玉米秸秆还田后土壤胡敏酸变化的谱学研究

 采用红外示差光谱、13C-核磁共振波谱和激光解吸质谱对玉米秸秆施入土壤后土壤胡敏酸（HA）的谱学特征的动态变化进行了研究。结果表明，在玉米秸秆施入土壤后土壤HA的变化具有阶段性，在开始的60 d，主要是以秸秆含有的类胡敏酸物质（秸秆HA）为基础，腐解产物发生聚合作用形成新的与秸秆HA相类似的HA，并且秸秆分解形成的小分子中间产物与土壤原有的HA发生作用而进入HA结构中。而在施入60 d后，碳水化合物和酰胺化合物以木质素分解的残体为核心发生聚合作用形成新HA，且在90 d后进入HA中的亚甲基成分发生了转化，并伴随有甲氧基和甲基的产生。玉米秸秆分解形成的中间产物与土壤HA发生聚合反应，一部分形成为亚稳态的聚合体。玉米秸秆施入土壤后，土壤HA的芳香度降低，芳香碳减少，而烷基碳和烷氧碳增加，HA的脂肪族特性增强，同时，羧基碳减少，土壤HA的氧化程度下降，HA的平均分子量降低。     

核磁共振波谱法研究玉米植株残体培肥对土壤胡敏酸的影响

用核磁共振波谱法研究了施人玉米秸秆和根茬后土壤胡敏酸（HA）的变化。结果表明，玉米植株残体施用后，土壤HA的烷基链变短且多分支；土壤HA的芳香度降低，芳香碳减少，而烷基碳和烷氧碳增加，HA的脂肪族特性增强，氧化程度降低；发生变化最大的时期在施人玉米植株残体60d左右，且玉米秸秆对土壤胡敏酸的影响要大于根茬的影响。     

玉米秸秆分解期间土壤腐殖质数量动态变化的研究

通过室内培养试验研究了玉米秸秆在暗棕壤和水稻土中分解期间全土及不同结合态胡敏酸、富里酸数量的动态变化。结果表明:无论全土还是不同结合形态腐殖质,胡敏酸的数量都以15 d或30 d为转折点先增加后减少,而富里酸的数量减少。培养初期,富里酸的形成速度大于胡敏酸;随培养时间延长,富里酸转化为胡敏酸或相互转化;玉米秸秆分解最终增加了可提取腐殖质中胡敏酸的比例。     

培养条件下CO2对施入玉米秸秆后土壤有机质的影响

通过室内模拟试验研究了玉米秸秆分解期间土壤有机质及其各组分对CO2浓度升高的响应。研究结果表明:随着培养时间的延长,土壤有机碳、水溶性有机碳、胡敏素逐渐减少,可提取腐殖物质先增加后下降,可提取腐殖物质中胡敏酸(HA)的相对比例(PQ)则在玉米秸秆分解初期表现为先减少后增加、最后趋于稳定,表明富里酸(FA)和HA经历了一段相互转化的过程后达到了动态平衡。土壤微生物量碳随着CO2浓度升高而减少,高浓度CO2处理抑制土壤微生物的活动,降低了土壤有机碳的分解速度,有利于水溶性有机碳的积累;CO2浓度升高使PQ下降,不利于HA的形成。通过相关分析,表明不同处理的土壤有机碳与土壤微生物量碳、可提取腐殖物质与土壤微生物量碳、土壤有机碳与FA间均呈显著正相关,在正常大气培养条件下,土壤微生物量碳与水溶性有机碳呈显著正相关(r=0.649,P<0.05)。     

