文摘

有一个关键需要调查土地应用专门的生物油料餐如何影响土壤生态系统。在这项研究中,芥末(芸苔属植物juncea)和亚麻(亚麻属植物usitatissimum)种子的饭菜和sorghum-sudangrass (高粱二色的)被添加到土壤水平(0,1,2.5,5% (w / w)。修正案的类型和应用程序速度影响土壤有机C、全C & N和C & N矿化。芥末粉修正案最初抑制C矿化与亚麻相比,但> 50%的芥末和亚麻有机C矿化在51 d。亚麻和芥末的氮矿化是类似的,除了较低比例的芥末的2.5% N转化为硝酸盐。芥末粉大大影响微生物群落组成,出现选择特定的真菌数量。不同油料的潜在变化影响膳食对土壤生态系统应该考虑在开发对土地应用的建议。

1。介绍

目前感兴趣的使用各种生物燃料补充化石燃料供应。一个潜在来源的生物燃料从油料作物生产生物柴油。油籽,如大豆,已经培养了数百年的大部分油籽餐,或滤饼,剩余的石油提取用于食品后,动物饲料,或其他工业用途。然而,培养更多的油料品种,在全世界规模必要提供一个重要的补充对化石燃料的需求,可能饱和现有市场对这些油料餐副产物(1]。此外,为了避免食品和燃料供应之间的竞争,越来越多的努力聚焦于和/或发展非食品油料作物,致力于生物燃料的生产和其他工业产品(2]。然而,许多的种子从这些非食品餐,专用的生物燃料作物,比如castor,含有一种物质或毒素限制其作为食品或动物饲料3- - - - - -5]。

另一个选择使用这些油料餐作为土壤改良剂。油料食物含有大量的N和不同程度的其他植物生长所需的营养物质。此外,油料的土地应用膳食可能会增加水平的土壤C和贡献积极的净C效果生物燃料。虽然已经有大量的研究使用的食物从一些产油作物作为有机肥料,有一个相对有限的研究的许多专用油料作物(6- - - - - -8]。

的十字花科家庭包括几个油料植物,包括印度芥菜(芸苔属植物juncea),它有潜力用作专用油料作物。许多植物的一个独特的属性十字花科家庭是他们含有芥子油,当水解转化为杀生的化学物质如异硫氰酸酯、腈、和离子硫氰酸酯9,10]。记录这些化合物具有广泛的杀菌效果和抑制土壤病原体,昆虫和杂草[11- - - - - -14]。尽管许多研究都记录了十字花科植物的有益的使用或绿色组织biofumigants,只有数量有限的研究已经进行了为此目的而使用十字花科油籽餐(11,15- - - - - -17]。

此外,尽管异硫氰酸酯的影响及相关化合物微生物病原体已经有据可查的,非病原的的影响,土壤微生物在很大程度上是未知的。少数的研究一直在进行,据报道,异硫氰酸酯和相关化合物可能影响细菌和真核生物群落结构18和抑制人口和硝化细菌的活动19]。因为改变土壤微生物群落可能直接影响C矿化,养分循环,土壤质量的和许多其他方面,还需要更多的研究,特别是研究十字花科油籽餐对土壤微生物生态系统的影响。

在这项研究中,我们使用种子吃芥末和亚麻sorghum-sudangrass生物质代表油籽的饭菜芸苔属植物和非芸苔属植物家庭和“共同”non-oilseed残渣分别。本研究的主要目标是比较的影响应用程序的十字花科油籽,nonbrassicaceous油籽餐,和木质生物质(1)土壤C和N动态,包括有机、mineralizable, C和N和总分数(2)土壤微生物群落包括硝化细菌的数量。

