浙江慈溪不同利用年限水稻土微生物生物量与酶活性比较

测定了浙江慈溪5个不同利用年限水稻土（50～2000 a）的微生物生物量C、N和过氧化氢酶、转化酶、脲酶、磷酸酶的活性,分析了水稻土的生物化学环境质量与利用年限的相关性。结果发现,随着利用年限的延长,水稻土的微生物生物量C与N均趋于下降,其中微生物生物量N能较灵敏地反映利用年限造成的差异（p=0.091）;水稻土的过氧化氢酶与转化酶活性均呈下降趋势,其中过氧化氢酶活性与利用年限之间确有线性回归关系（p=0.042）;水稻土的脲酶活性不呈显著变化规律,而磷酸酶活性显著上升,其与利用年限之间确有线性回归关系（p=0.022）。总体表明,利用年限延长虽然会降低水稻土中微生物的生物量和整体活性,但对水稻土的肥力并没有产生不良影响,相反对水稻土的供磷能力有保育和增强作用,而对水稻土的供氮能力没有定向影响。

浙江慈溪不同利用年限水稻土主要微生物过程强度的比较

测定了浙江慈溪5个不同利用年限水稻土(50～2000a)的微生物功能多样性、呼吸作用强度、硝化作用强度及产甲烷势,比较分析了水稻土主要微生物过程强度与利用年限的相关性.结果发现,2000a水稻土的单一碳源底物利用能力最高,而1000a水稻土的短期利用能力也明显高于50～700a的水稻土;随着利用年限的延长,水稻土微生物群落的Shannon指数、Simpson指数和McIntosh指数均趋于升高,利用年限相距500a以上的水稻土的碳源利用特性在主成分PCA1或PCA2上有较好的分离;随着利用年限的延长,水稻土的呼吸强度显著降低,硝化强度和产甲烷势也趋于下降.结果表明,水稻土在持续利用之后,微生物群落功能多样性得到一定加强,而一些调控温室气体排放的微生物过程强度明显减弱.

种植水稻对古水稻土与现代水稻土微生物功能多样性的影响

通过温室盆栽试验，研究种植水稻对长江三角洲绰墩山遗址的古水稻土与现代水稻土的微生物功能多样性和氨氧化细菌数量的影响。在60d的试验期内观察发现，现代水稻土含有0．416～1、235MPN mg^-1的氨氧化细菌，古水稻土在温室培养后也检测到0．013—0、055MPN mg^-1的氨氧化细菌，但数量远远低于现代水稻土；在不施氮的条件下种植水稻会降低古水稻土与现代水稻土中氨氧化细菌的数量，但施加硫酸铵在种植水稻30d时增加了其数量，而施加硝酸钠对其数量没有显著影响。现代水稻土的碳底物利用能力明显弱于古水稻土，微生物群落的Shannon指数、Simpson指数和McIntosh指数也不同程度的低于古水稻土；种植水稻60d后，现代水稻土中微生物群落的整体活性显著提高，三种多样性指数也达到与古水稻土相同的水平，但施加氮肥又减缓了种植水稻对微生物整体活性的增强作用。种植水稻和施用氮肥对古水稻土微生物群落的三种多样性指数均没有显著影响，而且3320a古水稻土和6280a古水稻土的微生物功能多样性也没有显著差异。

浙江慈溪旱作农田土壤微生物学性状的时空演变特征

测定了浙江慈溪5个不同利用年限旱作农田土壤(50～700a)的微生物数量、生物量和酶活性,比较分析了农田土壤微生物学质量与利用年限的相关性,并测定了50a、100a和700a3个旱作土壤的微生物功能多样性.结果发现:农田土壤在旱作初期(<100a),除真菌数量(F)略有上升外,细菌数量(B)、B/F值、微生物生物量C、N及过氧化氢酶、转化酶、脲酶活性全部锐减;耕作100a之后,仅真菌数量随年限延长而显著降低,细菌数量、B/F值、微生物生物量C、N及过氧化氢酶、转化酶、脲酶活性则全部升高;在50～700a的整个旱作过程中,土壤微生物生物量C/N值始终随年限延长而显著升高.BIOLOG检测结果显示,旱作农田土壤微生物群落的Shannon、Simpson和McIntosh3种功能多样性指数在利用年限上的变化规律与细菌数量、微生物生物量及酶活性等完全一致.表明浙江慈溪旱作农田土壤微生物群落结构一直随利用年限的延长而变化,且土壤微生物学质量总体在持续利用100a左右止降回升.

