肥沃耕层构建对东北黑土区旱地土壤肥力和玉米产量的影响

有机物料还田是提高土壤肥力、改善土壤结构和增加作物产量的重要农艺措施之一。本研究通过分析有机物料深混还田构建肥沃耕层后土壤的有机质、速效养分含量和玉米产量,明确了黑土区不同土壤类型旱地土壤肥力指标和玉米产量对肥沃耕层构建方式的响应特征,以期为实现东北黑土区旱地保护性利用和农业可持续发展提供科学依据。采用小区试验与大区示范相结合的方式,在黑龙江省、吉林省和辽宁省选取9个生态类型区作为试验点,土壤类型包括黑土(中厚黑土和薄层黑土)、草甸土、黑钙土、白浆土、棕壤、暗棕壤和褐土。每个试验点均设置了玉米秸秆深混构建肥沃耕层(CF_Ⅰ)、秸秆配合有机肥深混构建肥沃耕层(CF_Ⅱ)和无有机物料还田(CK)3个处理。其中,CF_Ⅰ、CF_Ⅱ处理的小区试验和大区示范的秸秆还田量分别为10000 kg·hm^-2和全量还田,CF_Ⅱ处理的有机肥施用量为30000 t·hm^-2;CF_Ⅰ和CF_Ⅱ处理中有机物料的还田深度均为0~35 cm。结果表明: 不同土壤类型旱地的土壤肥力差异较大,不同土层表现为亚耕层土壤肥力小于耕层土壤,其中暗棕壤和白浆土尤为突出;棕壤、褐土耕层和亚耕层的土壤肥力均偏低;黑土和草甸土的质地比较黏重和犁底层较厚。在试验时间为两年以上的5个试验点中,与CK相比,CF_Ⅰ和CF_Ⅱ处理耕层的土壤有机质、碱解氮、速效磷和速效钾含量平均增加1.85 g·kg^-1、20.16 mg·kg^-1、1.56 mg·kg^-1和17.2 mg·kg^-1,亚耕层较耕层增加了2.09 g·kg^-1、12.06 mg·kg^-1、2.18 mg·kg^-1和3.84 mg·kg^-1。与CK相比,CF_Ⅰ处理显著增加了耕作层和亚耕层土壤有机质和速效磷含量,CF_Ⅱ处理显著增加了耕作层和亚耕层的全部土壤肥力指标,说明肥沃耕层构建是提高土壤肥力的重要途径,其中玉米秸秆配施有机肥是快速提升土壤肥力的有效方法。受不同地区水热条件和土壤类型等的影响,不同试验区的玉米产量差异较大;不同处理间差异显著,表现为CF_Ⅱ>CF_Ⅰ>CK,说明肥沃耕层构建方式在不同生态类型区均能有效提高玉米产量。采用玉米秸秆或者玉米秸秆配合有机肥深混的肥沃耕层构建方式能够同步培肥耕层和亚耕层土壤,提高玉米产量。不同生态类型区应根据土壤类型、有机物料来源等采取相应的肥沃耕层构建方式,建议在有机肥源充足的区域,优先采用秸秆配合有机肥深混构建肥沃耕层。     

秸秆和地膜覆盖对渭北旱作玉米农田土壤氮组分与产量的影响

基于田间定位试验,研究了秸秆和地膜覆盖措施对旱作春玉米田土壤氮组分和作物产量的影响。试验包括无覆盖对照,秸秆覆盖和地膜覆盖3个处理,观测指标包括土壤全氮(STN)、颗粒有机氮(PON)、潜在可矿化氮(PNM)、微生物量氮(MBN)、硝态氮(NO_3~--N)、铵态氮(NH_4~+-N)含量及作物产量。结果表明:试验进行5到7年后,与对照相比,秸秆覆盖处理0—10 cm土层STN、PON、PNM、MBN和NO_3~--N含量3年平均分别提高了13.11%、64.29%、17.51%、16.94%和55.37%,10—20 cm土层STN、PON、MBN和NO_3~--N含量3年平均分别提高了5.93%、33.33%、15.78%和27.57%(P0.05)。而地膜覆盖处理0—10 cm和10—20 cm土层NO_3~--N的含量较对照分别提高了189.14%和135.75%(P0.05),其他氮组分与对照处理差异不显著。秸秆和地膜覆盖处理玉米产量较对照处理3年平均分别提高了6.90%和36.74%(P0.05)。玉米产量与0—20 cm土层NO_3~--N含量和NO_3~--N/STN值呈显著正相关关系。总的来看,秸秆覆盖能显著增加旱地土壤全氮和活性有机氮含量,促进氮素固定,但需注意作物生长后期补充氮肥以满足作物生长需要。而地膜覆盖能显著提高土壤氮素有效性和作物产量,但不利于土壤有机氮的固定,且表层土壤存在潜在氮淋失风险。     

