为控制氮磷面源污染提供理论基础,研究了秸秆粉构建隔离层方式对土壤氮磷淋溶阻控效应.通过盆栽辣椒试验,设置空白对照(T1)、单层深埋(T2)、双层深埋(T3)、单层深埋+土壤混合(T4)、土壤混合(T5)五种处理,构建秸秆隔离层,在不同时间点取淋溶水,测试淋溶水中氮磷含量,明确不同秸秆构建隔离层方式对土壤氮磷淋溶的阻控效应.结果表明,T4 明显比其他处理和对照表现出阻截氮磷淋溶效应的优势,全氮、总磷、有效磷、氨氮、硝态氮、亚硝态氮累积淋溶量分别比对照减少了50.6%、42.64%、25.8%、11.4%、65.6%、46.9%,同时增加辣椒生物量10.54%.四种处理均表现出阻截氮磷淋溶效应的趋势,但程度各有不同,具体应用到实际农业生产中还需进一步研究.

有机残体混合分解对陆地生态系统物质循环至关重要,但关于农田生态系统中混合秸秆分解过程的研究仍较缺乏.该研究在玉米(Zea mays)单作、马铃薯(Solanum tuberosum)单作和玉米马铃薯间作小区实验中,设置了为期6个月的玉米秸秆、马铃薯秸秆和玉米马铃薯混合秸秆分解袋填埋实验,通过Biolog-Eco微平板法分析秸秆类型和分解环境对秸秆微生物碳代谢活性的影响.结果表明,马铃薯秸秆和玉米秸秆混合对分解过程产生了协同效应,混合秸秆的分解率和微生物代谢活性高于单一秸秆,增加了微生物对碳水化合物和羧酸类底物的利用.这种协同效应随时间延长而削弱.随机森林模型和结构方程模型分析表明,土壤中溶解性有机碳、硝态氮、铵态氮含量以及秸秆碳氮比是驱动秸秆分解的重要因素.总之,秸秆混合促进秸秆分解.

粒径是影响物质吸附性能的一个重要因素.本研究以不同粒径(0.25～1 mm、0.075～0.25 mm、＜0.075 mm)油菜秸秆生物炭(SBC)和鸡粪生物炭(MBC)分别与两种土壤(高磷土、低磷土)混合进行室内培养30 d,通过土壤磷等温吸附试验与解吸试验,结合土壤磷吸附相关性质,评价不同粒径生物炭对土壤磷吸附-解吸特性的影响.结果表明:在水体系中,3个粒径的SBC与MBC对磷的吸附能力大小均表现为＜0.075 mm(43125、20083 mg·kg-1)＞0.075～0.25 mm(37376、13199 mg·kg-1)＞0.25～1 mm(27749、12251 mg·kg-1);在土壤体系中,同一种生物炭的3个粒径间土壤磷吸附量差异较小.与无生物炭处理相比,添加SBC提高了 土壤对磷的最大吸附量(Smax),增幅为236.8％～755.7％,并降低了土壤磷解吸率;添加MBC的Smax增幅较SBC低,但提高了 土壤磷解吸率(增幅为7.2％～295.9％).两种生物炭处理均显著增加了 土壤总磷、速效磷和交换性钙、镁含量,其中SBC处理交换性钙、镁含量增幅为64.0％～257.1％,MBC处理增幅为39.1％～205.3％,且土壤交换性钙、镁含量与Smax呈极显著正相关.综上,生物炭粒径对土壤磷吸附性能的影响较小,提高土壤对磷吸附性能的关键因素是生物炭施入后带入的钙、镁;油菜秸秆生物炭对土壤磷吸附能力强,适用于提高富磷土壤对磷的固持能力,减少盈余磷素的流失;而鸡粪生物炭更适于改善低磷水平土壤,提高有效磷含量.

[目的]每年产生的秸秆大部分没有被有效利用,造成大量的资源浪费.虽有部分秸秆发酵后制成畜禽动物饲料,但研究秸秆饲料用于饲养昆虫的少见.本研究旨在拓展秸秆的资源化利用途径,利用发酵秸秆饲养黄粉虫Tenebrio molitor,进而降低黄粉虫饲养中的饲料成本.[方法]以饲养黄粉虫的常规饲料、发酵的玉米秸秆、发酵的红薯秸秆为原料,用极端顶点混料设计法,研究三者不同混合比例对黄粉虫幼虫生长指标(生物量增率、死亡率、体长、饲料利用率和转化率)以及生理指标[含水量、灰分含量、粗脂肪含量、粗蛋白含量、超氧化物歧化酶(SOD)活性、总糖含量、磷含量、中微量元素含量和重金属含量]的影响,筛选出黄粉虫的最佳混料配方.[结果]结果表明,在常规饲料中添加一定量发酵的玉米秸秆和红薯秸秆更有利于黄粉虫幼虫的生长.生物量增率较大的实验组,其饲料利用率和转化率较高.混料配方中红薯秸秆所占比例越大,黄粉虫幼虫的死亡率趋势越大.而不同的混料配方对黄粉虫幼虫的体长和各生理指标无明显影响.最佳的混料配方为:常规饲料:发酵玉米秸秆:发酵红薯秸秆=37.24:20.72:42.04.此配方饲料成本低,相比于常规饲料配方成本降低了56.94％.此配方下饲养的黄粉虫幼虫,其生物量增率可达32.52％,高于常规饲料饲喂的对照组(25.17％),且黄粉虫幼虫的死亡率低、饲料利用率高.[结论]秸秆饲料经过科学配方既降低了黄粉虫的饲养成本,又提高了秸秆的利用率,具有较好的推广前景.

