降解水稻秸秆的复合菌系及其微生物群落结构演替北大核心CSCD

【目的】比较和分析从堆肥中富集的水稻秸秆降解菌系F1和F2的纤维素分解能力、微生物群落结构及其在秸秆降解过程中的演替,从而探究微生物群落结构与秸秆降解效率的相关性。【方法】采用DNS(3,5-二硝基水杨酸,3,5-dinitrosalicylic acid)定糖法测定发酵液中的外切纤维素酶活;采用范氏(Van Soest)洗涤纤维分析法测定发酵前与发酵后的秸秆纤维素、半纤维素、木质素的含量,并计算降解率;采用16S r RNA基因序列分析和实时荧光定量PCR(Quantitative real-time PCR,Q-PCR)对秸秆降解过程中的微生物物种组成及特定的功能微生物进行定性和定量分析。【结果】复合菌系F1的水稻秸秆总降解率、纤维素降解率、半纤维素降解率显著高于复合菌系F2;2种复合菌系的外切纤维素酶活性与cel48基因的拷贝数变化趋势一致;复合菌系F1的物种较丰富,优势物种是好氧细菌,复合菌系F2的物种组成较单一,培养后期具有较高比例的厌氧纤维素分解菌;培养前4天,复合菌系F1和F2的优势物种均为Unclassified Bacillales和Bacillus;第4天之后,不同复合菌系的优势物种及丰度出现差异,F1的优势物种主要属于Bacteroidetes,F2的优势物种主要属于Firmicutes;虽然Petrimonas和Pusillimonas是培养后期的共有优势物种,但是Petrimonas在复合菌系F2中的相对丰度(38.30%)显著高于F1(9.47%),且培养第8天的F2中的Clostridiales OPB54增加至14.85%。【结论】cel48基因拷贝数变化与秸秆纤维素的降解效率、外切纤维素酶活性变化具有一定的相关性,cel48基因可作为潜在的生物分子标记监测秸秆纤维素的降解过程;微生物群落结构对秸秆纤维素的降解效率具有显著影响,Unclassified Bacillales,Bacillus,Petrimonas,Pusillimonas是复合菌系F1和F2降解秸秆纤维素过程中的重要物种。     

深松和秸秆还田对甘肃引黄灌区土壤物理性状和玉米生产的影响

通过在甘肃引黄灌区灰钙土2015—2017年的田间试验,研究深松35 cm秸秆还田、深松35 cm秸秆不还田与传统旋耕秸秆不还田对土壤紧实度、容重、入渗率和0～100 cm土层土壤水分、玉米产量、养分吸收量的影响.结果表明: 与深松35 cm秸秆不还田及旋耕秸秆不还田相比,深松35 cm秸秆还田使0～40 cm土层土壤紧实度和容重降低最明显,2017年收获后紧实度与容重较2015年试验前分别下降42.6%、7.0%,且2016和2017年播种前与收获后0～40 cm土层紧实度和容重的变幅最小,紧实度变异系数平均为6.1%,容重为3.2%,土壤入渗率较旋耕秸秆不还田提高33.6%;深松35 cm秸秆还田可显著提高春秋两季0～100 cm土层剖面含水量,降低剖面水分变异,0～100 cm土层土壤贮水量较旋耕秸秆不还田春季增加15.5%,秋季增加5.6%,水分利用效率提高32.4%;此外,深松35 cm秸秆还田能促进玉米生产,较旋耕秸秆不还田的经济产量两年平均分别增产25.6%,生物产量提升33.3%,玉米氮、磷、钾养分吸收量分别提高49.6%、51.5%和37.6%.综上,深松35 cm秸秆还田能改善物理土壤特性,稳定耕层物理性状,提高0～100 cm土层剖面水分含量及春秋两季土壤平均贮水量,降低水分变异,是促进玉米水肥高效利用,实现高产的最优措施,为甘肃引黄灌区耕层构建技术的深入研究提供理论依据.     

