不同耕作措施对土壤和水稻籽粒重金属累积的影响

通过在成都某耕层重金属含量显著高于亚耕层且具有轻度镉污染农田上开展的小区试验,研究了5种耕作措施对土壤及水稻籽粒重金属积累的影响。结果表明:耕作措施对耕层土壤及水稻籽粒铅、镉含量影响显著;水稻籽粒铅、镉含量与土壤耕层的铅、镉含量显著正相关,土壤p H与水稻籽粒铅、镉含量显著负相关;深翻土壤+施用有机肥(T5)的耕作措施可以显著高土壤p H,对降低土壤及水稻籽粒铅、镉含量的效果最佳。因此,建议在成都平原地区具有轻度镉污染农田使用深翻土壤+施用有机肥的耕作措施种植水稻。     

玉米/大豆间作的镉累积规律初探

为探索镉污染农田高效种植结构调整模式,通过在镉污染严格管控区农田(土壤全镉含量1.98 mg·kg~(-1))开展不同镉积累特性的玉米和大豆间作试验,系统研究了单作和间作下玉米和大豆的镉吸收积累规律。结果表明,随着生育进程推进,玉米秸秆镉含量呈总体降低的变化趋势,大豆秸秆镉含量呈逐渐升高再降低的趋势,玉米苗期秸秆镉含量最高,而大豆鼓粒期秸秆镉含量最高;大豆成熟期籽粒镉含量高于鼓粒期,玉米灌浆期籽粒镉含量高于成熟期;间作降低了成熟期镉低积累玉米籽粒镉含量,提高了镉高积累玉米籽粒镉含量,间作模式下镉高积累和低积累玉米品种籽粒镉含量平均值分别为0.139 mg·kg~(-1)和0.003 mg·kg~(-1),分别较单作降低了-14.88%和88.46%;秸秆和籽粒的富集系数大豆分别为2.567～3.329和0.667～0.764,玉米分别为0.729～3.339和0.001～0.079,间作玉米秸秆富集系数较单作增加0.15%～46.22%,低镉积累玉米籽粒富集系数较单作降低84.62%～92.31%;间作处理土地当量比为1.46～1.77。因此,间作大豆可以保证低镉积累玉米籽粒在镉污染土壤的安全生产,为土地合理利用提供有效的参考途径。     

水稻土镉形态分布特征及其生物效应研究

作物籽粒中镉来源于土壤,土壤中镉形态的含量与作物吸收量密切相关。本文旨在找出作物籽粒中镉与土壤镉形态之间的相关性,探究小麦/水稻籽粒中镉的来源,为阻断镉吸收提供理论依据。采用调查采样方法,对成都平原镉污染区冲积性水稻土耕作层土壤镉形态及对应的作物秸秆和籽粒镉含量进行了测试分析,研究镉超标水稻土不同形态镉的分布特征及其生物效应。结果表明:水稻土不同形态镉的平均含量高低排序为:铁锰氧化物结合态残留态水溶交换态有机质结合态碳酸盐结合态,各形态分布极不均衡,生物可利用形态所占比例较大。铁锰氧化物结合态镉与土壤pH值呈极显著正相关(r=0.712**,P0.01)。小麦、水稻籽粒与秸秆中镉含量均呈极显著正相关,相关系数分别为0.854**(P0.01)和0.872**(P0.01)。小麦秸秆和籽粒中镉含量与土壤中水溶交换态镉呈极显著正相关(r=0.677**和0.867**,P0.01),与其他形态相关性不显著;水稻籽粒中镉含量仅与土壤中水溶态镉含量呈显著正相关(r=0.573*,P0.05),与其他形态相关性不显著。镉污染区水稻土种植水稻和小麦农产品的镉含量超标风险较大。     

