添加紫云英和水稻秸秆对稻田污染土壤Cd形态的影响

为给紫云英、水稻秸秆还田综合治理重金属污染土壤提供理论支撑,采用室内培养的方法,设置不添加任何有机物料(CK)、单独添加水稻秸秆0.2 g(R2G0)、添加水稻秸秆0.15 g+紫云英0.05 g(R3G1)、添加水稻秸秆0.1 g+紫云英0.1 g(R1G1)、单独添加紫云英0.2 g(R0G2)共5个处理,研究了紫云英、水稻秸秆对重金属污染稻田土壤中有效态Cd和Cd形态分级的影响。结果表明,随着紫云英添加比例的增加,有效态Cd含量呈降低的趋势;R0G2处理土壤有效态Cd含量比R2G0处理下降34.41%,且差异显著。R0G2和R2G0的残渣态Cd含量显著高于R3G1和R1G1处理,其中R0G2的残渣态Cd比其他处理提高20.00%～51.90%。通过冗余分析(RAD)认为,土壤可溶性氮(DON)和pH均与有效态Cd和弱酸提取态Cd呈负相关关系,有机质与有效态Cd和弱酸提取态Cd呈正相关关系,且DON、有机质和pH对有效态Cd与Cd形态分级的解释量分别为64.6%、17.2%和4.1%,达到显著性相关关系。单独添加紫云英对Cd的稳定具有较好的效果,其主要通过改变土壤DON、有机质和pH影响Cd有效性和形态特征。     

轮作模式及秸秆还田对水稻产量、稻米品质及土壤肥力的影响

  【目的】  研究不同水旱轮作模式下秸秆还田对水稻产量、土壤养分和稻米品质的影响,为多元化轮作模式秸秆还田和水稻提质丰产提供科学依据。  【方法】  田间试验于2018—2020年在陕西省汉中市农业科学研究所韩塘试验基地进行。试验包含轮作模式和秸秆还田2个处理因素,采用随机区组设计,共设油菜–水稻(R–R)、绿肥(紫云英)–水稻(G–R)、冬闲–水稻(W–R) 3种轮作模式,每种轮作模式设秸秆不还田和秸秆还田,共6个处理。水稻收获后,测定了水稻产量和产量构成因素,以及0—20 cm土壤养分含量。  【结果】  轮作模式和秸秆还田对土壤养分影响显著,轮作模式的培肥效果表现为R–R>W–R>G–R。同一轮作模式下,与秸秆不还田相比,秸秆还田处理的土壤活性有机碳、有机碳、碱解氮、速效磷、速效钾含量两年平均增幅分别为4.09%～18.89%、6.84%～24.06%、9.63%～17.43%、9.10%～41.05%、3.72%～17.36%。轮作模式对供试品种穗粒数影响显著,秸秆还田则对穗粒数和有效穗影响显著。轮作模式对水稻产量影响显著,而秸秆还田对产量无显著影响。R–R模式下‘荃香优1521’产量分别较G–R和W–R增产1.71%和8.95%,‘黄华占’产量分别较G–R和W–R增产5.51%和6.41%。轮作模式对稻米外观品质影响不显著,对整精米率、蛋白质、直链淀粉含量和食味值影响显著。G–R模式较R–R和W–R显著增加蛋白质含量,降低直链淀粉含量,增加胶稠度,平均增幅分别为11.01%、?2.56%、4.69%。与秸秆不还田相比,秸秆还田显著增加了整精米率和食味值,增幅分别为0.48%～3.12%和0.45%～4.79%。  【结论】  油菜–水稻、绿肥(紫云英)–水稻、冬闲–水稻3种模式下,周年秸秆全量还田可以提高土壤肥力,增加水稻穗粒数和有效穗,提高水稻产量,改善稻米外观品质和加工品质、提高营养品质和蒸食品质。绿肥(紫云英)–水稻轮作改善稻米品质的优势明显,因此,绿肥(紫云英)–水稻轮作结合稻草周年全量还田是一种适合汉中地区农业高质量发展的绿色栽培模式。     

