不同耕作方式对稻田土壤动物、微生物及酶活性的影响研究

以长期定位试验为基本材料,研究了不同耕作方式对土壤动物、微生物及酶活性的影响．结果表明,0～20cm土壤层内大、中、小型土壤动物垄作免耕为14700个·m^-22,冬水免耕为10450个·m^-22水旱轮作为7950个·m^-22常规平作为6275个·m^-22,垄作免耕处理土壤动物的数量是常规平作的2．34倍．土壤微生物数量和土壤微生物生物量氮因季节而异,总体上是春秋多而夏季少,土壤酶活性表现出表层高,底层低．土壤微生物数量、土壤微生物生物量氮及土壤酶活性不同处理间仍是垄作免耕>水旱轮作>冬水免耕>常规平作,表明垄作免耕有利于改善稻田土壤生态环境。有利于土壤肥力的提高。     

连续免耕对不同质地稻田土壤理化性质的影响

以我国南方地区典型的单季水稻生产大田为研究对象,按土壤质地分为壤质和粘质两个系列,探讨不同质地稻田土壤理化性质变化对连续免耕的响应规律。结果表明,在无秸秆覆盖条件下,随着免耕年限的增加,壤质和粘质稻田土壤的耕层均有紧实度提高的趋势,特别是粘质土壤,导致耕层变浅。与常年翻耕土壤相比,免耕6a后壤质水稻土0—20 cm土层的紧实度值平均增加了32%,而粘质的平均增加了90%。在相同免耕年限条件下粘质稻田土壤容重的增加也比壤质土壤的明显。壤质土壤0—10 cm土层有机质和碱解氮含量随免耕年限延长而提高,而在粘质土壤则显著降低。无论是壤质还是粘质土壤,连续免耕多年后土壤速效磷均在耕层(0—20 cm)富集,而速效钾则相反。总体而言,壤质水稻土对免耕的适宜性要优于粘质土壤;应根据土壤质地的不同选择性地实施免耕技术,并结合秸秆覆盖,以实现免耕稻田土壤的可持续利用。     

免耕稻-鸭生态种养技术的环境经济学分析

采用田间试验及环境经济学方法研究免耕稻-鸭生态种养技术的生态、经济效益。试验结果表明:农户采用免耕稻-鸭生态种养技术对稻田杂草的控制效果显著;在晚稻分蘖盛期和孕穗期,采用免耕稻-鸭生态种养技术对稻二化螟防效达100%,稻纵卷叶螟发生率分别比免耕抛秧不养鸭的稻田低48.05%、93.55%,免耕抛秧养鸭稻田中水稻纹枯病的病株率比免耕抛秧不养鸭的稻田分别低48.15%、38.21%;在稻田甲烷排放高峰期(晚稻分蘖始期-分蘖盛期),免耕抛秧养鸭对甲烷排放的控制效果明显,分别比翻耕抛秧不养鸭稻田、免耕抛秧不养鸭稻田的甲烷排放量减少4.723g/m2、2.333g/m2,晚稻整个生育期间,免耕抛秧养鸭稻田甲烷排放量比免耕抛秧不养鸭稻田减少3.37g/m2,比翻耕抛秧不养鸭稻田减少5.59g/m2;免耕可节约灌溉用水1300m3/hm2。环境经济学分析结果表明:采用免耕稻-鸭生态种养技术的农户比采用免耕抛秧不养鸭技术或采用翻耕抛秧不养鸭技术的农户分别增加财务净收益2166yuan/hm2、4207yuan/hm2;免耕抛秧养鸭获得的经济净效益为4062yuan/hm2,而免耕抛秧不养鸭、翻耕抛秧不养鸭的经济净效益分别为1592yuan/hm2、-997yuan/hm2。免耕稻-鸭生态种养技术既能充分发挥稻-鸭复合生态系统的生态和经济效益,又能较好地克服免耕给生态环境带来的不利影响,是一种很有发展潜力的可持续农业生产模式,具有良好的推广和发展前景。     

