长期双季稻绿肥轮作对水稻产量及稻田土壤有机质的影响

以中国农业科学院红壤实验站1982年布置的长期定位试验为研究对象,分析了长期双季稻绿肥轮作体系下水稻产量变化趋势、稻田土壤有机质变化特征及土壤活性有机质组成。结果表明,绿肥作物与双季稻轮作种植后,水稻产量显著高于冬闲对照,绿肥作物紫云英、油菜和黑麦草处理年平均水稻产量（1982-2008）分别为10.8 t?hm-2?a-1,10.2 t?hm-2?a-1和10.0 t?hm-2?a-1,较冬闲对照分别提高27.2%,20.5%和18.1%。试验前期（1982-1993）种植绿肥作物各处理之间水稻产量无显著差异,试验开展11年后（1994-2008）种植紫云英处理水稻产量显著高于油菜和黑麦草处理。长期双季稻绿肥轮作土壤有机质随年份显著增加,双季稻紫云英轮作土壤有机质积累速度最快,年增加0.31 g?kg-1,双季稻黑麦草次之,土壤有机质年增加0.28g?kg-1,双季稻油菜轮作土壤有机质年增加0.26g?kg-1。种植绿肥作物紫云英稻田土壤活性有机质显著高于其它处理。种植绿肥作物各处理土壤有机碳、全氮、土壤微生物量碳和土壤微生物量氮含量均显著高于冬闲对照。其中黑麦草和紫云英处理土壤微生物量碳含量及微生物熵显著高于油菜和冬闲对照处理。在湘南红壤丘陵双季稻区,种植绿肥作物对提高水稻产量、增加土壤有机质、提高土壤有机质活性具有重要意义,绿肥选择上以紫云英对水稻产量和稻田土壤培肥综合效果最好。     

不同冬季覆盖作物对双季稻田土壤有机碳的影响

以冬闲-双季稻种植模式为对照(CK),分析了黑麦草-双季稻(Ry)、紫云英-双季稻(Mv)、马铃薯-双季稻(Po)和油菜-双季稻(Ra)5种不同种植模式下冬季覆盖作物秸秆还田后对0～5、5～10、10～20 cm土壤有机碳、活性有机碳、碳库管理指数和有机碳储量的影响.结果表明:与CK处理相比,黑麦草、紫云英、马铃薯和油菜秸秆还田处理均提高了稻田0～5、5～10、10～20 cm土壤总有机碳和活性有机碳含量,其中Po处理最高.冬季覆盖作物秸秆还田均提高了稻田不同层次土壤的碳库活度、碳库活度指数、碳库指数和土壤碳库管理指数,其大小顺序均表现为Po>Mv>Ry>Ra>CK.不同冬季覆盖作物秸秆还田处理与CK处理相比均有利于提高稻田不同层次土壤有机碳储量,其中以紫云英秸秆还田的效果最好,黑麦草和马铃薯次之;各处理稻田土壤有机碳储量均随土壤深度的增加而递增.     

双季稻田冬季种植模式对土壤有机碳和碳库管理指数的影响

为探讨冬季覆盖作物还田对稻田土壤碳库的影响,通过冬季种植油菜、紫云英、黑麦草、马铃薯,并以冬闲为对照进行大田试验,测定了不同冬季作物模式下早稻和晚稻的土壤有机碳、活性有机碳含量,并计算了稳态碳、碳库活度、活度指数、碳库指数和土壤碳库管理指数.结果表明:冬季作物还田增加了土壤有机碳含量,早稻和晚稻后的土壤有机碳含量比对照分别提高了1%～8%和3%～18%;油菜、黑麦草和紫云英还田均促进了土壤活性有机碳含量的增加,早稻后增加16.2%～84.2%,晚稻后增加24.4%～28.1%;冬季作物还田增加了土壤碳库管理指数,增加幅度为1.4%～41.8%.综上所述,冬种作物还田有利于提高土壤的固碳效应,并提升土壤质量,以种植黑麦草、紫云英的综合效果较佳.     

