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。     

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.     

双季稻超高产栽培条件下根系特性的研究

试验在大田条件下进行,以国家水稻工程醴陵基地应用的旺壮重栽培法作超高产栽培途径,与当地习惯栽培法比较研究了超高产双季稻根系生长及生理特性,结果表明:根系生长量以生长中期最大,其次为前期,生长后期新根发生和老根衰亡同时进行,因此根量增加很少甚至呈负增长.超高产栽培条件下早稻V402和晚稻V198全生育根系生长总量为1844.3和1710.4kg.hm-2,比对照分别提高20.64%和25.05%,并且这种根量优势主要在水稻生长的前、中期形成;根系总吸收表面积和活跃表面积也表现出相同的趋势,同时,早稻中期、晚稻中后期根系α-萘胺氧化力比对照增加;根系对32P吸收活力以前期和中期较高,抽穗后明显降低;超高产水稻各生育期单蔸根系吸收的32P总量明显高于对照,其增加的幅度为3.86%～37.77%,并且前、中期提高的幅度大于后期,超高产栽培条件下这种根系生长和根系活力的优势最终转化为产量优势,1997和1998年实际产量分别为17652和17772kg.hm-2,比习惯栽培法提高21.28%和15.57%.     

不同冬季覆盖作物对稻田甲烷和氧化亚氮排放的影响

采用静态箱-气相色谱法对不同冬季覆盖作物处理［免耕直播黑麦草-双季稻(T₁)、免耕直播紫云英 双季稻(T₂)、翻耕移栽油菜-双季稻(T₃)、免耕直播油菜-双季稻(T₄)和冬闲-双季稻(CK)］下稻田甲烷（CH₄）和氧化亚氮（N₂O）排放进行观测,分析了不同冬季覆盖作物对稻田CH₄和N₂O排放的影响.结果表明：在冬季作物生长期,不同冬季覆盖作物稻田CH₄和N₂O总排放量与对照（CK）的差异均达到极显著水平（P<0.01）;T₃和T₁处理的稻田CH₄和N₂O排放量最高,其CH₄排放量分别为0.88 和0.60g·m^-2,N₂O排放量分别为0.23 和0.20 g·m^-2;冬季作物还田后,各处理早、晚稻田CH4排放量均明显高于对照.早稻田CH₄排放量最高的为T₁和T₂处理,分别达21.70和20.75 g·m^-2;晚稻田CH₄排放量最高的为T₃和T₄处理,分别为58.90和54.51 g·m^-2.各处理早、晚稻田N₂O总排放量均显著高于对照,T₁、T₂、T₃和T₄处理的早稻田N₂O总排放量分别比对照增加53.7%、12.2%、46.3%和29.3%,晚稻田分别比对照增加28.6%、3.8%、34.3%和27.6%.     

根系分泌物对紫云英油菜间作的响应

根系分泌物是植物与土壤进行物质交换和信息传递的重要载体,也是间作体系中作物-土壤-微生物互作的重要调控者。为进一步揭示间作体系中作物之间的互作机制,本研究通过紫云英单作、油菜单作和紫云英油菜间作,重点分析了紫云英油菜间作下根系分泌物的响应特征。结果表明: 共检测到紫云英和油菜根系分泌物391种,定性93种,包括了9种代谢物类型,其中有机氧化物含量最高,主要是以核糖醇的形式存在。不同种植模式中,紫云英、油菜的根系分泌物含量差异显著,紫云英油菜间作时根系分泌物特征与油菜单作相似,与紫云英单作差异较大。不同种植模式的差异根系分泌物中,仅9-芴酮1与其他差异分泌物间呈负相关关系。不同种植模式的差异根系分泌物主要为苯系物、脂类和类脂分子、有机酸及其衍生物、有机氧化物等,其中苯系物、脂类和类脂分子是表征紫云英、油菜根系分泌物变化的重要类型。可见,紫云英油菜间作改变了作物的根系分泌物特征,其变化特征与苯系物、脂类和类脂分子关系密切。     

