秸秆还田对稻田土壤NH3挥发可产生影响,但相关排放变化规律和调控机制有待系统研究.以南粳46水稻品种为材料,太湖地区典型单季稻田原状土为研究对象,利用连续气流封闭法监测三种秸秆(水稻秸秆:RS;小麦秸秆:WS;玉米秸秆:MS)两种添加量(W秸秆:W土=0.5％、0.8％)下水稻各生长期NH3挥发通量、土壤理化因子及水稻产量;进而结合分子生物学技术,将环境因子与氮循环相关的功能微生物丰度进行耦合,揭示NH3挥发对不同种类秸秆和不同添加量的响应机制并解析关键因子,从而筛选出稻田生态系统氨减排效果最佳的秸秆还田种类及施用量.试验结果表明,秸秆种类及秸秆种类与其施用量交互作用对稻田土壤NH3挥发均产生显著影响,总体来看,与CK相比,施加秸秆处理NH3挥发变化幅度为-33.2％-27.3％.不同秸秆种类对稻田土壤NH3挥发影响不同,低添加量下,与CK相比,RS与WS施用对NH3挥发量均无显著影响,而MS施用显著增加NH3挥发量21.1％;高添加量下,RS施用显著降低NH3挥发量33.2％.不同秸秆施加量对稻田土壤NH3挥发影响亦不同,RS和MS处理下稻田NH3挥发量随施用量的增加分别降低31.2％和32.8％,而WS处理则呈现相反规律;不同秸秆种类及不同施加量交互作用下RS-0.8处理显著降低稻田土壤NH3挥发33.2％.田面水pH、总氮(TN)浓度、土壤微生物量碳含量(MBC)、土壤氨氧化古菌(AOA)和氨氧化细菌(AOB)群落丰度是导致不同秸秆种类和用量下稻田土壤NH3挥发产生差异的主要影响因素;RS-0.8处理相较于其他处理显著增加土壤AOA、AOB群落丰度并显著降低田面水TN含量,综合效应下显著减少稻田NH3挥发量33.2％,并显著增加水稻产量22.9％.因此,综合稻田NH3挥发总量和水稻产量,秸秆施用水稻种植体系中水稻(RS)秸秆以0.8％施用量模式下减排增产效果最佳.

稻田甲烷排放是农业源甲烷排放的主要来源.东北黑土地区是我国最大的粮食生产基地,农业温室气体减排是实现黑土地永续利用的关键议题之一.运用稻田甲烷排放模型(CH4MOD)核算并分析了 2009-2018年东北黑土地区稻田甲烷排放的时空演变特征,结合GOSAT卫星遥感数据探究了水稻生产与区域甲烷排放的时空动态联系,进一步量化了稻田甲烷对区域甲烷排放的贡献程度及不同情景下的排放潜力.结果表明,受水稻生产面积扩张和排放强度提高的影响,东北黑土地区稻田甲烷排放总量从2009年的39.05万t增加到2018年的79.53万t.东北黑土地区区域甲烷排放在季节变化和栅格单元上表现出与稻田甲烷排放较为一致的时空动态,大规模的稻田耕作可能会增加水稻生产与区域甲烷排放直接相关的可能性.随着水稻持续扩种稳产,2018年东北黑土地区水稻生产贡献了区域甲烷排放总量的15.04％,其中黑龙江省的贡献率高达31.06％.在基准发展情景下,预计2035年东北黑土地区稻田CH4排放量较2018年增加19.5％;在粮食供给保障情景下,维持当前稻田耕作面积,水稻生产集约化程度提高,预计其稻田CH4排放量较2018年减少0.88％;在此基础上,采取促进秸秆还田、增施有机肥、实施节水间歇灌溉等稻田管理措施将使稻田CH4排放量增加17.8％-63.6％.以满足膳食需求和供给保障为导向,优化水稻种植结构、控制稻田耕作面积,推动技术进步、品种改良以提升单产水平,采取化肥和有机肥搭配施用、节水间歇灌溉等途径能够缓解稻田甲烷排放.研究综合运用自上而下的遥感数据和自下而上的模型运算,刻画了水稻生产与区域甲烷排放的时空联系,进一步评估了稻田甲烷的排放潜力及减排措施的减排效果,为促进东北黑土地区农业甲烷减排和生产布局优化提供了理论依据和决策参考.

