外源有机物添加种类对农田黑土有机碳激发效应的影响及作用机理

外源有机物添加通过激发效应影响土壤有机碳(SOC)的矿化和稳定。目前研究较少考虑不同种类外源有机物添加对同一土壤类型不同SOC含量的土壤激发效应及作用机理。本研究以中国东北典型黑土带上4个不同SOC含量的表层农田黑土为研究对象,向土壤中添加13C标记的玉米秸秆、葡萄糖和丙氨酸,研究不同种类外源有机物添加对黑土SOC激发效应的影响及作用机理。研究发现,与不添加外源有机物处理相比,外源有机物添加均促进了4个不同SOC含量的农田土壤中SOC的矿化,并引起土壤正激发效应。添加葡萄糖和丙氨酸处理的4个土壤在培养前30 d累积激发量均显著大于添加秸秆处理;土壤本底SOC含量越高的土壤,添加丙氨酸和葡萄糖产生的累积激发量越大,但相对累积激发量越小。随着培养时间增加,4个土壤的SOC矿化和激发效应降低并趋于稳定且处理间无显著差异。傅里叶红外光谱发现,外源有机物添加后4个土壤脂肪族碳官能团的相对峰面积略有增加,芳香族碳官能团峰面积略有下降,土壤和外源有机物添加种类对脂肪族和芳香族碳官能团的影响均表现为土样>添加物种类。结构方程模型表明,外源有机物添加产生的正激发效应主要受土壤细菌和放线菌磷脂脂肪酸的影响,受土壤SOC含量影响较小。该研究结果表明,外源有机物添加显著增加了农田黑土中k型微生物生长代谢,促进了微生物对SOC中难分解组分的降解,外源有机物与土壤自身有机碳分解的“共代谢”理论是本研究黑土产生正激发效应的主要作用机理。

添加外源有机物对小麦甘薯轮作土壤碳氮、微生物菌群变化及代谢活性的影响

为探究添加外源有机物对麦薯田土壤碳氮、微生物菌群变化及代谢活性的影响,2019—2022年,通过田间定位试验,设置氮磷钾肥单施+秸秆不还田(NPKNS),80%氮磷钾肥+秸秆还田(NPKS),80%氮磷钾肥+生物有机肥+秸秆还田(NPKBS),80%氮磷钾肥+羊粪+秸秆还田(NPKDS),80%氮磷钾肥+基质+秸秆还田(NPKSS)5个处理,研究化肥减量添加不同有机物对土壤碳氮组分、微生物菌群结构及代谢活性的影响。结果表明,与NPKNS处理相比,NPKBS处理土壤有机碳(SOC)含量、土壤微生物量碳(MBC)含量、土壤可溶性有机碳(DOC)含量分别显著提高12.44%、46.05%、9.76%,NPKDS处理土壤易氧化有机碳(ROC)含量、土壤颗粒有机碳(POC)含量分别显著提高8.50%、12.11%;与NPKNS处理相比,NPKBS处理土壤全氮、微生物量氮含量分别显著提高8.99%、7.87%;与NPKNS处理相比,NPKBS处理土壤细菌、总菌群磷脂脂肪酸(PLFA)含量分别显著提高36.43%、12.78%,NPKSS处理放线菌PLFA含量显著提高32.52%。NPKBS处理细菌含量/真菌含量较其他处理分别提高10.87%~96.15%,NPKDS处理革兰氏阳性菌与阴性菌比值较NPKNS、NPKS处理分别显著提高16.95%、11.29%;AWCD表现为NPKBS>NPKSS>NPKDS>NPKS>NPKNS;NPKBS处理土壤微生物对糖类、氨基酸类、胺类化合物的利用能力较其他处理分别显著提高8.57%~39.20%、8.79%~30.26%、17.07%~41.18%。NPKDS处理土壤微生物对羧酸类、酚类化合物的利用能力较其他处理分别显著提高5.80%~87.18%、11.36%~104.17%;NPKBS处理香浓指数、均匀度指数均较其他处理分别显著提高6.85%~19.08%、10.74%~42.24%。NPKSS处理丰富度指数较NPKNS、NPKDS处理显著提高7.06%、5.79%;相关性分析结果表明,土壤微生物菌群结构及代谢活性与土壤碳氮转化关系密切,其中,易氧化有机碳(16.2%)、微生物量氮(30.0%)含量是影响土壤微生物菌群结构及代谢活性的主要因子。以上结果表明,连续3年添加不同外源有机物能够提高土壤有机碳氮组分含量,改变土壤微生物菌群结构,提高土壤微生物功能多样性。