土壤氨氧化细菌的分离方法研究

氨氧化细菌是生态系统硝化过程中的一类重要微生物,但由于具有自养性、依附性和生长速率低等特性,从环境中分离氨氧化细菌存在很大困难。本研究通过改进硅胶平板的配方和制作程序,使土壤中氨氧化细菌能够快速高效地分离,有利于进一步开展对此菌的研究工作。

双孢菇培养基废料对绿豆生长及AM真菌侵染的影响

通过盆栽试验，研究添加不同比例双孢菇（Agaricus bisporus）培养基废料（菇渣）对绿豆（Vigna radiate）生长及其根系受AM真菌侵染的影响。结果发现，在接种AM菌剂条件下，添加菇渣在基质中所占质量分数为5％～50％时，不同程度地提高了AM真菌对绿豆根系的侵染率，促进了植株生长与绿豆经济产量的提高，AM真菌侵染率在35d左右达到高峰。添加20％菇渣的处理效果最佳，60d收获时比对照植株高58％，生物量增加128％，豆荚干重增加598％，绿豆干重增加577％，经济产量（绿豆干重）与35d时AM真菌对绿豆根系的侵染率呈显著线性回归关系（P〈0．05）。这说明添加20％左右的菇渣最有利于促进AM真菌对绿豆根系的侵染以及绿豆植株的营养生长和生殖生长。在最适菇渣比例（20％）条件下接种AM菌剂，基质灭菌（包括土壤与菇渣）处理的AM真菌侵染率与非灭菌对照没有显著差异，表明双孢菇培养基废料可以应用于AM菌剂的扩繁。

大气CO_2浓度增高对农田土壤硝化活性的影响

利用中国唯一的FACE(Free-AirCarbondioxideEnrichment,开放式空气CO2浓度增高)平台,研究大气CO2浓度增高对农田土壤硝化活性的影响。位于无锡的中国稻麦轮作农田生态系统FACE试验平台于2001年6月开始运行,设有FACE与Ambient(普通空气对照)2个处理,FACE区CO2浓度比Ambient区高200μmol·mol-1,每个处理含低氮与常氮2个氮肥水平。在轮作水稻和小麦各3季之后,发现大气CO2浓度增高下,常氮水平上土壤的NO3--N质量分数降低,NH4+-N质量分数增高;而低氮水平上土壤的NO3--N质量分数增高,NH4+-N质量分数没有显著差异。然后分别在土壤样品中加入NH4+-N,好气培养42d后通过测定土壤中的NO3--N、NO2--N总质量分数来研究土壤的硝化活性。结果显示,不管在CO2浓度增高下还是对照条件下,增加氮肥施用量均增强了土壤的硝化活性;且与对照相比,大气CO2浓度增高在常氮水平上降低了土壤的硝化活性,在低氮水平上却增强了土壤的硝化活性,说明大气CO2浓度增高对农田土壤硝化活性的影响与N肥供应水平有关。

土壤微生物对大气对流层臭氧浓度升高的响应

土壤微生物对大气对流层臭氧浓度升高的响应是全面评价臭氧浓度变化对陆地生态系统影响的关键。本文简要回顾了大气臭氧浓度升高对生态系统的影响概况,介绍了土壤微生物对人工控制微域环境臭氧浓度增高的响应研究进展,并提出了农田生态系统土壤微生物生物量与活性(包括硝化反硝化作用)、群落结构与功能(包括秸秆降解过程)、有益微生物(如菌根真菌)及其调控技术是今后大气臭氧污染研究领域的重要方向。