不同还田方式下有机物料有机碳分解规律研究

利用网袋法和砂滤管法模拟田间还田方式,研究不同处理下各有机物料有机碳的腐解特征。结果表明,网袋法玉米、大豆秸秆经过150 d后,其秸秆生物量有38.9%～46.6%被分解。秸秆还田分解趋势为:土埋处理露天处理;土埋玉米秸秆土埋大豆秸秆;露天大豆秸秆和玉米秸秆分解规律一致。从组织结构上看,玉米秸秆随着还田时间的增加,组织结构模糊、松散,基本组织和维管束遭到破坏,大豆秸秆组织结构变化不明显。不同还田方式下秸秆有机碳的分解规律为:玉米秸秆大豆秸秆。在砂滤管模拟条件下玉米、大豆秸秆和根茬有机碳分解趋势基本相似,均表现为埋管初期分解较快,后期分解较慢,其有机碳分解率趋势为:玉米秸秆大豆秸秆;降低C/N后,各有机物料有机碳分解率均高于不调节C/N。     

玉米秸秆不同还田方式对黑土有机碳组成和结构特征的影响

为研究玉米秸秆不同还田方式对黑土有机碳组成和结构特征的影响,以吉林农业大学微区试验田黑土为研究对象,设置CK(未施用秸秆)、C1(秸秆浅施)和C2(秸秆深还)共3种处理,通过腐殖质组成修改法提取富里酸(Fulvic acid,FA)、胡敏酸(Humic acid,HA)和胡敏素(Humin,HM),IHSS方法提取HA样品,并测定其元素组成、红外光谱和差热性质等结构性质。结果表明:秸秆还田有利于土壤和各腐殖质组分有机碳含量提高,土壤腐殖质PQ值(HA在可提取腐殖质中所占的比例)显著增加;与CK相比,C1处理表层(0~20 cm)的SOC、HA、FA和HM有机碳含量明显增加,分别增加了21.8%、27.3%、11.5%和30%;C2处理亚表层(20~40cm)的SOC、HA、FA和HM有机碳含量显著增加,分别增加了26.3%、32%、13.4%和31.9%。C1和C2处理均使HA的氧化度、缩合度和热稳定性降低,脂族链烃和芳香碳含量增加,结构趋于简单化。这些变化在C1处理中主要体现在表层,与CK相比,C1处理表层HA的(O+S)/C比值降低了11.3%,I2920/I1620的比值增加了23.4%;C2处理主要为亚表层HA结构的变化,与CK相比,C2处理亚表层HA的(O+S)/C比值降低了9.1%,I2920/I1620的比值增加了23%。这一研究结果对阐明土壤培肥机理和指导秸秆还田实践有重要意义。     

白浆土无机纳米粒子对玉米秸秆腐解产物的影响

 以玉米秸秆为材料,通过室内培养法研究了白浆土B层（地表下100cm）提取出的纳米粒子对不同培养时期玉米秸秆腐解形成的可溶性产物组分含量的影响,并采用傅里叶变换红外光谱法对腐解产物结构组成进行了表征。结果表明：土壤纳米粒子的加入在玉米秸秆腐解培养的整个时期皆明显降低了水溶性有机化合物（WOM）的含量,主要是减少了水溶性胡敏酸（WHA）的含量,而对小分子有机化合物（WLOM）生成则有促进作用。在培养的第18天促进了碱溶胡敏酸（AHA）和碱溶富里酸（AFA）含量增加,在32-78d降低了AHA和AFA的含量。纳米粒子施入明显增加了WHA中羟基、甲基、亚甲基和次甲基含量,增加了碳水化合物和氨基化合物组分,即促进了脂族性高的WHA的生成;促进了AHA中碳水化合物组分的增加,降低了AHA的酸性,但对脂肪链结构组分无明显影响。纳米粒子的加入明显增加了WLOM和AFA的抗分解能力。     