长期施肥对双季稻田土壤微生物学特性的影响

为探明不同施肥处理对早稻和晚稻各个生育时期稻田土壤微生物生物量碳、氮和微生物熵的影响,以湖南宁乡长期定位试验为平台,应用氯仿熏蒸-K_2SO_4提取法和化学分析法系统分析了定位长达29年5种施肥处理之间(化肥、秸秆还田+化肥、30%有机肥+70%化肥、60%有机肥+40%化肥和无肥)双季稻田土壤微生物生物量碳、氮和微生物熵的差异。结果表明,早稻和晚稻各主要生育时期,长期施肥均能提高土壤微生物生物量碳、氮含量和微生物熵,各施肥处理土壤微生物生物量碳、氮含量和微生物熵均随水稻生育期推进呈先增加后降低的变化趋势,均于齐穗期达到最大值,成熟期达到最低值;其中,以60%有机肥和30%有机肥处理双季稻田土壤微生物生物量碳、氮含量和微生物熵均为最高,均显著高于其他处理,其大小顺序表现为60%有机肥30%有机肥秸秆还田化肥无肥。长期有机无机配施可以提高土壤微生物生物量碳、氮和微生物熵,有机肥与化肥配施对提高土壤肥力效果最好。土壤微生物生物量碳、氮及微生物熵可以反映土壤质量的变化,可作为评价土壤肥力的生物学指标。     

26年长期施肥对土壤微生物量碳、氮及土壤呼吸的影响

研究长期小麦连作施肥条件下土壤微生物量碳、氮,土壤呼吸的变化及其与土壤养分的相关性。以陕西长武长期定位试验为平台,应用氯仿熏蒸-K2SO4提取法、碱液吸收法和化学分析法分析了长达26a不同施肥处理农田土壤微生物量碳、微生物量氮和土壤呼吸之间的差异及其调控土壤肥力的作用。长期施肥及种植作物,均能提高土壤微生物量碳、氮含量,尤其是施用有机肥,土壤微生物量碳、氮含量高于单施无机肥的处理,土壤呼吸量也提高15.91%—75.73%,而施用无机肥对于土壤呼吸无促进作用。土壤微生物生物量碳氮、土壤呼吸与土壤有机质、全氮呈极显著相关。长期有机无机肥配施可以提高土壤微生物量碳氮、土壤呼吸,氮磷肥与厩肥配施对提高土壤肥力效果最好。微生物量碳氮及土壤呼吸可以反映土壤质量的变化,作为评价土壤肥力的生物学指标。     

青海高原复种绿肥毛叶苕子对土壤微生物生物量碳、氮的影响

通过在小麦收获后复种绿肥毛叶苕子研究绿肥的培肥效应。在复种绿肥毛叶苕子的情况下,研究后茬作物小麦生育期土壤微生物生物量碳、氮的时空变化。结果表明,小麦生育期0～20 cm土层土壤微生物生物量碳、氮均表现为有毛叶苕子处理高于无毛叶苕子处理,其中施肥70%化肥+毛苕子翻压还田处理的土壤微生物生物量碳、氮最高。小麦苗期土壤微生物生物量碳、氮含量最低,至抽穗期土壤微生物生物量碳、氮含量达到最高,成熟期又有所降低。微生物熵在各时期的变化与微生物生物量碳一致,绿肥处理表现出明显较高的微生物熵。     

生草栽培对山核桃林地土壤养分及微生物多样性的影响

高强度经营导致山核桃林地土壤性质改变,设置了白三叶、黑麦草、油菜、紫云英、自然杂草和清耕(对照)6个处理,以3次重复,随机排列的2年田间试验,研究了不同生草栽培对山核桃林地土壤养分和微生物多样性的影响。结果表明:与清耕相比,生草栽培均能改善土壤养分状况,除全钾外,白三叶和紫云英处理较其他处理能显著提高土壤养分含量,其余几个处理间差异不明显;生草栽培显著提高了土壤微生物生物量碳(MBC)含量,白三叶、黑麦草、紫云英、油菜和自然杂草处理分别较清耕提高了169.6%、159.7%、144.1%、138.6%和58.6%,差异达显著水平(P0.05)。6种不同处理的土壤微生物活性(AWCD)、微生物Shannon指数和均匀度指数均存在明显差异。不同处理的土壤AWCD为白三叶紫云英油菜自然杂草黑麦草清耕;白三叶处理的土壤微生物Shannon指数高于其他处理;白三叶、紫云英和油菜处理的土壤微生物均匀度指数显著高于其他处理。相关性分析表明,土壤微生物活性、微生物Shannon指数和均匀度指数两两之间均达到极显著差异(P0.01),三者与土壤各养分指标之间未达显著差异,但表现为正相关关系。白三叶、紫云英和油菜对改善土壤微生物特性效果较好。     

