长期不同施肥下水稻产量及土壤有机质和氮素养分的变化特征

利用开始于1982年的湖南祁阳官山坪水稻长期(1982-2010年)定位试验,研究不同施肥条件下水稻产量及土壤有机质、氮素养分的动态变化特征,试验设置NPK、NPKM(M为牛粪)、 NPM、NKM、PKM、M和CK等7个处理.28年长期不同施肥处理结果表明：肥料的施用均能提高土壤有机质、全氮、碱解氮含量和水稻产量.氮、磷、钾化肥+有机肥(NPKM)处理的水稻产量一直保持最高水平,氮、磷、钾化肥(NPK)处理随着试验年限的延长呈下降趋势,其水稻产量逐渐低于其他施肥处理.单施有机肥或有机无机肥配施各处理土壤有机质含量在试验开始后的前16年有一个快速增加的过程,之后略有下降,然后仍保持增长趋势;NPK化肥处理土壤有机质含量仅在试验开始后的前8年增加较快,之后在一个相对稳定的范围内波动.各施肥处理在试验开始后的前8年内土壤全氮含量均呈快速积累趋势,以NPKM处理增幅最大.各施肥处理土壤碱解氮含量在试验开始后的前12年增加较慢,平均每年增加0.66～2.25 mg·kg^-1,1994-1998年增加较快,平均每年增加6.45～32.45 mg·kg^-1;1998年之后,各施肥处理土壤碱解氮含量均略有下降,其中,有机无机肥配施处理增加较快,单施化肥处理增加较慢.表明有机肥的施用是红壤性水稻土有机质和氮素营养水平稳定提升的关键措施,是红壤稻田土壤可持续利用的重要保障.     

不同耕作方式下稻田土壤的氮素形态及氮素转化菌特征

在水稻不同生育期分层采集稻田土壤剖面样品,研究不同耕作方式（常耕CT、免耕NT、稻草还田常耕CTS、稻草还田免耕NTS）、不同土层稻田土壤的氮素（N）形态及氮素转化菌特征.结果表明：在N素转化菌方面,水稻整个生育期0～5 cm土层氨化细菌的数量以NTS处理最多;0～5 cm和5～12 cm土层亚硝化细菌数量CT处理高于NT处理,12～20 cm土层则相反;NTS较CTS处理降低了0～20 cm土层的亚硝化细菌和反硝化细菌数量;在水稻拔节期和成熟期,NT处理较CT处理提高了0～5 cm土层的嫌气性固氮菌数量.在N素形态方面,水稻整个生育期NT处理碱解N和全N较集中分布在0～5 cm土层,明显高于CT处理,而5～12 cm和12～20 cm土层比CT处理低;12～20 cm土层的铵态氮和硝态氮含量NT与CT处理差异不显著,而NTS处理0～20 cm土层的铵态氮和硝态氮含量均有所提高.相关分析和多元回归分析表明,铵态氮与氨化细菌、亚硝化细菌、反硝化细菌正相关程度最高,而碱解氮与嫌气性固氮菌正相关程度最高,均达极显著水平.综合各土层氮素转化菌数量与不同形态N含量,NTS更有利于稻田氮素供应与养分积累.     

不同农作方式红壤坡耕地土壤氮素流失特征

采用径流小区法研究了6种不同农作方式土壤N素的流失特征。结果表明,同顺坡农作方式相比,其它农作方式均有明显控制土壤N素流失的作用,水平草带、水平沟、等高耕种、休闲、等高土埂等农作方式分别减少土壤N素流失量43．46％、46．55％、71．36％、77．05％和87．92％,等高耕种、等高土埂、休闲等农作方式控制土壤N素流失优于水平沟和水平草带农作方式,坡耕地土壤N素的流失途径主要为径流流失,约占土壤N素流失量81．9％－93．4％,径流流失的N素中又以水溶态N素为主,约占径流流失N素的78％－87．6％,坡耕地土壤N素流失主要集中在5－8月份,占全年流失量的85％－100％。     

