秸秆施用下接种蚯蚓对农田土壤微生物特性的影响

在连续6年稻麦轮作系统中，研究不同秸秆施用方式下接种蚯蚓对土壤微生物生物量、活性（基础呼吸）及群落功能多样性（BIOLOG单一碳源利用指纹方法）的影响，试验设5个处理：对照（CK）、秸秆表施（M）、秸秆混施（I）、秸秆表施且接种蚯蚓（ME）、秸秆混施且接种蚯蚓（IE）。不同秸秆施用下接种蚯蚓均对土壤微生物生物量、微生物生物活性和群落碳源利用能力产生显著影响：两种秸秆施用方式下接种蚯蚓均增加微生物生物量；秸秆表施并接种蚯蚓导致微生物活性、碳源利用丰富度和多样性指数均降低，而在秸秆混施下则均升高；BIOLOG碳源利用分析结果表明在秸秆施用下接种蚯蚓后土壤的微生物群落组成发生明显变化。     

秸秆与生物质炭施用对土壤温室气体排放的影响差异

采用室内培养试验,向土壤中添加小麦秸秆和不同量生物质炭,同时比较探究秸秆与生物质炭施用对土壤温室气体排放及微生物活性的影响差异。试验共设5个处理:土壤(S)、土壤+1%小麦秸秆(WT)、土壤+1%生物质炭(BC1)、土壤+2%生物质炭(BC2)和土壤+4%生物质炭(BC4)。在培养期内,施秸秆处理土壤CO2排放量比对照处理S显著增加约12.60%~2005.63%,而施生物质炭处理降低约51.49%~97.93%。施秸秆处理的温室气体增温潜势(GWP)是对照处理S的1.12~19.24倍,而施生物质炭处理,即处理BC1、BC2和BC4的GWP分别降低了0.27%~64.06%,15.78%~94.01%和29.43%~92.28%。小麦秸秆施用会明显增加土壤温室气体排放,增加温室效应;而添加生物质炭对土壤CO2、N2O排放表现出一定的抑制作用,并明显减弱温室气体增温潜势,即生物质炭能明显减弱温室效应。添加小麦秸秆促进土壤微生物生物量碳的增加,提高FDA水解酶、脲酶、过氧化氢酶、磷酸酶活性;生物质炭施用一段时间后对土壤过氧化氢酶活性表现为显著激活作用。     

接种蚯蚓对施加秸秆的旱作稻田N2O排放的影响

通过田间试验研究了秸秆不同施用方式下接种蚯蚓(威廉腔环蚓,Metaphire guillelmi)对水稻旱作土壤N2O排放通量的影响。结果显示施加秸秆和接种蚯蚓增加了N2O的排放量。在秸秆表施的情况下,接种蚯蚓处理显著提高了N2O的排放量,从12.54 kg/hm2提高到14.94 kg/hm2 (P<0.05);但是在秸秆混施的情况下,接种蚯蚓处理未显著提高N2O的排放量。蚯蚓的存在使土壤NO3--N的含量显著提高,尤其是在混施秸秆的情况下。由于栽培期内NH4+-N变化幅度较小,不同处理NO3--N含量的变化决定了土壤矿质氮的分异。农田生态系统中蚯蚓对N2O排放的贡献主要体现在促进秸秆混入土壤,从而加快秸秆的分解和N2O的排放。     

不同秸秆施用方式下接种蚯蚓对土壤团聚体及其中碳分布的影响

通过室内培养试验,研究在施用有机物条件下接种蚯蚓对土壤团聚体的分布、团聚体的水稳性以及不同粒径的水稳性团聚体中有机碳含量的影响.干筛结果表明,不同秸秆施用方式下,蚯蚓接种能显著促进各个处理中＞2 mm团聚体含量的增加,且在秸秆混施的处理中表现得尤为明显,团聚体含量增加了2.95倍;湿筛结果表明,蚯蚓在不施和混施秸秆的处理中能显著降低土壤黏砂粒含量,即增加土壤中水稳性团聚体的含量,但是在表施秸秆的处理中显著降低了0.25～ 0.053 mm粒级团聚体含量,使之分散为黏砂粒.蚯蚓和秸秆对土壤团聚体分布和水稳性的影响都达到显著水平.蚯蚓对水稳性微团聚体的影响极显著,而秸秆的作用更多地表现在水稳性大团聚体上.在秸秆表施和秸秆混施条件下,接种蚯蚓均显著促进了微团聚体碳含量的增加,分别为相应对照的2.1和1.2倍.蚯蚓作用能显著降低黏砂粒有机碳在全碳中含量,增加团聚体有机碳含量,主要是由于蚯蚓的作用能促进黏砂粒黏结为团聚体.     

