“稻-鸭-虾”生态种养模式水体中的氮磷浓度及藻类生物量变化

[目的]对"稻—鸭—虾"生态种养模式水体中氮磷浓度及藻类生物量的变化进行研究,为控制稻田排水中氮磷引起的农业面源污染,改善稻田生态环境提供科学参考。[方法]对比"稻—鸭—虾"生态种养模式与常规种植模式,分析不同种植模式下的差异及优越性,重点研究"稻—鸭—虾"的内在协同作用对水体中氮磷及藻类的变化影响。[结果]①相比于常规种植,"稻—鸭—虾"生态种养稻田水体中总氮(TN)、总磷(TP)含量分别减少32.43%和19.35%,且对初始灌溉水中TN,TP的去除率可达到38.7%和26.9%。②"稻—鸭—虾"生态种养可改变稻田水体中氮磷的形态,在水稻全生育期内,可溶性磷(DTP)和颗粒态磷(PP)比例更加稳定,而在水稻后期,稻田水体中有机氮(ON)比例显著提高。③"稻—鸭—虾"生态种养改善了水体中藻类植物群落结构,稻田排水中藻类生物多样性指数提高到2.34。④相比于常规种植,"稻—鸭—虾"生态种养中水稻的有效穗、穗粒数和结实率分别提高了4.83%,5.28%和2.84%,稻米中蛋白质含量增加了8.15%,显著提高经济效益。[结论]相比于常规种植,"稻—鸭—虾"生态种养既能有效减少稻田水体中N,P含量,增加水体稳定性,又能提高水稻的有效穗、穗粒数和结实率,增加了经济效益,且并未带来重金属污染风险,是值得推广的大田种养技术。     

转CryIAb水稻对稻田杂草群落组成及多样性的影响

尽管基因工程技术可以增加作物产量, 但转基因作物是否对农田生态产生影响受到广泛关注。本研究通过田间定位试验, 应用群落生态学方法研究了转CryIAb基因抗虫水稻"Mfb"连续2年在传统栽培和半野生条件下对稻田杂草群落组成及多样性的影响。调查结果显示: 转CryIAb基因稻"Mfb"与非转基因稻"明恢86"田间杂草种类没有显著差异。稻田杂草的频度和密度与栽培方式有关, 半野生稻田杂草的频度和密度显著高于传统稻田, 但相同栽培条件下, 转基因稻"Mfb"与非转基因稻"明恢86"田间杂草频度和密度在整个生长期内均无显著差异。半野生稻田物种丰富度(Sr)指数明显大于传统稻田; 相同栽培条件下, 相同生长时期抗虫转基因水稻"Mfb"与其非转基因对照"明恢86"对稻田杂草群落丰富度的影响差异不显著。稻田杂草群落优势度(D)、均匀度(J)以及多样性(H)各处理、各生长时期内转基因稻与非转基因稻相比均没有显著差异。稻田杂草Shannon-Wiener多样性指数变化无明显规律, 相同栽培方式相同生长期的抗虫转基因水稻"Mfb"与其非转基因对照"明恢86"的Shannon-wiener指数差异不显著。综合上述分析, 转CryIAb基因抗虫稻对稻田杂草群落的组成及多样性没有显著影响。     

稻鸭共作对稻田水体底栖动物生物多样性的影响

在水稻不同生育时期对稻鸭共作稻田和常规稻田的土壤取样,研究不同稻田生态系统水体底栖动物的生物多样性。结果表明：与常规稻田相比,稻鸭共作使水体底栖动物的种类数减少。水稻生育前期,稻鸭共作使底栖动物的个体总数减少较大,后期与常规稻田差异较小。水稻各生育时期常规稻田和稻鸭共作稻田底栖动物的Shannon-Wiener多样性指数、Simpson多样性指数和Pielou均匀度指数变化趋势相似,均为水稻生育前期稻鸭共作稻田的生物多样性指数和均匀度指数高于常规稻田,而后期低于常规稻田。研究结果为规范稻鸭共作稻田水分管理和稻鸭共作技术提供理论指导,促进稻鸭共作技术的推广和应用。     

