“双季稻-鸭”共生生态系统稻季磷循环

稻鸭共生是对中国传统农业稻田养鸭的继承与发展。在长江流域双季稻主产区湖南布置了稻田养鸭田间对比试验,以常规稻作为对照,采用投入产出法,分析"稻鸭共生"生态系统P的输入输出及循环情况。结果表明:"早稻-鸭"共生生态系统P输出为52.28kg·hm-2,其中鸭产品P为1.71kg·hm-2;"晚稻-鸭"共生生态系统P输出为83.24kg·hm-2,其中鸭产品P为6.17kg·hm-2;在早、晚稻两季,"稻鸭共生"系统在目前的P养分投入水平下,降低了土壤P的亏缺量;鸭子系统P输入主要来自系统外投入的饲料P;鸭粪P在系统内循环利用,两季循环率分别为12.5%和13.5%;两季稻作后,"稻鸭共生"土壤截存的P量为195.41kg·hm-2,比常规稻作显著提高了36.9%;"稻鸭共生"可对稻田土壤增加鸭粪P为17.75kg·hm-2。     

“双季稻-鸭”共生生态系统稻作季节氮循环

“稻鸭共生”是对我国传统农业稻田养鸭的继承与发展.2010年5-10月在长江流域双季稻主产区湖南布置了稻田养鸭田间试验,以常规稻作为对照,研究了早、晚稻两季“稻鸭共生”生态系统氮(N)循环特征.结果表明：“早稻-鸭”共生系统N输出是239.5 kg·hm^-2,其中鸭产品N是12.77 kg·hm^-2.“晚稻-鸭”共生系统N输出是338.7 kg·hm^-2,其中鸭产品N是23.35 kg·hm^-2.在早、晚稻两季,“稻鸭共生”系统在目前的N养分投入水平下,土壤均存在N亏缺;鸭子系统N输入主要来自系统外投入的饲料N;鸭粪N作为系统内被循环利用的养分,早、晚稻两季循环率分别为2.5%和3.5%.两季稻作后,土壤截存的N量是178.6 kg·hm^-2.     

"稻鸭共生"生态系统稻季N、P循环

稻鸭共生是对我国传统农业稻田养鸭的继承与发展。在长江流域双季稻主产区湖南布置了稻田养鸭田间试验,以常规稻作为对照,研究"稻鸭共生"生态系统N、P循环。结果表明:"稻鸭共生"生态系统N、P输出分别为153.50 kg/hm²和59.03 kg/hm²,其中鸭产品N、P输出分别是23.98 kg/hm²和3.10 kg/hm²;"稻鸭共生"系统在目前的N、P养分投入水平下,土壤存在严重的N和P亏缺;鸭子系统N、P输入对系统外饲料投入依赖高,自持能力较差;鸭粪N、P参与当季的稻田养分循环,其循环率分别为10.66%和28.16%。     

"双季稻-鸭"共生生态系统C循环

"稻鸭共生"是对我国传统农业稻田养鸭的继承与发展。在双季稻主产区湖南布置了稻田养鸭田间对比试验,以常规稻作为对照,采用投入产出法,分析"稻鸭共生"生态系统C的输入输出及循环情况。结果表明:"早稻-鸭"生态系统碳输出中,水稻籽粒C占42.21%;水稻秸秆C占38.42%;气态C(CH4和CO2)占18.50%;鸭产品C仅占0.87%。"晚稻-鸭"生态系统碳输出中,水稻籽粒C占53.80%;水稻秸秆C占35.12%;气态C占8.67%;鸭产品C仅占1.07%。两季稻作里,"稻鸭共生"土壤截存C量是2103.2 kg/hm2,水稻植株地上部分固定的C量是15109.96 kg/hm2,水稻根固定的C量是1261.34 kg/hm2,归还给土壤的鸭粪C量是229.87 kg/hm2。鸭子系统C输入主要来自系统外投入的饲料C,早稻季鸭所食的杂草C和害虫C分别为60.53 kg/hm2和2.75 kg/hm2,晚稻季鸭所食的杂草C和害虫C分别为3.64 kg/hm2和6.73 kg/hm2。对"双季稻-鸭"共生生态系统的碳收支与平衡的分析表明,"稻鸭共生"生态系统是碳汇,且固碳潜力大于常规稻作。     