2。材料和方法

2.1。土壤收集和描述

Weswood壤土(fine-silty、混合、superactive热,Udifluventic Haplustept)被用于这项研究(表1)。这是一个在布拉索斯河的泛滥平原河流冲积土在南德州中部。Weswood排水好的土壤肥沃的土壤和被用作灌溉农田20.]。大部分土壤样本收集从0-15厘米深度和合成。现场土壤保持水分和均质和通过一个2毫米筛。土壤测试为C,总有机C、N和总通过燃烧的方法使用一个Elementar不同的马克斯·CN分析仪(Elementar Analysensysteme, Hanau,德国)(21- - - - - -23]。有机C决心总数为650°C, C决心在950°C。土壤磷(P),钾(K)、钙(Ca),镁(毫克),硫(S)和钠(Na)提取Mehlich三世解决方案,分析了电感耦合等离子体(ICP)光谱法(24,25]。土壤微量元素包括铜(铜)、铁(Fe), (Mn)、锰和锌(锌)使用0.005米二乙三胺五醋酸提取,0.01 CaCl₂三乙醇胺溶液混合,0.1米,由ICP (26]。土壤粒度分布决定使用比重计法(27]。土壤pH值使用酸度计测定土壤水悬浮(10 g土壤20毫升去离子水)摇30分钟后180分钟牧师⁻¹在倒数瓶站30分钟(紧随其后28]。

2.2。油料餐和Sorghum-Sudangrass分析

芥末(芸苔属植物juncea得到的种子一顿饭芸苔属植物繁殖和爱达荷州大学的研究小组。亚麻(亚麻属植物usitatissimum)种子粉是由处理种子,德克萨斯州生态农业研究来自农场Burleson县泰克斯,美国固美榨油机(模型CA59 IBG本人Oekotec,门兴格拉德巴赫,德国)。Sorghum-sudangrass (高粱二色的德克萨斯州生态农业研究)生物质收集从农场Burleson县泰克斯,美国。种子餐用研钵和研杵地面,通过1毫米筛。Sorghum-sudangrass与威利厂没有地面。4(20筛网)。有机C, C,和总生物量N的修正案是由高温燃烧过程使用一个Elementar不同的马克斯·CN分析仪(Elementar Analysensysteme) (21,29日- - - - - -31日]。有机C决心总数为650°C, C决心在950°C。植物B、钙、铜、铁、钾、镁、钠、磷、年代,使用硝酸锌测定消化和ICP分析(32,33]。残油含量种子饭菜是由Minispec mq-one核磁共振单元(Billerica力量Optics Inc .,质量,美国)配备了一个40毫米保险丝与氢探头。

芥子油苷浓度种子餐和生物量测定后,国际标准化组织方法(34),但一些修改如下详细。样本第一脱脂的石油醚提取和两个冲洗真空过滤。脱脂材料重量(300毫克)50毫升离心管,500毫克的5毫米玻璃珠(35被添加,然后立即漩涡。热(70°C) 70%甲醇:H₂O解决方案(10毫升)被添加到样本,然后放置在一个热水浴20分钟和涡断断续续。样本后,离心,收集上清液。执行一个额外的提取与上面相似,但是5毫升的甲醇热而不是10毫升。提取相结合,和2毫升被添加到0.6毫升塞DEAE交联葡聚糖25阴离子交换剂,允许自由排水。poly-prep色谱柱(美国加州BioRad,赫拉克勒斯)然后用1毫升去离子水冲洗,最后用1毫升0.02米的两个整除醋酸钠缓冲(pH值4.5)。硫酸酯酶解(100μL)添加到列和被允许坐一夜之间(16小时)。Desulfoglucosinolates被筛选了3连续1毫升容量的去离子水。样本立即通过高效液相色谱法分离和量化使用600年代水域系统控制器,717 autosampler, 996光电二极管阵列检测器。3.5系统配备了水域μm对称回避RP8列(毫米),其中移动阶段0.3 mL / min,流动和使用乙腈化合物分离梯度从2.0%增加到95.0%。预期的保留行为,如时间和序列,和质谱被用来识别芥子油苷峰。校准曲线构造使用黑芥子硫苷酸钾一水(美国科学实验室,休斯顿,德克萨斯州)作为外部标准。