水稻秸秆/根系添加对稻田红壤发生层颗粒态及矿物结合态有机碳的影响

  目的  基于室内培养试验,明确等碳量添加水稻秸秆（S）、根系（R）或二者混合物（S + R）对稻田红壤不同发生层中颗粒态有机碳和矿物结合态有机碳的影响。  方法  以稻田红壤（20 ~ 30年）氧化还原层1（Br1）、犁底层（Ap2）及水耕表层（Ap1）的土壤为材料,基于等碳量添加S、R及S + R的培养试验,分析了水稻秸秆与根系添加到供试土壤30、60、120和210天时,各发生层土壤中总有机碳、游离态颗粒有机碳、闭蓄态颗粒有机碳及矿物结合态有机碳的变化差异与影响因素。  结果  等碳量添加S、R或S + R均可显著增加稻田红壤各发生层土壤总有机碳、游离态颗粒有机碳、闭蓄态颗粒有机碳及矿物结合态有机碳含量。但随着培养时间的延长,各发生层土壤总有机碳、闭蓄态颗粒有机碳和矿物结合态有机碳含量均呈显著降低趋势,而游离态颗粒有机碳含量则呈显著增加趋势。R或S + R处理的土壤总有机碳增加量均高于S处理,且Br1层土壤总有机碳的增加量显著高于Ap1和Ap2层。  结论  水稻秸秆与根系还田利于稻田红壤有机碳的增加,而将水稻秸秆和根系的混合物深还至Br1层（20 ~ 40 cm）对稻田红壤有机碳量的增加效果更好。     

水稻秸秆添加对不同种稻年限黑土CH4排放特征的影响

  目的  评估水稻秸秆添加对东北地区不同种稻年限黑土CH₄的排放的影响,以期为黑土水稻田秸秆还田提供理论依据。  方法  不同种稻年限（0、12、35、62和85 a）黑土,分别设不添加（CK）和添加1%水稻秸秆（S）处理,进行淹水培养试验（培养温度为20 ℃,淹水层为1 cm）,测定土壤CH₄排放通量及累积排放量,比较不同种稻年限土壤对水稻秸秆添加响应的差异。  结果  在淹水培养期间（150 d）,添加水稻秸秆处理各种稻年限土壤CH₄排放通量（0.00 ~ 3.33 mg kg?1 d?1）显著（P > 0.05）高于未添加秸秆处理（0.00 ~ 0.13 mg kg?1 d?1）,未添加和添加水稻秸秆处理土壤CH₄排放主要集中于淹水培养的前80 d和60 d。未添加水稻秸秆处理土壤CH₄累积排放量为0.04 ~ 4.45 mg kg?1,不同年限稻田土壤CH₄累积排放量差异不显著（P > 0.05）。添加水稻秸秆处理土壤CH₄累积排放量为29.64 ~ 91.08 mg kg?1,显著高于未添加水稻秸秆处理（P < 0.05）,且12 a和35 a土壤CH₄累积排放量显著高于0 a、62 a和85 a（P < 0.05）。未添加和添加水稻秸秆处理土壤CH₄累积排放量与土壤有机碳、可溶性有机碳氮和铵态氮含量呈显著正相关（P < 0.01）。添加水稻秸秆处理土壤CH₄累积排放量还与土壤β-葡萄糖苷酶活性呈显著负相关（P < 0.05）,土壤CH₄累积排放量增量也与土壤有机碳含量也呈显著线性正相关（P < 0.01）。水稻秸秆添加后土壤可溶性有机氮含量是影响土壤CH₄排放的直接因素,土壤可溶性有机碳和铵态氮含量及β-葡萄糖苷酶活性是影响土壤CH₄排放的间接因素。  结论  水稻秸秆添加显著促进了黑土不同种稻年限土壤CH₄排放,种稻年限越长,水稻秸秆添加后土壤CH₄排放量越少。本试验条件下,黑土种稻年限大于35年时,水稻秸秆还田带来的土壤CH₄排放量相对较小。     

连续秸秆–紫云英协同还田对双季稻产量、养分积累及土壤肥力的影响

  【目的】  水稻秸秆和紫云英是稻田系统重要的原位有机肥源，明确长期连续秸秆–紫云英协同还田后水稻增产趋势、养分积累和土壤肥力变化特征，以便对秸秆和绿肥资源进行综合利用。  【方法】  本试验为3年连续大田试验 (2016―2018年)，以双季稻为研究对象，设置3个处理:1）早、晚稻秸秆不还田，冬季不种植紫云英 (CK)；2）早、晚稻秸秆全量还田，冬季不种植紫云英，即秸秆单独还田 (T1)；3）早、晚稻秸秆全量还田，冬季种植紫云英，即秸秆–紫云英协同还田 (T2)。各处理均施用等量化肥。  【结果】  相对于对照，连续秸秆单独还田和秸秆–紫云英协同还田周年轮作下水稻产量分别增加1.93%～9.15%和1.34%～12.48%，且连续秸秆–紫云英协同还田周年增产效果随着试验年份的增加而增加。不同年份间水稻产量变异系数和可持续性指数分析表明，连续秸秆单独还田和秸秆–紫云英协同还田均有利于双季稻持续性高产稳产，其中秸秆–紫云英协同还田效果优于秸秆单独还田。连续3年6季还田后，秸秆单独还田和秸秆–紫云英协同还田对水稻产量的贡献率分别为6.92%和11.10%，其中秸秆–紫云英协同还田处理比秸秆单独还田处理高76.47%。与产量变化趋势一致，连续秸秆–紫云英协同还田不仅有利于早稻氮、磷、钾养分积累，对晚稻养分积累也有一定的后效作用。与试验初始土壤养分含量相比，2018年晚稻收获后，对照土壤有机碳、全氮、有效磷和速效钾含量分别降低了9.03%、11.11%、3.87%和10.57%。而相对于对照，连续秸秆–紫云英协同还田处理土壤有机碳、全氮、有效磷和速效钾含量分别增加了20.51%、25.00%、24.16%和20.37%；相对于秸秆单独还田处理有机碳、全氮和有效磷含量分别增加了2.73%、7.14%和14.19%。  【结论】  在双季稻轮作系统中，连续秸秆–紫云英协同还田有利于早稻和晚稻获得高产和稳产，同时增加早稻氮、磷、钾养分积累，提高土壤有机碳、全氮和有效磷含量，是综合利用秸秆和绿肥资源较好的方式。     

