不同植物秸秆腐解特性与土壤微生物功能多样性研究

采用网袋法探讨不同秸秆在3个长期试验地的腐解特征,结合Biolog微平板技术,对不同长期试验地土壤微生物群落多样性进行了研究。结果表明,随着腐解时间的增加,秸秆腐解的变化趋势为烘干秸秆新鲜秸秆。葡萄园土壤微生物活性高,稳定性好,其次为桃园和农田。农田土壤微生物活性低、稳定性差,不同处理的秸秆在腐解过程中残留率变化较大,而果园土壤微生物活性相对较高、稳定性好,不同处理的秸秆在腐解过程中残留率变化较小。土壤碱解氮、速效磷和土壤温度与土壤微生物群落的三大指数呈极显著相关,且不同秸秆处理的腐解残留率与土壤微生物群落的优势度呈显著负相关,微生物群落在一定程度上影响了秸秆分解的速率。     

作物秸秆腐解过程中土壤微生物量的研究

研究了不同作物秸秆腐解过程中土壤微生物量Ｃ、Ｎ、Ｐ的变化,结果表明：当玉米、谷子、马铃薯和苜蓿秸秆施入土壤后,其微生物量Ｃ、Ｎ、Ｐ明显增高。不同的秸秆在腐解过程中微生物量Ｃ和Ｐ有相同的变化趋势,即施入秸秆后０～１５天快速增加,然后缓慢下降,４５天时降至最低。４５～６０天又出现一个上升阶段,之后又下降。不同秸秆的微生物量Ｎ差异较大。比较４种秸秆,在腐解的整个过程中土壤微生物量Ｃ表现为玉米〉谷子〉苜蓿     

秸秆促腐还田土壤养分及微生物量的动态变化

采用盆钵培养法,通过模拟旱作覆膜条件下秸秆还田,研究了添加不同腐解剂(多个好氧性菌种复合培养而成的F1、富含分解纤维素、半纤维素、木质素和其他生物有机物质的微生物菌群F2、由芽孢杆菌、丝状真菌、放线苗和酵母菌组成的F3)后,小麦秸秆、玉米秸秆在120 d的腐解过程中,土壤养分及土壤微生物量的动态变化特征。结果表明:小麦、玉米秸秆经过120 d的腐解,各处理土壤有机质、碱解氮、全氮的增加速率一致表现为先增加后减小,土壤磷素、钾素的增加速率总体则呈现增-减-增-减的趋势;整个试验阶段小麦秸秆各处理土壤微生物量碳(SMBC)含量表现为先增后减。玉米秸秆土壤SMBC的变化与小麦秸秆差异较大,呈现波浪式变化;玉米秸秆土壤微生物量氮(SMBN)变化在100 d后则与小麦截然不同。秸秆添加腐解剂还田土壤养分增加速率和土壤微生物量碳氮含量均大于秸秆直接还田(对照),培肥土壤效果明显,能够有效增加土壤微生物量碳氮含量。小麦、玉米秸秆添加腐解剂F3的处理各养分含量高于其他处理,即内含具特殊功能的芽孢杆菌、丝状真菌、放线菌和酵母菌的秸秆腐解剂F3增加土壤养分的效果最好;相同腐解剂下不同种类秸秆处理的土壤养分含量表现为:F1,小麦玉米;F2,小麦≥玉米;F3,小麦玉米,即F1对小麦秸秆促腐优势最大,F3对玉米秸秆的促腐作用优于F1和F2,F2对小麦、玉米秸秆的促腐效果基本相似。不同腐解剂下,小麦秸秆处理SMBC、SMBN含量表现为F2F3F1;玉米秸秆处理SMBC含量F2F3≈F1,SMBN为F3F2≈F1。玉米秸秆各处理的SMBC均大于小麦秸秆,SMBN则均小于后者,与秸秆C/N的趋势一致,即C/N越大,SMBC值越大,SMBN值越小。     

