“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.     

“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%。     

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。     

稻鸭共育对稻田水体藻类群落的影响

稻鸭共育技术是我国传统稻田养鸭技术的继承和发展,鸭子全程露宿放养赋予稻田养鸭新的稻鸭共育机制,形成了以稻田为基础、种稻为中心、家鸭野养为特点的自然生态和人为干预相结合的复合生态系统。这种养殖方法,利用雏鸭旺盛的杂食性,吃掉稻田里的杂草和害虫,利用鸭子不间断的活动产生中耕浑水效果,刺激水稻生长,同时鸭的粪便可作为肥料1,稻鸭共育技术具有控虫防病、除草松土、培肥土壤、 改善水稻群体结构、甲烷减排等方面的作用1,2。       

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.     

稻田养鸭对稻鸭复合系统中病、虫、草害及蜘蛛的影响

研究鸭子在稻鸭复合生态系统中对蜘蛛及病、虫、草害的影响。试验结果表明 :稻田中放入 4 5 0只鸭 / hm2 ,对农田杂草的控制率为 98.8% ;稻鸭共栖小区蜘蛛数量显著高于施药小区。高峰期蜘蛛量 ,稻鸭共栖小区比施药小区高 6 3.6 % ;第 4、第 5代稻飞虱虫量稻鸭共栖小区比对照小区分别下降 4 7.6 %、72 .8% ,稻鸭共栖对稻飞虱可以起到稳定、持续的控制作用 ;可减轻二化螟、纹枯病的发生量和发病程度约 5 0 .0 % ,对二化螟和纹枯病有较好的控制效果 ;稻鸭共栖对纵卷叶螟控制效果较差 ,水稻生长后期需结合采用药剂防治 ;稻鸭共栖可改变农田害虫、天敌的生存环境 ,减少用药次数 ,减轻农药对环境的污染 ,提高水稻产量和经济效益     

稻-鸭复合生态系统产甲烷细菌数量

采用厌氧培养箱技术 ,用最大或然数计数法 (MPN法 )和滚管法同时测定稻 -鸭复合系统和常规稻作系统早稻不同生育期土壤中的产甲烷细菌数量。结果表明 :(1)两系统产甲烷菌数量具有明显的季节变化规律。水稻返青期前 ,两系统的产甲烷菌数量相差不大 ,随着水稻生育期的推进 ,两处理的产甲烷菌数量逐渐增加 ,均在分蘖盛期明显增高 ,孕穗期达到最高 ,乳熟期又显著减少 ,生长后期又有所回升。(2 )稻田围栏养鸭能减少稻田中的产甲烷菌数量 ,特别是减少了稻田甲烷排放高峰期的产甲烷菌数量。在水稻分蘖盛期和孕穗期 ,MPN计数法中 ,稻 -鸭复合生态系统低于常规稻作系统 2 0 .0 %～ 96 .9% ;滚管法计数中 ,前者比后者降低 33.3%～ 98.1% ,两系统的产甲烷菌数量之间的差异均达极显著水平。 (3)产甲烷细菌对甲醇、异丙醇、CO2 / H2 、乙酸钠有嗜好表现 ,对甲胺、甲酸、甲胺 甲醇 甲酸 异丙醇 乙酸钠 (混合基质 1)、甲酸 甲醇 异丙醇 乙酸钠 (混合基质2 )、甲醇 异丙醇 乙酸钠 (混合基质 3)有不适应的表现     

