红壤地区紫云英中氮素的转化及其对水稻有效性的研究

紫云英是我国南方稻田传统的有机肥料,近年来更逐渐北移。随着化学氮肥增加,有些地区紫云英播种面积有所减少,但在红壤地区以及某些水稻区,紫云英仍是水稻的一项重要肥源。研究紫云英在土壤中的腐解、养分转化及对土壤肥力和水稻生育的影响具有一定实践意义。我们于1980年利用¹⁵N标记与非标记的紫云英进行了水稻田间小区、微区及温室盆栽等试验,现将所得结果整理如下。     

南方稻田紫云英作冬绿肥的增产节肥效应与机制

本文对我国南方稻田紫云英作冬绿肥以及紫云英与稻草共同利用的增产和节肥效应及其植物营养学、土壤微生物学等相关作用机制进行综述。2008—2019年间开展的11个联合定位试验结果 (n = 930) 表明，冬种紫云英在不减肥或者减肥20%条件下增产效果显著，水稻产量增加幅度分别为6.53%和4.15%；在减施40%化肥时可保障水稻与常规施肥相比不减产。紫云英的增产和节肥效应随种植年限的增加而增强，5个联合定位试验连续7年的监测结果表明，冬种紫云英减施40%化肥条件下，紫云英种植第一年相对常规施肥增产0.87%，至种植第7年增幅为3.98%。紫云英与稻草联合利用是近些年稻区推行的重要技术模式，2016—2019年间开展的7个联合定位试验结果 (n = 342) 表明，紫云英–稻草联合还田相对于单独稻草还田，水稻产量增加了11.71%。本文分别从优化水稻产量构成、促进水稻养分吸收、提升土壤肥力3方面阐释了紫云英作冬绿肥的增产、节肥机制。稻田冬种紫云英可增加水稻有效穗数和每穗实粒数，优化了产量构成。与常规施肥相比，紫云英配施减量化肥的水稻吸氮量增加了6.4%～6.9%，氮肥利用率提高了6.6%～31.1%。稻田种植紫云英使土壤碳、氮库得到培育，土壤活性有机碳含量和碳转化酶活性提高，土壤速效养分、土壤物理性状明显改善。以有机质和全氮为例，相比常规施肥处理，种植翻压紫云英后减施20%和40%化肥处理的土壤有机质含量分别增加3.95%和4.15%，土壤全氮含量分别增加1.22%和1.74%。在紫云英调控土壤微生物及氮转化机制方面，冬种绿肥有利于土壤微生物的生长繁殖，增强与微生物活性密切相关的土壤酶活性，并通过改变土壤微生物的群落结构及功能微生物影响土壤养分循环。紫云英配施减量化肥可提高土壤固氮菌丰度，通过合理的调控措施可优化紫云英的生物固氮作用。硝化作用对冬绿肥的响应在不同类型土壤中有较大差异，碱性水稻土中冬种绿肥可通过抑制硝化作用降低氮素淋失风险，氨氧化微生物群落结构的变化是冬绿肥影响硝化作用的重要机制。通过近十多年来的研究，逐渐明晰了我国南方稻田冬种紫云英的增产、节肥效应及其机制，为今后稻田绿肥的效应与机制研究提供了重要借鉴和参考。     