2.3。实验设计

这只是一个实验性研究使用一个完全随机设计(CRD)的阶乘处理结构。两个治疗因素是应用程序速度和类型的油籽餐和残渣。应用率分别为0.5、1、2.5,5% (w / w)(18场相当于~ 9日,45岁和90毫克公顷⁻¹、职责),并添加材料包括芥菜籽粉、亚麻籽粉,sorghum-sudangrass生物量。sorghum-sudangrass的治疗方法是包括作为比较的木质生物质油料餐。每个治疗3复制。空白不吃饭也被应用。总的来说,有实验单位,被随机分配一个25°C孵化器。两个单独的进行了孵化项目。研究一个缩影(使用400克每缩影的土壤)是用来确定变化有机C, C, N,和微生物群落。第二,规模较小(50克土壤/缩影)是用来确定C和N矿化率和对硝化细菌的数量的影响。

2.4。有机C, C,和总N动态

每一个缩影(1升玻璃罐)含有400克的土壤调整到13% (w / w)含水量(~ 40%田间持水量)。各种种子粉和生物质修正案被添加到每个缩影和完全混合。与覆盖松散密封罐子被孵化,保持有氧条件在一个受控环境孵化器25°C。土壤含水量是由去离子水添加到调整每周根据体重所需的水平。土壤采样从每个缩影每隔3,14日,28,133 d。每个样品测试的pH值的一部分,和另一个被风干,地面通过一项150 -μ米筛,并分析了有机C, C,和总N如上所述。额外的部分样本立即冷冻和储存在−80°C为后续微生物分析。

2.5。土壤C和N矿化

每一个缩影(1升玻璃罐)包含50克的土壤水分含量调整到13% (w / w)以及一个包含10毫升1.0 N氢氧化钠烧杯。罐子被紧密密封和孵化的总持续时间51 d。碳矿化率测定每隔2,5,10,16日,23日,37岁,44岁,和51 d使用酸滴定法来量化公司₂进化。每次取样后,一个新的烧杯用新鲜1 N的氢氧化钠溶液是放在罐子里。在完成孵化(51 d),样本的一部分立即冷冻和储存在−80°C为后续微生物分析。的另一个部分土壤风干,处理,并分析了有机C, C,和总N如上所述。此外,样本中提取1 M氯化钾为NH(1: 2)和分析₄- n colorimetrically通过分光光度计(36)和1 M氯化钾(1:10)₃- n,减少亚硝酸盐使用镉列后跟用分光光度计测定亚硝酸盐浓度(37]。

2.6。微生物群落组成和动态

生物质添加对土壤微生物群落的影响测定总lipid-fatty酸甲酯分析(TL-FAME)使用混合脂质提取协议描述Ushio et al。38]。简单、样品收集3和土壤改良后28 d C和N冷冻干燥动力学实验被船运的生态系统微生物实验室在威斯康星州的威斯康星大学,美国为脂质提取和使用微生物ID识别方法成名(MIDI, Inc .,纽瓦克德尔,美国)。检测脂质包含10至20个碳的长度被用于随后的多变量分析。特定微生物组的脂质用于量化指标(1)真菌:18:1ω9 c, 18: 2ω6 c {MIDI和特性19},18:3ω6 c, (2) g +细菌:15:0,一个15:0,我15:0,我16:0,17:0,一个17:0,我17:0,(3)克−细菌:16:1ω7 c,cy17:0,cy19:0,16:0 2哦,16:1 2哦,18:1ω7 c {MIDI和特性8}[38- - - - - -41]。

