土壤水分库容量与旱地农田土壤地力密切相关,研究秸秆源有机物料还田条件下土壤水分动态特征,有助于揭示秸秆源有机物料还田保水核心与土壤地力提升的效应关系.基于长期玉米田间定位试验,以无秸秆添加为对照(CK),设置玉米秸秆炭化还田(BC)和玉米秸秆粉碎直接还田(SD)处理,采用土壤温湿度记录仪连续定位监测不同秸秆源有机物料还田方式下玉米土壤湿度,分析土壤湿度与土壤孔隙结构等土壤理化因子之间的关系.结果表明:与CK相比,BC和SD处理条件下玉米全生育期内平均土壤湿度分别提高了 19.8％(P＜0.05)和9.7％;5月土壤持续干旱数日发生降水后,BC处理土壤湿度快速上升且增幅高于SD;7-9月伴随较大降水事件土壤湿度急剧上升达到峰值后,BC 土壤湿度比SD处理下降缓慢.与CK相比,BC和SD处理的土壤总孔隙度分别增加18.9％和7.0％,土壤孔隙含水率分别增加8.2％和2.5％.BC处理土壤水分与土壤有效磷、全磷含量等指标密切相关(P＜0.05),SD处理土壤孔隙结构与碱解氮含量等指标密切相关(P＜0.05).上述研究结果可为秸秆资源肥料化利用提供科学依据.

亮斑扁角水虻Hermetia illucens L.幼虫能够转化有机废弃物如餐厨垃圾等,获得虫体蛋白可以生产畜禽和水产饲料,虫粪可作为优质有机肥.益生微生物在亮斑扁角水虻幼虫处理有机废弃物过程中扮演着至关重要的角色,然而乳酸菌对亮斑扁角水虻高效处理有机废弃物的促进作用却鲜有研究.本研究以亮斑扁角水虻幼虫为研究对象,通过添加不同的乳酸菌到亮斑扁角水虻幼虫处理人工饲料的体系中,评估不同乳酸菌菌株对亮斑扁角水虻幼虫转化人工饲料的影响,以筛选出能够提高亮斑扁角水虻幼虫存活率、转化率以及促进幼虫蛋白积累效果显著的乳酸菌并定义其为益生乳酸菌.通过将乳酸菌添加到亮斑扁角水虻幼虫转化人工饲料体系,初步筛选出3株亮斑扁角水虻益生乳酸菌L4,L7,L8.经过形态学观察、生理生化鉴定及16S rDNA序列分析后,确定L4为短促生乳杆菌,L7为啤酒促生乳杆菌,L8为植物乳植物杆菌.与空白对照组相比,益生乳杆菌L4,L7,L8的添加可以显著提高亮斑扁角水虻幼虫鲜重 5.93%,6.41%,9.43%;亮斑扁角水虻转化率也分别提高了 8.01%,7.18%,13.60%;物料减少率则分别提高了 3.47%,4.75%,6.28%.更重要的是,L4,L7,L8 对亮斑扁角水虻幼虫蛋白积累具有显著促进作用.与空白对照组相比,亮斑扁角水虻幼虫粗蛋白含量分别显著提高了5.14%,3.13%,4.70%;幼虫蛋白总产量分别显著提高了 14.40%,14.84%,17.63%.综上,本研究筛选、鉴定并评估了对亮斑扁角水虻幼虫具有益生作用的乳杆菌,不仅能提高亮斑扁角水虻幼虫对人工饲料的转化率,获得更多的虫体生物质,而且能够促进亮斑扁角水虻幼虫的蛋白积累提高虫体蛋白质含量,获得高品质的昆虫蛋白.研究结果对揭示亮斑扁角水虻与肠道微生物协同代谢营养物质的机制具有重要意义,并且在亮斑扁角水虻大规模转化有机废弃物中应用潜力巨大.

基于通气量影响好氧堆肥微生物呼吸强度并影响腐殖化进程的预判,设计不同通气策略下玉米秸秆+尿素、玉米秸秆+牛粪、玉米秸秆+鸡粪等不同有机物料的堆肥腐殖化进程实验,进行反应器方式堆肥.结果表明,经40天堆肥,分阶段通气调节策略能使尿素、鸡粪氮源有机物料组合干物质损失率分别减少12.4％和16.2％,并分别提高腐殖质聚合度至17.9％和18.1％;牛粪氮源有机物料对分阶段通气调节策略堆肥的反馈主要是胡富比的增加.对堆肥后各处理微生物群落结构的分析表明,通气量和堆肥物料共同作用于堆肥物料的微生物群落,且较易分解物质的堆体有着相似的微生物物种组成.研究发现,分阶段通气调节策略对不同有机物料腐殖化进程的影响效果不同,更适用于较易分解有机物料腐殖化进程的调控.

