长江中游地区水旱复种轮作模式资源利用率比较研究

为了实现农田资源高效利用,维护农业生态良性循环,优化长江中游地区传统种植模式,本研究于2013年10月—2015年11月,以冬闲连作为对照,分析比较了不同水旱复种轮作模式(冬闲-早稻-晚稻→冬闲-早稻-晚稻、马铃薯-玉米‖大豆-晚稻→蔬菜-花生‖玉米-晚稻、蔬菜-花生‖玉米-晚稻→绿肥-早稻-晚稻、绿肥-早稻-晚稻→油菜-花生-晚稻、油菜-花生-晚稻→马铃薯-玉米‖大豆-晚稻)的光、温、水、土资源利用效率。结果表明:水旱复种轮作模式的冬季、晚季和周年的光能利用率均比冬闲连作处理高,周年光能利用率两年间分别高8.26%~82.50%和2.63%~121.42%,其中均以"蔬菜-花生‖玉米-晚稻→绿肥-早稻-晚稻"轮作模式最高。水旱复种轮作模式的年有效积温利用率均高于冬闲连作模式,两年间分别高12.87%~21.26%和11.17%~25.88%,以"蔬菜-花生‖玉米-晚稻→绿肥-早稻-晚稻"轮作模式最佳。两年间水旱复种轮作模式的冬季、晚季和周年的水分利用率均比冬闲连作处理高,其中周年水分利用率分别高45.36%~83.50%和40.00%~118.75%,以"马铃薯-玉米‖大豆-晚稻→蔬菜-花生‖玉米-晚稻"轮作模式的晚季和周年水分利用率最高,"蔬菜-花生‖玉米-晚稻→绿肥-早稻-晚稻"模式的冬季水分利用率最高。两年间土地利用率均以"绿肥-早稻-晚稻"复种模式最高,平均利用率达96.11%,"蔬菜-花生‖玉米-晚稻→绿肥-早稻-晚稻"轮作模式的土地利用率表现最好。因此,各水旱复种轮作模式的周年光能利用率、年有效积温利用率、水分利用率和土地利用率均高于冬闲对照,其中以"蔬菜-花生‖玉米-晚稻→绿肥-早稻-晚稻"和"绿肥-早稻-晚稻→油菜-花生-晚稻"轮作模式表现较好,适宜在长江中游地区推广应用。     

稻田复种轮作下周年温室气体排放及综合效益评价

为减缓温室气体排放和削弱长期连作障碍,在长期定位试验的基础上,通过设置不同复种方式,综合分析稻田复种轮作系统下周年温室气体排放规律和综合效益评价。结果表明,稻田CO₂和CH₄不同季节排放量趋势一致,均是晚稻>早稻>冬作物,而N₂O排放与之相反。从温室气体的排放总量来看,CO₂排放总量明显高于CH₄、N₂O排放总量。处理A（紫云英—早稻—晚稻）CO₂排放总量最高,但N₂O和CH₄排放总量均最低,N₂O和CH₄排放总量最高的是处理C（油菜—早稻—晚稻）。无论是冬季作物生长季、水稻生长季还是全年,3种温室气体的综合GWP均是以处理A最低,处理C最高,双季稻田冬种油菜对全球增温贡献较大,对环境来说是不利的,从这一点考虑,冬种紫云英相对来说是对环境更有利的。"混播绿肥—早稻—玉米‖大豆→混播绿肥—早稻—晚稻"综合效益较好,最具可持续发展优势,有利...     

