稻草还田方式对双季水稻产量和土壤碳库管理指数的影响

采用田间定位试验,设置不施肥(CK)、单施化肥(NPK)、稻草切碎全量还田+化肥(SNPK)和稻草全部烧灰还田+化肥(SINPK)4个处理,研究不同稻草还田方式对双季稻产量和土壤碳素形态、碳库管理指数的影响.结果表明:2010—2011年两年四季的水稻平均产量SNPK与SINPK处理基本持平,但均显著高于NPK处理,增幅为5.7%～7.3%.与NPK和SINPK相比,SNPK能显著提高早稻产量,增幅在3.8%～8.8%.与单施化肥和稻草烧灰还田相比,SNPK提高了土壤不同形态碳素含量和碳库管理指数,总有机碳、活性碳、矿化碳和碳库管理指数分别提高了1.8%～2.0%、5.9%～6.5%、16.0%～41.6%和7.3%～7.8%.土壤碳库管理指数与早、晚稻产量呈显著抛物线关系,相关系数分别为0.999和0.980.SNPK能显著提高翌年早稻产量及土壤不同形态碳素含量和碳库管理指数.     

Effects of elevated atmospheric CO2 on paddy soil nitrogen content during rice season

Taking the China rice/wheat FACE (Free-Air Carbon Dioxide Enrichment) as a platform, this paper studied the effects of elevated CO2 on the NH4(+)-N and NO3(-)-N contents at different depths of paddy soil in rice season. Under elevated CO2, the NH4(+)-N content in plough layer increased at early growth stage but decreased at late growth stage, and the soil NO3(-)-N content at the depths 5, 15, 30, 60, and 90 cm increased by 46.5%, 36.8%, 23.3%, 103.7%, and 42.7%, respectively, with a significant increase occurred at the depths 60 cm (P < 0.01) and 90 cm (P < 0.05), compared with the control.     

大气CO2浓度升高对稻田土壤氮素的影响

利用中国稻/麦轮作FACE(Free-Air Carbon-Dioxide Enrichment)试验平台,研究大气CO2浓度升高200μmol·mol-1(周围大气中CO2浓度约370 μmol·mol-1)对稻季各生育期不同深度土壤溶液NH+4-N和NO-3-N浓度的影响.结果表明:高CO2浓度条件下耕层土壤溶液NH+4-N浓度在水稻生育前期有所增加,但在生育后期明显下降;大气CO2浓度升高增加了稻季5、15、30、60和90 cm处土壤溶液NO-3-N浓度,分别比对照平均提高了46.5%、36.8%、23.3%、103.7%和42.7%,在60和90 cm处差异分别达到统计上的极显著和显著水平.     

稻草易地还土对丘陵红壤有机质和主要物理性质的影响

选取新垦坡地和熟化旱地2种典型土地利用类型,研究了稻草易地还土对丘陵红壤有机质含量和主要物理性质的影响,并探讨了土壤有机质、田间持水量、容重、孔隙度间的相关性.结果表明稻草易地还土可提高丘陵红壤有机质含量,改良土壤物理性质,增强土壤蓄水性能.与不施肥或化肥处理相比,稻草易地还土提高了耕层(0～20 cm)土壤有机质含量5.8%～28.9%和＞0.25 mm水稳性大团聚体含量;降低了亚表层(10～15 cm)土壤容重,降低幅度为4.5%～7.5%,提高了亚表层土壤的田间持水量和孔隙度,提高幅度分别为6.8%～16.2%和4.8%～7.7%(P＜0.05).相关分析表明,土壤有机质含量(0～20 cm)与亚表层土壤容重(r=-0.799)、孔隙度(r=0.803)、田间持水量(r=0.844)呈极显著相关(P＜0.01);表层、亚表层土壤田间持水量与土壤容重(r=-0.638)、孔隙度(r=0.664)呈显著相关(P＜0.05).     

