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.

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.

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.

[背景]木霉是自然界中常见的纤维素和半纤维素降解菌,在农业废弃物降解中具有重要应用潜力.[目的]筛选可在低温环境降解玉米秸秆的木霉菌株.[方法]测定 31 种木霉 111 个菌株在低温下的生长状况、水解纤维素和木聚糖产生的透明圈直径及部分菌株对玉米秸秆的相对降解率(relative degradation rate,RDR);利用DNS法测定不同RDR代表菌株的纤维素滤纸酶(filter paper cellulase,FPase)、羧甲基纤维素酶(carboxymethyl cellulase,CMCase)和木聚糖酶(xylanase)活性,并分析它们在不同发酵阶段的酶活与秸秆降解率的关系.[结果]在 10℃和 5℃培养分别有100 株和 42株供试菌株能够生长,在 15℃均能生长,其中 19个菌株培养 6 d产生的水解纤维素和木聚糖产生的透明圈直径大于 60 mm、培养 10 d对玉米秸秆的RDR为 0.45%-8.09%;菌株 9145、TC425、TC505 和 8987 的FPase、CMCase和xylanase活性随着培养时间呈现动态变化,其中前两者的活性变化趋势基本一致,与 RDR 的关系密切.[结论]钩状木霉、西蒙斯木霉、深绿木霉和深褐木霉菌株在低温条件下对玉米秸秆具有较高的降解能力,将为后续玉米秸秆腐熟剂开发、降解机理研究及秸秆资源化利用提供种质资源.

[背景]土壤真菌主导田间秸秆腐解的过程,秸秆还田配施有机肥可为真菌提供良好的营养物质.[目的]研究麦玉轮作模式下长期秸秆还田配施有机肥对麦田土壤真菌多样性的影响.[方法]依托山西南部麦玉轮作区长达 14 年的秸秆还田和施有机肥长期定位试验,采用高通量测序开展土壤真菌群落结构和多样性对不施肥+秸秆清茬(CK)、氮磷化肥+秸秆清茬(NP)、氮磷化肥+秸秆还田(SNP)、氮磷化肥+有机肥+秸秆清茬(NPM)及氮磷化肥+秸秆还田+有机肥(SNPM)的响应差异研究.[结果]秸秆还田和施有机肥处理组的物种丰富度指数、Chao1 指数和ACE指数均高于CK.5 个处理共产生 953 个分类操作单元(operational taxonomic units,OTU),CK、NP、NPM、SNP和SNPM分别具有 398、451、472、462 和 440 个OTU.在门水平上共检测出 9 个菌门,其中子囊菌门(Ascomycota)、毛霉门(Mucoromycota)和担子菌门(Basidiomycota)为 3 个主要菌门,各处理中所占丰度差异显著;在属水平上共检测出 262 个真菌属,其中 CK丰度较高的 3 个属为柄孢壳菌属(Podospora)18.85%、被孢霉属(Mortierella)16.67%和镰刀菌属(Fusarium)7.77%;NP、NPM、SNP和SNPM丰度较高的前 3 个相同属均为Dendrostilbella、毛葡孢属(Botryotrichum)和被孢霉属(Mortierella),但相对丰度值存在差异.由聚类分析可知,NPM 和 SNPM 群落组成相似度高,归为一类,而CK、NP、SNP各独立为一类.与环境因子间冗余分析发现,TN含量是影响土壤真菌群落结构的关键因子,也受速效磷、pH、速效钾、碱解氮和全磷等环境指标影响.[结论]长期秸秆还田和施有机肥改变了小麦土壤真菌种群结构和多样性.

