稻田水旱复种轮作对作物产量及土壤养分的影响

为了筛选具有可持续性、适合南方稻田的水旱复种轮作种植模式,以"冬闲-早稻-晚稻"模式连作为对照处理A,设计了4种稻田水旱复种轮作模式(马铃薯-玉米‖大豆-晚稻→蔬菜-花生‖玉米-晚稻→绿肥-早稻-晚稻(B),蔬菜-花生‖玉米-晚稻→紫云英-早稻-晚稻→油菜-花生-晚稻(C),绿肥-早稻-晚稻→油菜-花生-晚稻→马铃薯-玉米‖大豆-晚稻(D),油菜-花生-晚稻→马铃薯-玉米‖大豆-晚稻→蔬菜-花生‖玉米-晚稻(E))。通过2014—2016年连续3年的田间定位试验,分析了不同种植模式下的作物产量,主要是晚稻产量,以及土壤养分变化情况。结果表明:水旱复种轮作模式更具有产量优势,晚稻产量均高于冬闲连作模式;与冬闲连作对照相比,其他模式的土壤有机质含量、速效养分含量均有所提高,同时更加有利于固定有机碳;稻田水旱复种轮作模式是一种增产、改善土壤肥力的种植模式;处理C和处理E表现较好。     

不同水旱复种轮作方式对稻田土壤有机碳及其组分的影响

通过连续2年的田间试验,研究不同水旱复种轮作方式对土壤有机碳及其组分的影响.结果表明: 稻田2年水旱复种轮作后的土壤总有机碳(TOC)呈现先升高后下降的趋势,易氧化有机碳(ROC)分蘖期最高、成熟期最低,土壤微生物生物量碳(SMBC)在分蘖期最高,可溶性有机碳(DOC)则在成熟期达到最高.土壤TOC的差异变化最大值和最小值分别出现在孕穗期和成熟期,ROC出现在返青期和孕穗期,DOC出现在成熟期和返青期,SMBC出现在分蘖期和返青期.“冬闲-早稻-晚稻→冬闲-早稻-晚稻”的土壤TOC、DOC变化幅度最大,“紫云英-早稻-晚稻→油菜-花生-晚稻”的土壤ROC变化幅度最大,“蔬菜-花生/玉米-晚稻→紫云英-早稻-晚稻”模式的SMBC变化幅度最大.“马铃薯-玉米/大豆-晚稻→蔬菜-花生/玉米-晚稻”在孕穗期的TOC含量较高;“紫云英-早稻-晚稻→油菜-花生-晚稻”能在晚稻生长的前期和中期积累较多的土壤ROC;“油菜-花生-晚稻→马铃薯-玉米/大豆-晚稻”在返青期和成熟期的土壤DOC含量较高,在孕穗期和抽穗期的SMBC较高.土壤各有机碳及其组分的大小关系为:TOC>ROC>SMBC>DOC.可见在当地土壤肥力条件下,水旱复种轮作方式能提高土壤有机碳及其组分的含量,有利于改善土壤质量,提高土壤肥力.     

稻田水旱轮作系统的能值分析和可持续性评价

构建可持续应用评价指标体系和评价方法, 筛选具有可持续性、适合南方双季稻区冬季绿色高效循环复合种植模式。在长期水旱轮作的基础上, 通过连续2 年田间定位试验, 采用能值分析理论评价水旱轮作条件下稻田生态系统的可持续性。结果表明: 稻田水旱轮作4 种模式的总能值投入和总能值产出大小均表现为油菜-早稻-晚稻→油菜-早稻-玉米‖花生>黑麦草-早稻-晚稻→黑麦草-早稻-玉米‖大豆=混播绿肥-早稻-晚稻→混播绿肥-早稻-玉米‖芝麻>紫云英-早稻-晚稻→紫云英-早稻-晚稻。混播绿 肥-早稻-晚稻→混播绿肥-早稻-玉米‖芝麻的系统可持续能值指数最高, 为0.0315, 而油菜-早稻-晚稻→油菜-早稻-玉米‖花生最低, 为0.0148。各模式可持续发展指数均为1 以下, 表明4 种种植系统对环境带来了很大的压力, 不可更新资源的利用量较大, 造成了环境负载率较高, 导致可持续发展指数较低, 其中“混播绿肥-早稻-晚稻→混播绿肥-早稻-玉米‖芝麻”模式是值得推广的。     