发酵工程是生物技术专业的核心基础课程,注重培养实践应用能力,有机结合理论知识与实验,帮助学生理解理论知识、提高实践动手能力和创新思维."葡萄酒发酵"工艺历史悠久,是发酵工程重要的基础实验与内容,涉及发酵、物料预处理、发酵菌种与设备、前发酵及后发酵等概念.以小组为单位开展实验教学,使学生体会完整发酵流程,锻炼学生实验操作能力和自主探索能力,培养学生的家国情怀和职业道德素养.

探究风蚀区草地、林地和农田土壤有机碳物理组分及其影响机制,可为风蚀区土地的碳固定与科学利用、防风措施制定以及坡耕地农田肥力修复提供科学依据.本研究在黑龙江省齐齐哈尔市梅里斯区风沙土风蚀区选取相邻近的草地、林地和坡长约350 m、坡度约5°的坡耕地农田(自下而上每100 m分别设为下坡段、中坡段和上坡段),研究0～15cm 土层团聚体有机碳和密度分组有机碳的分异.结果表明:风蚀区草地、林地和农田土壤＞2 mm团聚体均遭到破坏,＜0.053 mm团聚体显著高于其他粒级团聚体;与草地和林地土壤相比,农田各粒级土壤团聚体、密度分组有机碳含量以及重组有机碳占比均显著减少.农田上坡段＞2 mm团聚体被完全破坏,各粒级团聚体及密度分组有机碳含量均随坡面的上升逐渐下降,重组有机碳占比逐渐减小,轻组有机碳占比逐渐增加.土壤有机碳和速效钾是影响团聚体稳定性、团聚体有机碳含量和密度分组有机碳含量的关键因子,且团聚体有机碳的流失使团聚体稳定性下降.综上,相比草地和林地,东北风蚀区农田土壤团聚体稳定性、团聚体有机碳含量、密度分组有机碳含量以及重组有机碳占比均降低,坡耕地随坡段的上升,团聚体有机碳含量、密度分组有机碳含量以及重组有机碳占比均降低.在风蚀区植树、保护与扩大草原面积、增加坡耕地有机物料施用等是稳固和提高土壤碳储量、改善土壤结构、提升土壤质量的有效途径.

土壤有机质是表征土壤质量的重要指标,白浆土作为具有典型障碍层的土壤,其低有机质含量易对作物生长发育产生不良影响,明确不同有机物料深混对白浆土表层土壤有机质再分布的影响,可为东北农田白浆土构建适宜的耕层提供理论和技术参考.本研究在黑龙江省双鸭山市白浆土上进行了为期2年的定位试验,设置5种处理:深翻35 cm(T35)、秸秆深混35 cm(T35+S)、有机肥深混35 cm(T35+M)、秸秆搭配有机肥深混35 cm(T35+S+M),以农民常规措施(浅翻15 cm,CK)为对照.结果表明:有机物料深混35 cm还田处理(T35+S、T35+M和T35+S+M)可显著提升玉米产量,其中以T35+S+M处理对玉米产量的提升效果最显著,2年平均增产2934.76 kg·hm-2.与CK相比,T35处理耕层(0～15 cm)土壤有机质含量降低8.4％,而亚耕层(15～35 cm)土壤有机质含量增加7.6％,亚耕层土壤有机质丰富度指数增加17.5％.在深翻基础上有机物料还田可显著提升全耕层(0～35 cm)土壤有机质含量,全耕层土壤有机质转化率为16.3％～31.0％.与T35处理相比,T35+S处理耕层和亚耕层土壤有机质含量无显著增加,T35+M和T35+S+M处理耕层土壤有机质含量分别显著增加4.6％和6.9％,亚耕层土壤有机质含量分别显著增加11.2％和15.4％,亚耕层土壤有机质丰富度指数分别增加2.5％和5.1％.相关性分析表明,全耕层土壤有机质含量与玉米产量呈显著正相关,贡献率达17.5％.综上,有机肥或有机肥配合秸秆深混还田是培肥白浆土的有效措施,且主要是通过提升全耕层(0～35 cm)与亚耕层(15～35 cm)土壤有机质含量实现.

目的 探讨不同供氧浓度对生物质固废好氧堆肥化处理过程的影响机制,以掌握适用于未来地外星球基地受控生态生保系统(CELSS)固废资源化处理的供氧参数,提高氧气利用率.方法 利用自研的固废生物反应器试验系统,以小麦秸秆和模拟粪便为处理对象,开展10%、15%和21%三种供氧浓度的好氧堆肥化处理实验,定期采样并分析处理过程中的气体组分(O2、NH3、CH4和N2O)及物料腐熟度(含水率、溶解性有机碳、NH4+-N和种子发芽指数).结果 15%O2处理组耗氧量最大,NH3和N2O排放量最小,溶解性有机碳含量降解效果最好,NH4+-N含量较高;3个处理组中CH4排放均处于较低水平.堆肥结束时,10%O2和15%O2处理组的产品含水率均大于74%,保水性最好,各处理组的种子发芽指数分别达到86.64%、123.81%和97.98%.结论 与10%和21%供氧浓度相比,15%供氧浓度有效减少了NH3和N2O的排放,且拥有良好的保氮、保水和溶解有机碳降解效果,腐熟度更高.

