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。     

南方不同“冬种+双季稻”种植模式对土壤有机碳和作物产量的影响

设置了冬闲-双季稻、紫云英-双季稻、油菜-双季稻、大蒜-双季稻,马铃薯、紫云英、油菜轮作接茬双季稻5个处理,通过3年(2013—2015)大田试验,系统研究了双季稻田冬季复种对产量和土壤有机碳、活性有机碳及碳库管理指数等的影响。结果表明:冬种作物早稻产量均高于对照,晚稻产量除冬种油菜有所降低外,其他各冬作处理均高于对照。各冬种处理土壤总有机碳、活性有机碳、可溶性有机碳、微生物量碳含量和碳库指数较冬闲处理均有显著提高。土壤碳库管理指数除了冬季作物轮种处理外,其他冬种处理较冬闲处理均有显著提高。土壤总有机碳与活性有机碳和微生物量碳之间呈极显著相关,与可溶性有机碳和碳库管理指数存在显著相关,碳库活度和碳库活度指数各冬种处理也有所提高,但影响不显著。     

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.     

长期水旱轮作条件下不同复种方式对稻田杂草群落的影响

通过长期田间定位试验,研究了水旱轮作条件下不同复种方式对稻田杂草群落组成及物种多样性的影响.结果表明: 复种轮作可显著降低稻田杂草密度,抑制杂草生长.不同复种轮作方式下,紫云英-早稻-晚玉米→紫云英-早玉米间作早大豆-晚稻(CCSR)处理物种优势度最低,能降低优势种杂草地位,减轻危害.不同复种轮作方式下基本杂草群落组成均为鸭舌草+稗草+矮慈姑,杂草群落的相似性均较高,其中紫云英-早稻-晚玉米间作晚大豆→紫云英-早玉米-晚稻(CRCS)处理与CCSR处理的相似度最高.稻田复种轮作可在一定程度上提高对杂草的抑制效果,但需要注意某些次要杂草的危害.     

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。     

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。     

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。     

秸秆还田对土壤有机碳不同活性组分储量及分配的影响

通过田间试验,研究了不同秸秆还田模式下土壤溶解性有机碳(DOC)、颗粒有机碳(POC)和矿物结合有机碳(MOC)储量及其在总有机碳(TOC)中的分配比例.结果表明: 相对于翻压还田(WR),小麦秸秆覆盖还田(WM)0～20 cm耕层TOC和MOC储量显著降低,降幅为4.1%和9.7%,DOC和POC储量显著提高,增幅为207.7%和11.9%;20～40 cm犁底层TOC和POC储量显著提高.玉米秸秆覆盖还田(MM)与MR相比,犁底层TOC和MOC储量显著提高,增幅为13.6%和14.6%.小麦-玉米秸秆均覆盖还田(WM-MM)相对于均翻压还田(WR-MR),耕层TOC和MOC储量显著降低,降幅为8.5%和10.3%.玉米秸秆还田耕层TOC和POC储量显著高于小麦秸秆还田.与对照(秸秆不还田)相比,6种还田模式耕层TOC储量增幅为5.2%～18.0%,差异达显著水平;除WM和MM模式外,犁底层TOC储量显著降低(降幅8.0%～11.5%).6种还田模式下土壤耕层DOC储量及DOC/TOC比值显著降低,在WM和WM-MM还田模式下耕层POC储量显著提高、POC/TOC比值增大,WR模式的耕层MOC储量显著提高、MOC/TOC比值增大,其余3种模式耕层POC和MOC储量均显著提高.秸秆覆盖还田有利于土壤有机碳活性组分积累,翻压还田有利于较稳定性有机碳组分积累.在提高关中地区农田TOC储量方面,玉米秸秆还田好于小麦秸秆还田、小麦-玉米秸秆翻压还田好于覆盖还田.     

不同施肥处理对土壤活性有机碳和甲烷排放的影响

通过采集田间试验区连续3a施入有机肥的稻田耕层土壤,分析土壤中微生物量碳(MBC)、水溶性有机碳(DOC)、易氧化有机碳(ROC)和可矿化有机碳(readily mineralizable carbon,RMC)等活性有机碳的含量,稻田甲烷(CH_4)的排放通量,探讨施用有机肥的土壤活性有机碳变化及与CH_4排放的关系。研究结果显示:(1)施有机肥对土壤中的活性有机碳均有一定的促进作用。3a不同施肥处理土壤中DOC、ROC、MBC和RMC的平均含量分别为383.6、2501.2、640.4 mg/kg和291.7 mg/kg。3a施猪粪(猪粪+化肥,PM)、鸡粪(鸡粪+化肥,CM)和稻草(稻草+化肥,RS)的DOC的含量分别比化肥(CF)处理增加5.6%、6.7%和19.3%,ROC的含量分别比CF增加6.6%、8.4%和9.8%;MBC含量分别比CF增加5.1%、14.8%和21.5%,RMC增加6.8%、22.0%和33.9%。不同施肥处理的稻田土壤活性有机碳为分蘖期高于成熟期。(2)施肥处理显著增加稻田CH_4排放,CH_4分蘖期的排放通量是成熟期的143倍,3a PM、CM和RS处理的CH_4排放分别比CF处理增加37.0%(P0.05)、92.7%(P0.05)和99.4%(P0.05)。(3)不同施肥处理的DOC、ROC、MBC和RMC含量与CH_4排放通量均存在显著正相关关系,ROC与CH_4排放的相关系数最高,为0.754(P0.01),且4种有机碳间关系密切。稻田分蘖期土壤中的活性有机碳与稻田CH_4排放呈显著正相关关系。(4)综合分析,在4种有机碳中,土壤中ROC和MBC的含量直接影响CH_4排放。     