煤矿区复垦土壤中秸秆和生物炭的分解特征

  【目的】  研究煤矿区不同复垦年限土壤中秸秆和生物炭的分解特征及其影响因素,为资源合理利用和矿区土壤培肥提供理论依据。  【方法】  依托山西煤矿复垦区试验基地,在复垦年限为1年 (复垦初期阶段,R1)、10年 (复垦中期阶段,R10) 和30年 (复垦长期阶段,R30) 的土壤中进行了有机物料填埋试验。供试有机物料包括:玉米秸秆 (MS)、小麦秸秆 (WS) 和生物炭 (BC),以不添加有机物料为对照 (CK)。3种有机物料按土重 (200 g) 和有机碳比例为100∶4混匀,装于尼龙网袋 (孔径0.38 μm) 内,埋入试验基地15 cm深的土壤中。监测试验期内土壤积温,在埋入土壤后的第 12、23、55、218、281、365天采集尼龙袋内土壤样品,分析有机物料残留量、土壤有机碳 (SOC)、微生物量碳 (SMBC)、微生物量氮 (SMBN)、可溶性有机碳 (DOC) 和可溶性有机氮 (DON) 含量,分析各调查指标与有机物料分解残留率的关系。  【结果】  1) 秸秆和生物炭的腐殖化系数分别为46.2%和86.6%,秸秆分解速率显著高于生物炭 (P < 0.05),有机物料的腐殖化系数在3种复垦年限土壤间无显著差异。秸秆分解速率在3种复垦土壤间表现出阶段性差异:分解0～12天,秸秆在R30中的分解速率显著高于R1;分解12天后,秸秆分解速率在3种复垦土壤之间无显著差异。2) 由积温方程可知,秸秆和生物炭的易分解有机碳库占比分别为55%和12%,稳定有机碳库占比分别为43%和87%。3) 添加秸秆显著提高了3种复垦土壤SMBC、SMBN、DOC和DON含量,其在R1的增长幅度显著高于R10和R30,后两者的增幅无显著差异;添加生物炭不影响复垦土壤的活性碳氮库。4) 分解0～23天,秸秆分解速率与土壤活性碳氮含量、秸秆木质素含量显著相关;分解23天后,秸秆分解速率与土壤SMBN含量、秸秆木质素含量显著相关。土壤性质不影响生物炭的分解速率。整个分解时期复垦土壤中DOC增加量与秸秆分解速率呈极显著正相关 (P < 0.01)。  【结论】  秸秆和生物炭的腐殖化系数与土壤复垦年限不相关,秸秆分解速率显著高于生物炭,主要是由于秸秆易分解有机碳库占比高于生物质炭。秸秆埋入复垦土壤后,在第12天分解速率达到最大值,土壤活性养分含量显著增加;生物炭性质稳定,分解缓慢,土壤活性养分含量无明显变化。综上,复垦土壤应加强秸秆还田以提高土壤活性碳氮含量,长期复垦土壤宜施用生物炭以稳定复垦土壤碳氮库。     

