采用土壤室内培养的方法,以香蕉秸秆不同还田模式为试验唯一变量因素,设置3个处理(无秸秆还田CK;将香蕉秸秆覆盖到土壤表层,作为秸秆自然还田处理F;将土壤与香蕉秸秆彻底混合,作为秸秆掩埋还田处理T),分析香蕉秸秆不同还田模式下的微生物群落差异,以期揭示香蕉秸秆的不同还田模式对土壤微生物的影响.结果 表明:T、F处理与CK...     

不同水稻土微生物群落利用有机酸的铁还原特征

【目的】研究不同水稻土来源的微生物群落,在利用甲酸盐、乙酸盐、丙酸盐、丙酮酸盐、柠檬酸盐及琥珀酸盐作为惟一碳源时对异化Fe(Ⅲ)还原的影响。【方法】采用四川、吉林和江西3种不同水稻土浸提液接种作为微生物群落来源,以人工合成的Fe(OH)3为惟一的电子受体,不同有机酸作为惟一碳源,在25℃厌氧条件下培养,定期测定Fe(Ⅱ)生产量并对测定结果用Logistic模型进行分析。【结果】四川水稻土中的微生物群落在Fe(OH)3还原过程中对所有供试碳源均表现出较高的利用活性,其对应的Fe(Ⅱ)累积量较高;江西水稻土中的微生物群落对碳源的响应很低,且几乎不能利用丙酸盐进行Fe(OH)3的还原;而吉林水稻土中的微生物群落在Fe(OH)3还原过程中几乎不能利用琥珀酸盐作为电子供体。【结论】3种微生物群落在Fe(OH)3还原过程中对供试碳源利用上的不同,反映了其微生物群落组成和代谢功能上的差异。3种微生物群落均能较快地利用丙酮酸盐还原Fe(OH)3,说明Fe(Ⅲ)还原微生物在碳源利用上具有共性。     

两种典型水稻土中秸秆碳转化的微生物过程

【目的】研究土壤中秸秆腐解速率、腐解过程中微生物群落结构变化和参与秸秆腐解的功能微生物群落组成,为揭示土壤有机质转化和积累的微生物学机制提供理论依据。【方法】以我国亚热带两种典型水稻土——常熟乌栅土和鹰潭红壤性水稻土为研究对象,设置不添加秸秆（CK）和添加 ¹³C标记的水稻秸秆（RS）处理,厌氧恒温培养38 d,在培养过程中定期测定气体释放量,研究秸秆矿化速率的动态变化;采集土壤样品,利用 ¹³C-PLFA-SIP技术分析参与秸秆降解的微生物群落的动态变化。【结果】培养前12 d,秸秆降解缓慢,此时秸秆对土壤有机质（SOM）产生正激发效应;培养12-18 d秸秆快速降解,18 d后趋缓。培养结束时,秸秆碳在红壤性水稻土和乌栅土中的矿化率分别为24%和33%。秸秆碳对CO₂和CH₄贡献率随培养时间的延长而增加,在培养末期分别为53%-60%和54%-57%。添加秸秆可以提高土壤微生物生物量及微生物活性,乌栅土微生物活性高于红壤性水稻土。16:0（一般细菌）是参与秸秆分解主要类群,i16:0和i15:0（G ⁺细菌）和18:1ω9c（真菌）也是参与秸秆分解的重要微生物类群。随培养时间增加,G ⁺细菌和放线菌的相对丰度增加,G ^-细菌呈降低趋势。红壤性水稻土和乌栅土PLFAs中标记利用秸秆碳的PLFAs的比例分别为27%-32%和18%-24%。真菌和一般细菌对秸秆碳的利用效率较高,而土壤原有有机质（SOM）矿化主要与G ^-和放线菌相关联。添加秸秆造成乌栅土和红壤性水稻土两种水稻土微生物群落结构呈现明显差异,但分解利用外源秸秆碳的微生物群落结构相似,而分解利用SOM微生物群落结构有差异。【结论】秸秆厌氧降解过程中秸秆碳的矿化滞后于土壤自身SOM;不同本底微生物活性和多样性是影响秸秆碳矿化速率的重要因素;添加秸秆后不同土壤微生物群落结构的差异主要是参与SOM降解的微生物差异,土壤原SOM是导致这种差异的重要因素。     