稻鸭共作生态系统中N2O排放及经济效益评价

稻鸭共作技术是中国传统农业的精华,研究稻鸭共作生态系统中N2O排放产生的环境效应并对其经济价值进行评价,为进一步开发利用这一经典农艺提供理论基础和实践依据.采用静态箱技术,研究稻鸭共作生态系统N2O排放规律,并运用增温潜势对稻鸭共作生态系统N2O排放的温室效应及经济效益进行了估算.结果表明,稻鸭共作生态系统N2O排放呈现明显的日变化和季节变化.N2O日变化与鸭子的活动呈现明显的相关性,其排放峰值出现在清晨和16:00;N2O季节变化幅度较大,排放峰值出现在水稻成熟期.在施用等量基肥条件下,稻鸭稻田排放的N2O高于常规稻田,其平均排放通量分别为(149 46±25.81)μg·m-2·h-1和(138.84±25.26)μg·m-2·h-1,产生的温室效应成本分别为283.14yuan·hm-2和265.47yuan·hm-2.除去N2O排放产生温室效应的环境成本,采用稻鸭生态种养技术的经济效益为7687.66yuan·hm-2,比常规不养鸭稻田增加1932.33 yuan·hm-2.可见,稻鸭共作技术仍具有较好的推广价值.     

免耕稻-鸭生态种养技术的环境经济学分析

采用田间试验及环境经济学方法研究免耕稻-鸭生态种养技术的生态、经济效益。试验结果表明:农户采用免耕稻-鸭生态种养技术对稻田杂草的控制效果显著;在晚稻分蘖盛期和孕穗期,采用免耕稻-鸭生态种养技术对稻二化螟防效达100%,稻纵卷叶螟发生率分别比免耕抛秧不养鸭的稻田低48.05%、93.55%,免耕抛秧养鸭稻田中水稻纹枯病的病株率比免耕抛秧不养鸭的稻田分别低48.15%、38.21%;在稻田甲烷排放高峰期(晚稻分蘖始期-分蘖盛期),免耕抛秧养鸭对甲烷排放的控制效果明显,分别比翻耕抛秧不养鸭稻田、免耕抛秧不养鸭稻田的甲烷排放量减少4.723g/m2、2.333g/m2,晚稻整个生育期间,免耕抛秧养鸭稻田甲烷排放量比免耕抛秧不养鸭稻田减少3.37g/m2,比翻耕抛秧不养鸭稻田减少5.59g/m2;免耕可节约灌溉用水1300m3/hm2。环境经济学分析结果表明:采用免耕稻-鸭生态种养技术的农户比采用免耕抛秧不养鸭技术或采用翻耕抛秧不养鸭技术的农户分别增加财务净收益2166yuan/hm2、4207yuan/hm2;免耕抛秧养鸭获得的经济净效益为4062yuan/hm2,而免耕抛秧不养鸭、翻耕抛秧不养鸭的经济净效益分别为1592yuan/hm2、-997yuan/hm2。免耕稻-鸭生态种养技术既能充分发挥稻-鸭复合生态系统的生态和经济效益,又能较好地克服免耕给生态环境带来的不利影响,是一种很有发展潜力的可持续农业生产模式,具有良好的推广和发展前景。     

湿地稻-鸭复合系统的CH_4排放规律

采用小区试验。大田试验研究湿地稻—鸭复合生态系统甲烷排放规律。稻鸭复合生态系统中甲烷排放随季节变化。在早稻—晚稻耕作制度条件下,6月上旬和7月底分别有2个高峰。早稻与晚稻的排放规律也各异。早稻甲烷排放峰值出现在水稻幼穗分化期。最高值为13．693mg／(m^2．h)．晚稻峰值出现在分蘖盛期。可达23．145—105．595mg／(m^2．h)。养鸭处理与常规栽培甲烷排放差异达极显著水平。稻田养鸭的早稻生育期间甲烷排放总量为5．517g／m^2。传统栽培为9．89g/m^2。稻田养鸭的晚稻生育期间排放总量为10．113g／m^2。传统栽培为17．054g／m^2。稻田养鸭与传统栽培比较．土壤氧化还原电位增加15．3mV．还原物质总量、活性还原物质总量、活性有机还原物质总量分别降低0．365cmo1／kg、0．242cmo1／kg和0．180cmo1／kg。土壤氧化还原特性影响甲烷排放通量．土壤还原物质总量、活性还原物质及活性有机还原物质数量与甲烷排放通量的相关系数分别为0．805、0．791、0．769。湿地稻鸭复合生态系统土壤氧化还原状况改善是甲烷排放减少原因之一。     

