紫色水稻土胡敏酸的形成——稻草腐解试验

土壤腐植酸类物质的形成是土壤固碳的重要过程,但对腐植酸类物质形成过程的了解仍不甚清楚,为了丰富土壤腐植酸类物质形成理论,采用富立叶变换红外光谱和固态交叉极化-魔角旋转~(13)C-核磁共振光谱技术分析了紫色水稻土稻草腐解过程中胡敏酸的波谱学特征.结果表明,稻草腐解的前期,胡敏酸的红外光谱所有吸收峰(3 364、2 933、1 653、1 599、1 508、1 461、1 421、1 331、1 225、1 126、1 033 cm~(-1))强度皆有明显减弱,核磁共振光谱的烷基、多羟基和芳基的共振峰明显减弱且甲氧基的共振峰显著增强,即表明提取的胡敏酸为类胡敏酸的木质素;随着腐解的进行,胡敏酸的红外光谱的吸收峰强度皆显著增强,核磁共振光谱的烷基、芳基和羰基的共振峰增强,即表明此时的胡敏酸已是以木质素残体为核心并结合烷基、酰胺以及糖类物质反应形成的高分子聚合体;稻草腐解的后期,胡敏酸的红外光谱的2 933 cm~(-1)处的吸收峰强度减弱,1 65l、1 599、1 508、1 461、1 422和1 224cm~(-1)处的吸收峰小幅增强,核磁共振光谱的烷基共振峰减弱,甲氧基共振峰增强,表明此时的胡敏酸发生脱烷基(主要是甲基)过程.因此,红外光谱吸收峰强度与核磁共振光谱共振峰强度的规律性变化反映了稻草腐解过程紫色水稻土胡敏酸的形成过程具有阶段性,紫色水稻土胡敏酸的形成过程符合木质素学说.     

玉米秸秆腐解释放溶解性有机质的光谱分析

为进一步开展保护性耕作,在模拟农田黄绵土壤微生物条件下,采用总有机碳法研究玉米秸秆不同腐解过程中溶解性有机质的释放特征,通过紫外光谱、红外光谱以及三维荧光光谱法,对溶解性有机质的光谱特性和荧光组分进行解析。结果表明,溶解性有机质在腐解第0.5天达到最大值为221.01 mg·L^-1,腐解过程可分为腐解初期(0～3 d)、腐解中期(3～30 d)和腐解后期(30～60 d)三个阶段,释放特征呈“W”型趋势。紫外光谱表明,E₂/E₃和E₂/E₄均先降低后趋于稳定,SUVA₂₅₄呈先增加后降低趋势。红外光谱表明,腐解初期主要释放游离氨基酸和可溶性糖,腐解中期以降解蛋白质、淀粉类碳水化合物、脂类等易降解性组分为主,腐解后期则以形成腐殖质类为主。三维荧光光谱表明,溶解性有机质首先转化为类富里酸,随后进一步形成类胡敏酸。研究表明,多光谱联用技术可用于秸秆源溶解性有机质的光谱特性和荧光组分解析。     

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     

有机物料腐熟剂对秸秆模拟还田腐解规律的研究

为探讨有机物料腐熟剂对秸秆还田进程中的腐解规律,以玉米秸秆和水稻秸秆为研究材料,采用尼龙网袋模拟秸秆还田,研究了玉米秸秆和水稻秸秆配施有机物料腐熟剂还田进程中有机碳和腐殖质组分的变化。结果表明,在秸秆还田第30d,与不添加有机物料腐熟剂相比,稻草和玉米秸秆添加有机物料腐熟剂还田的腐解产物总有机碳降低了14.95%、14.63%;所形成的胡敏酸和富里酸总碳分别提高了30.70%、29.17%,胡敏酸碳分别提高了55.56%、48.88%,胡敏酸与富里酸的比值分别提高了53.71%、29.73%。由此可以得出,秸秆还田配施有机物料腐熟剂可以提高秸秆中有机物质的转化,促进腐殖质组分的形成,加快了秸秆的腐殖化进程。     