湖北省水稻主产区稻田杂草种类及群落特点

采用七级目测法调查了湖北省3个水稻主产区25个样点稻田杂草的种类及危害程度,分析了各水稻主产区稻田杂草群落的特点.结果表明,湖北省水稻主产区稻田杂草有23科43种,据综合草害指数优势种杂草依次为稗、双穗雀稗、水花生、鸭舌草、千金子、丁香蓼、鳢肠、浮萍.其中襄樊－随州地区以稗、水花生为优势种类,江汉平原以稗、双穗雀稗为优势种类,黄冈地区以稗、鸭舌草为优势种类.江汉平原与黄冈地区稻田杂草群落相似性较大,Sфrenson相似性指数为0.774 1,二者均与襄樊－随州地区的相似性较小.总体上看,湖北省水稻主产区稻田杂草的丰富度较低,可能与长期施用除草剂有关.     

浮萍覆盖对稻田杂草群落组成及多样性的影响

在农业可持续发展的背景下,稻田杂草防控需要兼顾生物多样性的保护。为了解浮萍覆盖对稻田杂草群落组成及物种多样性的影响,运用群落生态学的方法,研究了多根紫萍覆盖(SP)、少根紫萍覆盖(LP)和不投放浮萍(CK)3种处理下稻田杂草发生量和群落多样性在水稻4个生育期(分蘖期、孕穗期、扬花期和成熟期)的动态变化,并对水稻产量进行分析。结果表明:SP和LP处理在前两生育期分别比CK显著降低杂草密度60.3%～75.8%和81.1%～90.4%,在整个水稻生育期能分别降低杂草鲜重生物量48.0%以上和81.3%以上,杂草群落中阔叶类杂草比例明显下降。不同处理下,稻田最主要杂草类别均是莎草科杂草;不同处理的杂草群落中重要杂草的种类和相对重要程度都有较大差异,SP和LP处理重要值较高的杂草均为莎草科的萤蔺和碎米莎草,CK处理重要值较高的杂草则为阔叶类的鸭舌草;在多数生育期,两种浮萍覆盖下的杂草群落的Margalef丰富度指数、Shannon-Wiener多样性指数和Simpson优势度指数均与CK无显著差异。SP和LP处理水稻的每穗粒数和穗重均有不同程度显著提高, SP处理的水稻产量显著提高28.0%。综合上述分析,稻田投放初始覆盖面积70.0%的多根紫萍和少根紫萍都能在降低稻田杂草密度和生物量的同时维持杂草群落的多样性,且多根紫萍覆盖能促进水稻产量增长,对保护稻田生物多样性和促进农业可持续发展有重要意义。     

稻蟹共作对稻田水体底栖动物多样性的影响

稻蟹共作是一种生态型种养新模式,而底栖动物是该复合生态系统的重要组成部分。为研究稻蟹共作对稻田底栖动物多样性的影响,在水稻分蘖期、拔节期、扬花期和成熟期,采集不同放养密度的稻蟹共作稻田(仔蟹放养密度10 ind.m 2,低密度,LD;仔蟹放养密度30 ind.m 2,高密度,HD)和常规稻田(不放蟹,常规栽培,CK)水体的底栖动物,分析不同稻田生态系统底栖动物的种类构成、密度和多样性。结果表明:水稻分蘖期,3种放蟹密度处理稻田底栖动物的种类数、密度、多样性指数和Pielou均匀度指数均无显著差异(P>0.05);在拔节期和扬花期,养蟹稻田底栖动物的种类数和密度均小于常规稻田,且与放蟹密度呈反比;常规稻田底栖动物的Shannon-Wiener多样性指数在拔节期和扬花期均显著高于高密度养蟹稻田(P<0.05),而只在拔节期显著高于低密度养蟹稻田(P<0.05),且Pielou均匀度指数也在拔节期显著高于低密度养蟹稻田(P<0.05);成熟期,3种处理底栖动物的种类数和密度均达到最低点,Shannon-Wiener多样性指数无显著差异(P>0.05),高密度养蟹稻田的Pielou均匀度指数显著高于常规稻田(P<0.05)。研究结果可为稻蟹共作稻田底栖动物的多样性保护和稻蟹共作技术的可持续发展提供理论指导,促进稻蟹共作技术的发展和推广。     