此外,生物质添加对硝化细菌的数量的影响测定在C和N矿化实验中使用基于定量pcr - (qPCR)的方法。约1克土壤从每个样本中提取使用PowerSoil DNA隔离设备(美国密苏里州生物实验室,加州卡尔斯巴德)根据制造商的指示。DNA提取纯化使用illustra MicroSpin s - 400人力资源列(生物科技集团通用电气医疗集团,皮斯卡塔韦,新泽西,美国),量化使用Quant-iT PicoGreen dsDNA分析工具包(美国加州英杰公司集团,卡尔斯巴德)。

人口的硝化细菌水平测定使用引物瞄准amoA基因(42]。一个10 -进行了分析μ包含4.5 L反应混合μL SYBR绿色真正掌握混合(5 ',Inc .,马里兰州,美国),0.5μ每个引物(200海里)的L, 1μL模板(2.5 ng), 1μL牛血清白蛋白(10毫克毫升⁻¹),2.5μL molecular-grade水(DNase-free)。qPCR条件包括最初的10分钟在95°C随后40放大周期94°C的60年代,60年代60°C, 60年代72°C。每次运行的分析包括一组标准,积极的和消极的控制,和样品(包括所有三个分析复制)96孔板。融化曲线分析qPCR产品每次试验后确认执行qPCR放大质量。qPCR都使用一个埃普多夫Mastercycler ep realplex热循环(埃普多夫,汉堡,德国)。

标准qPCR生成通过PCR扩增amoA基因的基因组DNA欧洲亚硝化单胞菌(43]。PCR产品被证实在琼脂糖凝胶,然后克隆到pGEM-T简单向量后,制造商的指令(美国威斯康星州麦迪逊Promega)。阳性克隆分离和提取质粒DNA使用向导SV Miniprep工具包(Promega)。质粒DNA浓度量化使用Quant-iT PicoGreen dsDNA分析工具包(表达载体),用于准备适当的稀释qPCR化验标准。从质粒DNA的浓度来ngμl⁻¹DNA被用来生成qPCR标准曲线和量化的绝对amoA基因拷贝数每克土壤。

2.7。统计分析

统计分析进行了使用R统计编程语言v2.10.1 [44)和v1.6.0 Rcmdr包(45]。方差分析(方差分析)是用来评估生物质修正案的影响,速度,和/或时间在土壤和微生物群落特征。双向和重复测量方差分析,在适当的地方,并在互动效应是显著的情况下,数据集分解成更简单的子集,使用单向方差分析分析。在可能的情况下,事后评估意味着使用图基进行测试。数据不符合正常或方差齐性的假设是对数转换之前的分析。所有结果都视为是非值,结果被认为是统计学意义时。此外,非度量多维标度的土壤微生物群落,基于名声成分,进行了使用Bray-Curtis相似度量在过去的软件包,版本2.03 (46]。

3所示。结果

3.1。土壤特性

Weswood土壤略碱性pH值为7.9(表1)。土壤总C 12.8 g公斤⁻¹,其中5.4 g公斤⁻¹是土壤有机c也包含各种可抽出的宏观和微量营养物质的浓度。磷是在温和的类别,而K、钙、镁、和年代被评为德克萨斯州农业生活推广指导中心根据高可用性。铁,锌,锰,铜低。

3.2。种子餐和Sorghum-Sudangrass生物质组成

油料餐和sorghum-sudangrass生物量之间的主要区别是他们的N浓度,因此C: N比率(表2)。在这个实验中使用的芥菜籽粉含有478克公斤⁻¹C和61 g公斤⁻¹N C / N比值为7.8。同样,亚麻籽餐有493 g公斤⁻¹C和g 59公斤⁻¹N C / N比值为8.4。Sorghum-sudangrass N浓度低得多(18 g公斤⁻¹)和C / N比率要高得多(24)。芥菜籽粉含有大约5倍的年代亚麻籽粉和sorghum-sudangrass的8倍以上。两种子餐也有更高浓度的P, Mg,和B,而sorghum-sudangrass更多的铁。浓度的其他元素,如钾、钠、锌、锰在所有三个修正案可比。残油内容相似的芥末和亚麻籽的饭菜,都是约160 g公斤⁻¹。芥菜籽餐包含几个glucosinolate-related化合物占主导地位的是2-propenyl芥子油苷的浓度(黑芥子硫苷酸钾)157.9 (±15.1)μ摩尔克⁻¹。亚麻籽粉和sorghum-sudangrass残渣含有硫代葡萄糖酸盐可检测水平。