非腐解有机物培肥对苏打草甸水稻土腐殖质结合形态的影响

几种非腐解有机物为施于苏打草甸水稻土后,对土壤中不同结合形态的腐殖质的动态变化进行了研究。结果表明,非腐解有机物料施入供试水田土壤后,土壤中的公结态腐殖质和联结态腐殖质均较对照大幅度增加,而穗结态和紧结是显著差异,从所测得的胡敏酸和富里酸含量的动态变化看,土壤松结态和联结态腐殖质的胡敏酸,富里酸的含量也都有所提高,但松结态腐殖质中以胡敏酸增加的度明显,而联结态腐殖质中以富里酸增加的幅度明显。     

植物残体腐解物能态特征及其与组分的关系

通过对不同肥力条件下、不同腐解时期苜蓿残体腐解物进行组分分离,并分别对腐解物原样及去除各组分后的样品进行差热分析及红外光谱分析,结果表明:据DTA曲线中330℃特征放热峰的变化规律可将腐解过程分为波动起伏—急剧下降—趋于稳定3个阶段。苯-醇溶性物与水溶性物不影响腐解物总的能态变化规律,纤维素、半纤维素及木质素共同决定了腐解物的能态变化特征。     

有机残体（苜蓿）腐解过程中腐解物能态的研究

将粉碎的苜蓿样装砂滤管埋入不同施肥处理的长期定位试验地，分期取出腐解物样品，并将其进行了组分分离，测定燃烧热值，以探讨苜蓿样腐解过程中的能态变化特点及各组分对腐解过程中腐解物总热值的影响。结果表明：苜蓿样腐解过程中腐解物的能态变化可分为波动起伏（第１－７月），急剧下降（第８，９月）和趋于平稳（第９月以后）３个阶段；纤维素，半纤维素及木质素类物质是影响腐解物热值的主要因素；腐解前期腐解物的能态与土壤     

寒地半干旱区水稻秸秆腐解质量变化规律研究

为合理利用秸秆养分资源,采用尼龙网袋翻埋法进行连续三年秸秆腐解试验,研究寒地半干旱地区水稻秸秆腐解规律变化特性。结果表明:每年10月至次年5月,秸秆腐解进入停滞期;每年6月至9月翻埋到水田中的秸秆进入快速腐解期。秸秆腐解速率随时间的变化整体表现为快-慢-慢的升高过程。秸秆还田1a时,秸秆腐解率大幅度提高,腐解率达44.3%;秸秆还田2a时,秸秆腐解率提高相对减慢,其腐解率为19.5%;秸秆还田3a时,秸秆腐解率变化趋于平缓,秸秆腐解率为5.7%。     

稻草与牛粪混合腐解的最佳配比筛选

【目的】以腐殖质组成特征为评价依据,筛选稻草与牛粪混合腐解的最佳配比,为两类农业固体废弃物的资源化应用提供参考。【方法】以稻草和牛粪为材料,采用室内培养法,研究稻草与牛粪质量比为10∶0(Rs),9∶1(Rd1),7∶3(Rd2),5∶5(Rd3),3∶7(Rd4),1∶9(Rd5)和0∶10(Dm)混合腐解90 d,各处理水溶性物质(WSS)、可提取腐殖酸(HE)、胡敏酸(HA)、胡敏素(Hu)组分的有机碳含量(依次表述为C_(WSS)、C_(HE)、C_(HA)、C_(Hu)),以及胡敏酸碱溶液E_4/E_6、腐殖化系数(C_(HA)/C_(FA))的动态变化,筛选稻草与牛粪腐解的最佳配比。【结果】与0 d相比,在腐解完成(90 d)后,各处理C_(WSS)含量均有不同程度降低,相比于稻草,牛粪腐解后更易促进微生物对C_(WSS)的利用,使其下降86.2%;Rd2和Rd5处理使物料C_(HE)含量分别增加10.2%和28.6%,其余处理C_(HE)均有不同程度消耗;与0 d相比,腐解完成后,Rd1、Rd3和Dm处理均有助于C_(HA)的积累,其中牛粪腐解更易促进C_(HA)的形成,使其增加30.5%。在各处理下,物料HA分子均先发生降解、脂族化,而后逐渐缩合、芳香化,但HA分子结构仍趋于简单;在促进HA分子脂族化方面,Rd4处理的优势最大,而Dm处理更有利于HA结构的稳定。Rd3处理在促进腐殖质品质方面的贡献最大,其次为Rd1处理,Dm和Rs处理次之,但Rd2和Rd5处理不利于腐殖质品质的改善;Rs、Rd1、Rd2、Rd3和Rd4处理在腐解过程中更有利于C_(Hu)的分解,且Rd3处理的优势最大,使C_(Hu)含量下降91.0%,而牛粪比例≥90%更有助于C_(Hu)的累积。【结论】稻草与牛粪按照质量比5∶5混合腐解,易促进C_(Hu)的分解和C_(HA)的积累,利于腐殖质品质提升。     