秸秆垫料的猪粪异位发酵床微生物群落分析

为了解秸秆垫料对生猪异位发酵床发酵过程的影响,明确不同垫料的微生物群落演替,分别以油菜秸秆+木屑+砻糠为Y组、水稻秸秆+木屑+砻糠为S组及木屑+砻糠为CK组,以对不同垫料组合进行异位发酵床试验,收集不同发酵阶段的垫料样品,进行理化指标的测定和Illumina高通量测序。结果显示,CK组的微生物多样性要明显低于S组和Y组。发酵进程中不同垫料的微生物演替趋势相似,变形菌门的相对丰度都呈下降趋势,但CK组降低了75%,S组和Y组则分别降低了38.0%和23.2%。不同处理发酵床嗜温期主要微生物有芽孢杆菌属、乳杆菌属、鞘铵醇杆菌属、假单胞菌属等,但微生物的丰度存在差异。同时,功能基因预测显示脂类、氨基酸和碳水化合物代谢相关基因拷贝数Y组最高。不同处理在发酵进程中的理化指标变化相似,但Y组垫料的升温速率更快且整体温度更高,同时可溶性氮的含量更高。研究表明,秸秆垫料组的微生物丰富度和多样性都要高于对照组,同时油菜秸秆组的微生物有机质相关代谢更加活跃,更有利于发酵床的高温运行和有机肥形成。     

秸秆微生物降解机理研究

针对微生物降解秸秆的机理研究,系统性综述了秸秆微生物降解机理研究的一些进展.秸秆堆肥要经历矿质化和腐殖化两个阶段,研究了在秸秆堆肥各个阶段秸秆降解情况.论述了秸秆纤维素结构和纤维素酶降解机理,简要阐述了纤维素降解菌的种类.简要介绍了秸秆堆肥过程中微生物群落变化,研究了影响农作物秸秆微生物降解的因素,探讨了降解过程中温度、C/N、含水量、氧含量、有机质含量合适的范围.     

水稻秸秆栽培杏鲍菇发酵微生物优化配比研究

利用水稻秸秆栽培杏鲍菇可以促进生态良性循环,针对水稻秸秆中难以分解的木质素、纤维素和半纤维素,从细菌、真菌和放线菌中筛选优质菌种,优化微生物配比。结果表明,不同发酵微生物配比缩短了发酵时间,转潮期缩短了1~3 d,且平均产量稳定,生物转化率较高。其中,以2号发酵剂(芽孢杆菌属∶假单胞菌属∶弧菌属∶微球菌属∶链球菌属∶梭菌属∶原粘杆菌属∶纤维粘菌属∶生胞噬纤维菌属∶堆囊菌属∶木霉属∶曲霉属∶青霉∶分枝孢属∶轮枝孢霉∶镰刀菌属∶分枝杆菌∶诺卡氏菌∶小单孢菌∶链霉菌属=2.0∶2.0∶2.0∶2.0∶2.0∶2.0∶2.0∶2.0∶2.0∶2.0∶5.0∶5.0∶5.0∶5.0∶5.0∶5.0∶12.0∶12.0∶13.0∶13.0)发酵的水稻秸秆培养料基栽培的杏鲍菇综合表现最好,菌丝生长最快、密度极密,子实体形态好,平均袋产和生物转化率均较高。     

不同微生物菌剂对水稻秸秆发酵效果的影响

为了筛选出对水稻秸秆发酵效果较好的微生物菌剂，采用室内模拟堆肥的方法，研究了5组不同的微生物复合菌剂对水稻秸秆发酵效果的影响．结果表明，菌剂2，菌剂3，菌剂4促进了发酵原料升温的提前和高温期的延长，发酵30d后，3个处理的T值即（终点C／N）／（初始C／N）降到了0．6，种子发芽率达到了80％，木质素的降解率分别为16．68％，17．04％，16．82％；半纤维素的降解率分别为40．19％，42．05％，39．19％；纤维素的降解率分别为37．74％，37．23％，35．09％，比其他菌剂和对照效果好．     

纤维素分解菌剂对水稻秸秆田间降解效果的研究

在水稻-西瓜轮作模式中研究纤维素分解菌剂对水稻秸秆田间降解效果的影响。结果表明水稻秸秆还田中应用纤维素分解菌剂可以显著降低水稻秸秆的强度，增加土壤转化酶、脲酶、多酚氧化酶和纤维素酶的活性。应用纤维素分解菌剂在不同时期可以增加秸秆的降解率5．5％～10．7％，增加下季作物西瓜产量60％～10．0％和糖度9．1％～11．9％。秸秆应用纤维素分解菌剂还田是合理利用秸秆资源，用地养地，促进农业可持续发展的重要途径，是解决秸秆问题的根本出路。     