中亚热带红壤地区稻-稻-草轮作系统稻田土壤质量评价

在中亚热带红壤地区,利用定位研究方法,比较了5种不同的轮作模式,即早稻-晚稻-黑麦草、早稻-晚稻-黑麦草→早稻-晚稻-冬闲、早稻-晚稻-3/4黑麦草‖1/4紫云英、早稻-晚稻-紫云英、早稻-晚稻-冬闲,对稻田土壤质量的影响。研究结果表明,与常规稻作系统相比较,在稻-草轮作模式下,稻田土壤养分含量增加,物理性状改善,土壤生物活性提高,土壤动物数量增加。在对土壤功能评价的基础上利用土壤质量评价体系定量地评价了5种轮作模式的土壤质量状况。“水分贮存功能”(AW E)、“土壤结构退化抑制功能”(RSSD)、“稻田作物品质和产量维持功能”(SCOP)其评价值以及最终的土壤质量指数(SQ I)都是稻-稻-3/4黑麦草‖1/4紫云英、稻-稻-黑麦草、稻-稻-紫云英3种轮作模式大于常规稻作模式,其中以稻-稻-3/4黑麦草‖1/4紫云英表现最优;“促使水分运移、提高水分有效性功能”(FWM A)功能在5种轮作模式中其评价值相等。结果还表明,土壤质量指数(SQ I)、土壤退化指数(SD I)和生物肥力指数(B IF)之间具有良好的线性关系,说明此3种评价方法都能有效地评价研究试区稻田土壤质量。土壤退化指数(SD I)表明,稻-草轮作模式稻田土壤质量都有不同程度的提高,而常规稻作系统稻田土壤质量有轻微下降。稻田土壤蚯蚓丰富度与土壤质量指数(SQ I)、土壤退化指数(SD I)和生物肥力指数(B IF)都成显著的正相关,蚯蚓的丰富度可指示本研究试区稻田土壤质量。     

不同作物轮作制度对土壤杂草种子库特征的影响

为明确不同作物轮作制度对杂草种子库特征的影响,比较研究了玉米-小麦(MW)、大豆-小麦(SW)轮作和原水稻-小麦(RW)轮作方式下杂草种子库的特征。结果表明,作物轮作显著影响杂草种子库的密度和种类组成,进行玉米-小麦或大豆-小麦轮作2年后,杂草种子库密度分别比稻麦轮作降低27．16％、44．44％。在原水稻-小麦轮作方式下,种子库中主要杂草为陌上菜、异型莎草、菵草、水苋菜、千金子等。玉米-小麦轮作使种子库中马唐、碎米莎草、飘拂草的相对优势度显著上升,鸭舌草、水苋菜、菵草的相对优势度显著下降。而在大豆-小麦轮作方式下,种子库中通泉草、马唐、鳢肠、飘拂草的相对优势度显著上升。玉米-小麦轮作种子库的物种多样性指数高于大豆-小麦轮作和水稻-小麦轮作。玉米-小麦与大豆-小麦轮作种子库的物种组成相似性较高。作物轮作影响杂草种子库密度和种类组成的机制,可能在于通过轮换种植不同的作物,提供了多样化的选择压,限制了某些对单一种植系统有着良好适应性的杂草种类的生长。     