不同直播方式对南方稻田杂草发生及早籼稻产量的影响

为探究不同直播方式稻田杂草的发生规律,解决杂草防除难题,本试验以常规稻中嘉早17和杂交稻两优819为供试材料,设置旱直播、湿直播和水直播3种直播方式,研究不同直播方式对南方稻田杂草发生及早籼稻产量的影响。结果表明,不同直播方式下稻田杂草种类差异不明显,其杂草种类主要有稗草、雀舌草和牛筋草等禾本科杂草及鸭跖草、鸭舌草、马齿苋和水竹叶等阔叶类杂草;但不同直播方式下稻田杂草的优势种群差异明显,旱直播稻田以稗草为优势种群,占总杂草比例的48.60%~54.17%,而湿直播和水直播稻田均以鸭舌草为优势种群,分别占总杂草的43.00%~46.44%、36.00%~38.66%。不同直播方式下稻田杂草数量差异显著,2供试品种的稻田杂草数量排序均为旱直播湿直播水直播,旱直播杂草数量比湿直播、水直播分别降低3.44%~6.71%、40.92%~42.89%,且旱直播稻田杂草干物质量也均低于湿直播和水直播。与湿直播、水直播方式相比,旱直播提高了2供试品种的出苗率、有效穗数及结实率,并显著增加了水稻产量,2供试品种产量增幅分别达21.26%~27.65%、28.52%~35.49%。此外,不同直播方式下早籼稻品种间杂草发生与产量变化趋势基本一致。综上,采用旱直播方式可减少稻田杂草发生,提高早籼稻产量。本研究结果为实现直播稻高产稳产提供了理论依据。     

转基因抗除草剂水稻对稻田叶冠层节肢动物群落多样性的影响

转基因抗除草剂水稻可能对稻田节肢动物产生影响。对转Bar基因抗除草剂籼稻"Bar68-1"和非转基因对照"D68"稻田叶冠层节肢动物群落的结构和特征进行调查、比较。结果显示,转基因水稻和非转基因对照水稻间的冠层节肢动物各亚群落中相对丰盛度高的物种(科)具有较大相似性,但在相对丰盛度低的科上有所差别;除2007年不喷药处理区天敌亚群落的Simpson指数(D)有差异外,转基因与非转基因对照稻田之间叶冠层节肢动物群落、亚群落的多样性指数(物种丰富度、Shannon-Wiener多样性指数、Pielou均匀度指数、Simpson优势集中性指数)差异不显著;在水稻分蘖中期、分蘖末期、齐穗期和乳熟期等4个生育期,95.3%的稻田节肢动物群落主要参数时间动态的品种间差异不显著。研究结果表明转Bar基因抗除草剂水稻"Bar68-1"对稻田叶冠层节肢动物的群落组成和多样性无显著影响。     

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。     

淹灌和间歇灌溉对晚稻田杂草群落多样性的影响

为探明节水灌溉对稻田杂草群落组成及物种多样性的影响,运用群落生态学方法,开展了淹灌与间歇灌溉2种灌溉模式下水稻不同生育阶段稻田杂草群落动态变化研究。结果表明:间歇灌溉和淹灌稻田杂草种类分别有10科13属14种、10科11属11种;间歇灌溉稻田各生育期杂草密度平均降低27.8%;优势杂草种类虽与淹灌基本一致,但阔叶类杂草矮慈姑重要值降低9.76%,单子叶杂草浮萍重要值降低65.38%;间歇灌溉稻田以旱生杂草生长为主,总体各生育期旱生杂草群落密度增加277.51%,水生杂草群落密度降低81.44%,而淹灌稻田以水生杂草为主;间歇灌溉稻田Margalef物种丰富度指数、Shannon-Wienner多样性指数、Simpson优势度指数和Pielou均匀度指数,平均提高27.01%、14.31%、9.09%和3.48%,乳熟期差异尤为显著。间歇灌溉提高了稻田杂草多样性,有效地抑制了优势种杂草生长,有利于改善稻田生态保护。该研究可为节水灌溉稻田杂草控制及多样性保护提供科学依据。     

