秸秆腐解过程中结构的变化特征

应用尼龙网袋法和傅里叶变换红外光谱分析,研究玉米和大豆秸秆在3种不同试验地(葡萄园、桃园、农田)腐解过程中的结构变化特征,为秸秆还田措施提供理论依据。结果表明,玉米和大豆秸秆的官能团组成具有相似之处,但在3400、1640、1400~1460、1310、1000~1100 cm^(-1)处的吸收峰强度不同,稳定成分存在差异。腐解前后作物秸秆红外光谱吸收峰强度有所改变,随着腐解时间的增加,羟基、酰胺基、甲基、亚甲基和次甲基的含量逐渐降低,羧基增多,有机酸形成,碳水化合物、酰胺类化合物、糖类等逐渐分解。易分解的化合物(如脂肪族结构、酰胺类化合物和糖类)可直接进行分解,部分芳香类等难分解化合物则先分解为羧酸酯类(1725~1735 cm^(-1))、脂肪族类(1450~1460 cm^(-1))等中间产物后再进行分解。1560~1732 cm^(-1)处的肩峰与作物残体中有机酸有关。尿素对玉米秸秆的腐解具有促进作用,且与1310 cm^(-1)处的吸收峰变化有关。作物秸秆还田之后,会向腐植酸方向腐解,其结构变化在不同土地利用类型和干湿处理之间无明显区别(P>0.05),与还田作物秸秆种类以及N含量有关。

硫磺改良对宁夏引黄灌区盐碱土pH及微量元素有效性的影响研究

采用田间试验方法,以单纯施用氮磷肥和施用石膏为对照,施入不同数量的硫磺,通过对土壤pH和有效性微量元素的影响评价盐碱土的改良效果。结果表明:施用2 000 kg/hm2石膏和S1(施硫1 000 g/hm2)、S2(施硫2 000 kg/hm2)、S3(施硫3 000 kg/hm2)3个水平硫磺处理,都有降低pH值的作用;其中,施硫1 000 kg/hm2(S1)处理效果最好。氮磷肥配合施用硫磺和石膏,对4种微量元素铜、锌、铁、锰有效性有一定的影响,但是,除个别处理对有效铁和有效锌的影响达到显著水平外,其它处理的影响都不是太明显。因此,单纯施用化肥、化肥配合硫磺施用以及化肥配合石膏施用都可以在一定范围内起到改良碱土、降低土壤pH的作用。

不同施肥方式对塿土土壤磷素各组分含量的影响

为阐明不同施肥方式对土壤磷素各组分的影响,采用蒋柏藩-顾益初无机磷分级体系,观测分析了陕西省杨陵区陈小寨村塿土不同施肥方式及用量对土壤中无机磷、有机磷、全磷含量变化的影响。结果表明,该土壤中无机磷占全磷的77%～90%。施用磷肥,对土壤中的无机磷和有机磷都有增加的作用（P〈0.05）,对无机磷的影响大于有机磷。各不同处理土壤无机磷组分均以Ca-P为主,其中又以Ca10-P占绝对优势（28.77%～63.96%）;不同施肥处理中,对作物无效态的无机磷Ca10-P、O-P比例减少,有效态的Ca2-P、Ca8-P、Al-P、Fe-P比例增加;且施用有机肥对土壤中有效态磷素的增加效果好（P〈0.05）;在有机肥的作用下,土壤中的磷素会向无机磷的方向发生反应,尤其是活性的Ca2-P、Ca8-P的增加幅度较大。施用低量有机肥（75 t·hm-2·a-1）或无机有机肥配合施用是一个比较好的施肥方式。

不同处理方式的作物秸秆田间腐解特性研究

采用尼龙网袋法，结合热重分析，研究玉米和大豆秸秆在3种试验地（葡萄园、桃园、农田）腐解过程中的腐解率和组分变化，为秸秆还田措施提供理论依据。结果表明，腐解前期0～20d作物秸秆腐解20％以上，20～120d腐解率无明显变化，120d后继续腐解至60％～70％，大豆秸秆前期较玉米秸秆腐解快。热重分析得出，玉米秸秆在腐解期间（20～45d）会产生TG曲线上200～300℃阶段的失重（20％～30％），腐解后期，大豆秸秆在300～400℃的失重百分比高于玉米秸秆，TG—DTG曲线在600～700℃阶段的失重量到腐解末期（300d）均为6％左右，随着腐解的进行，固定碳和灰分百分比上升至40％。作物秸秆的腐解率、组分百分比在不同处理间（新鲜与干燥处理、大豆秸秆与玉米秸秆处理、加氮与未加氮处理）差异显著（P〈0．05），在3个试验地之间则无明显差异（P〉0．05），腐解率、固定碳与土壤温度和降水量都呈极显著正相关，挥发分与土壤温度、降水量呈显著负相关（P〈0．05）。玉米和大豆秸秆还田有增加土壤碳含量的作用，作物秸秆种类、碳氮比、干湿程度以及土壤温度、降水条件都会影响作物秸秆在土壤中的腐解率和组分变化。

