长期不同养分投入对土壤养分和水稻生产持续性的影响

以中国科学院桃源农业生态试验站15a长期田间定位试验为研究对象,分析了不同养分投入对稻田土壤养分和水稻产量可持续性的影响.结果表明,化肥与系统内循环的有机物料循环的肥力效力和产量效应基本一致,有机物料循环更有利于土壤有机质和氮素的积累;在不同养分投入下,土壤耕层有机质和全氮均呈上升趋势,年均增长率分别为1.5%～5.8%和2.5%～9.4%;与试验前相比,不同养分投入耕层磷素变动幅度在-18.3%到30%之间,钾素养分有所亏缺,下降幅度在8.1%～22.6%之间;通过可持续性指数的分析得出,土壤N素养分的可持续性对化肥的依赖性较大,而P、K养分的可持续性则对有机肥的依赖性更高.稻田生态系统具有良好的自维持能力,系统内有机物循环有利于提高稻谷产量的稳定性和可持续性.     

红壤坡地土壤水分时间序列分析

基于时间序列法,分析了2002—2004年3—9月茶园和农作区两种土地利用方式下土壤水分与降雨的相关关系.结果表明,降雨为不相关序列,而不同深度(10、30、50、70和90 cm)土壤含水量有高度自相关性,为自相关序列,相关时间域为30～45 d.降雨和土地利用方式是影响土壤水分与降雨相关关系的主要因素.降雨对土壤水分的影响强度由表层到深层不断减弱,其在土壤表层(10和30 cm)的有效性时间为7～8 d;在深层有效时间长短不一,但雨后2～3 d,降雨对土壤水分(0～100 cm)的影响最显著.旱季土壤含水量与降雨的相关时间比雨季短1～3 d,若持续5 d降雨量小于5 mm,土壤表层水分含量就会明显降低,可能引发季节性干旱.与农作区相比,降雨对茶园表层水分的影响较弱,但对深层水分的影响较强且持续时间长.     

不同施肥模式下稻田土壤微生物生物量磷对土壤有机碳和磷素变化的响应

通过15年的红壤稻田长期定位试验,研究了不同施肥模式下土壤微生物生物量磷(MB-P)对土壤有机碳和磷素变化的响应.结果表明红壤稻田有机碳源的长期投入和土壤有机碳的逐年升高使土壤微生物生物量碳(MB-C)维持在较高水平(＞800 mg·kg-1),是稻田土壤MB-P(＞16.0 mg·kg-1)提高的主要原因.长期不施磷肥条件下,土壤全磷含量与试验前相比显著降低(P＜0.05),而土壤有机磷含量平均提高了29.3%;土壤亏损的磷形态主要是无机磷(Al-P、Fe-P、Ca-P和O-P),其中Al-P含量处于最低水平(平均0.5 mg·kg-1).另外,长期不施磷肥土壤的MB-P远高于Olsen法提取态磷(Olsen-P)(＜7.0 mg·kg-1),而稻田土壤MB-P与Al-P呈显著相关(P＜0.05),表明土壤微生物对稻田土壤Al-P、Fe-P、Ca-P和O-P的利用是促进其向有效磷方向转化的关键途径.磷肥配合有机养分循环利用不仅提高了土壤磷库的积累,而且通过土壤微生物的活化有效地提高了土壤磷的有效性.     

稻草覆盖对冬闲稻田二氧化碳通量的影响

通过研究稻草覆盖对土壤含水量、土壤温度及田间杂草生长的影响,探讨了亚热带红壤性稻田生态系统冬闲期稻草覆盖对CO2通量的影响及其机理.结果表明:稻草覆盖主要通过两个途径影响冬闲稻田的CO2通量:一是稻草覆盖对土壤温度有正效应,使稻田生态系统CO2排放量显著增加,试验期间覆盖处理平均净排放1.99 g CO2·m-2·d-1,而对照处理平均净吸收2.68 g CO2·m-2·d-1,两者差异达极显著水平(P《0.01);二是稻草覆盖使田间杂草的生物量及其吸收的光合有效辐射显著减少, 导致覆盖处理白天CO2排放量提高.稻草覆盖处理土壤表层(0～15 cm)相对含水量比无覆盖处理提高了9%以上,但未对CO2通量的变化产生显著影响.     