稻鸭生态种养系统直播水稻根表和根际土壤营养特性研究

采用田间小区试验对比分析了直播方式下稻鸭生态种养系统和水稻单一种植系统水稻根表和根际土壤的氮、磷、钾和有机碳含量及pH的变化。结果表明:与水稻单一种植系统相比,稻鸭生态种养系统水稻根表和根际pH分别升高4.41%、0.85%,全氮含量分别降低0.11g·kg-1、0.11g·kg-1,全磷和全钾含量变化不明显。水稻根表速效氮和速效钾含量分别增加30.80mg·kg-1、17.93mg·kg-1,速效磷含量降低8.66mg·kg-1;水稻根际速效氮和速效钾含量分别减少15.13mg·kg-1、7.61mg·kg-1,速效磷增加9.66mg·kg-1。稻鸭生态种养系统水稻根表活性有机碳和高活性有机碳分别增加2.17g·kg-1、0.56g·kg-1,全有机碳含量减少0.99g·kg-1;根际土壤全有机碳、活性有机碳和中活性有机碳含量分别减少2.39g·kg-1、2.64g·kg-1、0.72g·kg-1。稻鸭生态种养改变了速效磷、速效钾和活性有机碳在水稻根域土壤的相对富集部位,即速效钾和活性有机碳富集部位主要在根表土壤,速效磷则主要在根际土壤。表明稻鸭生态种养明显改善了水稻根表和根际土壤营养状况,这可能对水稻根系吸收和利用土壤养分具有积极意义。     

空心莲子草在稻田生态系统中的生长特性及对水稻生长发育的影响

为了解空心莲子草在正常耕作稻田中的入侵能力与水稻对该草的抵抗能力,本文通过在秧苗移栽后的稻田中移植少量空心莲子草繁殖体,人工模拟空心莲子草入侵稻田的方法,研究了该草在稻田中的入侵生长繁殖特性及其对水稻生长发育的影响。结果显示:在人工移入空心莲子草后的第一个水稻生长季内,空心莲子草长势较弱,其植株克隆数与直立茎秆数从水稻分蘖前期至成熟期均无显著变化,仅株高增长极显著,但茎秆纤细柔软,部分茎秆顶端弱化,叶片弱小卷曲,出芽量很低或几乎没有新芽生长。空心莲子草对水稻分蘖、有效分蘖与株高等参数均无显著影响。空心莲子草在田埂上与稻田边缘的生长主要表现为该草的覆盖度、直立茎秆数与株高的显著增加,难以向稻田中扩散生长。研究结果表明,空心莲子草在耕作稻田中不能形成严重入侵态势。建议保持稻田于耕作状态,可有效防止空心莲子草的入侵。     

“稻鸭共生”养分归还特征及水稻植株对氮、磷的吸收

"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,研究早、晚稻两季"稻鸭共生"养分归还特征及对水稻植株氮、磷吸收的影响。结果表明:两季"稻鸭共生"后,稻田可增加鸭粪碳229.87 kg.hm 2、鸭粪氮18.22 kg.hm 2、鸭粪磷17.75 kg.hm 2。"稻鸭共生"归还稻田土壤的碳、氮、磷量分别为1 491.21 kg.hm 2、66.02 kg.hm 2、25.14 kg.hm 2,比常规稻作分别提高20.43%(P>0.05)、55.81%(P<0.05)、379.00%(P<0.05)。"稻鸭共生"归还稻田土壤的碳、氮、磷量表现为碳>氮>磷,归还的碳、氮量以水稻根碳、氮占明显优势,归还的磷量以鸭粪磷占明显优势。与常规稻作相比,土壤全氮含量提高5.73%,全磷含量显著提高6.25%;"稻鸭共生"提高了早、晚稻根和秸秆的全氮、全磷含量及早、晚稻籽粒的全磷含量,增加了早、晚稻秸秆的氮、磷吸收量和早、晚稻根的磷吸收量,降低了双季稻产量及籽粒的氮、磷积累量。"稻鸭共生"对水稻植株磷的影响效果好于氮。     

Estimation of economic threshold level of alligator weed (Alternanthera philoxeroides (Mart.) Griseb.) to Tackle Grain quality and yield Losses in Rice