不同修复技术对土壤有效态镉含量及作物镉吸收的影响

针对镉超标的土壤,在大豆—小麦轮作系统下研究了不同钝化剂、不同作物对土壤有效态镉钝化及作物吸收镉的影响。结果表明:调理剂LC-L01、宁粮矿物质+有机质+微生物钝化剂、宁粮矿物质钝化剂和钙镁磷肥可有效降低土壤有效态镉含量;在小麦季试验中,不同钝化剂处理小麦对镉累积量的差异较大,生物有机肥处理下小麦镉累积量最低;在2019年大豆季试验中,宁粮矿物质+有机质钝化剂处理大豆籽粒镉累积量最低,为0.047 mg/kg。大豆品种苏豆13、小麦品种扬麦20和扬麦27可作为镉低累积品种在镉轻度污染土壤中进行种植生产,研究形成了一套适用于该地区轻度镉污染的土壤调理剂耦合农艺措施修复技术模式。     

镉低积累玉米水稻品种的筛选

以近年在沈阳市普遍种植的26个玉米品种和20个水稻品种为材料,在沈阳市中国科学院沈阳应用生态研究所的沈阳农田生态系统国家野外科学观测站(新民屯站区)和沈阳市于洪区闸上村分别进行镉低积累玉米品种和镉低积累水稻品种的筛选。结果表明:玉米籽粒中镉含量在0.004～0.019mg·kg~(-1),水稻籽粒中镉含量在0.035～0.128mg·kg~(-1)。在土壤镉含量为1.30mg·kg~(-1)和0.45mg·kg~(-1)的条件下种植玉米和水稻,玉米籽粒和水稻籽粒中镉最高含量分别为0.019mg·kg~(-1)和0.128mg·kg~(-1),其籽粒均符合食品中污染物限量标准;筛选出低积累玉米品种5个、低积累水稻品种4个,可作为镉污染地区玉米、水稻品种推广种植。     

中国土壤模式-作物系统重金属生物富集模型建立

针对土壤模式建立土壤和作物重金属含量关系模型,旨在消除土壤属性对作物重金属吸收量的影响。当作物类型或品种确定后,作物重金属吸收量只与土壤重金属含量有关。提出了农田作物重金属生物富集的"土壤重金属含量-作物特性-土壤属性"关系理论,定义了土壤模式、土壤模式-作物系统重金属生物富集模型、土壤模式-作物系统重金属生物富集模型图谱等概念,确定了土壤模式的划分方法和使用方法,在此基础上以最近30年来中文期刊发表的土壤镉含量与水稻和小麦镉含量关系作为案例验证了以上方法。结果表明:水稻和小麦同一部位镉吸收量随土壤镉含量增加而增加,水稻和小麦吸收镉能力顺序为根>茎>叶>籽粒,水稻和小麦籽粒镉吸收量在同一范围内。     

成都平原农田镉污染情况及油菜镉吸收特征

为了解成都平原农田镉污染现状及油菜对农田土壤镉的吸收特征,在成都平原镉污染农田选取45个样点,通过田间实地取样的方法,研究了32个品种油菜的镉吸收特征及其生长农田土壤镉污染特征。结果表明:45个取样点中有19个样点土壤镉含量超过土壤环境质量标准农业用地二级污染标准,除广汉外,其余各市区农田土壤都存在镉污染威胁,尤以什邡为重;土壤有效镉含量随全镉含量增加而递增,两者呈极显著线性正相关;土壤镉污染生物有效性系数随土壤pH值升高而降低,两者呈极显著线性负相关。试验所用油菜对土壤镉均有一定吸收累积作用,且不同品种差异显著;同一品种油菜镉富集能力主要受土壤镉含量的影响;绿星油99(德阳)、821(绵竹)、德油5号(彭州)和德油4号(什邡)分别为各市区筛选出的具有较强镉富集能力的适栽品种,也是试验中发现的最适合各市区作为农田镉污染修复植物的油菜品种。油菜籽粒镉富集能力主要受茎秆镉含量的影响,且在镉存赋能力的品种差异上均表现为茎秆大于籽粒。     