采用Illumina Miseq高通量技术分析不同温度和贮存方式下玉米秸杆(IO)和白菜废弃物(IA)贮存30 d时的微生物群落. 设置低温(O)、中温(R)和高温(H)3种温度;每种温度条件均设有秸杆单贮(O)、白菜单贮(A)和二者混贮(X)3个处理组. 结果显示,IO原料附着细菌主要包括变形菌门(Proteobacteria)(65.26％)和厚壁菌门(Firmicutes )(33.78％),IA主要包括Proteobacteria(80.23％)和拟杆菌门(Bacteroidetes)(18.57％). 贮存30 d后在属水平上,IO主要包括肠杆菌(Enterobacter)(47.11％)、肉食杆菌 (Carnobacterium)(27.71％)和泛菌(Pantoea)(10.14％)等;IA主要包括假单孢菌(Pseudomonas)(48.40％)、Pantoea(17.10％)和黄杆菌(Flavobacterium)(16.26％)等;IA中几乎不含乳酸菌,IO中乳酸菌丰度约28.71％. IO组低、高温单贮时主要包括Enterobacter(21.76％和35.87％)、Carnobacterium(40.42％和27.29％)和Pseudomonas(18％和26.99％),中温单贮时主要包括Enterobacter(66.72％);IA中、高温单贮时主要包括乳杆菌(Lactobacillus)(80.07％和74.63％),低温单贮时主要包括Lactobacillus(28.43％)、耶尔森氏鼠疫杆菌 (Yersinia)(19.50％)和Enterobacter(17.13％);二者低、中温混贮时主要包括Lactobacillus(52.03％和53.52％)、Enterobacter(5.98％和11.65％)和Carnobacterium(12.98％和10.65％),高温混贮时主要包括Enterobacter (70.57％). 综上表明,高通量测序技术全面反映了IO和IA在不同贮存条件下细菌群落的组成及丰度信息,白菜中高温单独贮存、秸秆/白菜中低温混合贮存时乳酸菌占优势. (图9 表3 参37)

有机物沟埋还田与花后灌水配合对增加玉米田保水供水能力,提高玉米花后光合性能、实现节水增产有重要意义.本试验以郑单958为供试材料,设置有机物沟埋还田和花后灌水量两个因素,有机物沟埋还田包括不还田(M0)、秸秆单还田(M1)和牛粪秸秆混合还田(M2)3个还田类型,花后灌水量包括450 mm(W1)和325 mm(W2)2个水平,研究了其对玉米穗位叶光合性能、光系统Ⅱ(PSⅡ)效率和产量等的影响.结果表明:与秸秆单还田比较,牛粪秸秆混合还田有效提高了玉米花后光合能力和各器官的干物质积累量;与节水灌溉相比,正常灌溉加强了有机物还田对玉米光合能力的促进作用.牛粪秸秆混合还田与正常灌溉结合可显著提高玉米花后叶片的光合速率(Pn)、气孔导度(gs)和蒸腾速率(Tr),降低胞间CO2浓度(Ci);提高玉米花后叶片PSⅡ的最大光化学效率(φpo)和捕获的激子将电子传递到电子传递链中QA下游的电子受体的概率(Ψo);改善花后叶片光能利用率,维持花后叶片较高的光合性能;同时增加花后玉米各器官干物质的量,提高于物质总积累量和转运能力,有利于花后同化物对籽粒的分配,最终获得高产.节水灌溉降低了叶片的光合性能,造成产量的下降;但配合牛粪秸秆混合还田与不还田处理相比,水分利用效率、籽粒增长速率和增产效果均优于正常灌水.这表明牛粪秸秆混合还田与正常灌溉结合可有效提高玉米花后光合性能,增加干物质积累量,促进玉米增产;牛粪秸秆混合还田与节水灌溉结合一定程度上降低了因减少灌溉量造成的减产.

