微生物对几种水溶性聚合物的降解作用

针对缓/控释肥料包裹材料的广泛应用,通过实验室微生物培养,对几种水溶性聚合材料生物降解作用进行了测定。结果表明,纳米-亚微米级聚乙醇混聚物、甲基丙烯酸羟乙酯混聚物在第4周最先开始降解,废弃聚苯乙烯泡沫塑料混聚物第8周才开始降解;聚乙烯醇混聚物、聚苯乙烯泡沫塑料混聚物、丙烯酸酯类混聚物在11-20周完全降解,苯乙烯-丙烯酸酯混聚物第20周后降解达98%,试验所用纳米-亚微米级聚乙醇混聚物等7种水溶性聚合物均可作为环境友好型缓释肥料包裹材料。     

优化氮肥用量和基追比例提高红壤性水稻土肥力和双季稻氮素的农学效应

【目的】 优化氮肥用量和基追比例是实现氮肥减施和提高肥料利用率的重要途径。本研究在南方典型双季稻种植区进行定位试验,通过对土壤肥力与氮素农学效益进行综合评价,以期提出适合当地土壤和水稻种植条件的氮肥减施模式。 【方法】 以南方典型红壤区双季稻种植体系为研究对象,于 2014～2015 连续进行了 4 季大田定位试验,设处理:1) 不施氮肥 (T1);2) 当地农民习惯施氮 (T2),早稻、晚稻各施 N 165 和 195 kg/hm2,基肥∶蘖肥∶穗肥比分别为 60∶40∶0、40∶30∶30;3) 在 T2 处理基础上减施氮肥 20% (T3),即早稻施 N 135 kg/hm2,晚稻施 N 165 kg/hm2,基肥∶蘖肥∶穗肥比均为 40∶30∶30,并以 20% 有机氮代替普通化肥氮。分析了成熟期水稻产量和植物样氮素含量,测定了 0—20 cm土壤微生物量碳、氮含量,土壤 pH、有机质、全氮、速效钾和有效磷等理化指标,计算了累计氮肥利用率和氮肥农学效率,分别利用内梅罗指数法和灰色关联度法综合评价了土壤肥力效应以及各施肥模式的综合效益。 【结果】 1) 各处理土壤综合肥力指数 (IFI) 值由高到低为 T3 > T2 > T1;与 T2 处理相比,优化氮肥用量和基追比例的 T3 处理 IFI 值提高 2.34%,土壤微生物量碳含量提高了 4.37%～25.39%,土壤微生物量氮含量提高了 17.85%～29.24% (P < 0.05)。2) 与 T2 处理相比,2014–2015 年 T3 处理累计氮肥农学效率显著提高了 29.66% (P < 0.05),累计氮肥表观利用率显著提高了 28.82% (P < 0.05);2014 年各处理水稻总产量无显著差异,2015 年水稻总产量 T3 处理比 T2 处理提高了 5.26%,两年水稻总产量,T3 处理提高了 2.38%。3) 对土壤养分指标、土壤微生物指标和氮素农学效率指标进行关联度分析,2014～2015 年 T3 处理关联度最大,分别为 0.9999 和 1.0000,在土壤肥力和氮肥农学效应综合评价中最优,表明优化氮肥用量和基追比例能够实现氮肥减施以及肥料利用率的提高。 【结论】 在当地农民习惯施氮的基础上减施 20% 化肥氮,以有机氮替代,并适当提高化肥氮在抽穗期的比例,能够保证土壤综合肥力的可持续性、氮素养分持续高效利用和水稻持续稳产。      

