稻虾共作模式对涝渍稻田土壤理化性状的影响

稻虾共作模式是一种以涝渍水田为基础,以种稻为中心,稻草还田养虾为特点的复合生态系统。本文通过10年(2005—2015年)定位试验,以中稻单作模式为对照,研究了稻虾共作模式对0~10 cm、10~20 cm、20~30 cm和30~40 cm土层土壤理化性状以及水稻产量的影响;采用投入产出法,评估了稻虾共作模式的经济效益。结果表明,长期稻虾共作模式显著降低了15~30 cm土层的土壤紧实度,其在15 cm、20 cm、25 cm和30 cm处的土壤紧实度较中稻单作模式分别降低了20.9%、29.9%、24.8%和14.7%。长期稻虾共作模式提高了0~40 cm土层中0.25 mm水稳性团聚体数量、平均质量直径和几何平均直径,但降低了0~20 cm土层的团聚体分形维数。相对于中稻单作模式,长期稻虾共作模式显著提高了0~40 cm土层有机碳、全钾和碱解氮含量,0~30 cm土层全氮含量,0~10 cm土层全磷和速效磷含量以及20~40 cm土层速效钾含量。稻虾共作模式显著降低了0~10 cm土层还原性物质总量,但提高了20~30 cm土层土壤还原性物质总量。稻虾共作模式的水稻产量较中稻单作模式显著提高,增幅为9.5%,其总产值、利润和产投比较中稻单作模式分别增加了46 818.0元?hm-2、40 188.0元?hm-2和100.0%。可见稻虾共作模式改善了土壤结构,增加了土壤养分,提高了水稻产量以及经济效益,但增加了10 cm以下土层潜育化的风险。     

稻–虾共作模式对涝渍稻田土壤微生物群落多样性及 土壤肥力的影响

研究了稻–虾共作模式对涝渍稻田土壤微生物群落功能多样性及土壤肥力的影响。结果表明,稻–虾共作模式的土壤平均颜色变化率(AWCD值)在0~50 cm土层均高于中稻单作模式,其中在25~50 cm土层中土壤AWCD值达到显著差异。0~25 cm土层,相对于中稻单作模式,稻–虾共作模式的土壤微生物群落Mc Intosh指数显著增加,且其微生物对胺类和酸类的利用率显著提高;而25~50 cm土层,稻–虾共作模式的土壤微生物群落Shannon指数和Mc Intosh指数均显著高于中稻单作模式,其土壤微生物对糖类、醇类和酸类的利用率较中稻单作模式显著提高;主成分分析表明对碳源利用主成分起分异作用的碳源为糖类和酸类。稻–虾共作模式的土壤有机碳和全氮含量在25~50 cm土层显著低于中稻单作模式,其土壤有机碳和全氮含量较中稻单作模式分别下降了41.8%和34.8%,0~25 cm土层不同模式的土壤养分无显著差异。由上可知稻–虾共作模式提高了土壤微生物的活性以及群落功能多样性,尤其对底层土壤的影响尤为显著,但降低了底层土壤的有机碳和全氮含量。     

长期稻虾共作模式提高稻田土壤生物肥力的机理

  【目的】  长期稻虾共作是提高稻田肥力的有机生态途径。研究该模式对稻田土壤有机碳库和土壤酶活性的影响，为该模式的可持续应用提供理论依据。  【方法】  基于连续10年 (2005—2015) 中稻单作和稻虾共作的田间定位试验，于2015年10月中旬水稻收获后，按照0—10 cm、10—20 cm、20—30 cm、30—40 cm 土层采集土样，分析不同土层中总有机碳 (total organic carbon，TOC)、土壤微生物量碳 (microbial biomass carbon，MBC)、可溶性有机碳 (dissolved organic carbon，DOC)、易氧化有机碳 (easily-oxidized organic carbon，EOC) 和颗粒有机碳 (particulate organic carbon，POC) 含量，测定不同土层土壤水稳性团聚体中有机碳的含量，计算了土壤碳库管理指数，同时分析了与土壤碳、氮和磷代谢有密切关系的纤维素酶、蔗糖酶、脲酶和酸性磷酸酶活性。  【结果】  1) 相对于中稻单作，稻虾共作显著增加了各土层中TOC、POC和DOC含量，增加30—40 cm土层中MBC含量以及10—40 cm土层中EOC含量；2) 稻虾共作显著提高了10—30 cm土层中土壤碳库管理指数，碳库管理指数在10—20 cm和20—30 cm土层中较中稻单作模式分别提高了52.7%和58.2%；3) 稻虾共作模式下，0—20 cm土层中小于0.053 mm粉–黏团聚体的有机碳含量显著高于中稻单作模式，而在20—30 cm土层各粒级团聚体的有机碳含量均显著高于中稻单作模式；4) 与中稻单作相比，稻虾共作土壤脲酶活性在10—20 cm土层显著降低了16.7%，而在20—30 cm土层纤维素酶活性显著提高了28.0%；5) 除DOC外，TOC、POC、MBC与纤维素酶、蔗糖酶、脲酶和酸性磷酸酶活性均呈显著正相关。  【结论】  长期稻虾共作提高了稻田土壤有机碳及其活性组分含量，特别是提高了20—30 cm土层纤维素酶活性，促进了根茬等有机物的分解，提高了该层次各粒级团聚体内的有机碳含量，改善了土壤结构，加大了水稻根系的下扎深度，改善了固持速效养分的能力，从而提升了稻田土壤生物肥力。     