不同耕作措施对土壤和小麦籽粒重金属含量的影响

在成都某耕层土壤总镉含量超标(亚耕层不超标)的农田上开展小区试验,研究了5种耕作措施对土壤及小麦籽粒重金属含量的影响。结果表明:深翻耕作可以将亚耕层土壤与耕层土壤混合,降低耕层土壤总镉含量;小麦籽粒镉含量与耕层土壤总镉含量具有极显著正相关关系,与土壤pH值具有显著负相关关系;深翻土壤+施用有机肥的耕作措施,可以显著降低耕层土壤总镉含量,并提高土壤pH值,缓解镉对小麦的毒害作用,最终降低小麦籽粒镉含量。因此,在成都地区耕层土壤镉含量高于亚耕层的农田,推荐使用深翻土壤+施用有机肥的耕作措施种植小麦,以保证小麦品质。     

油菜轮作对后茬作物产量的影响

【目的】明确长江流域多熟制轮作区油菜轮作对后茬作物产量的影响,验证油菜种植提高后茬作物产量是一种普遍现象,为油菜作为换茬作物促进粮油兼丰、周年丰产稳产提供依据。【方法】在长江流域不同地区开展不同轮作模式的同田对比试验,选取长江上游重庆北碚油菜-水稻和小麦-水稻轮作、四川盐亭油菜-玉米和小麦-玉米轮作,中游湖北沙洋油菜-水稻和小麦-水稻轮作、油菜-玉米和小麦-玉米轮作、湖南衡阳油菜-早稻-晚稻和冬闲-早稻-晚稻轮作、河南信阳油菜-水稻和小麦-水稻轮作,下游江苏如皋油菜-水稻和小麦-水稻轮作。比较冬季作物小麦(或冬闲)和油菜在相同施肥水平下对后茬作物水稻或玉米产量及产量构成因子、养分吸收量的差异。【结果】北碚、沙洋、信阳和如皋油-稻轮作的稻谷产量较麦-稻轮作分别提高323、483、1 569和569 kg·hm~(-2),相应增产4.6%、6.6%、17.3%和6.0%;盐亭和沙洋油-玉轮作的玉米产量较麦-玉轮作分别提高487和579 kg·hm~(-2),分别增产7.0%和14.8%;衡阳油-稻-稻轮作的早稻和晚稻的稻谷产量较闲-稻-稻轮作分别提高718和726 kg·hm~(-2),分别增产11.1%和10.5%。沙洋和信阳油-稻轮作水稻的有效穗数和每穗粒数较麦-稻轮作分别增加7.0、27.7万穗/hm2和18.1、20.2粒/穗。沙洋和北碚试验点油-稻轮作的水稻生物量较麦-稻轮作分别提高1 711和2 625 kg·hm~(-2),氮素累积量分别较麦-稻轮作增加23.9和23.2 kg·hm~(-2)。【结论】在长江流域不同种植区域内,油菜在不同轮作模式中均可提高后茬作物的产量及养分累积量,是一种良好的轮作换茬作物。     

不同水稻品种籽粒对土壤镉吸收差异性的初步研究

20个水稻品种在3个试验点开展的田间试验结果表明,水稻品种籽粒镉的积累能力与土壤镉含量具有正相关性。水稻对镉的积累和耐性具有明显的品种间差异,筛选水稻糙米镉含量低的品种,能有效解决镉污染稻田水稻安全生产问题。通过试验发现,在土壤中低度重金属污染下,水稻品种辐优21、B优840和金优284能较好地降低镉的吸附,水稻籽粒Cd含量不超标。     

稻田不同免耕轮作模式对土壤性质的影响

为研究稻田不同免耕轮作模式对土壤性质的影响,基于2004年在成都平原建立的耕作定位试验,以当地传统麦稻周年旋耕+无秸秆还田(CW-CR)模式为对照,设置麦稻周年免耕+秸秆还田(ZW-ZR)和油稻周年免耕+秸秆还田(ZO-ZR)2种免耕轮作处理,2014年后分层取样测试土壤物理、化学性质和主要酶活性。结果表明:和CW-CR相比,连续免耕配合秸秆还田促进土壤有机碳和碱解氮含量的提高,土壤表层(0～7.5 cm)增幅分别为41.3%～52.2%和33.6%～33.7%,差异达显著水平。免耕模式不同土层有效钾含量显著低于对照模式,降幅19.8%～25.7%。连续免耕促进直径2 mm的水稳性团聚体的大幅增加,但对不同土层容重、孔隙度和最大持水量等物理性质及土壤酶活性影响较小。周年免耕条件下,麦稻模式较油稻模式更利于表层土壤5 mm水稳性团聚体的形成,其他多数指标无显著差异。0～7.5 cm土壤质量指数(Soil quality index,SQI)排序为ZO-ZRZW-ZRCW-CR。连续免耕可以提高小麦和油菜产量,但水稻产量不及对照模式,ZW-ZR和ZO-ZR模式平均降幅8.7%和4.6%。本研究条件下,免耕可改善稻田土壤质量,ZO-ZR模式优于ZW-ZR模式,但土壤质量的改善与水稻生产力的提高不同步。     