阴雨寡照地区高产水稻的生物学特征研究

以水稻(Oryza sativa Linn.)的常规稻品种‘黄华占’、‘湘早籼45’和‘湘晚籼13’,一般杂交稻品种‘金优402’和‘Ⅱ优838’,超级杂交稻品种‘株两优819’、‘丰源优299’、‘陆两优966’和‘Y两优1号’为实验材料,在2008年和2009年不同产季,对种植于多阴雨的湖南桃源县的不同品种水稻的产量构成因子、群体性状和叶片净光合速率(Pn)差异进行了研究.结果显示:在产量构成因子方面,不同品种水稻的有效穗数、每穗粒数、结实率、千粒质量和产量均有一定差异,超级杂交稻品种的产量高于一般杂交稻及常规稻品种;其中,产量分别与有效穗数和结实率呈显著正相关(P＜0.05),与每穗粒数呈极显著正相关(P＜0.O1),与千粒质量无显著相关性.在群体性状方面,不同品种水稻的株高、最大茎蘖数、最大叶面积指数(LAI)、生物量及收获指数均有一定差异,但产量分别与株高、最大LAI和生物量呈极显著正相关,与收获指数呈显著正相关,与最大茎蘖数无显著相关性;其中,产量与最大LAI的相关系数最大(0.889).在拔节期和抽穗期,各品种水稻单叶的Pn日变化曲线呈“双峰型”,Pn第1个峰值差异均较小,“午休”阶段以及第2个峰值Pn差异增大,总体上看“午休”阶段常规稻品种的Pn降幅明显大于杂交稻;各品种的Pn日平均值也有明显差异,常规稻品种的Pn日平均值总体上低于杂交稻.研究结果表明:在阴雨寡照的生态条件下超级杂交稻品种的产量高于其他类型水稻品种,其高产机制与叶面积指数的增加有关.     

红壤坡地干旱季节地表-大气界面水分传输——以茶园为例

以红壤坡地茶园为研究对象 ,用波纹比——能量平衡法研究了红壤坡地干旱季节地表 -大气界面水热传输特性 ,结果表明 :在茶园稳定生态系统中 ,气象因素和表层土壤含水量是影响地表 -大气界面水热传输的重要因素。特别是在受旱条件下 ,土壤水分对地表 -大气界面水热传输起决定作用 ,土壤水分越小 ,潜热通量越小 ,显热通量越大 ,反之亦然。观测期间 ,棵间蒸发量占总蒸散量的 3 2 % ,因此通过减少田间土壤水分蒸发来提高农田水分利用效率大有可为     

稻田冬闲期间覆盖稻草的生态效应

冬季覆盖和裸田休闲作为两种主要的冬闲方式,在我国南方地区广泛存在,且有扩大趋势.研究其生态效应,具有良好的理论及实践意义.以湖南亚热带双季稻作区为典型研究区域,以耕层土壤温湿度、田间植被生长、温室气体排放为主要指标,研究早晚稻稻草覆盖还田与无覆盖还田两种冬闲方式生态效应的不同.试验结果表明,稻草覆盖还田对冬闲稻田的生态效应主要包括4个方面:保温、保水、抑制田间杂草生长以及增加了指向大气的CO2排放.覆盖对土温的影响主要在地下5cm层,试验期内,温度较无覆盖平均高出1.0～3.2℃;覆盖对耕层水分的影响主要在0～15cm层,覆盖与无覆盖之间差异达到极显著水平;另外覆盖显著改变了冬闲稻田生态系统的CO2与大气的交换情况,试验期内,由无覆盖的固定了CO2气体4.13 tCO2·hm-2转为覆盖处理的净排放3.06 tCO2·hm-2,致使冬闲稻田由大气的碳汇变为碳源.     

