土壤微生物和酶活性对冻融循环的响应

土壤冻融循环广泛存在于中、高纬度及高海拔地区,对土壤微生物、土壤酶活性、土壤养分转化及农业生产产生重要影响。本文基于国内外冻融模拟与野外原位试验研究结果,从冻融强度和频次角度阐述了冻融循环对土壤微生物群落结构、组成和土壤酶活性的影响,并分析了秸秆还田后土壤微生物及土壤酶活性对冻融循环的响应机制,提出了未来的研究应注重利用野外实测与室内模拟相互佐证的方法,加强对生长季和非生长季土壤碳库、微生物多样性及土壤酶活性的系统研究。

基于共现网络的关键微生物对秸秆还田土壤小麦产量的影响

秸秆施用对作物产量影响效应不一致的机理尚不清楚,可能与秸秆施用诱导的土壤关键微生物群落组成及其丰度变化对产量影响的机理挖掘不够深入有关。选择红壤和黄褐土进行小麦盆栽实验,设置不同秸秆施用水平(S0、S10、S30,分别为0、10、30 g·kg^(-1)土),基于细菌-真菌共现网络评估微生物生态集群、酶活性、化学性质对秸秆施用下小麦产量的影响。结果表明,施用秸秆显著提升了两种土壤的速效养分、可溶性有机碳、微生物生物量碳含量及土壤酶(淀粉酶、转化酶、多酚氧化酶、脲酶、酸性磷酸酶、脱氢酶)活性,但红壤上小麦产量随着秸秆施用量增加显著增加,而黄褐土上则随着秸秆施用量增加而显著降低。与S0相比,红壤中S10和S30处理的籽粒重和地上部生物量分别提升33%~44%和73%~85%,黄褐土中则分别降低22%~25%和55%。共现网络中两个关键生态集群的丰度、酶活性、土壤化学性质的共同正效应影响了红壤小麦产量变化,而关键生态集群丰度对黄褐土小麦产量变化有更大的正效应。秸秆施用显著增加了红壤中与小麦产量正相关的Aspergillus丰度,显著降低了黄褐土中与小麦产量正相关的Bacillus、Burkholderia、Basidiobolus丰度。综上,秸秆施用后红壤中关键有益微生物丰度增加、酶活性增强、化学性质改善叠加作用使小麦产量提升;而黄褐土上小麦产量降低主要与关键有益微生物丰度降低有关,其效应超过化学性质和酶活性的改善。以上结果暗示关键微生物丰度的改变对秸秆还田土壤上作物产量变异有重要影响。

秸秆腐熟菌剂用量对土壤性质及小麦产量的影响

为明确秸秆腐熟菌剂用量对小麦产量及土壤性质的影响,在河北省宁晋县原种场,玉米-小麦轮作区玉米秸秆全量还田基础上设置22.5 kg/hm^(2)(T1)、45.0 kg/hm^(2)(T2)、67.5 kg/hm^(2)(T3)3个秸秆腐熟菌剂用量,以不施用菌剂为对照(CK),研究小麦收获期土壤理化性质、酶活性和可培养微生物数量以及小麦产量的变化。结果表明:与CK比,施用秸秆腐熟菌剂对土壤容重和最大持水量无显著影响,但随施用年限增长和施用量增加土壤容重逐渐下降、最大持水量有所增加。第3年时,CK的土壤容重高于3个菌剂处理,T3的土壤最大持水量最高为31.28%。施用秸秆腐熟菌剂增加土壤有效磷、速效钾含量,第3年T3处理土壤有效磷和速效钾含量显著高于CK。施用67.5 kg/hm^(2)秸秆腐熟菌剂的土壤纤维素酶活性随施用年限增加而增强,到第3年时显著高于CK、T1、T2。第1年施用秸秆腐熟菌剂处理的细菌数量较CK增加1.69%~5.08%,第3年时T3的土壤细菌数量显著高于CK、T1和T253.89%~81.05%。第3年时,土壤微生物种群发生变化,T3的土壤微生物菌群丰度增多,其中黏球菌目(Myxococcales)、小群(Subgroup_6)、β-变形菌目(Betaproteobateriales)丰度高于CK、T1、T2。秸秆腐熟菌剂施用3年小麦产量平均高于CK5.50%~10.44%。根据以上结果,连续3年小麦-玉米轮作体系下,秸秆全量还田配施67.5 kg/hm^(2)秸秆腐熟菌剂能有效改良土壤、提高小麦产量。