稻田实行保护性耕作对水稻产量、土壤理化及生物学性状的影响

在江西双季稻田进行长期田间定位试验,分析了多年保护性耕作对水稻产量、土壤理化性状及生物学性状的影响。连续8a稻田保护性耕作处理的平均产量高于传统耕作4.46%—8.79%,各处理的有效穗数、每穗粒数和结实率均高于对照,而各处理间穗长和千粒重差异不显著。实行稻田保护性耕作处理的土壤容重低于传统耕作3.6%—5.6%,而总孔隙度和毛管孔隙度分别高出传统耕作1.6%—17.4%、2.4%—16.7%。与传统耕作相比,连续8a保护性耕作显著提高了土壤有机质(2.9%—10.0%)、有效磷(4.8%—31.6%)、速效钾(9.7%—25.7%)。在2005年免耕+插秧的土壤真菌数量最多,显著高于对照处理51.6%,免耕+抛秧在2008年达到最大,显著高于对照处理54.1%。2012年免耕+抛秧、免耕+插秧显著高于对照126.1%、121.1%;另外,各处理间过氧化氢酶、脲酶活性均差异不显著。8a间土壤转化酶活性变化范围在0.292—0.451 mg/g之间,其中2005—2007、2012年均是免耕+抛秧达到最大,与对照相比,增加范围为72.7%—137.7%,且差异显著(P0.05)。因此,实行稻田保护性耕作是适合江南丘陵区双季稻区农业可持续发展的有效模式之一,其中免耕+抛秧和免耕+插秧两种方式效果最为显著。     

免耕与秸秆高留茬还田对抛秧稻田土壤酶活性的影响

利用大田试验,研究了免耕+秸秆还田、免耕、常耕+秸秆还田、常耕4种耕作方式对稻田土壤剖面不同层次土壤酶活性的影响.结果表明:4种耕作方式的酶活性在土壤剖面上表现为上层高于下层,其中免耕+秸秆处理上、下土层间的差异大于其他处理.上层土壤的脲酶、酸性磷酸酶、蛋白酶和纤维素酶活性为免耕处理大干常耕处理,有秸秆还田处理大干无秸秆还田处理,以免耕+秸秆处理最高,常耕处理最低;下层土壤4种酶活性以常耕+秸秆处理最高,免耕+秸秆处理次之,免耕和常耕处理较低.水稻不同生育时期,脲酶和纤维素酶活性在分蘖期较低,增加至孕穗期达到峰值,至成熟时又降至低值;酸性磷酸酶活性以分蘖期较高,拔节期较低;蛋白酶活性在分蘖期和抽穗期分别出现峰值.     

免耕高留茬抛秧对稻田土壤肥力和微生物群落的影响

通过大田试验,研究了不同秸秆还田和耕作方式（免耕+秸秆还田、免耕、常耕+秸秆还田、常耕）对稻田不同层次土壤肥力和主要微生物类群数量的影响.结果表明：上层土壤中,免耕+秸秆还田处理的有机质含量分别比免耕、常耕+秸秆还田和常耕处理高5.33、2.79和5.37 g·kg^-1;全氮、全磷、全钾、碱解氮、速效磷和速效钾含量也均以免耕+秸秆还田处理最高,免耕和常耕+秸秆还田处理次之,常耕处理最低.下层土壤中,各肥力指标以常耕+秸秆还田处理较高.秸秆还田各处理微生物类群数量较高,上层土壤以免耕+秸秆还田处理的细菌、真菌和放线菌数量最高,成熟期其纤维分解强度分别比常耕+秸秆还田、免耕和常耕处理高26.44%、79.01%和98.15%;下层土壤以常耕+秸秆还田处理的细菌、真菌和放线菌数量最高.免耕+秸秆还田处理的土壤养分和微生物呈表层富集特征.细菌、放线菌和纤维分解强度与土壤肥力各指标呈显著或极显著正相关关系.     