3.3。有机C, C,和总N动态

很大一部分的补充油料餐有机C后迅速退化土壤之外,与有机C损失放缓后几周(图1)。例如,大约21,21岁,33岁和37%的有机C在0.5,1,2.5和5%亚麻治疗,分别在头两周内。经过4个月的孵化,大约48,57岁,67年,72%的添加有机C已经删除0.5,1,2.5和5%亚麻治疗导致土壤有机C值为6.7,7.5,9.5,和12.3 g公斤⁻¹,分别。降解有机C是类似与大约30 mustard-amended治疗,61年,70年,和79%的4个月后添加有机C删除0.5、1、2.5,分别和5%芥末治疗。有机C sorghum-sudangrass治疗小的损失相对于种子粉治疗。14约18日,0.5和17%的添加有机C, 1, 2.5,和5% sorghum-sudangrass治疗,分别在两周内失去了。年底前4个月的孵化,只有21 44%的添加有机C已经退化导致土壤有机C含量的6.9,8.8,11.6,和17.5 g公斤⁻¹在0.5,2.5,5% sorghum-sudangrass治疗,分别大于油籽治疗同行。没有明显变化的控制样品在整个孵化。土壤总C动力学,包括有机物和碳酸盐C,遵循一个模式类似于有机C(图2)。

生物质添加显著提高土壤总氮水平与亚麻和芥菜籽餐比sorghum-sudangrass生物质(图有较大的影响3)。土壤C动力学相比,土壤总氮在潜伏期没有表现出显著变化。

应用油籽餐和sorghum-sudangrass有不同影响土壤博士最初的土壤pH值为7.9。经过4个月的孵化、土壤pH值下降到6.8和6.9与5%芥末和亚麻籽粉的添加,分别。pH值降低修正案在治疗收到0.5和1%,通常在0.5单位的原始土博士没有改变pH值变化sorghum-sudangrass治疗。

3.4。碳矿化

生物质修正案的类型和应用程序速度有显著影响土壤C矿化率(图4)。无论修改类型,C矿化应用程序的增加而增加。有趣的是,亚麻和芥菜籽餐和sorghum-sudangrass生物量都有不同的C在潜伏期成矿模式。亚麻,有限公司₂通量达到顶峰后不久(~ 2 - 5 d)亚麻籽粉加法和随后迅速减少。第三周结束,有限公司₂通量总体稳定,除了添加5%和2.5的治疗大于管制,利率0.5和1%。同样为sorghum-sudangrass、土壤有限公司₂通量增加急剧初始添加生物质后,两周内急剧下降,然后保持一个相对稳定的利率仍高于控制,特别是在更高的应用程序。相反,土壤中有限公司₂峰值流量后添加芥末才发生大约10 d大多数之外的孵化率和随后更逐步减少水平接近也许土壤。数据修改率为5%的生物质类型没有显示是因为一些早期(2 - 5 d)有限公司₂流量值超过检测极限;然而,5%的修正结果一般趋势与修正案率为2.5%。

累积矿化和去除有机C在孵化后的51 d芥末≈亚麻> sorghum-sudangrass(表3)。51 d后,大约25 - 53%的添加有机C留在芥末和flax-amended土壤与sorghum-sudangrass-amended为60 - 71%或添加有机C。