秸秆低温降解的研究进展

低温会显著降低秸秆的降解和转化效率,其主要原因是低温下常规微生物活性下降。本文对几类秸秆耐低温降解微生物及其产生的冷活性酶进行归纳和总结,以期为后续筛选和开发适应低温的木质纤维素降解菌株提供参考,并促进低温下秸秆高效降解技术开发和寒区秸秆资源化利用率。

腐秆菌和C/N对水稻秸秆田间堆腐效果的影响

为明确腐秆菌和C/N对秸秆田间堆腐效果的影响,以水稻秸秆为研究对象,设置2×3(以不接菌处理作为对照CK处理,2种腐秆菌:解淀粉芽孢杆菌Bacillus amyloliquefaciens SQR9、纤维化纤维微细菌Cellulosimicrobium cellulans MC29,3个C/N:15∶1、25∶1、35∶1)交互试验,研究了腐秆菌和C/N在堆腐第7天和第120天时对水稻秸秆的腐解率、化学组成、酶活性和细菌群落多样性的影响。结果表明:堆腐第7天,C/N对秸秆的腐解度有显著影响(P<0.05),在SQR9处理和MC29处理下均以C/N 25∶1最高。堆腐第120天,不同腐秆菌和C/N对腐解率有显著影响(P<0.05),MC29处理下C/N 25∶1能显著提升秸秆腐解率(P<0.05);不同腐秆菌和C/N对纤维素酶活性均有显著影响(P<0.05),不同腐秆菌对木质素过氧化物酶活性有显著影响(P<0.05);C/N会显著影响细菌群落丰富度和多样性(P<0.05),总体呈现出随C/N升高而上升的趋势。研究表明,腐秆菌和C/N可以影响水稻秸秆的田间堆腐效果,相比SQR9,MC29的腐解效果较好且对应的最佳C/N为25∶1,腐秆菌对水稻秸秆纤维素酶和木质素过氧化物酶活性均有显著影响,而C/N对水稻秸秆纤维素酶活性和细菌群落多样性有显著影响。

蚕豆秸秆添加腐熟剂还田对植烟土壤与烟叶品质的影响

【目的】探明蚕豆秸秆添加腐熟剂还田对植烟土壤和烟叶品质的影响,为优化闲置生物质资源的循环利用技术、改良植烟土壤和改善烟叶品质提供参考。【方法】采用完全随机区组试验设计,以普通商品有机肥+化肥为对照(CK),研究蚕豆秸秆+化肥、蚕豆秸秆+化肥+1号腐熟剂、蚕豆秸秆+化肥+2号腐熟剂、蚕豆秸秆+化肥+3号腐熟剂、蚕豆秸秆+化肥+4号腐熟剂和蚕豆秸秆+化肥+5号腐熟剂对植烟土壤及烟叶品质的影响。【结果】蚕豆秸秆添加不同腐熟剂还田对植烟土壤及烟叶品质的影响存在差异。蚕豆秸秆+化肥处理土壤速效钾含量、综合肥力值和蔗糖酶活性分别为184.10 mg/kg、0.71和14.05 mg/(g·d),显著高于CK;土壤真菌、细菌、放线菌数量和可培养微生物总量与CK差异均不显著,烤后烟叶化学成分协调性综合得分最低,为0.55分,烟叶品质下降。蚕豆秸秆+化肥+3号腐熟剂处理土壤速效氮和速效钾含量分别为138.05 mg/kg和207.13 mg/kg,显著高于CK;综合肥力值最高,达0.72;土壤真菌较CK显著降低31.97%,细菌和放线菌分别显著提高53.85%和35.19%,可培养微生物总量较高,为12.17×10^(6)CFU/g;除过氧化氢酶外,蔗糖酶、脲酶和纤维素酶活性均有所提高,且酶活性指数最大,达1.11;烤后烟叶化学成分协调性综合得分最高,为0.73分,能有效提升烤烟品质。【结论】烤烟生长以施用蚕豆秸秆+化肥+3号腐熟剂效果最佳,可加快秸秆自然腐解进程,有效提升植烟土壤肥力和烤烟品质。