生活污水尾水灌溉对麦秸还田水稻幼苗及土壤环境的影响

通过盆栽试验研究了麦秸还田下生活污水尾水灌溉对水稻幼苗和土壤环境的影响.测定了不同处理水稻幼苗根系形态、根系活力、分蘖、株高、干物质累积量、土壤亚铁、有机酸、酶活性.结果表明: 与自来水灌溉相比,不施化肥氮时,生活污水尾水灌溉显著提高了水稻移栽后41 d的分蘖数和根系活力;正常施氮肥时,生活污水尾水灌溉显著促进了水稻根系和植株生长,根长、根表面积、根体积、根系活力、水稻分蘖数和干物质累积量均显著高于自来水灌溉处理.生活污水尾水灌溉处理显著降低了土壤Fe²⁺和有机酸含量,土壤脲酶、过氧化氢酶活性等显著提高.生活污水尾水灌溉和施氮耦合能有效缓解秸秆还田初期对水稻幼苗生长的不利影响,改善水稻生长状况,提升土壤肥力和质量.     

Effects of N-fertilizers,straw, and dry fallow on the nitrogen balance of a flooded soil planted with rice

Summary Nitrogen balance studies were made on rice (Oryza sativa) grown in flooded soil in pots. A low rate of fertilizer (5.64 mg N. kg⁻¹ soil) did not depress the N gain, but a high rate (99.72 mg N. kg⁻¹ soil) elminated the N gain. Soil N loss was negligible since¹⁵N applied as ammonium sulfate and thoroughly mixed with the soil was recovered from the soil-plant system after 3 crops. The observed N gain, therefore, was caused by N₂-fixation, not by a reduction of soil N loss. Straw enhanced N gain at the rate of 2–4 mg per g straw. However, this gain was not observed when soil N availability was high. Dry fallow between rice crops decreased the N gain.     

冬作季节土地管理对水稻土CH4排放季节变化的影响

通过温室盆栽试验对水稻土ＣＨ４排放的生节变化及冬作季节土地管理的影响进行了研究,结果表明,冬作季节种植紫云英、淹水休闲及干燥休闲但泡水前施用稻草处理泡水后３０ｄＣＨ４排放量分别高达１３３ｄ观测期总排放量的６７５％、３５．５％及３３．３％,且在泡水后第１３天及水稻移栽后第７、４０、９１天分别出现４个ＣＨ４排放高峰;而种植小麦和干燥休闲但冬作前施用稻草处理泡水后５５ｄＣＨ４排放量才占观测期总排放量的６     

氢醌和双氰胺对种稻土壤N2O和CH4排放的影响

通过盆栽试验,研究了脲酶抑制剂氢醌（ＨＱ）、硝化抑制剂双氰胺（ＤＣＤ）及二者的组合（ＨＱ＋ＤＣＤ）对种稻土壤Ｎ２Ｏ和ＣＨ４排放的影响．结果表明,在未施麦秸粉时,所有施抑制剂的处理均较单施尿素的能显著减少水稻生长期供试土壤Ｎ２Ｏ和ＣＨ４的排放．特别是ＨＱ＋ＤＣＤ处理,其Ｎ２Ｏ和ＣＨ４排放总量分别约为对照的１／３和１／２．而在施麦秸粉后,该处理的Ｎ２Ｏ排放总量为对照的１／２,但ＣＨ４排放总量却较少差别．不论是Ｎ２Ｏ还是ＣＨ４的排放总量,施麦秸粉的都比未施的高出１倍和更多．因此,单从土壤源温室气体排放的角度看,将未腐熟的有机物料与尿素共施,并不是一种适宜的施肥制度．供试土壤的Ｎ２Ｏ排放通量,与水稻植株的ＮＯ－３Ｎ含量和土表水层中的矿质Ｎ量分别呈显著的指数正相关和线性正相关;ＣＨ４的排放通量则与水稻植株的生长量和土表水层中的矿质Ｎ量呈显著的线性负相关．在Ｎ２Ｏ与ＣＨ４的排放间,未施麦秸粉时存在着定量的相互消长关系;施麦秸粉后,虽同样存在所述关系,但难以定量化．     