添加玉米秸秆对黑土团聚体胡敏酸数量和质量的影响

运用元素分析和红外光谱分析法研究了培养条件下添加玉米秸秆对黑土及其大团聚体(2 000μm和2 000~250μm)、微团聚体(250~53μm)和粉粒+黏粒组分(53μm)中胡敏酸(HA)数量和结构特征的影响。结果表明:添加玉米秸秆增加黑土及其各级团聚体HA数量,且2 000~250μm大团聚体中HA含量最多;大团聚体HA的氧化度和芳香-C提高;250~53μm微团聚体与53μm粉粒+黏粒HA的氧化度和芳香-C降低;黑土及其各级团聚体HA分子缩合度下降,脂族链烃-C增加,脂族链烃-C/羧基-C和脂族链烃-C/芳香-C值均较对照增加,脂族性得到提高。不同粒级团聚体之间相比,大团聚体中HA分子结构是以高的缩合度、氧化度、脂族链烃-C、芳香-C含量为特征;53μm粉粒+黏粒中HA分子结构是以最低的脂族链烃-C、芳香-C、羧基-C和最高的多聚糖-C为特征。添加玉米秸秆增加了土壤HA数量,降低了HA分子结构的缩合度和氧化度,脂族性提高,使土壤HA分子结构"年轻化",活性增强,对于土壤固碳、提高土壤质量具有重要作用。     

玉米秸秆生物炭对天人菊土壤理化性质及根际土壤真菌群落结构的影响

【目的】明确玉米秸秆生物炭对天人菊土壤养分含量、酶活性和根际真菌群落等环境因子变化规律的影响及其作用机制,为提高玉米秸秆的资源化利用提供理论依据。【方法】在盆栽天人菊土壤中分别施入20、40、60和80 g/kg的玉米秸秆生物炭,以不添加玉米秸秆生物炭处理为对照（CK）,于盛花期测定各处理天人菊根际土壤的速效养分（速效磷、速效钾、碱解氮和有机质）含量及过氧化氢酶（CAT）和脲酶活性,采用高通量测序技术测定根际土壤真菌群落多样性,并分析玉米秸秆生物炭作用下天人菊根际土壤理化性质与土壤真菌群落结构间的相关性。【结果】与CK相比,土壤中施入20～60 g/kg玉米秸秆生物炭可显著提高天人菊根际土壤速效磷含量（P<0.05,下同）,极显著提高速效钾、碱解氮和有机质含量（P<0.01,下同）;在土壤酶活性方面,土壤中施入20～80 g/kg玉米秸秆生物炭对CAT活性无显著影响（P>0.05,下同）,施入40 g/kg玉米秸秆生物炭极显著提高脲酶活性,但施入量达80 g/kg时极显著降低脲酶活性。即玉米秸秆生物炭能有效改变天人菊根际土壤理化性质,且以施入40 g/kg的效果最佳。施入玉米秸秆生物炭能调控天人菊根际土壤的真菌群落结构,也是以施入40 g/kg的真菌物种相对丰度较高,生物炭作用效果最明显。在门分类水平上,各玉米秸秆生物炭处理天人菊根际土壤真菌群落结构中以子囊菌门（Ascomycota）为绝对优势菌门,其次是担子菌门（Basidiomycota）、接合菌门（Zygomycota）、壶菌门（Chytridiomycota）和球囊菌门（Glomeromycota）;在科分类水平上,优势菌科为子囊菌门的6个科［毛壳菌科（Chaetomiaceae）、小囊菌科（Microascaceae）、丛赤壳科（Nectriaceae）、毛球壳科（Lasiosphaeriaceae）、子囊菌科（Ascomycoceae）和毛孢壳科（Coniochaetaceae）］及接合菌门的被孢霉科（Mortierellaceae）,且毛壳菌科、小囊菌科、从赤壳科、子囊菌科、被孢霉科及毛孢壳科等6个根际土壤优势菌科均表现为各玉米秸秆生物炭处理的相对丰度明显高于CK。天人菊根际土壤理化特性指标与子囊菌门和接合菌门及子囊菌科、被孢霉科和毛孢壳科的相对丰度密切相关。【结论】玉米秸秆生物炭可活化天人菊根际土壤理化性质及酶活性,改变土壤真菌群落结构,进而提高土壤肥力,其中以施入40 g/kg玉米秸秆生物炭的作用效果最佳,可在生产上推广应用。     