不同来源氮素配合施用提高东北春玉米氮素利用与改善土壤肥力的可持续性研究

【目的】研究不同氮素形态对东北春玉米氮素利用和土壤肥效的影响,为氮素养分持续高效利用和培肥土壤提供理论依据。 【方法】2013～2015 年连续三年在东北典型春玉米种植区开展田间定位试验,在相同磷钾肥施用前提下,试验设 4 个处理:1) 50% 玉米秸秆氮 (N0);2) 100% 速效氮 165 kg/hm2 (N1);3) 60% 速效氮 + 20% 有机肥氮 + 20% 缓释氮,施氮量 165 kg/hm2 (N2);4) N2 + 生物炭,生物炭量相当于 50% 玉米秸秆 (N3)。收获期测定耕层土壤基本理化指标、作物产量及氮素利用率、基肥和追肥后土壤 N₂O 排放量。 【结果】1) 三年玉米平均产量 N1、N2 和 N3 处理分别比 N0 处理显著增加了 62.7%、67.7% 和 80.1% (P < 0.05);N2 和 N3 处理分别比 N1 处理增产 3.0% 和 10.7%;N3 处理玉米产量可持续性指数 (SYI) 最高,产量可持续性最好。2) 与 N1 处理相比,2013 年和 2014 年累计化肥氮利用率 N2 和 N3 处理分别增加了 8.4% 和 12.7%、10.2% 和 15.5%,2015 年分别显著增加了 8.4% 和 12.7% (P < 0.05)。N2 和 N3 处理累计化肥氮利用率呈现逐年增加的趋势,且 N3 处理增加幅度大于 N2 处理,说明 N3 处理氮肥的后效更加明显。3) 施氮处理显著提高了土壤 N₂O 累积排放量 (P < 0.05),N3 处理较 N1 处理显著降低了 53.2%;4) N3 处理的综合土壤肥力指数 (IFI) 最高,N3 处理在农学、土壤肥力和环境效应评价中最优。 【结论】在总氮施用量不变的前提下,以添加适宜比例生物炭、有机肥和缓释氮肥替代部分速效化肥氮,可协同实现东北春玉米持续稳产、氮素养分持续高效利用和土壤肥力的可持续改善。     

连续施用无害化污泥堆肥对沙质潮土肥力的影响

【目的】 研究连续施用无害化污泥堆肥对土壤肥力和环境质量的影响,为无害化污泥资源化利用提供理论依据和技术支撑。 【方法】 通过2013—2015年田间定位试验,每年按照当地农民施肥量在小麦和玉米季分别施用N 225 kg/hm2、P₂O₅ 86 kg/hm2和K₂O 113 kg/hm2 (CK) 基础上,施用无害化污泥堆肥15 t/hm2 (W1)、30 t/hm2 (W2) 和45 t/hm2 (W3),共四个处理,每个处理3次重复。小麦、玉米收获后,采集0—20 cm土层样品,测定常规土壤理化性质、重金属含量以及微生物量碳氮 (SMBC、SMBN)。采用内梅罗指数法计算土壤pH、有机质、全氮、有效磷和速效钾分肥力系数IFI_i,以及土壤综合肥力指数 (integrated fertility index,IFI)。 【结果】 1)施用污泥堆肥处理IFI在试验的第三年 (2015年) 玉米季达到最大值,与CK相比,W1、W2和W3处理IFI分别显著提升了57.3%、95.2%和127.5% (P < 0.05),说明连续施用污泥堆肥可以有效提高土壤肥力水平,其中W3处理效果最明显。2) SMBC和SMBN含量随污泥堆肥施用时间增加而增加。相同作物同一污泥堆肥施用量处理,第三年 (2015年) 的SMBC和SMBN含量均显著高于第一年 (2013年)。W1、W2和W3处理SMBC含量在2015年小麦季达到最大值,较CK分别显著提高了109.9%、176.2%和216.8% ( P < 0.05);W1、W2和W3处理SMBN含量在2015年玉米季达到最大值,较CK分别显著提高了55.6%、100.5%和162.3% ( P < 0.05)。3)施污泥堆肥处理的土壤和植物籽粒中重金属含量分别低于国家环境质量二级标准 (GB15618—1995) 和国家农产品质量安全规定的限量值。根据土壤肥力分级参考标准 (NY/T 391—2000),2015年玉米季W2和W3处理的土壤肥力已经达到I级,培肥作用显著,但长期大量施用导致的土壤重金属累积风险还需长期监测。 【结论】 施用重金属含量达到国家标准的无害化污泥堆肥,可以在短期内有效提升沙质潮土的土壤肥力质量,改善土壤微生物学特性。本试验条件下,连续施用45 t/hm2污泥堆肥效果最显著,沙质潮土的土壤肥力质量在第三年就达到I级,此时土壤和作物籽粒中重金属含量均低于国家相关标准限值。长期大量施用是否会带来重金属累积还需继续监测。      

