不同秸秆还田和耕作方式对夏玉米农田土壤呼吸及微生物活性的影响

采用基质诱导呼吸法和CO2释放量法,研究了冬小麦季长期不同耕作方式(常规翻耕、免耕和深松)和秸秆处理(秸秆还田和无秸秆还田)对夏玉米田土壤呼吸及微生物活性的影响.结果表明:秸秆还田和保护性耕作主要在O～ 10 cm土层起作用.秸秆还田能明显提高土壤微生物生物量碳和微生物活性,降低呼吸熵,在苗期和开花期提高土壤呼吸,而在灌浆期、腊熟期和收获期降低土壤呼吸;在相同秸秆处理条件下,深松和免耕比常规翻耕能显著降低土壤呼吸和呼吸熵,提高微生物生物量碳和微生物活性.整个生育期,秸秆还田结合保护性耕作能显著提高微生物生物量碳和微生物活性,降低呼吸熵,与常规翻耕无秸秆还田相比,深松秸秆还田和免耕秸秆还田0～10 cm土层微生物生物量碳平均提高了95.8％和74.3％,微生物活性提高了97.1％和74.2％.     

保护性耕作对土壤微生物量及活性的影响

研究保护性耕作对土壤微生物特性的影响对于土壤管理具有重要意义。试验研究了保护性耕作对麦田土壤微生物量碳、活跃微生物量、土壤呼吸、呼吸商的影响。前3项采用的方法分别是:基质诱导呼吸法、呼吸曲线数学分析法和CO2释放量法。结果表明,保护性耕作土壤微生物量碳0～10cm土层大于10～20cm土层,而常规耕作两土层间无明显差异。秸秆还田在播种前、越冬期和起身期能显著提高土壤微生物量碳,而开花期和收获期则降低土壤微生物量碳。少耕还田10～20cm土层微生物具有较强的养分调控作用。保护性耕作利于0～10cm土层活跃微生物量的提高。秸秆还田和保护性耕作在耕作作业初期(越冬期和起身期)能增强土壤呼吸速率;在耕作作业后期(开花期和收获期)能显著降低土壤呼吸速率。免耕秸秆覆盖在10～20cm土层呼吸商较高,而常规耕作无秸秆还田在0～10cm土层呼吸商较高。土壤微生物量碳和呼吸商是衡量土壤微生物特性的重要指标。     

DOM对米槠次生林不同土层土壤微生物呼吸及其熵值的影响

可溶性有机质(Dissolved organic matter,DOM)作为土壤可溶性有机碳的重要来源,进入土壤之后通过改变土壤微生物数量和活性影响土壤矿化。DOM输入对土壤微生物呼吸和熵值的研究多集中在表层土壤,但对深层土壤微生物呼吸和熵值的影响关注较少。通过室内培养实验(120 d)研究米槠(Castanopsis carlesii)鲜叶DOM添加对表层土壤(0—10 cm)和深层土壤(40—60 cm)微生物呼吸及其土壤代谢熵和微生物熵的影响,为揭示DOM输入对亚热带森林土壤碳过程的影响提供理论依据。结果表明,在培养第1天,添加DOM的表层和深层土壤CO_2瞬时排放速率均显著高于对照(P0.001),分别是对照(不添加DOM)的3.58倍和6.93倍,之后显著下降。就累积排放量而言,无论是DOM添加处理还是对照,表层土壤显著大于深层土壤;在米槠鲜叶DOM添加后,表层土壤累积排放量显著大于对照的表层土壤(P0.001),但DOM添加处理深层土壤累积排放量与对照的深层土壤无明显差异。就微生物生物量碳而言,表层土壤微生物生物量碳含量在培养期间显著大于深层土壤。在整个添加DOM培养期间,表层土壤微生物生物量碳含量显著大于表层对照土壤,深层土壤微生物生物量碳含量显著大于深层对照土壤(第3天除外)。培养结束时(120 d),米槠鲜叶DOM添加处理下,表层土壤和深层土壤有机碳含量与第3天相比分别减少26%和19%。米槠鲜叶DOM添加处理后的深层土壤代谢熵(qCO_2)显著低于对照的深层土壤和DOM添加处理的表层土壤qCO_2(P0.001),说明外源DOM进入深层土壤后提高了土壤微生物对碳的利用效率。米槠鲜叶DOM添加处理后的深层土壤微生物熵是培养第3天的1.58倍,显著大于培养初期(P0.05),而DOM添加处理的表层土壤、对照的表层土壤与深层土壤的微生物熵分别是培养第3天的68%、79%和21%,说明DOM添加提高了深层土壤质量。     