太湖地区氮肥减量对水稻产量和氮素流失的影响

为明确太湖地区高产稻田适宜施氮量,以减轻农田化肥过量投入所带来的农业面源污染,本研究在调查农户稻田氮肥施用量的基础上,采用基肥机械深施和秸秆还田,设置不施氮肥(N0)为对照,当地习惯施氮水平360 kg·hm~(-2)(N1)以及在此基础上减少氮肥施用量的10%(N2)、20%(N3)、30%(N4)等5个处理,研究其对水稻产量和农田地表径流养分流失量的影响。结果表明:N2处理水稻产量与N1处理大致相当;N2处理水稻产量高的主要原因是由于其经济系数较高;N2处理较N1处理地表径流总氮流失量减少9.2%;从N1到N4处理,减少氮肥施用量,减少了农田总氮流失率,但N2和N1处理差异不显著;从水稻氮素偏流失率来看,每生产百千克稻谷,N2处理的氮素流失量最少。认为通过基肥机械深施和秸秆还田,在太湖地区习惯施氮水平的基础上减氮10%,在保证水稻产量的同时,减少了农田地表径流总氮流失量和水稻氮素偏流失率,并使稻田氮素流失率保持在较低水平。     

不同有机无机复混肥对水稻产量和氮素利用率的影响

通过田间试验,研究了菜粕堆肥、猪粪堆肥和中药渣堆肥有机无机复混肥与化肥对常优1号水稻产量、氮素利用效率、土壤供氮特征以及土壤微生物多样性的影响.结果表明：各施氮肥处理的稻谷产量（7918.8～9449.2 kg·hm^-2）均显著高于对照（6947.9 kg·hm^-2）,其中有机无机复混肥处理的稻谷产量(8532.0～9449.2 kg·hm^-2)显著高于化肥处理（7918.8 kg·hm^-2）,比化肥处理增产7.7%～19.3%;菜粕堆肥、猪粪堆肥、中药渣堆肥有机无机复混肥处理的氮素积累量、氮素转运率、氮素回收率和氮肥农学利用效率及生理利用效率均显著高于化肥处理;有机无机复混肥处理明显提高了土壤矿质氮含量,改善了土壤供氮特性,提高了氮利用率;对各处理土壤DNA条带采用邻接法分析显示：5个处理土壤样品可分为三大族群,化肥与对照处理为第一族群,猪粪堆肥、中药渣堆肥处理为第二族群,菜粕堆肥处理属第三族群.表明施入外源有机物质(菜粕、猪粪与中药渣)可能会改变土壤的细菌群落结构,而施入化肥对土壤的细菌群落结构影响较小.     

不同土壤覆盖物对旱作水稻生长和产量影响

在四川盆地通过田间试验研究了不同覆盖物对旱作水稻植株生长及产量的影响。结果表明,在有效铁含量较高而有效锰含量较低的土壤上,覆盖地膜及传统淹水处理在整个生育期没有表现缺锰症,而覆盖麦秆处理前期分蘖能力差,生长缓慢,表现严重的缺锰症。在覆麦秆处理裂区灌施2‰的MnSO4溶液（每次450kg/hm^2）两次后,水稻株高、分蘖和生物量都迅速增加,说明覆麦秆处理水稻受到了锰的胁迫。其原因与地膜处理明显提高土壤温度,而覆麦秆处理却具有降温作用有关。试验还发现,灌施锰肥能够补偿温度降低所造成的不利影响,水稻产量以覆地膜处理最高,其次是覆秆灌锰处理,再是是传统淹水处理,覆麦秆未灌施锰肥处理产量最低,后与其它处理差异也达极显水平。覆地膜条件下,水稻产量随施氮量的提高而提高,但当施氮量为150kg/hm^2后产量变化不大。与传统淹水相比,覆盖旱作处理显降低总耗水量,节水率达63.1%;并在产量基本不变或有所提高的前提下,提高水分利用效率2－3倍。     

水蚀条件下不同土壤氮素和有机质流失规律

人工模拟施水冲刷试验研究结果表明,随施水冲刷强度的增大,不同土壤硝态氮、铵态氮、有机质和全氮流失加剧,泥沙全氮和有机质富集程度减少;当给不同土壤施等量的硝酸铵时,发现随径流流失化肥的铵态氮和硝态氮分别占施入量的０．９％－３．５％和８．２％－１９．７％,硝酸铵主要随径流流失,以泥沙颗粒流失量甚微;土壤侵蚀、有机质和全氮流失量与〉２０μｍ团聚体相关系数分别为－０．８９３５、－０．７９２８和－０．８１５     

