基于GET技术的混合厌氧发酵产甲烷研究

GET是一种国外新研发的在田间利用秸秆进行甲烷生产的技术。为了推动该技术在我国的实际应用,本研究以稻草与牛粪为发酵原料,水稻田土壤作为基底,采用正交试验法,测试了温度、发酵基质配比（稻草∶牛粪）和秸秆腐熟剂浓度对混合厌氧发酵产气量的影响。结果表明：各处理因子的产气动态呈“S”型增长模式,但在快速增长时间和增长幅度上有一定区别。30 ℃和40 ℃处理的累积产气量显著高于10 ℃和20 ℃处理的累积产气量;发酵基质配比以1∶1处理的累积产气量最大,分别比1∶0（对照）、1∶2和1∶3配比高34.12%、20.39%和21.78%;秸秆腐熟剂浓度的产气效果在实验范围内随着浓度的增加而增加。厌氧发酵过程中各实验因子下挥发性脂肪酸（VFAs）含量和pH在20 d左右分别有一个高峰和低谷值且都有较大差异,各因子主要是通过在这个时期对厌氧发酵进程的影响而对整个产气量产生影响。综合分析显示稻草厌氧发酵产生物甲烷的最优组合为：温度30 ℃、发酵基质配比1∶1、秸秆腐熟剂浓度8%。     

有机物料减轻设施连作黄瓜苗期病害的微生物效应

在黄瓜已感染立枯病、枯萎病的连作土壤上,接种病原菌菌丝,施入3种不同组分有机物料(稻草、木屑、猪粪),分别用1％、2％、3％3种用量研究不同有机物料减轻黄瓜枯萎病、立枯病的效果．结果表明,抗病效果为稻草>猪粪>木屑处理,并随其用量的增加抗病效果更好．土培试验结果表明,增施有机物料后土壤中细菌、氨化细菌、放线菌、真菌数量增加．中稻草和猪粪对土壤微生物区系的影响大于木屑．施用稻草后不仅土壤细菌、真菌数量增加,而且放线菌数量最高,青霉、木霉成为真菌的优势种属．施用猪粪后土壤细菌数最多,以假单孢菌、芽孢杆菌为优势种属,真菌数也增多．木屑处理的细菌、放线菌、真菌数量增加较少,但随着施入时间延长效果增强．     

微生物菌剂对干旱区城市防护绿地凋落物分解的影响

为探寻促进干旱区城市防护绿地凋落物分解的途径,2007年10月下旬,分别采用青贮复合菌剂、秸秆腐熟剂和速腐增效剂3种微生物菌剂,对克拉玛依市区北郊防护绿地内的凋落物进行为期198 d的堆腐试验.结果表明： 堆腐前期(0～30 d),微生物菌剂处理能够加快堆腐凋落物的分解,其中速腐增效剂处理与对照差异显著;随堆腐时间的延长,堆腐凋落物中N、P和Ca浓度均持续上升;试验结束时,各营养元素浓度均比初始值高14.2%～252.9%;在整个堆腐过程中,堆腐凋落物有机碳分解率持续升高,C/N值逐渐下降.添加微生物菌剂加快了堆腐凋落物的腐熟速度,提高了堆腐凋落物养分浓度,其中以秸秆腐熟剂处理效果最佳.     

生物促腐剂对烤烟生长发育、产量和质量的影响

本研究以牛栏粪和HM腐熟剂为材料,研究了生物促腐剂的应用对烟株生长和品质的影响。研究结果表明,T2处理茎围较对照(CK)增加0.4cm,较T1处理增加0.5cm,均达到了差异显著水平;T2处理上部叶叶面积较对照(CK)增加131.9cm,中部叶较T1处理增加117.6cm。相对于T1处理,生物促腐剂的应用明显减轻病害发生程度,其中T2和T3处理烟株青枯病和黑胫病发病率和病情指数明显下降,普通花叶病毒病发生程度也有所减轻;总糖和还原糖含量分别增加1.6%～3.0%和2.0%～3.5%,总植物碱含量降低0.13%～0.17%,糖碱比更趋协调。生物促腐剂的应用对烟株前期生长无明显影响,但对烟株后期生长的促进作用较为明显,因此,生物促腐剂腐熟剂1号的应用在一定程度上能够促进烟株生长,明显减轻病害发生程度,协调烟叶内在化学成分,改善烟叶评吸质量。     