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。     

太湖地区不同轮作模式下的稻田氮素平衡研究

采用田间微区15N示踪,研究了太湖地区稻田不同轮作模式(紫云英-水稻轮作、休闲-水稻轮作、小麦-水稻轮作)和施氮水平(0、120 kg·hm?2、240 kg·hm?2、300 kg·hm?2)下水稻对氮肥的吸收利用效率及土壤氮素残留特征。结果表明,水稻吸收的氮素来自肥料的比例为20.9%~49.6%,休闲-水稻轮作模式下水稻产量的获得更加依赖无机氮肥的大量投入。当季水稻对肥料氮的利用率为25.0%~41.5%,肥料氮的土壤残留率为13.4%~24.6%,其中90%以上的土壤残留肥料氮集中在0~20 cm土层,在土壤剖面中的残留率随土层深度增加而迅速降低,30~40 cm土层的肥料残留量仅占氮肥施用量的0.2%~0.7%。紫云英?水稻轮作和休闲?水稻轮作模式下氮肥利用率和土壤残留率均在施氮240 kg·hm?2时达到最大值,其氮肥利用率显著高于小麦?水稻轮作55.6%和66.0%。稻季施氮240 kg·hm?2时,小麦-水稻轮作模式下的氮肥利用率、土壤残留率以及总回收率显著最低,损失率显著最大;紫云英?水稻轮作模式下的氮肥损失率最小,分别小于休闲?水稻轮作和小麦-水稻轮作13.9%、39.2%。不同轮作模式下,水稻籽粒产量随施氮量的增加而增加,稻季施氮240 kg·hm?2时,紫云英?水稻轮作下水稻籽粒产量显著高于休闲?水稻轮作和小麦?水稻轮作,小麦?水稻轮作籽粒产量虽略高于休闲?水稻轮作,但没有达到显著水平。本研究认为,选择紫云英还田配施氮肥240 kg·hm?2,既可以保证水稻氮肥利用率而获得高产,又能减少氮肥损失而带来的环境风险,是一种值得在当地大力推广的耕作制度。     

紫云英还田后不同施肥下的腐解及土壤供钾特征

采用尼龙网袋法研究了紫云英翻压后不同施肥处理下在稻田的腐解和养分释放规律,以及不同施肥处理土壤钾库的变化特征。结果表明:紫云英还田后,不同施肥处理对其腐解及养分释放无明显影响。紫云英的腐解,氮、磷、钾释放量与翻压时间的关系可用一级动力学方程拟合,不同施肥处理下紫云英最大腐解率达到64.8%~68.3%,氮、磷、钾最大累计释放率分别为84.2%~86.7%、85.3%~89.3%、89.9%~98.0%,养分释放速度表现为钾磷氮。紫云英养分释放主要集中在翻压后15 d之内,应加强水稻生育后期的养分运筹管理。紫云英短期(1个生育期)内能够活化土壤中的钾,但晚稻收获后的土壤速效钾含量明显降低,说明紫云英还田不能完全替代化学钾肥效果。在连续3年不施化学钾肥的情况下,种植紫云英还田后,不会降低早稻土壤速效钾含量,但晚稻收获后土壤速效钾含量低于施用化学钾肥处理,说明紫云英还田不能完全替代化学钾肥效果。     

苏南稻田4种冬绿肥养分特性及对翻压前土壤无机氮的影响

为充分利用苏南冬闲稻田发展适宜绿肥作物种植,在大田试验条件下,研究了毛叶苕子（Vicia villosa Roth）、 光叶苕子（Vicia villosa var.）、 紫云英（Astragalus sinicus L.）和肥田萝卜（Raphanus sativus L.）4种绿肥作物的生长、 营养特性,比较分析了绿肥作物翻压前不同处理间耕层土壤无机氮含量与构成的差异。结果表明,在绿肥作物翻压期,4种绿肥作物均达到较高生物量和养分累积量,鲜重、 干重分别为24.8 30.7 t/hm2和3.6 4.2 t/hm2,不同绿肥作物间无显著差异。 4种绿肥作物的吸氮量为69.8 136.4 kg/hm2,毛叶苕子最高,肥田萝卜最低。吸磷量为7.1~11.3 kg/hm2,肥田萝卜最高,紫云英最低。吸钾量为117.6~151.3 kg/hm2,毛叶苕子最高,光叶苕子最低。与对照冬闲相比,种植绿肥作物不同程度地降低了耕层土壤无机氮含量（平均降低38.9 kg/hm2）,其中硝态氮含量下降明显,铵态氮含量均较对照土壤有增加趋势（平均提高6.5 kg/hm2）,毛叶苕子和光叶苕子处理铵态氮含量增加显著。4种绿肥作物均适合苏南冬闲稻田种植,能潜在降低无机氮的损失风险和为后季水稻作物生长提供养分。     