轮作体系下麦/油减量施氮与水稻氮肥运筹对作物产量和氮素吸收的影响

为了研究麦/油-稻轮作体系麦/油减量施氮与水稻氮肥运筹对作物产量、氮素吸收和氮肥偏生产力的影响,于2017—2018年开展麦-稻轮作和油-稻轮作的田间试验,在麦/油季设置常规施氮(小麦,N 150 kg·hm^-2;油菜,N 180 kg·hm^-2)、减量施氮(小麦,N 120 kg·hm^-2;油菜,N 150 kg·hm^-2)2个处理,在水稻季N 150 kg·hm^-2用量基础上设置3个运筹M1~M3,基肥、分蘖肥、穗肥的用量比分别为2∶2∶6、3∶3∶4和4∶4∶2。结果表明:在麦-稻轮作体系下,小麦季减量施氮小麦产量、地上部生物量和地上部氮素吸收量分别显著(P<0.05)降低15.36%、14.21%和17.14%,小麦氮肥偏生产力显著(P<0.05)增加5.79%。小麦季常规施肥处理下,M3运筹的水稻产量最高,而减量施氮处理下,M2运筹的水稻产量、地上部氮素吸收量和氮肥偏生产力最高。在油-稻轮作体系下,油菜季减量施氮显著(P<0.05)降低了油菜的产量和地上部氮素吸收量,降幅分别为14.28%和16.76%。无论油菜季减氮与否,M3运筹的水稻产量、地上部生物量和氮肥偏生产力均最高。     

小麦、油菜耐缺锰能力田间比较研究

选用耐缺锰能力不同的７个油菜品种和２个小麦品种,在水旱轮作的严重缺锰土壤上,进行了２种作物不同品种耐缺锰能力的比较研究。结果表明,在同样的缺锰土壤上,油菜的耐缺锰能力明显高于小麦。７个油菜品种中,有５个品种仅在秧田期出现了轻度缺锰症,但持续时间较短,移栽至大田后所有油菜品种均未出现缺锰症,且缺锰处理植株叶色、长势和收获后的籽粒产量与正常供锰处理相比没有明显差异。而２个小麦品种则从分蘖期开始出现缺锰症,并一直持续到孕穗期。其中,耐缺锰能力相对较纱的川麦２２号发病更为严重。缺锰胁迫使小麦减产３０％以上。在水旱轮作的缺锰土壤上,直播油菜相对产量略高于移栽油菜。     

水稻-油菜轮作条件下氮肥效应及其后效

【目的】从周年轮作的角度分析了氮肥施用对水稻-油菜轮作体系中作物产量、氮素吸收量、肥料利用率的影响以及水稻季施用氮肥在油菜季的后效特点,比较和明确不同施肥处理下水稻-油菜轮作体系经济效益的差异。【方法】2010-2011年在湖北省洪湖市布置前茬水稻不同氮肥用量以及后茬油菜裂区施氮和不施氮两个副区的田间试验,研究了不同施氮条件下水稻和油菜的产量、氮素吸收量和氮肥利用率。根据试验结果分析稻油轮作系统氮肥后效及经济效应。【结果】由于氮肥用量和分配的不同,作物产量、氮肥利用率和经济效应表现出明显地差异,水稻季施氮165 kgN•hm-2产量最高,氮肥利用率最大;水稻季施用的氮肥具有明显的后效,显著增加油菜产量107-644 kg•hm-2,氮素吸收量增加3.9-35.2 kg•hm-2,相当于油菜季施氮5-33 kgN•hm-2的增产效果。氮肥的后效与施氮量成正比,虽然水稻季高氮处理增加氮肥后效,但是降低了水稻产量、当季氮肥利用率以及经济效益。本试验条件下,水稻季和油菜季施氮量均为165 kgN•hm-2时,经济效益最高。【结论】合理的氮肥施用能明显提高水稻和油菜的产量,在整个周年水旱轮作中水稻季氮肥具有一定的后效,油菜生长季应该在充分考虑前茬水稻氮肥后效的基础上进行优化推荐施用。     