长期施用化肥、猪粪和稻草对红壤水稻土化学和生物化学性质的影响

2005年和2007年分别从望城县已建立27年的肥力定位试验田内采集土壤样品,测定土壤有机碳（TOC）、全N、速效N、速效P、微生物生物量碳、氮（C_mic、N_mic）及土壤呼吸和酶活性,研究长期施用化肥、猪粪和稻草对土壤化学和生物化学性质的影响.结果表明：长期施用化肥、猪粪和稻草处理的土壤pH值与试验前相比均有所下降,电导率（EC）变化不大.化肥与猪粪、稻草配施处理的TOC、全N、速效N、速效P、土壤呼吸、C_mic、N_mic和酶活性均高于不施肥（CK）和单施化肥处理;化肥与猪粪、稻草配施处理的水稻产量也高于单施化肥处理.在研究期间,NK化肥与猪粪、NPK化肥与稻草配施处理 的C_mic/TOC大于相应的单施化肥处理.各处理土壤生物化学性质与TOC和养分含量呈正相关(P<0.01).猪粪、稻草与化肥长期配合施用能显著改善土壤化学和生物化学性质,提高土壤质量和土壤肥力.     

长期施肥条件下黄土旱塬土壤N03^--N的淋溶分布规律

在黄土旱塬区,长期施肥对土壤剖面NO3^-1—N含量和分布有显著影响．施用化学氮肥,土壤剖面中出现NO3^-1—N的淋溶与深层累积,而施用磷肥和有机肥有减弱NO3^-1—N向更深层淋溶的作用．单施氮肥处理(N),NO3^-1—N的累积峰深度最大,为120～200cm;N、P有机肥配施处理(NPM),NO3^-1—N的累积峰值最高,但峰深度降低至60～120cm;N、P配施(NP)累积深度为80～140cm．不施氮肥,分布在土壤剖面中NO3^-1—N含量显著降低．氮肥用量愈大,NO3^-1—N的累积量愈大．N、P配施可以有效降低NO3^-1—N累积．在同一氮肥用量下,NO3^-1—N累积量随磷肥用量的增加而减少．     

腐殖质土添加杉木屑对金线莲生长及活性成分的影响

目的：研究腐殖质土添加不同腐熟程度杉木屑对金线莲生长与活性成分的影响。方法：以金线莲组培苗为材料,设置100%腐殖质土（处理A）、40%腐熟杉木屑+60%腐殖质土（处理B）、40%未腐熟杉木屑+60%腐殖质土（处理C）3个处理,测定金线莲生长指标以及活性成分含量,分析腐殖质土中添加不同腐熟程度杉木屑对杉木下仿野生栽培金线莲生长及活性成分的影响。结果：种植在处理B中的金线莲幼苗保存率最高,达到了84.80%;幼苗茎粗、叶片数、叶片长、叶片宽、根长的增长量均高于其余2个处理;总黄酮与生物碱含量分别比处理A与处理C高出1.17%、25.63%和3.55%、11.34%。结论：腐殖质土中添加杉木屑可提高金线莲保存率,促进金线莲生长,其中60%腐殖土+40%腐熟杉木屑栽培效果最佳,值得进一步推广。     