采用5种单一微生物菌株和1种复合微生物菌剂对餐厨垃圾进行发酵预处理,以考察外源微生物预处理对餐厨垃圾理化性质、黑水虻生长发育及虫体营养组成的影响.结果表明:经不同方式预处理后的餐厨垃圾,物料的pH均快速下降至4.2,直到发酵产生的酸性环境不利于微生物生长,最终迫使pH稳定在3.5左右.微生物的水解和代谢作用对餐厨垃圾中的总糖和溶解性化学需氧量(SCOD)产生了显著影响,发酵产生大量挥发性有机酸(VFA),其中复合菌剂处理组(F)的总糖和SCOD含量下降幅度最大,与灭菌对照组(CK1)的相比分别降低了56.93％和12.39％,而戊糖片球菌(B)处理组,有机酸的最大产生量为10 627.14 mg/L,与对照组(CK1)的相比提高了3.44倍.不同方式预处理的餐厨垃圾都能够提高黑水虻的平均体质量及收虫时幼虫的总质量,其中拜耳接合酵母菌组处理组的效果最佳,第7天的黑水虻平均体质量和总虫质量分别达到230 mg和22.37 g,与对照组(CK1)的相比分别提高17.95％和22.30％,同时黑水虻幼虫达到半数预蛹的周期缩短2 d.本研究结果可为黑水虻高效转化餐厨垃圾提供技术支撑.

人类活动的不断加剧使得土壤生态系统承受着环境干扰压力.土壤微生物受到环境干扰的响应程度(抵抗力)及恢复至原来状态的能力(恢复力)决定着土壤生态系统的可持续性.梳理和总结了土壤微生物群落对环境干扰的抵抗力和恢复力方面的研究进展.首先,在介绍土壤微生物群落抵抗力和恢复力概念的基础上,阐述了通过评估微生物群落的结构和功能的变化来系统表征抵抗力和恢复力;随后,分析了最近十年(2012—2021年)有关文献,发现土壤微生物群落的结构和(或)功能在环境干扰后的恢复力总体较弱,但耕作、有机物料添加和轮作等农田管理措施下的响应趋势表现出一定的规律性;继而,从个体水平的休眠和胁迫忍耐、种群水平的生存策略、群落水平的多样性和相互作用以及生态系统水平的历史遗留效应等方面分析了土壤微生物群落抵抗力和恢复力的维持机制;最后,从功能性状、多功能性和植物-土壤微生物整体性对未来研究做出了展望,以期为构建土壤健康评价体系及预测环境干扰对土壤功能的影响提供科学依据.

探讨外源养分的输入对土壤系统内碳、氮、磷化学计量特征的影响,对于深刻认识农田土壤有机碳(C)和养分循环及其相互作用过程具有重要意义.以26年的农田长期定位施肥试验为平台,分析长期不同施肥条件下土壤、有机态及微生物生物量碳、氮、磷含量及其化学计量学特征,并根据内稳性模型y=c x1/H计算其化学计量内稳性指数H.结果表明:与长期撂荒处理(CK0)相比,种植作物条件下26年化肥配施有机肥处理(MNPK和1.5MNPK)显著降低微生物生物量氮含量,但显著提高了微生物生物量磷的含量.相对于撂荒处理,即使长期配施化肥磷处理(NP、PK、NPK),其土壤有机磷降低显著.对于C∶N比而言,化肥配施有机物料处理(秸秆或有机肥)的土壤C∶N比、有机质C∶N及微生物生物量C∶N比均显著低于化肥处理(N、NP、PK和NPK).对于C∶P比而言,相对于撂荒处理,26年施用磷肥(化肥磷或有机磷)显著降低了土壤C∶P比和微生物生物量C∶P比,而CK和偏施化肥处理(N、NP和PK)显著降低了土壤有机质C∶P比.对于土壤N∶P比而言,撂荒处理土壤N∶P比显著高于其他处理,而撂荒处理土壤有机质N∶P比显著高于CK和化肥处理,表明不施肥或化肥条件下作物种植加剧了土壤有机质中氮素的消耗.微生物生物量C∶N、C∶P、N∶P比的内稳性指数H分别为0.24、0.75、0.64,不具有内稳性特征.微生物生物量C∶N、C∶P、N∶P比分别与土壤C∶N、C∶P、N∶P比呈显著正相关关系,但与土壤有机质碳氮磷化学计量比之间无显著相关性.表明土壤碳、氮、磷元素的改变会直接导致微生物生物量碳、氮、磷化学计量比的改变,但微生物生物量碳氮磷化学计量比对土壤有机质碳氮磷化学计量比无显著影响,土壤有机质的碳氮磷计量比可能更多是受到作物和施肥等养分管理措施的影响.