有机肥氮投入比例对双季稻田根际土壤微生物生物量碳、氮和微生物熵的影响

为探明不同有机肥氮素占总氮投入的百分比对双季稻区早、晚稻各生育时期稻田根际土壤微生物的影响,本研究以大田定位试验为平台,应用氯仿熏蒸-K₂SO₄提取法和化学分析法系统分析了施用化肥N(M₁)、30%有机肥N(M₂)、50%有机肥N(M₃)、100%有机肥N(M₄)和无N对照(M₀)5个不同施肥处理双季稻田根际土壤微生物生物量碳(MBC)、微生物生物量氮(MBN)和微生物熵的差异.结果表明: 在早稻和晚稻各主要生育时期,施肥措施均能提高稻田根际土壤MBC、MBN和微生物熵,各施肥处理根际土壤MBC、MBN和微生物熵均随水稻生育期推进呈先增加后降低的变化趋势,均于齐穗期达到最大值,成熟期为最低值;其中,各处理双季稻田根际土壤MBC、MBN、MBC/MBN值和微生物熵一般均表现为M₄＞M₃＞M₂＞M₁＞M₀,M₂、M₃和M₄处理间均无显著差异,但均显著高于M₀处理.可见,单独施用化肥措施对提高根际土壤微生物生物量碳、氮和微生物熵效果有限,施用有机肥或有机无机肥配施提高根际土壤微生物生物量碳、氮和微生物熵的效果较好.     

长江中游典型稻田种植模式的经济效益及土壤固氮能力比较

为研究比较长江中游地区稻田不同种植模式的经济效益和土壤氮素固持能力,设置紫云英-早稻-晚稻(CRR,CK)、紫云英-早稻-甘薯||晚大豆(CRI)、油菜-早稻-晚稻(RRR)、油菜-早稻-甘薯||晚大豆(RRI)、马铃薯-早稻-晚稻(PRR)5种稻田典型种植模式进行田间定位试验。结果表明,与CK相比,两年内,RRI、PRR、RRR、CRI模式均能增加作物产量,增幅为16.40%—32.85%和21.04%—49.60%(P<0.05),且均是RRI、PRR模式的作物产量较高。RRI和PRR模式的经济效益较好,分别显著高出对照30.27%、44.15%和65.13%、51.38%(P<0.05)。CRI、RRI模式显著提高了土壤微生物量氮的含量,增幅为53.57%—58.85%(P<0.05),降低了微生物量C/N。此外,与CK相比, CRI、RRI模式显著降低了土壤硝态氮的残留,降幅为48.35%—69.23%(P<0.05)。综上所述,RRI模式和马铃薯模式(PRR)能提高作物产量,增加氮素有效输出,提高经济效益, CRI、RRI模式更能增强土壤微生物氮素固持...     

黄土高原区不同植物凋落物搭配对土壤微生物量碳、氮的影响

黄土高原丘陵沟壑区进行的以退耕还林还草为主的生态建设,使得进入土壤生态系统有机物的种类和数量发生变化,不同种类凋落物混合对土壤微生物量碳、氮的影响是值得关注的问题。本文采用室内培养试验方法研究了采自黄土高原地区6种不同植物凋落物及等比例混合后对土壤微生物量碳、氮及矿质态氮含量的影响。结果表明,加入不同植物凋落物均显著提高了培养期间土壤微生物量碳、氮含量。总体平均,添加三种等量混合后植物凋落物的土壤微生物量碳、氮含量高于两种凋落物等量混合处理,而两种凋落物混合高于单种凋落物处理;土壤矿质态氮含量的变化则相反,即单种＞两种混合＞三种混合。单种和两种混合后土壤微生物量碳、氮含量与其碳氮显著相关,而三种凋落物混合后土壤微生物量碳、氮含量与其碳氮比无相关性,说明多种凋落物混合后土壤微生物量碳、氮含量受多种因素共同影响。因此,在黄土高原植被恢复重建中,有必要采用不同种类植物搭配,利用生物多样性促进生态系统健康持续发展。     