玉米秸秆夹层改善盐碱地土壤生物性状

为探索玉米秸秆夹层对盐碱地改良的效果,2008年自通辽市花吐古拉采集盐碱土进行玉米秸秆隔离层处理,2009年开始种植大麦,研究玉米秸秆造夹层对盐碱土中微生物数量、土壤酶活性、大麦生物性状及产量的影响。结果表明,玉米秸秆造夹层显著增加了(P<0.01)盐碱土中细菌、放线菌、真菌、亚硝酸细菌和纤维素分解菌的数量以及脲酶、蛋白酶、淀粉酶、纤维素酶和过氧化氢酶的活性,而降低了(P<0.01)盐碱土中多酚氧化酶的活性。随玉米秸秆用量增加,微生物数量增加(P<0.01),脲酶、蛋白酶、淀粉酶、多酚氧化酶的酶活性升高(P<0.01),而纤维素酶和过氧化氢酶的酶活性变化不明显。随玉米秸秆掩埋深度增加,微生物数量减少(P<0.01),蛋白酶活性降低(P<0.01),多酚氧化酶活性升高(P<0.01),其他酶活性变化不明显。随着时间的增加,盐碱土中微生物数量和酶活性显著增加(P<0.01)。各处理中A3B1(秸秆用量60 000 kg/hm2、掩埋深度10 cm)各种酶活性最高,产量达到1914 kg/hm2,是较优的玉米秸秆造夹层改良盐碱地的处理。该研究表明玉米秸秆夹层处理能够很好地改善盐碱地的生物性状。

秸秆还田配施化肥及微生物菌剂对水田土壤酶活性和微生物数量的影响

土壤微生物学特性是表征土壤质量的重要生物学指标。通过田间试验研究了秸秆还田配施不同配比化肥及微生物菌剂对水田土壤酶活性和微生物数量的影响。结果表明,与单施秸秆相比,秸秆还田配施N、P、K及微生物菌剂后,土壤过氧化氢酶、转化酶和尿酶活性分别提高了37.5%~68.8%、32.3%~61.5%和48.8%~102%,细菌和真菌数量分别提高了95.3%~174%、286%~351%,放线菌数量减少了34.5%~39.4%,差异显著。统计分析显示,土壤过氧化氢酶与尿酶活性之间及其酶活性与微生物数量之间关系密切。氨化细菌和硝化细菌数量主要控制土壤过氧化氢酶活性,真菌数量是转化酶活性的主要影响因素,而尿酶活性主要受细菌数量影响。秸秆还田配施微生物菌剂及平衡施肥可以促进酶活性的增强,使土壤微生物群落物种个体数增加更多,分布更为均匀。过量施用氮肥会抑制土壤酶活性和微生物的生长和繁殖。

秸秆纤维素分解菌的分离筛选

利用纤维素分解菌生产发酵饲料是当前饲料业的一个发展方向,它可将纤维素分解为牲畜可利用的糖。此项试验从各种土壤及饲料中分离到12株能分解纤维素的菌株。分别测定滤纸分解度、CMC酶活、FPA酶活和天然纤维素酶活,筛选出6株对天然秸秆纤维素有较强降解能力的菌株。通过改变其培养基中天然纤维素的含量,发现随着培养基中天然纤维素含量的增加,酶活力也随之升高。

不同秸秆还田方式对玉米根际土壤微生物及酶活性的影响

为了探明不同秸秆还田方式对玉米根际土壤微生物及酶活性的影响,设置秸秆覆盖和深埋2种秸秆还田方式,研究了不同处理(秸秆覆盖于玉米长期连作土壤CT1、秸秆深埋于玉米长期连作土壤CT2、秸秆覆盖于米麦轮作土壤T1、秸秆深埋于米麦轮作土壤T2)对下茬玉米根际土壤微生物及土壤酶活性的影响。结果表明:(1)相同的秸秆还田方式下,T1和T2玉米根际土壤微生物生物量碳、主要微生物及生理类群和土壤酶活性均高于CT1和CT2处理。(2)在玉米长期连作土壤中,秸秆深埋更能提高下茬玉米根际土壤微生物生物量碳含量,增加土壤细菌、放线菌、主要微生物生理类群(氨化细菌、好气性固氮菌、硝化细菌)和降低土壤真菌数量,提高土壤脲酶和转化酶活性。而在米麦轮作土壤中,秸秆还田方式对玉米根际土壤真菌和主要微生物生理类群(氨化细菌、好气性固氮菌、硝化细菌)、土壤脲酶和过氧化氢酶活性影响不大。在吉林省玉米长期连作种植区,秸秆深埋比秸秆覆盖更能有效改善土壤微生物结构。