新鲜饲料作物及作物秸秆高密度成型产品的试验研究

为了开发新鲜饲料作物和作物秸秆的高密度成型产品。以苏丹草和玉米秸秆为试验材料,对新鲜饲料作物及作物秸秆高密度成型产品进行感官评定和营养成分变化分析。经高密度压捆缠膜处理后,苏丹草和玉米秸秆呈黄绿色、适口性好、有酒香的芳香味道、无结块和粘烂发霉现象,感官评定达到优级标准。与新鲜样品相比,高密度产品经90 d贮藏后主要营养指标无显著变化。在自然干燥状态下,经60 d贮藏玉米秸秆的粗蛋白、碳水化合物和有机物分别降低21.8%、83.0%和4.3%。通过该方法贮存新鲜饲料作物及作物秸秆,能较好地保持其营养成分,为新鲜饲料作物及作物秸秆的合理利用提供了新途径。     

腐植酸对土壤砷化学形态及生物可给性的影响

利用in vitro方法研究了腐植酸(HAs)的两种活性组分——富里酸(FA)和胡敏酸(HA)及其不同比例(HA/FA)对土壤As在胃与小肠阶段生物可给性的影响,分析了As的生物可给性与HAs影响下As形态转化的关系。结果表明:在添加量≤1%C时FA和HA均可提高交换态As的分配比例,FA能显著促进土壤As由铝型As和铁型As向残渣态As转化,且随用量的增加转化作用增强,而HA的这种作用强度较弱,在HA添加量为5%C时甚至表现出相反的作用;FA和含3%C的HA处理显著增加了土壤As胃阶段生物可给性,FA和HA均显著增加了土壤As肠阶段生物可给性;HAs添加总量为1%C时,不同HA/FA的HAs均增加了土壤As的生物可给性,HA/FA为5/5时胃肠生物可给性最大,HA/FA为7/3时肠阶段生物可给性最小;HAs对土壤As生物可给性的影响与其影响As形态分布密切相关,在胃阶段对土壤生物可给性As具有显著影响的形态是交换态As和钙型As,单位交换态As对生物可给性As的贡献比钙型As大,在肠阶段对生物可给性As影响显著的是钙型As。     

腐殖酸对贵州万山地区土壤中汞赋存形态的影响

通过盆栽试验研究了不同浓度(1%C、1.5%C、2%C)腐殖酸(HAs)活性组分(富里酸FA,胡敏酸HA)对含汞土壤中汞赋存形态的影响。结果表明,HAs的添加可以显著降低土壤水溶态汞和交换态汞的含量,增加土壤碱溶态汞和有机结合态汞的含量,从而有效降低土壤汞的生物有效性,但不同腐殖酸浓度与组分对土壤汞形态转化的影响不一。与对照CK相比,不同浓度FA和HA作用下土壤水溶态汞和交换态汞在45 d内分别下降了6.28%～7.05%、13.25%～15.89%和7.32%～7.46%、14.26%～16.7%;而土壤碱溶态汞和有机结合态汞在45 d内分别上升了13.03%～16.24%、14.33%～17.27%和2.52%～8.67%、15.96%～19.16%。     