不同耕作方式下水稻品种吉优716产量及氮素吸收利用对氮肥运筹的响应

研究在不同耕作方式和氮肥运筹模式下水稻产量形成及氮素吸收利用特点,为不同耕作方式下水稻氮肥的合理运筹提供理论依据。以吉优716为试验材料进行大〖JP2〗田试验,研究常耕与免耕2种耕作方式下3种施氮量（N0、N1、N2）和两种施氮方式（F1、F2）水稻产量及氮素吸收利用的变化。结果表明:免耕水稻和常耕水稻产量、干物质积累量和氮素积累利用对施氮水平运筹的响应基本一致,但对施氮方式运筹响应呈现不一致。随着施氮量的增加,水稻产量、干物质积累量和氮素积累量也随之升高,而干物质生产效率和氮肥农学利用率下降,穗部干物质比例随着施氮量的增加有减少的趋势;免〖JP〗耕和常耕下,重施穗肥有利于提高干物质积累量和氮素积累量;产量响应表现相反,免耕下重施穗肥有利于产量的提高,而常耕下重施基蘖肥有利于产量的提高。     

不同管理方式下橡胶林土壤氮动态特征

对西双版纳割胶、未割胶条件下橡胶林种植带土壤及其保护带土壤氮素动态变化特征进行了研究,并比较了不同保护带种植方式(距瓣豆绿肥覆盖与野生杂草覆盖)对土壤氮素动态的影响。结果表明,橡胶林种植带土壤全氮、碱解氮和硝态氮含量低于保护带。橡胶林土壤全氮、碱解氮、铵态氮、硝态氮均呈现明显的动态变化,种植距瓣豆绿肥覆盖与野生杂草生长覆盖的橡胶林土壤氮变化趋势一致。土壤全氮随时间逐渐下降,碱解氮含量先升后降,铵态氮和硝态氮含量变化幅度较大。橡胶林土壤全氮和碱解氮含量呈现表层(0～20cm)>中层(20～40cm)>底层(40～60cm)的趋势,且未割胶处理全氮和碱解氮含量>割胶处理,而保护带为距瓣豆绿肥覆盖的割胶橡胶林>杂草生长覆盖的橡胶林。距瓣豆绿肥覆盖的保护带土壤硝态氮含量高于杂草生长覆盖。碱解氮与铵态氮含量呈显著的负相关、与硝态氮呈显著正相关。割胶橡胶林土壤氮养分含量最低。橡胶林土壤种植豆科距瓣豆绿肥能够改善土壤氮素肥力。     

不同水分管理方式下水稻的水分利用效率与产量

采用温室微区试验研究常规水作、裸地旱作、覆膜旱作和覆草旱作等土壤水分管理下水稻生长及其对水分的利用状况。结果表明,几种旱作水稻的需水量为349-473mm,常规水和水稻需水量为762.5mm。旱作水稻的水分籽粒和干物质生产效率为0.899-1.273g·kg^-1和1.655-2.321g·kg^-1之间,而相同条件下常规水作水稻水分的籽粒和干物质生产效率为0.766g·kg^-1和1.459g·kg^-1左右。覆草旱作水稻可以获得相当于常规水作水稻90％的经济产量。     

不同水分和氮素处理对寒地水稻生育及产量的影响

为了探讨不同水分和氮素处理对寒地水稻生长发育及产量的影响,以水稻品种空育131、龙粳21为试验材料,于2010—2011年度在黑龙江建三江进行水分、氮素处理大田试验,水分为雨养、间歇灌溉、水层灌溉3个水平,氮素为不施氮、常规施氮(112—135 kg/hm2)、高氮(142—173 kg/hm2)3个水平。结果表明:与水层灌溉相比,雨养水稻生育期缩短1—5 d,生长指标明显降低,产量显著降低,间歇灌溉水稻生育期、生长指标与其相似,产量差异不显著。与常规施氮相比,不施氮生育期缩短2—5 d,高氮条件下延长2—4 d;施氮量增加,生长指标增大,产量显著增加;低氮条件下,水分不足的限制作用明显,高氮能一定程度弥补水分的限制,促进水稻生长。增加施氮量及灌溉水平可以显著地提高有效穗数、每穗粒数。在试验条件下,水氮互作效应不显著。间歇灌溉及高氮管理具有较好的增产效应及资源利用率,研究可为寒地水稻生产进行水氮科学管理、实现高产高效提供理论依据。     