长期不同耕作与秸秆还田对土壤养分库容及重金属Cd的影响

于2005—2013年在湖南宁乡双季稻田开展免耕秸秆还田(NTS)、翻耕秸秆还田(CTS)、翻耕秸秆不还田(CT)、旋耕秸秆还田(RTS)4种不同耕作方式与秸秆还田试验,分析不同耕作方式与秸秆还田对土壤养分含量、养分库容量及重金属Cd的影响,为稻田合理耕作与重金属Cd污染修复提供理论依据.结果表明:耕作措施与秸秆还田主要影响0~10 cm耕层土壤性状;长期翻耕和旋耕提高了土壤养分含量,增强了土壤通气性,但耕层变浅,养分库容降低,土壤Cd含量显著偏高,水稻植株地上部分富集Cd能力相对较低;长期免耕增加了表层土壤容重,土壤养分含量较低,但养分库容相对较高,水稻植株地上部分富集Cd能力较强;秸秆还田显著增加了土壤养分含量和阳离子交换量,增加了耕层深度和土壤养分库容量,增强了土壤的保肥能力,但同时也将秸秆中富集的Cd重新归还到稻田土壤中,不利于土壤Cd的转移修复.因此,长期单一耕作方式和长期秸秆还田均存在一定弊端,需改进耕作和秸秆还田方式,如实行翻耕、旋耕与免耕相结合的土壤轮耕或深松耕,以及减少秸秆还田量或实行秸秆轮还,在改善土壤肥力的同时,实现土壤污染的有效修复.     

保护性耕作对稻田土壤有机质的影响

研究使用常规犁耕-休闲(DTF),常规犁耕-小麦(DTW),保护耕作-休闲(CTF),保护耕作-小麦(CTW)4个处理,评价连续实验10a后保护性耕作对稻作区SOM的影响。结果表明:垄作、免耕和小麦种植的结合是稻作区一种较好的保护性耕作实践。它不仅显著增加SOM在土壤表层的聚集,而且它也通过改变SOM的组成和结构显著影响土壤胡敏酸的光谱和热解特性。相比其他处理,垄作免耕(稻麦)在0～10cm土层拥有最多的SOM含量,但随着土层厚度的增加,这一含量下降的也较为迅速。垄作免耕(稻麦)土壤胡敏酸在波长665nm处的光密度为0.122,465nm处为0.705,而常规平作(中稻)在这两个波长处却分别为0.062和0.321。垄作免耕土壤胡敏酸DTA曲线在360～365℃处放热峰的焓变值比常规平作低,1000～1050cm-1吸收峰常规平作也比垄作免耕强。垄作免耕土壤腐殖质的氧化稳定系数增高,表明长期垄作免耕土壤腐殖酸的缩合度增高,芳构化程度增强。通过保护性耕作和作物实践可以管理稻田土壤,维持充分的SOM积累,缓解土壤有机碳的丢失。     

水稻植株对稻田甲烷排放的影响

稻田CH4排放是稻田土壤中CH4产生、氧化和传输不同过程的净效应,水稻植株强烈影响稻田CH4的产生、氧化和传输过程,是导致稻田CH4排放季节性变化规律的一个重要因素,本文综述了水稻植株对稻田CH4排放过程的不同影响,水稻植株根系分泌物和脱落物作为产甲烷前体促进稻田土壤中CH4的产生,在水稻生长后期,植株根系分泌物和脱落物被认为是稻田土壤甲烷产生的主要基质,是导致这一时期稻田CH4高排放通量的主要原因;水稻植株根系泌氧在根际环境形成一个微氧区域氧化稻田甲烷,整个水稻生长季稻田土壤中产生的CH4大约36％～90％在植株根际环境中被氧化;约80％甚至更多的稻田CH4通过水稻植株的通气组织进入大气圈,植株对稻田CH4的传输具有十分重要的意义。     