秸秆还田与施肥对稻田土壤微生物生物量及固氮菌群落结构的影响

利用氯仿熏蒸法和变性梯度凝胶电泳法(PCR-DGGE)研究了秸秆覆盖还田与施肥对灰棕冲积水稻土0-10cm和10-20cm土层土壤微生物生物量碳、氮和固氮菌群落结构的影响。结果表明:土壤微生物量碳、氮和固氮菌多样性从0-10cm土层到10-20cm土层均呈现降低趋势。无秸秆覆盖处理(对照组)的土壤微生物生物量碳(SMB-C)和微生物生物量氮(SMB-N)量最小。在秸秆覆盖还田处理中,低氮和无钾处理的SMB-C和SMB-N都显著低于全量氮磷钾肥处理。虽然无磷处理的SMB-N低于全量氮磷钾处理, 但差异不显著。说明秸秆覆盖还田配施充足氮磷钾肥能显著提高土壤微生物生物量碳、氮。由DGGE图谱多样性指数分析得知,配施充足氮磷钾肥的处理土壤的固氮菌多样性最丰富。UPGMA聚类分析显示,10种不同处理的聚类图也不同,对照(无秸秆)处理0-10cm和10-20cm的微生物不同于其它处理单独聚在了一个群里。DGGE条带测序得知,14个条带的近缘种大部分为非培养细菌nifH基因片段,主要优势菌群其归属于变形菌门(Proteobacteria)的β-变形菌纲(Betaproteobacteria)。应用PCR-DGGE技术可以解释灰棕冲积水稻土秸秆覆盖不同肥料用量固氮菌分子群落结构特点。     

规模化秸秆沼气发酵反应器中微生物群落特征

采用末端限制性多态性分析(T-RFLP)和克隆文库构建相结合的研究方法,对以秸秆为唯一或主要原料的四个沼气发酵反应器中的细菌和古菌群落特征进行分析,结果表明:(1)供试秸秆沼气反应器中细菌种类十分丰富,分属于9个门,其中厚壁菌门(Firmicutes)、变形菌门(Proteobacteria)与拟杆菌门(Bacteroidetes)为优势种群,在四个沼气反应器中的相对丰度分别为19.3%～47.2%、4.8%～24.3%与2.5%～15.5%。水解与发酵性细菌为各反应器中的优势种群;(2)古菌种类明显少于细菌,均属于甲烷杆菌纲(Methanobacteria)和甲烷微菌纲(Methanomicrobia)。在以秸秆为唯一原料的反应器中,甲烷鬃菌属(Methanosaeta)为优势种群,相对丰度为69.2%～71.9%;而在添加猪粪的反应器中,甲烷八叠球菌属(Methanosarcina)为优势种群,相对丰度为73.1%。     

农田微塑料对水稻秸秆分解及微生物活性的影响

【目的】研究农田微塑料影响水稻秸秆分解过程以及农田微塑料的分解情况。【方法】通过野外实验,设置PE(聚乙烯)、PP(聚丙烯)和PVC(聚氯乙烯)3种微塑料,1%和5%两种浓度,S(小粒径)、M(中粒径)和L(大粒径)3种粒径,对照组Control(不添加微塑料)。以水稻秸秆作为分解底物,分析水稻秸秆的失重率、微生物活性及残留微塑料的粒径分布范围。【结果】除PE之外,PP与PVC对水稻秸秆分解的促进作用效果均较为显著。微塑料的添加浓度越高,水稻秸秆的失重率越大;微塑料粒径增加导致秸秆失重率减少。在秸秆整个分解期内,微塑料对羧甲基纤维素酶(Cx酶)起到了促进作用,而对外切β-葡聚糖苷酶(C₁酶)却有抑制效应;在分解前期,微塑料对过氧化物酶活性起到了促进作用。另一个方面,大粒径的微塑料相较于小粒径的微塑料其分解程度更大,PP的分解程度大于PE,大粒径PE80%分解为更小颗粒,小粒径PE66%分解为更小颗粒,而大粒径PP91%分解为更小颗粒,小粒径PP70%分解为更小颗粒。【结论】农田土壤中的微塑料均对水稻秸秆分解起促进作用,但是对于微生物活性影响是不确定的,微塑料有大幅...     

