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秸秆是一种重要的有机肥源物质,其含有丰富的氮、磷及钾,腐解的秸秆是土壤有机质的重要来源。本论文以贵州和山西土壤微生物进行室内培养实验,以尼龙网袋法比较研究高粱、玉米秸秆腐解过程中秸秆理化性质变化及其微生物变化。试验共设8个处理:1)贵州土壤微生物浸提液培养玉米秸秆(G-Y),2)贵州土壤微生物浸提液培养高粱秸秆(G-G),3)贵州土壤微生物浸提液培养调节C/N的玉米秸秆(G-YN),4)贵州土壤微生物浸提液培养培养调节C/N的高粱秸秆(G-GN),5)山西土壤微生物浸提液培养玉米秸秆(S-Y),6)山西土壤微生物浸提液培养高粱秸秆(S-G),7)山西土壤微生物浸提液培养调节C/N的玉米秸秆(S-YN),8)山西土壤微生物浸提液培养调节C/N的高粱秸秆(S-GN);以尿素调节秸秆C/N=25∶1。通过分别接种不同土壤微生物浸提液的两种秸秆腐解过程中结构的变化、腐解率以及微生物的响应,比较两种秸秆腐解特性的差异,探明秸秆腐解过程中微生物特性,为秸秆资源的农业利用提供理论依据,主要结果和结论如下:
(1)利用傅里叶变换光谱仪分析各处理高粱和玉米秸秆腐解过程中官能团变化,结果表明高粱和玉米秸秆腐解过程中官能团变化基本相似:在腐解过程中碳水化合物和糖类含量逐渐减少,氨基酸、有机酸等可溶性有机物分解,甲基、亚甲基及酰胺类化合物含量降低,羧基含量增多,脂肪性减弱。腐解30d时,贵州土壤微生物浸提液培养的秸秆在吸收峰为2917cm-1,2850cm-1,1033cm-1的吸收峰强度下降幅度大于山西土壤微生物浸提液培养的秸秆,表明与山西土壤比较贵州土壤促进秸秆分解;高粱秸秆在吸收峰为2917cm-1,2850cm-1,1033cm-1,890cm-1吸收峰强度下降幅度大于玉米秸秆,表明高粱秸秆碳水化合物含量的降低、脂肪性的减弱速度要快于玉米秸秆;调节C/N后两种秸秆在吸收峰为2917cm-1,2850cm-1,1457cm-1吸收强度下降明显,说明调节C/N促进秸秆分解。
(2)采用失重法测定秸秆腐解速率,结果表明高粱和玉米秸秆均表现出前期腐解快(培养前30d)后期慢(培养第30~90d)的趋势。在培养结束时未调节C/N比的高粱和玉米秸秆腐解率分别为60.50%和49.38%,其中培养前30d的分解率为总分解率的53.93%和51.40%;调节C/N比的高粱和玉米秸秆腐解率分别为63.00%和54.25%,培养前30d的分解率为各总分解率的53.02%和58.07%。与山西土壤比较贵州土壤促进了秸秆的分解,但差异不显著。高粱、玉米秸秆的纤维素和木质素的分解趋势与总腐解率变化一致。
(3)采用BiologECO微平板法研究高粱、玉米秸秆腐解过程中的秸秆中微生物对碳源利用情况,结果表明分解30d时各处理秸秆中微生物对碳水化合物和氨基酸利用率最高,其次为脂类和酸类;腐解90d时秸秆中微生物主要利用氨基酸和酸类。聚类分析表明在腐解30d时,不调节C/N时两种土壤的玉米秸秆的微生物具有相似的碳源利用能力,进一步与S-G以山西土壤培养的调节C/N的处理具有相似性。培养结束时,微生物对碳源利用能力的聚类分析表明G-G与G-YN,S-G与S-YN,G-Y与S-Y,G-GN与S-GN聚类在一起;进一步前两者又聚在一起,后两类聚在一起;说明同一浸提液培养下,高粱秸秆和调节C/N比的玉米秸秆碳源利用率相似;不同浸提液培养下的同一种C/N比处理的同一种秸秆碳源利用率相似。
(1)利用傅里叶变换光谱仪分析各处理高粱和玉米秸秆腐解过程中官能团变化,结果表明高粱和玉米秸秆腐解过程中官能团变化基本相似:在腐解过程中碳水化合物和糖类含量逐渐减少,氨基酸、有机酸等可溶性有机物分解,甲基、亚甲基及酰胺类化合物含量降低,羧基含量增多,脂肪性减弱。腐解30d时,贵州土壤微生物浸提液培养的秸秆在吸收峰为2917cm-1,2850cm-1,1033cm-1的吸收峰强度下降幅度大于山西土壤微生物浸提液培养的秸秆,表明与山西土壤比较贵州土壤促进秸秆分解;高粱秸秆在吸收峰为2917cm-1,2850cm-1,1033cm-1,890cm-1吸收峰强度下降幅度大于玉米秸秆,表明高粱秸秆碳水化合物含量的降低、脂肪性的减弱速度要快于玉米秸秆;调节C/N后两种秸秆在吸收峰为2917cm-1,2850cm-1,1457cm-1吸收强度下降明显,说明调节C/N促进秸秆分解。
(2)采用失重法测定秸秆腐解速率,结果表明高粱和玉米秸秆均表现出前期腐解快(培养前30d)后期慢(培养第30~90d)的趋势。在培养结束时未调节C/N比的高粱和玉米秸秆腐解率分别为60.50%和49.38%,其中培养前30d的分解率为总分解率的53.93%和51.40%;调节C/N比的高粱和玉米秸秆腐解率分别为63.00%和54.25%,培养前30d的分解率为各总分解率的53.02%和58.07%。与山西土壤比较贵州土壤促进了秸秆的分解,但差异不显著。高粱、玉米秸秆的纤维素和木质素的分解趋势与总腐解率变化一致。
(3)采用BiologECO微平板法研究高粱、玉米秸秆腐解过程中的秸秆中微生物对碳源利用情况,结果表明分解30d时各处理秸秆中微生物对碳水化合物和氨基酸利用率最高,其次为脂类和酸类;腐解90d时秸秆中微生物主要利用氨基酸和酸类。聚类分析表明在腐解30d时,不调节C/N时两种土壤的玉米秸秆的微生物具有相似的碳源利用能力,进一步与S-G以山西土壤培养的调节C/N的处理具有相似性。培养结束时,微生物对碳源利用能力的聚类分析表明G-G与G-YN,S-G与S-YN,G-Y与S-Y,G-GN与S-GN聚类在一起;进一步前两者又聚在一起,后两类聚在一起;说明同一浸提液培养下,高粱秸秆和调节C/N比的玉米秸秆碳源利用率相似;不同浸提液培养下的同一种C/N比处理的同一种秸秆碳源利用率相似。