栽植生姜对不同种植模式下紫色土微生物生物量及水解酶活性的影响

研究了岷江下游紫色丘陵区玉米+红薯间作、大豆单作、生姜连作、水稻-紫云英轮作等4个典型种植模式下栽植生姜后土壤微生物生物量碳、氮、磷含量和水解酶活性的变化特征.结果表明： 栽植生姜显著降低了4个种植模式下土壤微生物生物量碳、氮和磷含量,但各种植模式之间存在较大差异.其中,玉米+红薯间作和水稻-紫云英轮作模式下土壤微生物生物量碳、氮的下降幅度明显低于大豆单作与生姜连作模式,但土壤微生物生物量磷下降幅度明显较高.栽植生姜显著降低了土壤酸性磷酸酶活性,其下降幅度以玉米+红薯间作模式最大,水稻-紫云英轮作模式最小;土壤转化酶活性在生姜连作模式下显著降低;土壤脲酶活性在大豆单作、生姜连作和水稻-紫云英轮作模式下均显著降低.相对于其他模式,栽植生姜使玉米+红薯间作模式下的土壤维持了较高的转化酶和脲酶活性.     

栽植生姜对不同种植模式下紫色土微生物生物量及水解酶活性的影响

研究了岷江下游紫色丘陵区玉米+红薯间作、大豆单作、生姜连作、水稻-紫云英轮作等4个典型种植模式下栽植生姜后土壤微生物生物量碳、氮、磷含量和水解酶活性的变化特征.结果表明： 栽植生姜显著降低了4个种植模式下土壤微生物生物量碳、氮和磷含量,但各种植模式之间存在较大差异.其中,玉米+红薯间作和水稻-紫云英轮作模式下土壤微生物生物量碳、氮的下降幅度明显低于大豆单作与生姜连作模式,但土壤微生物生物量磷下降幅度明显较高.栽植生姜显著降低了土壤酸性磷酸酶活性,其下降幅度以玉米+红薯间作模式最大,水稻-紫云英轮作模式最小;土壤转化酶活性在生姜连作模式下显著降低;土壤脲酶活性在大豆单作、生姜连作和水稻-紫云英轮作模式下均显著降低.相对于其他模式,栽植生姜使玉米+红薯间作模式下的土壤维持了较高的转化酶和脲酶活性.     

长江中游地区不同冬种复种方式下水稻产量和土壤氮素特征研究

通过连续两年的田间试验, 研究长江中游地区不同冬种复种方式下水稻产量和土壤氮素特征。结果表明: 与冬闲对照处理相比, 稻田冬种作物能够改善水稻产量构成要素, 促进水稻生长发育, 获得较高的群体干物质重, 从而提高水稻产量, 年均产量显著增加了0.15%—3.95%, 2014年早稻和晚稻产量均是大蒜-早稻-晚稻模式最高, 与冬闲对照相比, 分别显著增加了2.91%和3.51%。分蘖期、抽穗期和灌浆期的铵态氮含量均是紫云英-早稻-晚稻模式达到最大, 分蘖盛期和灌浆期显著高出其他处理8.33%—24.80%和12.06%—21.15%。早稻各生育期的微生物量氮均是紫云英-早稻-晚稻模式最高, 且除了成熟期外, 均与其他处理差异显著, 增幅分别为7.64%—17.63%、12.29%—37.71%、2.98%—33.55%。综合来看, 紫云英-早稻-晚稻和大蒜-早稻-晚稻这两种种植模式表现较好, 对于提高水稻产量、维持土壤地力有积极效果, 是适合推广应用的双季稻田冬季农业开发循环模式。     

保护性耕作对陇东黄土高原轮作田杂草的影响

以陇东黄土高原旱地连续12年保护性耕作为基础,通过田间取样调查,研究了4种耕作措施下冬小麦-箭筈豌豆-玉米轮作田中杂草的组成和群落特征.结果表明： 不同作物生长期的杂草种类、密度和群落特征各异.免耕使冬小麦生长期杂草密度显著增大,轮作箭筈豌豆后免耕处理的杂草密度变小;秸秆覆盖显著降低了玉米生长期的杂草密度,玉米生长期免耕+秸秆覆盖处理的杂草密度最低.冬小麦和箭筈豌豆轮作前后杂草的群落多样性特征完全相反,从冬小麦生长期到箭筈豌豆生长期,免耕处理杂草群落的多样性指数先高于常规耕作处理,后期低于常规耕作处理;玉米生长期免耕处理的多样性指数均大于其他3种处理.因此,免耕和秸秆覆盖在一些作物生长期能抑制杂草的发生和分布,3种作物轮作对杂草防治具有明显作用.     

