为了探明干旱胁迫下沼液对玉米幼苗抗旱、光合生理、形态的缓解效应,以中度抗旱玉米杂交种'先玉335'和较强抗旱杂交种'中单2号'为材料,采用10％聚乙二醇-6000模拟干旱胁迫,研究50％沼液根部浇灌处理对干旱胁迫下玉米幼苗生长和生理特性的影响.结果表明,沼液根部施用可以显著提高两品种玉米的抗旱性,有效缓解干旱胁迫对玉米幼苗根系和地上部生长的抑制作用,促进两品种玉米幼苗生长和提高根系活力,降低根冠比,且'先玉335'的变幅更大;同时显著提高两品种叶片SOD、POD和CAT活性以及可溶性糖、脯氨酸、可溶性蛋白含量('中单2号'的CAT除外),降低MAD含量,且对'中单2号'的影响更显著;沼液根施还可以显著提高干旱胁迫下两品种叶片的净光合速率(Pn)、蒸腾速率(Tr),降低气孔导度(Gs)、胞间CO2浓度(Ci),但'中单2号'的Tr和Gs除外,同时使两品种叶片叶绿素含量和水分利用效率(WUE)均显著增加.可见,沼液根施处理可以有效改善干旱胁迫下玉米幼苗的光合能力,显著提高幼苗抗氧化酶活性和渗透调节物质的含量,减轻膜脂过氧化程度,有效缓解干旱胁迫对2种不同抗旱性玉米幼苗的生长抑制,从而增强玉米耐受干旱胁迫的能力,且对'中单2号'的缓解效果更明显.

我国每年产生大量的园林废弃物,外加尿素和菌剂的堆肥方式使其可以被大量处置和循环利用,但该方法存在严重的氮素损失和环境问题.沼液含有一定的氮源和微生物,理论上可以作为尿素和菌剂的替代物从而减少氮素损失.本研究设置了沼液+园林废弃物(GB)、沼液+园林废弃物+尿素(GBU)和沼液+园林废弃物+尿素+菌剂(GBUM)处理,研究堆肥过程的腐熟、氮素转化及损失情况.结果表明:与GBU和GBUM处理相比,GB处理的高温期更长且更稳定,同时具有更适合堆肥的pH和电导率(EC)以及最高的发芽指数(221.8％).GB处理NH3和N2O的排放速率分别为2.59 mg·kg-1·d-1和3.65 μg·kg-1·d-1,比GBU处理分别降低99.0％和50.0％,比GBUM处理分别降低99.4％和40.7％.818O和δ15NsP双同位素图谱技术分析显示,GB和GBU处理以反硝化作用为主,且GB处理反硝化作用贡献高于GBU处理,而GBUM处理以硝化作用为主;GB处理的N2O还原程度(83.7％)大于GBU和GBUM处理.可见,与GBU和GBUM处理相比,GB处理的腐熟度更好、氮素损失更低,并通过增强反硝化作用的N2O还原过程减少了N2O排放.综上,沼液与园林废弃物可以在不受C/N与微生物的限制下直接共堆肥,这种方式既保护了环境,又节约了资源,在实际生产中可以实现废弃物的循环再利用.

畜禽粪便是一种重要的廉价生物质资源,含有丰富的木质纤维素和矿质营养,但随意堆弃必然会对环境形成污染,同时造成资源浪费. 为促进实现畜禽粪便的循环再生利用,从牛粪肥料化利用、能源化利用和化学品生产原料3个方面综述牛粪生物质资源的研究进展,分析不同处理方式对牛粪利用效率的影响. 肥料化利用在一定程度上能消解环境中的牛粪, 但因生产成本高、资源利用率低等问题限制了其大规模推广. 而牛粪厌氧发酵能产生清洁能源沼气,结合厌氧共发酵方式可以提高甲烷产率,并且发酵后的沼液可用于浸种和生物农药利用; 同时牛粪可以作为制取乙醇的新型原料,通过分子生物学手段构建重组运动发酵单胞菌,扩大菌株的底物利用范围. 此外,牛粪作为乳酸、富马酸、纤维素等生物基产品的生产原料,丰富了牛粪利用方式. 最后提出在牛粪利用过程中加强对重金属和抗生素的脱除,着力研究沼气工程建设技术,稳定发酵温度,提高产率,同时构建糖利用范围广、乙醇得率高的菌株,发展多重牛粪利用方式,以实现牛粪生物质资源的高值高效利用. (图1 表1 参74)