稻–虾共作模式对涝渍稻田土壤微生物群落多样性及 土壤肥力的影响

研究了稻-虾共作模式对涝渍稻田土壤微生物群落功能多样性及土壤肥力的影响。结果表明,稻-虾共作模式的土壤平均颜色变化率(AWCD值)在0-50cm土层均高于中稻单作模式,其中在25-50cm土层中土壤AWCD值达到显著差异。在0-25cm土层中,相对于中稻单作模式,稻-虾共作模式的土壤微生物群落McIntosh指数显著增加,且其微生物对胺类和酸类的利用率显著提高;而在25-50cm土层中,稻-虾共作模式的土壤微生物群落Shannon指数和McIntosh指数均显著高于中稻单作模式,其土壤微生物对糖类、醇类和酸类的利用率较中稻单作模式显著提高;主成分分析表明对碳源利用主成分起异作用的碳源为糖类和酸类。稻-虾共作模式的土壤有机碳和全氮含量在25-50cm土层中显著低于中稻单作模式,其土壤有机碳和全氮含量较中稻单作模式分别下降了41.8%和34.8%,在0-25cm土层中不同模式的土壤养分无显著差异。由上可知稻-虾共作模式提高了土壤微生物的活性以及群落功能多样性,尤其对底层土壤的影响尤为显著,但降低了底层土壤的有机碳和全氮含量。     

稻虾共作对稻田土壤nirK反硝化微生物群落结构和多样性的影响

稻虾共作是水稻种植与克氏螯虾共作形成的互利共生的稻田种养复合生态模式。目前对稻虾共作模式稻田反硝化微生物多样性和群落结构的影响尚不清楚。本研究以江汉平原常规中稻模式(MR)为对照,设置连续3年(2014—2016年)稻虾共作模式(CR)为处理,通过特异引物提取中稻抽穗期稻田土壤nirK基因,采用Illumina Miseq高通量测序技术,探讨稻虾共作模式对稻田土壤nirK反硝化微生物多样性和群落结构的影响。结果表明:稻虾共作模式显著提升水稻抽穗期稻田土壤中硝态氮、全氮及全碳的含量,对土壤碳氮比、碱解氮和铵态氮含量没有显著影响。稻虾共作模式显著增加稻田土壤nirK基因微生物的丰富度指数,但对nirK基因微生物的多样性指数影响不显著。稻虾共作模式改变了nirK基因微生物在目、科、属、种水平的群落组成,较常规中稻模式,稻虾共作模式在各分类水平组成类群均减少;稻虾共作模式较常规中稻模式改变了目的种类,对共有目相对丰度没有显著性改变。RDA分析表明稻虾共作模式对土壤nirK基因菌群的群落结构有一定的改变,但稻虾共作模式与常规中稻模式在群落结构上仍保留着一定的相似性。硝态氮含量是影响nirK反硝化细菌群落结构的主效因子。可见,稻虾共作模式对微生物多样性指数没有显著影响,但显著增加了微生物丰富度指数,改变了稻田土壤nirK反硝化微生物在目、科、属、种的群落结构。     