蚯蚓作用下不同C/N秸秆还田对土壤CO2及N2O排放的影响

为探讨蚯蚓作用下不同C/N秸秆还田对土壤CO_2及N_2O排放的影响,利用室内培养实验,选取不同C/N的四种秸秆(油菜饼、玉米叶、水稻秸、玉米秆)为材料,以无秸秆的处理为对照,比较有、无蚯蚓(Metaphire guillelmi)作用下不同秸秆施入土壤后的CO_2及N_2O排放规律。为期60 d的培养显示,无论添加何种秸秆,土壤CO_2和N_2O的累积排放量均不同程度增加,且CO_2排放系数(EFs-C)与秸秆C/N呈显著的负相关关系(R2=0.827 3)。蚯蚓活动刺激了土壤CO_2和N_2O的产生,接种蚯蚓后的油菜饼、玉米叶、水稻秸、玉米秆和对照处理CO_2累积排放量较相应的无蚯蚓处理分别增加了0.3、0.5、0.9、1.0、1.8倍,N_2O累积排放量较相应的无蚯蚓处理分别增加了1.4、1.7、1.7、1.4、9.5倍。然而,进一步的分析显示,蚯蚓提高了低C/N油菜饼处理的N_2O排放系数(EFs-N),却降低了其他秸秆处理的EFs-N。此外,低C/N油菜饼混入土壤后在培养前期即产生了较高含量的无机氮和可溶性碳,而其余秸秆混入土壤后却导致无机氮含量低于对照处理;虽然接种蚯蚓在培养后期缓慢增加了高C/N秸秆处理的无机氮,但仍低于无秸秆的蚯蚓对照处理。研究表明,接种蚯蚓和施入秸秆均能促进土壤CO_2及N_2O的排放,但蚯蚓作用下不同秸秆施用对EFs-N的影响却可能因秸秆C/N的不同而产生差异。     

植物物料不同腐解期土壤胡敏酸及腐解物红外光谱特征的研究

研究结果表明,玉米秸秆和苜蓿各腐解期土壤胡敏酸红外光谱均具有一般胡敏酸的光谱特征;其光谱变化特征可反映胡敏酸的形成、“熟化”进程;腐解6～9个月期间是胡敏酸芳构化、缩合和甲基分解等反应的活跃期,腐解9个月后的胡敏酸已达到较高的芳构度和缩合度.不同腐解期腐解物的红外光谱可反映物料的腐解进程,1720cm^-1和870cm^-1吸收带可作为表征两种物料腐解进程的指标.腐解物组分对红外光谱影响的研究证实了木质素未直接参与腐殖质形成过程.     

带穗玉米秸秆青贮过程中pH和营养物质的变化规律

[目的]探讨带穗玉米秸秆的pH和营养物质随青贮时间的变化规律。[方法]选取生长期为89 d的带穗玉米秸秆调制青贮饲料,密封于30 L的塑料桶中,分析0~63 d青贮时间内pH和主要营养物质随时间的变化规律。[结果]随着青贮时间的延长,带穗玉米秸秆的pH在第0~3天呈明显下降趋势,在整个青贮过程中,pH由6.24下降至3.68,下降了41.03%(P0.05);干物质下降了24.60%(P0.05);粗蛋白增加了3.35%(P0.05);粗灰分、粗纤维和中性洗涤纤维的含量略有提高(P0.05);钙、总磷、酸性洗涤纤维的含量与原料接近。[结论]带穗玉米秸秆在青贮过程中,pH下降明显;粗蛋白质含量稍有增加,与摘穗玉米秸秆青贮料相比,带穗玉米秸秆青贮料提高了粗蛋白含量,降低了粗纤维含量;从化学物质的变化规律得出:带穗玉米秸秆的青贮时间可由常规的60 d缩短至50 d。     

不同来源胡敏酸的结构表征

本文研究了土壤、泥炭和猪粪胡敏酸(HA)的分子量、元素组成、宫能团含量、红外光谱、差热分析、电子能谱、~1H—NMR和~(13)C—NMR波谱等。结果表明,土壤HA的分子量、氧化程度、缩合度和芳香度均较高。泥炭HA的分子量小,氧化程度低,但其缩合度和芳香度比土壤HA还高。猪粪HA具有典型“年轻”胡敏酸的特点,共分子量、氧化程度,缩合度和芳香度均最低。研究结果还表明,3种HA的脂族结构均>50％,特别是猪粪HA达85.3％;而芳香度均<43％,猪粪HA只有12.7％。因此认为所研究HA的脂族性似乎比其芳香性更为重要并不过分。     

