长期施肥对双季稻田甲烷排放和关键功能微生物的影响

研究不同施肥措施对双季稻田甲烷(CH_4)排放特征的影响及其微生物学机理,对合理利用及评价不同施肥模式对水稻生长的影响具有重要意义。以长期施肥定位试验田为平台,采用静态箱-气相色谱法对施用化肥(MF:mineral fertilizer alone)、秸秆还田配施化肥(RF:rice residues plus mineral fertilizer)、30%有机肥配施70%化肥(LOM:30%organic matter plus 70%mineral fertilizer)、60%有机肥配施40%化肥(HOM:60%organic matter plus 40%mineral fertilizer)和无肥(CK:without fertilizer)条件下双季稻田CH_4排放及其微生物学机理进行了分析。结果表明,早稻和晚稻生长期,不同施肥处理稻田CH_4排放通量均显著高于CK,表现为HOMLOMRFMFCK。各处理间CH_4总排放量差异达显著水平,其大小顺序与排放通量趋势一致,以HOM处理为最高,比CK处理增加105.56%,其次是LOM和RF处理,分别比CK处理增加72.97%和54.17%。关键功能土壤微生物测定结果表明,早稻和晚稻各个主要生育时期,各处理稻田土壤产甲烷古菌的数量变化范围为(3.18—81.07)×10~3cfu/g,土壤甲烷氧化细菌的数量变化范围为(24.82—379.72)×10~3cfu/g。稻田土壤产甲烷古菌和甲烷氧化细菌数量大小顺序为HOMLOMRFMFCK,各施肥处理均显著高于CK;HOM、LOM、RF处理显著高于MF、CK处理。双季稻田CH_4排放与稻田土壤产甲烷古菌、甲烷氧化细菌数量变化关系密切。采用有机无机肥配施促进了双季稻田生态系统CH_4的排放和关键功能微生物的数量。     

有机无机肥配施对双季稻轮作系统产量、温室气体排放和土壤养分的综合效应

本研究开展了连续3年(2017—2019年)的田间试验,通过设置不施肥(CK)、单施化肥(F)、等氮条件下有机肥配施化肥(FM)(有机肥全部于早稻季施用)3个处理,对双季稻轮作系统作物产量、土壤肥力进行分析,并连续2年(2018—2019年)对单施化肥和有机肥配施化肥处理的CH₄和N₂O排放进行监测。结果表明: 施肥可以显著提高早、晚稻产量,其中FM处理的增产效果最好,与F处理相比,FM处理早稻和晚稻分别平均增产5.6%和7.2%,且增产效果随着年限的增加表现为增加趋势。FM处理早稻、晚稻和周年轮作CH₄排放量较F处理分别增加8.2%、4.8%和6.7%;但N₂O排放量分别下降31.4%、5.0%和18.8%。尽管连续2年各处理双季稻轮作系统全球增温潜势差异不显著,但FM处理温室气体排放强度较F处理分别下降6.8%和8.5%。与F处理相比,FM处理土壤有机质、全氮、速效磷和速效钾含量分别增加9.7%、4.1%、30.9%和2.5%。综上所述,在本研究条件下,有机肥集中于早稻季施用替代化肥是增加双季稻产量、提高土壤肥力和降低稻田温室气体排放强度的有效措施。     