施肥对板栗林土壤活性碳库和温室气体排放的影响

在浙江省临安市典型板栗林试验地,利用静态箱-气相色谱法测定了不同施肥条件下板栗林土壤CO2和N2O排放速率,同时测定了土壤水溶性有机碳（WSOC）和微生物量碳（MBC）含量。初步探讨了施肥对板栗林土壤活性碳库与温室气体排放速率的影响,以及土壤温室气体排放速率与活性碳库之间的关系。本试验设置不施肥（CK）、 无机肥（IF）、 有机肥 （OF）和有机无机混合肥（OIF,1/2无机肥和1/2有机肥）4个施肥处理。结果表明, 施肥1个月后,与不施肥（CK）处理相比,无机肥（IF）、 有机肥（OF）和有机无机混合肥（OIF）处理下土壤CO2排放速率分别增加了87%、 38%和61%, N2O排放速率分别增加了101%、 67%和95%; 而施肥6个月后,与CK处理相比,IF、 OF和OIF处理下土壤CO2 排放速率分别增加了51%、 43%和64%,N2O排放速率分别增加了21%、 29%和47%。同时,施肥显著增加板栗林土壤WSOC和MBC含量（P＜0.05）。此外,土壤CO2和N2O排放速率与WSOC含量均呈显著正相关（P0.05）,而与MBC含量没有显著的相关性。因此,施肥引起板栗林地土壤WSOC含量增加可能是导致板栗林地土壤温室气体排放增加的重要原因之一。     

不同秸秆还田年限对稻麦轮作系统温室气体排放的影响

为揭示稻麦轮作系统不同秸秆还田年限下温室气体排放特征及减排调控机制,本研究采用大田小区试验,考察了稻麦轮作不同秸秆还田年限[空白对照(CK)、常规处理秸秆不还田(NT)、1年秸秆还田(SR1)和5年秸秆还田(SR5)]对CH4、CO2和N2O 3种温室气体排放规律的影响,同时测定了土壤固碳量,估算了秸秆焚烧产生的温室气体排放量,综合计算了4种处理对全球变暖的贡献。试验结果表明,SR1和SR5均显著提升CH4和CO2的排放通量,分别高出NT、CK处理73.52%、309.49%和13.29%、13.06%;同时显著降低N2O排放通量,较NT降低29.68%和42.55%;但SR1和SR5之间温室气体排放通量差异不显著;与NT相比,SR1和SR5可以显著提高土壤固碳量517.9%和709.03%,SR5土壤固碳量高出SR1达30.93%;NT秸秆焚烧产生的全球气温变暖贡献为9 698.49 kg(CO2-eqv)·hm?2,比CK高126.98%。综合分析温室气体排放、土壤固碳以及秸秆焚烧3个因素,SR1全球升温贡献最低,显著低于NT 4.72%。短期全量秸秆还田有助于降低总体温室气体排放,长期进行秸秆还田后降低幅度会逐步减小。     

稻田秸秆还田的土壤增碳及温室气体排放效应和机理研究进展

秸秆还田是水稻生产中普遍采用的一项措施,具有固碳和促进养分元素循环、减少生产中的化肥施用等生态环境功能,但亦存在温室气体排放问题。鉴于秸秆还田对稻田产生固碳和温室气体增排的双重效果,本文综述了稻田生态系统秸秆资源利用现状,探讨了秸秆还田的土壤增碳效应,总结了秸秆还田下的温室气体(CO2、N2O和CH4)排放过程及其微生物过程机理。提出了应加强秸秆还田增碳过程中的物理–化学过程与微生物过程的耦合机理及其对固碳功能的作用机理、稻田温室气体产生机制与控制途径的研究,以实现稻田土壤固碳减排增汇和增产的共轭双赢作用。     