覆盖对西北旱地春小麦旗叶光合特性和水分利用的调控

2015—2016年在西北黄土高原半干旱区进行大田定位试验,以‘陇春35号’为试验材料,设全膜覆土穴播(PMS)、全砂覆盖穴播(SM)和露地穴播(CK)3个处理,分析旗叶光合特性、春小麦耗水特性和产量构成因子之间的关系.结果表明: PMS和SM 在0～300 cm土层的土壤贮水量在灌浆前分别较CK提高47.8和31.6 mm,灌浆期均较CK降低15.6 mm.PMS和SM提高春小麦挑旗-抽穗期和扬花-灌浆期的土壤耗水.PMS和SM的叶面积指数分别较CK提高59.0%～73.7%和40.1%～52.7%,叶片SPAD值分别较CK提高3.5%～28.4%和2.9%～23.9%.PMS的光合速率和气孔导度在春小麦挑旗、抽穗、扬花期分别较CK提高23.5%、33.0%、17.7%和32.6%、76.4%、66.9%,灌浆期分别较CK降低26.2%和16.4%;PMS和SM的气孔限制值在抽穗、扬花、灌浆期分别较CK降低14.6%、23.9%、22.3%和25.7%、29.8%、17.4%.叶片瞬时水分利用效率PMS在挑旗期较CK提高57.8%,扬花期降低11.2%.PMS的表观量子效率在抽穗、扬花期分别较SM和CK增加22.6%、18.7%和26.8%、14.3%.PMS和SM春小麦的株高和产量构成因子均显著高于CK,且在干旱年份增幅较大;PMS的产量较CK和SM分别提高36.2%和8.7%,水分利用效率分别提高9.4%和3.4%.因此,PMS和SM提高了小麦灌浆前土壤贮水,加剧了挑旗到抽穗和扬花到灌浆期的耗水,提高了小麦叶片SPAD值和叶面积指数,增强了小麦灌浆前旗叶光合功能,促进 “库”的建成和同化物的转运,实现增产和水分高效利用.PMS在丰水年份的增产潜力和干旱年份的适应能力比SM更强.     

保护性耕作对紫色水稻土团聚体组成和有机碳储量的影响

通过长期定位试验,研究了保护性耕作对四川盆地紫色水稻土耕层团聚体组成和有机碳储量的影响.结果表明,保护性耕作显著影响耕层团聚体组成及其有机碳含量.油菜免耕、厢作免耕、绿肥免耕、垄作翻耕和厢作翻耕0～10 cm土壤大团聚体分别比对照(12%)增加23%、69%、9%、36%和28%,而10～20 cm土壤大团聚体比对照低9%～38%.冬水免耕、油菜免耕和绿肥免耕0～10 cm土壤大团聚体中有机碳含量分别比对照增加13%、31%和32%,而10～20 cm土壤各处理有机碳含量低于对照28%～54%,其土壤大团聚体和微团聚体中碳浓度差异低于0～10cm土壤.各处理0～10 cm土壤总有机碳储量比对照增加8%～28%,而10～20 cm土壤总有机碳储量低于对照4%～22%.传统耕作转变为保护性耕作13年后0～10和10～20 cm土壤有机碳固定率分别为53和25 g·m^-2·a^-1,传统耕作有机碳固定率分别为26和33 g·m^-2·a^-1.保护性耕作有利于紫色水稻土表层大团聚体的形成和土壤总有机碳储量的提高.     

玉米秸秆和异Vc钠生产废液固态发酵生产高蛋白饲料研究

以玉米秸秆为原料,以麸皮和异Vc钠生产废液(WEP)为辅料进行生物蛋白饲料固态发酵研究.通过菌种配伍试验,确定了混菌发酵菌种为白地霉、产朊假丝酵母和枯草芽孢杆菌.在此基础上通过单因素优化试验确定了秸秆蛋白饲料的最优发酵条件:以玉米秸秆(5 g)和麸皮(1 g)为基料,4%WEP营养液,固液比1:4(g/mL),初始pH值4.5;以麸皮浸汁作种子培养液,种龄24 h,各菌接种比例为产朊假丝酵母∶白地霉∶枯草芽孢杆菌=3:1:1,接种量2 mL;28℃、静置发酵2 d,在此条件下,秸秆饲料中真蛋白含量为6.21%,比对照提高了23.95%.该研究为秸秆和异Vc钠生产废液的高质化利用提供了新的思路和途径.     

半干旱黄土高原地区春小麦地膜覆盖研究概述

在黄土高原半干旱地区春小麦上进行的地膜覆盖试验表明,地膜覆盖通过改善耕层土壤生态环境条件,即通过改善水,热状况,活化土壤养分,对提高水分和养分利用效率,实现粮食增产具有重要作用,但近年来在生产实践和科学实验中发现,不合理的长期全生育期地膜覆盖,因在作物生长前期和中期覆膜作物较不覆膜作物生长好,覆膜作物在生长期水分蒸腾损失严重,土壤水分的蒸散（蒸发＋蒸腾）损失远比不覆膜土壤严重,在作物生长后期降水少或没有补充灌溉时,会产生严重的水分肋迫现象,显著抑制小穗分化和灌浆,最终导致收获得指数和产量下降,同时,地膜覆盖的增产作用在一定程度上是以耗竭土壤肥力,特别是在有机物质为代 的,因此,不正确的地膜覆盖（如全生育期的地膜覆盖）,不仅有时起不到显著的增产作用,而且易造成土壤养分,特别是土壤中硝态氮的累积和损失,肥料利用效率降低,土壤生态条件恶化,下降,难以持续高产,因此在确定地膜覆盖范式时,必须要考虑底墒,作物生育期降水,地膜覆盖的阶段性和氮肥的施用等。     