利用微生物回收和固定CO2气体的生物固碳方法,成为解决"温室效应"这一重大环境问题的焦点,本研究目的是分离筛选固碳微生物菌株.利用无碳源无机培养基从活性污泥、沼液和设施土壤中分离筛选出以CO2为碳源的菌株24株,选取其中生长较快的8株菌进行cbbL基因、形态观察、生理生化反应测定和16S rDNA测序分析,将测序结果在BlAST数据库中比对,进行固碳菌株的分子鉴定,并对其菌体含量和RubisCO酶活性进行比较.选取RubisCO酶活性最高的菌株C2-8R,进行土壤施用试验,通过土壤RubisCO酶活性的测定,确定分离筛选的固碳菌的固碳能力.研究表明,可通过无碳源培养基进行固碳微生物菌株的筛选,筛选的固碳菌分别隶属于假单胞菌属和嗜甲基菌属,并可通过RubisCO酶活性来反映微生物的固碳能力.

为探索沼液和化肥协同促生的效果,以3种常见禽畜粪便(鸭粪、猪粪、牛粪)作为发酵原料的沼液为母液,以氮磷钾镁肥作为化学肥料辅助,平衡不同稀释比例之间的养分差异,研究沼液配施对番茄生长发育的影响.结果表明:沼液部分替代化肥可以显著改善土壤速效氮、磷、钾的肥力状况,依发酵原料和稀释比例不同,沼液对土壤水溶性钙、镁和有效铁、锰、铜、锌有不同程度的活化作用.与完全施用化肥相比,沼液配施化肥可显著促进番茄生长,且随生育期的延长,沼液的促生作用愈发凸显,最终增产幅度达55.9％ ～ 232.8％,化肥用量减少18.2％ ～ 85.0％;番茄果实品质显著改善,番茄红素、Vc、总糖含量均显著提高,果实酸度显著降低,NO2-降幅达35.6％ ～ 90.3％,而口感得分比化肥处理高出7.0％ ～20.3％.相关分析发现,番茄产量和品质呈非线性关系,口感与糖酸比呈显著正相关,番茄果实口感受肥料种类的影响亦显著.总之,沼液配施化肥用于番茄生产可以实现高产、优质、环保、培肥和资源高效利用的目的.

研究了沼液替代不同比例化肥氮对水稻生长发育特征( 生育进程、株高动态、群体动态和干物质积累动态) 、产量、稻米品质和重金属含量的影响.结果表明: 在等氮量条件下,随着沼液替代化肥氮比例的增加,水稻各生长指标及产量呈现先增加后下降的趋势,以沼液替代70％化肥氮处理( 70％Nbs) 最高; 施用沼液可改善稻米品质,稻米Cu、Zn、Pb 和As含量稍有增加,Cd 和Cr 含量则有所降低; 各处理稻米重金属含量均低于相应的污染物限量标准( GB 2762—2005); 与全施化肥处理( Ncf) 相比,沼液替代100％化肥氮处理( 100％ Nbs) 水稻各生长指标都有下降趋势,有减产风险; 沼液替代200％化肥氮处理( 200％Nbs) 由于水稻贪青晚熟,以及基部节间长度显著增长等原因可能导致倒伏减产和二次污染风险增加; 在本试验条件下,稻田灌溉沼液替代化肥氮最佳比例为70％,约灌溉沼液278.56×103 kg·hm-2.

以一年生蒙古黄芪苗为实验材料,设置4个沼液浓度(0％、50％、80％和100％)和1个化肥浓度处理,通过盆栽实验,研究不同浓度沼液基施(作基肥施入)和配施(基肥+2次叶面喷洒)对黄芪苗生长、生理指标及药用有效成分含量的影响.结果 显示:(1)配施50％沼液、配施或者基施80％沼液及基施100％沼液均有助于增加蒙古黄芪生物量,但沼液施用效果不如基施化肥明显.(2)配施低浓度沼液(50％)和基施高浓度沼液(80％)均可显著提高黄芪叶片叶绿素、游离脯氨酸、可溶性糖含量,并显著优于基施化肥的效果.(3)配施50％沼液能促进蒙古黄芪叶片SOD、CAT活性,基施80％沼液能促进SOD活性,而配施80％沼液能促进POD、CAT活性,但100％沼液却使各保护酶活性均迅速下降;黄芪SOD活性对沼液处理较敏感,而POD、CAT活性对基施化肥处理较敏感;黄芪叶片MDA含量在适宜沼液浓度和施用方式下显著较低,但在基施80％沼液处理下显著较高.(4)黄芪根内黄芪甲苷和毛蕊异黄酮葡萄糖苷含量随沼液浓度增加呈先增后降趋势;黄芪甲苷含量以80％沼液基施处理较高,比对照显著增加57.44％;毛蕊异黄酮葡萄糖苷含量以80％沼液配施较高,显著高出对照24.06％;与同浓度化肥处理相比,沼液处理的黄芪甲苷含量显著增加了74.47％,而毛蕊异黄酮葡萄糖苷显著降低了42.16％.研究发现,合理的沼液浓度及施用方式能有效促进黄芪苗的生长、抗逆生理指标及药用有效成分含量的提高,并以80％沼液基施处理的黄芪苗生长更好,药用活性成分含量更高.

