水稻秸秆腐解复合菌系RSS-4的选育及其腐解特性

采用限制性培养技术与温度梯度诱导相结合的方法, 从四川成都平原多年还田的土壤中筛选、构建出一组在中温条件下对水稻秸秆具有腐解功能的复合菌系RSS-4。该复合菌系在22°C条件下, 稻秆腐解试验表明: pH先升高后降低, 最后稳定在7.20; 纤维素酶活、半纤维素酶活均经历了先升后降的变化趋势, 最高酶活分别为0.91、3.40 U; 到16 d腐解结束时, RSS-4对稻秆、纤维素及半纤维素的降解率分别达到了45.0%、55.5%和44.1%, 而木质素在整个腐解过程中未发生明显的变化; 说明所筛选构建的这组腐解复合菌系可加速稻秆的腐解。同时发现采用未灭菌的筛选方法筛得的复合菌系RSS-4比灭菌所得的RSS-4￠腐解效果要好。     

不同品种水稻秸秆的理化特性及酶解产糖的研究

本研究以不同品种水稻秸秆为原料,测定分析了三大主要组分纤维素、半纤维素和木质素含量及理化特性的差异,并分析对比了经碱预处理后酶解及直接酶解的产糖率差异。利用X-射线衍射仪测定分析了结晶度和晶粒尺寸的异同,红外光谱仪定性评估了特定基团的差异,扫描电镜观察分析了表面形态结构的差异。综合考虑理化特性和酶解产糖率结果,与a(常规水稻黄华占)相比,5种不同品种的超级杂交水稻秸秆中,b(杂交水稻Y两优1)、c(杂交水稻隆两优2010)和f(杂交水稻Y两优143)三个品种的秸秆材料比较适合作为酶解产糖的原材料。     

水稻秸秆秋季湿耙还田对土壤酶活性和养分的影响

秸秆还田是维持和改善土壤质量的有效途径。为探究秸秆秋季湿耙还田对辽南稻区土壤酶活性、土壤养分含量和水稻产量的影响,在辽宁省盘锦市采用随机区组设计,设置秸秆不还田(S₀)、秸秆全量还田(S₁)和穗肥减量16 kg·hm^-2(N₁)、常规穗肥用量32 kg·hm^-2(N₂)两因素试验。结果表明：与秸秆不还田相比,秸秆秋季湿耙还田处理的土壤β-葡萄糖苷酶、脲酶、FDA水解酶活性显著提高,蔗糖酶活性显著降低;碱性磷酸酶活性在分蘖期和抽穗期显著降低,成熟期较S₀N₂显著提高6.2%～13.5%;多酚氧化酶活性在分蘖期显著降低,抽穗期和成熟期较S₀N₂显著增加20.8%～26.7%和22.3%～28.7%。秸秆秋季湿耙还田显著提高水稻各生育时期土壤速效钾、有机碳和全氮含量,显著降低分蘖期和成熟期硝态氮含量以及分蘖期pH值,水稻分蘖期土壤铵态氮含量较S₀N     

不同施肥条件下毛叶苕子的腐解及养分释放特征

利用田间埋袋法,研究不施肥、施氮肥、施石灰3种处理对豫南稻田毛叶苕子腐解及养分释放特征的影响.结果表明:不同施肥处理下毛叶苕子累积腐解率为65.3%~72.5%,腐解过程中呈现前11 d腐解较快、后期腐解缓慢并逐渐趋于平稳的趋势.不同处理养分释放率表现为钾>磷>碳>氮,试验结束时(翻压148 d),碳、氮、磷、钾的累积释放率分别为83.6%~84.6%、78.2%~81.2%、89.8%~91.4%、96.3%~97.0%.在整个腐解期内,毛叶苕子氮释放特征与腐解特征相似,与不施肥相比,施石灰促进毛叶苕子腐解及氮、磷、钾养分释放;施氮肥促进毛叶苕子磷释放,抑制钾释放;施石灰和氮肥对碳释放均无显著影响.施氮肥处理腐解0~11 d促进毛叶苕子腐解及氮释放,腐解11~148 d抑制毛叶苕子腐解及氮释放.采用一级动力学方程及对数函数方程拟合豫南稻区毛叶苕子腐解及碳、氮、磷、钾养分释放特征均达到显著水平,拟合方程的特征参数值与毛叶苕子腐解率及养分释放率呈显著相关.施用石灰促进毛叶苕子腐解及养分释放的效果优于施用氮肥;一级动力学方程及对数函数方程特征参数值可较好地描述毛叶苕子腐解及养分释放能力.     