不同耕作方法对水稻生长和土壤生态的影响

1998－1999年在华南双季稻田研究了不同耕作方法水稻生长和土壤生态的影响,结果表明,在抛秧条件下,免耗水稻分蘖数,有效穗数和实粒数减少,水稻产量比传统耕降低13．4％,经济效益减少10．9％,免耕土壤容重和硬度增大,癖孔隙度,非毛管孔隙度和有效P,K降低,放线菌和真菌数量减少,而土壤细菌数量增加,酶活性增强,轻耕和传统耕的土壤物理化学性质,微生物数量和酶活性相似,但轻耕水稻有效穗数和千粒重较高,水稻产量比传统耕增加2．1％,轻耕降低了耕作成本,经济效益比传统耕作提高11．0％。     

黑土区水田化肥氮去向的研究

选取东北北部黑土地区水稻生产上施氮量、施肥方法和主要氮肥品种(尿素)为参数,采用示踪元素微区法和常规尿素小区法,连续2年系统地研究了水田化肥氮的去向。结果表明,化肥氮22．2％～46．1％进入了水稻体内,平均为37．7％,当年进入土壤中的残留氮12．7％～25．4％,氨挥发为8．8％～17．2％,作物对化肥氮的利用高低决定于施氮方法,化肥氮深施、混施均比表层施用利用率高,低施肥量化肥氮利用率比高施肥量利用率高,土壤残留量与施肥方法有关,深施和高施氮量均增加土壤残留,^15N试验证明,由于东北北部黑土比较粘重和土体构型的原因,在土层深度为80cm以下未检测出土壤残留化肥氮,示踪试验和小区试验证明,化肥氮的激发效应(PE)量和土壤残留氮量从该地区总体估算为大致平衡。     

江苏省主要农田杂草种子库物种组成和多样性及其与环境因子的相关性分析

采用水洗镜检法对江苏省31个农田样点(包括旱田和水田)0～15 cm土层土壤杂草种子库的种类组成和物种多样性进行了调查研究;采用典范对应法分析了杂草种子库种类与环境因子(包括淹水天数、土壤有机质含量、土壤pH、年降水量、年均温、样点经度和样点纬度)的相关性并绘制了样点和种类与环境因子的二维排序散点图.调查结果表明:在31个样点的土壤杂草种子库中共检测到杂草种子15科54种,旱田和水田各有41和45种,二者共有种类占多数但优势种有差异,通泉草[ Mazus japonicus (Thunb.) Kuntze]、异型莎草(Cyperus difformis L.)、水苋菜(Ammannia baccifera L.)、千金子[Leptochloa chinensis (L.) Nees]、棒头革(Polypogon fugax Nees ex Steud.)和牛繁缕[ Malachium aquaticum (L.) Fries]等种类为二者的共有优势种;杂草种类最多的为禾本科(Gramineae)和莎草科(Cyperaceae),分别占种类总数的22.6％和20.8％.旱田不同样点杂草种子库的优势种类变化较大,而水田杂草种子库优势种较稳定;二者优势种频度差异较大,旱田中频度高于0.30的杂草有19种,水田中频度高于0.50的杂草有20种;旱田和水田中平均重要值大于0.03的杂草各有11和9种,这些频度高的种类重要值也较大.旱田和水田土壤种子库种子密度分别为21 015和37 847 m-2,平均为31 008 m-2;旱田3层土壤中种子密度差异不显著,而水田上、中层土壤的种子密度显著高于下层.旱田以夏熟和秋熟杂草为主,而水田则以水田和夏熟杂草为主.按形态类型划分,水田及旱田中杂草种类数和密度从大到小均依次排序为阔叶草类、禾草类、莎草类,且水田中这3类杂草的种类数和种子密度均高于旱田.与旱田相比,水田杂草种子库的物种丰富度指数(S)、Shannon-Wiener 指数(H')和Simpson指数(D)较高,但Pielou均匀度指数(E)较低;旱田杂草种子库的S、H'和D指数随土层深度增加而降低、E指数逐渐升高,水田各土层的物种多样性指数则无明显变化趋势.第1种类排序轴与淹水天数负相关性最高(R=-0.8143),第2种类排序轴与年降水量和经度也有较高的负相关性;相关性分析和CCA分析结果均表明淹水天数是影响杂草种子库群落构成的最大因素.通过二维排序可将31个样点分为旱田和水田2大类,旱田可划分为长期旱连作和水旱轮作2个亚类;水田可划分为淮河以北地区和淮河以南长江流域地区2个亚类.研究结果说明:杂草种子库潜群落优势种与地上部农田杂草显群落优势种具有一致性,通过土壤杂草种子库的研究可以预测地上杂草的发生和危害情况.     