稻草还田方式对双季水稻产量和土壤碳库管理指数的影响

采用田间定位试验,设置不施肥(CK)、单施化肥(NPK)、稻草切碎全量还田+化肥(SNPK)和稻草全部烧灰还田+化肥(SINPK)4个处理,研究不同稻草还田方式对双季稻产量和土壤碳素形态、碳库管理指数的影响.结果表明:2010—2011年两年四季的水稻平均产量SNPK与SINPK处理基本持平,但均显著高于NPK处理,增幅为5.7%～7.3%.与NPK和SINPK相比,SNPK能显著提高早稻产量,增幅在3.8%～8.8%.与单施化肥和稻草烧灰还田相比,SNPK提高了土壤不同形态碳素含量和碳库管理指数,总有机碳、活性碳、矿化碳和碳库管理指数分别提高了1.8%～2.0%、5.9%～6.5%、16.0%～41.6%和7.3%～7.8%.土壤碳库管理指数与早、晚稻产量呈显著抛物线关系,相关系数分别为0.999和0.980.SNPK能显著提高翌年早稻产量及土壤不同形态碳素含量和碳库管理指数.     

施入不同土层的秸秆腐殖化特征及对玉米产量的影响

耕作和秸秆还田是打破犁底层、改善黑土肥力的重要措施.本研究利用田间试验,分析了耕作和秸秆还田对秸秆腐殖化系数、总有机质含量(SOC)和玉米产量的影响.结果表明:深耕+秸秆施入20～35 cm(ST+S)能够打破犁底层,与浅耕(TT)、深耕(ST)和浅耕+秸秆还田(TT+S)相比,试验6年间土壤容重平均降低了5.7%、3.3%和5.7%,其中ST和ST+S试验第一年效果最好;试验6年后秸秆腐解率表现为0～20 cm土层(72.0%)>20～35 cm土层(59.2%);0～20和20～35 cm土层秸秆腐殖化系数在试验的第一年达到了最大值,分别为15.9%和12.7%;与初始土壤相比,TT、ST和ST+S处理0～20 cm土层SOC和轻组有机碳(LFOC)含量呈下降趋势,而TT+S处理分别增加了2.9%和12.4%,ST+S处理20～35 cm土层分别增加了9.2%和9.9%;对玉米产量的影响表现为ST+S>TT+S>ST>TT,耕作和秸秆还田的时间效应明显,其中ST处理玉米产量的影响可以持续3年,而ST+S处理可以持续6年.因此,通过耕作的方式将秸秆施入20～35 cm土层是一种有效的、可持续改善黑土质量的农业措施.     

秸秆、有机肥及氮肥配合使用对水稻土微生物和有机质含量的影响

通过大田试验,研究了秸秆还田、施用有机肥和氮肥对水稻土微生物和土壤有机质含量的影响。试验结果表明:(1)在秸秆还田的情况下,增施氮肥(0-330kg/hm2范围内)可促进秸秆的的腐解;(2)秸秆还田、施用有机肥和氮肥中的单一措施均能不同程度地增加水稻土壤细菌、真菌、放线菌的数量;(3)综合运用秸秆还田、施用有机肥和氮肥措施能协同增加土壤微生物数量,提高土壤生物量态氮和有机质含量,以秸秆还田量为6000kg/hm2、施用有机肥量为4500kg/hm2、施用氮肥量为240kg/hm2效果较佳。     