煤矸石是煤炭生产过程中产生的主要固体废弃物, 因其利用率低、长期大量堆积, 对周围环境造成严重污染.探究以煤矸石为主要材料的优质的绿化基质对于实现煤矸石的资源化利用将具有重要意义.采用盆栽试验和淋溶试验, 将一定量煤矸石混合不同比例的土壤、聚丙烯酰胺 (PAM) 、粉煤灰和玉米秸秆组成基质, 各因素设置3水平, 选用L9 (34) 正交表安排试验, 并撒播白三叶草进行温室栽培.结果显示:土壤添加600 g时对白三叶草生长状况影响极显著 (P＜0.01), 但会增加铬 (Cr) 元素的富集和淋溶;PAM添加120 mg/kg可显著增加白三叶草的株高和生物量 (P＜0.01), 并对Cr、砷 (As) 元素产生明显的吸附作用;粉煤灰添加75 g时能显著地促进白三叶草的出苗及生长 (P＜0.05), 但添加150 g时会对Cr、As元素的富集与淋溶有明显的促进作用;玉米秸秆添加量为25 g时对白三叶草的出苗率、株高、生物量均产生促进作用 (P＜0.05), 但对Cr、As元素的富集与淋溶基本无影响.淋溶试验检验发现上述配比基质的Cr、As元素淋溶均低于国家标准.综上, 最适宜白三叶草生长且抵御重金属Cr、As污染、可用于生产的基质配比为600 g土壤与煤矸石混合, 并添加120 mg/kg PAM、75 g粉煤灰与25 g玉米秸秆.

目的:研究不同类型的粗饲料对奶牛外周血细胞因子的影响.创新点:明确饲喂玉米秸秆日粮奶牛外周血单核细胞基因的表达特征,研究日粮对外周血细胞因子的影响.方法:分别收集饲喂苜蓿混合粗饲料和玉米秸秆粗饲料的奶牛牛奶、外周血单核细胞及血清,检测牛奶营养含量,应用表达谱基因芯片分析筛选外周血单核细胞中差异表达基因,并采用荧光定量聚合酶链反应(qPCR)验证.最后采用酶联免疫吸附试验(ELISA)检测血清细胞因子的表达量.结论:与苜蓿混合粗饲料组相比较,玉米秸秆粗饲料组的奶牛外周血单核细胞炎性细胞因子分泌水平较高,牛奶乳蛋白含量较低(P<0.05).

乳酸菌与纤维素降解菌因其可防止微贮饲料酸败、增加秸秆饲料的营养价值等优点,在秸秆微贮过程中起重要作用.但由于乳酸菌的繁殖会抑制纤维素降解菌的活性,如何实现微贮过程中两种微生物分时发挥功能是解决上述问题的关键.文中利用固定化技术将乳酸菌制备成含有玉米秸秆粉的固定化菌剂以达到缓释的目的.首先制作固定化空白小球得出复合固定化载体成球的最佳浓度,利用玉米芯吸附植物乳杆菌S1得到复合固定化载体,以对S1的包埋率、成球效果等为指标,通过对比两种固定化方法(包埋法与包埋-交联法),得到固定化植物乳杆菌S1的最佳条件.研究表明,使用6％ PVA+0.4％ SA+0.3％ CMC-Na进行包埋-交联时成球效果最好,使用1.2％ SA+0.5％ CMC-Na进行直接包埋时成球效果最好.通过对比5种固定化工艺,将1.2％ SA+0.5％ CMC-Na和吸附玉米粉组成的固定化载体混合物逐滴滴入4％氯化钙中直接包埋24 h得到的固定化小球其机械强度以及包埋率均优于其他工艺.因此,利用玉米芯吸附-海藻酸钠包埋的方法可以有效提高植物乳杆菌包埋效率,为使用固定化技术制备微贮饲料菌剂奠定基础.

为促进干秸秆的跨季节贮存及尾菜资源化利用,利用青贮原理将干玉米秸秆与白菜废弃物进行混合贮存发酵,探讨不同添加量乙酸对二者混贮发酵品质的影响,并通过Miseq高通量测序技术解析发酵过程中的微生物多样性.设置ME组(无乙酸添加)为对照组,AA组(添加量0.3％)和AB组(添加量0.6％)为2个乙酸处理组,18±1℃恒温密闭混贮60 d,间隔30 d分析其化学组分、发酵品质及微生物多样性.结果表明,AA组贮存60 d时的干物质、可溶性碳水化合物和粗蛋白含量均显著高于ME组,酸性洗涤纤维和酸性洗涤木质素含量显著下降,半纤维素、纤维素和综纤维素含量显著增加.AB组在30 d和60 d时pH均显著低于ME组,乳酸含量在30 d时显著增加,60 d时显著降低.AA组和AB组中乳酸/乙酸、乳酸/总有机酸及氨氮/总氮值均低于ME组.混贮发酵期间ME组、AA组和AB组的门水平细菌主要为Proteobacteria和Firmicutes,属水平细菌包括Lactobacillus、Paralactobacillus、Enterobacter、Pediococcus、Flavobacterium、Chryseobacterium、Pedobacter、Sphingomonadaceae、Erwinia等,其中Lactobacillus、Paralactobacillus和Enterobacter为优势菌.与ME组相比,AA组和AB组中腐败菌Enterobacter丰度呈下降趋势;2个乙酸处理组的总乳酸菌丰度高于ME组,但乳酸菌多样性较ME组有所减少,主要包括Lactobacillus、Paralactobacillus和Pediococcus等乳酸菌属.总之,干玉米秸秆与白菜废弃物能以适宜比例混贮60 d不变质,尽管添加乙酸后的乳酸发酵强度有所抑制,但低剂量乙酸更有助于保存干物质、可溶性碳水化合物、粗蛋白、综纤维素等有机组分,建议乙酸添加量为0.3％.