春玉米-晚稻与早稻-晚稻种植模式碳足迹比较

量化作物生产的碳足迹有助于为农业生态系统温室气体减排提供理论依据。利用生命周期法研究了我国南方地区稻田春玉米-晚稻水旱轮作种植模式和早稻-晚稻连作种植模式下粮食生产的碳足迹,并定量分析粮食生产过程中各种碳排放源的相对贡献。结果表明,与早稻-晚稻的连作模式相比,春玉米-晚稻轮作模式的单位面积碳排放降低了6724 kg CO₂-eq/hm²,单位产量的碳足迹降低了0.56 kg CO₂-eq/kg。春玉米比早稻少排放6228 kg CO₂-eq/hm²;与早稻-晚稻模式中晚稻碳排放相比,春玉米-晚稻轮作模式晚稻碳排放降低了497 kg CO₂-eq/hm²。早稻-晚稻种植模式的碳足迹主要来源于甲烷（CH₄）,其碳排放为9776 kg CO₂-eq/hm²（54.8%）,氮肥生产和施用的碳排放为2871 kg CO₂-eq/hm²（16.1%）,灌溉电力消耗的碳排放2849 kg CO₂-eq/hm²（16.0%）。春玉米-晚稻轮作模式的碳足迹主要来源于CH₄的碳排放4442 kg CO₂-eq/hm²（39.9%）,氮肥生产和施用的碳排放2871 kg CO₂-eq/hm²（25.8%）,灌溉电力消耗的碳排放1508 kg CO₂-eq/hm²（13.6%）。该模式中晚稻的碳足迹组成情况与春玉米-晚稻模式的碳足迹相似。但是,对于春玉米而言,其碳足迹主要来源氮肥生产和施用的碳排放1436 CO₂-eq/hm²（50.1%）,氧化亚氮（N₂O）的碳排放为579 kg CO₂-eq/hm²（20.2%）,CH₄的碳排放为378 CO₂-eq/hm²（13.2%）。同时,相比于早稻-晚稻中晚稻的产量（6333 kg/hm²）,春玉米-晚稻轮作模式下的晚稻产量（7270 kg/hm²）提高了14.8%。因此,引入春玉米-晚稻轮作模式有利于提升稻田生产力,降低稻田连作系统碳排放和碳足迹。     

川中丘陵区冬水田种植模式转旱作土壤呼吸组分特征及碳平衡

冬水田-水稻是川中丘陵区传统的稻田种植模式,冬水田种植模式转变是实现多熟种植及机械化的重要途径。为探究冬水田-水稻种植模式转旱作过程中作物季及休闲期土壤呼吸速率及其组分构成,试验设置冬水田-水稻转旱作(FTD)、冬水田-水稻(FR)和冬闲田-玉米(FM)3种不同种植模式,采用根排除法和静态明箱-气相色谱法原位取样测定作物季及季后休闲期土壤呼吸及其组分,并通过测算净生态系统生产力(NEP)进而判断冬水田-水稻转旱作过程的农田系统碳汇强度。结果表明:(1)FTD显著提高了土壤总呼吸速率及其自养和异养呼吸速率,从而提高了其累积排放量(P<0.05)。与FR相比,FTD的土壤总呼吸及其自养和异养呼吸的累积排放量分别提高了13.14倍、11.32倍和15.56倍(P<0.05);与FM相比,FTD的土壤总呼吸及其自养和异养呼吸的累积排放量分别提高了70.56%、40.83%和115.47%(P<0.05)。(2)与FR和FM相比,FTD均降低了土壤呼吸及其组分的温度敏感性(Q₁₀),且土壤总呼吸的温度敏感性介于异养呼吸和自养呼吸之间。(3)FR,FM和FTD的净生态系统生产力(NEP)均为正值,其数值分别为7911.66 kg/hm²,5667.89 kg/hm²和1583.46 kg/hm²,均表现为大气CO₂的碳汇,但与FR与FM相比,FTD显著降低了其净生态系统生产力,呈现出较弱的碳汇。     