紫云英还田对单季稻田氨挥发的影响

为探究紫云英还田对单季稻田氨挥发损失的影响,以我国南方单季稻-紫云英种植模式为研究对象,采用盆栽试验,设置不施氮(CK)、尿素单施(N)、尿素与紫云英配施(NM)3个处理,研究紫云英还田对南方单季稻田NH_3挥发动态特征的影响。结果表明,N和NM的氨挥发通量在氮肥施用后第3天达到峰值(分别为10.8 kg·hm~(-2)·d-1和9.27 kg·hm~(-2)·d-1),之后迅速下降。在整个监测期间,氨挥发累积量分别为93.4 kg·hm~(-2)和79.8 kg·hm~(-2),分别占氮素施用量的25.7%和21.9%。田面水中铵态氮含量和pH值以及分蘖期土壤中羟胺还原酶活性与氨挥发速率或累积量呈显著线性正相关关系。与N相比,NM显著降低表面水中铵态氮含量以及水稻分蘖期土壤中羟胺还原酶活性(37.8%),最终显著降低外源氮素NH_3挥发累积量和挥发系数(14.6%和14.8%)。综上,NM可有效减少单季稻田外源氮素NH_3挥发损失,从而提高氮素养分利用率,降低氮素养分的环境风险。本研究结果为紫云英在缓解模式内氮肥气态损失,提高氮素当季利用率提供了理论依据。     

紫云英翻压量对单季晚稻养分吸收和产量的影响

通过2年田间试验,研究了不同紫云英翻压量对单季晚稻养分吸收、 养分利用效率和产量的影响,并以此确定紫云英鲜草的最佳翻压量。试验设CK（不施肥）,CF（常规施化肥）和4个紫云英鲜草翻压量（30、 60、 90、 120 t/hm2）共6个处理。结果表明,在所有紫云英翻压处理中,稻谷中氮、 磷、 钾吸收量,水稻氮、 磷、 钾的养分农学利用效率和稻谷产量均以翻压紫云英鲜草60 t/hm2处理最高。与不施肥处理相比,施化肥和紫云英翻压处理分别增加稻谷产量11.8% 和7.4%1~3.5%。将紫云英作为单季晚稻的唯一肥源不会产生僵苗现象,并可获得高产。     

15N标记绿肥喂猪后还田的转化和效益的研究

本文用１５Ｎ标记绿肥与无Ｎ淀粉配制成饲料喂猪，猪体平均回收饲料１５Ｎ２３．５１％；猪粪回收１５Ｎ２３．８５％，猪尿回收１５Ｎ２８．７６％；饲料绿肥Ｎ的总回收率为７６．１２％。猪粪，尿还田，水稻全株对Ｎ的回收分别相当于饲料绿肥Ｎ的３．７５％和７．．２５％。其中转化至稻谷的分别为２．５１％和４．８２％。以经济产品计算，猪体和稻谷共回收饲料绿肥１５Ｎ３０．８４％，比１５Ｎ绿肥与尿素配施还田稻回收的绿肥Ｎ     

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。     

山地果园套种绿肥对氮磷径流流失的影响

采用野外天然降雨条件下的小区试验研究山地新生果园套种黑麦草、紫云英和箭舌豌豆绿肥作物对氮磷径流流失的影响。结果表明,果园套种绿肥作物黑麦草、紫云英和箭舌豌豆能分别减少36.4%,33.9%和5.3%的径流水量流失,56.4%,55.2%和8.8%的泥沙流失,土壤保水能力增加,固土效果加强。地表径流和泥沙携带侵蚀是果园氮磷养分流失的主要途径,种植绿肥作物黑麦草、紫云英和箭舌豌豆能使总氮流失分别减少55.2%,49.3%和18.7%,总磷流失分别减少58.5%,55.6%和30.1%。山地果园套种绿肥可使氮磷流失量明显降低,有助于水体环境的保护,同时还增加土壤肥力,改善果实品质。     

