不同气候和土壤条件下秸秆腐解过程中养分的释放特征及其影响因素

农田土壤中秸秆腐解伴随氮磷钾养分的释放是重要的生物地球化学过程,也是秸秆还田替代化肥养分的基础。了解不同农区秸秆分解过程中的养分释放动态,揭示秸秆、气候和土壤条件的交互作用机制,是制定秸秆还田合理措施的理论基础。基于寒温带-暖温带-中亚热带的黑土、潮土、红壤互置试验平台,研究了小麦、玉米秸秆在3年腐解过程中养分释放过程和影响因素。结果表明,秸秆中养分释放速率的大小顺序为KPN;秸秆中氮素和磷素在寒温带以及在红壤和潮土中表现为先富集再释放特征,在暖温带、中亚热带以及黑土中表现为直接释放特征;秸秆中钾素均表现为直接快速释放特征,在腐解0.5 a平均释放率达89.5%。气候和土壤条件主导了氮磷的释放,其相对平均贡献率分别为19.5%和15.2%。在腐解后期(2~3 a)气候、土壤和秸秆因素对养分释放的贡献率30%,说明土壤生物因素可能起了主导作用。     

初始pH值对鸡骨素酶解液Maillard反应产物的影响

以鸡骨素酶解液为原料,研究了不同初始p H值条件下,添加木糖、半胱氨酸及硫胺素制备的Maillard反应产物(MRPs,maillard reaction products)在热反应过程中的特性变化。研究表明,p H值差异引起各体系氨基酸和总糖初始含量及变化趋势差异,p H值5、7和9体系反应终点多肽含量分别为100.11、100.01、104.55 mg·m L-1;与其它2个体系相比,p H值9体系分子量为2.3、1.39k Da的峰消失,出现峰面积较大的2.95k Da峰和较小的1.04k Da峰,褐变程度为p H值7体系的1.7倍;随着p H值升高,不同体系的MRPs风味主成分存在一定差异,p H值7体系的有机硫化物电子鼻响应值约为其它两个体系的1.6倍,p H值9体系的氮氧化物响应值最大。不同初始p H值影响添加物的含量及状态,导致各体系Maillard反应历程不同,引起MRPs化学组分的差异。本研究为鸡骨素酶解液MRPs风味及功能组分生成机制的研究及鸡骨高值化衍生产品的开发提供一定理论参考。     

酸解羽毛粉研制生物有机肥及其促生效果研究

为提升生物有机肥料中功能微生物的数量,腐熟堆肥中添加外源氨基酸固态发酵功能菌是研制生物有机肥的主要手段。目前主要外源添加氨基酸菜粕的高成本严重阻碍了生物有机肥产业的发展。本试验通过研究酸解羽毛粉作为外源添加蛋白对固态发酵功能菌的影响及其所研制生物有机肥的促生效果,以开发生物有机肥新的原料配方。研究结果表明,腐熟堆肥中,随着酸解羽毛粉添加量的增加,所研制生物有机肥中功能菌的数量呈现先增加后下降趋势,为促进功能菌的增殖,酸解羽毛粉最优添加量为50 g/kg;盆栽试验结果表明,酸解羽毛粉作为外源蛋白添加制成的生物有机肥能够显著增加茄子和番茄株高、茎粗和SPAD值,移栽20天时,相比于对照,茄子分别增加19.02%、29.02%和4.80%;移栽50天时,番茄分别增加14.74%、18.70%和4.74%。研究结果表明,酸解羽毛粉作为外源蛋白添加剂能够有效增殖固体发酵过程中的功能菌,研制的低成本生物有机肥具有优异的促生效果,研究结果能够为生物有机肥产业的发展提供理论依据。     

细点圆趾蟹肉酶解肽螯合锌工艺的优化

为了优化蟹肉酶解肽的锌螯合工艺,以细点圆趾蟹肉为原料,制得蟹肉酶解物,通过单因素试验,考察酶解物与硫酸锌的质量比、pH、反应时间、酶解物浓度、反应温度对锌修饰蟹肉酶解肽的影响,采用正交试验优化蟹肉酶解肽的锌修饰工艺。结果表明,在酶解物与硫酸锌的质量比2∶1、pH值6.5、时间60 min、酶解物浓度5%、温度55℃条件下,酶解肽-锌的螯合率为91.52%,螯合物得率为25.83%,该工艺条件下酶解肽与锌的螯合率和螯合物得率均较高。本研究结果为新型生物态锌的研制、细点圆趾蟹的高值化利用提供了依据。     