两种绿肥腐解及其碳氮养分释放动态特征

为探究长武怀豆和黑麦草两种绿肥在黄土旱塬区农田土壤中的腐解状况, 应用尼龙网袋法研究了在不同氮肥条件下两种绿肥翻埋后的腐解规律碳、氮养分释放特征及其对土壤耕层有机碳、全氮影响。试验设计施氮区长武怀豆(N1B)、施氮区黑麦草(N1R)、施氮区裸地(N1CK)、不施氮区长武怀豆(N0B)、不施氮区黑麦草(N0R)、不施氮区裸地(N0CK)共6个处理。结果表明: 0-105天是长武怀豆、黑麦草腐解的快速上升时期, 105-238天进入缓慢腐解阶段, 238-281天为中低速增长时期, 试验结束时(281天)N1B、N0B、N1R、N0R的累积腐解率分别达到83.84%、82.64%、81.91%和81.04%。绿肥碳、氮均在翻埋后快速释放, 其中碳在33天累积释放率达70.04 %-74.13%, 而氮在前15天释放较快, 累积释放率为49.50%-60.04%。在0-20 cm土层各处理间土壤有机碳含量无显著差异, 但翻埋绿肥显著提高了土壤全氮含量: 与裸地对照相比, 翻压长武怀豆能使土壤0-20 cm土层氮含量提高40.57%-41.51%; 而翻压黑麦草可提高18.87%-19.81%。农田施肥管理能在腐解前期加快绿肥腐解及氮释放速率, 却不影响土壤氮累积。长武怀豆更适合作为该地区土壤培肥夏闲绿肥的选择。     

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。     

小麦秸秆高效腐解菌复合系WSS-1的选育及其菌群分析

采用限制性培养技术和温度梯度诱导法,从四川成都平原多年还田的土壤中筛选得到了常温条件下对小麦秸秆具有高效腐解功能的复合菌系WSS-1。该复合菌系在28℃、4d可完全崩解滤纸,进一步的腐解麦秆的试验效果表明:接种WSS-1处理在第6天左右达到CMC酶活最高值,这比目前广泛使用的菌剂A提前了4d;经WSS-1腐解20d后的麦秆断裂拉力值下降了73.66%,降低幅度分别比空白对照和菌剂A处理多出33.7%和8.9%。采用16S rDNA克隆文库法对其细菌组成进行解析,结果表明WSS-1的优势菌群为枯草芽孢杆菌(Bacillus subtilis)、球形芽孢杆菌(Bacillus sphaericus)、粪产碱菌(Alcaligenes faecalis)双酶梭菌(Clostridium bifermentans)和粪肠球菌(Enterococcus faecalis)。     

秸秆生物炭对两种典型土壤的养分特性及硅的化学形态的影响

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10 d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。     

长期不同耕作与秸秆还田对土壤养分库容及重金属Cd的影响

于2005—2013年在湖南宁乡双季稻田开展免耕秸秆还田(NTS)、翻耕秸秆还田(CTS)、翻耕秸秆不还田(CT)、旋耕秸秆还田(RTS)4种不同耕作方式与秸秆还田试验,分析不同耕作方式与秸秆还田对土壤养分含量、养分库容量及重金属Cd的影响,为稻田合理耕作与重金属Cd污染修复提供理论依据.结果表明:耕作措施与秸秆还田主要影响0~10 cm耕层土壤性状;长期翻耕和旋耕提高了土壤养分含量,增强了土壤通气性,但耕层变浅,养分库容降低,土壤Cd含量显著偏高,水稻植株地上部分富集Cd能力相对较低;长期免耕增加了表层土壤容重,土壤养分含量较低,但养分库容相对较高,水稻植株地上部分富集Cd能力较强;秸秆还田显著增加了土壤养分含量和阳离子交换量,增加了耕层深度和土壤养分库容量,增强了土壤的保肥能力,但同时也将秸秆中富集的Cd重新归还到稻田土壤中,不利于土壤Cd的转移修复.因此,长期单一耕作方式和长期秸秆还田均存在一定弊端,需改进耕作和秸秆还田方式,如实行翻耕、旋耕与免耕相结合的土壤轮耕或深松耕,以及减少秸秆还田量或实行秸秆轮还,在改善土壤肥力的同时,实现土壤污染的有效修复.     