长白山高山冻原生态系统三种养分含量的空间分布

对长白山高山冻原生态系统中 3种养分 (N、P和 S)在植被 -凋落物 -土壤中的空间分布规律进行了研究。结果表明 :(1)在长白山高山冻原植被亚系统中 ,3种养分总含量分布规律是石质高山冻原 (ST) >典型高山冻原 (TT) >沼泽高山冻原 (WT) >草甸高山冻原 (MT) >石海高山冻原 (RT) ;3种养分积累总量为 72 .4 6 kg· hm- 2 ,其中 N、P和 S分别是 4 8.5 5 kg· hm- 2 ,10 .33kg· hm- 2 和 13.6 1kg· hm- 2 ;生物量与养分积累分布规律是 WT>TT>MT>ST>RT。 (2 )在长白山高山冻原凋落物亚系统中 ,平均凋落物量是 1.96 kg· hm- 2 ;3种养分积累总量为 :82 .5 kg· hm- 2 ,其中 N、P和 S分别是 4 6 .2 8kg· hm- 2 ,2 1.14 kg· hm- 2 和 15 .0 8kg· hm- 2 ;养分积累总量分布规律是 TT>WT>RT>MT>ST。 (3)长白山高山冻原土壤 (0～ 2 0cm)亚系统中 ,养分积累总量为 39.6 t· hm- 2 ,其中 N、P和 S分别是 2 3.76 t· hm- 2 ,5 .86 t· hm- 2和 9.98t· hm- 2。 4 )在长白山高山冻原生态系统中 ,3种养分总积累量为 4 0 6 4 4 .98kg· hm- 2 ,其中 N、P和 S分别是 2 4 734.85 kg· hm- 2 ,10 0 18.7kg·hm- 2 和 5 891.4 3kg· hm- 2 ,土壤库是长白山高山冻原的主要养分储存库     

养鸭数量对CH4排放的影响

探讨不同养鸭数量对稻田甲烷(CH4)排放的影响,为确定稻鸭共育模式中最佳养鸭数量提供环境学支撑.运用静止箱原位采样技术测定了不同养鸭数量的稻田甲烷排放通量、稻田土壤化学性质、产甲烷细菌种群数量以及水层溶解氧含量.结果表明,不同养鸭数量稻田水层溶解氧含量间差异显著(p＜0.01),养鸭数量越多,溶解氧含量越高.20只鸭/667m2 稻田的水层溶解氧含量最大,与对照比,早稻增加了2.2%～68.7%,晚稻增加了11.07%～110.77%;养鸭稻田土壤还原物质含量减少,产甲烷细菌数量下降.不同养鸭数量的稻田甲烷排放量之间差异显著,养鸭数量越多,甲烷排放量越少,与对照比,早稻减少了18.22%～28.13%,晚稻减少了17.73%～34.44%.相关分析表明,甲烷排放通量与水层溶解氧含量呈极显著负相关(p＜0.001),与土壤还原物质含量及产甲烷细菌数量呈显著正相关(p＜0.01).因此,稻鸭共育减排甲烷的主要原因是养鸭提高了水体和土壤中溶解氧含量,增加养鸭数量促进甲烷减排.     

华北平原典型农田氮素与水分循环

华北平原近几十年的粮食生产伴随着强烈的地下水开采和化肥投入.高强度的农业活动改变了农田生态系统原有的物质循环和能量过程,同时给地区水土资源乃至粮食安全带来潜在的风险.本文通过对近20年有关华北平原冬小麦-夏玉米典型农田氮素循环、水分循环研究的分析,并结合气象数据及田间试验观测结果,综合计算得到该一年两熟轮作农田生态系统氮水循环的主要通量.在氮素循环方面,华北平原小麦-玉米轮作体系农田每年经由化肥施入的氮素约为523 kg N·hm-2,有机肥施入74 kg N·hm-2,大气沉降23 kg N·hm-2,灌溉水带入12 kg N·hm-2,共632 kg N·hm-2;在主要的氮素输出项中,作物吸收289kg N·hm-2,土壤残留77 kg N·hm-2,淋失到根区外104 kg N·hm-2,氨挥发52 kg N·hm-2,硝化-反硝化过程损失10 kg N·hm-2,共计532 kg N·hm-2.由于各研究案例本身以及综合分析时纳入的不确定性,致使氮素收支并不平衡.在水分循环方面,年平均降水量557 mm,灌溉量340 mm,蒸散约762 mm,根区向下的入渗量约135 mm.鉴于氮水平衡过程的不确定性,应尽快开展多学科并举的大型农田氮水耦合试验研究,揭示氮素与水分在土壤-植物-大气系统的运移转化规律,以及两者相互影响制约的机制和特定生理化学过程的临界点/阈值的确定,以实现水土资源的可持续利用.     

