紫云英-稻草共同還田是近年發(fā)展起來的解決綠肥生產(chǎn)和秸稈還田問題的雙贏技術(shù)。該技術(shù)前期紫云英與稻草共存、后期共同翻壓還田,與單獨還田相比,共同還田的物料構(gòu)成發(fā)生改變。作為創(chuàng)新實踐,紫云英與稻草共同還田的相關(guān)效應(yīng)及作用機(jī)制缺乏研究。本文依托多年定位試驗,結(jié)合盆栽和模擬試驗,研究了紫云英-稻草共同還田下的產(chǎn)量與肥力效應(yīng)、甲烷排放特征及機(jī)制,探索了紫云英-稻草共同還田下混合物料的腐解特征及其驅(qū)動因素。主要結(jié)果與創(chuàng)新發(fā)現(xiàn)如下:（1）紫云英-稻草共同還田增加水稻產(chǎn)量、提升土壤肥力、改善土壤微生物群落結(jié)構(gòu)。種植翻壓紫云英、稻草還田以及二者共同還田均提高水稻產(chǎn)量,其中共同還田較單獨還田進(jìn)一步提升雙季稻谷產(chǎn)量4.7%⁵.1%。種植翻壓紫云英提高了土壤全氮和無機(jī)氮含量,稻草還田增加了土壤有機(jī)碳和有效鉀含量,共同還田下土壤養(yǎng)分含量全面提升。與紫云英、稻草單獨還田相比,紫云英-稻草共同還田還提高了土壤胞外酶活性、增加了土壤微生物群落豐度、降低了土壤革蘭氏陽性細(xì)菌與革蘭氏陰性細(xì)菌豐度比。（2）紫云英-稻草合理利用減緩?fù)寥兰淄榕欧?改變甲烷相關(guān)微生物的群落結(jié)構(gòu)和豐度比。等量有機(jī)物料投入下,紫... 

【文章來源】：中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院北京市

【文章頁數(shù)】：147 頁

【學(xué)位級別】：博士

【部分圖文】：

植物殘體轉(zhuǎn)化為土壤有機(jī)質(zhì)示意圖

。木質(zhì)素是苯丙烷類聚合物難于被降解，其降解是通過胞外氧化酶和一些非特定的酶進(jìn)行氧化反應(yīng)，催化木質(zhì)素的解聚過程，這種木質(zhì)素非特性氧化過程被稱為“酶的燃燒”。在氧化木質(zhì)素的酶體系中，過氧化物酶能夠氧化非酚型化合物，使苯丙基結(jié)構(gòu)中的Cα–Cβ鍵斷裂、打開芳香環(huán)；錳過氧化物酶可預(yù)先催化木質(zhì)素以促進(jìn)氧化能力更強(qiáng)的過氧化物酶作用（XIAetal.,2003）。漆酶（laccase）屬于多酚氧化酶,可使木質(zhì)素中的苯酚結(jié)構(gòu)單元失去電子被氧化,產(chǎn)生含苯氧基的自由活性基團(tuán),從而使芳香基及Cα–Cβ鍵裂解（XIAetal.,2003）。圖1-2不同性狀秸稈碳分解過程中的生物學(xué)特征Fig.1-2Responsesofbiologicalpropertyandenzymaticactivitytothestrawquality注：圓圈大小表示參與分解的微生物量；扇形面積表征該類群微生物所占比例；契形圖數(shù)目表征有關(guān)酶活性；圖形來源（CUSACKetal.,2011）。Note：Theareaofcirclessectorsarerepresentedasmicrobialbiomassandproportionofsomemicrobes;thenumberofwedgesisrepresentedasenzymeactivities.Figuresources(CUSACKetal.,2011).一般認(rèn)為，有機(jī)物料還田顯著提高土壤酶的活性，而且土壤酶活性與土壤有機(jī)質(zhì)含量顯著相關(guān)（AIetal.,2012）。GUOetal.（2018）研究發(fā)現(xiàn)，在秸稈分解初期碳水解相關(guān)酶（β-纖維二糖水解酶，β-葡萄糖苷酶，β-木糖苷酶）的活性低于分解后期，其認(rèn)為氮的有效性是影響前期與后期酶活性差異的關(guān)鍵因子。酶活性的改變可反映影響微生物活動的養(yǎng)分因子改變，進(jìn)而間接地指示土壤養(yǎng)分的有效性（BURNSetal.,2013）。有關(guān)研究表明，隨著土壤氮的有效性的增加，參與土壤碳循環(huán)的水解酶活性會隨之提高（BOWLESetal.,2014;CUSACKetal.,2011）。但FREYetal.（2004）和NEMERGUTetal.（2008）指出氮的有效?