稻鸭共作及其它控草措施对稻田杂草群落的影响

运用群落生态学方法研究了稻鸭共作、人工除草、化学除草3种控草措施对稻田杂草群落特征的影响及其对田间杂草的控制作用.结果表明,稻鸭共作显著降低了田间杂草的发生密度,对稻田主要杂草鸭舌草(Monochoriavaginalis)、异型莎草(Cyperusdifformis)、矮慈姑(Sagittariapygmaea)的防效均达到95%以上,总体控草效果显著优于化学除草和人工除草.稻鸭共作使稻田杂草群落的物种丰富度及Shannon-Wiener多样性指数略有降低,但Pielou均匀度指数显著提高,表明群落物种组成有了很大的改变,降低了原来优势杂草的发生危害.在不同控草措施作用下,稻田杂草群落的结构组成也发生了一定的变化,稻鸭共作区群落组成为陌上菜(Linderniaprocumbens)+异型莎草+水虱草(Fimbristylismiliacea),Whittaker群落指数显著高于化学除草、人工除草及对照区,表明稻鸭共作对田间杂草群落结构影响较大.从Sorensen群落相似性指数及以其为距离测度指标的聚类分析结果中也可得到同样的结论.     

不同施肥方式对稻麦两熟制小麦田杂草群落的影响

为揭示不同施肥方式对稻麦两熟制区麦田杂草的影响,以连续4年固定施肥田为对象,于2014年小麦收获前进行了杂草群落调查,研究不同施肥、秸秆还田小麦田间杂草种类、密度、高度、杂草多样性指数的差异,并对杂草种群分布与肥料因子进行典范分析. 结果表明：36个试验小麦田中共记录杂草20种,分属11科19属. 其中,菵草、泥胡菜、牛繁缕、蛇床广泛分布于各试验田块. 长期施肥可减少麦田杂草种类及发生密度,但会增加麦田杂草高度,其中阔叶杂草在试验设定的各施肥措施下种类及发生密度均显著下降;纯施化肥、有机肥配施化肥,特别是施用有机无机复混肥的田块中,杂草群落多样性指数和均匀度指数低,优势度指数较高,容易使单一优势杂草种类暴发,造成严重危害;秸秆还田配施有机肥化肥处理麦田环境中杂草多样性指数、均匀度指数相对较高,优势度指数相对较低,杂草群落的结构较复杂,群落相对稳定,且杂草密度较低,对小麦生长危害较轻.     

种植制度对江苏省棉田杂草群落影响的研究

 经连续5年对江苏省主棉区水旱轮作及旱连作两种种植制度下的棉田杂草种群密度及草害优势度级数进行定田调查,通过时间和空间上的比较统计分析,研究了棉田杂草群落演替趋势及草害发生规律。研究结果表明,种植制度与江苏省棉田杂草群落的组成和草害发生程度紧密相关。在水旱轮作棉田中,随着棉花(Gossypium hirsutum)种植年数的增加,喜湿性杂草稗草(Echinochloa crusgalli)等优势度值逐渐减少,喜旱性杂草马唐(Digitaria sanguinalis)等优势度值逐渐提高,它们之间存在显著的线性关系。旱连作棉田以喜旱性杂草为主,发生量较大,草害较重,年际间杂草群落变化较小。另外,水旱轮作和旱连作棉田之间的杂草群落结构和种群数量差异显著。而地理区域差异的影响明显小于轮作制度差异导致的影响。     