3.5。氮矿化

类似于C矿化的结果,治疗收到亚麻和芥末吃饭导致大量的矿化N远高于治疗收到sorghum-sudangrass生物质(表3)。应用油籽餐后,土壤无机氮的含量急剧增加应用程序速度,比例达到705和857毫克公斤的最高水平⁻¹速度5%的修正案。相反,土壤无机氮含量低得多的sorghum-sudangrass-amended土壤(7.8到26.6毫克公斤⁻¹),倾向于减少利率更高的应用程序。大约14 - 30%的总氮芥和flax-amended土壤无机N后51 d相比,也许只有4.4%的土壤和土壤sorghum-sudangrass-amended 0.5到3.2%。

现有的土壤无机氮NH₄- n或没有₃- n变化取决于速度和类型的生物质修正案。sorghum-sudangrass治疗,绝大多数的矿化N NH修正案率₄- n(表3)。相比之下,亚麻和芥末治疗,无机氮的主要形式(> 90%)的孵化修正案的低利率(1%和0.5)₃- n。修正案率最高(5%),基本上所有(> 99%)的无机土壤N NH₄- n。的芥末酱和亚麻油籽餐,土壤NH的水平₄- n,没有₃- n对于大多数应用程序类似率除了芥末的应用2.5%导致更高水平的北半球₄- n (297 v。24毫克公斤⁻¹)和低水平₃- n (243 v。601毫克公斤⁻¹)比亚麻治疗。

3.6。微生物群落组成和动态

类型和生物量的影响特定微生物组的丰度和土壤微生物群落的整体构成。在3 d,脂质水平的土壤微生物指标增加了大约在修正土壤(表2 - 10倍4)。在每个应用程序的速度,增加mustard-amended土壤的最大问题。插图的真菌:细菌比例,这在很大程度上是由于增加了真菌生物量mustard-amended土壤与亚麻和sorghum-sudangrass那里有更少的真菌的影响。一般来说,后28 d、总脂质水平的微生物指标仍然在修改土壤,但真菌:细菌比例没有显著不同于也许土壤。

所有的生物类型影响整个土壤微生物群落组成在3 d修正案(图5)。然而,芥末和sorghum-sudangrass有最大的影响。有趣的是,mustard-amended土壤中的微生物群落更类似于sorghum-sudangrass-amended土壤比flax-amended土壤。28 d后,所有的修改治疗仍不同也许土壤;然而,他们通常更类似于土壤也许比在3 d。

同样,速度和类型的生物质修正案影响水平C & N矿化硝化细菌的实验。51 d后,应用程序之间的油籽餐增加硝化细菌的水平7 - 74倍,在0.5,1,和2.5%的修正案,而也许土壤(图6)。然而,亚麻和芥末油籽餐硝化细菌的数量增加速度5%的修正案。sorghum-sudangrass-amended土壤硝化细菌的水平,在所有应用程序速度,也许没有不同的控制。

4所示。讨论

4.1。土壤C动力学

碳添加油料餐和sorghum-sudangrass表现出土壤中不同的成矿模式。有机物的油籽餐显示广泛的矿化,特别是应用程序后不久。碳矿化,然而,2到3星期后大大降低。油料C化合物显然是更不稳定的食物比以来sorghum-sudangrass油籽餐的应用导致更快和更大的累积矿化。这并不奇怪,因为典型的作物残留物,如sorghum-sudangrass,含有大量的木质素和较低的蛋白质(47),油料餐通常含有较大量的蛋白质和脂肪酸但不到20%纤维(48]。低C: N比率在油料餐也可能有助于保持相对于sorghum-sudangrass C矿化率高。