基于好氧反硝化及反硝化聚磷菌强化的低温低碳氮比生活污水生物处理中试研究

【背景】低碳氮比生活污水很难达标处理,多级A/O工艺、生物强化技术及生物膜技术的有机结合可有效解决这一问题。【目的】开发出一种泥膜共生多级A/O工艺并进行中试研究,驯化出高效脱氮除磷菌剂并对系统进行生物强化。【方法】通过测定中试设备出水及污水处理厂出水化学需氧量(Chemical oxygen demand,COD)、氨氮(NH_4~+-N)、硝氮(NO_3~--N)、总氮(Total nitrogen,TN)、总磷(Total phosphorus,TP)对比分析两种工艺的污染物去除效能,利用高通量测序技术对比生物强化技术对系统微生物群落结构的影响。【结果】中试设备对COD、NH_4~+-N、NO_3~--N、TN、TP的去除效果均优于污水处理厂的处理工艺;驯化的低温好氧反硝化菌TN去除率最大值可达84.21%,驯化的低温反硝化聚磷菌群对磷的去除率最高可达85.75%;利用驯化菌群对中试设备进行生物强化后较好地改善了系统NH_4~+-N、NO_3~--N、TN、TP的去除效果;经生物强化后,具有好氧反硝化和反硝化聚磷功能的Pseudomonas菌群明显增多。【结论】泥膜共生多级A/O工艺对于低碳氮比生活污水的处理具有很好的效果,利用生物强化技术可有效提高低温条件下系统污染物去除效能。     

限氧自养硝化-反硝化生物脱氮新技术

限氧自养硝化—反硝化是部分硝化与厌氧氨氧化相耦联的生物脱氮反应过程,通过严格控制溶解氧在0．1～0．3mg·L^-1,实现硝化反应控制在亚硝酸阶段,然后以硝化阶段剩余的NH4^+作为电子供体,在厌氧条件下实现反硝化,该反应过程是完全的自养硝化—反硝化过程,具有能耗低、脱氮效率高、反应系统占地面积小等优点,适用于处理COD／NH4^+—N低的废水,是一种非常有应用前景的生物脱氮技术,文中详细介绍了限氧自养硝化—反硝化生物脱氮反应过程的研究进展,讨论了其微生物学机理及应用前景。     

球孢白僵菌分生孢子乳悬剂对甘蓝上桃蚜的田间控制效果

利用液-酵法生产球孢白僵菌(Beauveria bassiana)SG8702菌株的分生孢子粉,配制成含孢量为10^10个.ml^-1的孢子乳悬剂Ⅰ,在此基础上按1％(W／V)的比例舔加10％砒虫琳可湿性扮剂而得孢子乳悬剂Ⅱ．于2001年7月对两种孢子乳悬剂在云南昆明进行了自然条件下甘蓝上桃蚜(Myzus persicae)的田间小区(5．5m×4．8m)药效试验,各3个浓度(含孢量分别为10^7、10^6及10^5个·ml^-1常规喷雾处理,重复设清水喷雾对照,重复3次,随机区组排列．在喷菌后连续28d的田间蚜虫密度定期抽样调查中,乳悬剂Ⅱ的1000倍稀释液喷雾有效抑制了蚜虫数量增长,喷后策7—28天防效始终在90％以上．乳悬剂Ⅰ的相同稀释液喷雾对桃蚜的控制略逊于乳悬剂Ⅱ,但喷后第7天的相对防效也达到85％,此后维持防效70％以上达两周,策24天和28天才分别降至64．4％和52．6％．用含孢量10^6和10^5个·ml^-1的菌液喷雾,乳悬剂Ⅰ仍表现出明显的控蚜效果,而舔加微量砒虫琳的乳悬剂Ⅱ的控蚜效果总是优于同一浓度下的乳悬剂Ⅰ,昆明地区夏季温和而多小雨的气候有利于孢子乳悬剂发挥作用．     