土壤有机质和外源有机物对甲烷产生的影响

对土壤有机质含量及组分、外源有机物和根系分泌物对甲烷产生的影响作了综述。土壤产甲烷量和甲烷排放量随有机质含量增加而提高 ,与土壤中易矿化有机碳或沸水浸提有机碳含量呈显著相关。外源有机碳加入促进了土壤排放甲烷 ,刺激效果与外源有机碳的用量和组成有关。还原力强的有机物如纤维素和半纤维素较还原力弱的有机物如类脂和多糖能够产生更多的甲烷。甲醇、甲基化氨基酸等无其它微生物竞争利用的有机物能被产甲烷菌更多地转化成甲烷。植物根系分泌物也促进甲烷的产生 ,促进作用大小与植物种类及分泌物的数量和质量有关。外源有机物通过 3种方式促进土壤甲烷产生 :提高土壤的甲烷底物供应量 ,降低土壤氧化还原电位 。

外源有机物配合化肥减施对水稻产量及镉吸收的影响

为筛选合适的土壤镉(Cd)钝化材料,利用桶栽试验研究多种有机物(骨粉、鱼粉、虾壳粉)及其碳化产物配合化肥减施对水稻产量及Cd吸收的影响。结果表明,与不添加有机物的常规施肥处理(CK)相比,仅鱼粉、碳化鱼粉和碳化虾壳粉处理显著降低了糙米产量。除虾壳粉处理外,其他处理糙米对Cd的生物富集系数均低于CK,其中,骨粉搭配不施磷措施是降低水稻对Cd吸收的最佳措施,其秸秆、谷壳、糙米对Cd的生物富集系数仅为CK的29.14%、13.87%、47.07%。不同形态Cd含量所占比例与水稻对Cd的生物富集系数的相关性分析表明,可交换态、碳酸盐结合态和铁锰氧化物结合态3种形态Cd的生物利用度较高,且骨粉、碳化骨粉处理土壤中残渣态Cd含量占Cd总量比例明显高于其他处理,分别为53.24%、40.30%,分别是CK的2.26、1.71倍。骨粉能在不施磷的条件下保持糙米产量与CK接近,同时大幅减少水稻对Cd的吸收,是一种良好的有机钝化材料。

添加外源有机物对长期不同施肥处理水稻土有机碳矿化的影响

[目的]通过研究添加外源有机物对不同施肥条件下水稻土有机碳矿化及形态的影响,探究不同施肥措施对水稻土有机碳稳定性的影响,为水稻土的合理碳管理施肥提供参考。[方法]以江苏溧阳白土(4年定位试验)和如皋高砂土(11年定位试验)2种典型水稻土为研究对象,各选取4个不同肥料处理的耕层(0~15 cm)土样,各处理分别为不施肥(CK)、农民习惯施肥(N 300 kg·hm^(-2),FFP)、优化施肥(N 240 kg·hm^(-2),OPT)和牛粪替氮(OPT施肥基础上牛粪替代20%化学氮肥,CMSN),采用室内培养法(培养周期60 d)研究添加外源有机物(玉米秸秆)对土壤CO_(2)排放动态、总有机碳、活性碳库等含量及激发效应的影响。[结果]添加玉米秸秆可显著提高水稻土土壤有机碳的矿化速率,白土FFP处理土壤CO_(2)排放量较CK降低8.75%,高砂土OPT和CMSN处理土壤CO_(2)排放量较CK分别提高30.38%和13.38%。培养初期,除高砂土的CMSN处理产生负激发效应外,其他土壤均表现出正激发效应,其相对激发效应随培养时间逐渐降低。添加玉米秸秆可显著提高各处理土壤总有机碳含量,白土的FFP和OPT处理及高砂土的OPT和CMSN处理提高效果显著。相比于未施肥土壤,白土CMSN处理和高砂土FFP处理显著提高可溶性有机碳含量;白土和高砂土的FFP和OPT处理显著提高微生物量碳含量;施肥可以提高白土颗粒态有机碳含量,CMSN处理提高效果最显著,高砂土只有OPT处理提高了颗粒态有机碳含量;2种水稻土的各个施肥处理对易氧化态有机碳含量没有显著影响。[结论]添加玉米秸秆可以提高所有处理土壤的有机碳矿化速率、土壤总有机碳和活性碳库组分含量,其中CMSN处理在2种土壤中均产生较低的正激发效应或负激发效应,更有利于土壤有机碳固存。