生物质废弃物发酵过程中菌群多样性及秸秆降解菌的筛选

利用16s rRNA高通量测序技术研究了生物质废弃物玉米秸秆、畜禽粪便、活性污泥混合物在不同氧含量条件下发酵过程中微生物的群落特征变化,同时采用选择培养基筛选对秸秆具有降解能力的菌株,以寻找能在秸秆还田中具有较大应用潜力的菌种资源。高通量测序结果表明:在秸秆、畜禽粪便、污泥共发酵体系中,厚壁菌门(Firmicutes)、拟杆菌门(Bacteroidetes)和变形菌门(Proteobacteria)占据绝对优势,不同氧含量堆肥条件下发酵体系营养结构、微生物群落结构不同,氧含量较低的条件更有利于秸秆的降解。通过纯培养方式得到的目的菌株对玉米秸秆降解效率最高可达28.9%,初步被确定为厚壁菌门中芽孢杆菌属(Bacillus),进一步证明结合高通量测序结果快速选择生物质废弃物发酵体系中秸秆降解菌具有可行性。     

玉米秸秆还田对土壤微生物群落组成的影响

为揭示土壤微生物群落对持续玉米秸秆还田的响应机制,采用单因素随机区组设计,以秸秆不还田(T0)为对照,设3000 kg/hm2(T1)、6000 kg/hm2(T2)、9000 kg/hm2(T3)、12000 kg/hm2(T4)4个秸秆还田量.采用磷脂脂肪酸(PLFAs)指纹图谱的方法,研究了连续6年玉米秸秆还田管...     

水稻田铁氧化菌的丰度及微生物群落结构组成

水稻土中铁氧化物的存在对于土壤中的重金属离子及有机污染物有较强的吸附固定能力,研究参与其形成的微生物有重要的生态意义。分别采用浓度梯度试管富集培养不同水稻根部土壤中的铁氧化菌,用最大可能数(most probable number,简称MPN)方法计算其丰度;测定土壤主要微生物群落结构,并结合各种土壤理化因素进行多元生态统计分析。结果表明,几种不同肥力的水稻土中可培养的微好氧铁氧化细菌数平均达169万个/g,其丰度与土壤pH值呈正相关,而与其他主要土壤理化性质没有显著相关性。在门的水平上,所测样品中以Proteobacteria(变形菌门)为主要类别,平均占细菌总量的46.35%。在属水平上,则以Nitrospira(硝化螺旋菌属)、Anaeromyxobacter(厌氧黏细菌)、Geobacter(地杆菌属)、Anaerolinea(厌氧绳菌属)等为主,代表性的铁氧化菌Gallionella(披毛菌属)在所有相对丰度中排名第7,达2.2%。总体而言,各种样品的理化性质相近,但是微生物群落的结构差异较大,其分布受到样品理化性质的影响较为复杂。     

添加小麦和燕麦秸秆对连作黄瓜生长及土壤微生物群落结构的调节作用

【目的】研究小麦、燕麦秸秆对连作黄瓜生长及土壤微生物群落结构的影响,探讨不同秸秆对连作黄瓜土壤环境的调节效果,为连作蔬菜土壤环境的改善提供理论依据。【方法】以黄瓜为试材,以连作4年的瓜类土壤为研究对象,研究在瓜类连作土壤分别添加质量比为2%小麦秸秆、2%燕麦秸秆和小麦、燕麦各1%混合秸秆对黄瓜生长及不同生长期土壤细菌、真菌微生物群落结构的影响。【结果】定植20 d后不同秸秆处理均能显著增加土壤细菌、真菌条带数,与对照和小麦秸秆处理相比,添加燕麦秸秆、小麦和燕麦混合秸秆处理显著提高了土壤真菌Shannon-Wiener指数和均匀度指数（P＜0.05）。定植30 d后,燕麦秸秆显著增加了土壤细菌条带数,不同秸秆处理均能显著提高土壤真菌条带数,小麦秸秆处理土壤的细菌Shannon-Wiener指数和均匀度指数显著高于燕麦、小麦和燕麦混合秸秆处理,燕麦和小麦、燕麦秸秆处理土壤真菌Shannon-Wiener指数和均匀度指数显著高于小麦秸秆和对照处理（P＜0.05）。定植40 d后,小麦、燕麦混合秸秆处理显著增加了土壤细菌条带数,显著提高了土壤细菌Shannon-Wiener指数和均匀度指数,不同秸秆处理对土壤真菌条带数、Shannon-Wiener指数和均匀度指数无影响。添加小麦、小麦与燕麦混合秸秆能显著增加黄瓜的株高、茎粗以及全株鲜重（P＜0.05）。【结论】小麦、小麦与燕麦混合秸秆对连作黄瓜的生长具有促进作用,不同秸秆处理在不同时期均不同程度的影响连作黄瓜土壤微生物群落结构,增加了土壤微生物的条带数、提高了Shannon-Wiener指数和均匀度指数。连作瓜类土壤中添加作物秸秆是一种简单有效的缓解连作障碍的生物学方法。     