三江平原小叶章湿地剖面土壤微生物活性特征

为阐明三江平原不同类型小叶章湿地剖面土壤微生物活性及土壤质量的变化规律,研究了沼泽化小叶章(XZ)湿地和草甸小叶章(XD)湿地0—100cm剖面土壤有机碳(SOC)、微生物量碳(MBC)、基础呼吸(BR)、呼吸势(PR)、微生物商(qMB)和代谢商(qCO2)等微生物活性指标。结果表明,XZ和XD湿地0—40cm土壤的SOC、MBC、BR、PR和qMB均随土壤深度的增加而迅速降低,而qCO2随土壤深度的增加而显著增加;XZ和XD湿地50—100cm土壤的SOC、MBC、BR、PR、qMB和qCO2变化不明显。相关性分析表明,XZ和XD湿地土壤微生物活性指标与土壤理化性质呈显著相关(P0.05),不同微生物活性指标间均呈极显著相关(P0.01)。XD湿地0—40cm土壤微生物活性各指标均明显低于XZ湿地(P0.05),其中XD湿地土壤0—10cm的SOC、MBC、BR、PR和qMB分别仅为XZ湿地的77.85%、54.05%、59.09%、51.83%和69.52%。小叶章湿地土壤微生物活性特征表明XZ湿地土壤质量优于XD湿地。     

人工湿地植物种类及多样性对甲烷释放及功能基因丰度的影响

为了研究人工湿地处理中碳/氮水平的废水时植物种类及多样性对系统甲烷释放及功能基因丰度的影响,我们构建了实验尺度的人工湿地微宇宙实验系统。选取千屈菜(Lythrum salicaria L.)和海寿花(Pontederia cordata L.)2种人工湿地常用、景观效果好的植物,在系统中配置了单种处理和两物种混种处理。结果表明:千屈菜与海寿花混种系统的甲烷释放强度(8.78 mg CH_4 m~(-2) d~(-1))高于两物种单种系统的平均值(6.97 mg CH_4 m~(-2) d~(-1))(P0.001),同甲烷释放一样,混种系统的mcrA基因绝对丰度(977541.6 copies/g dw soil)也高于两物种单种系统的平均值(585146.8 copies/g dw soil),但混种系统的pmoA基因绝对丰度(326956.6 copies/g dw soil)低于两物种单种系统的平均值(1043616.0 copies/g dw soil)(P0.001)。此外,混种系统的微生物量、植物生物量高于两物种单种系统的平均值(P0.01),但出水铵态氮浓度低于两物种单种系统的平均值(P0.05),出水总有机碳浓度和硝态氮浓度在单混种系统间无显著差异(P0.05)。千屈菜单种系统和海寿花单种系统间的甲烷释放强度、pmoA基因绝对丰度、微生物量、植物生物量和出水铵态氮浓度存在显著差异(P0.05),但mcrA基因绝对丰度、出水总有机碳和硝态氮浓度无显著差异(P0.05)。为了达到人工湿地的高净化效率,需要将千屈菜与海寿花混合种植,但混合种植强化甲烷释放。通过植物种类和丰富度对各指标变异的解释度(ω~2)分析发现,植物种类对甲烷释放、pmoA基因绝对丰度、出水铵态氮的影响大于植物丰富度,但对mcrA基因绝对丰度的影响小于植物丰富度。     