冬季覆盖作物秸秆还田对双季稻田根际土壤微生物群落功能多样性的影响

微生物群落功能多样性是土壤质量变化重要的指标,不同作物类型的秸秆还田措施对土壤微生物群落功能多样性具有明显的影响。以位于双季稻主产区不同冬季覆盖作物-双季稻种植模式大田定位试验田为研究对象,以冬闲-双季稻种植模式为对照(CK),应用Biolog-GN技术开展黑麦草-双季稻(Ry)、紫云英-双季稻(Mv)、油菜-双季稻(Ra)和马铃薯-双季稻(Po)种植模式条件下不同冬季覆盖作物秸秆还田后对双季稻田根际土壤微生物功能多样性影响的研究。研究结果表明,早稻和晚稻成熟期,与CK处理相比,冬季覆盖作物秸秆还田处理增加了稻田土壤碳源平均颜色变化率(AWCD),以Po处理AWCD均为最高,均显著高于Ry和CK处理。不同冬季覆盖作物秸秆还田处理土壤微生物代谢多样性指数表现出明显的差异,早稻成熟期,Po处理的Richness、Shannon和McIntosh指数均为最高,其次为Ry、Mv和Ra处理,CK处理最低;晚稻成熟期,各处理的Richness、Shannon和McIntosh指数大小顺序均表现为PoRaMvRyCK。土壤微生物碳源利用的主成分分析结果表明,各冬季覆盖作物秸秆还田处理根际土壤微生物利用的主要碳源为氨基酸类和糖类物质,不同处理间碳源利用类型有差异。冬季覆盖作物秸秆还田措施有利于提高双季稻田根际土壤微生物对碳源的利用能力、物种丰富度和均匀度。     

冬季作物种植对双季稻根系酶活性及形态指标的影响

基于湖南长沙7a定位试验,以冬闲为对照,研究了冬种马铃薯、紫云英及油菜为前茬作物对早、晚稻根系酶活性、形态指标及产量的影响.结果表明,与冬闲相比,冬种作物后早、晚稻根系丙二醛(MDA)含量增加,但其根系的活性氧清除能力更强(SOD、POD和CAT活性高),能够在一定程度上缓解膜脂过氧化作用带来的伤害;冬种不同作物对早晚稻根系形态的影响表现不一.冬种马铃薯和紫云英处理在早稻生育后期的根系优势明显,并能在一定程度上促进晚稻根系生长,双季稻总产量较对照分别增加6.29％和7.76％,而冬种油菜抑制了晚稻根系生长,导致晚稻产量及双季稻总产分别降低6.31％和1.96％;相关性分析表明,灌浆期较高的根长、根数、根体积和根表面积是冬种作物改善双季稻产量的主要原因.综合来看,冬种马铃薯和紫云英对于促进双季稻根系生长,提高稻谷产量具有重要作用,而冬种油菜则不利于提高双季稻的稻谷生产力.     

土壤微生物生物量在团聚体中的分布以及耕作影响

了解土壤微生物在土壤结构体内部的分布对于预测相关的土壤生物化学过程具有重要意义。由于气候、土壤以及耕作的影响,该领域的研究结果存在很大的空间和时间变异,因此有待进行更多的在不同气候和土壤类型下的研究。首次报道亚热带紫色水稻土中微生物生物量在长期不同耕作方式的土壤中不同水稳性团聚体中的分布特征。结果表明微生物生物量在紫色水稻土水稳定性团聚体中的分布模式决定于土壤结构本身,而耕作方式的影响不显著;微生物生物量碳在不同粒级土壤团聚体中无显著性差异,微生物生物量氮与可溶性有机碳在0．25～0．053mm微团聚体中含量最高;垄作免耕显著提高土壤团聚体中的微生物生物量及可溶性有机碳含量,而对微生物生物量及可溶性有机碳在土壤团聚体中的分布模式无显著影响。     

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.     

荒漠草地土壤微生物生物量和微生物熵对沙漠化的响应

采用空间序列代替时间演替的方法,分析宁夏中北部盐池县荒漠草地不同沙漠化阶段(荒漠草地、固定沙地、半固定沙地和流动沙地)土壤微生物生物量(SMB)和微生物熵(qMB)的变化特征及其影响因子.结果表明:从荒漠草地到流动沙地,土壤微生物生物量碳、氮、磷分别降低46.1%、80.8%和30.0%.随着荒漠草地沙漠化程度的加剧,土壤微生物熵碳(qMBC)、土壤微生物熵氮(qMBN)、土壤微生物熵磷(qMBP)均表现为荒漠草地>固定沙地>半固定沙地>流动沙地,而土壤-微生物化学计量不平衡性(C∶Nimb、C∶Pimb、N∶Pimb)基本呈增加趋势.土壤微生物生物量氮与C∶Nimb呈显著正相关,与N∶Pimb呈显著负相关;土壤微生物生物量磷与C∶Pimb呈显著正相关.冗余分析(RDA)显示,土壤生态化学计量(C∶N、C∶P)对微生物熵碳的负效应最明显.荒漠草地沙漠化显著影响土壤微生物生物量和微生物熵.     