盐碱胁迫下油菜对磷元素的吸收

在水培和沙培试验条件下,探讨了盐胁迫对欧洲油菜Sheiaralle吸收和转运磷的影响。结果表明:油菜地上部瞬时磷吸收量随盐浓度增加而增加,而根部随盐浓度增加,瞬时磷吸收量呈现先减少后增加趋势;与无盐处理相比,地上部和根部瞬时磷吸收量都降低(P<0.05)。而苗期磷含量(包括地上部和根部),虽然因P吸附增加、Cl-等离子和P产生竞争而使有效磷量下降,但因产量下降速度远大于磷吸收速度,造成磷浓缩,所以随盐浓度增加,植株磷含量略有增加,且都比无盐处理高(P<0.05)。鲜重随盐浓度增加而显著下降(P<0.05)。     

不同土壤改良剂对盐碱土壤化学性质和有机碳库的影响

为研究施用不同土壤改良剂对盐碱土壤化学性质和有机碳库的影响,2016—2017年在内蒙古河套灌区盐碱土壤进行田间定位试验,设置4个实验处理:习惯处理(CK)、CK+有机土壤改良剂(M)、CK+复合土壤改良剂(G)、CK+有机土壤改良剂+复合土壤改良剂(M+G)。收集2017年收获季耕层0～20 cm土壤,测定各小区土壤中的水溶性离子含量、全盐量(TS)、钠吸附比(SAR)、pH、土壤有机碳(SOC)、活性有机碳(LOC)、微生物量碳(MBC)以及土壤碳库管理指数(CPMI),并分析各指标间的关系。结果表明:与CK相比,施用土壤改良剂各处理土壤Ca2+含量提高了13.07%～33.33%,土壤Na+、Cl-和SO24-含量分别降低了29.83%～46.19%、12.06%～33.19%和19.90%～34.59%,土壤全盐量、钠吸附比和pH分别降低了12.67%～26.91%、33.02%～47.06%和2.21%～4.56%。其中M+G处理改良效果最好,土壤全盐量、钠吸附比和pH分别显著降低了26.91%、47.06%和4.56%(P0.05);施用土壤改良剂各处理SOC、LOC和MBC含量分别较CK提高了18.90%～43.87%、54.55%～82.33%和64.04%～86.85%。其中M+G处理提升效果最明显,且均达到显著水平(P0.05)。同时,施用改良剂各处理CPMI提升了95.44%～135.83%,其中M+G处理提升效果最明显,且达到显著水平(P0.05);相关性分析表明,试验土壤LOC、MBC和CPMI均与TS和SAR呈极显著负相关关系(P0.01),说明土壤LOC、MBC以及CPMI对盐碱土壤化学性质的变化较敏感。研究表明,施用有机土壤改良剂和复合土壤改良剂均降低了土壤含盐量、钠吸附比和pH,提升了土壤有机碳及其组分含量和土壤碳库管理指数,其中有机土壤改良剂和复合土壤改良剂配施对盐碱土壤质量的提升效果最明显。     