三江平原4种典型湿地土壤碳氮分布差异和微生物特征

选择三江平原洪河湿地保护区4种典型湿地类型：小叶章+沼柳湿地、小叶章湿地、毛苔草湿地和芦苇湿地作为研究对象,分析了不同湿地土壤有机碳(SOC)、全氮(TN)含量和微生物活性指标(土壤蔗糖酶、纤维素酶、过氧化氢酶、微生物生物量碳MBC、微生物生物量氮MBN、微生物呼吸速率MBR、微生物商q_MB和代谢商q CO₂)的变化及其相互关系.结果表明： SOC和TN含量均随土层深度增加而减少,不同湿地类型之间具有极显著性差异(P<0.01).各湿地土壤酶活性(除过氧化氢酶)、MBC、MBN含量和MBR均以表层(0～10 cm)最高,并随着土层深度的增加而降低.在0～30 cm土层内,小叶章+沼柳湿地和小叶章湿地SOC、TN含量、土壤酶活性、MBC、MBN含量、MBR、q_MB和qCO₂均高于淹水区的毛苔草湿地和芦苇湿地.统计分析表明,SOC、TN与微生物活性指标(qCO₂除外)均存在极显著正相关关系(P<0.01).表明研究区土壤微生物特征对SOC、TN的变化具有重要的影响和指示作用.     

免耕与留茬对土壤微生物量C、N及酶活性的影响

2005～2008年在内蒙古呼和浩特市清水河县进行定位试验,设免耕留低茬(NL)、免耕留高茬覆盖(NHS)和传统耕翻(T)3种耕作处理方式.结果表明:(1)免耕留高茬覆盖及免耕留低茬长期实施,能显著提高表层土壤有机质、全氮、全钾、碱解氮、速效磷和速效钾含量,且免耕留高茬覆盖处理比传统耕翻分别提高了11%、41%、22%、15%、29%、27%、13%;在测定各个时期内,土壤各营养指标含量整体趋势为NHS＞NL＞T.(2)免耕留高茬覆盖及免耕留低茬耕作方式有利于提高土壤微生物量C、N含量,在各测定时期均以免耕留高茬覆盖处理的土壤微生物量C、N含量最高,传统耕翻最低.与传统耕翻相比,免耕留高茬覆盖处理土壤微生物量C、N含量分别平均提高了69%、43%;测定各个时期,不同处理土壤生物量C、N含量均以7月份含量最高、5月份次之、10月份最低.(3)免耕留高茬覆盖及免耕留低茬处理土壤碱性磷酸酶、蔗糖酶、过氧化氢酶活性和脲酶活性高于传统耕翻,整个测定期内免耕留高茬覆盖处理4种酶平均活性,分别较传统耕翻增加了57%、82%、93%和25%;春季土壤酶活性开始增强,在7月份蔗糖酶、过氧化氢酶和脲酶活性达到最大值,而碱性磷酸酶的峰值出现在6月份.土壤微生物量C、N及土壤酶活性是评价土壤质量的重要因子.     

模拟人工湿地植物丰富度对硝氮去除及净温室效应的影响

用水培微宇宙模拟人工湿地,研究植物丰富度对系统氮去除的影响,并整合多项功能评估系统净温室效应。选择水芹(Oenanthe javanica)、羊蹄(Rumex japonicus)、虉草(Phalaris arundinacea)和吉祥草(Reineckia carnea)4个物种,进行单种及混种2个处理,供给以硝氮(NO3--N)为唯一氮形态的模拟污水。结果表明:混种系统出水氮浓度显著低于单种系统,即高丰富度具有更高氮去除效率;混种系统的地上和总生物量显著高于单种系统;在单种系统中反硝化是最主要的氮去除途径,而混种系统主要通过增强植物吸收提高净化效率;混种系统比单种系统排放更多的CH4和N2O;混种提高了生物量,如果这些植物用于生物燃料则相当于强化了CO2减排潜力;综合CO2、CH4和N2O,提高植物丰富度会显著降低系统净增温潜力(GWP)。     