冬季水分管理方式对稻田CH4排放量的影响

在西南农业大学和华南农业大学农场的田间试验表明 ,长期淹水是我国西南地区冬灌田水稻生长期CH4排放通量高于一般水田的主要原因 .土壤淹水前连续干燥的时间越长 ,水稻生长期CH4排放通量越低 ,但这种作用仅能维持一季水稻生长期 .冬灌田冬季排干 ,种植冬小麦 ,次年水稻生长期CH4平均排放通量可减少 63～ 72 % .如果我国西南地区冬灌田的水利设施能够得到有效改善 ,改冬灌为冬排 ,一年一季水稻为一水一旱 ,将可提高该类土壤生产力和大大减少我国稻田CH4排放总量 .     

大气CO2浓度升高对稻田土壤氮素的影响

利用中国稻/麦轮作FACE(Free-Air Carbon=Dioxide Enrichment)试验平台,研究大气CO₂浓度升高200 μmol·mol^-1(周围大气中CO₂浓度约370 μmol·mol^-1)对稻季各生育期不同深度土壤溶液NH₄⁺-N和NO₃^--N浓度的影响.结果表明：高CO2浓度条件下耕层土壤溶液NH₄⁺-N浓度在水稻生育前期有所增加,但在生育后期明显下降;大气CO₂浓度升高增加了稻季5、15、30、60和90 cm处土壤溶液NO₃^--N浓度,分别比对照平均提高了46.5%、36.8%、23.3%、103.7%和42.7%,在60和90 cm处差异分别达到统计上的极显著和显著水平.     

施用秸秆对淹水土壤镉、铜溶出的影响

污染土壤中重金属的溶出直接关系到重金属在环境中的迁移及生物有效性.以小麦、水稻秸秆为材料,在淹水培养的条件下研究了添加秸秆对污染土壤Cu、Cd溶出的影响及其与溶解有机碳(DOC)的关系.结果表明:添加秸秆可显著促进Cu、Cd的溶出,促进效应随秸秆用量的增加而提高;与Cd相比,Cu的溶出对添加秸秆更为敏感,麦秸处理Cu、Cd的峰值浓度平均比稻秸处理分别提高98%和31%;麦秸处理DOC的峰值浓度平均比稻秸处理提高约40%;Cu、Cd的溶出与土壤溶液中DOC呈极显著正相关,相关系数分别为0.9072和0.8695;DOC对Cu溶出的促进效率是对Cd溶出促进效率的4倍.     

覆被对桔园旱季土壤水分变化和利用的影响

稻草覆盖和自然覆被是解决红壤丘陵区季节性干旱的有效措施.2005～2006年在桃源农业生态试验站进行了稻草覆盖和自然覆被对桔园降雨入渗、土壤蒸发、土壤水分调控和利用结构影响的研究,结果表明:稻草覆盖和自然覆被更有利于雨水的储存和向深层入渗,雨后48h分别比裸地土壤储水增量多3.33mm和1.33mm,降雨入渗深度分别为40cm和80cm.此外,稻草覆盖和自然覆被分别抑制了69.10%和36.53%的土壤蒸发,其蒸发抑制作用在午间高温时段表现尤为明显,使得更多的水分以植物蒸腾(稻草覆盖15.71%、自然覆被7.30%)和土壤蓄留的方式支出,并且分别降低了20.55mm(稻草覆盖)和14.33mm(自然覆被)的水分支出.覆被下土壤水分结构发生明显改变,0～20cm土层受外界条件影响较大,土壤水分变异系数较大,自然覆被由于覆盖的植被消耗表层水分,水分亏缺较大,平均含水量为稻草覆盖>裸地>自然覆被;20～80cm土壤水分变异减小,平均含水量稻草覆盖>自然覆被>裸地;120～160cm深土层中,自然覆被下土壤水分得不到补给,变异系数增大,稻草覆盖和裸地水分变化稳定,平均含水量稻草覆盖>裸地>自然覆被.     