稻虾轮作模式下江汉平原土壤理化性状特征研究

稻虾轮作模式在湖北江汉平原已发展近30年,对农民增产增收具有重要作用。开展不同年限稻虾轮作对土壤理化性质影响的研究,有助于科学指导该模式下的农田管理。在同一农渠范围内选择相似的稻田,分别采集水稻单作(CK)和稻虾轮作(1、3、7、13、18和23a)的3个土层深度(0～20、20～40和40～60 cm)原状土样,分析其相应的理化指标。结果显示,与中稻单作相比,长期稻虾轮作会显著降低0～20和20～40 cm土层土壤容重并提高非毛管孔隙度、毛管孔隙度和总孔隙度,而40～60 cm土层变化较小;稻虾轮作1 a后土壤pH、全氮和易氧化有机碳含量显著增加,但速效养分和阳离子交换量增幅不明显。与稻虾轮作1 a相比,轮作7～13 a稻田的土壤pH和其他各项指标均显著增加;轮作13 a以上,0～20 cm土层的pH、全氮和速效养分增幅最为明显,但20～60 cm土层的理化性质无明显变化。随着轮作年限的延长,0～20 cm土层的pH和其他各项指标均表现为:23 a18 a13a7a1a0(CK),20～40cm和40～60cm土层的pH、全氮、碱解氮、有效磷和速效钾含量也有相似规律,但增幅并不明显。因此,长期稻虾轮作有助于改善耕层土壤结构、增强土壤缓冲能力和提高pH及氮、磷、钾等速效养分含量。     

减施化肥与不同有机肥配施对稻季土壤细菌群落结构的影响

为了研究减施化肥配施不同有机肥对稻麦轮作体系稻季土壤细菌群落结构的影响，采用Illumina高通量测序技术比较了单施化肥、配施菜籽饼和配施蚯蚓粪这3种施肥模式下稻季不同土层土壤环境因子、细菌群落结构变化特征。与单施化肥相比，配施有机肥显著提高各土层土壤有机质和电导率（EC）含量，配施菜籽饼增幅较大；显著增加各土层土壤氮磷钾养分含量，配施蚯蚓粪的土壤速效氮磷钾养分含量较高。配施有机肥提高土壤细菌Sobs指数和Shannon指数；前三位优势菌门，变形菌门（Proteobacteria）、酸杆菌门（Acidobacteria）、绿弯菌门（Chloroflexi）相对丰度分别达36.24%、18.30%、13.87%；配施有机肥对相对丰度小于1%的菌门影响较大。0-5cm土层土壤细菌群落结构主要受pH、TP影响；5-10cm土层土壤细菌群落结构主要受EC，TP、pH影响；10-15cm土层土壤细菌群落结构主要受TN、pH影响。配施有机肥通过改变土壤理化性质进而影响土壤细菌群落结构，特别是稀有菌群。     

稻田土壤微生物群落对稻鳖共作模式的响应特征

稻鳖共作是一种绿色、高效的生态农业种养模式,然而有关共作模式对稻田土壤微生物群落结构与功能特征的影响及其驱动因子的研究鲜有报道。为此,该研究以水稻单作（RM）和稻鳖共作（RT）处理的稻田土壤为研究对象,采用Illumina高通量测序技术分析土壤细菌和真菌群落结构的变化,并探讨土壤理化性质和微生物群落间的相关性。结果表明：1）稻鳖共作模式使土壤有机质（Soil Organic Matter,SOM）、总钾（Total potassium,TK）、碱解氮（Alkali-hydrolyzale Nitrogen,AN）、有效磷（Available Phosphorus,AP）和速效钾（Available potassium,AK）含量显著提高了37.72%、15.15%、13.80%、37.37%和21.57%（P<0.05）。2）稻鳖共作模式提高了土壤微生物丰富度和多样性,改变了微生物群落结构。共作使土壤细菌变形菌门（Proteobacteria）、酸杆菌门（Acidobacteriota）、真菌子囊菌门（Ascomycota）和罗兹菌门（Rozellomycota）相对丰度分别增加了6.42%、1.16%、0.44%和2.96%,真菌担子菌门（Basidiomycota）相对丰度降低了0.22%。3）共线网络分析表明,稻鳖共作增加了细菌微生物网络总节点数、边数、平均聚类数和模块化,增强了微生物网络复杂度,加强了群落间的联系;共作降低了真菌微生物网络节点数,但增加了正相互作用的微生物,增强了微生物间的协同合作。4）冗余分析（Redundancy Analysis,RDA）表明,土壤有机质、全钾和速效钾含量是影响细菌群落结构变化的主要环境因子,全钾、速效钾和有效磷含量是影响真菌群落结构变化的主要环境因子。综上,稻鳖共作有利于提高稻田土壤肥力,改变土壤微生物群落结构,并提高了微生物多样性,使微生物群落间的联系更紧密。该研究为探究科学合理的稻田栽培模式提供了重要的科学依据。     