有机肥和缓控肥替代部分化肥降低双季稻田综合净温室效应

  【目的】  秸秆还田是我国水稻生产中的常规土壤培肥措施，在此背景下，进一步研究有机肥和包膜尿素替代部分普通尿素，以及施用硅肥和微量元素对土壤固碳效应和温室气体排放的影响及机理，为实现稻田“固碳减排”提供依据。  【方法】  江西高安县的双季稻田间定位试验始于2013年。在秸秆全部还田、早稻施N165 kg/hm2和晚稻施N 195 kg/hm2条件下，设置4个氮素处理: 100%普通尿素氮 (CK)；用20%有机肥氮替代普通尿素氮 (N1)；在N1基础上增加Si、Zn和S肥 (N2)；在N2基础上用30%的包膜尿素氮替代普通尿素氮 (N3)。于收获期测定作物产量和地上部生物量，2016年测定了早稻和晚稻生育期温室气体 (CO₂、N₂O和CH₄) 排放量。  【结果】  与早稻季相比，晚稻季温室气体排放总量较高，其中晚稻季CH₄排放量是早稻季的4倍 (P < 0.05)，生态系统呼吸增加了7.5%～9.3% (P > 0.05)。同一季节4个处理间生态系统呼吸没有显著差异；N₂O排放量以CK 最高，其中早稻季CK处理比N1、N2和N3处理分别增加31.7%、27.2%和43.7%，晚稻季分别增加20.0%、31.5%和40.6% (P < 0.05)；与CK处理相比，有机肥替代处理显著增加了CH₄的排放量，其中早稻季N1、N2和N3处理分别增加了13.1%、13.9%和21.4%，晚稻季分别增加了19.4%、12.7%和13.7% (P < 0.05)。利用地上部生物量估计当季/年尺度土壤固碳效应，晚稻季有机肥处理 (N1、N2和N3) 与CK相比增加显著 (P < 0.05)；2016年早稻产量比晚稻提高30%，所以早稻季综合净温室效应是负值 (碳汇)，而晚稻季是正值 (碳源)，全年总计为碳源，这表明稻田产生温室效应。与CK处理相比，有机肥和包膜尿素配施处理 (N3) 显著降低了全年综合净温室效应。  【结论】  连续4年的田间试验结果表明，在秸秆还田基础上，用有机肥部分替代普通尿素可显著增加CH₄排放，但又显著降低N₂O排放且增加土壤固碳效应。综合考虑，有机肥投入会显著降低双季稻田综合净温室效应。使用包膜尿素替代部分普通尿素可有效降低施用有机肥产生的CH₄排放，且通过提高产量进一步降低双季稻生产系统的综合净温室效应。而施用中、微量元素肥料对综合净温室效应没有显著正效应。由于晚稻的温室气体排放量高于早稻，因此，通过优化施肥技术提高早稻产量是降低双季稻年度温室气体排放的有效措施。     

施氮模式对番茄氮素吸收利用及土壤硝态氮累积的影响

采用田间小区试验,以番茄为指示植物,研究不同施氮模式：农民习惯施肥（N—hmxer）、减施化肥氮26％（74％N-farmer）、减施化肥氮26％结合调节土壤C／N（74％N—farmer＋S）、减施化肥氮26％结合调节土壤C／N和采用滴灌（74％N-farmer＋S＋D）、减施化肥氮45％结合调节土壤C／N和采用滴灌（55％N-farmer＋S＋D）的集成模式对设施番茄氮素吸收利用及土壤硝态氮累积的影响。结果表明。55％N-farmer＋S＋D模式下番茄产量最高为108349kg·hm^-2,产投比最高为26．1;与N—farmer模式相比,74％N-farmer、74％N—farmer＋S、74％N-farmer＋S＋D和55％N—farmer＋S＋D模式的氮素利用率和氮素农学利用效率均有增加,其中55％N—farmer＋S＋D模式的氮素当季利用率为9．56％,氮素农学效率为43．67kg·kg^-1,均显著高于N—farmer模式（P〈0．05）;氮肥生理利用效率在各施氮模式间没有显著差异,55％N-farmer＋S＋D模式的效率最高为598．06kg·kg^-1;55％N-farmer＋S＋D模式的氮素果实生产效率和收获指数分别为493．81kg·kg^-1和53．84％,均高于N—farmer模式。氮平衡结果表明,N—farmer模式的表观损失最高,55％N-farmer＋S＋D模式显著低于N—farmer模式;相同土壤剖面中不同模式硝态氮含量随番茄生育进程均呈先增高后降低的趋势;番茄盛果期和拉秧期,74％N—farmer＋S、74％N—farmer＋S＋D和55％N-farmer＋S＋D模式在0～100cm剖面累积的硝态氮含量均低于N—farmer模式,拉秧期N—farmer模式累积的硝态氮含量最高达705．24kg·hm^-2,74％N-farmer＋S＋D模式累积的硝态氮含量最低为453．75kg·hm^-2;番茄在3个不同生育期,土壤硝态氮多累积在0—40cm土层,硝态氮的相对累积量约为50％。综合以上分析结果,集成模式55％N—farmer＋S＋D具有明显优势,能够提高氮肥的吸收和利用效率,减少土壤硝态氮的残留。     