长期绿肥与氮肥减量配施对水稻产量和土壤养分含量的影响

为探明湘南双季稻区绿肥还田下的氮肥适宜施用量,设计了始于2008年冬季开展的长期田间定位试验(2009-2017),研究绿肥与氮肥减量配施对双季稻的产量、氮肥农学效率、氮肥偏生产力以及2017年稻田耕层土壤养分含量的影响。共设计6个施肥处理:不施氮肥空白对照、仅紫云英、习惯施肥、紫云英与100%无机氮配施、紫云英与80%无机氮配施、紫云英与60%无机氮配施。结果表明:与习惯施氮量相比,绿肥结合习惯施肥以及绿肥与化肥氮减量20%~40%配施均能保持甚至提高2009-2017年稻谷周年产量,显著提高早、晚稻氮肥偏生产力和氮肥农学效率。绿肥与化肥氮减40%时,产量变异系数最低和产量可持续指数最高。试验9 a后,与2008年相比,稻田土壤有机质和全氮含量呈上升趋势。与习惯施肥相比,绿肥与化肥氮减量20%~40%能维持土壤磷素与钾素的供给。综合考虑,紫云英还田下,化肥氮减施40%仍能获得高产稳产,且氮肥利用率最高,产量稳定性最好,并可缓慢提高土壤肥力,是湘南双季稻种植区较好的施肥模式。     

稻草高茬-紫云英联合还田改善土壤肥力提高作物产量

研究旨在探讨稻草留高茬套种绿肥、稻草-绿肥联合还田下的生产及土壤肥力特征,为南方稻区综合利用稻草和绿肥提供理论及技术支撑。2012—2016年设置定位试验,研究高茬稻草-绿肥联合还田下的绿肥和水稻产量、土壤碳氮库活性及其他养分特征。试验包括5个处理:冬闲+稻草不还田(CK),冬闲+稻草全量还田(RS),冬种紫云英+稻草不还田(MV),冬种紫云英+稻草低茬全量还田(MV+LRS),冬种紫云英+稻草高茬全量还田(MV+HRS),各处理施用等量化肥。结果表明:稻草-绿肥联合还田提高绿肥产草量及其含氮量,与MV相比,分别增加了13.1%和6.8%(MV+LRS)、32.2%和5.2%(MV+HRS);增加水稻产量,以MV+HRS处理最高,4 a平均产量较RS、MV增加556.8和412.8 kg/hm2。2013和2015年,MV+HRS处理水稻产量高于MV+LRS。稻草-绿肥联合还田培肥地力效果明显,土壤有机质、全氮含量均比CK、RS和MV增加;且联合还田下有效养分提升更为全面。与稻草和绿肥单独应用相比,稻草-绿肥联合还田还能提升土壤微生物量氮及可溶性有机碳氮含量。可见,稻草-绿肥联合还田能够改善绿肥生长、提高水稻产量、提升土壤肥力;其中,高茬稻草与绿肥联合还田下的紫云英和水稻产量最高,土壤肥力也优于低茬处理,是综合利用稻草和绿肥资源的较好方式。     