长期添加外源不同有机物对土壤性状和甘薯产量的影响

为了探究添加外源有机物对土壤性状、甘薯生长发育的影响,在2019—2022年通过田间定点试验,设置氮磷钾肥单施+秸秆不还田(CK)处理、氮磷钾肥单施+秸秆还田(T1)处理、50%氮磷钾肥配施生物有机肥+秸秆还田(T2)处理、50%氮磷钾肥配施羊粪+秸秆还田(T3)处理、50%氮磷钾肥配施基质+秸秆还田(T4)处理5个处理,研究化肥添加外源有机物对土壤养分、酶活性、容重、孔隙度、含水量、团聚体分布及稳定性和鲜薯产量、淀粉率变化的影响。结果表明,与CK相比,化肥添加不同外源有机物的处理不仅能够提高土壤养分含量、酶活性、鲜薯产量及薯块淀粉率,还能够降低土壤容重、提高土壤孔隙度与含水量、提高大团聚体质量分数、提升团聚体稳定性。而化肥添加外源有机物的对比试验结果表明,T2处理能够明显提高土壤碱解氮、速效磷、全氮、全磷含量及土壤脲酶、过氧化氢酶、碱性磷酸酶活性;T3处理能够提高土壤速效钾、有机质含量及蔗糖酶活性;T4处理能够提高土壤孔隙度与含水量。此外,T4处理能够提高>2.000 mm粒径团聚体质量分数,而T1处理能够提高0.250~2.000 mm粒径团聚体质量分数。T4处理土壤团聚体的平均质量直径分别较T1、T3处理显著提高9.04%、6.99%,几何质量直径分别较T1、T2、T3处理显著提高15.05%、5.94%、10.88%。鲜薯产量表现为T2>T3>T1>T4,薯块淀粉率表现为T3>T2>T4>T1。相关性分析结果表明,鲜薯产量及薯块淀粉率的变化与土壤酶活性、土壤结构变化密切相关。综上所述,化肥添加外源有机物能够提高土壤养分含量、酶活性,改善土壤结构,提升土壤团聚体稳定性,提高鲜薯产量及薯块淀粉率。

添加混合凋落物对沙丘草地土壤有机碳矿化的影响

土壤有机碳矿化是调节温室气体排放、土壤有机质形成以及土壤生物和植物营养供应的重要过程,植物残体分解释放CO_2对土壤有机碳矿化有着重要影响。通过对科尔沁沙地沙丘草地4种优势植物叶凋落物的混合培养试验,测定了凋落物培养过程中CO_2释放速率及其累积释放量,比较了混合凋落物CO_2释放量实测值与预测值的差异,分析了凋落物化学成分和物种多样性(包括物种丰富度和物种组成)与土壤有机碳矿化的相关关系,以期解释添加混合凋落物对土壤有机碳矿化的影响。结果表明,混合凋落物物种丰富度对土壤有机碳矿化的影响不显著,而凋落物一些化学性质与土壤有机碳矿化紧密相关;所有混合组合处理中,80%的凋落物组合处理对土壤有机碳矿化产生显著(P<0.05)的非加和效应;氮含量较高的豆科植物达乌里胡枝子凋落物与禾本科植物凋落物混合后土壤有机碳矿化表现极显著(P<0.001)的协同非加和效应,而禾本科植物凋落物交互混合后土壤有机碳矿化产生显著拮抗非加和效应,这可能是凋落物化学成分相似或凋落物叶片的空间异质性引起的。

土壤酶活性对土壤环境变化的响应研究进展

土壤酶作为一种生物催化剂,能够为土壤有机体的代谢和分解提供动力,与土壤生物、土壤理化性质及环境条件等密切相关。土壤酶活性与土壤肥力关系密切,土壤管理措施(放牧、施肥、耕作等)会引起土壤酶活性发生很大改变。基于提高土壤生产力,保护生物多样性的大背景下,探讨土壤酶活性对农田、湿地等不同生境下的水气热条件、有机质和土壤pH的响应,分析外源有机物输入对土壤酶活性的影响,进一步加深了解土壤酶在土壤生态系统中的指示作用,并对土壤酶学研究前景进行展望。

野生型和转基因型鱼腥藻混合营养方式培养的初步研究

对野生型和转基因型蓝藻进行了混合营养培养研究,这种具异型胞丝状体蓝藻被转入并表达了人肿瘤坏死因子-α基因。加入蔗糖、葡萄糖和麦芽糖3种外源有机物,结果表明都促进了两种蓝藻细胞的生长和增加了生物量,其中葡萄糖是最适合的外源有机物;用16mmol/L、26mmol/L和36mmol/L 3种不同终浓度的蔗糖进行混合培养,结果3种浓度下都能促进两种蓝藻的生长和增加生物量,其中26mmol/L的蔗糖为最适的终浓度。

秸秆腐熟还田技术

添加腐熟剂秸秆还田技术是通过接种外源有机物料腐解微生物菌剂（简称为腐熟剂）,充分利用腐熟剂中大量木质纤维素降解菌,快速降解秸秆木质纤维物质,最终在适宜的营养、温度、湿度、通气量和p H值条件下,将秸秆分解矿化成为简单的有机质、腐殖质以及矿物养分。