微生物群落对厌氧干发酵挥发性脂肪酸抑制的响应

为研究挥发性脂肪酸(Volatile fatty acid,VFA)抑制对厌氧干发酵体系微生物的影响,在接种率25%[以挥发性固体(VS)计]条件下以猪粪(P组)、猪粪秸秆混合物(VS比1∶1,M组)为原料开展厌氧干发酵实验,结合体系中产气性能、理化指标,分析微生物群落对VFA抑制的响应。结果表明,两组发酵体系均出现VFA抑制,且M组抑制效应更明显,体现在日甲烷产量(以VS计)一直低于0.99 mL·g^-1。高通量测序结果显示,VFA抑制下,2种发酵体系中细菌门以Firmicutes为主,主要优势菌属为Clostridium sensu stricto;优势古菌门为Euryarchaeota,氢营养型产甲烷菌Methanosphaerula和乙酸营养型产甲烷菌Methanothrix为主要优势菌属。混合发酵体系中以氢营养型产甲烷途径为主。2组发酵体系中产生的主要酸抑制种类不同,P组中酸抑制主体为丙酸,而M组中为乙酸。本实验中,猪粪秸秆混合原料比猪粪单独发酵的酸抑制作用更强,并且细菌和古菌协同作用受到阻碍,严重影响了体系的产气性能,酸抑制的发生对菌群结构的演替有很大影响。     

玉米秸秆还田量对砂姜黑土酶活性、微生物生物量及细菌群落的影响

为探讨砂姜黑土区秸秆还田量对土壤生物学特性的影响,以小麦-玉米轮作为研究对象,通过2年的大田试验,分析了0、1/3、2/3和100%玉米秸秆还田量处理(CK、S3、S6和S9)土壤酶活性、微生物生物量及细菌群落变化的特征。结果表明：与CK处理相比,S6和S9处理显著提高了土壤有机碳(12.9%和14.4%)、碱解氮(21.4%和25.6%)、有效磷(17.9%和20.5%)和速效钾含量(25.9%和29.8%)。秸秆还田处理下土壤脲酶、纤维素酶活性和微生物生物量碳含量显著增加,增幅分别为22.5%～44.6%、23.9%～52.1%和16.6%～46.7%,且S6和S9处理较CK处理显著提高了木聚糖酶活性(32.7%和21.2%)和微生物生物量氮含量(53.5%和54.4%)。与CK处理相比,S6和S9处理细菌群落多样性显著增加,而S3处理则无显著变化。放线菌门、变形菌门、酸杆菌门、绿弯菌门和厚壁菌门为优势细菌门,其中酸杆菌门相对丰度在秸秆还田处理下显著降低了2.6～4.7个百分点,而变形菌门相对丰度在S6和S9处理下显著增加了3.8、4.9个百分点;热酸菌属、布氏杆菌属和芽孢杆菌属为...     

玉米秸秆对土壤有机质含量及微生物群落结构的影响

为秸秆还田改善土壤生态功能提供理论依据,以添加秸秆后不同有机质含量变化的土壤为研究对象,利用磷脂脂肪酸(PLFA)法测定土壤微生物群落结构的分布,分析土壤微生物结构与有机质含量变化的关系。结果表明:玉米秸秆添加后引起土壤有机质呈大幅正向增加(I_1)、小幅度正向增加(I2)和负向变化(I_3)3种趋势,其中小幅度正向增加的I2磷脂脂肪酸的种类和绝对含量均低于I_1和I_3,而直链单不饱和脂肪酸/环丙烷脂肪酸(A/B)、直链饱和脂肪酸/直链单不饱和脂肪酸(C/A)、支链异构饱和脂肪酸/支链反异构饱和脂肪酸(iso/anteiso)值均高于I_1和I_3;有机质大幅正向增加的I_1磷脂脂肪酸的种类和绝对含量为3组中最高,且玉米秸秆处理过程中刺激16:0、18:1w6c、18:1w9c、16:0 10-methyl和19:0cyclo w8c所表征的优势类群的增殖,特征性菌群细菌/真菌和革兰氏阳性菌/革兰氏阴性菌(G+/G—)比值较I_1和I2低;有机质负向变化的I_3土壤中表征优势类群的磷脂脂肪酸的绝对含量均低于I_1,且支链饱和脂肪酸绝对含量为3组土壤中最高;主成分分析表明,I_1和I_3土壤微生物种类间无明显差别。土壤初始有机质含量高,玉米秸秆添加后土壤有机质变化幅度大,土壤微生物种类及丰度高。