利用水稻冠层光谱特征诊断土壤氮素营养状况

系统测定了不同秸秆还田和氮肥处理下水稻(Oryza sativa)关键生育期的冠层反射光谱及土壤速效氮含量,并对两者之间的关系进行了详尽的分析。结果表明: 土壤速效氮含量在整个水稻生育期内均与可见光波段反射率呈负相关,与近红外波段反射率呈正相关。归一化及比值植被指数与土壤速效氮含量有更好的相关性,分蘖期要优于其它生育时期,以870、1 220 nm波段与560和710 nm波段的组合最佳,但两者的关系易受土壤等背景的干扰。而转换型土壤调节植被指数TSAVI能较好地消除分蘖期土壤背景的影响,两生态点可用统一的方程来拟合,用该研究中所筛选出的最佳波段组合计算出的TSAVI的表现更好,尤其是870 nm波段和710 nm波段的组合,决定系数(R²)由0.46提高到0.60。抽穗期和灌浆期由1 220和760 nm计算的比值指数R(1 220, 760)和新土壤调节植被指数SAVI(1 220,760)与土壤速效氮含量的关系则不受生态点的影响,可用统一回归方程来拟合。这说明水稻冠层反射光谱可以用来评价稻田土壤肥力状况,但仍需进一步研究。     

长江中游湖泊不同鱼类养殖方式对浮游植物群落的影响

为研究水产养殖对湖泊生态系统的影响, 于2015年7月至9月对长江中游23个湖泊的浮游植物群落及生物多样性情况进行了调查, 所研究的湖泊包括以下4组: 水库组(A组)、禁养组(B组)、低密度养殖组(C组)、高密度养殖组(D组)。结果显示, 4组湖泊的优势类群间存在一定差异。A组优势种有假鱼腥藻(Pseudanabaena, Y=0.642, Y为优势度)、浮鞘丝藻(Planktolyngbya, Y=0.064), B组优势种有平裂藻(Merismopedia, Y=0.428)、浮鞘丝藻(Planktolyngbya, Y=0.118)、假鱼腥藻(Pseudanabaena, Y=0.133)、栅藻(Scenedesmus, Y=0.066), C组优势种为假鱼腥藻(Pseudanabaen, Y=0.395)、平裂藻(Merismopedia, Y=0.097)、浮鞘丝藻(Planktolyngbya, Y=0.122), D组的优势种为平裂藻(Merismopedia, Y=0.308)、微囊藻(Microcystis, Y=0.118)、假鱼腥藻(Pseudanabaena, Y=0.077)。A组浮游植物丰度显著低于B组、C组及D组(P<0.05)。各组间浮游植物群落的Shannon-Wiener多样性指数、Margalef丰富度指数及Pielou均匀度指数均不存在明显差异。研究表明鱼类养殖对湖泊浮游植物的丰度及优势类群会产生影响, 对湖泊生态系统的管理具有一定的参考意义。     

耕作方式与施氮量对小麦-玉米复种系统玉米季土壤氮素转化及产量的影响

在黄淮砂姜黑土区冬小麦-夏玉米复种两熟种植体系中,研究了小麦季3种耕作方式(常规翻耕、旋耕和深松)结合夏玉米播前3个施氮量(120、225和330 kg·hm^-2)对玉米季主要生育时期根际土壤氮素转化微生物作用强度及酶活性、无机氮含量和产量的影响.结果表明: 旋耕方式下氨化作用强度最高,且随着施氮量的增加,土壤氮素转化微生物作用强度及酶活性增强.深松方式下根际土壤硝化、反硝化作用强度与脲酶活性明显高于常规与旋耕方式.增施氮肥可加强深松方式对土壤氮素转化的促进作用,而过量施氮虽然提高了土壤无机氮含量及玉米产量,但会对土壤氮素转化微生物作用强度及酶活性产生抑制.深松方式结合225 kg·hm^-2施氮量更有利于砂姜黑土区夏玉米土壤氮素转化,而深松方式结合330 kg·hm^-2施氮处理下产量最高.     