几株高效溶磷解钾药用稻内生固氮菌的筛选与鉴定

从药用稻(Oryza officinalis)中筛选具有高效溶磷解钾的内生固氮菌,在农业生产上具有很大的潜在应用价值.本研究以药用稻为材料,采用两种选择性无氮培养基结合乙炔还原法进行内生固氮菌的分离,利用平板筛选法从所分离的内生固氮菌中筛选出高效溶磷解钾菌,应用全细胞蛋白SDS-聚丙烯酰氨凝胶电泳(sodium dodecyl sulfate-polyacrylamide gel electrophoresis,SDS-PAGE)对所筛选到的菌株进行快速聚类.选取每个类群的代表菌株进行16S rRNA基因序列测定及生理生化鉴定.通过钼锑抗比色法和四苯硼钠法测定其溶磷解钾量,同时通过接种水稻对其促生作用进行分析.结果表明,从药用稻中筛选到了4株具有高效溶磷解钾能力的内生固氮菌,其固氮酶活性在8.78～8.88 μmol C2H4/(mL·h)之间.SDS-PAGE全细胞蛋白电泳将4株菌聚为1个类群.16S rRNA基因序列相似性分析及理化鉴定表明,代表菌株yy01为久留里伯克霍尔德菌(Burkholderia kururiensis,菌株yy01发酵培养5d后,溶无机磷量达116.28mg/L,是参比菌株变栖克雷伯氏菌(Klebsiella variicola)的2.73倍;解钾量达268.31 mg/L,是参比菌株变栖克雷伯氏菌的4.67倍.此外,yy01还具有分泌生长素等特性,接种水稻之后能明显的促进水稻的生长,其中水稻叶长增加了25.90％,根增长了42.30％,分蘖数增加了79.64％,鲜重增加了166.90％,氮、磷、钾的含量分别增加了61.54％、41.18％和54.05％.因此,从药用稻中筛选到的4株具有高效溶磷解钾能力的内生固氮菌是一类对农业生产有着重要意义的菌株.     

三江平原地区不同有机物料腐解规律的研究

利用网袋法模拟田间还田方式, 研究不同还田方式下玉米、大豆秸秆的腐解特征。结果表明: 经过150 d的分解, 玉米和大豆秸秆残留率在33.7%~61.1%之间, 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, 露天条件下大豆和玉米秸秆分解速率一致。从细胞结构上看, 玉米秸秆随着还田时间的延长, 基本组织和维管束遭到破坏, 细胞壁变薄, 细胞内物质消失, 细胞排列疏松; 大豆秸秆组织结构变化不明显。露天和土埋处理各有机物料有机碳分解率分别为39.9%~48.9%、49.6%~65.8%, 土埋玉米和大豆秸秆腐解速度明显高于露天处理。两个处理氮、钾分解率无太大差异, 分别为51.1%~67.7%、74.6%~91.7%, 而磷素变化比较明显, 露天和土埋处理玉米秸秆的磷释放率平均比大豆秸秆高49.4%、56.7%。作为还田物料玉米秸秆要好于大豆秸秆。     

低磷胁迫对玉米叶片色素和形态的影响

通过大田试验,以4个基因型玉米为材料,研究了低磷胁迫下玉米叶片色素和形态变化及其内部生理机制.结果表明,低磷条件下,玉米叶片叶绿素/类胡萝卜素、叶绿素/紫色素和叶绿素/红色素均减少,其中基因型"7922"和"掖107"的叶绿素/类胡萝卜素、叶绿素/紫色素和叶绿素,红色素减少幅度较大,为高磷条件下的0.4～0.8倍,且减少幅度高于"178"和"*082".低磷条件下,苯丙氨酸解氨酶(PAL)活性和总黄酮含量均增加,其中基因型"7922"和"掖107"为高磷条件下的1.5～2.0倍,增加幅度高于基因型"178"和"*082"."7922"和"掖107"的叶宽和鲜重在两个供磷水平下差异显著,"掖107"的叶片主叶脉直径和总叶片数差异显著.低磷土壤条件下玉米叶宽和主叶脉直径变小,鲜重和总叶片数减少.不同基因型玉米叶片色素和形态变化差异显著.初步推测,"7922"和"掖107"不耐低磷, "178"和"*082"较耐低磷.     

不同氮素水平下冬小麦叶片酚酸类物质代谢对FACE的响应

利用开放式空气CO2浓度升高(Free Air Carbon-dioxide Enrichment, FACE)平台, 研究了低氮(LN)和常氮(NN)水平下, 大气CO2浓度升高对冬小麦叶片酚酸类物质代谢的影响.结果表明, CO2浓度升高对小麦叶片水杨酸、对羟基苯甲酸、肉桂酸、阿魏酸和香草酸含量的影响随供氮水平的不同而有所差异.低氮下小麦通过提高叶片苯丙氨酸解氨酶(PAL)活性(30.1%)而使其含量均显著增加, 增幅分别达33.7%、119.6%、26.7%、39.9%和28.6%; 而常氮下PAL活性和酚酸类含量变化均未达显著水平.可见, 大气CO2浓度升高对冬小麦酚酸类物质代谢的影响受氮水平的调控, 在未来CO2浓度升高条件下, 选择适宜的施肥水平将显得更为重要.此外, 总酚含量与水杨酸、对羟基苯甲酸、肉桂酸、阿魏酸和香草酸等含量变化趋势基本一致, 且总酚含量变化的79.6%～151.4%是由这几种酚酸含量变化引起的, 说明CO2浓度升高使水杨酸、对羟基苯甲酸、肉桂酸、阿魏酸和香草酸等含量增加是总酚含量增加的直接原因.低氮条件下大气CO2浓度升高将通过改变酚酸类物质代谢而间接影响小麦与伴生杂草的关系.     