[背景]根际微生物直接或间接影响药用植物的生长发育和品质形成,通过改善土壤理化性质来提高益生菌多样性,促进植物病虫害的生物防治和提高植物产量、品质.[目的]探究栽培土壤中添加辣椒秸秆对滇黄精生长质量和根际细菌群落结构的影响.[方法]收集种植滇黄精无处理土壤(CK)、添加腐熟辣椒秸秆改良肥土壤(X)、添加商品复合肥土壤(Y)的根际附着土样,测量滇黄精生长质量,并通过高通量测序对其根际细菌群落进行功能和结构解析.[结果]X处理的滇黄精生长质量显著优于CK处理,而且与Y处理无显著差异,其中多糖含量和根系活力明显提高,分别较 Y 处理提高了 24.48%和 56.98%.同时显著增加了种植土壤的有机质和孔隙度.在根际细菌群落分析中,相对丰度最高的是变形菌门(Proteobacteria),占比分别为CK的 34.8%、X的 34.6%、Y的 41.3%,其中Y处理显著高于其他处理.其次是绿弯菌门(Chloroflexi),X处理为 10.2%,高于CK处理(8.7%)和Y处理(5.8%).t检验中秸秆处理蓝细菌门Cyanobacteria丰度显著高于对照,芽单胞菌门(Gemmatimonadetes)和脱硫杆菌门(Desulfobacteria)显著高于化肥处理.三元相图(属水平)表明,CK处理中以Verrucomicrobium和Lysobacter丰度最高.X处理中以JG30-KF-AS9 丰度最高.Y处理中是Pseudomonas和Mitochondria丰度最高.各处理间α多样性指数无显著差异.冗余分析表明,有机质和总孔隙度是影响秸秆处理细菌群落变化的主要驱动力,clusters of orthologous groups of proteins(COG)功能预测表明秸秆处理显著提高了 COG 功能数目,其特有COG数目为 81,显著高于CK处理(3 个)和Y处理(7 个).[结论]秸秆处理提高了滇黄精生长质量,改变了根际微生物群落,使相关有益微生物显著富集.这为特定环境因子下发掘新的功能类群微生物和有益微生物介导植物对环境的响应与微生物协同机制研究起到积极作用,同时也为生产中滇黄精优质栽培提供新的见解.

[背景]砂姜黑土地区存在秸秆腐解缓慢、秸秆还田后作物幼苗生长不良等问题.[目的]从砂姜黑土区农田筛选一株兼具秸秆腐解能力的玉米促生菌 MC29,以促进秸秆腐解和玉米作物生长.[方法]通过 16S rRNA基因序列分析对该菌株进行鉴定;采用液态摇瓶及盆栽试验验证菌株实际促腐、促生能力及土壤养分的提升效果,并且探究菌株的最佳生长及产吲哚乙酸(indole-3-acetic acid,IAA)条件;采用电击转化法将绿色荧光蛋白(green fluorescent protein,GFP)基因导入菌株细胞,并通过 PCR 琼脂糖凝胶电泳进行验证.[结果]分离筛选的玉米促生菌鉴定为纤维化纤维微细菌(Cellulosimicrobium cellulans).该菌株 MC29 羧甲基纤维素(carboxymethyl cellulose,CMC)酶活可达 13.32 U/mL,产IAA量为 8.63 mg/L.与对照相比,施用菌株MC29 后秸秆腐解率显著提高 24.8%;玉米soil and plant analyzer development(SPAD)值、植株总重、根表面积和根长分别提高 7.6%、21.3%、30.9%和 18.3%;土壤碱解氮含量显著提高 68.1%,土壤速效磷及土壤速效钾含量分别提高5.8%及6.0%.菌株MC29最佳生长条件为pH 7.0、装液量为25/250 mL、碳源为麦芽糖、氮源为酵母粉;最佳产IAA条件为pH 7.0、装液量为 50/250 mL、碳源为果糖、氮源为硝酸钾;成功构建荧光标记菌株MC29-GFP,并据此追踪到其接入砂姜黑土 15 d后定殖量为 2.8×105-9.5×105 copies/g.[结论]所筛选的纤维化纤维微细菌MC29 对于指导砂姜黑土区多功能秸秆促腐菌剂、微生物菌肥的研制及提升作物产量有一定的积极意义,并为探究其在砂姜黑土中的实际应用奠定基础.