氮肥水平对不同基因型水稻氮素利用率、产量和品质的影响

以不同基因型的水稻品种日本晴、N70、N178和OM052为供试品种,氮肥采用尿素,按基肥(70%)和蘖肥(30%)两次施用,设置3个施氮水平(N用量设0、120、270 kg·hm^-2)的田间小区试验,研究氮素水平对水稻产量、氮素利用效率和稻米品质的影响,以期为氮肥合理施用和氮高效水稻品种创制提供科学依据.结果表明:施氮能增加水稻品种产量的原因是提高了有效穗数和每穗实粒数;与对照(0 kg·hm^-2)相比,当施氮量为120和270 kg·hm^-2时,OM052籽粒产量在4个品种中增幅最大,分别为41.1%和76.8%;品种产量增幅不同是由于氮素利用效率的差异,在120、270 kg·hm^-2氮处理下,4个供试品种中,日本晴籽粒产量和氮素农学利用率(40.90 g·g^-1、18.56 g·g^-1)都最低,为氮低效品种,OM052籽粒产量和氮素农学利用率(145.9 g·g^-1、81.24 g·g^-1)都最高,为氮高效品种.施N能够增加各品种的直链淀粉和蛋白质含量,使胶稠度变长,降低垩白率、垩白度和碱消值;随施氮量增加,热浆黏度、峰值黏度、回复值和崩解值递减,而消碱值递增.相关性分析表明,低N水平下,供试品种产量及产量构成因子与外观品质、蒸煮食味的相关性更显著.综上,OM052是一个籽粒产量和氮素利用效率“双高”基因型品种,合理施用氮肥可以显著增加水稻的有效穗数和每穗粒数,改善稻米籽粒品质,实现高产和优质的协同.     

不同农作方式下红壤坡耕地土壤磷素流失特征

研究了6种农作方式红壤坡耕地土壤P素流失特征。结果表明,红壤坡耕地土壤P素的坡面流失主要通过径流和推移质2种方式,顺坡农作处理径流流失P素的比例占土壤全P流失量的55．26％,通过推移质流失的P素和径流流失的P素基本相当,其它处理土壤P素的流失主要以径流方式流失。流失量占土壤全P流失量的67．59％～88．11％。在流失的土壤P素中,泥砂结合态占多数,其比例为57．79％～77．59％,其中有效P的流失基本上通过径流方式,与传统的顺坡耕作的坡耕地利用方式相比。其它5种不同农作措施均有控制和防治土壤P素流失的作用。能减少P流失总量40．73％～84．70％。水平土埂、等高农作措施、休闲措施效果优于水平革带、水平沟农作措施。土壤P素流失时间主要集中在5～8月,占全年土壤P素流失量的89．15％～100％。     

不同干扰方式下松江湿地土壤微生物群落结构和功能特征

以松江湿地为研究对象,采用磷脂脂肪酸(PLFA)和BIOLOG微平板法,系统分析4种干扰方式(农业、工业、旅游和保护)对湿地土壤微生物群落结构和功能的影响。结果表明,微生物对碳源利用能力由强到弱依次为:滨江湿地(保护)金河湾湿地(旅游)白鱼泡湿地(旅游)太阳岛湿地(旅游)呼兰河口湿地(农业)阿什河湿地(工业)。松江湿地土壤微生物对羧酸类、糖类和氨基酸类碳源利用率较高,而对多聚物类、酚类和胺类的利用率较低,其中羧酸类和糖类是影响微生物群落代谢功能的敏感碳源。松江湿地土壤微生物以细菌为主,占总PLFA的69.72%—80.97%,真菌次之(9. 20%—23. 51%),放线菌最少(6.77%—9.82%); Shannon多样性指数以滨江湿地最高(2.994),阿什河湿地最低(2.881)。RDA分析表明,受工业、农业干扰的阿什河湿地和呼兰河口湿地微生物群落结构与TN、NO_3~--N和NH_4~+-N呈显著正相关(P0.05);受旅游干扰的太阳岛湿地微生物群落结构与pH呈显著正相关;而同样受旅游干扰的白鱼泡和金河湾湿地微生物群落结构与p H呈显著负相关;受保护的滨江湿地微生物群落结构主要受TC/TN影响。     