粉碎和添加菌剂对红壤区自然堆沤条件下稻秆养分释放的影响

通过对新鲜稻秆进行粉碎或添加菌剂处理,探索在红壤区气候条件下,稻秆加速腐化的技术措施及其N、P、K养分释放特征,为合理利用秸秆的养分资源提供科学依据。在每个60cm×120cm的200目尼龙滤布袋装入5kg新鲜水稻秸秆,设置原状、粉碎、粉碎+腐熟剂和粉碎+农家肥等4种处理,尼龙滤布袋置放在田间自然条件下堆沤,在处理后的第0、10、28、35、51、74天和91天采集样本测定秸秆的干物质、水分和氮、磷、钾养分含量,求算秸秆的干物质腐解及养分释放规律。经过91d自然堆沤置放后,粉碎过的稻秆,干物质腐解率比不处理的水稻秸秆提高4.2%(绝对值,下同),N、P、K养分释放率提高10.4%、6.8%、12.2%;在粉碎的基础上,添加菌剂后的干物质腐解率提高6.3%—7.3%,N、P、K养分释放率提高1.0%—5.8%、11.6%—14.9%、2.2%—5.3%;粉碎后的水稻秸秆在腐解20d内P素养分的释放强度在腐解高峰期明显受到抑制,但添加菌剂后,则消除了对P素释放的抑制作用。秸秆粉碎后加入腐熟剂或农家肥均促进秸秆的腐解和氮磷钾的释放,商品腐熟菌剂若无针对性,则对水稻秸秆的腐熟无明显效果。     

纤维素分解菌与无机磷细菌的相互作用

大多数土壤全磷含量较高 ,但由于其固定能力很强 ,不仅有效磷含量较低 ,而且施入的水溶性磷肥很快转化为无效形态。活化土壤中无效磷库 ,提高其有效性 ,是一个具有重要实践意义的研究课题。研究结果表明 ,土壤中存在许多具活化无效磷功能的微生物 ,尤其在根际土壤中解磷微生物的数量比非根际要多[8] ,这些微生物统称为解磷菌。增加土壤或根际解磷菌的数量 ,就能活化土壤中的无效磷 ,提高磷的利用率。但土壤中的解磷菌大多数是腐生性的 ,其生长繁殖需要碳源 ,而多数情况下 ,土壤碳源很少 ,且主要是农作物残体 ,其主要成分是纤维素和半纤维素 …     

等量蚕豆鲜秆还田配施不同比例化肥对单季晚稻的影响

2012年4-11月在浙江省丽水市碧湖镇下季村进行田间试验,研究等量蚕豆鲜秆还田配施不同比例常规用量化肥对单季晚稻养分吸收、养分利用率和产量的影响.试验设置不翻压蚕豆鲜秆和不施化肥(CK)、常规用量化肥(CF)及翻压15 t·hm^-2(GM₁₅)蚕豆鲜秆配施0、20%、40%、60%和80% CF共7个处理.结果表明： 在所有的蚕豆鲜秆还田配施化肥处理中,GM₁₅+60%CF和GM₁₅+80%CF处理的水稻N、P、K养分的总吸收量高于其他处理,但GM₁₅+40%CF和GM₁₅+60%CF处理的水稻N、P、K养分的农学利用效率最高.水稻稻谷产量与N、P、K的养分农学利用效率和养分生理利用效率之间均有显著的相关性,因此养分农学利用效率和养分生理利用效率2个指标可以用来准确综合评价N、P、K养分的肥效.与CK相比,CF和蚕豆鲜秆还田配施化肥处理的稻谷产量分别提高25.0%和6.1%～29.2%.在蚕豆 单季晚稻耕作制中,蚕豆鲜秆异地还田量15 t·hm^-2不会使单季晚稻苗期产生僵苗现象.本试验条件下,从提高水稻产量、水稻养分利用率及降低环境风险的角度出发,蚕豆鲜秆异地还田量为15 t·hm^-2时,以配施常规用量化肥60%为宜.
     

Increased microbial functional diversity under long-term organic and integrated fertilization in a paddy soil