秸秆还田对再生稻田土壤有机碳组分的影响

  【目的】  在再生稻系统下，探讨秸秆还田对再生稻田土壤有机质组分及其养分含量的影响。  【方法】  试验设置秸秆不还田(CK)、水稻秸秆半量还田(SH)、水稻秸秆全量还田(SW)和水稻秸秆全量还田配施腐熟剂(SWF)共4个处理，分析各处理土壤有机碳及其组分和土壤速效养分含量。  【结果】  与秸秆不还田相比，秸秆还田能提高土壤有机碳及其组分含量。与CK处理相比，在头季和再生季水稻收获期，秸秆还田处理(SH、SW、SWF)土壤中水溶性有机碳含量分别增加了19.62%～22.63%、20.99%～41.48%；土壤中颗粒有机碳含量分别增加了8.47%～20.62%、24.71%～30.90%；三个施秸秆的处理间土壤总有机碳、胡敏酸和富里酸含量无明显差异。秸秆还田可以改变水溶性有机质结构，使其结构趋于简单。秸秆还田下土壤碱解氮、有效磷、速效钾和铵态氮含量均呈增加趋势；在头季水稻收获期，SWF处理的碱解氮、有效磷和速效钾含量显著高于CK处理。在再生季水稻收获期，与头季稻收获期相比，CK处理土壤速效养分含量呈下降趋势，而秸秆还田下各处理速效养分含量均呈增高趋势。  【结论】  秸秆还田可以提高再生稻田土壤有机碳、颗粒有机碳、水溶性有机碳以及腐殖酸组分的含量，促进水溶性有机质结构的变化，从而有效改善土壤养分的供给能力。     

紫云英和秸秆替代部分化肥对双季稻产量、养分含量及土壤综合肥力的影响

化肥对于农业生产的意义重大，但过量施用化肥将增加面源污染风险。为了优化施肥结构，减少养分流失，利用紫云英和秸秆替代部分化肥，可以在保证双季稻稳产的同时提高稻田土壤肥力。本文基于连续四年田间定位实验，探讨了紫云英和秸秆替代部分化肥对双季稻产量、土壤综合肥力和植株养分含量的影响。试验设置六个等养分投入的处理：（1）冬闲+氮、磷、钾（CF）；（2）冬闲+秸秆低量还田+氮、磷、钾（RSL）；（3）冬闲+秸秆高量还田+氮、磷、钾（RSH）；（4）紫云英+氮、磷、钾（MV）；（5）紫云英+秸秆低量还田+氮、磷、钾（MV＋RSL）；（6）紫云英+秸秆高量还田+氮、磷、钾（MV＋RSH）。结果表明：早稻季，将有机物料替代比例控制在20%以内，水稻产量保持稳定；当替代比例达到39%及以上时，水稻产量显著降低。晚稻季，与CF处理相比，其余各处理提高了土壤有机质和全氮含量，其中，以RSH处理提升效果最为明显，分别提高了11.15%和7.64%。与RSH处理相比，MV+RSH处理土壤综合肥力指数提高了8.5%。与CF处理相比，MV和RSH处理显著提高了稻谷磷、钾含量。等养分投入条件下，利用2500kg/hm2秸秆替代20%化肥在保证水稻稳产的同时提高了土壤肥力。紫云英与秸秆联合利用能显著改善土壤肥力状况，但该模式下替代化肥的比例过高在短期内可能有减产的风险。     

有机物料长期施用对稻田土壤养分的影响

通过2010—2021年连续12年的长期定位试验，研究了紫云英、水稻秸秆、商品有机肥等有机物料还田施用对稻田土壤养分的影响。结果表明：施用有机物料可以有效提高稻田土壤氮磷钾和有机质等含量。与单施化肥处理相比，紫云英还田土壤碱解氮含量增加6.97%，商品有机肥配施土壤有效磷含量增加49.30%，水稻秸秆还田土壤速效钾含量增加49.32%。3种有机物料处理土壤有机质增加相近(6.0%～7.5%)，可以改善土壤酸性但差异不显著。不同有机物料对土壤基础养分的增加差异显著，紫云英还田土壤固氮能力最强，商品有机肥配施土壤磷素增加最明显，秸秆还田土壤钾素提高最显著。可见，有机物料长期还田施用是一种培肥土壤的有效措施，有助于稻田土壤的可持续利用。     