利于水稻氮素吸收的绿肥翻压量和施氮水平研究

【目的】 紫云英是我国南方稻区重要的冬季绿肥,具有固定碳素、改善土壤物理性状、提高土壤养分含量等效果,能为后茬水稻提供良好的生长环境。本研究为探明水稻对氮素的吸收利用特性,为水稻高产栽培中氮肥的合理运筹和水稻氮素营养性状改良提供依据。 【方法】 在“紫云英–双季稻”耕作制度轮作土壤上,进行田间 4 × 4 双因素裂区试验。每小区收获的紫云英全部翻压为 100% 翻压,设不翻压、翻压 30%、60%、100% 4 个水平;每个翻压水平处理下,设置不施氮肥、施常规氮量 (N 150 kg/hm2) 的 30%、60% 和 100%,共 16 个处理。分别在分蘖期、孕穗期、抽穗期、灌浆期、成熟期取水稻植株样品,调查水稻氮素吸收利用特性。 【结果】 水稻群体干物积累量随生育进程处理间差异逐渐增大。抽穗期以 M_30% + N₀ 处理最高,M_60% + N_60% 处理次之,对照 (M₀ + N₀) 最低,此阶段是水稻群体物质积累量全生育期中差异最大的时期,最高的 M_30% + N₀ 处理较对照和其他处理平均高 79.02% 和 45.04%,此阶段的干物质积累量占总干物质积累量的比例为 23.19%～44.23%。分蘖期、灌浆期和成熟期干物积累量均以 M_60% + N_60% 处理最高,对照最低,在成熟期 M_60% + N_60% 处理群体总干物质重为 13.14 t/hm2,较对照高 53.15%。不同生育期水稻植株含氮量和吸氮量处理间不同。孕穗期、抽穗期和成熟期植株含氮量均以 M_60% + N_60% 处理最高,较其他处理平均分别高 20.71%、14.84% 和 15.44%;分蘖期、孕穗期、抽穗期和成熟期植株吸氮量也以 M_60% + N_60% 处理最高,对照最低,氮肥与冬种绿肥有显著协同效应。水稻氮素阶段吸收量及其占总吸收量的比例存在明显差异。分蘖期前、孕穗至抽穗期和抽穗至成熟期均是紫云英翻压 60% + 施氮 60% 处理的吸收量高于其他处理,平均分别高 29.89%、79.46% 和 121.1%;而分蘖至孕穗期是 M_100% + N_100% 处理达到最大,较其他处理平均高 51.87%。 【结论】 综合来看,供试条件下,在 “紫云英–双季稻” 种植体系中,M_60% + N_60% 处理能够提高氮肥利用效率,改善稻田氮素循环,对于实现水稻氮素高效吸收和利用具有重要意义。      

稻田冬种绿肥对水稻产量和土壤肥力的影响

为探讨冬季种植绿肥作物改良土壤的生态作用, 以冬闲连作为对照, 通过连续8年的定位试验研究了冬种绿肥(紫云英、油菜和黑麦草)收获后翻压还田对后作水稻产量及土壤肥力的影响。结果表明: 连续8年冬种绿肥期间, 冬种绿肥各处理的水稻平均产量均高于冬闲对照, 但不同处理增产效果有所不同, 其中紫云英 早稻 晚稻处理增产效果最明显, 为10.48%, 其次是油菜 早稻 晚稻处理(7.31%), 黑麦草 早稻 晚稻处理的增产效果较差, 仅为5.76%。紫云英 早稻 晚稻处理的土壤pH和碱解氮含量最高, 与其他处理相比, pH增加0.58%~1.37%, 碱解氮增加6.59%~35.35%。黑麦草 早稻 晚稻处理的土壤有机质、有效磷、速效钾含量和C/N在各处理中最高, 分别较其他处理高2.99%~4.98%、19.25%~31.05%、16.97%~22.15%和0.97%~6.61%。相关性分析结果表明, 水稻产量与每穗颖花数、结实率、千粒重及土壤碱解氮、有效磷极显著相关(P<0.01), 与每穗粒数、有机质、速效钾显著相关(P<0.05), 而与穗长、有效穗数及土壤pH和C/N相关不显著; 水稻产量各构成要素与土壤养分之间的关系极为密切。综合来看, 稻田冬种绿肥有利于增加水稻产量和改善土壤肥力。     