种植转Bt基因抗虫棉对土壤生物学活性的影响

采用温室盆栽实验,研究了种植转Bt基因棉（苏抗103）和同源常规棉（苏棉12）对根际土壤生物学活性的影响。结果表明：与对照常规棉相比,种植转Bt基因棉对根际土壤脱氢酶、碱性磷酸酶、蔗糖酶和土壤呼吸的影响因生育期而异,土壤脲酶、蛋白酶和微生物量C在各生育期均没有显著差异;土壤蔗糖酶、土壤脱氢酶和土壤呼吸分别只在苗期（苏抗103〉苏棉12,增幅为25．5％）、花铃期（苏抗103〉苏棉12,增幅为21．6％）、花铃期（苏抗103〉苏棉12,增幅为36．1％）存在显著差异;土壤磷酸酶在花铃期和吐絮期活性显著下降（降幅分别为22．1％和32．9％）。     

耕作方式对紫色水稻土有机碳和微生物生物量碳的影响

以位于西南大学的农业部紫色土生态环境重点野外科学观测试验站始于1990年的长期定位试验田为对象,研究了冬水田平作(DP)、水旱轮作(SH)、垄作免耕(LM)及垄作翻耕(LF)等4种耕作方式对紫色水稻土有机碳(SOC)和微生物生物量碳(SMBC)的影响。结果表明,4种耕作方式下SOC和SMBC均呈现出在土壤剖面垂直递减趋势,翻耕栽培下其降低较均匀,而免耕栽培下其富集在表层土壤中。同一土层不同耕作方式间SOC和SMBC的差异在表层最大,随着土壤深度的增加,各处理之间的差异逐渐减小。在0—60 cm剖面中,SOC含量依次为:LM(17.6 g/kg)>DP(13.9 g/kg)>LF(12.5 g/kg)>SH(11.3 g/kg),SOC储量也依次为:LM(158.52 Mg C/hm2)>DP(106.74 Mg C/hm2)>LF(93.11 Mg C/hm2)>SH(88.59 Mg C/hm2),而SMBC含量则依次为:LM(259 mg/kg)>SH(213 mg/kg)>LF(160 mg/kg)>DP(144 mg/kg)。与其它3种耕作方式比较,LM处理显著提高SOC含量和储量以及SMBC含量。对土壤微生物商(SMBC/SOC)进行分析发现,耕作方式对SOC和SMBC的影响程度并不一致。SMBC与SOC、全氮、全磷、全硫、碱解氮、有效磷均呈现极显著正相关(P<0.01),与有效硫呈显著正相关(P<0.05);表明SMBC可以作为表征紫色水稻土土壤肥力的敏感因子。     

Microbial activity in pig slurry-amended soils under aerobic incubation

A 120-day aerobic incubation experiment was conducted to study the effects of pig slurry application on soil microbial activity. Pig slurry was added to soil at rates of 0 (control treatment), 150 and 300 m³ ha⁻¹. Soil samples were taken after 0, 7, 14, 30, 45, 60, and 120 days of incubation and analyzed for total organic C and microbial biomass C contents, and basal respiration. Most of the organic C applied to soil with pig slurry was readily decomposed within 30 days. During the first phase (0 to 14–30 days), the addition of pig slurry to the soil, especially at the larger rate, increased microbial biomass C content, microbial biomass C/total organic C ratio, basal respiration, and metabolic quotient. The microbial growth and the increase of their activity that these results reflected were not persistent, since the initially measured values in pig slurry-amended soils decreased and reached those of the control soil in a relatively short time.     