黔中黄壤丘陵旱坡地不同耕作制与水土保持研究

1999－2000年连续2年试验研究表明：黔中黄壤丘陵旱坡地分带轮作水土保持效益优于净作，分带轮作制中洋芋（油菜或小麦）／绿肥／玉米／红薯轮作方式优于油菜（小麦）／绿肥／玉米／大豆；不同作物轮对对产量的影响小季以洋芋＞油菜＞小麦，大季以红薯＞大豆；适宜的分带轮作制为洋芋（或油菜）／绿肥／玉米／红薯，其水土流失量小，作物总产量最高。     

浙江省稻田系统秸秆还田问题及对策

秸秆还田是实施肥药减施及有机养分替代的主要技术。稻-麦轮作是浙江北部和中部稻区的主要栽培模式,稻-油和稻-稻模式则主要分布在浙江中部和南部稻区。调查表明,浙江稻区不同栽培模式的秸秆还田与耕作方式主要有:双季稻田秸秆翻耕还田,稻-麦(油)轮作水稻秸秆覆盖还田,以及稻-麦(油)轮作水稻季的4种秸秆还田耕作方式——麦(油)秸秆覆盖还田免耕水稻直播方式、麦(油)秸秆还田浅耕水稻直播方式、麦(油)秸秆还田深耕水稻插秧方式、麦(油)秸秆还田深耕水稻直播方式。不同耕作及还田方式各有利弊,但同时存在秸秆量大、还田困难,肥料配施没有定量计算方法,病虫害加剧,土壤水分需要科学管理,农机需要合理选择与操作等问题。通过调查研究,参考已有的研究技术资料,针对秸秆还田存在的问题进行分析与总结,提出以下对策。1)采取方式轮换措施调和不同耕作类型及不同秸秆还田方式产生的不足。2)中等肥力农田以单季秸秆还田量5~6 t·hm^-2、全年秸秆还田量10~12 t·hm^-2比较适宜,超过的秸秆量建议通过综合利用方式加以解决。3)肥料配施采取以氮肥全季调施、前期适当增施,钾肥适当减施为主的秸秆还田施肥策略。4)病虫害防治采取提前翻耕、秸秆深埋、淹水闷田的措施。5)水分管理以易于机械耕作和秸秆还田后保持土壤湿度促进秸秆腐解为原则,晚稻提倡干湿交替的灌溉管理方式。6)机械类型应选择带有秸秆切碎装置的收割机,耕作机械要保证翻埋深度,以实现稳定与均匀的还田作业。     

麦稻两季秸秆还田不同施氮量对水稻产量及其产量结构的影响

研究了麦稻两季秸秆还田条件下,麦季不同氮肥用量(纯N 180、225、270 kg/hm2)和水稻不同氮肥用量(纯N225、300、375 kg/hm2)对水稻产量及其产量结构的影响。结果表明:麦季氮肥用量对后茬水稻产量、单位面积穗数、每穗粒数和千粒重的影响较小,在每公顷施氮(N)180~270 kg范围内差异未达显著水平;水稻氮肥用量对水稻产量及其构成因素的影响较大,在每公顷施N 225~375 kg范围内,随着施氮水平的提高,对水稻的增穗效果明显,3个施氮量处理间的差异显著,对每穗粒数的影响不大,但水稻结实率降低、千粒重下降,施N 375 kg/hm2的处理与225 kg/hm2、300 kg/hm2两处理间的差异达显著水平,产量随着施氮水平提高而增加,但施N 375 kg/hm2与300 kg/hm2处理间的差异不显著。     