农田土壤固碳措施的温室气体泄漏和净减排潜力

农田土壤固碳措施作为京都议定书认可的大气CO2减排途径受到了广泛关注.研究表明,农田土壤固碳措施在主要农业国家和全球都具有很大的固碳潜力.但是,实施农田土壤固碳措施有可能影响农业中化石燃料消耗和其他农业投入的CO2排放和非CO2温室气体排放.这些土壤碳库以外的温室气体排放变化可能抵消部分甚至全部土壤固碳效果,构成了农田土壤固碳措施的温室气体泄漏.因此,将土壤固碳和温室气体泄漏综合计算的净减排潜力成为了判定土壤固碳措施可行性的首要标准.综述总结了目前较受重视的一些农田措施(包括施用化学氮肥、免耕和保护性耕作、灌溉、秸秆还田、施用禽畜粪便以及污灌)的土壤固碳潜力,温室气体泄漏和净减排潜力研究成果.结果表明,温室气体泄漏可抵消以上措施土壤固碳效益的-241%～660%.建议在今后的研究中,应该关注土壤碳饱和、气候变化及土地利用变化对农田固碳措施温室气体泄漏和净减排潜力的评估结果的影响.     

武夷山不同海拔高度土壤活性有机碳变化

采用连续熏蒸 培养法,测定了福建武夷山自然保护区不同海拔高度具有代表性的中亚热带常绿阔叶林、针叶林、亚高山矮林以及高山草甸土壤中有效碳含量,分析了土壤有效碳（LOC）与微生物量碳（MBC）、土壤总有机碳（TOC）、细根生物量（FRB）和土壤全氮（TN）之间的关系.结果表明：土壤有效碳占总有机碳的3.40%～7.46%;微生物量碳只是土壤有效碳中的一部分,占土壤有效碳26.87%～80.38%; 不同林分土壤有效碳含量随海拔增高而显著增大,随土层深度的增加而降低;土壤有效碳与微生物量碳、土壤总有机碳、细根生物量、土壤全氮之间呈极显著的相关关系.高海拔土壤有效碳含量显著高于低海拔土壤.     

宁夏引黄灌区秸秆还田对麦田土壤硝态氮淋失的影响

以宁夏引黄灌区为例,探索秸秆还田条件下冬小麦土壤硝态氮淋失规律。试验设置常规施肥(CK)、常规施肥条件下施用4500kg/hm2(T1,半量还田)和9000 kg/hm2(T2,全量还田)秸秆3个处理。利用树脂芯法吸附10、20、30、60cm和90cm土层的硝态氮流失量。结果表明:硝态氮(纯N)淋失量6.26—12.85 kg/hm2,是冬小麦施用化肥氮量的2.78%—5.71%。与对照CK相比,T1和T2在10cm土层减少0.09%和3.97%;20cm土层减少8.51%和9.81%;30cm土层减少2.25%和10.34%;60cm土层减少23.85%和13.08%;90cm土层减少27.65%和20.73%。10cm和20cm土层,处理与对照以及处理之间均未到显著性差异(P0.05);30cm处理,T1与CK以及T1与T2未达到显著性差异,但T2与CK达到显著性差异表明全量还田效果最好;60cm土层,处理与对照、以及处理之间均达到显著性差异;90cm土层,处理与对照之间达到显著性差异,处理之间未达到显著性差异。硝态氮淋失主要发生在冬小麦返青至灌浆期间,占全生育期淋失量的52.95%—67.79%。T1、T2冬小麦产量增产率分别为10.11%与11.51%。可见,稻秆还田能够减少灌区土壤硝态氮淋失量。     

土壤食细菌线虫的原位富集培养方法

采用两种孔径的尼龙网袋（1mm和5μm）,将盆钵供试土壤分成内外两层,内层土壤混合猪粪或稻草,并以不添加猪粪和稻草的供试土壤作为空白;外层直接接入供试土壤,进行培养,以获取土著食细菌线虫大量富集的试验土壤。结果表明：添加基质（猪粪和稻草）显著地促进了土壤线虫的繁殖,大量繁殖的线虫通过1mm网袋迁移至外层未加基质的土壤,而采用5μm网袋则限制了线虫向外层土壤的迁移。添加猪粪的1mm网袋处理经过28d培养后,外层土壤线虫数是空白处理的9．1倍;添加稻草的1mm网袋处理经过35d培养后,外层土壤线虫数是空白处理的5．9倍。添加两种基质的5μm网袋处理,外层土壤线虫数和空白处理差异不大。添加基质主要是促进了食细菌线虫的繁殖,在培养结束时,添加猪粪的1mm网袋处理的食细菌线虫比例达到98．2％,添加稻草的1mm网袋处理的食细菌线虫比例达到90．5％,两个处理食细菌线虫的总数分别是空白处理的14．8倍和8．9倍,并且主要是Protorhabditis sp．线虫的增加。