浙江慈溪不同利用年限水稻土肥力特征的比较

温室盆栽条件下比较了浙江慈溪不同利用年限水稻土(50至2000年)水稻生长与谷物产量的差异,以及无施肥条件下种植水稻对水稻土微生物生物量与转化酶、脲酶活性的影响。结果发现,利用年限较长水稻土上种植的水稻植株相对较高(p<0.10),水稻秸秆、根系及谷粒的生物量均随水稻土利用年限延长而显著增加(p<0.05);N、P、K等营养元素在植株不同部位的分异状况不同,其中秸秆的全P和全K含量均随水稻土利用年限延长而显著升高(p<0.05),而米粒的全N含量也趋于升高(p<0.10)。温室盆栽试验之后,水稻土的微生物生物量及酶活性与利用年限之间的关系规律和种植水稻之前基本一致,且整体上又趋于下降,即无施肥条件下种植水稻转化利用了土壤部分微生物生物量,并减弱了与碳、氮转化相关酶的活性,对保持水稻土的营养水平造成不利影响。结果表明,水稻土的肥力质量历经两千年的长期稻作长盛不衰、粮食生产能力不减反增,而且是在作物有效养分可循环利用(如秸秆还田或外施肥料)的前提下实现持续利用的。

免耕对潮土不同粒级团聚体有机碳含量及微生物碳代谢活性的影响

利用中国科学院封丘农业生态国家实验站玉米-小麦轮作免耕定位试验平台,研究不同耕作方式对潮土不同粒级团聚体的分布、有机碳含量及微生物群落碳代谢活性的影响。结果表明,与传统翻耕处理相比,免耕潮土中大于250μm粒级团聚体显著增加(p<0.05),50～2μm粒级团聚体显著减少(p<0.05),250～50μm和小于2μm两个粒级团聚体没有明显变化;大于250μm和250～50μm两个粒级团聚体有机碳含量显著升高(p<0.05),50～2μm和小于2μm两个粒级团聚体有机碳含量没有明显变化,250～50μm粒级取代50～2μm粒级成为对土壤有机碳总量贡献最大的团聚体。BIOLOG测试结果表明,免耕和翻耕两种措施下不同粒级团聚体微生物群落碳代谢特征存在明显差异,且免耕处理250～50μm和小于2μm两个粒级团聚体微生物群落碳代谢活性显著低于翻耕处理(p<0.05)。结果显示,免耕有利于小粒级团聚体向大粒级团聚体方向聚合,大于50μm粒级团聚体固持的有机碳增多,其中持碳最多的250～50μm粒级团聚体的微生物碳代谢活性下降,故土壤有机碳稳定性升高。

丛枝菌根真菌对紫花苜蓿与黑麦草修复多环芳烃污染土壤的影响

通过温室盆栽试验,研究接种土著与外源丛枝菌根(AM)真菌对紫花苜蓿与黑麦草修复多环芳烃(PAHs)污染土壤的影响。结果表明,接种外源AM真菌——苏格兰球囊霉(Glomus caledonium)36号能够显著提高紫花苜蓿和黑麦草的AM真菌侵染率并促进植物生长,而接种土著菌剂或土著菌剂与36号菌剂双接种对AM真菌侵染和植物生长无促进作用,甚至降低了黑麦草苗期的AM真菌侵染率。种植紫花苜蓿和黑麦草促进了土壤中PAHs的降解,这2种植物接种36号菌剂的处理60天时土壤PAHs降解率分别达42.3%和41.1%,说明36号菌剂可以显著提高植物修复效率,而接种土著菌剂对修复作用无显著影响,土著菌剂与36号菌剂双接种对紫花苜蓿的修复效果也无显著影响,但60天时显著提高黑麦草的修复效率。土壤中PAHs降解率与植物根系的AM真菌侵染率呈显著正相关关系(P<0.05),表明AM真菌侵染可以提高紫花苜蓿与黑麦草对PAHs污染土壤的修复效率。