秸秆还田、高效肥料、节水减氮是我国农业绿色发展主推技术,高产低排放品种是减少稻田CH4排放重要方向.为明确秸秆还田下氮肥减量及节水灌溉集成技术对不同品种水稻田CH4排放的影响,本研究以双季稻为对象,采用随机区组的裂区试验设计,设置施用尿素+间歇灌溉(U)、尿素减量20％+秸秆还田+间歇灌溉(US+S)、控释尿素减量20％+秸秆还田+间歇灌溉(CRUS+S)、尿素减量20％+秸秆还田+节水灌溉(US+S+SWD)共4个主区因素,常规稻和杂交稻作为2个副区因素,利用静态箱-气相色谱法监测双季稻生育期内CH4排放规律及减排效果.结果表明,碳投入、氮投入、灌溉量和分蘖数是影响双季稻CH4排放的主要因素.秸秆还田可补充氮肥20％减量的养分,并显著促进常规稻和杂交稻CH4的排放,其中常规稻增排60.0％～107.8％,杂交稻增排99.8％～107.8％,这主要归结于秸秆还田带来大量碳源.秸秆还田搭配控释尿素并不能减少CH4排放,较US+S增排1.8％～9.7％(除常规晚稻外).节水灌溉能显著控制秸秆还田下CH4排放的大量增长,相比US+S,US+S+SWD处理显著降低了CH4排放15.9％～23.1％.各处理间产量无显著差异,表明秸秆还田下氮肥减量及节水灌溉可以达到稳产作用.杂交稻CH4排放量及产量略高于常规稻,但不存在显著差异.总体而言,秸秆还田显著提高CH4排放量,控释尿素和减量施氮无明显减排效果,节水灌溉能有效降低秸秆还田下单位产量的CH4排放强度.未来随着稻田秸秆还田比例增加,优化水分管理以促进秸秆好氧分解将成为CH4减排的关键.

为筛选出高产且适用于粮食安全生产的镉低积累水稻品种,本研究以18个早、中、晚熟稻品种为供试材料,比较了不同品种水稻在中轻度镉污染农田的生长情况以及对镉吸收、积累差异,并通过综合定量评价方法进行评估.结果表明:根据综合定量筛选评价方法将糙米镉浓度、稻谷产量、转运系数和秸秆积累量作为评价指标并赋予不同权重,通过计算综合得分筛选出的高产且镉低积累水稻品种有JR-9(沪香粳106)、JR-2(沪早香软1号)、JR-7(8333)、JR-15(宝农34)和JR-8(南梗9108);品种JR-8水稻产量最高,品种JR-9、JR-7和JR-15水稻产量均显著高于其他品种;不同水稻品种的稻米镉含量差异较大,JR-9、JR-15、JR-7稻米镉含量显著低于其他水稻品种;品种JR-2转运系数最低,更多的镉保留在秸秆中,表现出最高的秸秆积累量,最终成为候选品种.本研究采用的综合定量评价方法可对高产、低Cd的水稻品种进行科学评价,并初步筛选了 5个适用于中轻度Cd污染农田推广的Cd低积累水稻品种,其稻米Cd含量达到国家粮食安全限量标准.

[背景]我国农业废弃秸秆存量大,微生物发酵无法实现其彻底转化,仍造成二次污染和资源浪费的问题.秸秆发酵废弃物可经热解炭化制备吸附剂用于水体有机污染物的高效去除.[目的]探究以秸秆发酵废弃物为原料所制备秸秆炭对有机污染物的去除效率,明确发酵过程对秸秆炭吸附性能的影响及机制,为水体有机污染物的高效去除和秸秆发酵废弃物的再利用提供参考.[方法]以丝状真菌里氏木霉 QM6a 和棘孢木霉 T-1 为发酵菌株,分别对小麦和水稻秸秆进行固态发酵,发酵残渣经热解炭化后用于吸附典型有机偶氮染料亚甲基蓝(methylene blue,MB).[结果]发酵处理可缩短吸附平衡时间,有效提高小麦秸秆炭对 MB 的吸附效率,但对水稻秸秆炭吸附性能无明显提升作用.棘孢木霉 T-1 发酵的小麦秸秆经 600℃热解所得秸秆炭(BaWS 600)对 MB(50 mg/L)的吸附效率较天然秸秆炭(BWS 600)提高 53.6%.准二级动力学模型可有效模拟吸附过程,BaWS 600 的平衡吸附量比BWS 600 和BWS 800 高 119.4%和 299.4%.Freundlich模型可较好描述等温吸附过程,表明 MB 在秸秆炭表面的吸附为多分子层吸附.秸秆发酵将小麦秸秆炭比表面积提高 47.4%?245.8%不等,且可增加热解炭化产物表面含氧官能团丰富度,是MB吸附效率得以有效提升的主要原因.[结论]真菌发酵过程可有效改善秸秆炭性状和污染物吸附性能,而棘孢木霉T-1 因具有更优的纤维素酶分泌能力,更适合作为发酵菌株用于改良秸秆炭污染物吸附性能.