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。     

不同稻作模式下稻田土壤活性有机碳变化动态

通过大田试验,研究了稻鸭复合种养(RD)、间歇灌溉(RW)、常规淹水灌溉(CK)3种不同稻作模式下稻田土壤可溶性有机碳(DOC)、易氧化态有机碳(ROC)和微生物生物量碳(MBC)3种活性有机碳组分的动态变化规律.结果表明:3种稻作模式下土壤DOC、MBC在水稻拔节-齐穗阶段含量最高;ROC在水稻整个生育期内变化平稳,没有表现出显著的阶段性差异.MBC受水稻生育期的影响最大;DOC受水稻生育期和稻作模式的影响均较大;而ROC主要受稻作模式的影响.与CK相比,RD能显著提高土壤DOC和ROC及其有效率;而RW极显著降低了DOC及其有效率,明显提高了ROC及其有效率.3处理间MBC及微生物熵均没有显著差异.     

耕作方式对紫色水稻土有机碳和微生物生物量碳的影响

以位于西南大学的农业部紫色土生态环境重点野外科学观测试验站始于1990年的长期定位试验田为对象,研究了冬水田平作(DP)、水旱轮作(SH)、垄作免耕(LM)及垄作翻耕(LF)等4种耕作方式对紫色水稻土有机碳(SOC)和微生物生物量碳(SMBC)的影响。结果表明,4种耕作方式下SOC和SMBC均呈现出在土壤剖面垂直递减趋势,翻耕栽培下其降低较均匀,而免耕栽培下其富集在表层土壤中。同一土层不同耕作方式间SOC和SMBC的差异在表层最大,随着土壤深度的增加,各处理之间的差异逐渐减小。在0—60 cm剖面中,SOC含量依次为:LM(17.6 g/kg)>DP(13.9 g/kg)>LF(12.5 g/kg)>SH(11.3 g/kg),SOC储量也依次为:LM(158.52 Mg C/hm2)>DP(106.74 Mg C/hm2)>LF(93.11 Mg C/hm2)>SH(88.59 Mg C/hm2),而SMBC含量则依次为:LM(259 mg/kg)>SH(213 mg/kg)>LF(160 mg/kg)>DP(144 mg/kg)。与其它3种耕作方式比较,LM处理显著提高SOC含量和储量以及SMBC含量。对土壤微生物商(SMBC/SOC)进行分析发现,耕作方式对SOC和SMBC的影响程度并不一致。SMBC与SOC、全氮、全磷、全硫、碱解氮、有效磷均呈现极显著正相关(P<0.01),与有效硫呈显著正相关(P<0.05);表明SMBC可以作为表征紫色水稻土土壤肥力的敏感因子。     

衡阳紫色土丘陵坡地植被恢复对土壤活性有机碳库的影响

为了解植被恢复对土壤活性有机碳库的影响,采用空间代替时间序列方法,对衡阳紫色土丘陵坡地植被恢复对土壤活性有机碳含量和分布进行研究。结果表明,土壤有机碳(SOC)、微生物量碳(MBC)、水溶性有机碳(DOC)、轻组有机碳(LFOC)和易氧化碳(ROC)含量均以乔灌阶段最高(P0.05),随土层加深显著减小(P0.05)。随恢复进程,MBC/SOC、DOC/SOC和ROC/SOC显著增加(P0.05);0~20 cm土层,LFOC/SOC随恢复显著增加(P0.05),而20~40 cm土层,LFOC/SOC的差异不明显(P0.05)。随土层加深,LFOC/SOC显著减小(P0.05),DOC/SOC、MBC/SOC和ROC/SOC逐渐增加(P0.05)。SOC、MBC、DOC、LFOC和ROC间存在极显著正相关关系(P0.01)。各类活性有机碳库与土壤含水量(SWC)、全氮(TN)、碱解氮(AN)和速效磷(AP)呈显著或极显著正相关关系(P0.05或P0.01),与土壤容重(BD)呈极显著负相关关系。因此,植被恢复在一定程度上可提高衡阳紫色土丘陵坡地土壤活性有机碳的形成和积累,增加土壤碳储量。     