蚯蚓活动和秸秆施用方式对土壤生物学性质的动态影响

通过实验室短期培养研究接种蚯蚓和有机物不同施用方式(混施与表施)对土壤微生物类群、土壤微生物量以及呼吸强度等土壤生物学性质的影响。结果表明,接种蚯蚓对土壤可培养酵母菌、细菌数量和土壤底物诱导呼吸强度有明显促进作用。最高增幅分别达到相应未接种蚯蚓处理的5.18,8.88,2.50倍。蚯蚓活动对土壤微生物量及真菌数量的影响受到秸秆施用的影响:在混施和不施秸秆的处理(SRME、SE)中显著抑制丝状真菌数量;在混施秸秆处理中蚯蚓活动降低了SMBC含量。秸秆的施用方式对土壤微生物性状也有较大影响。混施秸秆处理中,土壤酵母菌、细菌数量、土壤微生物量和土壤呼吸强度增加也最为明显,而丝状真菌数量的增加幅度却不如表施秸秆处理。各处理土壤微生物量碳随时间变化趋势比较一致,呈现先降(第4周)后增的变化趋势,其他测定项目没有一致的随时间变化的规律。方差分析表明秸秆施用对土壤微生物量氮和可培养微生物数量变化的贡献最大,分别达到96.5%(SMBN)、77.9%(细菌)、69.4%(酵母菌)和85.3%(丝状真菌)。并且时间、秸秆和蚯蚓因子间存在强烈交互作用。     

添加秸秆碳源对土壤微生物生物量和原生动物丰富度的影响

为了研究引入秸秆碳源对根结线虫(Meloidogyne spp.)病害严重土壤中微生物生物量和原生动物的影响, 以番茄为供试作物, 设置4个梯度的小麦秸秆添加量[CK(0 g·kg^-1), 1N(2.08 g·kg^-1)、2N(4.16 g·kg^-1)和4N(8.32 g·kg^-1)], 研究不同种植时间(6个月和4个月)下土壤微生物生物量碳、氮和原生动物丰度的变化。研究结果表明: 添加秸秆对微生物生物量碳、氮和原生动物丰富度有明显促进作用, 添加的秸秆量越多, 这种促进作用越明显。不同秸秆添加量处理中, 微生物生物量碳、氮和原生动物丰度为: 4N>2N>1N>CK。秸秆对原生动物的群落结构也有显著影响, 在各处理中, 鞭毛虫和肉足虫占有绝大比例, 分别占总丰度的29.44%和66.19%, 纤毛虫仅占4.37%。在相同添加秸秆量条件下, 土壤原生动物丰度随种植时间的延长而提高, 而微生物生物量碳、氮量随种植时间的延长而降低。而在种植时间相同条件下, 随着秸秆量的增加土壤微生物生物量碳、氮量和微生物生物量碳氮比和原生动物总丰度相应增加。     

农业微环境对土壤温室气体排放的影响

二氧化碳(CO     

稻草不同施入方法对温室土壤CO_2释放的影响

采用再裂区设计,研究稻草施入方式、施入长度及喷施EM三因素对温室土壤CO2释放的综合效应,结果表明各处理均能提高土壤CO2释放速率。随着稻草施入时间的延长,温室土壤CO2释放速率呈逐渐降低趋势。试验筛选出两个较优组合,即A1B3C2和A2B2C2。     