施用猪粪对不同类型土壤中铜的赋存形态及小白菜吸收铜的影响

  目的  探讨猪粪中铜（Cu）的输入对土壤中Cu的赋存和生物有效性的影响。  方法  将1%和3%的腐熟猪粪（干猪粪∶秸秆 = 10∶1）添加到黄褐土、红壤、黑土、褐土中,分别老化0、1、2、3、5个月后,进行小白菜盆栽实验。  结果  与对照相比,施用猪粪使黄褐土、红壤、黑土和褐土土壤铜（Cu）全量分别显著增加了20.23% ~ 50.43%、79.87% ~ 142.6%、52.41% ~ 76.43%和41.14% ~ 92.24%。四种土壤中水溶态（F1）、碳酸盐结合态（F3）Cu占比均增加,施用3%猪粪的红壤未老化处理中F1-Cu和黄褐土未老化处理中F3-Cu增幅最大,分别达4.55%和16.47%。土壤铁锰氧化态（F5）、有机结合态（F6）Cu占比增加,残渣态（F7）占比降低。土壤有效态Cu的占比与猪粪老化时间呈显著负相关,3%猪粪老化5个月处理的黄褐土、黑土和褐土土壤有效态Cu占比分别降低12.85%、4.11%和3.68%,而红壤有效态Cu占比随老化时间变化不显著。在黄褐土中,腐殖酸结合态（F4）Cu的占比随猪粪老化时间的延长逐渐增加。施用猪粪显著增加小白菜对Cu的吸收,其中红壤的增幅最大,根系与地上部Cu含量分别显著提高244.5%和381.7%,地上部Cu含量为国家食品中污染物限量标准的1.44 ~ 2.56倍。逐步回归分析方程表明小白菜根系Cu的含量与土壤pH、粘粒及腐殖酸结合态（F4）含量呈显著负相关,与猪粪Cu输入量、土壤可溶性有机质含量呈显著正相关。  结论  猪粪的Cu输入显著提高土壤和小白菜的Cu 含量。土壤Cu的生物有效性不仅受土壤性质的影响,猪粪本身及在土壤中分解产生的腐殖酸和水溶性有机质对Cu的有效性也有较大的影响。通过比较不同的土壤类型,施用含Cu猪粪在红壤－作物系统中存在相对较高的重金属污染风险。     

紫云英与水稻秸秆联合还田下双季稻田土壤氮磷平衡状况及化肥减施策略

  【目的】  稻草还田和冬种绿肥是维持稻田地力和化肥替代的重要方式。通过分析“紫云英–早稻–晚稻”模式各作物季和轮作周年农田土壤养分的平衡,为科学减施化肥提供依据。  【方法】  微区定位试验在湖南酸性红黄泥和碱性紫潮泥稻田进行了2年。两土壤试验处理一致,包括稻田冬闲 (FRR)、冬种紫云英 (MvRR) 及紫云英与水稻秸秆联合还田 (MvRR+ St) 3个处理。调查分析了土壤氮磷养分含量,紫云英和双季稻的生物量、氮磷含量及积累量,计算了稻田土壤的表观氮、磷平衡。  【结果】  两种典型稻田土壤上,紫云英生物量和氮、磷养分含量及积累量均表现为MvRR+St大于MvRR (P > 0.05)。与MvRR相比,MvRR+St未显著影响早、晚稻产量及水稻植株氮、磷积累量,但显著提高了稻田土壤速效磷含量,红黄泥和紫潮泥土壤速效磷含量较MvRR处理分别提高了29.7%和20.9% (P < 0.05)。在本研究氮、磷投入水平下,MvRR+St处理轮作周年和早稻季土壤氮、磷均盈余,晚稻季土壤氮亏缺、磷略有盈余且轮作周年和早稻季的紫潮泥盈余量均大于红黄泥。轮作周年氮、磷总盈余量在红黄泥田分别为43.32、31.57 kg/hm2,在紫潮泥田分别为70.28、33.96 kg/hm2;早稻季在红黄泥分别为88.06、21.26 kg/hm2,在紫潮泥分别为134.04、27.95 kg/hm2;晚稻季红黄泥和紫潮泥土壤氮亏缺量分别为29.70、30.02 kg/hm2。【 【结论】 】 在本研究氮、磷投入水平下,紫云英与水稻秸秆联合还田在两种典型水稻土上均没有进一步提升水稻产量,但轮作周年土壤总氮、磷量为盈余,土壤磷素处于积累状态。土壤氮、磷盈余主要发生在早稻季,而晚稻季土壤氮亏缺、磷基本平衡。因此,紫云英与双季稻秸秆联合还田条件下,应减少早稻季化肥氮、磷投入量,适当提高晚稻氮肥投入量,最终实现双季稻周年氮磷总投入量的适当降低。     