辽河口翅碱蓬湿地出现严重退化现象,滩涂土壤质量下降是翅碱蓬湿地退化的主要原因之一,施加土壤改良剂可以有效改善和提高土壤质量.本研究以盘锦红海滩湿地多年未生长翅碱蓬区域为对象,通过现场小区试验探究施加改良生物炭、腐殖土、有机肥、稻草秸秆和生物菌肥5种生物有机改良剂对翅碱蓬湿地土壤理化性质和翅碱蓬生长的影响.结果表明:施加5种生物有机改良剂后,土壤含盐量、容重及＜0.25 mm粒级团聚体百分含量降低,其与翅碱蓬根长、株高、株密度及生物量均存在显著负相关(P＜0.05);而土壤孔隙度、＞0.25 mm粒级团聚体百分含量及有机质、碱解氮、速效磷、速效钾含量增高,除有机质外它们均与翅碱蓬根长、株高、株密度及生物量存在显著正相关(P＜0.05);施加有机肥和生物菌肥对滩壤的改良效果较好,其次是施加腐殖土.本研究结果可为探寻低成本的翅碱蓬湿地土壤改良方法提供理论依据和技术支撑.

秸秆及其生物炭性质的差异可能会导致其还田后土壤微生物结构与特性的改变,从而影响土壤的物质循环.本研究选取芦苇秸秆(Straw,ST)及其生物炭(Biochar,BC)为还田材料,研究它们短期内对土壤微生物群落结构及微生物酶活性的影响.结果表明,BC和ST处理都显著增加了微生物的多样性,但增加的微生物类型存在显著差异.BC处理诱导的特异性微生物其腐殖化能力相对较强,或多以自养方式生存;ST处理诱导的微生物一般氧化活性高,往往在易降解碳源丰富的条件下占优势.较CK而言,ST处理显著增加了酶的活性,使得β-葡萄糖苷酶和脱氢酶活性分别提高了19.23％和187.27％;而BC处理则相反,其抑制了两种酶的活性,使得β-葡萄糖苷酶和脱氢酶活性分别下降了20.85％和61.09％.

选取亚热带四种典型母质(花岗岩风化物、第四纪红色粘土、板页岩风化物、近代河流沉积物)发育的稻田土壤,以毗邻的旱作土壤为对比,通过室内模拟培养试验研究45％田间持水量(WHC)条件下稻田和旱作土壤中外源输入秸秆矿化和转化的特征与差异.结果表明:在180 d的培养期内,所选4种稻田土壤中外源输入秸秆的累积矿化率(18％-21％)均显著低于对应的旱作土壤(21％-28％),外源秸秆的输入对土壤原有有机碳矿化的激发效应也是以稻田土壤(5％-30％)明显低于对应的旱作土壤(17％-65％).外源秸秆在土壤中的分解产物主要向颗粒有机碳(POC)和铁铝结合态有机碳(Fe/Al-OC)分配,分配比例分别为9％-21％和12％-24％,其次为腐殖质碳(HMC)(11％-15％),而向微生物生物量碳(MBC)和溶解性有机碳(DOC)分配的比例极小,分别仅为2％-7％和0.1％-0.7％.与旱作土壤相比,稻田土壤中外源秸秆的分解产物向POC、Fe/Al-OC和MBC分配的比例较高,分别为15％-21％、17％-24％和6％-7％,而旱作土壤为9％-17％、13％-18％和2％-4％.此外,外源秸秆分解产物向2000-250μm水稳性粗团聚体分配的比例也以稻田土壤(10％-13％)高于旱作土壤(6％-7％),其它粒径中稻田与对应的旱作土壤之间并无显著差异.本研究结果说明,稻田土壤中外源输入秸秆的矿化率低于旱作土壤的现象在不同母质类型的土壤中可能普遍存在,这可能与稻田土壤中外源秸秆分解产物受水稳性团聚体的物理保护、与氧化铁铝的化学键合以及向有机碳稳定组分的分配作用较强有关,从而贡献于稻田土壤较高的有机碳积累.