黄河上游灌区稻田N2O排放特征

黄河上游灌区稻田高产区过量施肥现象十分突出,氮肥过量施用引起土壤氮素盈余,导致N₂O排放量增大,由此引起的温室效应引起广泛关注。采用静态箱-气相色谱法研究黄河上游灌区稻田不同施肥处理下N₂O排放特征。试验设置5个施肥处理,包括常规氮肥300 kg/hm²下单施尿素和有机肥配施2个处理,分别用N300和N300-OM代表;优化氮肥240 kg/hm²下单施尿素和有机肥配施2个处理,分别用N240和N240-OM代表;对照不施氮肥用N0代表。试验结果得出,灌区水稻生长季稻田土壤N₂O排放主要集中在水稻分蘖前及水稻生长的中后期,稻田氮肥施用、灌水及土壤温度的变化对N₂O排放通量影响较大,不同处理水稻各生育阶段N₂O累积排放量与稻田土壤耕层NO^-₃-N含量动态变化显著相关。稻田N₂O排放不是黄河上游灌区稻田氮素损失的主要途径,但灌区稻田N₂O排放的增温潜势较大;稻田氮肥过量施用会显著增加N₂O排放量,在相同氮素水平下,有机肥配施会显著增加稻田土壤N₂O的排放量(P＜0.01)。优化施氮能有效减少灌区稻田水稻生长季N₂O排放量。稻田不同处理的水稻整个生长季土壤N₂O排放总量为2.69-3.87 kg/hm²,肥料氮通过N₂O排放损失的百分率仅为0.43%-0.64%。在灌区习惯灌水和高氮肥300 kg/hm²时,N300-OM处理的稻田N₂O排放量达3.87 kg/hm²,在100 a时间尺度上的全球增温潜势(GWPs)为20.76×10⁷ kg CO₂/hm²;优化施氮240 kg/hm²水平下,N240和N240-OM处理的N₂O累计排放量较N300-OM处理,分别降低了1.18 kg/hm²和0.57 kg/hm²,在100 a尺度上每年由稻田N₂O排放引起的GWPs分别降低了6.33×10⁷ kg CO₂/hm²和3.06×10⁷ kg CO₂/hm²。     

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。     

秸秆还田与氮肥施用对稻田温室气体排放的影响

秸秆还田与氮肥施用是农田生态系统中碳氮元素的两大主要补给途径,其在调控稻田甲烷(CH₄)和氧化亚氮(N₂O)排放以及水稻产量方面具有重要作用。以往的研究主要关注秸秆还田或氮肥施用单因素对稻田温室气体排放的影响,而双因素互作对甲烷和氧化亚氮排放的影响尚未明确。同时,在秸秆还田条件下如何进行合理的氮肥施用鲜有深入研究。本研究基于3个氮肥处理(0、180、360 kg N/hm²)和3个秸秆还田处理(0、2.25、3.75 t/hm²)进行多年水稻田间定位试验,研究结果表明:CH₄季节累积排放随秸秆还田量增加而增加,与施氮量无显著正相关关系;N₂O季节累积排放随施氮量增加而增加,与秸秆还田量无显著正相关关系;秸秆还田对于产量的影响具有不确定性,两年均在秸秆不还田+不施氮处理(S0N0)出现最低产量,2021与2022年最低产量分别为5740.64和4903.75 kg/hm²。2021与2022年最高产量分别在秸秆不还田+高氮(S0N2)和高量秸秆还田+高氮(S2N2)出现,分别为10938.48和10384.83 kg/hm²。同时,本研究发现在低量秸秆还田条件下,在碳足迹(CF, Carbon Footprint)方面,施氮量为251 kg N/hm²时碳足迹达到最低点,为1.01 kg C/kg;而在生态经济净收益(NEEB, Net Ecosystem Economic Benefits)方面,施氮量为294 kg N/hm²时生态经济净收益达到最高点,为11778.15 元/hm²。为协同生态经济净收益与碳排放,在低量秸秆还田(S1)下,配合251-294 kg N/hm²的施氮量为最优施肥方案。研究结果为指导稻田温室气体减排、实现稻田碳中和以及农田管理提供了理论支撑,为实现水稻的高产稳产与低碳生产科学依据。     

稻鸭共作技术的生物防治效应

稻鸭共作是一项种养复合的、环境友好型的农业综合生产技术,起源于我国传统的稻田养鸭。鸭子与水稻共育于稻田中,二者存在共生互利关系,鸭子对稻田有害生物具有一定控制作用。文章综述了国内近年来利用稻鸭共作技术防治稻田病虫草害以及对稻田天敌的影响研究进展。从已有的研究中可以看出,稻鸭共作对草害和主要虫害有较好的控制效果,可在全生育期取代相应化学药剂的使用,对某些水稻病害具有一定的防治效果,对天敌种群也会产生一定的影响。但在鸭子对病虫草害防治的确切效应及其内在过程与机理方面,尚有待开展深入探究。