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。     

冬季作物对稻田土壤微生物量碳、氮和微生物熵的短期影响

研究不同的冬季作物马铃薯、黑麦草、紫云英、油菜在"冬季作物-双季稻"轮作种植制度下短期内对稻田土壤微生物碳、氮和微生物熵的影响,在湖南省土壤肥料研究所的实验网室内设置了小区试验.试验结果表明:几种冬季作物均提高了稻田土壤微生物碳、氮含量,黑麦草明显提高了土壤微生物量碳和微生物熵,紫云英明显提高了土壤微生物量氮.冬季作物对土壤微生物量碳和土壤微生物量氮的季节性影响变化趋势基本一致,紫云英、马铃薯处理的土壤微生物量C、N含量均在水稻生育期间8月中旬达到最大值.     

气候变化背景下中国南方地区季节性干旱特征与适应Ⅵ.防旱避灾种植模式优化布局

南方地区是我国重要的农业种植区,季节性干旱严重影响该地区的农业生产.本文基于南方地区不同干旱分区中选取的13个典型地区1981-2007年气象资料和作物生育期、产量等资料,依据各地逐年降水量将其分为干旱年、正常年和丰水年3种不同降水年型,利用作物水分临界期需水量与降水量的耦合度、气象产量、单位面积产值以及全生育期的水分利用效率和降水量5个指标,对典型地区种植模式的综合效益进行评价,得到南方不同区域不同降水年型下的优化种植模式.结果表明: 半干旱区在干旱年型下,宜采取2种抗旱种植模式：马铃-玉米-甘薯和冬小麦-中稻-甘薯.半湿润区在干旱年型下,种植模式以冬小麦-中稻-甘薯最优,油菜-中稻-甘薯次之.在温润区(即典型的季节性干旱区),江南地区在3种年型下均以马铃薯-双季稻最优;西南地区宜搭配抗旱作物进行三熟制种植,如冬小麦-中稻-甘薯、冬小麦-玉米-甘薯、马铃薯-双季稻等.从最大程度利用水热资源角度考虑,三熟种植模式最优,以水旱轮作为主,丰水年型宜搭配水稻.     

中国北方气候暖干化对粮食作物的影响及应对措施

东北、华北和西北50a来的平均气温增幅高于全国平均水平,气候变暖明显,尤其冬季增温最显著。区域增暖的极端最低气温远比极端最高气温的贡献大。东北、华北大部、西北东部降水量明显减少,平均每10a减少20—40mm,尤其春夏季减少最明显。这种趋势一直延续到20世纪90年代以后,干旱化趋势非常突出。在综述我国北方现代气候变化基本特征是暖干化的基础上,重点阐述了喜凉作物冬小麦、春小麦、马铃薯和喜温作物水稻、玉米、谷子、糜子等7种主要粮食作物的生长发育、品种熟性、种植区域与面积、产量与品质等对气候暖干化的响应特征。揭示了气候暖干化使春播作物播期提早,苗期生长发育速度加快,营养生长期提前,生殖生长期和全生育期延长;秋作物发育期推迟,生殖生长期和全生长期延长;越冬作物播期推迟,越冬死亡率降低,种植风险减少,春初提前返青,生殖生长期提早,全生育期缩短。使作物适宜种植区域向高纬度高海拔扩展;品种熟性向偏中晚熟高产品种发展;喜温作物和越冬作物以及冷凉气候区的作物种植面积迅速扩大;在旱作区种植不较耐旱的玉米、春小麦等作物种植面积受到制约。对雨养农业区的作物气候产量影响严重,尤其对不够耐旱的小麦和玉米的气候产量受影响最大;对较耐旱的谷子、糜子、马铃薯等影响较轻。从作物属性而言,对喜温作物水稻、玉米和越冬作物冬小麦有利于气候产量提高;对喜凉作物春小麦和马铃薯的气候产量将产生不利影响。同时,提出了从5个方面应对气候暖干化的技术措施,调整作物种植结构,确保粮食生产安全;根据不同气候年型调整各种作物种植比例;针对不同气候区域发展优势作物和配置作物种植格局;采取不同栽培技术和管理模式应对气候变化;采取综合配套技术提髙抵御灾害能力。为粮食作物安全生产和种植结构调整与布局提供科学依据。