绿肥配施化肥对岩溶区水稻土壤细菌群落结构的影响

  【目的】  研究绿肥翻压对岩溶区稻田土壤养分状况和土壤细菌群落特征的影响,为岩溶区绿肥替代化肥提供理论依据和数据支撑。  【方法】  绿肥–水稻轮作田间试验连续进行了3年,供试绿肥为紫云英(桂紫7号)。试验共设置3个处理:单施化肥(CK)、单种绿肥(MV)和绿肥配施化肥(MF)。利用Illumina Novaseq PE250高通量测序技术测定了0—20 cm土壤细菌群落,分析了施肥方式对岩溶区水稻土壤细菌群落多样性和群落特征及共现网络模式的影响。  【结果】  与CK相比,MV和MF处理增加了土壤有机碳、全氮和碱解氮含量,降低了土壤pH、速效钾含量和C/N值。不同施肥处理的稻田土壤细菌多样性指数均无显著性差异。岩溶区稻田土壤优势细菌菌群为绿弯菌门(Chloroflexi)、变形菌门(Proteobacteria)、硝化螺旋菌门(Nitrospirae)、拟杆菌门(Bacteroidetes)和酸杆菌门(Acidobacteria)等。在属水平上,地杆菌属(Geobacter)、厌氧绳菌属(Anaerolinea)、RBG-16-58-14等为岩溶区石灰性稻田土壤的优势菌属。与CK相比,MF处理显著增加了新鞘脂菌属(Novosphingobium)、互养棍状菌属(Syntrophorhabdus)、苯基杆菌属(Phenylobacterium)的相对丰度,降低了脱硫酸盐菌属(Desulfatiglans)的相对丰度。共现网络分析表明,CK和MV处理的细菌共现网络结构相似,而MF处理增加了土壤细菌网络复杂性及变形菌门、拟杆菌门等富营养性细菌的相对丰度。RDA分析结果表明,土壤速效钾、交换性钙离子和全氮是影响土壤细菌群落组成变化的关键环境因子。  【结论】  绿肥翻压配施化肥,可提高土壤养分和富营养性细菌的相对丰度,效果优于单施化肥和单种绿肥处理,对于维持岩溶区稻田生态系统的可持续发展有重要意义。     

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。     

Uptake of 15N by wetland rice in response to application of 15N-labelled Sesbania rostrata and urea

 Pot experiments were carried out to evaluate the response of rice to Sesbania rostrata green manure N as compared to urea fertilizer N under flooded conditions. After growing S. rostrata for 21 days with a ¹⁵N-labelled N source, the labelled Sesbania was applied to wetland rice as a green manure and the uptake of ¹⁵N from this substrate was compared to that from labelled urea. Rice was cultivated twice in the same pots. The rice was grown for a period of 49 days in each case, separated by a period of 21 days when the soil was allowed to dry. The ¹⁵N content of the soil and shoots and roots of rice was determined and ¹⁵N balances established. The total N content of the shoots and roots of rice was determined by a non-tracer method. The percentage recovery of ¹⁵N from shoot material which was derived from urea N was more than twice that from S. rostrata. The recovery of ¹⁵N from the pots receiving both green manure and urea was low, and not significantly different from that recovered from the green manure treatment. As much as 64.5–73.5% and 40.1–41% of the ¹⁵N remained in the soil which had received green manure or urea, respectively. The overall recoveries of ¹⁵N varied between 86.5% and 94.4%. At the second harvest, the oven-dry weight of shoots was significantly (P<0.05) higher in green-manure treated pots, but the total N content did not differ significantly. Labelled N remaining in the soil after amendment with the green manure was much more available to the rice crop than that remaining after the addition of urea-N. The total recovery of labelled N (shoots plus roots) amounted to 65.5% and 74%, respectively of the residual labelled N in the two S. rostrata treatments (i.e. 19.55 mg ¹⁵N pot^–1 and 39.10 mg ¹⁵N pot^–1) and 23.2% and 23.2% of the residual labelled N in the two urea treatments (i.e. 19.55 mg ¹⁵N pot and 39.10 mg ¹⁵N pot^–1), respectively. Received: 8 December 1997     

Green manure production of Azolla microphylla and Sesbania rostrata and their long-term effects on rice yields and soil fertility