设施土壤有机氮组分及番茄产量对水氮调控的响应

【目的】酸解铵态氮和酸解氨基酸氮是土壤有机氮的主要组分,可表征土壤的供氮能力,并在氮素矿化、固定、迁移以及为植物生长供氮过程中起到至关重要的作用。研究水、氮调控下设施土壤有机氮组分和番茄产量的相互关系,为评价设施土壤肥力变化和制定科学合理的水、氮管理措施提供科学依据。【方法】田间定位试验在沈阳农业大学的温室内进行了5年,供试作物为番茄,栽培垄上覆盖薄膜,打孔移栽番茄幼苗,膜下滴灌。定位试验三个氮肥处理为施N75、300、525kg/hm^2,记为N1、N2和N3;三个灌水量为25、35和45kPa灌水下限(灌水始点土壤水吸力),记为W1、W2和W3,共9个肥水处理组合。在试验第五年番茄生长期(2016年4—8月)调查了番茄产量及其构成,在休闲期(2016年9月)测定0—10、10—20和20—30cm土层土壤有机氮组分、有机碳和全氮含量。【结果】9个处理中,土壤全氮、有机碳和除酸解氨基糖氮外的有机氮组分含量均随土层深度的增加而降低,且0—10、10—20和20—30cm土层间含量差异显著(P<0.05)。三个土层中酸解总氮占土壤全氮的66.0%、64.6%和55.2%,是土壤有机氮的主要存在形态。土壤酸解总氮中各组分含量及其所占比例的大小顺序为酸解氨基酸氮、酸解铵态氮>酸解未知态氮>酸解氨基糖氮。灌水下限和施氮量对番茄产量及单果重的影响均达极显著水平(P<0.01),水氮交互效应也达显著水平(P<0.05)。休闲期土壤酸解铵态氮与番茄产量间显著负相关(P<0.05)。番茄产量W1N2(25kPa+N300kg/hm^2)、W2N1(35kPa+N75kg/hm^2)和W1N1(25kPa+75kg/hm^2)处理间差异不显著。【结论】灌水和施氮量及其交互效应对各土层土壤全氮、酸解总氮、酸解铵态氮和酸解氨基酸氮的影响均达到极显著水平(P<0.01),而对土壤有机碳的影响不显著(P>0.05)。相同施氮量下,0—30cm土层酸解铵态氮和0—20cm土层酸解氨基酸氮含量均在土壤水吸力维持在35~6kPa范围内达最高值,此土壤水分含量下的0—20cm土层酸解氨基酸氮含量在施N75kg/hm^2时达到最大值。从节水减氮和番茄产量的角度考虑,控制土壤水吸力不低于35kPa、每季随水施N75kg/hm^2为供试番茄生产条件下最佳的水、氮组合量。     

若尔盖高寒沼泽湿地退化过程中土壤有机氮组分的演变特征

为明确湿地退化过程中土壤有机氮组分的变化及其生物有效性,采用实地采样调查、室内分析与数理统计法,研究若尔盖自然湿地保护区内相对原生沼泽(RPM)向轻度退化沼泽(LDM)、中度退化沼泽(MDM)、重度退化沼泽(HDM)退化过程中土壤有机氮组分的演变特征及与有效氮的耦合关系。结果表明,当沼泽发生中度、重度退化时,土壤全氮(TN)含量分别降低33.4%～77.8%、69.4%～93.7%(P0.05),碱解氮(AN)含量分别降低36.8%～80.2%、57.6%～82.2%(P0.05)。4类湿地土壤的酸解氨态氮、氨基酸态氮、未知态氮含量均按RPM、LDM、MDM、HDM的顺序降低。与RPM相比,HDM土壤酸解氨态氮与未知态氮含量分别降低66.3%～70.8%、62.2%～78.4%(P0.05),MDM和HDM土壤氨基酸态氮含量分别降低47.2%～68.6%、85.7%～86.7%(P0.05)。氨基糖态氮含量随着湿地退化先升高后降低。随着湿地退化程度的加剧,氨基糖态氮与酸解氨态氮占全氮的比例上升,而氨基酸态氮的比例下降。酸解氨态氮和未知态氮分别是影响RPM和HDM土壤碱解氮含量的主要有机氮组分,LDM与MDM土壤碱解氮含量却主要受有机氮组分中氨基酸态的控制。若尔盖湿地退化降低了土壤全氮及酸解组分氮含量,减弱了土壤氮"汇"功能,改变了有机氮组分对氮素有效性的贡献。