Effects of various straw incorporation strategies on soil phosphorus fractions and transformations

Returning straw to the field is an effective method for optimizing the soil phosphorus (P) availability, in which bacteria play an important role. However, the effects of various straw incorporation strategies on P transformation between different soil P pools remain unclear. In this study, variations in soil P fractions, phosphatase activities and the abundance of phosphatase genes (phoD, phoX and phoC) as well as a P-solubilizing gene (pqqC) at DNA (total) and cDNA (transcribed) levels were analysed in three straw incorporation treatments, including chopped straw (StrawD), straw compost (Compost) and straw-derived biochar (Biochar), and control (no straw, CK). Compared with the CK, the moderately labile inorganic P (NaOH I-P_i) content significantly decreased and the non-available P (Residual P) content significantly increased in the StrawD treatment. At the same time, phosphodiesterase (PD) activity and the transcribed phoC and phoX genes as well as total pqqC gene abundance significantly increased in the StrawD treatment, suggesting that the input of chopped straw stimulated P transformations from both organic and inorganic P pools. In addition, the stable P_i (NaOH II-P_i) content and total pqqC gene abundance in the Biochar treatment were significantly higher than that in the CK, indicating that the input of biochar increased the NaOH II-P_i that could release available P by Pi-solubilizing bacteria. In comparison to the CK, the Compost input significantly decreased one labile Pi (resin-P_i) only. However, its P fractions were significantly different from that of CK, Biochar and StrawD treatments, suggesting that the effects of compost input on P should not be ignored. In conclusion, chopped straw input increased soil P transformation but not available P, biochar input may promote inorganic P transformation, and compost input has a latent effect on P transformation. The study provided a comprehensive understanding of straw incorporation strategies for regulating soil P availability.     

长期秸秆黑炭施加对石灰性潮土肥力、固碳及氨挥发的影响

通过5年10季的小麦/谷子轮作盆栽试验,持续观测了每季0、2.25和22.5 t·hm^-2黑炭施用下作物生长和土壤性质变化及氨挥发数量.结果表明:相同NPK肥施用下,与不施黑炭处理相比,黑炭处理能促进作物生长,提高土壤养分供应.22.5 t·hm^-2黑炭处理下5年作物累积籽粒和秸秆产量分别增加24.1%和74.1%;相应地上部N、P和K累计吸收量分别增加93.5%、71.2%和46.3%;轮作结束后土壤有效P、K含量及阳离子交换量分别提高262%、274%和58.3%,有机碳提高843%,C/N增至25,容重降低46.6%,土壤pH值则无明显变化.2.25和22.5 t·hm^-2黑炭处理的黑炭表观分解率为每年3.5%~5.7%.高量黑炭施用可导致氨挥发数量增加,22.5 t·hm^-2黑炭处理下10季氨挥发总量增加102%.     

夏闲期轮耕对小麦田土壤水分及产量的影响

2007-2010年在宁南旱区研究了夏闲期免耕/深松/免耕(T1)、深松/免耕/深松(T2)、连年翻耕(CT)3种耕作方式对麦田土壤水分及产量的影响.结果表明:经过3年夏闲期T1和T2处理后,农田土壤蓄水效率平均分别较连年翻耕处理提高15.2％和26.5％;T1和T2处理的降水潜在利用率较高,分别达到37.8％和38.5％,降水生产效率平均分别较连年翻耕处理提高9.9％和10.7％.夏闲期轮耕能显著降低休闲期的土壤无效蒸发,有效保蓄小麦生长期的土壤水分.在冬小麦生长前期,T1和T2处理0～200 cm土层土壤水分平均分别较连年翻耕处理增加6.8％和9.4％;在拔节-抽穗-灌浆期,与连年翻耕处理相比,两处理可显著提高0 ～ 200 cm土层土壤蓄水量,对作物产量的贡献率较高.不同轮耕模式在增加作物耗水量的同时也提高了作物产量及水分利用效率,与CT处理相比,3年T1和T2处理作物耗水量平均分别提高5.2％和6.1％,产量分别增加9.9％和10.6％,作物水分生产效率分别提高4.5％和4.3％.相关分析表明,在干旱缺水的宁南地区,冬小麦播种期、拔节-抽穗-灌浆期的土壤蓄水量可显著影响产量,尤其抽穗期的土壤蓄水量对产量的影响更大.     