西北黄土高原半干旱区全膜覆土穴播对土壤水热环境和小麦产量的影响

全膜覆土穴播是西北黄土高原旱作区大面积应用于密植作物栽培的关键增产技术,可显著提高降水利用率和作物生产力,但目前对其增产机制和环境效应缺乏系统研究分析。在2011—2013年以春小麦陇春27号为试验材料,设全膜覆土穴播(FMS)、地膜覆盖穴播(FM)和露地穴播(CK)3个处理,研究半干旱旱作区全膜覆土穴播的土壤水热效应及其对小麦产量的影响。结果表明,小麦苗期FMS在0—25 cm土层的平均地温比CK提高1.4—3.5℃,但孕穗到灌浆期正午地表地温比FM和CK分别降低5.3—6.4℃和3.1—4.3℃。FMS和FM使小麦拔节前0—200 cm土层土壤贮水量分别增加33.1和29.3 mm,且可促进小麦对深层水分(100—200 cm)的利用,FMS成熟期100—200 cm土层土壤贮水量比播前下降44.4—69.6 mm,较CK高8.4—145.5%,但FMS在休闲期补充土壤水分77—127 mm,分别较FM和CK增加4.5%—40.9%和12.8%—109.5%;FMS的休闲效率为30.5%—52.6%,比CK高12.8%—109.5%,比FM高4.5%—40.9%。基于对土壤水热环境和作物耗水的影响,FMS的产量达1750—3180 kg/hm2,水分利用效率为5.5—11.5 kg hm-2mm-1,分别比CK增加40%—220%和27%—239%,而且干旱年份的增加幅度更高。因此,FMS改善了小麦生长前期的土壤水热条件,调节作物不同生育期的耗水强度,显著提高作物水分利用效率和产量,并提高降水休闲效率,使小麦生育期耗散的土壤水分在休闲期得到有效补充。     

Improving the remaining activity of lignocellulolytic enzymes by membrane entrapment

The production of bioethanol by the conversion of lignocellulosic waste has attracted much interest in recent years because of its low cost and great potential availability. However, the high cost of the enzyme required for this conversion is often considered to be the major bottleneck in the commercial lignocellulosic ethanol industry. In this work, the hydrolysis of rice straw by free and entrapped lignocellulolytic enzymes (cellulase, xylanase and laccase) was carried out at pH 5.5 and 37 °C. The hydrolysis of rice straw by enzymes entrapped in a membrane produced a higher monosaccharide content: 601.05 mg/g rice straw for entrapped enzymes vs. 465.46 mg/g rice straw for free enzymes. This study has shown that enzyme entrapment is an important technique for the efficient use and reuse of enzymes in industrial applications and also for the rapid separation of saccharide products from the reaction medium, thus improving the remaining enzymatic activities.     

Laccase detoxification of steam-exploded wheat straw for second generation bioethanol

In this work we compared the efficiency of a laccase treatment performed on steam-exploded wheat straw pretreated under soft conditions (water impregnation) or harsh conditions (impregnation with diluted acid). The effect of several enzymatic treatment parameters (pH, time of incubation, laccase origin and loading) was analysed. The results obtained indicated that severity conditions applied during steam explosion have an influence on the efficiency of detoxification. A reduction of the toxic effect of phenolic compounds by laccase polymerization of free phenols was demonstrated. Laccase treatment of steam-exploded wheat straw reduced sugar recovery after enzymatic hydrolysis, and it should be better performed after hydrolysis with cellulases. The fermentability of hydrolysates was greatly improved by the laccase treatment in all the samples. Our results demonstrate the action of phenolic compounds as fermentation inhibitors, and the advantages of a laccase treatment to increase the ethanol production from steam-exploded wheat straw.     

糙皮侧耳和康氏木霉二步混合发酵生产饲料蛋白的研究

研究了糙皮侧耳 (Pleurotusostreatus)和康氏木霉C 3(TrichodermaKoningiiC 3)降解稻草生产饲料蛋白的发酵工艺。发酵产物的粗蛋白含量达到 2 2 .7% ,粗纤维降解率为 34 %。