长期不同施肥对塿土碳氮含量的影响

以长期定位试验为对象,研究了冬小麦-夏玉米轮作制度下,不同施肥处理对塿土碳、氮含量的影响。结果表明:不论是单独使用有机肥、单独施用化肥,还是有机肥配合化肥施用,都可以显著地提高土壤有机碳和全氮含量;其中,有机肥配合化肥施用的效果最明显;有机肥配合化肥施用以及单独施用高量有机肥可以明显地提高土壤碱解氮含量,单独低量施用有机肥处理和单独施用高量化肥处理基本维持土壤碱解氮含量没有明显变化,而单独施用低量化肥处理和不施肥处理(CK)使土壤碱解氮含量明显有所降低;长期有机肥配合化肥施用,可以使土壤C/N增加;农田生态系统对土壤肥力具有较强的保护作用。

石灰和有机质对不同性质镉污染土壤中镉有效性的影响

通过土培试验研究了添加不同改良剂(鸡粪、泥炭和石灰)对我国不同性质土壤(云南赤红壤、江西红壤、吉林黑土和内蒙栗钙土)镉污染的改良差异。结果表明,不同改良剂0～60 d内对四种镉污染土壤的改良效果均较为显著。鸡粪对云南赤红壤、江西红壤、吉林黑土和内蒙栗钙土镉污染的固定率分别为37.0%、52.7%、29.3%和49.6%,显示鸡粪对这四种不同性质镉污染土壤的改良效果是江西红壤≈内蒙栗钙土>云南赤红壤>吉林黑土;泥炭对云南赤红壤、江西红壤、吉林黑土和内蒙栗钙土镉污染的固定率分别为33.1%、51.7%、30.5%和51.2%,显示泥炭对这四种不同性质镉污染土壤的改良效果是江西红壤≈内蒙栗钙土>吉林黑土≈云南赤红壤;石灰对云南赤红壤、江西红壤、吉林黑土和内蒙栗钙土镉污染的固定率分别为60.7%、55.5%、40.7%、41.7%,显示石灰对这四种不同性质镉污染土壤的改良效果是云南赤红壤>江西红壤>吉林黑土≈内蒙栗钙土。综上可知,在对镉污染的酸性土壤改良上,石灰好于有机质,而对镉污染的中性和碱性土壤改良上,有机质则好于石灰。

镉在小麦各部位的富集和转运及籽粒镉含量的预测模型

以全国小麦产区的14种土壤为材料,采用盆栽试验方法研究了小麦在对照、Cd处理(0.6 mg·kg-1 p H<7.5,1.2 mg·kg-1 p H>7.5)条件下,Cd在小麦各部位的含量及其富集和转运。结果表明:对于两组Cd处理而言,Cd在小麦中的分布趋势均为根>茎>籽粒,而且各部位的Cd含量相互间均显著性相关(Cd处理的籽粒与根除外)。14种土壤种植下,小麦根、茎、籽粒的Cd含量范围分别为:0.11~2.18、0.04~0.75、0.004~0.08 mg·kg-1(对照);3.14~12.04、0.18~0.94、0.09~0.43 mg·kg-1(Cd处理)。14种土壤中根-土的Cd富集系数范围为0.59~13.69(对照)、2.98~14.86(Cd处理);茎-根、籽粒-根的转运系数范围为:0.22~1.60、0.02~0.14(对照);0.04~0.13、0.01~0.06(Cd处理)。小麦籽粒Cd含量与土壤理化性质的相关性分析及预测方程显示,无论土壤是否受Cd污染,籽粒Cd含量与土壤p H均呈极显著性负相关,相关性系数分别为-0.828(对照)、-0.841(Cd处理),p H是影响籽粒吸收Cd的首要土壤因素,有机碳(OC)含量则为第二因素,籽粒Cd含量预测方程拟合效果良好(对照R2=0.84;Cd处理R2=0.93)。

长期不同施肥对塿土氮素分布的影响

在冬小麦-夏玉米轮作制度下,研究不同有机肥-无机肥长期施用对塿土碱解氮以及NO-3-N的分布、累积和阶段性移动的影响。结果表明:施用有机肥、化肥和两者混合施用有助于提高土壤碱解氮和硝态氮的含量,尤其对耕层土壤影响较为显著;有机肥对土壤中碱解氮含量的增加效果较为明显,而化肥则易提高土壤中硝态氮的含量;与对照相比有机肥会减缓土壤剖面深层硝态氮含量的积累,有效控制硝态氮向下淋溶;整个剖面中同年秋季土壤的氮含量>夏季土壤。所有处理中,施用低量有机肥或者其配施低量化肥(M150t·hm-2、N150kg·hm-2、P60kg·hm-2)是较为理想的施肥方式,既提高土壤肥力又缓解NO-3-N在土壤剖面中的累积和淋失。