梨园秸秆还田腐解特征及对土壤性状的影响研究

为探究梨园秸秆还田腐解特征及对土壤理化性状和生物性状的影响,在梨园布置覆膜对照(CK)、秸秆覆盖(S)、秸秆覆盖+腐解菌肥(S-BM)、双倍秸秆覆盖+腐解菌肥(2S-BM)田间试验。结果表明:秸秆覆盖150天后,S-BM处理的腐解率为62.4%,S和2S-BM处理的腐解率均为50%,氮、钾释放率以S-BM处理最高;秸秆覆盖提高了土壤最低温,降低了土壤最高温,减小了土壤温度振幅;2S-BM处理显著降低了土壤体积质量,提高了土壤水溶性有机碳含量;秸秆覆盖显著增加了0~5 cm土层有机碳含量,2S-BM处理对0~15 cm土层速效养分含量的提升效果显著,S和S-BM处理显著提高了0~5 cm土层速效钾含量;2S-BM处理的土壤细菌、真菌数量以及微生物生物量碳、氮含量在梨树生育后期明显提高;2S-BM、S-BM和S处理分别能增产86.9%、17.8%和28.7%。秸秆覆盖对土壤的改善是由上到下的,当梨园秸秆还田量为45 000 kg/hm2时,土壤的改良效果非常明显。     

低温堆腐与秸秆深翻还田对玉米产量及土壤微生物群落的影响

为探明我国东北地区玉米不同的秸秆还田方式对玉米产量和土壤微生物群落结构的影响,在典型棕壤区开展连年田间对比试验.采用常规方法测定玉米产量、土壤养分、土壤团聚体分布,采用微生物高通量测序方法测定土壤细菌多样性和丰度,并分析土壤环境因子的变化对土壤微生物群落的影响.本研究设无肥对照(CK)、秸秆不还田(FP)、秸秆深翻还田...     

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。     

玉米秸秆覆盖冬小麦免耕播种对土壤微生物量碳的影响

土壤微生物量碳(SMBC)是土壤有机碳的一部分,在养分循环中起着重要作用.本研究目的在于揭示我国华北平原玉米秸秆覆盖冬小麦免耕对土壤微生物量碳的影响.4～5年的试验结果表明,不同耕作方式对农田SMBC含量的时空变异具有显著的影响.玉米秸秆覆盖免耕播种处理上层(0～10cm)的含量比下层(10～20cm)增加47.4%,而清茬翻耕和还田翻耕处理的含量在土壤中的分层不显著.不同的耕作方式的SMBC含量均随气温降低而减少.全年平均来看,在0～10咖土层,不同耕作方式的SMBC含量大小表现为覆免>还翻>清翻,在10～20cm土层则表现为还翻>覆免=清翻.整个耕层(0～20cm)表现为还翻>覆免>清翻.在气温较低时,覆盖免耕的SMBC含量比清茬翻耕和还田翻耕低.在土壤表层,不同耕作方式SMBC含量的稳定性大小表现为还翻>覆免>清翻;在下层,不同耕作方式之间差异不显著.     

考虑维护土壤功能的玉米秸秆能源开发潜力模拟

为获得可持续性的生物质能,在收集玉米秸秆时,需要考虑维护土壤功能的秸秆需求量。为维护土壤功能,结合相关文献所测定不同类型土壤的玉米秸秆保留量的最大值、中位值和最小值,研究设计了土壤玉米秸秆高保留、适度保留和低保留3种情景。针对不同情景,首先依据不同省份的土壤类型(黏土、壤土和沙土)和玉米种植面积,计算出玉米田地秸秆最小保留量(包括最大值、最小值和中位值);在此基础上,考虑可获取性及饲料、燃料等用途,得到可用于生物质能的玉米秸秆开发潜力;考虑农村秸秆生活用能可替代性和玉米秸秆热值,计算出不同替代率下秸秆能源开发潜力。通过研究发现,当考虑土壤功能时,假定未来秸秆燃烧完全替代,在低保留情景下,2020、2030和2050年的玉米秸秆潜力分别为2.79、2.82、3.96亿t。在高保留情景下,对应年份的秸秆可利用潜力分别为0.56、0.58、1.69亿t。考虑土壤秸秆保留量时,玉米秸秆潜力偏低。虽然考虑土壤秸秆保留量,减少了短期内生物质能开发潜力,但有利于农业和生物质能源的可持续性发展。过多的秸秆留田,不仅造成资源浪费,也会产生CH4等温室气体。研究结果为合理开发玉米秸秆资源提供了科学依据。     