除了差异率和C矿化程度的油籽餐sorghum-sudangrass生物质相比,也有差异的芥末酱和亚麻油籽餐。亚麻,C矿化很快达到峰值时(2 d)推迟到10 d mustard-amended土壤。此外,最初的有限公司₂通量从芥菜籽粉除了小于5%,从1和2.5%增加。这些结果是一致的与斯奈德et al。8)发现,2%的修正案的芥菜籽餐(b . juncea)推迟高峰和C级矿化与相同数量的油菜籽(显著)含芥子油苷含量更低。因此,在这两项研究,这个初始减少C矿化可能是由于高水平的芥子油苷化合物的芥末(10,49]。然而,这些次生化学物质容易被微生物降解,相对较短的半衰期一旦应用于土壤,通常在两周内被退化(18,50,51]。这与我们的结果是一致的,有限公司₂通量达到顶峰后可能退化芥末杀生的化合物的治疗。也有可能在最初的影响,土壤微生物群落适应微生物的化学物质和选择更能抵抗杀生的化合物然后繁荣产生的峰有限公司₂通量。尽管C矿化mustard-amended土壤被推迟的开始实验,通过实验的最后累积C矿化是等于flax-amended土壤。

最后四个月孵化,土壤总C从12.8增加到14.5 g公斤⁻¹在1%亚麻粉治疗,达到增加约5×10³公斤的C公顷⁻¹在字段的基础上(假设同一矿化率,土壤容重的1.2 g厘米⁻³,生物质能应用的深度0-15厘米)。这个结果有两个含义。首先,一旦land-applied,不是所有的餐中包含C可以算作隔离很大一部分,在这项研究中,一半以上可能是矿化快速释放到大气中。第二,剩下的C,然而,可能临时或长期C封存的潜力从而提高的“C中立”产生的生物燃料。

减少土壤pH值油籽meal-amended治疗可能发生由于生产有机和/或无机酸在有机物降解。虽然这可能是一个问题,如果应用高油籽食物酸性土壤,应用利率可能会低于18毫克公顷⁻¹典型的现场条件下(1%),导致相对较小(< 0.5单位)在pH值降低,这取决于土壤。减少对碱性土壤pH值可能是有益的;然而,这可能导致土壤无机碳的释放,造成负面影响的碳预算生产生物燃料。虽然我们没有看到证据的巨额亏损的土壤C减少由于pH值在这个实验中,它应该考虑在后续实验碱性土壤。

4.2。土壤N动态和硝化细菌

虽然失去了相当多的C通过呼吸、土壤中总N仍在我们的实验条件下,证明了近常量值都在潜伏期治疗。然而,一个非常不同的场景可能发生在野外条件下有更大的潜在土壤N损失通过反硝化作用,径流和/或浸出。

鉴于油籽餐有很多高N含量和低C: N比sorghum-sudangrass生物量比率,这是毫不奇怪,他们导致了更大数量的矿化N C如前所述,在同样的假设会有大约400公斤矿化N公顷⁻¹1%的亚麻或芥末粉添加。这表明油籽饭菜有很大的潜力作为缓释氮肥(7]。相比之下,添加sorghum-sudangrass实际上导致显著的N固定。

一般来说,51 d孵化后,没有差别的氨化和硝化芥末flax-amended土壤,对于一个给定水平的修正案,基本上所有的无机N是要么没有₃修正- n(0.5和1%)或北半球₄- n(5%修正案)对种子餐类型。然而,有显著差异在2.5%的硝化修正案。51 d孵化后,基本上所有无机N亚麻治疗没有₃无机N - N,而大约55%的NH芥末治疗₄- n。别人已经证明,异硫氰酸酯(ITC)可以抑制土壤硝化细菌通过直接减少它们的数量和活动,导致硝化作用被抑制的35 - 65% (19];然而,在这个研究中,NH₄- n是添加到土壤并发异硫氰酸酯。可能是化感物质释放的芥末油籽粉,添加高,可能抑制硝化作用在当前实验;然而,我们没有发现显著差异在硝化细菌的种群大小芥末flax-amended土壤,对于一个给定的应用程序。另一个可能的解释是氨化的减少。对油籽食品,有机N将首先必须转换为北半球₄- n之前可能是硝化。最近的一项研究,2%的芥末粉(b . juncea)应用于土壤发现减少N的矿化和NH水平₄- n,没有₃- n比相同的油菜籽率(显著)含芥子油苷含量更低8];然而,NH的水平₄- n,没有₃- n在土壤mustard-amended本质上相当于那些在30到45 d rapeseed-amended土壤。因为我们没有发现不同的硝化细菌的数量在2.5%芥末和亚麻治疗,很可能推迟或减少氨化等过程造成了至少部分的低水平₃51 - n后d。是可能的,尽管芥末的杀生的化学物质似乎没有影响人口大小的硝化细菌,并影响他们的代谢活动,从而降低水平的硝化作用;然而,NH的丰度₄没有- n和非常低的值₃- n在5%的芥末和5%的亚麻治疗表明,额外的过程,高水平的氨或挥发性硫化合物等,也可能导致低硝化活动高水平的种子餐修正案(52- - - - - -54]。