不同植物秸秆腐解特性与土壤微生物功能多样性研究

采用网袋法探讨不同秸秆在3个长期试验地的腐解特征,结合Biolog微平板技术,对不同长期试验地土壤微生物群落多样性进行了研究。结果表明,随着腐解时间的增加,秸秆腐解的变化趋势为烘干秸秆>新鲜秸秆。葡萄园土壤微生物活性高,稳定性好,其次为桃园和农田。农田土壤微生物活性低、稳定性差,不同处理的秸秆在腐解过程中残留率变化较大,而果园土壤微生物活性相对较高、稳定性好,不同处理的秸秆在腐解过程中残留率变化较小。土壤碱解氮、速效磷和土壤温度与土壤微生物群落的三大指数呈极显著相关,且不同秸秆处理的腐解残留率与土壤微生物群落的优势度呈显著负相关,微生物群落在一定程度上影响了秸秆分解的速率。

植物秸秆腐解特性与微生物群落变化的响应

采用网袋法探讨不同新鲜秸秆在农田土壤的腐解特征,结合Biolog微平板技术,对不同秸秆处理中土壤微生物群落多样性进行了研究。结果表明,随着腐解时间的增加,新鲜秸秆的残留率波动不大,秸秆的腐解速度为玉米秸秆大于大豆秸秆。整个腐解时期,不同秸秆处理中土壤微生物群落的平均颜色变化率AWCD值由高到低依次为FCN(新鲜玉米秸秆+氮)、FC(新鲜玉米秸秆)、FB(新鲜大豆秸秆),说明玉米不同秸秆处理中土壤微生物群落的密度大、稳定性好,大豆秸秆处理中土壤微生物群落相对密度小,稳定性差,3种不同秸秆处理中土壤微生物的AWCD值之间没有显著差异(P>0.05),但不同秸秆类型与腐解时间的交互作用之间的差异达到极显著水平(P<0.01)。3种不同秸秆处理中土壤微生物的优势种群主要以糖类和多聚物为主,在腐解中后期难分解物质逐渐累积,均表现为对芳香化合物的利用最弱。3种秸秆的腐解残留率与土壤pH、有机质、碱解氮、速效钾、土壤温度、氨基酸、多胺类的碳源利用方面影响较大,土壤含水量和秸秆含水量的高低在一定程度上影响不同秸秆的腐解残留率。

室内模拟条件下玉米秸秆的分解特征及物质组成变化

以玉米秸秆为材料,研究了在室内模拟的条件下不同处理的玉米秸秆的腐解率、粗纤维以及全钾含量的变化。结果表明,随着腐解时间的延长,各处理的腐解率不断增大,在其他条件一致的前提下,添加微生物的处理平均腐解率大于未添加微生物的处理,秸秆长度为1 cm的处理平均腐解率大于秸秆长度为3 cm的处理;粗纤维含量的变化总体趋势是下降,其他条件一致的前提下,秸秆长度为1 cm的处理粗纤维含量小于秸秆长度为3 cm的处理,在添加物微生物的处理中秸秆长度为1 cm且C/N=25的处理粗纤维平均含量最小,其含量为31.57%;其他条件一致的前提下,秸秆长度为1 cm的处理全钾含量大于秸秆长度为3 cm的处理。

镉和铅在2种典型土壤中的吸附及其与温度的关系

采用批平衡法研究我国2种典型土壤对镉和铅的吸附特性及其与温度的关系,运用热力学参数ΔG°、ΔH°和ΔS°解释土壤镉和铅的吸附机理,并对镉和铅在复合共存情况下的吸附特性进行讨论。结果表明,镉和铅在土壤中的吸附过程表现出明显的非线性,镉和铅的吸附分别符合Freundlich模型和Lang-muir模型。塿土对镉和铅的最大吸附量和最大缓冲容量均大于红壤的。镉和铅复合共存时,2种重金属的吸附均受到抑制;温度升高时,镉和铅对彼此的抑制作用有所减弱。吉布斯自由能变ΔG°为负值表明镉和铅吸附反应为自发反应;ΔH°为正值表明土壤对镉和铅的吸附为吸热反应。单一存在时,镉在塿土和红壤中的主要作用力分别为氢键和范德华力;而铅在塿土和红壤中的主要作用力均为范德华力。复合共存时,镉和铅的主要作用力发生改变。