紫云英与稻秸还田对稻田土壤硝化潜势的影响

  【目的】  种植利用绿肥和稻秸还田是水稻土培肥的重要措施。硝化作用是氮循环中的关键过程,我们研究了绿肥与稻秸还田对土壤硝化作用的影响,以明确紫云英–稻秸联合还田下的稻田硝化作用机制。  【方法】  水稻盆栽试验共设8个处理,分别为:对照(CK)、单独紫云英(MV)、单独稻秸(RS)、紫云英+稻秸(MV+RS)、单施氮肥(N)、紫云英+氮肥(MV+N)、稻秸+氮肥(RS+N)、紫云英+稻秸+氮肥(MV+RS+N)。研究了在不施氮和施氮条件下,紫云英、稻秸不同利用方式对土壤性状及硝化作用的影响,并通过特异性细菌抑制剂(卡那霉素和大观霉素)研究了氨氧化细菌(AOB)和氨氧化古菌(AOA)对硝化作用的相对贡献。  【结果】  MV+RS+N处理提高了土壤全氮和有机质含量,降低了碱性水稻土的pH。在早稻分蘖期,MV+RS+N处理显著提高了土壤中铵态氮和硝态氮含量。早稻移栽前,MV+RS 处理显著增加了土壤硝化潜势(NP), 而MV处理相较CK降低了NP。早稻分蘖期,氮肥添加显著提高了NP。早稻拔节期和晚稻收获期,RS和MV+RS处理均降低了NP。早稻移栽前,MV+RS处理同时降低了土壤恢复硝化强度(RNP),以及AOA和AOB在恢复硝化强度中的贡献(RNP_AOA和RNP_AOB),并降低了RNP_AOB在RNP中的占比。早稻分蘖期,CK和N处理,MV+N处理提高了RNP_AOB,而在早稻拔节期,MV+RS+N处理相比MV+RS处理提高了土壤RNP及RNP_AOB。早稻收获期,MV、RS及MV+RS处理均降低了稻田土壤RNP。在不同生育期中,早稻分蘖期的NP与硝态氮含量显著正相关,其他时期相关不显著。土壤NP与土壤 pH 和硝态氮含量呈显著正相关,与土壤微生物量碳 (SMBC) 和土壤微生物量氮 (SMBN) 含量呈显著负相关。RNP_AOA与土壤pH和铵态氮含量呈显著正相关。  【结论】  紫云英–稻秸联合还田降低了碱性水稻土pH,并在水稻生育早期显著提高而在生育后期显著降低了土壤硝化潜势。硝化潜势与土壤pH和硝态氮含量呈显著正相关。早稻分蘖期和早稻拔节期以RNP_AOB占主导,紫云英–稻秸联合利用较CK降低了RNP_AOB;早稻和晚稻收获期则以RNP_AOA占主导,紫云英–稻秸联合还田相较于单独还田提高了RNP_AOA。     

等养分投入下冬种紫云英比秸秆还田更有效抑制稻田CH4的产生和排放

  【目的】  比较冬种紫云英和水稻秸秆还田对稻田甲烷(CH₄)产生、排放的影响,探究冬种紫云英的节肥效应和CH₄减排机制。  【方法】  田间试验在湖南省农业科学院高桥试验基地进行,种植制度为单季超级稻‘晶两优华占’。田间试验设置1个不施肥对照(CK)和5个等氮磷钾养分施肥处理:单施化肥(CF)、化肥+水稻秸秆全量还田(S)、化肥+紫云英全量还田(M)、化肥+秸秆和紫云英全量还田(MS)、化肥+秸秆和紫云英全量还田+熟石灰(MSC)。在水稻分蘖初期(2021年6月21日),采用密闭式静态暗箱监测稻田CH₄排放通量,通过底座侧面的接口采集田面水溶存CH₄,同时每个小区按“S”形随机取0—20 cm土层土壤样品,一份用于测定理化性质,一份用于室内甲烷产生潜力和甲烷氧化潜力培养试验。  【结果】  1)田间试验中,供试稻田CH₄排放通量范围为5.70～26.65 mg/(m2·h),虽然处理间差异未达显著水平,施肥处理的CH₄排放通量均高于CK,S、MS、MSC处理的CH₄排放通量又高于CF处理,在施肥处理中以M处理的CH₄排放通量最低。与S处理相比,M处理减少了13.78%的化肥氮量,折合尿素24.46 kg/hm2,CH₄排放通量降低了12.50%。供试稻田田面水溶存CH₄浓度范围为70.02～163.58 mg/kg,以MSC处理最高,其田面水溶存CH₄浓度比其他处理平均提高了30.68%。2)室内培养试验中,M处理的SOM和总碳含量分别比S处理提高了7.60%和7.55%,DOC含量降低25.99%。M处理的CH₄产生潜力和CH₄氧化潜力均最低,分别比其他5个处理平均降低61.04%和7.56%,比S处理降低83.16%和5.36%。M处理的乙酸发酵产CH₄途径比例比其它5个处理平均降低52.52%,比S处理降低53.49%。  【结论】  冬种并翻压紫云英可替代部分化肥投入,不仅减少了水稻生育早期土壤中的有效态氮,还减少了土壤中的可溶性有机碳含量,因而比秸秆还田更有效地促进稻田增碳和减少CH₄排放。紫云英全量还田处理主要抑制了乙酸型产甲烷过程。     