湖南双季稻种植区不同生产力水稻土的物理性质

在湖南省东部、中部和西北部8个水稻主产县采集了24个不同生产力水稻土样品,测定了土壤物理性质和黏土矿物组成参数,包括土壤容重、土粒密度、孔隙度、田间持水量、水稳性团聚体、平均质量直径、标准化质量直径、团聚体破坏率、田间持水量、有机碳、有机胶结物质、无机胶结物质和黏土矿物等指标,以研究湖南省双季稻种植区不同生产力水稻土物理性质的差异.结果表明：高产水稻土（>14000 kg·hm^-2）的容重小于1.2 g·cm^-3,总孔隙度大于50%,通气孔隙度多数大于4%,0.5～5mm水稳性团聚体含量多数在20%以上.高产水稻土与中产水稻土(10000～13500 kg·hm^-2)之间的多数物理性质无显著差异,但与低产水稻土(<10000 kg·hm^-2)的差异显著,说明中产水稻土只要在良好的管理条件下可以转变为高产水稻土;而低产水稻土的物理性质较差,应重视这类水稻土的改良.     

气候变暖与稻谷生产的相互影响及对策

稻田是大气甲烷的一个排放“源”,但稻株却从大气中吸收ＣＯ２,因而是大气ＣＯ２的一个“汇”,两乾构成稻田生态系统的碳循环。根据稻田生态系统的碳循环和我国稻谷生产 史,进一步论述气候与我国稻谷生产的相互影响。结果表明,我国稻谷生产不会加速气候变暖的进程,并提出保持好生态环境的发展稻谷生产对策 。     

生物炭对农田土壤微生物生态的影响研究进展

生物炭作为新型土壤改良剂在国内外环境科学等领域受到广泛的关注.关于生物炭对土壤理化性质的改良研究较早,目前虽然已深入到土壤微生物生态的领域,但是大多数将土壤理化性质与土壤微生物生态分开考虑,缺乏对二者相互作用的系统评述.本文总结了施用生物炭后土壤理化性质的改变与土壤微生物群落变化之间的相互关系:生物炭不仅能够提高土壤pH值、增强土壤的持水能力、增加土壤有机质等,而且会影响土壤微生物的群落结构、改变细菌和真菌的丰度;施用生物炭后,土壤环境和土壤微生物之间互相影响互相制约,共同促进了土壤微生物生态系统的改良.本文旨在为生物炭改良农田土壤微生态的深入研究提供新的思路,从生态系统的角度促进生物炭环境效应影响的研究,使生物炭的应用更具有科学性和有效性,并对生物炭在相关领域的应用进行了展望.     