冬季水分管理方式对稻田CH4排放量的影响

在西南农业大学和华南农业大学农场的田间试验表明,长期淹水是我国西南地区冬灌田水稻生长期CH₄排放通量高于一般水田的主要原因.土壤淹水前连续干燥的时间越长,水稻生长期CH₄排放通量越低,但这种作用仅能维持一季水稻生长期.冬灌田冬季排干,种植冬小麦,次年水稻生长期CH₄平均排放通量可减少63～72%.如果我国西南地区冬灌田的水利设施能够得到有效改善,改冬灌为冬排,一年一季水稻为一水一旱,将可提高该类土壤生产力和大大减少我国稻田CH₄排放总量.     

秸秆还田对水稻固碳特性及产量形成的影响

以中浙优1号为材料、秸秆不还田为对照,在大田试验条件下研究了不同秸秆还田量（4000、6000、8000 kg·hm^-2）对水稻群体干物质积累、运转、植株固碳及产量形成的影响. 结果表明： 与对照相比,秸秆还田处理的水稻群体干物质积累总量平均增加63.03 g·m^-2,以6000 kg·hm^-2处理的干物质积累量最高,比对照增加154.40 g·m^-2;在水稻各生育阶段中,秸秆还田处理对分蘖盛期—齐穗期干物质积累的影响最为明显,干物质积累量比对照平均增加71.25 g·m^-2;与对照相比,秸秆还田处理的茎叶干物质输出率和表观转变率分别平均增加4.2%和3.7%,均以6000 kg·hm^-2处理最高,分别为12.8%和11.1%.秸秆还田处理的群体植株固碳量比对照平均增加55.38 g·m^-2,以6000 kg·hm^-2处理的增幅最大,为17.8%;从固碳量在各器官中的分配来看,秸秆还田有利于生育前期茎叶固碳量的积累和生育后期固碳量向穗部的分配.秸秆还田处理的水稻产量比对照平均增加794.59 kg·hm^-2,增幅9.5%,其中6000和4000 kg·hm^-2处理的产量均显著提高,而8000 kg·hm^-2处理的产量增加不显著;从产量构成因素来看,秸秆还田处理单位面积有效穗数的增加是增产的主要原因,平均增加8.4穗·m^-2.     

休闲期深翻时间对旱地麦田土壤水分特性和小麦产量的影响

通过3个年度田间试验,研究了休闲期深翻时间对小麦播前0～200 cm土壤蓄水、生育期耗水及生长发育的影响.结果表明: 休闲期蓄水量受深翻时间、休闲期降雨量和降雨分布的影响.随休闲期深翻时间的推迟,0～200 cm土壤蓄水量先升高后降低,8月上中旬深翻蓄水效果好,较7月中旬深翻多蓄水23.9～45.8 mm;休闲期降雨多或集中在8—9月有利于增加土壤蓄水.休闲期适时深翻可增加土壤蓄水量,促进小麦对氮、磷的吸收,增加冬前茎数和成穗数,8月中上旬深翻较7月中旬深翻增产3.7%～18.2%.产量与休闲期0～200 cm土壤蓄水量、生育期各层土壤耗水量呈正相关,且受春季小麦生育关键期降雨影响较大,降雨多时相关性低,否则相关性高.深翻时间对生育期60～140 cm土层耗水量影响较大.当前耕作条件下,山西南部丘陵旱地在立秋(8月6日)前发挥留高茬和麦秸覆盖的保墒作用,立秋后至处暑(8月21日)期间深翻可提高土壤渗水特性,纳秋雨多蓄水,增加小麦冬前茎数和成穗数,使产量增加.