蛩兀?其中氮的有效性提高會促進(jìn)土壤細(xì)菌、抑制土壤真菌活動。土壤氧化酶主要由土壤真菌分泌（SINSABAUGHandMOORHEAD,1994），低氮水平促使土壤微生物群落中真菌所占比例升高、細(xì)菌下降，真菌可釋放更多的氧化酶，土壤氧化酶活性隨之增加（圖1-2）。1.3.3土壤微生物群落在有機(jī)物料腐解過程中的作用有機(jī)物料還田后，易降解的成分首先被分解，難分解的成分不斷在土壤中積累，微生物群落組成也隨之發(fā)生變化（RUIetal.,2009）。一般認(rèn)為，在底物豐富的條件下，細(xì)菌較真菌的競爭能力強(qiáng)，而隨著易分解物質(zhì)耗竭，真菌豐度隨之提高（圖1-3,POLLetal.,2008;ROUSKetal.,2010）。也有研究人員將土壤微生物歸為兩類，即富營養(yǎng)型菌群（Copiotrophicpopulation）和貧營養(yǎng)型菌群（Oligotrophicpopulation），它們相當(dāng)于描述動植物生態(tài)屬性中的r和k策略（FIERERetal.,2007）。富營養(yǎng)型菌群（r策略）能夠在營養(yǎng)豐富的環(huán)境下迅速生長，而貧營養(yǎng)性菌群（k策略）只有在營養(yǎng)匱乏的條件下起主導(dǎo)作用。當(dāng)新鮮的有機(jī)物料投入到土壤中后，參與腐解的微生物將經(jīng)歷一個由早期營養(yǎng)豐富到后期營養(yǎng)匱乏的階段，因此，細(xì)菌、真菌或富營養(yǎng)型和貧營養(yǎng)型菌群在秸稈腐解過程中也伴隨著群落組成的演替（圖1-3）。圖1-3秸稈腐解過程中生物學(xué)性狀變化特征Fig.1-3Dynamicsofbiologicalcharacteristicsduringdecompositionofresidue.注：數(shù)據(jù)來源（POLLetal.,2008;MARSCHNER,etal.,2011）。Note:Datasources(POLLetal.,2008;MARSCHNER,etal.,2011).近年來，隨著高通量測序技術(shù)的快速發(fā)展，我們對參與秸稈腐解的微生物多樣性有了進(jìn)一步認(rèn)識。BASTIANetal.（2009）指出，在小麥秸稈腐解初期熒光假單胞菌（FluorescentPseudomonasspp.）和脈孢菌（Neurosporasp.）作為富營養(yǎng)型菌群占主導(dǎo)地?

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]序批式秸稈牛糞混合厭氧干發(fā)酵影響因素研究[J]. 于佳動,趙立欣,馮晶,姚宗路,黃開明,羅娟.  農(nóng)業(yè)工程學(xué)報. 2018(15)
[2]稻草高茬-紫云英聯(lián)合還田改善土壤肥力提高作物產(chǎn)量[J]. 周國朋,謝志堅,曹衛(wèi)東,徐昌旭,白金順,曾鬧華,高嵩涓,楊璐.  農(nóng)業(yè)工程學(xué)報. 2017(23)
[3]中國綠肥科研60年回顧與未來展望[J]. 曹衛(wèi)東,包興國,徐昌旭,聶軍,高亞軍,耿明建.  植物營養(yǎng)與肥料學(xué)報. 2017(06)
[4]中國秸稈養(yǎng)分資源及還田的時空分布特征[J]. 劉曉永,李書田.  農(nóng)業(yè)工程學(xué)報. 2017(21)
[5]籽粒莧與煙草間作后還田對煙草鉀吸收和土壤鉀有效性的影響[J]. 吳凱,陳國軍,閆慧峰,張永春,溫亮,張超,孫延國,劉海偉,石屹.  草業(yè)學(xué)報. 2017(06)
[6]肥料減施條件下水稻土壤有機(jī)碳組分對紫云英-稻草協(xié)同利用的響應(yīng)[J]. 周興,廖育林,魯艷紅,謝堅,楊曾平,聶軍,曹衛(wèi)東.  水土保持學(xué)報. 2017(03)
[7]多年紫云英-雙季稻下不同施肥水平對兩類水稻土有機(jī)質(zhì)及可溶性有機(jī)質(zhì)的影響[J]. 周國朋,曹衛(wèi)東,白金順,聶軍,徐昌旭,曾鬧華,高嵩涓,王艷秋,志水勝好.  中國農(nóng)業(yè)科學(xué). 2016(21)
[8]紅壤旱地毛葉苕子不同翻壓量下腐解及養(yǎng)分釋放特征[J]. 劉佳,張杰,秦文婧,楊成春,謝杰,項興佳,曹衛(wèi)東,徐昌旭.  草業(yè)學(xué)報. 2016(10)
[9]生物炭與氮肥對稻田甲烷產(chǎn)生與氧化菌數(shù)量和潛在活性的影響[J]. 許欣,陳晨,熊正琴.  土壤學(xué)報. 2016(06)
[10]三峽庫區(qū)橘園種植綠肥對土壤養(yǎng)分流失的影響[J]. 欒好安,王曉雨,韓上,吳述勇,范凌云,李小坤,魯劍巍,曹衛(wèi)東,耿明建.  水土保持學(xué)報. 2016(02)

博士論文
[1]稻田秸稈分解的碳氮互作機(jī)理[D]. 郭騰飛.中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院 2019
[2]真菌利用纖維素和木質(zhì)素形成腐殖物質(zhì)及其結(jié)構(gòu)特征研究[D]. 王帥.吉林農(nóng)業(yè)大學(xué) 2013

碩士論文
[1]長期與短期秸稈還田后稻米品質(zhì)的差異性變化研究[D]. 顧麗.揚州大學(xué) 2008



本文編號：3301931