基于旋耕玉米秸秆还田条件下土壤微生物、酶及速效养分的动态特征

为研究旋耕条件下秸秆还田的腐解机理,设置不同数量秸秆还田处理,分别于玉米拔节期、抽雄期、乳熟中期、完熟期测定土壤微生物数量、土壤酶活性和速效养分含量。结果表明:(1)秸秆还田促进土壤微生物繁殖,提高土壤酶活性,增加碱解氮含量,降低速效磷和速效钾含量;秸秆量为11 250kg/hm~2时真菌、细菌、放线菌数量及蔗糖酶、纤维素酶活性增幅最大;秸秆量为7 500kg/hm~2时脲酶、磷酸酶活性和碱解氮增幅最大,速效磷、速效钾降幅最大。(2)部分土壤微生物数量与土壤酶活性之间存在相关性,播种后40天,土壤真菌、细菌、放线菌数量、纤维素酶活性之间存在正相关,真菌与磷酸酶活性呈负相关;播种后67天,放线菌与磷酸酶、蔗糖酶呈正相关;播种后140天,放线菌与蔗糖酶呈正相关。(3)部分土壤酶活性之间存在相关性,播种后67天,脲酶与纤维素酶、磷酸酶与蔗糖酶之间呈正相关;播种后140天,蔗糖酶与纤维素酶呈正相关,脲酶与蔗糖酶、纤维素酶呈负相关。(4)土壤酶活性与速效养分存在相关性,播种后40,112天的脲酶、67天的纤维素酶、112,140天的磷酸酶与碱解氮含量呈正相关;播种后40天,蔗糖酶与速效钾呈正相关,播种后40,67,112天脲酶活性与速效钾含量呈负相关。(5)碱解氮与速效磷含量呈负相关,播种后40,112,140天的碱解氮与速效钾含量呈负相关。     

玉米秸秆腐解过程的红外光谱研究

采用傅里叶变换红外光谱（ＦＴＩＲ）对玉米秸秆腐解过程进行了研究,由光谱变化的分析可见,随着腐解的进行,羟基,酮羰基,甲基,亚甲基和次甲基的含量逐渐降低,腐解产物的脂族性降低,芳香性趋于升高和增强,有机成分中的无机元素特别是硅释放出来,并以ＳｉＯ２等氧化物的形式逐渐积累,一些阳离子则形成羧酸盐和碳酸盐。羰基在腐解过程中皆形成羰酸盐。就秸秆中叶片和茎秆腐解变化的差异来说,叶片腐解产物中甲氧基的含量增加     

稻草还田配施腐解菌剂对水稻土壤微生物的影响

为探讨稻草还田配施腐解菌剂对水稻土壤微生物的影响,通过田间设置稻草还田(CK)和稻草还田配施腐解菌剂(SM)试验,结合常规的分析手段和基于16Sr DNA的末端限制性片段长度多态(TRFLP)技术研究了复合腐解菌剂促腐稻草全量还田后水稻产量、土壤矿质成分及土壤微生物多样性的变化。结果表明,与CK相比,SM的土壤有机质、全氮、有效磷含量和水稻产量分别提高了15.0%、31.0%、98.0%和5.9%;细菌、放线菌和真菌数量分别增加了14.66倍、1.50倍、2.78倍;亚硝化细菌、硝化细菌、反硝化细菌、好气性自生固氮菌、好气性纤维素分解菌、无机磷细菌、有机磷细菌、铁细菌和硅酸盐细菌数量分别提高了119.8%、55.6%、51.9%、40.5%、107.4%、70.8%、145.2%、140.1%、70.0%。T-RFLP分析表明,在SM中,与碳、硫循环相关的微生物、抗致病菌、有益菌数量增加,病原菌数量减少,群落结构变化显著。综上,在稻草全量还田机插栽培条件下,与单一稻草还田相比,添加促腐菌剂能更有效提高土壤矿质养分和改善土壤微生物群落的功能多样性,从而增加水稻产量。本研究结果为合理利用稻草还田提供了科学依据。     

Peanut Straw Decomposition Products Promoted by Chemical Additives and Their Effect on Enzymatic Activity and Microbial Functional Diversity in Red Soil

ABSTRACT

The objectives of the present study were to determine the promotional effect of chemical additives on quality of peanut straw decomposition products and to evaluate the influence of the resulting products on soil biological properties. Straw was mixed with or without chemical additives, such as iron(II) sulfate (FeSO₄), alkali slag, or FeSO₄ combined with alkali slag, and decomposed for 50 days. The decomposition products were used as organic fertilizer and added to red soil for an incubation experiment. The chemical additives increased total organic carbon (C), total nitrogen (N), and available N content but decreased the C:N ratios in decomposition products compared to controls. Adding FeSO₄ gave the highest humic acid content (HA, 30.34 g kg^?1) and ratio of humic to fulvic acid (HA/FA, 0.53) and the lowest ratio of HA absorption value at 465 nm to that at 665 nm (E₄/E₆, 6.05), suggesting high humification of decomposition products. Application of the resulting products to soil increased soil urease and invertase activities. BIOLOG analysis showed that microbial C utilization ability, Shannon–Weaver diversity, and McIntosh evenness indexes were improved by the organic fertilizer promoted by chemical additives. Principal component analysis indicated that microbial community structures were also influenced by different amendments in decomposition products. Our study provides a reference point for acquiring high quality straw compost and improving soil biological functions by organic fertilizer.     