大气CO_2浓度升高对不同施氮土壤酶活性的影响

利用中国唯一的无锡FACE(Free-air CO2 enrichment,开放式空气CO2浓度升高)平台,研究了大气CO2浓度升高对土壤β-葡糖苷酶、转化酶、脲酶、酸性磷酸酶、β-氨基葡糖苷酶的影响。研究发现,不同氮肥处理下大气CO2浓度升高对某些土壤酶活性的影响不同。在低氮施肥处理中,大气CO2浓度升高显著降低β-葡糖苷酶活性,但是在高氮施肥处理下,大气CO2浓度升高显著增加β-葡糖苷酶活性。在低氮和常氮施肥处理中大气CO2浓度升高显著增加了土壤脲酶活性,但在高氮水平下影响不显著。在低氮、常氮施肥处理中,大气CO2浓度升高对土壤酸性磷酸酶活性没有影响,而在高氮施肥处理中显著增强了土壤中磷酸酶活性。大气CO2浓度升高对土壤转化酶活性和β-氨基葡糖苷酶的活性有增加趋势,但影响不显著。研究还发现,在不同的CO2浓度下,土壤酶活性对不同氮肥处理的响应也不同。在正常CO2浓度下,土壤中β-葡糖苷酶活性随着氮肥施用量的增加而降低,而在大气CO2浓度升高条件下,却随着氮肥施用量的增加而增加。在大气CO2浓度升高条件下,高氮施肥显著增加了转化酶和酸性磷酸酶活性,而在正常CO2浓度下,影响不显著。在大气CO2浓度升高条件下,氮肥处理对脲酶活性的影响不大,但在正常CO2浓度下,脲酶活性随着氮肥施用量的增加而增加。氮肥对β-氨基葡糖苷酶活性的影响不明显。

近地层臭氧浓度升高对麦田土壤氨氧化与反硝化细菌活性的影响

利用臭氧FACE(free-air O3concentration enrichment,开放式空气臭氧浓度增高)试验平台,研究近地层臭氧浓度(臭氧摩尔分数平均为70 nmol.mol-1)升高对小麦不同生育期植株氮吸收量,土壤w(全氮)、w(矿质氮)、脲酶活性、氨氧化细菌数量、反硝化细菌数量以及小麦成熟期土壤硝化与反硝化作用强度的影响。结果表明,与对照(臭氧摩尔分数平均为45 nmol.mol-1)相比,臭氧浓度升高条件下小麦不同生育期氮吸收量总体趋于升高,土壤w(全氮)、w(铵态氮)和w(硝态氮)总体趋于下降,在小麦成熟期土壤w(全氮)和w(铵态氮)分别比对照下降9%和71%(P<0.05),而w(硝态氮)比对照下降36%;臭氧浓度升高使小麦不同生育期土壤脲酶活性总体趋于增强,在拔节期、抽穗期和灌浆期均显著高于对照(P<0.05);随着小麦的生长,臭氧熏蒸土壤氨氧化细菌和反硝化细菌数量也趋于升高,在小麦成熟期均显著高于对照(P<0.05)。在小麦成熟期,尽管臭氧熏蒸土壤单个氨氧化细菌的硝化活性比对照下降57%,但土壤整体硝化强度却比对照提高123%;臭氧熏蒸土壤反硝化作用强度与对照相比无明显差异,但单个反硝化细菌的反硝化活性却比对照降低96%,达显著水平(P<0.05)。认为臭氧浓度升高促进了小麦对土壤氮素的吸收,导致土壤氮素库存量降低,进而加快了土壤中氮素的转化,表现为脲酶活性升高,氨氧化细菌和反硝化细菌数量增加,但它们的代谢活性反而下降。

电子废弃物拆解区周边农田土壤重金属污染评价及成因解析

深入了解电子废弃物拆解、倾倒及扩散引发的土壤环境问题,有助于根据土壤重金属污染程度及其潜在生态风险实现拆解区周边农田土壤的分类分级管理和科学合理利用。在浙江台州(国内电子废弃物三大拆解基地之一)某典型电子废弃物拆解区的拆解点、倾倒点及周边农田随机采集12个土壤样本,测定了土壤重金属(Cd、Cu、Cr、Ni、Pb、Zn)质量分数与污染指数,并开展了生态风险评估与成因推测研究。从研究区土壤重金属单项污染指数(以所有样点的平均值计)来看,Cd、Cu、Pb、Zn为重度污染,Cr与Ni分别为中度与轻微污染,其中Cd、Pb与Cu分别具有极强、强和中等生态危害,而Ni、Cr、Zn具有轻微生态危害。从具体样点来看,电子废弃物拆解点和倾倒点土壤重金属污染指数最高分别达164.2和152.9(均为重度污染),其潜在生态风险指数最高分别达2 685和6 914(均为很强生态危害);57.14%的农田样点土壤重金属已达中度至重度污染水平,28.57%的农田样点土壤重金属生态危害达中等级别。主成分分析与相关性分析结果显示,研究区土壤重金属污染存在两条主要扩散途经,首要的是电子废弃物拆解产生的粉尘与焚烧产生的飞灰随大气沉降而产生的污染,次要的是拆解点与废渣倾倒点经雨水冲刷、淋溶下渗、地表径流所造成的污染。结果表明,研究区土壤重金属污染较为普遍,且以Cd、Pb、Cu为主,Zn、Cr、Ni次之;电子废弃物拆解与处置过程中重金属的扩散途径以空气传输为主、雨水迁移为辅。