秸秆还田配施不同比例化肥对晚稻产量及土壤养分的影响

在不同秸秆还田方式对早稻的效应研究确定的最佳还田方式和还田量(粉碎还田3000 kg/hm2)基础上,以单施秸秆为对照,研究了秸秆还田配施不同比例化肥对晚稻产量、干物质积累与分配及土壤养分的影响。结果表明:(1)与对照相比,秸秆3000 kg/hm2+N 150 kg/hm2+P2O575 kg/hm2+K2O 37.5 kg/hm2增产效果最为显著,在水稻的每穗粒数、千粒重、结实率、充实度和产量等方面增加幅度最大,分别为9.32%、4.28%、13.70%、2.74%和26.38%。(2)各处理的干物质茎鞘比例随着生育进程不断降低,从孕穗期的66.68%—77.00%降低至成熟期的25.97%—34.79%,除SNPK1外,叶片比例从孕穗期的23.00%—33.32%降低至成熟期的7.41%—21.03%;秸秆还田配施不同比例化肥处理的茎鞘比例在孕穗期、抽穗期和成熟期高于对照,而叶片比例与茎鞘比例呈相反趋势。(3)与对照相比,秸秆还田配施不同比例化肥处理提高了土壤pH值、有机碳、全氮、碱解氮、全磷、有效磷、全钾、速效钾,降低了土壤C/N比。研究结果说明,秸秆还田配施不同比例化肥可以提高植株干物质积累速率、群体生物量,合理改善土壤养分,保证较高的水稻增产潜力,其中秸秆3000 kg/hm2+N 150 kg/hm2+P2O575 kg/hm2+K2O 37.5 kg/hm2效果最为显著。     

Biomethanation of rice and wheat straw

When rice or wheat straw was added to cattle dung slurry and digested anaerobically, daily gas production increased from 176 to 331 l/kg total solids with 100% rice straw and to 194 l/kg total solids with 40% wheat straw. Not only was methane production enhanced by adding chopped crop residues but a greater biodegradability of organic matter in the straws was achieved.The authors are with the Microbiology and Molecular Genetics Unit, Tata Energy Research Institute, 158 Jor Bagh, New Delhi 110 003, India     

稻麦秸秆集中沟埋还田对麦田土壤物理性状的影响

通过5.5a的大田定位试验,将上季秸秆全量沟埋还田,设置秸秆沟埋还田深度为20、40 cm以及免耕秸秆不还田(对照)3个处理。研究秸秆沟埋还田对麦田土壤水势、温度的影响以及长期秸秆沟埋还田方式下,沟埋还田20 cm处理各埋草沟土壤容重、总孔隙度的变化。结果表明:秸秆沟埋还田具有降低土壤容重,增加土壤总孔隙度的作用,随着还田时间的增加,这种作用逐渐降低。当降雨量较大(26.6 mm)时,沟埋还田各处理水势值在短时间内上升的较快,而对照则相对较慢;当降雨量较小(10 mm)时,沟埋还田40 cm处理水势值上升速度大于沟埋还田20 cm,对照处理最慢;降雨过后的12d内,沟埋还田各处理水势值下降速度较对照更快;连续40d各处理土壤水势日均值大小为对照沟埋还田40 cm沟埋还田20 cm。土壤0—15 cm温度日较差大小为沟埋还田20 cm对照沟埋还田40 cm,土壤20 cm处日较差对照最大;沟埋还田20 cm处理0—15 cm以及沟埋还田40 cm处理0—20 cm土壤日均温高于对照,沟埋还田20 cm处理20 cm处土壤日均温与对照较为接近。在沿江稻麦轮作地区,秸秆集中沟埋还田具有较好的改善土壤物理性质的作用。     

秸秆及秸秆黑炭对小麦养分吸收及棕壤酶活性的影响

通过小麦盆栽试验,研究了玉米秸秆及其秸秆黑炭施加对小麦养分吸收利用和棕壤酶活性的影响。试验设对照(CK),黑炭(B),秸秆还田(S),尿素(U),尿素+黑炭(UB)及尿素+秸秆还田(US)6个处理,各处理3次重复。结果表明:无氮肥施入下,B处理较CK和S处理籽粒产量显著提高99.4%和77.7%,小麦地上部氮、磷、钾吸收累积量分别显著提高94.1%—140.9%,55.4%—66.3%和53.1%—72.6%;有氮肥施入下,UB和US处理较U处理提高籽粒产量8.2%—8.8%,小麦地上部氮、磷、钾吸收累积量分别显著提高14.3%—27.8%,19.6%—30.9%和24.4%—40.9%。秸秆及秸秆黑炭施加处理的氮素利用率显著提高21.4%—41.7%。黑炭施加显著提高土壤中有机碳、NH+4-N、NO-3-N和速效钾含量;在施氮条件下,秸秆还田显著提高土壤中NO-3-N含量;秸秆及黑炭施加对有效磷含量无显著影响。秸秆还田显著提高了土壤脱氢酶、过氧化氢酶、脲酶和中性磷酸酶活性;施加黑炭也明显提高了土壤脱氢酶和脲酶活性,但抑制过氧化氢酶和中性磷酸酶活性。土壤脲酶活性与土壤有机碳、无机氮含量呈显著正相关,表明土壤酶可反映土壤肥力水平。     