Alligator weed (Alternanthera philoxeroides) is the most troublesome invasive weed in transplanted rice ecosystems worldwide. A two-year field study was conducted to estimate economic threshold levels and the season long competitive effect of six alligator weed densities (0, 2, 4, 8, 16, and 32 plants m^?2) on yield and quality traits of transplanted rice. A gradual linear incline in dry weight of alligator weed was observed with an increase in its density from 2 to 32 plants m^?2. Maximum N (15.93–18.26 kg ha^?1), P (15.10–16.46 kg ha^?1) and K (16.34–17.81 kg ha^?1) uptake by alligator weed was recorded at its density of 32 plants m^?2. More micronutrient loss to the tune of 6.53, 47.92, 19.99, and 38.42 mg kg^?1 for Cu, Fe, Zn, and Mn, respectively was observed at the same density. Increasing density of alligator weed caused more losses in paddy yield (up to 21.37–23.78%), amylose and rice grain protein contents. According to a nonlinear hyperbolic regression model, maximum paddy yield loss of rice at asymptotic value of alligator weed density was 38.8% during 2011 and 42.4% during 2012. Economic threshold value of alligator weed was estimated 1.5 and 1.3 plants per m² during 2011 and 2012, respectively.     

Ecological effects of rice-duck integrated farming on soil fertility and weed and pest control

Purpose

This paper aims to study the ecological effects of rice-duck integrated farming on soil fertility and weed and pest control.

Materials and methods

A field experiment was carried out in the suburb of Shanghai in 2014, which included a rice-duck integrated treatment and non-duck treatment (CK) under organic management. Each treatment was in triplicate, and the experiment included six plots in total, with each plot 667 m² in area.

Results and discussion

(1) The number of weeds in the plots with the duck treatment was significantly lower than that with CK (p?<?0.01). (2) The incidence of stem borers (Chilo suppressalis) with the duck treatment was significantly lower than that with CK (p?<?0.05). The incidences of rice leaf rollers (Cnaphalocrocis medinalis), rice sheath blight (Rhizoctonia solani), and planthoppers with the duck treatment were extremely significantly lower than those with CK (p?<?0.01). (3) The contents of NH₄ ⁺-N, alkali-hydrolyzable N, available P, and available K in the soils with the duck treatment were higher than those with CK, and the activities of urease, phosphatase, sucrase, and catalase in the soils with the duck treatment were also much higher than those with CK. The grain yield with the duck treatment was 1.9 times that with CK. (4) The number of soil nematodes with the duck treatment was significantly higher than that with CK in the late rice growing stage (p?<?0.01).

Conclusions

Raising ducks in the paddy fields not only showed a potential of controlling weed hazards and reducing rice pests and diseases but also raised soil fertility, improved soil biodiversity, and increased grain yield effectively. Implementing the rice-duck integrated farming could highly reduce the amount of pesticides and herbicides and was beneficial to develop the organic rice farming in the suburbs of Shanghai, Southeast China.

     

近10多年来我国鸭稻共作生态农业技术的研究进展与展望

近10多年来,我国在鸭稻共作生态农业技术的理论研究和生产实践等方面均取得了长足进步,因此有必要加以总结。其中,在理论研究层面,主要涉及鸭稻共作对稻田养分循环与能、物流特征的影响,对病虫害的防控和天敌害虫动态的影响,对杂草群落结构的影响及其防控,对水体环境与水体生物多样性的影响,对土壤肥力特征及土壤生物多样性的影响,对水稻生长性状及水稻群体结构形态建成的影响,对温室气体排放及全球变化的影响,对水稻品质、产量、综合效益与生态服务功能的影响,利用鸭稻共作控制福寿螺的效果与机制等领域,并取得了相应的研究进展。在技术层面,主要开展了鸭稻共作生产技术规程、直播方式下鸭稻共作生产技术、免耕抛秧养鸭技术以及其他鸭稻共作新技术的探索与创新实践。在此基础上,提出了4个方面的研究展望,包括鸭稻共作的生态效应与机制及其长期定位研究、鸭稻共作关键技术的创新、系统集成与示范研究、鸭稻共作生产技术的标准化与产业化研究,以及与全球变化和低碳农业发展的关联与接轨研究。