畜禽粪便管理系统中甲烷的产排特征及减排对策

畜禽粪便厌氧发酵过程中产生的甲烷(CH4)是大气CH4的重要人为源,其排放量会随着畜禽养殖规模的不断扩大而持续增加。为了更好地实现畜禽粪便的资源化利用,同时减少粪源CH4排放,迫切需要立足于畜禽粪便管理系统,研究不同粪便管理模式下的CH4产排特征,在此基础上有效地实现减排。鉴于此,本文介绍了粪便管理系统的组成;阐明了粪便管理系统中CH4的产生和影响排放的因素,常见管理系统中CH4排放量的计算方法;阐述了国内外关于畜禽粪便管理系统CH4排放的研究进展;并基于我国畜禽粪便管理现状提出了针对养殖规模优化粪便管理模式,针对管理模式提升管理技术的甲烷减排对策。

长期平衡施肥对潮土微生物活性和玉米养分吸收的影响

利用中国科学院封丘农业生态实验站农田生态系统养分平衡长期定位试验地,研究氮磷钾平衡施肥(NPK)与缺素施肥(NK、PK、NP)对土壤微生物生物量、酶活性、呼吸强度以及玉米养分吸收的影响。结果发现,与不施肥对照(CK)相比,NPK处理玉米根系与茎叶生物量、籽粒产量以及植株氮磷钾吸收量均大幅提高,NP处理次之,PK与NK处理则无显著影响;同一处理玉米茎叶与根系养分含量接近,而籽粒的全氮和全磷含量较高、全钾含量偏低;与NPK处理相比,缺施氮、磷或钾肥均直接导致玉米植株相应养分的明显亏缺或其他养分的过量富集,但在根系、茎叶和籽粒部位的累积情况存在一定差异。与CK相比,所有施加磷肥的处理(NPK、NP、PK)土壤微生物生物量(碳、氮、磷)、脱氢酶、转化酶、脲酶与碱性磷酸酶活性以及土壤微生物代谢活性和土壤基础呼吸强度均显著升高(p<0.05),土壤微生物代谢熵则显著下降(p<0.05),而缺施磷肥的NK处理除显著提高脲酶活性外(p<0.05),对其他指标均无显著影响。结果表明,氮磷钾平衡施肥在促进土壤微生物繁育和保育微生物代谢活性以及促进作物生长和保证养分吸收等方面显得非常重要,而缺素施肥中以缺施磷肥的不利影响最为突出。

大气CO2浓度升高对添加麦秸条件下稻田土壤酶活性的影响

利用中国扬州开放式大气CO2浓度升高(FACE)系统稻麦轮作试验平台,研究大气CO2浓度升高对稻田小麦秸秆降解过程中土壤酶活性的影响。试验平台设置FACE[(580±60)μmol·mol-1]和对照[(380±40)μmol·mol-1]2个CO2浓度,在低氮(150kg·hm-2)和高氮(250kg·hm-2)2种氮水平下添加小麦秸秆,分别在不同生长时期采样并分析土壤脱氢酶、脲酶、磷酸酶和蔗糖酶活性。结果表明:同一氮水平下,大气CO2浓度升高显著增强土壤脱氢酶、脲酶和蔗糖酶活性,但显著降低土壤磷酸酶活性;无论是大气CO2浓度升高条件下还是对照条件下,低氮处理土壤脱氢酶与脲酶活性均高于高氮处理,而高氮处理土壤磷酸酶活性均高于低氮处理,氮水平对蔗糖酶活性并无显著影响。