4.3。土壤微生物群落

不足为奇的是,每一个添加生物质类型影响了土壤微生物群落相比也许控制。然而,这有点奇怪,芥末通常选择一个微生物群落的类似于sorghum-sudangrass超过亚麻油籽餐。这似乎主要是由于大的真菌生物量芥末和sorghum-sudangrass治疗。的芥末酱,这是特别有趣,会有很多的研究记录其不良反应在不同土壤真菌(11,15,16]。我们最初的假设是,芥末会广泛抑制土壤真菌数量。最初的抑制C矿化的芥末治疗倾向于同意这一点。然而,看来芥末选择人口(s)的真菌耐药的存在任何杀生的产品硫配糖体的芥末。只有少数的研究调查了异硫氰酸酯和相关化合物对土壤微生物群落的影响(18,55,56]。尽管这些研究专注于异硫氰酸酯添加纯化学物质的影响,在收获绿色组织,从种子或植物,而不是食物,他们通常都表示,芥子油苷分解产物(如异硫氰酸酯)至少可以短暂影响微生物群落,尤其是真菌,在高浓度。在目前的研究中,微生物群落在所有修改治疗后恢复到作品更像是也许土壤28 d,但尚不清楚这些变化是否会长期影响其他土壤过程。正在进行的,基于dna的分析被用于进一步描述这些种子餐的影响土壤微生物群落。

5。结论

油籽膳食是不同于传统土壤添加剂等作物残留物容易,因为它们含有大量的N和可分解的c三个方面需要特别注意当考虑土地的应用油籽餐。首先,大部分C油籽餐将很快气息奄奄,释放到大气中有限公司₂。碳动力学在随后的数月乃至数年之后,应用程序将决定多少C最终纳入土壤有机质和需要更多的信息关于这些长期影响为了发展一个更完整的图片C循环与种子餐。第二,油籽食物含有大量的N,像C,将土壤矿化一次。一方面,N矿化从油料餐可以提供作物生长所需,应该减少N肥需求。另一方面,大量的可用N可能导致环境恶化。因此,特定站点现场实验需要确定N的释放率和命运从油料餐,然后可以用来开发最佳管理实践对N第三,许多油籽餐从专门的生物燃料作物,如芥末、释放化感物质可以影响土壤微生物。芥菜籽餐以更高的利率表明抑制性影响C矿化开始孵化,也极大地改变了土壤微生物群落。然而,这种效应似乎是短暂的,很快恢复土壤生物活动由于物质的降解和/或土壤微生物的适应。的长期影响还需要进一步的研究这些油料餐对土壤C动力学和土壤生态系统为了发展对土地的具体建议应用这些生物燃料的副产品。

确认

这项工作的作者欣然承认海蒂Mjelde和史蒂文布进行实验室援助和Drs。冀中周和织里他提供的基因组DNA联合国欧洲公司。本研究从雪佛龙技术项目提供资助,美国雪佛龙公司的一个部门。公司。