“挂壁”法筛选常温稻秆腐解菌及其降解能力研究

采用"挂壁"法对稻秆高效腐解菌群进行富集,并以稻秆粉为唯一碳源筛选到生长能力强的腐解菌12株,进一步复筛从中获得腐解能力较强的细菌2株和真菌2株,通过16S rDNA、ITS序列分析及菌株形态学观察,初步鉴定菌株GS2-3、ZJA-6分别为解淀粉芽孢杆菌(Bacillus amyloliquefaciens)和类芽孢杆菌(Paenibacillus pabuli),菌株ZJB-5、ZJC-1分别为哈茨木霉(Trichoderma harzianum)和拟康宁木霉(Trichoderma koningiopsis).细菌GS2-3、ZJA-6和真菌ZJB-5、ZJC-1均具有较高的纤维素酶和半纤维素酶活性,纤维素酶活力分别达到21.85、13.20、106.48、187.13 U·mL^-1,半纤维素酶活力分别达到960.70、1 879.67、100.64、6 727.30 U·mL^-1;液体培养7 d后,菌株GS2-3、ZJA-6、ZJB-5和ZJC-1对稻秆的相对降解率分别为22.78%、34.25%、33.32%和27.99%,显著高于其他降解菌;土培降解试验表明,4株腐解菌均有较强的腐解稻秆能力,处理28 d后菌株ZJC-1、GS2-3、ZJA-6、ZJB-5的腐解率分别达到23.2%、19.2%、17.8%、14.7%.这表明采用"挂壁"法进行优势菌群的富集,为针对性地获得稻秆还田腐解菌提供了新的思路.     

秸秆腐解过程中结构的变化特征

应用尼龙网袋法和傅里叶变换红外光谱分析,研究玉米和大豆秸秆在3种不同试验地(葡萄园、桃园、农田)腐解过程中的结构变化特征,为秸秆还田措施提供理论依据。结果表明,玉米和大豆秸秆的官能团组成具有相似之处,但在3400、1640、1400~1460、1310、1000~1100 cm~(-1)处的吸收峰强度不同,稳定成分存在差异。腐解前后作物秸秆红外光谱吸收峰强度有所改变,随着腐解时间的增加,羟基、酰胺基、甲基、亚甲基和次甲基的含量逐渐降低,羧基增多,有机酸形成,碳水化合物、酰胺类化合物、糖类等逐渐分解。易分解的化合物(如脂肪族结构、酰胺类化合物和糖类)可直接进行分解,部分芳香类等难分解化合物则先分解为羧酸酯类(1725~1735 cm~(-1))、脂肪族类(1450~1460 cm~(-1))等中间产物后再进行分解。1560~1732 cm~(-1)处的肩峰与作物残体中有机酸有关。尿素对玉米秸秆的腐解具有促进作用,且与1310 cm~(-1)处的吸收峰变化有关。作物秸秆还田之后,会向腐植酸方向腐解,其结构变化在不同土地利用类型和干湿处理之间无明显区别(P0.05),与还田作物秸秆种类以及N含量有关。     