运用磷脂脂肪酸(phospholipid fatty acid,PLFA)和Biolog方法,研究了秸秆不还田不施肥(CK)、秸秆还田+尿素1(N分配∶麦收后∶水稻移栽前∶分蘖期∶孕穗期=0∶6∶2∶2,T1)、秸秆还田+尿素2(N分配:麦收后∶水稻移栽前∶分蘖期∶孕穗期=3∶3∶2∶2,T2)、秸秆还田+沼液+尿素(N分配∶麦收后∶水稻移栽前∶分蘖期∶孕穗期=3(沼液)∶3(2沼液+1尿素)∶2(尿素)∶2(尿素),T3)4种氮肥运筹方式对水稻各生育期(分蘖期、孕穗期、成熟期)土壤微生物群落结构的影响.结果 表明:1)T3处理显著提高了各生育期土壤中的有效氮含量,其中成熟期有效氮含量显著高于分蘖期和孕穗期;T1～ T3处理的有效磷和速效钾含量在各生育期均高于CK,且分蘖期的含量高于孕穗期和成熟期;稻田各生育期与各处理的交互作用对土壤有效氮、有效磷、速效钾含量均有显著影响;2)T3能提高稻田土壤中微生物碳源代谢强度,碳水化合物、氨基酸、聚合物、羧酸是稻田土壤微生物利用的主要碳源,稻田各生育期与各处理的交互作用对微生物利用碳水化合物和羧酸的能力有显著影响;3)T2、T3能显著提高土壤微生物生物量;T2处理真菌/细菌比较高,以真菌为主导,更有利于稻田土壤生态系统的稳定.表明秸秆还田同步施用氮肥(尿素或沼液)能提高土壤微生物活性,改善土壤环境.

为研究酒糟沼气工程中互营丙酸氧化菌群,以不同阶段酒糟沼液为接种物,丙酸为唯一碳源,经过1年富集培养获得两个中温厌氧丙酸降解培养系JO-P和JN-P.丙酸在1.5-2个月转化为乙酸和甲烷.采用16S rRNA基因高通量测序技术,对培养系中细菌及古菌的群落结构进行解析.细菌解析结果表明,两个培养系中存在不同类型的丙酸降解菌:JO-P中存在3种丙酸降解相关功能微生物,与已培养丙酸降解菌Smithellapropionica(16S rRNA基因相似性,99％)、Syntrophobacter wolinii(相似性95％)及Desulfobulbus propionicus(相似性100％)序列近缘,分别占细菌的37.61％、10.40％及1.34％.JN-P中存在1种与已培养丙酸降解菌Syntrophobacter wolinii近缘微生物(相似性95％),占细菌的24.90％;古菌解析结果表明,JO-P中氢营养型产甲烷菌Methanoculleus receptaculi(相似性100％)及乙酸营养型产甲烷菌Methanosaeta concilii(相似性100％)分别占95.09％和4.85％.JN-P中只存在氢营养型产甲烷菌Methanoculleus receptaculi(相似性100％),相对丰度99.98％.本研究表明Smithella propionica、Desulfobulbus propionicus及Syntrophobacter wolinii在酒糟沼气工程中降解丙酸发挥重要作用.

随着污泥产量的不断增加,未能妥善处置的污泥会给环境带来许多隐患.污泥厌氧消化技术可使污泥“无害化”“减量化”“资源化”,是污泥处置的主流技术路线之一.但污泥的厌氧消化效率低,限制了该技术的推广应用.利用污泥厌氧发酵罐的回流沼液,对污水处理厂脱水的市政污泥进行酸化预处理,从而提高污泥的产沼气效率.结果表明,污泥厌氧发酵最佳条件为温度35℃C,含固率8％,接种量40％;污泥酸化预处理最佳回流比为5％(V/m,回流液/污泥),该条件使污泥上清液的挥发性脂肪酸含量增加了26.14％.根据Gomperzt修正方程拟合结果表明,预处理后的污泥累计产甲烷率为85.53 mL/g,提高了43.96％;厌氧发酵延滞期缩短至2.97 d;最大日产甲烷量为8.81 mL g-1 d-1.本研究获得了沼液酸化预处理污泥的最佳回流比,成功提高了污泥的产气效率,开发了低成本的污泥酸化预处理工艺,具有一定的工程应用前景.