转Bt基因“克螟稻”秸秆还田对稻田厌氧微生物种群和酶活性的影响

采用改良亨盖特技术,通过最大或然数法(mostprobablenumber,MPN法)及固体滚管法,系统研究了转Bt基因克螟稻秸秆对淹水条件下稻田土壤厌氧微生物种群的影响;同时采用比色法,研究其对土壤酶活性的影响。结果表明,克螟稻秸秆对水田土壤反硝化细菌和产甲烷细菌种群有显著的抑制作用(p<0.05);对厌氧发酵细菌种群有显著的刺激作用(P<0.05);而对厌氧固氮细菌种群有刺激作用但差异未达到显著水平(p>0.05)。克螟稻秸秆还田在短期内可显著提高土壤纤维素酶、磷酸酶活性(p<0.05),但对脱氢酶活性有明显抑制作用(p<0.05)。

天然秸秆纤维素分解菌的分离选育

从土壤、酒糟、腐烂的玉米秸秆及牛粪中共分离到14株能分解纤维素的真菌菌株,外加已保藏的10株共24株菌株。分别对其进行了滤纸分解度、羧甲基纤维素(CMC)酶活和天然纤维素酶活的测定。筛选出6株对天然纤维素有较强的降解能力,酶活力在60mg/mL.d以上的菌株。通过改变其培养基中天然纤维素的含量,发现随着培养基中天然纤维素含量的减少,酶活力也随之降低。

秸秆纤维素分解菌的分离筛选试验

本试验从各种土壤及饲料中分离到12株能分解纤维素的菌株。分别测定滤纸分解度、羧甲基纤维素酶活(CMC)、滤纸酶活(FPA)和天然纤维素酶活,筛选出6株对天然秸秆纤维素有较强降解能力的菌株。通过改变其培养基中天然纤维素的含量,发现随着培养基中天然纤维素含量的增加,酶活力也随之升高。

秸秆还田对冬小麦品种百农矮抗58根际土壤微生物及土壤酶活性的影响

在大田条件下,以冬小麦百农矮抗58为试材,研究了秸秆还田对其根际土壤微生物数量及土壤酶活性的影响。结果表明,随着生育进程的推进,根际土壤微生物数量和土壤酶活性呈先升高后降低的趋势,其中以开花期表现较高。根际土壤微生物数量和土壤酶活性不同处理间表现为玉米秸秆还田翻耕>玉米秸秆还田旋耕>玉米秸秆清除旋耕。由此可知,应进一步推广秸秆还田并结合深耕,促进农业的可持续发展。

秸秆纤维素分解菌的酶活力测定

目的:测定秸秆纤维素分解菌的酶活力。方法:从土壤中分离出具有分解纤维素能力的菌株,采用刚果红染色法进行粗选,得到7株透明圈较大的菌株。将这7株菌株液体发酵培养6d,再分别用滤纸分解度观察、羧甲基纤维素酶活法(CMC)、滤纸酶活法(FPA)和天然纤维素酶活法测定其酶活力。结果:在7株菌株中,F-1、F-2、F-3、F-5的酶活力测定结果与其溶解圈的测定结果、滤纸分解结果基本相同。且天然纤维素酶活力高的菌株,其CMC酶活、FPA酶活也高,滤纸分解效果也比较明显。结论:CMC法、FPA法和天然纤维素酶活法适于测定秸秆纤维素分解菌的酶活力。

有机物料对原生盐碱地土壤生物学性质的影响

采用连续2年大田试验方法,研究了颗粒型秸秆(KL)、正常秸秆(JG)、牧草(MC)以及羊粪(YF)4种有机物料处理对试验地微生物数量、微生物生物量碳氮、土壤呼吸强度、三种土壤酶活性以及水稻产量的影响,并分析了生物学性质与测产指标的相关性。结果表明:与不施有机物料处理(CK)对比,施用有机物料的JG、MC、YF处理均不同程度提高了微生物数量、微生物生物量碳氮含量、土壤呼吸强度、土壤酶活性以及水稻产量,但差异不明显。同种有机物料不同形态之间差异显著,颗粒秸秆效果优于正常秸秆,颗粒秸秆与CK相比,提高了39.45%的土壤细菌、50.28%放线菌、89.91%真菌数量、63.21%和46.02%的土壤微生物生物量碳氮含量,土壤呼吸强度提高46.22%,过氧化氢酶活性提高18.03%,转化酶活性提高23.22%,纤维素酶活性提高79.32%,增产130.6%。土壤微生物数量(细菌、真菌和放线菌)与千粒重、结实率、每穗总粒数和产量具有相关性,土壤微生物活性(土壤呼吸强度和微生物生物量碳氮)与有效穗数、每穗总粒数、千粒重以及产量具有相关性,土壤酶活性(过氧化氢酶、转化酶和纤维素酶)与穗长和千粒重表现出相关性。结果表明相同条件下,原生盐碱地改良前期,不同种类有机物料对原生盐碱地作用效果相似,但同种有机物料不同形态其作用效果差异显著。