3种腐熟剂促进玉米秸秆快速腐解特征

为筛选出适宜东北寒冷区快速腐解秸秆的腐熟剂,通过网袋腐解试验明确施入3种秸秆腐熟剂对玉米秸秆生物量及养分释放的影响。结果显示:经过100 d的腐解,玉米秸秆生物量失重率随着时间的延长逐渐增加,玉米秸秆失重率为57.1%~64.1%,其中以施用3号秸秆腐熟剂的玉米秸秆生物量失重率最高,为64.1%。施入不同秸秆腐熟剂后玉米秸秆氮、磷、钾释放率分别为35.1%~57.2%、44.2%~59.6%、77.4%~89.7%,其中以3号腐熟剂的秸秆磷、钾素释放率最高。各处理有机碳矿化率呈相同的趋势,均随时间的延长逐渐增加,取样末期有机碳矿化率在65.3%~69.1%之间,且各处理间差异不明显。综上,以3号秸秆腐熟剂腐解秸秆的效果最好。     

促腐菌剂对还田小麦秸秆腐解及土壤生物学性状的影响

在小麦秸秆还田的基础上,于夏玉米季通过田间小区试验,研究了留茬和粉碎覆盖2种秸秆还田处理方式以及添加不同促腐菌剂对小麦秸秆腐解率、土壤微生物量碳、氮和土壤纤维素酶活性动态变化特征的影响。结果表明,秸秆粉碎覆盖的还田方式比留茬还田方式小麦秸秆腐解率增加了11.0%,腐解效果较好,腐解率表现为M2M1CK。在2种秸秆还田方式下,施用不同的促腐菌剂在一定程度上提高了土壤微生物量碳、氮的含量水平,且表层土壤微生物量碳、氮明显高于下层。在小麦秸秆粉碎覆盖的还田方式下,施用促腐菌剂可以促进夏玉米生长中后期还田秸秆的腐解,小麦秸秆腐解率平均水平为62.3%~75.0%,土壤纤维素酶活性和土壤微生物量碳在添加促腐菌剂M2分别比CK增加了31.1%和80.6%,土壤微生物量氮在添加促腐菌剂M1比CK增加了37.9%,且土壤纤维素酶活性和土壤微生物量碳含量表现为M2M1CK,土壤微生物量氮含量表现为M1M2CK。     

玉米秸秆还田对盐碱地土壤真菌多样性的影响

为揭示盐碱地秸秆还田改良中土壤真菌群落结构及其多样性变化,以未开垦盐碱地(ZH1)、非盐碱连作玉米田(ZH2)和秸秆还田盐碱玉米田(ZH3)为材料,在玉米吐丝期,利用高通量测序技术与相关生物信息学分析结合,研究表层土壤真菌群落丰富度、多样性和群落结构的变化。结果表明,3个处理土壤真菌群落结构和丰度差异大,已知菌属中ZH1的优势属为马拉色菌,ZH2优势属为暗球腔菌属,ZH3优势属为链格孢属。玉米秸秆还田对盐碱地土壤真菌多样性的影响较大,两年玉米秸秆还田盐碱土壤真菌多样性和物种丰度与未开垦盐碱地比较均有所下降。     

土壤质地对秸秆分解的影响及其微生物机制

本研究以河南省封丘县的砂质、壤质、黏质潮土为对象,基于网袋秸秆埋设法,比较分析了经半年埋设后小麦和玉米秸秆分解速率变化,及基于磷脂脂肪酸(PLFA)的微生物组成差异。结果表明:秸秆分解率在不同质地潮土间无显著性差异;残留秸秆中碳含量与原始秸秆相当,表明秸秆分解过程中碳按比例减少;但氮和磷含量显著增加,尤其在质地黏重的土壤处理中更为明显。经半年埋设,小麦和玉米秸秆中钾的释放比例分别高达99%和97%。PLFA结果显示,两种秸秆中的细菌、真菌、放线菌在砂、壤、黏土处理间无显著差异,表明影响秸秆分解的微生物生物量在不同土壤质地处理间相当,这可能是导致秸秆在不同质地潮土中分解率无显著差异的原因之一;但PCA分析表明,参与小麦和玉米秸秆分解的微生物种类有所不同,其差别主要与革兰氏阳性菌14:0、i14:0、3OH-16:0、i17:0,革兰氏阴性菌cy17:0以及放线菌10Me18:0有关。     