低磷胁迫下不同基因型玉米籽粒磷含量及品质性状分析

从我国北方和西南各地共收集129个自交系玉米品种,通过田间试验,研究了正常磷（120kg P₂O₅/hm2）和低磷（0kg P₂O₅/hm2）2种施磷水平下,依据百粒重筛选出的15个耐低磷基因型玉米品种及5个磷敏感基因型玉米品种的籽粒磷含量及品质性状的变化情况。结果表明,低磷胁迫对于磷敏感基因型玉米籽粒中磷含量、粗淀粉、粗油分含量变异程度的影响明显大于耐低磷基因型玉米,对粗蛋白含量变异程度的影响则低于后者。相关性分析结果表明,在2种施磷水平下的籽粒粗淀粉与籽粒粗蛋白质含量都呈极显著负相关,籽粒粗淀粉与籽粒粗油分含量不相关。低磷胁迫下,各典型自交系玉米品种的磷含量与粗淀粉、粗油分、粗蛋白之间,粗蛋白与粗油分之间的相关性都比正常施磷水平增加。通过研究筛选出的20个典型自交系玉米品种,籽粒中粗淀粉、粗油分、粗蛋白含量在不同磷水平下的变化有着极显著的基因型差异（P＜0.01）,具有进一步的研究价值。     

苄嘧磺隆对Cd的生物有效性影响的研究

利用109Cd2 示踪技术,以水稻为指示植物,根据苄嘧磺隆的商业推荐施用量200～400g·hm-2,研究了苄嘧磺隆施用量分别为0、200、300、400和600g·hm-2时,对重金属元素Cd的生物有效性影响。结果表明,水稻植株对109Cd2 的吸收能力较强,但主要分布在根系,占植株总吸收量的92.8%～94.4%。根系中Cd的富集系数(根中Cd的比活度/溶液中Cd的比活度)为0.612～0.813;茎叶中Cd的富集系数(茎叶中Cd的比活度/溶液中Cd的比活度)为0.036～0.054。当苄嘧磺隆施用量为200、300g·hm-2时,水稻对109Cd2 的吸收总量比对照有减少的趋势。当施用量为200、300和400g·hm-2时,根部吸收109Cd2 有逐渐增加的趋势,在施用量为400g·hm-2时,水稻根部吸收109Cd2 的比活度分别与施用200、300g·hm-2相比,有显著增加(P<0.01)趋势,这表明苄嘧磺隆对水稻根系吸收Cd有一定的刺激作用,然而同样的处理在茎叶中增加的趋势没有显著性差异(P<0.01)。当苄嘧磺隆使用量为600g·hm-2时,水稻根系及茎叶吸收109Cd2 的比活度明显降低(P<0.01),主要是因为苄嘧磺隆的降解产物达到一定浓度并与镉可能形成有机金属配合物,从而降低了Cd的生物有效性。试验结果还表明,茎叶吸收的109Cd2 分别比对照和其他处理浓度时的吸收量显著降低了(P<0.05),这是因为有机金属配合物的长距离运输比较困难,使大量的有机金属配合物富集在根系中。