里氏木霉利用玉米秸秆形成类胡敏酸（HAL）的特异性研究

为探明里氏木霉(Trichoderma reesei)在腐殖化过程中,不同培养时间下利用玉米秸秆得到的培养产物(HLS)的碱提取物——类胡敏酸(HAL)的结构特征是否具有与土壤胡敏酸相似的特异性,通过固体培养的方式模拟秸秆堆肥,在玉米秸秆中添加里氏木霉进行为期30 d的腐殖化培养,并以灭菌后不添加微生物的处理作为对照,在培养的0、15、30 d采样观察研究。通过元素组成、红外光谱及差热的技术手段对里氏木霉利用玉米秸秆形成的类胡敏酸(HAL)进行分析,与土壤的胡敏酸(HA)比较观察其特异性。对比CK,在模拟腐殖化的过程中,接种里氏木霉可以显著改变其HAL的结构特征,其芳香性/脂族性的比例变化符合多酚学说。里氏木霉可以在30 d内将HAL的元素结构集中在O/C=0.528、H/C=1.322左右,与土壤HA的O/C值、H/C值差异缩减了71.08%、49.25%,使其更加接近土壤HA的结构特征。总体来看,里氏木霉在分解矿化玉米秸秆中纤维素和木质素的同时,可以有效促进玉米秸秆向腐殖质的转化,其形成的HAL的结构变化支持了多酚学说。里氏木霉培养下的HAL可随着腐殖化培养时间的增加,与土壤HA的结构特征差异持续缩小,逐渐具有特异性。     

不同形态氮素对玉米秸秆腐解与养分释放的影响

为研究不同形态氮素对玉米秸秆腐解和养分释放的影响,采用尼龙网袋法进行室内堆腐试验,通过外源添加碳酸氢铵、硫酸铵、硝酸钙、尿素和谷氨酸等不同形态氮素调节玉米秸秆C/N（25：1）,以不添加氮素处理为对照（CK）。结果表明,随着培养时间的延长,添加不同形态氮素处理的玉米秸秆质量残留率逐渐降低,谷氨酸、硫酸铵和碳酸氢铵均能促进玉米秸秆的降解,其中谷氨酸对玉米秸秆的促腐作用最强,腐解速率常数达到2.8×10^-2 d^-1。尿素对玉米秸秆腐解无明显影响,硝酸钙一定程度上减缓了玉米秸秆的腐解。玉米秸秆腐解过程中养分释放率呈钾>磷>氮的规律。随着培养时间的延长,添加不同形态氮素处理的玉米秸秆碳、氮、磷和钾素质量残留率逐渐降低。培养到180 d时,玉米秸秆残余物中碳、氮、磷和钾素残留质量分别是其初始质量的16.9%~24.8%、21.57%~51.27%、22.72%~59.00%和24.86%~54.48%,其中谷氨酸对玉米秸秆碳、氮和钾素释放促进作用最强,其释放速率常数分别为1.37×10^-2、7.15×10^-3 d^-1和5.62×10^-3 d^-1;而硫酸铵能够促进秸秆中磷的释放,其释放速率常数为7.94×10^-3 d^-1,高于CK处理（7.54×10^-3 d^-1）。研究表明,谷氨酸会提高玉米秸秆的腐解速率与碳、氮和钾素的释放,硫酸铵会提高玉米秸秆的腐解速率与碳、氮、磷素的释放,碳酸氢铵会提高玉米秸秆的腐解速率与氮素的释放,尿素和硝酸钙会促进碳、氮、钾养分的释放,谷氨酸和硫酸铵的促腐效应高于其他形态氮素处理。从还田秸秆快速腐解和养分释放及高效利用角度考虑,秸秆还田后施用谷氨酸和硫酸铵效果最佳。     