秸秆还田下氮肥运筹对水稻各生育期土壤微生物群落结构的影响

运用磷脂脂肪酸(phospholipid fatty acid,PLFA)和Biolog方法,研究了秸秆不还田不施肥(CK)、秸秆还田+尿素1(N分配:麦收后∶水稻移栽前∶分蘖期∶孕穗期=0∶6∶2∶2,T₁)、秸秆还田+尿素2(N分配:麦收后∶水稻移栽前∶分蘖期∶孕穗期=3∶3∶2∶2,T₂)、秸秆还田+沼液+尿素(N分配:麦收后∶水稻移栽前∶分蘖期∶孕穗期=3(沼液)∶3(2沼液+1尿素)∶2(尿素)∶2(尿素),T₃) 4种氮肥运筹方式对水稻各生育期(分蘖期、孕穗期、成熟期)土壤微生物群落结构的影响。结果表明: 1)T₃处理显著提高了各生育期土壤中的有效氮含量,其中成熟期有效氮含量显著高于分蘖期和孕穗期;T₁～T₃处理的有效磷和速效钾含量在各生育期均高于CK,且分蘖期的含量高于孕穗期和成熟期;稻田各生育期与各处理的交互作用对土壤有效氮、有效磷、速效钾含量均有显著影响;2)T₃能提高稻田土壤中微生物碳源代谢强度,碳水化合物、氨基酸、聚合物、羧酸是稻田土壤微生物利用的主要碳源,稻田各生育期与各处理的交互作用对微生物利用碳水化合物和羧酸的能力有显著影响;3)T₂、T₃能显著提高土壤微生物生物量;T₂处理真菌/细菌比较高,以真菌为主导,更有利于稻田土壤生态系统的稳定。表明秸秆还田同步施用氮肥(尿素或沼液)能提高土壤微生物活性,改善土壤环境。     

不同耕作模式下稻田水中氮磷动态特征及减排潜力

通过微区模拟稻田试验, 研究了夏季施肥免耕、浅耕和深耕3种耕作模式下不同滞水时间稻田排水中氮磷的动态特征及总氮、总磷流失潜能。结果表明:(1)3个耕作处理5 d后的稻田滞排水中TN、NH⁺₄-N、TP和DP 均处于较低的浓度水平, 免耕的田面水中NO^-₃-N浓度较低。(2)不同耕作模式滞水5 d后TN的绝对流失量均处于较低水平。深耕处理的稻田水中TN的流失潜能相对较小。不同耕作模式处理后氮素的相对流失形态与潜能以TN为主。(3)浅耕处理田面水中TP绝对流失量和相对流失潜能最少。不同耕作模式滞水5 d后排水可显著减少田面水中TP流失。不同耕作模式处理田面水中磷素流失形态随时间呈TP与DP交替变化。因此, 从减少田面水中氮磷的绝对流失量出发, 夏季浅耕不失为最佳清洁耕作模式;同时滞水5 d后排水能有效减少田面水中氮磷的流失量, 减少稻田排水对面源污染的影响。     

The mechanism of reduction in waterlogged paddy soil

Elucidation of the laws governing the reduction process in flooded rice paddy soil is indispensable for developing the lowland rice cultivation system by which the oxidation-reduction conditions for optimum growth can be maintained throughout the growth of the crop. The authors’ efforts have been focussed on the microbial metabolism of the reduction process in paddy soil, using waterlogged soil incubated in closed syringes as a simplified model of rice paddy field soil under flooded conditions. Such conditions can be assumed to occur throughout the plowed layer of field soil under flooding, except for the uppermost layer to which oxygen is supplied. One may conclude from the results of this investigation that the type of microbial metabolism in waterlogged soil changes successively according to the oxidation-reduction state from aerobic respiration in the presence of molecular oxygen, which is the most efficient energy-yielding reaction, to methane fermentation, which appears to be a less efficient energy-yielding reaction.     

垄作稻田和垄作养鱼稻田土壤结构与肥力特征研究

水稻半旱式垄作栽培技术(又称水田自然免耕技术)的推广运用为稻田资源的综合开发利用,尤其是稻田高产养鱼奠定了物质和技术基础。它比较合理地解决了传统淹水平作水稻和传统稻田养鱼中存在的种稻与蓄水,种稻与养鱼,养鱼与晒田,养鱼与化肥、农药施用,水稻与杂草,水稻与病虫等方面的问题,水稻增产显著,成鱼产量大幅度提高,一般可达750—2250kg·ha~(-1),高者3750kg·ha~(-1)以上。物质循环和能量转化的成倍增加,势必对稻田生境和土壤肥力产生影响。因此,搞清楚传统淹水平作稻田起垄后的垄作稻田和垄作养鱼稻田的土壤结构和土壤肥力的变化规律,对指导开发稻田资源,实现稻鱼双丰收具有重要的意义。