Microbes play key roles in diverse biogeochemical processes including nutrient cycling. However, responses of soil microbial community and functional genes to long-term integrated fertilization (chemical combined with organic fertilization) remain unclear. Here, we used pyrosequencing and a microarray-based GeoChip to explore the shifts of microbial community and functional genes in a paddy soil which received over 21-year fertilization with various regimes, including control (no fertilizer), rice straw (R), rice straw plus chemical fertilizer nitrogen (NR), N and phosphorus (NPR), NP and potassium (NPKR), and reduced rice straw plus reduced NPK (L-NPKR). Significant shifts of the overall soil bacterial composition only occurred in the NPKR and L-NPKR treatments, with enrichment of certain groups including Bradyrhizobiaceae and Rhodospirillaceae families that benefit higher productivity. All fertilization treatments significantly altered the soil microbial functional structure with increased diversity and abundances of genes for carbon and nitrogen cycling, in which NPKR and L-NPKR exhibited the strongest effect, while R exhibited the least. Functional gene structure and abundance were significantly correlated with corresponding soil enzymatic activities and rice yield, respectively, suggesting that the structural shift of the microbial functional community under fertilization might promote soil nutrient turnover and thereby affect yield. Overall, this study indicates that the combined application of rice straw and balanced chemical fertilizers was more pronounced in shifting the bacterial composition and improving the functional diversity toward higher productivity, providing a microbial point of view on applying a cost-effective integrated fertilization regime with rice straw plus reduced chemical fertilizers for sustainable nutrient management.

     

Isolation and characterization of rice straw degrading <Emphasis Type="Italic">Streptomyces griseorubens</Emphasis> C-5

To reutilize rice straw generated during the agricultural production process, the actinomycete strain C-5 was isolated from soil that was under the stook for several years in the Heilongjiang province of China by using multiple selective culture media. Strain C-5 was identified as Streptomyces griseorubens by China General Microbiological Culture Collection Center (CGMCC) through morphological and physiological characterization combined with the result of 16S rRNA gene sequence and data analysis. This strain has simultaneous cellulase, laccase, peroxidase, xylanase and pectinase activity. The various chemical composition of rice straw were determined during fermentation process. Simultaneously the biodegradation process of rice straw stem was observed by scanning electron microscope (SEM). It is predicted that strain C-5 could decompose rice straw effectively and had promising prospects of being applied in improving the resource utilization of rice straw.     

Isolation and screening of potential actinobacteria for rapid composting of rice straw

Rice straw is produced as a by-product from rice cultivation, which is composed largely of lignocellulosic materials amenable to general biodegradation. Lignocellulolytic actinobacteria can be used as a potential agent for rapid composting of bulky rice straw. Twenty-five actinobacteria isolates were isolated from various in situ and in vitro rice straw compost sources. Isolates A2, A4, A7, A9 and A24 were selected through enzymatic degradation of starch, cellulose and lignin followed by the screening for their adaptability on rice straw powder amended media. The best adapted isolate (A7) was identified as Micromonospora carbonacea. It was able to degrade cellulose, hemicelluloses and carbon significantly (P ≤ 0.05) over the control. C/N ratio was reduced to 18.1 from an initial value of 29.3 in 6 weeks of composting thus having the potential to be used in large scale composting of rice straw.     

添加玉米和水稻秸秆对淹水土壤pH、二氧化碳及交换态铵的影响

通过温室土壤培养试验,研究了不同添加量玉米和水稻秸秆对淹水土壤pH、CO₂及交换态铵的影响.结果表明：在接近中性的土壤中加入秸秆可使土壤pH值降低,4 g·kg^-1玉米和水稻秸秆处理的土壤pH值均与对照差异显著（P＜0.05）,而1 g·kg^-1玉米和水稻秸秆处理与对照差异不显著（P＞0.05）.土壤溶液中的CO₂含量随秸秆添加量的增加而增大,1 g·kg^-1玉米和水稻秸秆处理的土壤溶液CO₂含量最大值分别为35.9％和31.9％（v/v）,与对照（25.8％）差异达显著水平（P＜0.05）,但两者间差异不显著（P＞0.05）;4 g·kg^-1玉米和水稻秸秆处理的土壤溶液CO₂含量最大值分别为54.2％和41.8％（v/v）,与对照差异极显著（P＜0.01）,两者间差异也达显著水平（P＜0.05）.在不施氮肥的情况下,添加秸秆可降低土壤铵态氮浓度,且铵态氮浓度随秸秆添加量的增加而降低,不同添加量处理间差异显著（P＜0.05）;在施入氮肥的情况下,1 g·kg^-1玉米和水稻秸秆处理提高了土壤铵态氮浓度,而4 g·kg^-1玉米和水稻秸秆处理降低了土壤铵态氮浓度.无论是否施入氮肥,玉米和水稻秸秆处理的土壤铵态氮浓度差异不显著（P＞0.05）.     