稻虾种养新模式对稻田土壤肥力和微生物群落结构的影响

为探究稻虾种养新模式对稻田土壤肥力和微生物群落组成的影响,基于稻田土壤理化指标测定和16S rDNA扩增子高通量测序技术,比较稻虾种养新模式（NRS）、稻虾种养传统模式（TRS）和水稻单作模式（CK）对稻田土壤理化指标和微生物多样性和群落结构的影响。结果显示：与CK和TRS相比,稻虾种养新模式能显著提高土壤pH、有机质、有效磷、速效钾含量和土壤微生物多样性和丰富度。与CK相比,NRS稻田土壤细菌优势菌门中的酸杆菌门、绿弯菌门和疣微菌门相对丰度分别增加30.89%、36.38%和2.16%,变形菌门和脱硫菌门相对丰度分别降低17.96%和58.59%。与TRS相比,NRS稻田土壤细菌优势菌门中的脱硫菌门相对丰度增加14.93%,绿弯菌门、疣微菌门、变形菌门和酸杆菌门相对丰度分别降低39.29%、37.42%、16.27%和6.81%。相关性分析表明,土壤有机质、速效氮、有效磷、速效钾和pH是影响稻田土壤微生物群落结构的主要理化因子。以上研究表明,稻虾种养新模式有利于提升稻田土壤肥力,显著提高了稻田土壤微生物多样性和改善微生物群落结构;研究结果对稻虾种养新模式的示范推广具有一定的指导意义和...     

全年稻麦秸秆还田对稻田土壤细菌群落结构的影响

为了研究全年尺度下稻麦轮作系统中稻、麦秸秆全量还田对稻田土壤生态环境的影响,设置全年稻和麦秸秆均不还田(CK)、小麦季稻秸秆还田(W-RS)、水稻季麦秸秆还田(R-WS)、全年稻和麦秸秆全量还田(RWS)4个处理,采用 Illumina高通量测序技术比较了这 4种全年秸秆还田模式下稻田土壤细菌群落结构的变化特征,并分析其理化性质。结果表明:与 CK相比,秸秆还田可提高土壤有机质、氮磷钾养分含量,全年稻、麦秸秆全量还田及 0～ 5 cm土层土壤增幅较大。秸秆还田并没有显著提高土壤细菌多样性指数;各处理中前三位优势菌门为变形菌门(Proteobacteria)、酸杆菌门(Acidobacteria)、绿弯菌门(Chloroflexi),分别占总序列的     

臭氧污染对水稻土物理结构和氮磷钾含量的影响

利用中国稻-麦轮作O3FACE(Free-air O3 concentration enrichment)试验平台,研究了连续3年大气O3浓度升高(比周围大气高50%)对稻田表层(0~20 cm)土壤团聚体、土壤容重及孔隙度和氮磷钾养分含量的影响。结果表明,大气O3浓度升高显著增加耕层土壤0.25~0.053 mm团聚体23.5%和降低<0.053 mm团聚体24.6%。O3污染具有增大0~10 cm土层和降低10~20 cm土层土壤容重的趋势,0~10 cm土壤中气体孔隙度显著减小39.8%,10~20 cm土壤中毛管孔隙度显著增加9.1%和气体孔隙度显著减小32.4%,改变了固、液、气三相比。长期O3污染显著降低土壤全氮含量10.5%和速效钾13.3%,显著增加有效磷40.8%,但对有效氮未产生显著影响。结果表明,长期臭氧污染将改变土壤物理结构和养分物质的生物地球化学循环。     

红壤稻田土壤有机质的积累过程特征分析

通过田间采样分析 ,研究了不同利用年限红壤稻田土壤有机质含量的变化及其过程和机理 ,确定达到平衡状态时红壤稻田土壤的有机碳含量水平。结果表明 ,在水耕条件下 ,土壤有机碳和全氮的积累过程可大致分为快速增长和趋于稳定阶段 ,水耕利用 30年 ,0～ 2 0cm土壤有机碳含量达到 2 0gkg- 1,全氮含量 1 6gkg- 1,随后 ,即使利用年限长达 80年 ,土壤有机碳和全氮含量变化趋于稳定 ,没有显著提高。 2 0天的培养期内 ,不同利用年限红壤稻田 0～ 1 0cm土层有机碳和有机氮的矿化率分别为 2 2 %～3 3%和 2 8%～ 6 7% ;总体来说 ,有机碳、氮的矿化率随红壤水稻土的熟化过程而升高。随着利用年限的增加 ,微生物生物量碳一直保持增加的趋势 ,而微生物生物量氮在利用 30年后其增加趋势明显趋缓 ;利用30年的红壤稻田 ,0～ 1 0cm土壤微生物生物量C、N为 332 8mgkg- 1和 2 3 85mgkg- 1,比利用 3年分别高1 1 1 %和 4 7%。与利用 3年的红壤稻田相比 ,利用 30年后细菌数量增加了 1 1倍 ( 0～ 1 0cm)和 3 8倍 ( 1 0～2 0cm) ,利用 80年后更显著地增加了 1 9倍 ( 0～ 1 0cm)和 1 2倍 ( 1 0～ 2 0cm) ;真菌的数量也呈上升的趋势 ,但在 30年利用后基本趋于稳定 ;此外 ,细菌的群落从荒草地的 4个种到 30～ 80年水田     