接种微生物条件下牛粪+麦秸堆腐过程有机组分的动态变化

大量排放的畜禽粪便若利用不当则会对环境构成威胁,经微生物发酵、制成高效有机肥料是粪肥与秸秆综合利用的一种重要方式.试验以牛粪添加不同比例的小麦秸秆为原料,在接种和非接种微生物的条件下进行堆腐.研究了腐解过程有机组分及腐殖物质的动态变化.结果表明,随着腐解进行,乙醇溶性组分含量逐渐降低;水溶性组分含量先升高再降低;半纤维素和纤维素含量随腐解进行呈现一定波动,但总体旱降低趋势;木质索含量呈增加趋势;全碳含量降低,腐殖物质碳占全碳的比例逐渐增加,H/F比值逐渐升高.秸秆的加入比例越高越有利于木质素的积累,牛粪所占比例越大则越有利于腐殖物质的形成.接种微生物可促进有机物料中各有机组分的分解,并有利于腐殖物质的形成.     

等碳量玉米秸秆及其腐解、炭化材料还田对黑土腐殖质的影响

本文通过在高型塑料桶施加等碳量的玉米秸秆、腐熟秸秆和生物质炭的盆栽试验,以不施加有机物料作对照,研究不同还田材料对土壤腐殖质组成和胡敏酸结构性质的影响,为施用不同秸秆产品提供科学支持。试验共设4个处理,分别是不施加有机物料的对照(CK)、施加玉米秸秆(CS)、施加腐熟玉米秸秆(HCS)和施加玉米秸秆生物质炭(Bc),每个处理3次重复。结果表明:3种有机物料处理有利于增加土壤有机碳含量,改善腐殖质组成。Bc、HCS和CS处理SOC分别增加了18.20%、17.36%和1.45%,Bc和HCS处理差异显著;水溶性物质(WSS)含碳量分别增加36.36%、36.36%和18.18%,差异显著;胡敏素(HM)含碳量分别增加28.91%、24.69%和1.25%,Bc和HCS处理差异显著;胡敏酸(HA)含碳量分别增加21.64%、19.65%、8.46%,差异显著;富里酸(FA)含碳量显著减少;PQ值显著增加,从CK的62.86%分别增加到74.16%、69.86%和67.47%。不同材料对HA分子结构的影响不同,CS和HCS 2种秸秆处理的HA分子H/C和2920/1620比值增大(分别从1.056增加到1.075和1.107;从0.262增加到0.333和0.380),高温/中温放热比和失重比显著降低(分别从1.95降低到1.75和1.57;从1.56降低到1.50和1.41),说明施加玉米秸秆和腐熟秸秆使得HA分子缩合度和芳香性下降,脂族性增强,有利于HA分子向简单化方向发展;而Bc与秸秆处理相反,HA分子H/C和2920/1620比值减小(分别从1.056减少到1.025;从0.262减少到0.223),高温/中温放热比和失重比增加(分别从1.95增加到2.19;从1.56增加到1.65),说明施加生物质炭使得HA分子脂族与芳香碳比例下降,缩合度和芳香性增强,更有利于HA分子的稳定。秸秆和腐熟秸秆还田有利于增强HA的活性,而生物质炭还田更有利于土壤有机碳的固定。     

有机物料在紫色母岩风化碎屑中的腐解及调控

通过对3种常见的有机物料在两种紫色母岩新风化碎屑中的腐解规律研究。结果表明,在进行秸杆还田时,秸秆的种类、土壤水分含量,以及地表的覆盖条件都与秸秆的分解速率有很大关系。其中试验所采用的玉米秸秆、麦秆和牛粪三者中,玉米秸秆分解最快,牛粪最慢;土壤水分为16%-20%时,玉米秸秆分解速率最快,土壤水分过高或过低分解率都会降低。改善土壤的水热状况,以覆盖地膜或秸杆覆盖都能加快还田秸秆的分解速率,就二者来说,则以覆盖地膜效果更好。要想使三峡库区万县移民安置区居仙镇新垦紫色土壤中10年后有机质达20g/kg,根据Jenny模型计算,估计须每hm^2耕地每年返还38.2t干重玉米秸秆。     