[背景]开发生物甲烷资源是减轻化石燃料供求紧张的有效措施,而秸秆类原料的预处理及甲烷生产方法需要不断创新,从而进一步满足可持续发展.厌氧真菌与甲烷菌共培养能够通过假根侵入及纤维降解酶双重预处理秸秆并生产甲烷,但目前全世界被报道的骆驼胃肠道来源的厌氧真菌分离培养物仅有 1 株.[目的]从新疆准噶尔双峰驼瘤胃内容物中分离出新型厌氧真菌和甲烷菌共培养物,研究其在降解秸秆并联合生产生物甲烷方面的应用潜力.[方法]采用Hungate滚管纯化技术将从骆驼胃肠道中分离的厌氧真菌和甲烷菌共培养,对其进行形态学及分子学鉴定,随后厌氧发酵 5 种底物(稻秸、芦苇、构树叶、苜蓿秆和草木樨),研究产甲烷量、降解效果及主要代谢产物等方面的特性.[结果]筛选到的共培养物中的厌氧真菌为Oontomyces sp.CR1,甲烷菌为Methanobrevibacter sp.CR1.其在降解稻秸时表现出最高的木聚糖酶酶活力(21.64 IU/mL)及甲烷产量(143.39 mL/g-DM),甲烷生产特性较分离自其他动物宿主的厌氧真菌共培养物更优.[结论]共培养厌氧真菌与甲烷菌菌株CR1 是一种新型高效降解菌株资源,其在利用木质纤维素生物质生产生物甲烷方面具有良好的应用前景.

研究选择华南地区两种典型土壤(水稻土和赤红壤),通过土壤培养试验,研究施用不同剂量(0％,1％,2％,4％)水稻秸秆生物炭处理对土壤养分及不同化学形态的硅含量随时间变化的动态影响.结果表明,不同剂量生物炭均能显著增加水稻土和赤红壤的pH值、总碳和速效钾含量,且随添加量的增加而增加.生物炭处理增加水稻土的碱解氮含量,但却降低赤红壤而的碱解氮含量.不同剂量生物炭添加均能显著提高两种土壤硅的不同化学形态的含量,其中4％的生物炭添加量效果最为明显.与对照相比,4％的生物炭处理在培养第10d时水稻土的CaCl2-Si、Acetic-Si、H2O2-Si、Oxalate-Si、Na2CO3-Si 含量分别增加 300.3％,419.4％、91.9％、115.0％和 82.5％,赤红壤则分别增加 864.9％,1463.4％、646.4％、186.5％、80.2％.综上,秸秆生物炭对土壤养分及不同硅形态的影响与生物炭添加量以及土壤种类有关,赤红壤影响效果要优于水稻土.

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.

研究不同施肥措施对双季稻田甲烷(CH4)排放特征的影响及其微生物学机理,对合理利用及评价不同施肥模式对水稻生长的影响具有重要意义.以长期施肥定位试验田为平台,采用静态箱-气相色谱法对施用化肥(MF:mineral fertilizer alone)、秸秆还田配施化肥(RF:rice residues plus mineral fertilizer)、30％有机肥配施70％化肥(LOM:30％ organic matter plus 70％ mineral fertilizer)、60％有机肥配施40％化肥(HOM:60％ organic matter plus 40％ mineral fertilizer)和无肥(CK:without fertilizer)条件下双季稻田CH4排放及其微生物学机理进行了分析.结果表明,早稻和晚稻生长期,不同施肥处理稻田CH4排放通量均显著高于CK,表现为HOM＞LOM＞RF＞MF＞CK.各处理间CH4总排放量差异达显著水平,其大小顺序与排放通量趋势一致,以HOM处理为最高,比CK处理增加105.56％,其次是LOM和RF处理,分别比CK处理增加72.97％和54.17％.关键功能土壤微生物测定结果表明,早稻和晚稻各个主要生育时期,各处理稻田土壤产甲烷古菌的数量变化范围为(3.18-81.07)×103 cfu/g,土壤甲烷氧化细菌的数量变化范围为(24.82-379.72)×103 cfu/g.稻田土壤产甲烷古菌和甲烷氧化细菌数量大小顺序为HOM＞LOM＞RF＞MF＞CK,各施肥处理均显著高于CK;HOM、LOM、RF处理显著高于MF、CK处理.双季稻田CH4排放与稻田土壤产甲烷古菌、甲烷氧化细菌数量变化关系密切.采用有机无机肥配施促进了双季稻田生态系统CH4的排放和关键功能微生物的数量.

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.