长期施肥对水稻土剖面氨氧化古菌和细菌丰度及组成的影响

长期施肥影响稻田土壤理化性质和硝化微生物群落,但长期施肥对稻田不同土层氨氧化古菌(AOA)和氨氧化细菌(AOB)群落结构的影响尚不明确.以湖南宁乡稻田不同施肥制度长期定位试验为平台,选取不施肥(CK)、施秸秆有机肥(ST)、有机-无机肥配施(OM)和施全量化肥(NPK)4个处理,采用实时荧光定量PCR和Illumina...     

小麦根系形态数量性状的时空分布及其与土壤养分的关系研究

为明确小麦根系时空分布及其与土壤有效养分含量之间的相互关系,于2020—2021年进行大田试验,采用裂区设计,主处理为品种,分别选用大穗品种周麦30和多穗品种周麦32,副处理为种植密度,设置1.2×10⁶、2.4×10⁶、3.6×10⁶苗·hm^-2 3个密度。使用长方体铁盒(20 cm×5 cm×20 cm)在麦行上、行距1/4处、行距1/2处分别取0～20 cm和20～40 cm土层的样品。分析冬前期、返青期、拔节期、开花期、灌浆期、成熟期不同位点小麦根系形态数量性状(根长密度、平均根直径、根体积、根总表面积)及土壤碱解氮、有效磷和速效钾含量。结果表明,随着生育时期的推进,根总表面积、根长密度、根体积表现为先升高后降低的单峰曲线变化趋势;0～20 cm土层平均根直径呈“W”形曲线变化趋势,20～40 cm土层平均根直径呈“V”形曲线变化趋势。小麦根系垂直分布状况表现为：0～20 cm土层中根总表面积、根长密度、根体积均显著高于20～40 cm土层;20～40 cm土层平均根直径高于0～20 cm土...     

耕作方式对紫色水稻土全硫及有效硫的影响

以位于西南大学农业部重庆紫色土生态环境重点野外科学观测试验站 1990 年设立的长期免耕试验田为研究对象,通过采集 0 ~ 60 cm 土壤,应用等质量计算方法,探讨了冬水田平作（DP）、水旱轮作（SH）、垄作免耕（LM）和垄作翻耕（LF）等不同耕作方式对土壤全硫和有效硫的影响。结果表明,在 0 ~ 60 cm 深度内,土壤全硫和有效硫含量呈现出明显的垂直递减规律,即随着土壤深度的增加,含量逐渐降低;不同耕作方式下,土壤全硫含量及储量为 LM＞SH＞DP＞LF,有效硫含量及储量为 LM＞DP＞LF＞SH。长期垄作免耕提高了土壤全硫及有效硫的含量和储量,与对照 DP 处理相比,LM 处理全硫与有效硫含量分别增加了 20.80% 和 1.31%,储量分别增加了 19.54% 和 5.36%。耕作层（0 ~ 20 cm）,DP、SH、LM、LF 处理土壤有效硫平均含量分别为 27.15、13.45、31.43 和 24.01 mg/kg,DP、LF 以及 LM 处理为硫不缺或硫丰足,而 SH 处理为缺硫土壤（土壤有效硫含量＜16 mg/kg）。对缺硫土壤,应重视硫肥的施用,以促进农作物产量和品质的提高。     

不同年限毛竹林土壤固氮菌群落结构和丰度的演变

应用变性梯度凝胶电泳(denaturing gradient gel electrophoresis,DGGE)和荧光定量PCR(real time fluorescent quantitative PCR,q PCR)方法研究了不同年限毛竹林土壤固氮菌群落结构和丰度的变化。结果表明:土壤p H、有机质、有效磷、速效钾和铵态氮含量在马尾松林改造成毛竹林5 a后明显提高,而后逐渐降低,并趋于稳定;土壤固氮菌多样性和nif H基因丰度也呈现相似的趋势。条带测序分析表明,毛竹林土壤固氮菌均为不可培养的固氮菌,与慢生根瘤菌(Bradyrhizobium sp.)具有较高的相似度。冗余分析结果表明,不同栽培年限毛竹林地土壤固氮菌群落组成发生了明显变化,长期栽培毛竹林引起的土壤养分变化对土壤固氮菌多样性具有重要影响。