稻草和紫云英联合还田下施氮水平对水稻产量及土壤氮素形态的影响

  【目的】  紫云英和稻草联合还田时其有机成分的分解和释放具有互补性。研究紫云英和稻草联合还田条件下水稻的适宜施氮水平，为稻田绿肥和稻草联合还田后优化养分管理提供依据。  【方法】  两年定位试验位于江汉平原稻区，在稻草全量还田基础上，设置冬季种植并翻压紫云英和冬闲两种模式。水稻季氮肥处理设不施氮 (N0) 和常规施氮量 (N 165 kg/hm2) 的50% (N50)、100% (N100) 和150% (N150) 共4个水平，以不施氮、冬闲和稻草不还田作为空白对照，共9个处理。测定水稻籽粒产量、氮含量及累积量，分析耕层土壤无机氮及有机氮组分。  【结果】  在稻草和紫云英联合还田条件下，减少常规氮肥量的50% (SMN50) 获得的稻谷产量较稻草单独还田的SN50处理高21%～23%，与联合还田或稻草单独还田下的SMN100、SMN150、SN100、SN150处理之间没有显著差异。稻草和紫云英联合还田的SMN0、SMN50、SMN100处理的稻谷氮累积量均显著高于对应的稻草单独还田处理 (SN0、SN50、SN100)，增幅分别为65%、27%和22%。水稻收获后各处理间土壤全氮、非酸解性氮含量差异不显著，酸解性氮含量有差异，在N150处理下，稻草单独还田处理 (SN150) 的土壤酸解性氮含量显著高于稻草和紫云英联合还田处理 (SMN150)；在酸解性氮组分中，SN150处理的未知酸解态氮成分的含量显著高于稻草单独还田的其他处理及所有稻草和紫云英联合还田处理。  【结论】  减少常规施氮量的50%情况下，与稻草单独还田处理相比，稻草和紫云英联合还田可显著增加稻谷氮素累积量、提高水稻产量，而保持常规施氮量和提高施氮量不能增加水稻的氮素吸收和产量；紫云英与稻草联合还田可以改善土壤氮素的有效性，显著降低高施氮量下稻草单独还田带来的酸解性氮组分中未知态氮的残留量。     

连续种植翻压紫云英减施化肥对江西早稻产量、品质及土壤肥力的影响

  【目的】  研究化肥减施下紫云英不同翻压量对南方双季稻区早稻产量和稻米品质的影响,以期为南方稻田化肥减施和优质稻米生产提供理论依据。  【方法】  多年定位试验始于2008年,试验点位于江西省鹰潭市余江区,设冬闲不施肥对照(CK)、冬种紫云英不施肥(MV)、施用100%化肥(F₁₀₀,常规施肥)、施用15000 kg/hm2紫云英+80%化肥(G₁F₈₀)、22500 kg/hm2 紫云英+80%化肥(G_1.5F₈₀)、30000 kg/hm2 紫云英+80%化肥(G₂F₈₀)、37500 kg/hm2 紫云英+80%化肥(G_2.5F₈₀)共7个处理。分析了减施化肥条件下翻压不同量紫云英对水稻多年产量、产量构成以及2020年早稻稻米外观品质、淀粉、蛋白质、脂肪含量以及氨基酸组分的影响。  【结果】  化肥减量20%条件下,翻压不同量的紫云英提高了水稻产量和有效穗数,G₂F₈₀和G_2.5F₈₀处理相对常规施肥处理(F₁₀₀)水稻多年平均产量分别增加了6.3%和8.0%,其中G_2.5F₈₀处理的产量达7.17 t/hm2,有效穗数较F₁₀₀处理显著提高7.4%。翻压不同量紫云英能够影响土壤理化性质,其中G₂F₈₀处理能在维持土壤速效养分含量的基础上,较F₁₀₀处理显著提高土壤有机质13.1%、全氮12.8%。减量化肥条件下紫云英翻压量较低时,会降低稻米外观品质和蒸煮食味品质,G_2.5F₈₀处理稻米外观品质与蒸煮食味品质与F₁₀₀处理无显著差异。相较F₁₀₀处理,G_2.5F₈₀处理稻米蛋白质含量和氨基酸总量分别提高了19.1%和59.4%,MV处理的人体必需氨基酸含量提高了49.8%;G_1.5F₈₀处理的赖氨酸和异亮氨酸含量最高,相较F₁₀₀处理分别增加了147.6%和145.7%。  【结论】  化肥减施下翻压紫云英能够有效改善土壤肥力,进而提高水稻产量和稻米的营养品质,但紫云英翻压量较低时在一定程度影响了稻米的外观品质和蒸煮食味品质。其中翻压37500 kg/hm2紫云英配施80%化肥综合效果最好。     