紫云英与油菜混播对稻田土壤N2O排放及相关功能基因丰度的影响

【目的】探究绿肥混播对稻田土壤N₂O的减排效果和机制,筛选既高产稳产,又减排的适合南方双季稻区发展应用的绿肥混播种植模式。【方法】比较不同紫云英与油菜混播比例（单播紫云英（CK1）、单播油菜（CK2）)、3/4紫云英+1/4油菜（3/4M + 1/4R）、1/2紫云英+1/2油菜（1/2M + 1/2R）、1/4紫云英+3/4油菜（1/4M + 3/4R））对稻田N₂O排放规律及相关功能基因的影响。【结果】（1）作物种类影响N₂O排放。各处理的N₂O排放规律基本一致,其中冬作季N₂O排放主要集中在冬季绿肥的盛花期,早晚稻季主要集中在水稻的分蘖、灌浆和成熟期。总体来看,稻田N₂O排放主要集中在水稻季,早稻季的N₂O排放量低于晚稻季;2018年稻田N₂O排放通量总体比2019年高。（2）各处理的早稻N₂O累积排放量差异均不显著。连续两年单播处理的N₂O累积排放量低于混播各处理,其中2019年处理CK1最低,处理3/4M+1/4R的N₂O周年累积排放量在各混播处理中最低。（3）整体来看,晚稻土壤的amoA-AOA和amoA-AOB基因拷贝数比早稻要高,amoA-AOA基因拷贝数比amoA-AOB高1—2个数量级。晚稻的土壤nirS、nirK、nosZ基因拷贝数比早稻要高,其中nirS基因拷贝数比nirK和nosZ高1—2个数量级。紫云英与油菜混播提高了土壤amoA-AOA和amoA-AOB基因丰度,amoA-AOA基因为优势功能基因,而且提高了土壤nirS、nirK、nosZ基因丰度,nirS基因占主导地位。反硝化基因拷贝数比硝化基因拷贝数高1—3个数量级,反硝化作用对N₂O排放贡献更大。【结论】“3/4紫云英+1/4油菜-早稻-晚稻”种植模式在保证高产和高肥力的情况下,N₂O排放量相对较低,是较理想的种植模式。     

紫云英与氮肥配施对水稻氮素吸收利用的影响

为了探明紫云英还田配施减量氮肥的作用机制,为南方稻田合理施肥提供理论指导和技术支撑.在"紫云英-双季稻"复种型农作制度基础上,采用大田试验,设置3个梯度的紫云英还田量,并配施相应的减量氮肥,以常规施肥作对照,分析不同紫云英与氮肥配施比例对水稻产量、干物质积累情况以及氮素积累的影响,并利用施氮量和水稻产量建立纯N-紫云英-水稻产量的关系模型.研究表明:紫云英27000 kg/hm2+纯N 120 kg/hm2有提高早稻产量的趋势,紫云英45000 kg/hm2+纯N 60 kg/hm2的晚稻产量最高,从全年产量来看,紫云英36000 kg/hm2+纯N 90 kg/hm2表现最佳.与常规施肥相比,翻压紫云英还田可以提高早稻中后期干物质积累比例,提高植株氮素积累量和氮收获指数.紫云英替代系数的变化表明,在早稻供氮量充足的情况下,随着紫云英还田量在全部施肥量中比例的增加,紫云英替代氮肥效应的能力逐渐减弱.     