水氮互作对稻田温室气体排放的影响

水肥管理对农田土壤肥力质量和环境质量有重要影响。依托安徽科技学院长期定位试验小区,通过设置两种灌溉模式（控制灌溉C1和常规灌溉C2）以及三个施氮水平(低氮N1、中氮N2和高氮N3),研究水氮互作对稻田温室气体CH4、N2O和CO2排放及土壤理化性质的影响。结果表明,与常规灌溉相比,控制灌溉可显著降低稻田中的CH4和N2O的累计排放量,降幅分别为43.12%和23.53%;常规灌溉条件下,低、中、高施氮处理的土壤铵态氮含量分别为35.26、38.90和35.20 mg?kg-1,而控制灌溉分别为33.08、34.30和42.40 mg?kg-1;控制灌溉条件下,CO2排放量高于常规灌溉,且随施氮水平的提高而增加。根据总体温室效应分析,控制灌溉下稻田的全球增温潜势（global warming potential,GWP）为0.55 t?hm-2（以CO2当量计）,远低于常规灌溉下稻田0.82 t?hm-2,且中氮处理下稻田的GWP远低于低氮和高氮处理。水氮耦合是稻田N2O排放的主要影响因素,且在中、高氮施肥条件下,稻田N2O排放对于温室效应的贡献大于CH4。因此,采用控制灌溉结合氮肥减量施用,可有效减少农田温室气体CH4和N2O的排放,维持较高的土壤铵态氮水平,这对提高土壤肥力质量和发展可持续农业具有重要意义。     

麦秆还田方式对旱地土壤综合温室效应的影响

采用静态箱–气相色谱法,研究了秸秆还田方式对华北平原旱地玉米生长季土壤温室气体(CO2、CH4和N2O)排放的影响。结果表明:小麦秸秆不同还田方式下,土壤CO2、CH4和N2O的排放动态无显著差异,但排放量因温室气体种类而异。秸秆直接还田处理的CO2、N2O排放量分别显著高于无秸秆还田、秸秆原位焚烧、生物质炭还田处理的29.7%、17.5%、31.7%和78.1%、76.3%、114.0%;而CH4排放量在各试验处理间无显著差异。从各处理的综合温室效应(GWP)来看,生物质炭还田处理的GWP比秸秆直接还田处理显著降低28.7%,而与无秸秆还田和秸秆原位焚烧处理无显著差异。考虑到作物产量变化,进一步分析表明,生物质炭还田处理温室气体强度(GHGI)比无秸秆还田和秸秆原位焚烧处理分别降低4.9%和14.9%,差异不显著,比秸秆直接还田处理显著降低36.0%。因此,在华北平原秸秆炭化生物质炭还田具有显著的综合减排作用,是一种土壤农田低碳生产的秸秆利用途径。     

高寒草甸土壤温室气体释放对水分变化的响应

青藏高原未来气候变化引起的降水量再分配,将影响土壤水分含量状况,这会对土壤温室气体的释放产生直接影响。为了探明土壤含水量对土壤温室气体释放的影响,以青藏高原高寒草甸土为研究对象,采用室内培养的方法,研究了田间持水量30%、45%、60%、75%和90%不同水分梯度对土壤CO2、CH_4和N_2O三种温室气体释放的影响。结果表明:(1)高寒草甸土壤CO_2和N_2O累积释放量在土壤水分含量为田间持水量的60%时最大,分别为2.74 g kg~(-1)和1.54 mg kg~(-1);(2)土壤水分含量在田间持水量的30%~60%范围内,高寒草甸土壤是CH_4的"汇",土壤水分含量在田间持水量的75%~90%范围内,高寒草甸土壤转变为CH_4的"源";(3)CH_4累积释放量与土壤NO_3~--N含量呈极显著负相关关系,N_2O累积释放量与土壤NO_3~--N含量呈显著负相关关系;(4)不同水分梯度高寒草甸土壤释放温室气体的全球增温潜能(GWP)由大至小顺序为:60%75%90%45%30%。研究结果可为未来气候变化背景下青藏高原高寒生态系统土壤温室气体释放的估算和管理提供一定的科学依据。     

长期秸秆还田对土壤肥力质量的影响

从20世纪80年代开始,分别在江苏常熟和江西进贤布置长期定位试验,研究秸秆还田对乌栅土及红壤性水稻土土壤肥力的影响.结果表明:无论是乌栅土还是红壤性水稻土,秸秆与化肥配合施用下,土壤全N、全P、速效P和速效K含量与不施肥的CK处理相比显著提高;另外,红壤性水稻土的秸秆还田土壤全N、全P、速效P含量与单一施用化肥处理相比显著提高(P＜0.05).同样,上述两种土壤的土壤有机质含量较单一施用化肥的处理显著增加,而且从腐殖质的组分分析可知:腐殖酸C、胡敏酸C与富里酸C的比值均显著提高,表明土壤有机质品质得以改善.因此,长期的秸秆与化肥配合施用是提高土壤肥力的有效措施之一.     