调理剂配合紫云英还田降低水稻土镉的生物有效性

  【目的】  研究紫云英(Astragalus sinicus L.)还田及配施石灰或生物炭等不同土壤调理剂,对镉(Cd)污染水稻土中Cd有效性及水稻吸收转运Cd的影响,以期为我国南方Cd污染稻田的修复和水稻的安全生产提供理论依据和技术支撑。  【方法】  盆栽试验在湖南省土壤肥料研究所科研实验基地进行,供试土壤为重度污染的水稻土 (总镉 1.27 mg/kg、有效镉0.15 mg/kg)。以水稻收获后冬闲为对照(CT),设冬季种植并翻压等量紫云英3个处理:紫云英单独还田(GM)、紫云英还田+石灰(GL)、紫云英还田+生物炭(GB)。在水稻分蘖期和成熟期,测定土壤主要理化性质和有效Cd含量,测定水稻各器官吸收和富集Cd量,并于成熟期测定水稻产量。  【结果】  1) GM处理提高了水稻分蘖期土壤有效Cd含量和水稻根部Cd富集系数,但GM处理降低了分蘖期水稻茎叶Cd含量,对稻米中Cd含量没有显著影响;GM处理对水稻成熟期土壤pH无显著影响,但提高土壤微生物量碳(MBC)的效果最好(P<0.05)。2) GL处理和GB处理均显著提高了土壤pH,降低了土壤Cd活化率和有效Cd含量,两处理分别平均降低了分蘖期水稻根部Cd累积量55.4%和57.8%。与紫云英单独还田(GM)相比,紫云英配施石灰还田(GL)减少了稻米中Cd的累积量,而紫云英配施生物炭还田(GB)提高了成熟期水稻根部Cd富集系数和茎叶–籽粒的Cd转运系数,导致水稻籽粒中Cd含量(0.08 mg/kg)显著高于对照(低于国家稻米Cd含量标准)。3)冗余分析(RDA)和随机森林模型预测结果显示,土壤pH、可溶性有机碳(DOC)和土壤有效磷(AP)是决定土壤Cd生物有效性的最重要的环境因子。  【结论】  紫云英还田提高了水稻产量,配施石灰或生物炭还田可通过提高土壤pH而有效降低土壤有效Cd含量。紫云英配施石灰可减少稻米中的Cd含量,而紫云英配施高量生物炭则会增加稻米Cd污染的风险。     

减施20%化肥下绿肥翻压量对江西双季稻产量及氮素利用的影响

  【目的】  种植绿肥是实现化肥减施的重要措施,研究稻田系统中不同绿肥翻压量对土壤供氮及主作物水稻吸氮规律的影响,以期为江西双季稻区合理利用紫云英,提高水稻产量提供理论依据。  【方法】  田间试验位于江西双季稻区。在早稻氮磷钾肥用量减施20%条件下,设置冬种并翻压紫云英鲜草15000 (G₁F₈₀)、22500 (G_1.5F₈₀)、30000 (G₂F₈₀)、37500 (G_2.5F₈₀) kg/hm2,以及冬闲且水稻不施化肥对照(CK)、冬种紫云英水稻不施化肥(GM)和冬闲常规施肥(F₁₀₀)共7个处理。分析了水稻产量、植株吸氮量、氮肥利用率,以及水稻生育期土壤无机氮含量,并分析了土壤性状和水稻产量、植株吸氮量之间的关系。  【结果】  与F₁₀₀相比,G₁F₈₀处理早稻产量显著增加11.64%;G₂F₈₀处理晚稻产量显著增加7.81%;G₁F₈₀、G_1.5F₈₀和G₂F₈₀处理双季稻总产量分别显著增加5.79%、5.38%和7.17%。其余不同紫云英翻压量处理的产量相比F₁₀₀均未降低。冬种紫云英配施80%化肥可显著提高早稻稻谷吸氮量、早稻当季氮肥利用率和早稻氮肥偏生产力,提高早稻和晚稻收获期土壤全氮和有机质含量,提升土壤肥力水平。早稻孕穗期、早稻收获期和晚稻收获期,G_2.5F₈₀处理土壤铵态氮含量均显著高于F₁₀₀处理,且为各处理中含量最高。从早稻孕穗期到早稻收获期,不同紫云英翻压量处理氮素累积速率均为正值,水稻植株吸氮量增加,而冬闲常规施肥处理氮素累积速率为负值,水稻吸氮量降低。在水稻生育期,紫云英翻压量小于22500 kg/hm2时,水稻植株吸氮量随翻压量增加而增加,而翻压量大于22500 kg/hm2时,水稻植株吸氮量明显降低。土壤速效钾含量对水稻产量和吸氮量的贡献率最大,对早稻产量和早稻吸氮量的贡献率分别为35.17%和40.16%,对晚稻产量和吸氮量的贡献率分别为21.22%和25.22%,对双季稻产量和吸氮量的贡献率分别为34.83%和27.86%。  【结论】  在减施常规量20%化肥条件下,种植翻压适量紫云英可提高早稻稻谷吸氮量,促进水稻增产。翻压高量紫云英有利于培育土壤碳库和氮库,提高土壤供氮能力。综合各项分析,在江西双季稻区紫云英翻压量为30000 kg/hm2时效果最好。