黄土丘陵区子午岭不同植物群落下土壤氮素及相关酶活性的特征

以黄土丘陵区子午岭林区裸露地为对照,选择撂荒地、白羊草草地、油松、山杨和辽东栎林地五种典型植被群落下0—10cm和10—20 cm土层的土壤为研究对象,对土壤无机氮、有机氮、微生物量氮含量和脲酶、蛋白酶以及硝酸还原酶的活性进行了研究。结果表明,土壤中各种氮素基本表现为乔木林,尤其是辽东栎和油松下含量最高,而有机氮则在白羊草地富集明显。铵态氮为子午岭林区速效氮的主要形式。土壤铵态氮与微生物氮极显著正相关;有机氮和亚硝态氮、矿化氮、微生物氮均显著正相关。脲酶和硝酸还原酶活性在辽东栎群落下最高,蛋白酶在白羊草地下较高,且脲酶活性在土壤上层高于下层,而蛋白酶和硝酸还原酶并没有表现出明显规律。脲酶活性和铵态氮、有机氮含量显著正相关,与微生物量氮极显著正相关;硝酸还原酶活性与铵态氮含量显著正相关;蛋白酶活性和土壤各种氮素含量无相关性。     

不同氮素水平下水稻生育后期叶片和籽粒的蛋白质组学

以超级杂交水稻“两优培九”为试验材料,运用蛋白质双向电泳技术研究了水稻生育后期不同氮素水平下（正常供氮水平的1/2,20 mg·L^-1;正常供氮水平,40 mg·L^-1;正常供氮水平的2倍,80 mg·L^-1）叶片和籽粒蛋白质组水平的变化,并鉴定分析了其差异蛋白质点（共鉴定出16个叶片蛋白质、9个弱势粒蛋白质、4个强势粒蛋白质）的生物功能.结果表明：生育后期氮素是通过影响与光合有关的酶的活化、CO₂的活化及光系统单位和电子传递链构成来影响和调节植物的光合作用;氮素可促进弱势粒中与能量合成和生长相关酶的表达;高氮水平不利于强势粒淀粉的合成,但充足的氮素对水稻物质累积及代谢具有重要作用.因此,在生育后期合理运用氮肥对提高水稻剑叶光合性能、增强源的功能、延缓功能性早衰及强化籽粒灌浆具有积极作用.     

不同典型地带性土壤氮素分布特征及其影响因素

在野外取样的基础上,研究中国不同典型地带性土壤各形态氮素分布特征及其影响因素.结果表明: 垂直地带性土壤中0.5 mol·L^-1 K₂SO₄提取的提取态总氮、提取态有机氮、吸附氨基酸随取样点海拔的增加而显著增加,且提取态总氮、提取态有机氮和吸附氨基酸平均值都大于水平地带性土壤;水平地带性土壤各形态氮含量随土壤类型的不同而差异显著.土壤吸附氨基酸含量是游离氨基酸的5倍,占提取态有机氮百分比为21.1%,表明吸附氨基酸可能作为土壤有机氮库的一种重要存在形态.相关分析结果表明,垂直地带性土壤中提取态总氮、提取态有机氮、铵态氮、氨基酸态氮均与有机质、全氮呈显著正相关(r=0.57～0.93,P<0.05),但与pH、硝态氮呈显著负相关(r=-0.37～-0.91,P<0.05);水平地带性土壤pH与提取态总氮、硝态氮、有机质、全氮、碱解氮及盐基离子(K⁺、Ca²⁺、Mg²⁺)呈显著正相关(r=0.36～0.85,P<0.05),与铵态氮、氨基酸态氮呈显著负相关(r=-0.39～-0.81,P<0.05).