生物菌剂对玉米秸秆堆沤过程水热状况及酶活性的影响

为解决内蒙古西辽河平原地区还田玉米秸秆腐解困难及腐解周期长等问题,于2020年采用田间秸秆动态堆沤快速腐解试验,分别设置秸秆腐熟剂+秸秆（SRT）、新鲜牛粪+秸秆（SRN）、秸秆腐熟剂+新鲜牛粪+秸秆（SRW）、单一秸秆（CK）4种处理,研究不同外源生物菌剂对堆沤玉米秸秆温度、水分、纤维素酶、脲酶和木质素过氧化氢酶的影响。结果表明,添加秸秆腐熟剂和新鲜牛粪均可提高秸秆腐解速率,并缩短腐解时间。与单一秸秆堆沤相比,添加新鲜牛粪和秸秆腐熟剂均能显著提高堆体秸秆温度和含水率;SRW、SRT和SRN处理纤维素酶活性较CK分别提高15.64%、4.87%和7.96%,脲酶活性分别提高10.29%、3.43%和6.86%,木质素过氧化氢酶活性分别提高71.43%、48.05%和53.25%。因此,添加秸秆腐熟剂和新鲜牛粪可改善堆沤秸秆水热条件和提高秸秆水解酶活性,进而加快秸秆堆沤腐解进程,两者耦合使用效果更佳,可作为一种高效秸秆堆沤方式在内蒙古西辽河平原地区推广应用。     

Compositional and Structural Difference of Fulvic Acid from Black Soil Applied with Different Organic Materials: Assessment After Three Years

Knowledge of different effects of various organic materials on soil humic substance is important for both environmental safety and sustainable agriculture. A pot experiment was conducted at Jilin Agricultural University, Jilin Province in northeast China to discover the influence of herb residue, animal excrement, woody residue, animal remnant on fulvic acid (FA) composition and structure using differential thermal analysis-thermogravimetric (DTA-TG), fourier transform infrared spectroscopy (FTIR) and elemental analysis. DTA-TG showed the range of peak temperature in the first exothermic reaction increased following the trend: CK>herb residue>animal excrement>woody residue=animal remnant, and the most weight loss was observed in animal excrement. Moreover, the second exothermic reaction of CK- and animal excrement-FA was presented as double peaks, the order of weight loss in that area was animal remnant>CK>woody residue>animal excrement>herb residue. According to FTIR, herb residue displayed higher adsorption intensity at 2 950, 1 420, 1 240 and 1 030 cm^?1, animal excrement was in reverse. At the same time, herb residue- and animal excrement-FA had an absorption peak at 1 720 cm^?1, while other organic materials didn't have this peak. As elemental analysis showed, FA isolated from various treatments was significantly distinct. It was clearly shown from our results that FA composition and structure in amended soils may be affected in different ways and at various extents on dependence of the nature and origin of amendment.     

添加玉米秸秆条件下土壤有机碳含量对温度变化的响应

通过室内培养试验,研究了不同温度(10、30、50℃)下添加玉米秸秆对土壤总有机碳、团聚体有机碳、水溶性有机碳及腐殖质碳含量的影响。结果表明,与未添加玉米秸秆(CK)相比,添加玉米秸秆后土壤中以上各种有机碳含量均明显增加,同时促进了土壤微团聚体向大团聚体的转化。随培养温度的升高,添加玉米秸秆后的土壤总有机碳含量、土壤中0.25~0.053和0.053 mm粒级团聚体有机碳含量以及土壤腐殖质组分(胡敏酸和富里酸)的有机碳含量下降,而2~0.25 mm粒级团聚体有机碳含量增加,说明添加玉米秸秆后温度升高不利于土壤总有机碳、较小粒级团聚体有机碳、水溶性有机碳及腐殖质碳的积累,同时也不利于土壤大团聚体的形成。