长期不同施肥制度下湖南红壤晚稻田CH4的排放

选取湖南双季稻田长期不同施肥制度为研究对象,采用静态箱-气相色谱法对晚稻稻田甲烷排放进行观测.研究结果表明,不同施肥制度下的晚稻稻田甲烷排放的季节变化具有一定的规律,晚稻生育期内CH4的排放速率呈先升高后降低的变化趋势.施入秸秆的处理CH4平均排放通量和累积排放通量大于单施化肥的处理;单施化肥的各处理中由于养分缺失情况的不同,CH4平均排放通量和累积排放量具有一定的差异.秸秆区CH4平均排放通量和累积排放量都较大,全量化肥养分施肥区次之,偏施养分和无肥区较小.同时还研究了长期不同施肥制度条件下各环境因素包括土壤温度、灌溉水层深度和土壤Eh,对CH4排放的影响.结果表明,不同的施肥处理,晚稻田CH4排放的季节变化和土壤Eh呈显著负相关,与土壤温度呈显著正相关,与水层深度相关不明显.     

长期施肥对红壤稻田氮储量的影响

稻田背景氮高是我国氮肥利用率低的主要原因之一,减少氮肥施用量对提高氮肥的农学利用率和缓解环境压力具有重要的意义。研究采用长期定位试验(19902006年)土壤全氮、稻谷产量等数据,分析施肥模式对稻田耕层土壤氮储量、氮肥农学利用率的影响,探讨在降低常规施用氮量的33.3%而不明显减产措施的可行性。结果表明:长期有机物质循环利用能显著提高耕层土壤全氮含量,氮储量与试验前相比平均提高了18.8%,仅施用化肥对土壤全氮含量没有显著影响,减量施肥处理(JS)对耕层土壤氮的积累效应一直优于仅施化肥的处理(NP、NPK)。17a的JS处理并没有降低稻谷产量,与常量NPK储量相比年际产量相对误差仅为3.2%,而输入N的农学利用率提高了12%。在半量稻草还田的条件下减少氮肥的施用量到180kg·hm-2是可行的,红壤稻田产量可维持在10t·hm-2左右。     

红壤稻田弃耕后植被和土壤有机碳对积水与火烧的早期响应

为了探明积水和冬季火烧对弃耕红壤稻田地表植被和土壤有机碳的影响,该实验设置了对照(无人为干扰)、积水、冬季火烧和积水-冬季火烧4个不同处理,采用样方法对样地植物的高度、密度、盖度及物种组成进行了调查。地上部分生物量采用收获法进行测定,根系采用土柱法获取,弃耕前后土壤有机碳含量的测定采用K2Cr2O7外加热法。结果表明:1)积水和冬季火烧对红壤稻田弃耕早期物种组成、丰富度、均匀度及多样性具有重要的影响。双穗雀稗(Paspalum paspaloides)和水竹叶(Murdannia triquetra)是积水条件下的优势种,而柔枝莠竹(Microstegium vimineum)是冬季火烧条件下的优势种,大狼杷草(Bidens frondosa)是积水和冬季火烧条件下的共优种。2)分布在0–5 cm表层土壤中的根系占0–20 cm深度土壤中根系的66.50%–80.34%。样地在积水条件下,2011–2013年0–20 cm深度的土壤根系生物量分别高出对照样地的49.84%、73.34%和28.94%。3)冬季火烧可以提高样地的物种多样性和增加地上部分生物量,2011–2013年冬季火烧样地分别高出对照样地的25.74%、64.30%和50.24%。4)与稻田弃耕前土壤有机碳含量逐渐上升趋势相反,稻田弃耕6年后,对照、积水、冬季火烧和积水-冬季火烧样地中土壤有机碳含量分别降低11.16%、18.99%、9.17%和19.12%,并且在积水条件下土壤有机碳含量降低更明显(p0.05)。研究结果表明,红壤稻田弃耕后地表植被物种组成、地上和地下生物量、土壤有机碳含量与积水和冬季火烧关系密切(p0.05)。