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。     

长期不同施肥模式对南方双季稻田生态系统净碳汇效应和经济收益的影响

施肥措施与稻田生态系统净碳汇效应、经济收益的关系密切。本研究以长期(35年)定位施肥试验田为平台,分析了单独施用化肥(MF)、秸秆还田+化肥(RF)、30%有机肥+70%化肥(OM)和无肥对照(CK)4种不同施肥模式对我国南方双季稻田耕层土壤固碳速率、碳密度、年碳汇平衡和经济收益的影响。研究表明: 不同施肥处理双季稻田耕层土壤碳库变化范围为216.02～866.74 kg·hm^-2·a^-1,OM处理土壤碳年变化量显著高于MF、RF和CK处理;双季稻田土壤固碳速率为51.5～650.7 kg·hm^-2·a^-1,表土碳密度为55.64～78.42 t·hm^-2,各施肥处理高低顺序均为OM>RF>MF>CK。各施肥处理双季稻田生态系统水稻的碳吸收为4.42～9.32 t C·hm^-2·a^-1,其高低顺序为OM>RF>MF>CK;与MF处理相比,OM和RF处理稻田土壤净碳汇量分别提高了27.6%和13.6%。各施肥处理双季稻田生态系统的碳成本物质投入变化范围为1.49～2.17 t C·hm^-2·a^-1,年经济收益变化范围为1.30×10³～7.83×10³元·hm^-2·a^-1,其高低顺序为RF>OM>MF>CK;OM、RF和MF处理双季稻田生态系统经济效益的净收益均显著高于CK处理。总之,长期施用有机肥、秸秆还田配施化肥措施均有利于增加双季稻田土壤固碳速率、碳汇效应和经济收益,是提高南方双季稻田土壤有机碳贮量的施肥模式。     

长期不同施肥模式对双季稻田土壤酸解有机氮组分的影响

为明确南方双季稻区长期不同施肥模式对稻田不同耕层(0～10和10～20 cm)土壤酸解有机氮组分及其含量的影响,本研究以长期(36年)定位施肥试验田为平台,系统分析了单独施用化肥(CF)、秸秆还田+化肥(RF)、30%有机肥+70%化肥(OM)和不施肥对照(CK)下双季稻田0～10和10～20 cm土壤酸解有机氮及其组分氨基酸氮、氨基糖氮、铵态氮和酸解未知氮含量的变化特征及其与土壤全氮、有机碳含量的关系。结果表明: 与CK相比,OM和RF处理均显著增加了双季稻田0～10和10～20 cm土壤全氮、碱解氮和有机碳含量。OM、RF和CF处理双季稻田0～10和10～20 cm土壤酸解有机氮含量均显著高于CK,分别比CK增加10.7%～42.6%和12.2%～51.5%。与CF和CK相比,OM和RF处理显著提高了双季稻田0～10和10～20 cm土壤氨基酸氮、铵态氮、酸解未知氮和氨基糖氮含量。不同施肥处理稻田0～10和10～20 cm土壤酸解有机氮和非酸解性氮含量大小顺序均表现为OM>RF>CF>CK。各施肥处理稻田0～10 cm土壤氨基酸氮、铵态氮、氨基糖氮和非酸解性氮含量均高于10～20 cm土壤。土壤酸解有机氮含量与土壤全氮、有机碳含量均存在极显著的正相关关系。综上,RF和OM处理有利于增加双季稻田0～10和10～20 cm土壤有机氮含量,增强稻田土壤供氮能力,提高土壤肥力。     

淮河流域双季稻气候适宜度及其变化趋势

选取淮河流域33个县市1961-2005年的逐日气象数据,运用模糊数学和空间插值方法,对淮河流域双季稻的温度、降水、日照和气候适宜度进行了研究.结果表明:温度和降水是淮河流域双季稻生长的关键气候因子,早、晚稻各气候因子适宜度地域差异明显;其中,早稻气候适宜度由中部平原向东部沿海和西部山区递减,晚稻气候适宜度由南向北递减;温度适宜度以0.01(10a)~(-1)的速率上升,说明温度对淮河流域水稻生长发育产生正效应;日照适宜度以>0.02(10a)~(-1)的速率下降,总的气候适宜度呈下降趋势.