全球森林土壤微生物生物量碳氮磷化学计量的季节动态

土壤微生物生物量在森林生态系统中充当具有生物活性的养分积累和储存库。土壤微生物转化有机质为植物提供可利用养分, 与植物的相互作用维系着陆地生态系统的生态功能。同时, 土壤微生物也与植物争夺营养元素, 在季节交替过程和植物的生长周期中呈现出复杂的互利-竞争关系。综合全球数据对温带、亚热带和热带森林土壤微生物生物量碳(C)、氮(N)、磷(P)含量及其化学计量比值的季节动态进行分析, 发现温带和亚热带森林的土壤微生物生物量C、N、P含量均呈现夏季低、冬季高的格局。热带森林四季的土壤微生物生物量C、N、P含量都低于温带和亚热带森林, 且热带森林土壤微生物生物量C含量、N含量在秋季相对最低, 土壤微生物生物量P含量四季都相对恒定。温带森林的土壤微生物生物量C:N在春季显著高于其他两个森林类型; 热带森林的土壤微生物生物量C:N在秋季显著高于其他2个森林类型。温带森林土壤微生物生物量N:P和C:P在四季都保持相对恒定, 而热带森林土壤微生物生物量N:P和C:P在夏季高于其他3个季节。阔叶树的土壤微生物生物量C含量、N含量、N:P、C:P在四季都显著高于针叶树; 而针叶树的土壤微生物生物量P含量在四季都显著高于阔叶树。在春季和冬季时, 土壤微生物生物量C:N在阔叶树和针叶树之间都没有显著差异; 但是在夏季和秋季, 针叶树的土壤微生物生物量C:N显著高于阔叶树。对于土壤微生物生物量的变化来说, 森林类型是主要的显著影响因子, 季节不是显著影响因子, 暗示土壤微生物生物量的季节波动是随着植物其内在固有的周期变化而变化。植物和土壤微生物密切作用表现出来的对养分的不同步吸收是保留养分和维持生态功能的一种权衡机制。     

不同耕作方式对内蒙古旱作农田土壤微生物量和作物指标的影响

研究了不同耕作方式下土壤微生物量碳、氮、磷及玉米全生育期叶面积指数、株高和干物质积累量的动态变化,并对土壤指标与作物指标之间的关系进行分析.结果表明:免耕有利于提高土壤微生物量碳、氮、磷含量.不同处理微生物量均表现为:免耕留高茬覆盖>免耕留低茬覆盖>免耕留高茬>免耕留低茬>传统耕翻;土壤微生物量碳、氮、磷含量随土层深度的增加而呈降低趋势.除传统耕翻微生物量碳在10～20 cm土层深度含量提高外,其他处理微生物量碳、氮、磷均表现为0～10 cm>10～20 cm>20～30 cm>30～40cm土层深度;土壤生物量碳、氮、磷随季节的变化趋势基本一致,不同处理土壤生物量含量均为7月份含量最高、6月份次之、10月份最低;叶面积指数全生育期呈单峰曲线变化,株高和干物质积累呈S曲线变化.不同处理之间作物指标均表现为免耕留高茬覆盖>免耕留低茬覆盖>免耕留高茬>免耕留低茬>传统耕翻;土壤微生物量与作物指标之间的相关度较高,特别是微生物量磷,土壤微生物量在一定程度上可以反映作物的生长状况.研究结果能够很好地揭示在黄河流域内蒙古农田旱作区实施免耕的优势.

Abstract：

This paper studied the dynamic changes of soil microbial biomass and crop indices on a degraded rain-fed maize field in the Qingshuihe County of Inner Mongolia under no tillage with low stubble (NL), no tillage with high stubble (NH), no tillage with low stubble and residues (NLS), no tillage with high stubble and residues (NHS), and conventional tillage (CT). No tillage increased the soil microbial biomass C, N, and P, with the sequence of treatments NHS > NLS > NH > NL > CT. Except that the soil microbial biomass C in CT had an increase in 10-20 cm soil layer, the soil microbial biomass C, N, and P in all treatments decreased with soil depth. The soil microbial biomass C, N, and P had the same seasonal pattern, being the highest in July, secondly in June, and the lowest in October. The LAI in whole growth period varied in unimodal form, while the plant height and dry matter accumulation were in "S" form. All the crop indices followed the order of NHS > NLS > NH > NL > CT. Soil microbial biomass, its P in particular, had positive correlations with crop indices. Our results revealed the advantages of no tillage on rain-fed farmlands in Inner Mongolia.