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。     

稻田复种轮作模式的生态经济效益综合评价

为了筛选具有可持续性、适合鄱阳湖生态经济区的冬季绿色高效循环复合种植模式,通过2012年—2013年连续2年的田间定位试验,采用AHP法和综合指数法对鄱阳湖生态经济区5种稻田复种轮作模式(冬闲?稻?稻?冬闲?早稻?晚稻,绿肥?早稻?晚稻?油菜?玉米||大豆?晚稻,油菜?玉米||大豆?晚稻,蚕豆?早稻?甘薯||玉米?蔬菜?甘蔗||大豆,蔬菜?甘蔗||大豆?绿肥?早稻?晚稻)的生态经济效益进行了综合评价。结果表明:按照晚稻价格比折算后,两年间各种植模式中蔬菜?甘蔗||大豆种植模式的作物产量最高,其次是绿肥?早稻?晚稻,蚕豆?早稻?甘薯||玉米的作物产量最低。生态经济效益综合评价表明,2012年各系统的综合效益指数大小排序依次为:蔬菜?甘蔗||大豆油菜?玉米||大豆?晚稻蚕豆?早稻?甘薯||玉米绿肥?早稻?晚稻冬闲?早稻?晚稻,说明蔬菜?甘蔗||大豆种植模式"改稻为经",是能够带动稻田高产高效的种植模式,有利于农业生产的可持续发展。2013年经过稻田复种轮作后,各系统的综合效益指数表现为:绿肥?早稻?晚稻蔬菜?甘蔗||大豆油菜?玉米||大豆?晚稻蚕豆?早稻?甘薯||玉米冬闲?早稻?晚稻,表明稻田冬种紫云英模式的绿肥?早稻?晚稻种植模式能兼顾三大效益,有利于农业生产的可持续发展。从两年的综合效益结果来看,蔬菜?甘蔗|大豆→绿肥?早稻?晚稻模式能够带动稻田高产高效,能兼顾经济效益、生态效益和社会效益,可解决粮食安全和农业结构调整及农民增收等社会问题,而且对于冬季农业开发、自然资源的充分利用和农业生产的可持续发展也有极大的促进作用。综合来说,蔬菜?甘蔗||大豆→绿肥?早稻?晚稻模式是适合我国鄱阳湖生态经济区大面积推广应用的稻田冬季农业开发与复种轮作循环模式。     

秸秆还田对稻田生态系统环境质量影响的初步研究

为了得到较好的还田方式及还田量,采用不同的处理对早、晚稻分别进行研究。通过采用覆盖还田、粉碎还田和堆肥还田这3种不同的秸秆还田方式,对秸秆还田后对早稻生长及产量、品质的影响以及对土壤肥力状况的影响进行研究。晚稻处理中,在秸秆还田的同时,通过配施不同种类和数量的化学肥料以及降解菌来研究晚稻土壤生物活性变化（微生物区系变化、土壤酶活性变化）。结果表明：对于早稻产量及土壤养分状况方面,粉碎还田3000 kg/hm2相比其他处理来说都有较好的效果;对于晚稻土壤微生物及酶活性变化方面,秸秆还田的同时配施复合肥能有效地增加土壤中细菌的数量,其中粉碎还田3000 kg/hm2+225 kg/hm2复合肥的细菌数量最多。秸秆还田配施一定的化学肥料能够增加过氧化氢酶和脲酶的含量,但是对于土壤中转化酶的影响不大。     

秸秆还田配施化肥对土壤温度、根际微生物及酶活性的影响

以单施秸秆为对照,研究秸秆还田配施不同比例化肥对土壤温度、土壤根际微生物和酶活性的影响。结果表明:(1)在水稻不同生育期,与对照相比秸秆还田配施化肥各处理在8:00和20:00均提高了土壤温度,而在14:00降低了土壤温度。从地温日较差分析可知,秸秆还田配施化肥处理的整日地温变化幅度低于对照,且差异显著。此外随着土层深度的增加,秸秆还田配施化肥处理与对照间的差距逐渐减少,调温作用逐渐减弱。(2)秸秆还田配施化肥各处理能够增加根际土壤总细菌、放线菌、真菌、氨氧化细菌、好气性自生固氮菌、亚硝酸细菌、磷细菌和好气性纤维素分解菌的数量,但普遍区组间差异不显著。除了秸秆还田配施低量NP处理(SNP1,秸秆3 000 kg hm-2+N 150 kg hm-2+P2O575 kg hm-2)以外,秸秆还田配施化肥各处理的过氧化氢酶、脲酶、转化酶活性均高于对照,但区组间均未达到显著差异。因此,秸秆还田配施化肥能合理调节土壤温度,显著提高土壤微生物的数量与活性,有利于土壤生态环境的改善,其中秸秆还田配施NPK处理(SNPK1,秸秆3 000 kg hm-2+N 150 kg hm-2+P2O575 kg hm-2+K2O 37.5 kg hm-2;SNPK2,秸秆3 000 kg hm-2+N 225 kg hm-2+P2O5112.5 kg hm-2+K2O 56.3 kg hm-2)效果最为显著。