Abstract：

Based on the 1961-2005 meteorological data from thirty three stations in Huaihe River basin, and by using fuzzy mathematics and spatial interpolation methods, the climate suitability of double-cropping rice in this basin were studied. Temperature and precipitation were the key climate factors affecting the growth of double-cropping rice, and the climate suitability of both early-and late rice had strong regional characters. The climate suitability of early rice decreased from central plain area to east coast and west mountain area, whereas that of late rice decreased from south area to north area. Temperature suitability increased at a rate of 0. 01 (10a)~(-1), sug-gesting that temperature had positive effects on the growth and development of double-cropping rice in Huaihe River Basin. Sunlight suitability decreased at a rate higher than 0. 02 (10a)~(-1).The overall climate suitability had a decreasing trend.     

不同生育阶段夜温升高对双季水稻物质生产与养分吸收的影响

利用2间玻璃室内夜间不同的温度条件,研究了水稻生长期间夜温升高对双季早、晚稻物质生产和养分积累的影响.结果表明:播种-幼穗分化期夜温升高增加早稻的干物质积累,而减少晚稻的干物质积累;幼穗分化期-抽穗的夜温升高对早、晚稻的干物质积累均有一定的负作用;抽穗后的夜温升高对早稻物质生产影响较小,但降低其茎鞘物质的转运,而晚稻的干物质生产和茎鞘物质的转运均提高.在早稻幼穗分化前夜温适度升高有利于提高根系活力,促进植株养分的积累,但不利于晚稻植株养分的积累;幼穗分化-抽穗期间的夜温升高均不利于早、晚稻植株的养分积累;灌浆结实期的夜温升高会造成早稻根系早衰,不利于养分吸收,但有利于保持晚稻根系较高活力,促进养分吸收.试验证明,不同生育阶段的夜温升高对双季水稻不同生育阶段的干物质生产和养分吸收的影响是不同的.     

气候变暖背景下南方早稻春季低温灾害的发生趋势与风险

基于《早稻播种育秧期低温阴雨等级》行业标准,利用南方双季早稻种植区178个站点1961—2010年的逐日气温资料,对各站点早稻春季低温灾害发生次数进行突变性分析,根据突变检验结果将研究时段划分为1961—1990年和1991—2010年两个时段,对比分析两个时段内早稻春季低温灾害发生趋势和发生风险的地理分布变化特征。结果表明,与前30a相比,近20a研究区早稻春季低温灾害的发生总体上呈现为由增加趋势转变为减少趋势的特征,低温灾害风险指数高值区以及各等级低温灾害发生概率高值区的范围和大小均有所减小,其中以轻度低温灾害的发生概率最高且概率减小范围最大。可为南方早稻春季低温灾害的动态评估和早稻种植的合理布局提供依据。     

麦棉套作复合根系群体对棉株氮素吸收与分配的影响

在盆栽麦棉套作条件下,于2003～2004年设置麦棉自然根系（麦棉根系和肥水均可相互通过）、麦棉纱网隔根（肥水可相互通过,麦棉根系不能相互通过）和麦棉塑膜隔根（麦棉根系和肥水均不能相互通过）3种麦棉根系处理,运用小麦叶片15N富积标记法和15N同位素稀释法,研究麦棉复合根系群体对棉花氮素吸收与分配的影响．结果表明,在麦棉套作群体中,既存在麦棉共处期小麦对棉花根区氮素的竞争,又存在小麦根区及其所吸收氮素向棉花的转移．棉花根系吸收的15N肥料大多分配到地上部,根系分配的量较少,且麦棉自然根系处理地上部的15N标记肥料氮的吸收率（NUR）最大,纱网隔根处理次之,塑膜隔根处理最少．在麦棉共处期,麦棉自然根系处理棉花的植株从15N标记肥料中吸收的氮占其全氮的百分率（Ndff）和NUR均低于隔根处理．至棉花初花期（小麦已收获,秸秆原位埋入土壤中）,麦棉自然根系处理棉花吸收的氮素主要来源于化学肥料而非秸秆降解物．棉株不同器官所分配的15N标记肥料比例不同,棉花生殖器官中15N含量明显高于其他器官．麦棉自然根系处理棉株生物量也高于隔根处理．