蚯蚓和丛枝菌根真菌对南瓜修复多环芳烃污染土壤的影响

在温室盆栽实验条件下,研究接种AM(arbuscular mycorrhiza)真菌、蚯蚓(Eisenia fetida)对南瓜(Cucurbita moschata)修复3环以上多环芳烃(PAHs)污染农田土壤的影响,试验设置单接AM真菌、单接蚯蚓、双接AM真菌和蚯蚓、不接种的对照共4个处理,播种10周后收获。结果表明,接种AM真菌和蚯蚓促进AM真菌侵染南瓜,增加南瓜生物量;显著提高南瓜修复土壤中Phe(菲)、An(t蒽)、Py(r芘)、BkF(苯并(k)荧蒽)、BaP(苯并(a)芘)、BPe(r苯并(g,h,i)苝)等PAHs污染物的效率,促进南瓜高效地吸收3~5环PAHs,尤其是AM真菌和蚯蚓共同接种条件下对南瓜修复土壤效果最优;AM真菌利于南瓜转移根系吸收的高浓度PAHs化合物至地上部,降低PAHs对根系的胁迫,增强南瓜在高浓度PAHs污染土壤中存活,有利于南瓜应用于高浓度PAHs污染土壤的高效修复;蚯蚓对南瓜地下部吸持3~5环高分子量的PAHs化合物有积极作用。因此,选用的AM真菌和蚯蚓在土壤中具有协同作用,促进南瓜高效修复PAHs污染土壤。     

添加小麦秸秆生物质炭对猪粪堆肥腐熟程度及温室气体排放的影响

以猪粪堆肥为对象,研究添加小麦秸秆生物质炭对猪粪高温好氧堆肥腐熟程度和温室气体排放的影响。结果表明,在整个堆肥腐熟过程中,纯猪粪、猪粪与生物质炭分别以12∶1、5∶1和2.3∶1比例混合的堆体达到的最高堆肥温度分别为44℃、58℃、63℃、60℃,其中5∶1和2.3∶1比例混合的处理均比12∶1处理提前2天进入高温腐熟阶段,并且提前5天完成腐熟过程;12∶1和5∶1生物质炭处理可显著降低堆体的EC值,但高比例(2.3∶1)添加下EC值超出堆肥安全施用范围;与CK相比,添加生物质炭处理堆体NH4+-N含量较对照提前11天降到最低值并趋于稳定;堆肥结束时,生物质炭添加比例为12∶1、5∶1和2.3∶1堆体的NO3--N含量分别比对照提高了53.70%、148.36%和27.61%。且堆肥结束后添加生物质炭12∶1、5∶1和2.3∶1比例的堆体全氮损失率较对照分别降低32.07%、60.78%和50.18%;添加生物质炭显著降低堆体CH4排放总量82.03%~96.93%;5∶1和2.3∶1处理的CO2排放总量较对照显著降低20.21%和41.10%,而12∶1处理与CK相比无显著性差异;12∶1和5∶1处理的N2O的排放总量较CK显著提高66.61%和50.11%,而2.3∶1处理比CK显著降低了40.87%。     

木质素与蚯蚓对黑麦草生物量及土壤微生物群落的影响

采集农田土壤,设置添加木质素和蚯蚓不同组合处理的黑麦草盆栽试验,在测定植物生物量的基础上,结合定量PCR、高通量测序等方法,研究木质素和蚯蚓及其联合作用对土壤细菌、真菌群落的影响.结果显示:木质素显著降低了黑麦草的生物量,而蚯蚓能够缓解木质素的抑制作用,促进黑麦草生长.木质素明显抑制了土壤细菌、真菌数量,并改变群落结构...