连续13年稻鸭共作兼秸秆还田的稻麦连作麦田杂草种子库物种多样性变化

稻鸭共作能有效控制稻田杂草的危害, 但是它对后茬小麦田杂草的影响及其控制作用尚没有详细的报道。我们于2000-2012年对江苏丹阳稻鸭共作兼秸秆还田的有机稻麦连作田土壤杂草种子库进行了连续13年的观察实验。结果显示, 稻鸭共作兼秸秆还田的措施使看麦娘(Alopecurus aequalis)、通泉草(Mazus japonicus)、碎米荠(Cardamine hirsuta)等18种麦田主要杂草的种子库均有较大幅度的降低, 总体的降低幅度高达97%。除了Pielou指数处于小幅波动状态外, 麦田杂草群落多样性指数整体呈下降趋势。丰富度下降表明杂草种子库向种类少、多样性低的方向演变。从Bray-Curtis指数和Jaccard相似性指数也可以得到同样的结论。可见, 连续稻鸭共作兼秸秆还田能够降低下茬的麦田土壤里杂草种子密度及多样性, 控制杂草危害。     

长期连作对大豆根际土壤镰孢菌种群的影响

利用中国科学院海伦农业生态试验站大豆连作长期定位试验区,进行了大豆根际土壤镰孢菌分离鉴定及大豆根腐病致病力检测,结合核酸序列和限制性片段长度多态性(RFLP)的系统发育分析,研究了长期连作(20年)较短期连作(3年)对大豆根际土壤镰孢菌种群密度和结构、致病力及遗传多样性的影响.结果表明： 3年连作大豆根际土壤镰孢菌种群密度为6.0×10⁴ CFU·g^-1,且以强致病力的尖镰孢菌、禾谷镰孢菌、轮枝镰孢菌及中等致病力的腐皮镰孢菌为优势种;连作20年大豆根际土壤镰孢菌种群密度和优势菌的优势度均显著低于3年连作,其中尖镰孢菌、禾谷镰孢菌和腐皮镰孢菌的种群密度仅为3年连作的36%、32%和22%,没有分离到致病力最高的轮枝镰孢菌,而种群多样性和均匀度显著高于3年连作;仅分离自20年连作土壤的三线镰孢菌、砖红镰孢菌及燕麦镰孢菌均为非致病菌种,且与强致病力镰孢菌种在基于转录间隔区(ITS)和转录延长因子(EF-1α)序列的聚类分析中显示了系统进化亲缘关系的差异性.因此,大豆20年连作会导致根际土壤镰孢菌种群生长受抑制、使其种群结构和遗传多样性发生改变,同时降低大豆根腐病菌种群致病力.     

长期稻鸭共作对稻田杂草群落组成及物种多样性的影响

2000~2003年连续4年研究了稻鸭共作条件下田间杂草群落的特征及其动态变化规律。结果表明,在长期稻鸭共作条件下,田间杂草密度逐年降低,下降趋势符合阻滞模型y=k+a·e^bx,模型参数b反映了杂草种群的下降速率。在稻田6种主要杂草中,水虱草(Fimbristylis miliaceae)、陌上菜(Lindernia procumbens)、丁香蓼(Ludwigia prostrata)种群数量降低较快,鸭舌草(Monochoria vaginalis)、异型莎草(Cyperus difformis)次之,稗(Echinochloa crusgalli)最慢。稻鸭共作使稻田杂草群落的物种多样性持续降低,群落均匀度提高,群落相似性与稻鸭共作前相比逐年降低。说明稻鸭共作改变了田间杂草的群落结构,有利于限制杂草的发生危害。随着稻鸭共作的连年进行,对田间杂草的控制效果逐渐上升,4年后达99%以上。稻鸭共作是稻田替代化学除草的一种非常有效的生物、生态控草措施,具有显著的经济和生态效益。     