外源添加磷石膏对堆肥碳组分及腐殖质品质的影响

为探究磷石膏的高效资源化利用方式,本文以鸡粪和玉米秸秆为原料,按照有机物料质量(以干物质计),添加磷石膏0%(对照)、磷石膏10%(PG10%)和磷石膏20%(PG20%)3个处理,研究外源添加磷石膏对堆肥碳组分及腐殖质品质的影响。结果表明:至堆肥结束时,CK、PG10%和PG20%处理均可腐熟,均可达到堆肥无害化标准。PG10%处理可延长堆肥高温持续时间(2 d)。与对照相比,PG10%和PG20%处理均显著降低了堆肥总有机碳、水溶性有机碳、腐殖质碳含量、胡敏酸碳含量和富里酸碳含量。PG10%处理的堆肥总有机碳、水溶性有机碳、腐殖质碳含量、胡敏酸碳含量和富里酸碳含量均显著高于PG20%处理,增幅分别为4.50%、51.79%、14.52%、16.99%和8.22%。与对照相比,PG10%处理的堆肥腐殖化指数、腐殖化率、胡敏酸百分含量和胡富比分别增加了3.44%、1.08%、2.36%和8.70%。因此,适量磷石膏添加(10%)可促进堆肥腐殖化进程,提高腐殖质品质。     

玉米秸秆及其根茬不同分解时间对土壤有效微量元素的影响

通过对黑钙土的培养试验 ,研究了玉米秸秆及其根茬施入土壤后不同分解时间对土壤有效微量元素的影响。在整个培养过程中 ,玉米秸秆及其根茬处理的土壤有效微量元素含量均高于对照。施用玉米秸秆土壤有效锌、锰、铁、铜提高幅度分别为 0 70～ 2 0 5、4 77～ 5 94、3 2 4～5 2 8和 0 19～ 0 63mg/kg ;施用玉米根茬土壤有效锌、锰、铁、铜分别为 0 2 1～ 0 64、2 30～ 3 72、3 96～ 6 63和 0 2 1～ 0 68mg/kg。     

纯有机物料腐解形成腐殖物质性质的动态变化

采用培养试验 ,对玉米秸、绿豆秸、猪粪、羊粪 4种有机物料腐解过程腐殖物质的组成 (H/ F)、胡敏酸性质、结构的动态变化进行了研究。结果表明 ,玉米秸从腐解 15～ 6 0 d,H/ F明显增大 ,胡敏酸结构趋于复杂 ;6 0～ 2 10 d,H/ F逐渐减小 ,胡敏酸由复杂趋于简单 ;2 10～ 36 0 d,H/ F呈增大趋势 ,胡敏酸趋于复杂。而绿豆秸、羊粪从腐解 15～ 90 d,H/ F呈减小趋势 ,胡敏酸芳构化度降低 ;随后 H/ F逐渐上升 ,胡敏酸趋于复杂。猪粪在整个腐解过程中 H/ F一直呈上升趋势 ,胡敏酸由简单趋于复杂。腐殖物质的形成是一个氧化过程 ,酚羟基氧化转化为羧基     

造纸黑液与玉米秸秆堆肥实验

[目的]开发利用玉米秸秆资源,解决造纸黑液对环境的污染问题。[方法]通过用不同方法使玉米秸秆与造纸黑液混合发酵,对其混合的比例、发酵时间、pH值、玉米秸秆粉的细度等因素进行研究,确定混合发酵的最佳配比、最佳中和时间和最佳发酵条件。[结果]造纸黑液与玉米秸秆混合发酵的最佳条件为:将玉米秸秆与水按质量比1∶1混合在常温隔绝空气的条件下发酵4周,然后将造纸黑液与所得的玉米秆发酵产物按质量比15∶1混合在常温隔绝空气的条件下发酵4周,可得到pH值在6.0~7.0富含腐殖酸的有机绿肥。[结论]该研究对有效利用玉米秸秆资源和治理环境污染具有重要意义。