降水变率对森林土壤有机碳组分与分布格局的影响

2006年12月-2008年6月,通过加倍降水、自然降水和去除降水3种处理的人工控制试验,研究了降水变率改变对南亚热带不同演替阶段的季风常绿阔叶林、针阔叶混交林和马尾松针叶林土壤有机碳组分与空间分布格局的影响.结果表明：在3种降水强度条件下,相同森林类型的同一层次土壤总有机碳（TOC）含量差异不显著（P>0.05）;去除降水处理下土壤表层（0～10 cm）颗粒有机碳（POC）和轻组有机碳(LFOC)含量有明显的积累趋势,加倍降水和自然降水处理下增加了POC、LFOC向下层土壤（10～20 cm、20～30 cm、30～50 cm）的运输;去除降水处理下,马尾松林土壤易氧化有机碳（ROC）含量显著高于降水处理（P<0.05）;演替早期森林土壤的POC、ROC、LFOC占总有机碳的比例大于演替后期土壤,不利于土壤有机碳的存埋.森林土壤总有机碳含量变化缓慢,而其活性有机碳组分（POC、LFOC、ROC）对降水变率改变的响应更敏感.     

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。     

不同土地利用类型下土壤活性有机碳库的变化

分析了中国科学院沈阳生态试验站不同土地利用类型长期定位试验土壤0～40cm活性有机碳含量,结果表明:0～20cm土层内荒地土壤有机碳、易氧化碳、微生物生物量碳、溶解性有机碳和轻组有机碳含量高于割草地和裸地,而割草地颗粒有机碳含量略高于荒地;在20～40cm土层,割草地土壤有机碳、易氧化碳和颗粒有机碳含量较高,而荒地微生物量碳、溶解性有机碳和轻组有机碳含量较高。不同土地利用类型土壤活性有机碳含量均随着土层加深而递减。土壤微生物量碳、溶解性有机碳和轻组有机碳的分配比例为荒地>割草地>裸地,易氧化碳和颗粒有机碳的分配比例为割草地>荒地>裸地。土壤活性有机碳的分配比例随土层加深而下降,但溶解性有机碳的分配比例变化趋势相反。     

江西官山常绿阔叶林土壤有机碳组分沿海拔的变化

对江西官山国家级自然保护区不同海拔(400、600、800、1000、1200 m)常绿阔叶林土壤总有机碳、惰性有机碳和活性有机碳进行分析,研究土壤有机碳的海拔分布特征。结果表明: 土壤总有机碳、惰性有机碳及活性有机碳含量在土壤表层最高,随土层加深而逐渐下降。随海拔升高,土壤总有机碳、惰性有机碳、易氧化有机碳、微生物生物量碳及0～20 cm土层土壤颗粒有机碳含量均出现先增后降的趋势, 且在海拔1000 m达到峰值,而土壤水溶性有机碳及20～40 cm土层土壤颗粒有机碳含量无明显变化。在0～10 cm土层,土壤惰性有机碳占总有机碳的比例在海拔800和1200 m显著高于海拔400和1000 m,而土壤活性有机碳占总有机碳的比例在海拔400 m最高;土壤惰性有机碳和活性有机碳占总有机碳的比例在10～40 cm土层随海拔的增加均呈先增加后降低的趋势,峰值分别在1000和600 m处。各组分有机碳与土壤湿度、微生物生物量氮、可溶性有机氮均呈显著正相关,而且活性有机碳与铵态氮呈显著正相关。海拔显著影响常绿阔叶林土壤有机碳组分的分布,惰性有机碳、易氧化有机碳和微生物生物量碳对海拔变化的响应更敏感。高海拔土壤惰性有机碳和活性有机碳在水分和氮素充足条件下易发生分解与转化,降低土壤碳库的稳定性。在全球气温持续升高背景下,要加强高海拔地区森林土壤有机碳的动态变化研究。     

不同树龄香榧土壤有机碳特征及其与土壤养分的关系

该研究以浙江省诸暨市的香榧国家森林公园5个树龄段(0~50、50~100、100~300、300~500和500a以上)的香榧(Torreyagrandis)为研究对象,通过野外采集土壤样品,分析其0~20、20~40、40~60cm土层土壤总有机碳(TOC)、易氧化碳(ROC)、轻组有机质(LFOM)及土壤养分含量,探讨不同树龄香榧土壤有机碳变化规律,为香榧林的土壤质量评价与持续利用,以及香榧古树的保护提供理论依据。结果表明:(1)不同树龄香榧土壤的总有机碳、易氧化碳和轻组有机质含量均随香榧树龄的增加呈先增大后减小的趋势,且300~500a生的数值最大,但易氧化碳与轻组有机质含量在各树龄间的差异不明显。(2)不同树龄香榧土壤中易氧化碳占总有机碳的比例总体表现为:50~100a0~50a100~300a300~500a500a以上(0~20cm土层除外)。(3)各树龄段香榧土壤易氧化碳和轻组有机质含量与土壤总有机碳之间的相关性均达到极显著水平;不同树龄段香榧土壤总有机碳、各活性有机碳组分与全氮(TN)、水解性氮(AN)、有效磷(AP)之间的相关性较好(0~50a生除外),与速效钾(AK)、交换性钙(Ca)和交换性镁(Mg)之间的相关性较差(500a以上除外);500a以上香榧土壤总有机碳、各活性有机碳组分与土壤养分的相关性均达到极显著水平。