Summary Azolla spp. and Sesbania spp. can be used as green manure crops for wetland rice. A long-term experiment was started in 1985 to determine the effects of organic and urea fertilizers on wetland rice yields and soil fertility. Results of 10 rice croppings are reported. Azolla sp. was grown for 1 month and then incorporated before transplanting the rice and 3–4 weeks after transplanting the rice. Sesbania rostrata was grown for 7–9 weeks and incorporated only before transplanting the rice. Sesbania sp. grew more poorly before dry season rice than before wet season rice. Aeschynomene afraspera, which was used in one dry season rice trial, produced a larger biomass than the Sesbania sp. The quantity of N produced by the Azolla sp. ranged from 70 to 110 kg N ha^-1. The Sesbania sp. produced 55–90 kg N ha^-1 in 46–62 days. Rice grain yield increases in response to the green manure were 1.8–3.9 t ha^-1, similar to or higher than that obtained in response to the application of 60 kg N ha^-1 as urea. Grain production per unit weight of absorbed N was lower in the green manure treatments than in the urea treatment. Without N fertilizer, N uptake by rice decreased as the number of rice crops increased. For similar N recoveries, Sesbania sp. required a lower N concentration than the Azolla sp. did. Continuous application of the green manure increased the organic N content in soil on a dry weight basis, but not on a area basis, because the application of green manure decreased soil bulk density. Residual effects in the grain yield and N uptake of rice after nine rice crops were found with a continuous application of green manure but not urea.     

Uptake of carbon and nitrogen through roots of rice and corn plants,grown in soils treated with 13C and 15N dual-labeled cattle manure compost

Nitrogen and carbon dynamics in paddy and upland soils for rice cultivation and in upland soil for corn cultivation was investigated by using ¹³C and ¹⁵N dual-labeled cattle manure compost (CMC). In a soil with low fertility, paddy and upland rice took up carbon and nitrogen from the CMC at rates ranging from 0.685 to 1.051% of C and 17.6–34.6% of N applied. The ¹³C concentration was much higher in the roots than in the plant top, whereas the ¹⁵N concentration differed slightly between them, indicating that organic carbon taken up preferentially accumulated in roots. The ¹³C recovery in the plant top tended to be higher in upland soil than in paddy soil, whereas ¹⁵N applied was recovered at the same level in both paddy and upland soils. In the experiment with organic farming soil, paddy rice took up C and N from the CMC along with plant growth and the final recovery rates of ¹³C and ¹⁵N were 2.16 and 17.2% of C and N applied. In the corn experiment, a very large amount of carbon from the CMC was absorbed, accounting for at least 7 times value for rice. The final uptake rates of ¹³C and ¹⁵N reached about 13 and 10% of C and N applied, respectively. Carbon emission from the CMC sharply increased by 2 weeks after transplanting and the nitrogen emission was very low. It is concluded that rice and corn can take up an appreciable level of carbon and nitrogen from the CMC through roots.     

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。     

长期施用有机肥对土壤和糙米 铜、锌、铁、锰和镉积累的影响

设施氮、磷、钾肥（NPK）、施氮、磷、钾肥兼稻草还田（NPKS）、施氮、磷、钾肥兼2倍稻草还田（NPKS2）、施氮、磷、钾肥兼施紫云英（NPKG）和施氮、磷、钾肥兼施猪粪5个处理的长期定位试验,探讨了长期施用有机肥对土壤和糙米铜、锌、铁、锰和镉含量的影响。结果表明,土壤全铜、全锌和全镉因秸秆还田或施用紫云英、猪粪有明显提高,尤其是施用猪粪,土壤全铜、全锌和全镉较仅施用氮、磷、钾肥分别增长53.6%、23.6%、406.2%,达到极显著水平; 而全铁和全锰各处理间没有显著差异。长期施用有机肥增加了土壤有效态铜、锌和镉含量,其中施用猪粪土壤有效铜、锌和镉含量增加最为显著,分别比NPK处理增长了335.9%、320.8%、421.4%。长期施用猪粪明显地增加了糙米中镉含量,并超过国家卫生标准。长期施用畜禽粪便类的有机肥对农产品的安全应予以足够的关注。