鸭稻共作生态系统的实践与理论问题探讨

鸭稻共作技术作为一项环保性生态农业技术,现已在亚洲许多国家和我国多个省份得到应用和推广。为了使鸭稻共作技术模式更好地、更科学地推广应用,还有很多实践和理论问题需要加以研究探索和解决,主要包括:(1)水稻品种和鸭子品种的筛选问题;(2)鸭稻共作模式系统的结构优化问题;(3)鸭子的生态学功能过程及其内在机理有关的科学问题;(4)水稻病虫害的综合防治问题;(5)稻田土壤肥力维持问题;(6)田间日常管理问题;(7)鸭子饲料来源问题;(8)稻田鸭子的疫病综合防治问题;(9)鸭稻共作技术模式的标准化问题;(10)鸭稻共作技术模式的经济效益问题。     

稻鸭、稻鱼共作生态系统土壤可溶性有机N的动态和损失

通过田间试验研究了稻鸭、稻鱼共作生态系统土壤可溶性有机N(SON)的动态和损失,及其与土壤微生物量N和水稻吸N量的相关性.结果表明,(1)土壤SON是稻田土壤主要的可溶性N,其中处理CK,RD和RF土壤SON库分别为121.16, 109 30 和113.71 kg/hm2,高于土壤无机N库.(2)土壤SON与土壤可溶性无机N显著正相关(p<0.01);在水稻生育期间,土壤SON含量随水稻的生长而逐渐降低;同时由于鸭和鱼的存在,处理RD和RF土壤SON含量显著低于处理CK;土壤SON与水稻累积吸N量呈显著负相关(p<0.01),表明水稻生长强烈影响着土壤SON.(3)在水稻生长前期,渗漏水各形态N含量最大;溶解性有机N(DON)是稻田渗漏水N素的主要形态;同时,统计分析显示,相对于处理CK,RF土壤SON的下渗淋失量显著降低,RD土壤SON的下渗淋失量则略为降低.(4)水稻生育期间,土壤微生物量N不断地变化着,此外,由于鸭和鱼的存在,相对与处理CK,处理RD和RF土壤显著的提高了土壤MBN.同时,由于水稻吸收和N的淋失,土壤微生物量N与土壤SON不相关.总之,在水稻生长期间,土壤可溶性有机N受水稻吸N、微生物吸N与分解和N淋失的共同作用.     

鸭稻共作生态农业模式的功能与效益分析

对鸭稻共作生态农业模式的结构、功能和效益进行了综合分析。结果表明,鸭子和水稻可以较好地全天候地同生共长在稻田生态系统中,平均每公顷大约300-375只鸭子。利用鸭子的野性和杂食性在一定程度上可防除病、虫、草害,提高土壤肥力,因而可代替人耕耙田、施肥、施药等,避免了农药和化肥的大量投入;鸭群的活动可刺激和促进水稻的生长发育。利用这种模式可以生产出有机食品或绿色稻米,其经济效益比常规稻作高。鸭稻共作系统的每公顷净收入比常规稻作系统要高出808.5元。若按绿色食品价格高出同类商品市场价格的20%计算,则鸭稻共作系统每公顷比常规稻作系统大约多增加2000元左右的收入。这种模式的推广应用可产生良好的生态-经济-社会效益。     

稻鸭共生对稻田水生动物群落的影响

通过稻田共生的田间试验,利用水生动物取样的方法,对稻鸭共生中稻田水生动物的种类及数量进行定性定量分析。结果表明:各类水生动物的种类数与水的动静有关,放鸭越多,种类数越少,水源区最少,为15种;且稻田水生动物种类出现频次的分布符合C.R aunk iaer频度定律。各类水生动物的数目和生物量均按水源区、对照区、少鸭区、多鸭区的顺序下降。用M arga lef多样性指数公式计算各处理的多样性指数,以对照稻田的多样性指数2.15为最高,水源区和放鸭的稻田均不高,放鸭越多,多样性指数越低。     

稻鸭共作对稻田水体环境的影响

通过田间对比试验,研究了稻鸭共作技术对稻田水体环境性质的影响.结果表明：稻鸭共作能够降低稻田表层水体的温度与pH值,提高电导率、氧化还原电位、混浊度和总氮、总磷、总钾三大营养元素的含量,其中总氮、总磷、总钾的含量分别比常规稻作增加1.85～5.06倍、2.01～8.70倍和42.79%～109.18%.说明稻鸭共作对改善水体理化性质、提高有效肥力供应,进而优化稻田生态环境和促进水稻的生长发育均具有积极作用.     

稻鸭共作对稻田氮素变化及土壤微生物的影响

通过田间试验研究稻鸭共作生态系统中土壤与田面水全N、无机N的动态变化及水稻吸N的规律和土壤微生物数量的变化规律.结果表明,(1)与常规稻作相比,稻鸭共作稻田土壤、田面水全N含量略有提高,土壤、田面水NH 4含量和水稻含N量显著提高,而土壤、田面水NO-3含量无明显变化;(2)稻鸭共作极显著提高了水稻总吸N量,高于常规稻作17.8%;相关分析显示,水稻吸N量与NH 4含量呈一元二次方程式关系,达到显著或极显著相关.(3)与常规稻作相比,稻鸭共作能显著提高土壤微生物数量,其中细菌数最多,放线菌次之,真菌最少.