麦秸翻压还田对隔茬冬小麦旗叶抗性的生理效应

为了揭示秸秆翻压还田对冬小麦旗叶叶片衰老及抗性指标的变化规律,试验设置4个小麦秸秆翻压还田量(0、4500、6000、7500kg/hm2),测定分析了冬小麦旗叶叶绿素含量、光合速率、丙二醛(MDA)含量、超氧化物歧化酶(SOD)活性、过氧化物酶(POD)活性及可溶性蛋白质含量等抗性指标。结果表明,秸秆还田可明显减缓冬小麦植株衰老过程中叶片叶绿素的降解和光合速率下降,并有效调节叶片超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化物酶(POD)活性下降、可溶性蛋白质含量下降和丙二醛(MDA)含量的增加,延缓了冬小麦生育后期叶片的衰老;通过对各抗性指标与光合速率的相关性分析表明,各抗性指标在抑制冬小麦衰老过程中的作用大小依次为:丙二醛>可溶性蛋白质>POD活性>SOD的活性(丙二醛-0.999**;可溶性蛋白质0.997**;POD活性0.976*;SOD活性0.954*)。综合各处理的抗性指标得出,处理Ⅲ(6000kg/hm2)在提高作物后期抗逆性能力方面表现较好,处理Ⅳ(7500kg/hm2)表现较差。     

施氮和秸秆还田对晚播小麦养分平衡和产量的影响

在大田条件下,研究了水稻秸秆还田和施氮量对晚播小麦产量、养分积累、秸秆养分释放及养分平衡的影响.结果表明: 水稻秸秆还田并配施适当的施氮量有利于提高晚播小麦籽粒产量.晚播小麦全生育期的干物质、氮、磷、钾积累量均随施氮量增加而显著增加,相同施氮量(270 kg N·hm^-2)下,秸秆还田处理的干物质、磷、钾积累高于不还田处理,氮积累则呈相反趋势.随着施氮量增加,秸秆腐解和养分释放率增加,且拔节后秸秆养分释放量占总释放量的比例降低;随生育进程的推进,秸秆的干物质、磷、钾释放量呈倒“N”型变化趋势,而氮释放量则呈“V”型变化趋势.计算养分表观平衡结果表明,秸秆还田并增加施氮量,养分总盈余量显著升高;在获得较高产量的施氮条件下,氮、钾素显著盈余,磷素投入较为合理.晚播小麦实行秸秆还田后,可适当增加氮肥用量至257 kg·hm^-2,并减少钾肥投入.     

烟杆还田对水稻产量和养分吸收的影响及其替代钾肥的效果

选择不同供钾能力的烟-稻轮作区稻田,研究了烟杆还田对水稻产量、钾素吸收利用的影响及其替代钾肥的效果.结果表明: 烟杆还田(2250 kg·hm^-2)和施钾肥(K₂O 75 kg·hm^-2)均能增加水稻产量和地上部钾素的累积量,其中烟杆还田配施钾肥的增幅最大,低钾(土壤速效钾含量＜100 mg·kg^-1)、中钾(土壤速效钾含量100～150 mg·kg^-1)和高钾(土壤速效钾含量＞150 mg·kg^-1)土壤的水稻分别增产13.3%、17.1%和13.5%.烟杆还田(St+NP)可以提高钾素吸收利用率和农学效率.但在水稻当前推荐施肥量(75 kg·hm^-2)条件下,烟杆还田配施钾肥(St+NPK)对钾肥(素)吸收利用率和农学效率无显著影响,说明当前推荐施钾量可能偏高.通过对烟杆还田替代钾肥的计算,发现还田烟杆可以替代10%～22%的化肥钾(K₂O),烟后晚稻在烟杆还田时钾肥施用可以减少7.2～16.5 kg·hm^-2.因此,在烟杆还田条件下,高钾田块可减少化学钾肥的施用,而中钾和低钾田块为稳定水稻产量和维持土壤钾素平衡,则应保证目前推荐钾肥量的投入.     