纤维素分解菌产酶性能优化试验

以甜高粱秸秆为原料,结合微生物生态学的理论,从自然环境中分离筛选出具有高酶活力的纤维素分解菌。通过刚果红培养基筛选以及液体培养基的复筛得到一株供试菌株,选取酶解温度、起始pH值和接种量3因素,采用五水平正交旋转回归组合试验设计,进行了产粗酶能力的优化试验。利用SPSS 13.0的回归分析方法以及Matlab 7.0的响应面分析法,建立并分析了3个因子对还原糖得率影响的数学方程。结果表明,所得回归方程显著,拟合情况良好;3个因子对还原糖得率的影响大小依次为:酶解温度、起始pH值和接种量;适宜的酶解条件为:温度26.64℃,起始pH值4.96,接种量5%,此时还原糖含量达到54.19 mg/g。

添加秸秆对水稻产量和土壤碳氮及微生物群落的影响

为探究添加秸秆对黄筋泥田水稻产量和土壤碳、氮含量和微生物学特性的影响,设计了5个处理,即不添加秸秆和生物炭(CK)、添加秸秆(ST)、添加秸秆和腐熟剂1号(SB1)、添加秸秆和腐熟剂2号(SB2)和添加秸秆生物炭(SC)的水稻盆栽试验,分析水稻产量和土壤全碳、全氮、腐殖质含量和磷脂脂肪酸含量。结果表明:与CK相比,ST、SB1、SB2和SC均能提高水稻产量(P<0.05),其中SB2增产55.73%;ST、SB1、SB2和SC也提高土壤全碳、全氮、腐殖质含量、细菌磷脂脂肪酸含量、真菌磷脂脂肪酸含量和总磷脂脂肪酸含量(P<0.05),其中SC土壤全碳提高31.36%,SB2土壤全氮提高40%,SB1腐殖质含量增加50.01%,而SB1和SB2的细菌磷脂脂肪酸含量、真菌磷脂脂肪酸含量和总磷脂脂肪酸含量增加86.49%~401.59%。因此,添加秸秆可以增加水稻产量,提高土壤全碳、全氮和腐殖质的含量,改善土壤微生物群落结构。

玉米秸秆还田及腐熟剂对小麦产量、土壤微生物数量和酶活性的影响

通过田间小区试验,研究了玉米秸秆还田配施腐熟剂对土壤理化性状、微生物数量、酶活性及小麦产量的影响。结果显示,与秸秆未还田处理(CK)相比,秸秆还田(T1)和秸秆还田配施腐熟剂处理(T2)显著降低了土壤容重,提高了根际土壤细菌和放线菌数,以及土壤脲酶、中性磷酸酶和蔗糖酶活性,进而提高了土壤有效养分和有机质含量,最终产量分别显著提高了10.33%和13.46%;此外,T2与CK相比,降低了根际土壤真菌数,提高了土壤过氧化氢酶和脱氢酶活性,而T1处理的差异不明显。结果表明,秸秆还田可通过改善土壤微生物群落的数量和多样性来调节土壤酶活性和养分含量,优化根际生长环境,促进小麦生长。其中,秸秆还田配施腐熟剂的处理效果最佳,可在北方玉米种植区推广应用。

玉米秸秆纤维素分解菌的选育研究

玉米秸秆是纤维组分含量很高的农作物残留物,利用纤维素分解菌生产发酵饲料是当前饲料业的一个发展方向,它可将纤维素分解为牲畜可利用的糖,同时增加饲料中蛋白质的含量。试验从微生物丰富的土壤中分离到10株能分解纤维素的菌株,分别测定滤纸分解度、CMC酶活、FPA酶活和天然纤维素酶活,筛选出6株对天然秸秆纤维素有较强降解能力的菌株。通过改变其培养基中天然纤维素的含量,发现随着培养基中天然纤维素含量的增加,酶活力也随之升高。