玉米根茬留田对土壤微生物量碳和酶活性动态变化特征的影响

通过田间试验分析了玉米根茬留田对土壤生物活性动态变化的影响,结果表明,玉米根茬留田对提高土壤微生物量碳含量和土壤脲酶、磷酸酶、纤维素酶以及转化酶活性效果显著。动态变化特征表明,各处理的土壤微生物量碳和4种酶活性均在播种后60d左右出现高峰。此时正值作物生育旺盛时期,利于作物生长发育,说明玉米根茬留田配施化肥的培肥土壤效果显著,而且可以保持玉米持续高产稳产。     

人工湿地植物种类和多样性对氧化亚氮释放及功能基因丰度的影响

为了解人工湿地处理中碳/氮水平的废水时植物种类及多样性对系统氧化亚氮释放及功能基因丰度的影响,本研究构建了实验尺度的垂直流人工湿地微宇宙实验系统.选取芦苇(Phragmites australis)、千屈菜(Lythrum salicaria)和海寿花(Pontederia cordata)3种人工湿地常用、景观效果好的植物,在系统中配置了3个单种处理和1个三物种混种处理.结果表明:芦苇、千屈菜与海寿花混种系统的氧化亚氮释放强度(24597.0 μg N2O·m-2·d^-1)高于三物种单种系统的平均值(11744.8 μg N2O·m^-2·d^-1)(P<0.001),同氧化亚氮释放一样,混种系统的amoA基因绝对丰度(6.33× 10^7 copies·g^-1 soil)和nirS基因绝对丰度(1.92× 106 copies·g^-1 soil)也高于三物种单种系统的平均值(5.70×10^7和1.58×10^6 copies·g^-1 soil).此外,混种系统的出水硝态氮浓度低于三物种单种系统的平均值(P<0.05),但出水硝态氮浓度、微生物量和植物生物量在单混种系统间无显著差异(P>0.05).3个单种系统间的氧化亚氮释放强度、amoA基因绝对丰度、nirS基因绝对丰度、出水铵态氮浓度、微生物量和植物生物量存在显著差异(P<0.01),但出水硝态氮无显著差异(P>0.05).通过植物种类和丰富度对各指标变异的解释度发现,植物种类和丰富度分别解释变异的比率存在一定差异,总体上,植物丰富度对氧化亚氮释放、amoA基因绝对丰度和nirS基因绝对丰度的影响大于植物种类,植物种类对出水硝态氮浓度的影响大于植物丰富度.     

有机肥氮投入比例对双季稻田根际土壤微生物生物量碳、氮和微生物熵的影响

为探明不同有机肥氮素占总氮投入的百分比对双季稻区早、晚稻各生育时期稻田根际土壤微生物的影响,本研究以大田定位试验为平台,应用氯仿熏蒸-K₂SO₄提取法和化学分析法系统分析了施用化肥N(M₁)、30%有机肥N(M₂)、50%有机肥N(M₃)、100%有机肥N(M₄)和无N对照(M₀)5个不同施肥处理双季稻田根际土壤微生物生物量碳(MBC)、微生物生物量氮(MBN)和微生物熵的差异.结果表明: 在早稻和晚稻各主要生育时期,施肥措施均能提高稻田根际土壤MBC、MBN和微生物熵,各施肥处理根际土壤MBC、MBN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,成熟期为最低值;其中,各处理双季稻田根际土壤MBC、MBN、MBC/MBN值和微生物熵一般均表现为M₄＞M₃＞M₂＞M₁＞M₀,M₂、M₃和M₄处理间均无显著差异,但均显著高于M₀处理.可见,单独施用化肥措施对提高根际土壤微生物生物量碳、氮和微生物熵效果有限,施用有机肥或有机无机肥配施提高根际土壤微生物生物量碳、氮和微生物熵的效果较好.     

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。