Estimation of metabolisable energy and net energy of rice straw and wheat straw for beef cattle by indirect calorimetry

Two experiments were conducted to estimate the metabolisable energy (ME) and net energy (NE) of rice straw and wheat straw for beef cattle. In each experiment, 16 Wandong bulls (Chinese indigenous yellow cattle) were assigned to 4 dietary treatments in a completely randomised design. Four dietary treatments included one corn silage-concentrate basal diet and three test diets in which the basal diet was partly substituted by rice straw (Exp. 1) or wheat straw (Exp. 2) at 100, 300 and 600 g/kg. Total collection of faeces and urine was conducted for 5 consecutive days after a 2-week adaption period, followed by a 4-d period where gas exchange measurements were measured by an open-circuit respiratory cage. Linear regression equations of rice straw- or wheat straw-associated ME and NE contribution in test diets against rice straw or wheat straw substitution amount were developed to predict the ME and NE values of rice straw and wheat straw. These regression equations resulted in ME and NE values (dry matter basis) of 6.76 and 3.42 MJ/kg for rice straw and 6.43 and 3.28 MJ/kg for wheat straw, respectively. The NE and ME requirement for maintenance of Wandong cattle fed a straw-based diet were 357 and 562 kJ·kg^?0.75·d^?1, respectively. The regression-derived ME and NE have lower standard errors and coefficients of variation than those estimated by any single substitution ratio. Our study found that the regression method based on multiple point substitution is more reliable than the substitution method for energy evaluation of feedstuffs for beef cattle.     

转Bt基因水稻秸秆降解对土壤微生物可培养类群的影响

以高抗螟虫、已释放应用的 Bt水稻 (克螟稻 1号 )及其亲本 (非 Bt水稻 )为材料 ,在实验室条件下研究了转 Bt基因水稻及其亲本秸秆在降解过程中对土壤微生物主要类群的影响 ,这些类群包括细菌、真菌、放线菌、反硝化细菌、解磷微生物。结果表明 :(1)降解过程中 Bt蛋白浓度在前两周内迅速下降 ,随后降解速度变慢 ,17d以后至 5 3d,Bt蛋白浓度基本上保持在 6 .72 8～6 .196 ng/ g的水平。 (2 )秸秆降解过程中 ,不同处理细菌数量的变化趋势相似 ,转基因水稻与其亲本之间差异显著 ,非转基因细菌数量高于转基因细菌数量。(3)除降解初期第 3天、第 6天之外 ,其他取样时期的转基因水稻真菌数量要显著高于非转基因和对照。(4)放线菌数量没有明显变化规律 ,除第 6、9、2 6、35天外 ,非转基因数量显著高于转基因。(5 )非转基因秸秆降解反硝化细菌活性高于转基因 ,而解磷微生物活性处理之间无明显差异。     

Effects of conservation tillage on soil organic matter in paddy rice cultivation

In this study, the effect of conservation tillage on soil organic matter (SOM) in paddy rice cultivation after 10 yr was investigated. Four treatments, disk till-fallow (DTF), disk till-wheat (DTW), conservation till-fallow (CTF) and conservation till-wheat (CTW) were used. The results indicated that the combinative application of no-tillage, ridge culture and wheat cultivation was a sound conservation practice in paddy rice cultivation. It not only significantly increased the concentration of SOM in the topsoil, but also affected optical and pyrolysis characteristics of humic acids (HA) through changing the composition and structure of SOM. At 0–10 cm, the greatest SOM content was in CTW, but declined sharply with depth, while in DTF, DTW and CTF the SOM content was not as high at the surface as in CTW, but did not decline as fast as in CTW. The oxidation stabilization of SOM was generally greater in no-tillage and ridge culture than that in disk till. The HA optical density in CTW at wavelength 665 nm and 465 nm was 0.122 and 0.705, while in DTF was 0.062 and 0.321, respectively. E₄/E₆ ratio in CTW was higher than that in the other treatments. The enthalpy capacity of the exothermal peak (360–365°C) for the HA DTA curve in no-tillage and ridge culture was lower than that in disk till, while the HA absorption peaks in 1000–1050 cm^?1 presented the reverse trend. The oxidation stabilization coefficient of HA in no-tillage and ridge culture was higher than that in disk till, indicating that the polycondensation degree and aromatization of HA were stronger. These findings suggest that it may be possible to manipulate paddy soil through conservational tillage and crop practices, and thereby maintain adequate SOM concentrations, and mitigate soil organic carbon loss from soil to atmosphere.