长期施肥对双季稻田土壤微生物学特性的影响

为探明不同施肥处理对早稻和晚稻各个生育时期稻田土壤微生物生物量碳、氮和微生物熵的影响,以湖南宁乡长期定位试验为平台,应用氯仿熏蒸-K_2SO_4提取法和化学分析法系统分析了定位长达29年5种施肥处理之间(化肥、秸秆还田+化肥、30%有机肥+70%化肥、60%有机肥+40%化肥和无肥)双季稻田土壤微生物生物量碳、氮和微生物熵的差异。结果表明,早稻和晚稻各主要生育时期,长期施肥均能提高土壤微生物生物量碳、氮含量和微生物熵,各施肥处理土壤微生物生物量碳、氮含量和微生物熵均随水稻生育期推进呈先增加后降低的变化趋势,均于齐穗期达到最大值,成熟期达到最低值;其中,以60%有机肥和30%有机肥处理双季稻田土壤微生物生物量碳、氮含量和微生物熵均为最高,均显著高于其他处理,其大小顺序表现为60%有机肥30%有机肥秸秆还田化肥无肥。长期有机无机配施可以提高土壤微生物生物量碳、氮和微生物熵,有机肥与化肥配施对提高土壤肥力效果最好。土壤微生物生物量碳、氮及微生物熵可以反映土壤质量的变化,可作为评价土壤肥力的生物学指标。     

紫云英配施化肥对水稻氮素吸收利用和紫云英氮在水稻-土壤体系分配、残留的影响

明确紫云英配施化肥条件下水稻对氮素吸收利用和紫云英氮在水稻-土壤体系的吸收利用、分配及残留规律,能够为豫南稻区合理施肥提供依据。本研究利用原状土柱模拟和¹⁵N示踪技术,研究等氮条件下不施肥(CK)、化肥+22500 kg·hm^-2紫云英(FM1)、化肥+30000 kg·hm^-2紫云英(FM2)、化肥+37500 kg·hm^-2紫云英(FM3)、化肥+22500 kg·hm^-2紫云英+石灰(FM1+CaO)、化肥+30000 kg·hm^-2紫云英+石灰(FM2+CaO)、化肥+37500 kg·hm^-2紫云英+石灰(FM3+CaO)对水稻氮素吸收利用、水稻-土壤体系氮素养分平衡和紫云英矿化分解的氮在水稻各部位吸收利用、分配及残留的影响。结果表明: 与CK相比,施肥显著提高了稻谷氮吸收量、稻秆氮吸收量和氮素表观损失量、氮素盈余量。稻谷氮吸收量、稻秆氮吸收量和水稻氮利用率随紫云英翻压量增加呈先升高后降低趋势,氮素表观损失量和氮素盈余量随紫云英翻压量增加呈先降低后上升趋势,均以翻压30000 kg·hm^-2紫云英配施化肥处理效果较好。增施石灰可提高水稻稻谷氮吸收量、稻秆氮吸收量和水稻氮利用率,降低氮素表观损失量和氮素盈余量,以FM2+CaO处理效果最好。各施肥处理水稻吸收的氮来源于紫云英的比例为6.3%～13.2%,来源于土壤和肥料的比例为86.8%～93.7%;水稻对紫云英氮的当季利用率为23.8%～33.6%,水稻各部位对紫云英氮的利用率表现为籽粒>茎叶>根;紫云英氮在土壤中的残留率为37.6%～62.4%,损失率为7.8%～38.6%。综合考虑水稻氮素吸收利用、水稻-土壤体系氮素养分平衡和紫云英氮在水稻中的分配状况,该研究区以FM2+CaO处理为最优。