春玉米-晚稻与早稻-晚稻种植模式碳足迹比较

量化作物生产的碳足迹有助于为农业生态系统温室气体减排提供理论依据。利用生命周期法研究了我国南方地区稻田春玉米-晚稻水旱轮作种植模式和早稻-晚稻连作种植模式下粮食生产的碳足迹,并定量分析粮食生产过程中各种碳排放源的相对贡献。结果表明,与早稻-晚稻的连作模式相比,春玉米-晚稻轮作模式的单位面积碳排放降低了6724 kg CO₂-eq/hm²,单位产量的碳足迹降低了0.56 kg CO₂-eq/kg。春玉米比早稻少排放6228 kg CO₂-eq/hm²;与早稻-晚稻模式中晚稻碳排放相比,春玉米-晚稻轮作模式晚稻碳排放降低了497 kg CO₂-eq/hm²。早稻-晚稻种植模式的碳足迹主要来源于甲烷（CH₄）,其碳排放为9776 kg CO₂-eq/hm²（54.8%）,氮肥生产和施用的碳排放为2871 kg CO₂-eq/hm²（16.1%）,灌溉电力消耗的碳排放2849 kg CO₂-eq/hm²（16.0%）。春玉米-晚稻轮作模式的碳足迹主要来源于CH₄的碳排放4442 kg CO₂-eq/hm²（39.9%）,氮肥生产和施用的碳排放2871 kg CO₂-eq/hm²（25.8%）,灌溉电力消耗的碳排放1508 kg CO₂-eq/hm²（13.6%）。该模式中晚稻的碳足迹组成情况与春玉米-晚稻模式的碳足迹相似。但是,对于春玉米而言,其碳足迹主要来源氮肥生产和施用的碳排放1436 CO₂-eq/hm²（50.1%）,氧化亚氮（N₂O）的碳排放为579 kg CO₂-eq/hm²（20.2%）,CH₄的碳排放为378 CO₂-eq/hm²（13.2%）。同时,相比于早稻-晚稻中晚稻的产量（6333 kg/hm²）,春玉米-晚稻轮作模式下的晚稻产量（7270 kg/hm²）提高了14.8%。因此,引入春玉米-晚稻轮作模式有利于提升稻田生产力,降低稻田连作系统碳排放和碳足迹。     

沟叶结缕草草坪杂草群落的时空动态

杂草群落结构的异质性是群落动态的主要属性.基于物种频度和幂函数法则,对沟叶结缕草草坪杂草群落在时间维度上的物种结构和空间异质性的变化进行了研究.结果表明： 从2007到2009年,沟叶结缕草草坪3年共发生杂草43种,隶属19科,其中,禾本科、菊科、莎草科和茜草科杂草在草坪杂草中占据优势,多年生杂草占杂草比例最大,并呈逐年上升趋势;杂草群落具有比随机分布更高的空间异质性;杂草优势种年内随季节变化明显,表现出“双子叶杂草－单子叶杂草－双子叶杂草”、“多年生杂草－一年生杂草－多年生杂草”交替出现的规律;杂草群落的空间异质性在夏季大于冬季,多样性和均匀性在夏秋季大于冬春季,在夏季表现出高异质性的杂草种类比其他季节多;杂草群落空间异质性、多样性年际间变化不显著,均匀性呈逐年降低趋势.
     

安徽沿江圩丘农区夏收作物田杂草群落分布规律的研究

作者创用了七级目测调查取样,进行数量分析的方法,对夏收作物田杂草群落进行分类研究,揭示了安徽沿江圩丘农区夏收作物田杂草群落的分布规律主要受土壤类型和轮作制度制约。看麦娘杂草群落分布于水稻土田,猪殃殃,野燕麦杂草群落分布于丘岗区旱地,卷耳、婆婆纳杂草群落分布于灰潮土旱地。首次提出综合草害指数,用以评定杂草群落类型中每种杂草的危害性,从而,提出了不同土壤类型和轮作制度的田块中恶性杂草的定量化指标与防除策略。