黄顶菊(Flaveria bidentis)入侵对土壤微生物功能多样性的影响

外来植物入侵对土壤生物多样性的影响已成为生态学领域的研究热点之一。运用Biolog技术和氯仿熏蒸浸提法研究了黄顶菊入侵对土壤微生物群落功能多样性及土壤微生物量的影响。结果表明,黄顶菊入侵后土壤微生物代谢活性显著升高;土壤微生物群落平均吸光值(AWCD)的变化趋势为:入侵地根际土(RPS)入侵地根围土(BS)未入侵地(CK),且差异显著;而CK的功能多样性指数(H)高于BS,RPS亦高于BS,差异均显著(P0.05)。主成分分析结果表明,黄顶菊入侵使土壤微生物群落的碳源利用方式和代谢功能发生改变。对不同碳源利用的分析结果表明,糖类、氨基酸类、羧酸类和聚合物为土壤微生物利用的主要碳源。入侵样地BS和RPS的微生物量碳分别比CK高27.05%、121.52%;BS和RPS的微生物量氮分别比CK高37.40%、79.80%。相关性分析表明,AWCD与微生物量碳和微生物量氮均呈极显著正相关(P0.01)。由此可知,黄顶菊入侵增强了入侵地土壤微生物代谢活性,降低了土壤微生物群落的功能多样性,增加了土壤微生物量碳、氮水平。     

铀污染对土壤酶活性及微生物功能多样性的影响

为研究外源铀对土壤微生态的影响,设置不同浓度(0、10、20、50、100、150 mg·kg^-1)的铀对土壤进行处理,测定各铀处理组中土壤酶活性和微生物功能多样性。Biolog-ECO微平板技术分析结果表明,随着铀污染浓度升高,微生物活性逐渐降低;各铀处理组土壤微生物群落Shannon、Simpson、McIntosh多样性指数均显著低于对照组。铀处理后,六大类碳源利用能力较对照组显著降低,其中酚酸类碳源平均颜色变化率(AWCD)仅为对照组的19.98%。对照组中,微生物对胺类碳源利用能力最高;10 mg·kg^-1铀处理组中,微生物对多聚物类碳源利用能力最高;50、100和150 mg·kg^-1铀处理组中,微生物对羧酸类碳源利用能力最高。酶活性分析表明,随着铀污染浓度升高,碱性磷酸酶和芳基硫酸酯酶活性均呈下降趋势,而亚硝酸还原酶活性呈先升高后降低的趋势。纤维素酶活性仅在高浓度铀污染土壤中受到抑制。铀处理第30天,酶活性受到的抑制作用最强。4种酶对铀敏感程度依次为芳基硫酸酯酶>碱性磷酸酶>亚硝酸还原酶>...     

不同供氮水平对玉米秸秆降解初期碳素矿化及微生物量的影响

采用室内恒温(25℃)培养方法研究了不同无机态氮供应水平(0、30、60、80、100Nmgkg-1土)对玉米秸秆降解初期的影响。试验结果表明:碳素的矿化量随着添加无机氮源数量的增加而增加,其中两个高氮添加量(80、100mgkg-1)处理的碳素矿化量要高于不加氮源和两个低氮添加量处理(30、60mgkg-1)。不同氮量添加条件下微生物量碳的变化呈相同趋势。利用土壤呼吸和微生物量碳计算而得的微生物代谢商在低量氮素处理条件下高于较高量氮源添加处理,表明高量氮素添加可提高微生物对秸秆碳素的利用效率。以上结果说明:对C/N比较大的玉米秸秆而言,土壤中无机氮素的供给对残体碳素的初始矿化有明显的影响,相对较低的氮源供给量不能满足微生物快速生长代谢对氮素的需求,使秸秆降解过程受到一定程度的抑制,不利于土壤氮素截获。因此在大田条件下,秸秆还田时要考虑氮素的供应问题,根据实际需要确定秸秆还田时间及肥料氮素施用水平。