南方丘陵季节性干旱区节水稻作模式综合效益评价体系研究

针对南方丘陵区季节性干旱状况和稻作发展的基本特点,以节水稻作模式为研究对象,借鉴层次分析法(AHP)的基本原理,遵循科学、实用及简明的原则,构建南方丘陵区节水稻作模式综合效益评价模型,提出以经济效益、生态环境效益和社会效益3方面综合效益评价的16项评价指标.并以国家"863"项目推广示范的节水灌溉双季稻模式、水旱轮作双季稻模式、稻油轮作模式3种节水稻作模式和当地常规双季稻模式为例.利用所建模型进行综合评价.结果表明,3种节水稻作模式的综合效益均优于该区常规稻作模式,以稻油轮作模式综合效益最高.因此,在南方丘陵季节性干旱双季稻区适当发展稻油轮作节水稻作模式具有良好的前景.该评价结果可为南方丘陵季节性干旱区水资源高效利用和稻作持续健康发展提供理论依据.     

稻田冬种复种模式的综合效益研究

稻田耕作系统的效益由经济效益、生态效益和社会效益综合而成,对它的正确评价不仅在理论上,而且在生产实践上都具有重要的意义。采用层次分析法和综合指数法,建立评价因素指标体系,对稻田不同冬种复种模式的生态效益和经济效益进行综合评价研究。结果表明,2012年各冬种复种模式的综合效益指数大小依次为处理C(油菜/花生-稻)、处理E(蔬菜/花生‖玉米-稻)、处理B(绿肥-稻-稻)、处理D(马铃薯/玉米‖大豆-稻)、处理A(冬闲-稻-稻);2013年则综合效益指数大小依次表现为处理D(蔬菜/花生‖玉米-稻)处理B(油菜/花生-稻)处理E(绿肥-稻-稻)处理C(马铃薯/玉米‖大豆-稻)处理A(冬闲-稻-稻)。综合两年的结果来看,"油菜/花生-晚稻"和"蔬菜/花生‖玉米-稻"是综合效益较好的两个模式。虽然"蔬菜/花生‖玉米-稻"经济效益较好,但需要较多的劳动力,蔬菜种植又需要肥沃的土壤,因此此种模式适合在土壤肥沃、劳动力充足的地区推广应用;"油菜/花生-晚稻"模式中,油菜秸秆中富含氮、磷、钾等成分,其秸秆就地还田,有利于改善土壤和农田系统,提高后茬作物的产量;早稻改种花生,花生比水稻更具价格优势,能够增加农民收入;花生后种植水稻在兼顾经济收益的前提下保证农民的粮食需求,该模式兼顾经济效益、环境效益和社会效益,是值得推广的模式,但需要注意的是为保证晚稻生长时长,花生品种应尽量选择早熟品种。     

Effects of different rotation patterns on the occurrence of clubroot disease and diversity of rhizosphere microbes

Clubroot disease, caused by Plasmodiophora brassicae, is one of the most destructive soil-borne diseases in cruciferous crops worldwide. New strategies are urgently needed to control this disease, as no effective disease-resistant varieties or chemical control agents exist. Previously, we found that the incidence rate and disease index of clubroot in oilseed rape decreased by 50 and 40%, respectively, when oilseed rape was planted after soybean. In order to understand how different rotation patterns affect the occurrence of clubroot in oilseed rape, high-throughput sequencing was used to analyze the rhizosphere microbial community of oilseed rape planted after leguminous(soybean, clover), gramineous(rice, maize) and cruciferous(oilseed rape, Chinese cabbage) crops. Results showed that planting soybeans before oilseed rape significantly increased the population density of microbes that could inhibit P. brassicae(e.g., Sphingomonas, Bacillus, Streptomyces and Trichoderma). Conversely, consecutive cultivation of cruciferous crops significantly accumulated plant pathogens, including P. brassicae, Olpidium and Colletotrichum(P0.05). These results will help to develop the most effective rotation pattern for reducing clubroot damage.