水旱轮作对冷浸田土壤碳、氮、磷养分活化的影响

有机碳活性低、微生物生物量氮含量低和磷素养分缺乏等是冷浸田土壤重要的养分障碍因子。通过连续3a的定位试验,研究油菜—水稻、玉米—水稻、紫云英—水稻和蚕豆—水稻等4种水旱轮作方式对冷浸田土壤碳、氮、磷养分活化及稻谷产量的影响。结果表明:与冬闲—水稻相比,实行水旱轮作,土壤微生物生物量碳含量提高60.54%~195.57%,微生物商增加0.24~0.81个百分点;土壤微生物生物量氮含量提高107.51%~162.90%,微生物生物量氮/总氮比增加0.71~0.91个百分点;土壤全磷、有效磷及微生物生物量磷增幅分别为14.29%~40.00%,31.42%~105.61%和63.76%~83.22%;稻谷产量提高23.64%~55.49%,不同轮作模式以玉米—水稻产量最高。土壤全磷、有效磷、微生物生物量碳、微生物生物量氮和微生物生物量磷等与稻谷产量、有效穗均呈显著或极显著正相关关系。说明潜育化程度较轻的冷浸田通过水旱轮作,土壤有机碳、氮、磷养分得到活化,其中影响冷浸田稻谷产量的养分限制因子顺序为有效磷微生物生物量氮微生物生物量磷微生物生物量碳全磷。     

基于最小数据集的南方地区冷浸田土壤质量评价

调查分析了我国南方地区7个省份冷浸田土壤理化性状和生物学性状,筛选冷浸田土壤质量评价指标,建立土壤质量评价最小数据集。结果表明:冷浸田土壤有机质、全氮、C/N、有效磷与非冷浸田差异显著,分别较非冷浸田高出26.1%、11.2%、12.3%,低84.6%。冷浸田土壤含水量、有效铁、有效锰、有效锌、Fe~(2+)、Mn~(2+)、还原性物质总量含量分别较非冷浸田显著高出37.6%、91.5%、108.1%、17.0%、349.5%、143.1%、217.9%;冷浸田土壤微生物生物量碳、酸性磷酸酶活性均显著低于非冷浸田,而过氧化氢酶活性显著高于非冷浸田,蔗糖酶活性与非冷浸田相比无显著差异。冷浸田土壤线虫数量为301.9条100 g干土~(-1),显著低于非冷浸田;采用配对样本t检验和主成分分析方法,结果表明冷浸田土壤质量评价的最小数据集为pH、全氮、有效锰、Fe~(2+)、C/N、线虫数量6个指标,冷浸田土壤质量指数显著低于非冷浸田。研究结果对冷浸田土壤质量评价、土壤改良具有重要意义。     

基于不同类型冷浸田的有机无机物料改良剂增产效应研究

基于田间试验,研究了福建主要类型冷浸田简易开沟下施用有机或无机改良剂对单季稻产量及土壤性状的影响。结果表明,青泥田上施用鸡粪、猪粪与菇渣的籽粒产量表现一定的增产趋势,而配合秸秆还田的水稻秸秆产量较CK增产40.7%,差异显著;锈水田施用生石灰或生石灰配施有机肥均不同程度提高了水稻籽粒产量,其中4500 kg hm-2生石灰+4500 kg hm-2有机肥处理的籽粒产量与秸秆产量分别较CK显著增产15.9%与14.8%;浅脚烂泥田施用干牛粪、油菜籽饼(配比1∶1)的有机复合改良剂7500 kg hm-2,籽粒产量提高19.3%,差异显著。不同改良剂增产主要是由于提高了水稻有效穗数。施用生石灰或生石灰配施有机肥不同程度地降低了锈水田土壤亚铁含量,而提高了土壤微生物量碳、氮含量;浅脚烂泥田施用改良剂后,除了3750 kg hm-2油菜籽饼处理外,大团聚体(>2 mm)比例呈下降趋势,而中团聚体(0.25~2 mm)与微团聚体(<0.25 mm)比例呈上升趋势。青泥田与锈水田施用改良剂还分别提高了籽粒磷、钾养分与籽粒氮、磷养分含量。针对冷浸田不同属性,配合开沟措施,选用畜禽有机肥、油菜籽饼、生石灰等有机无机改良剂以及组合施用可降低土壤还原性物质,提高活性有机碳含量,改良土壤结构,实现水稻增产。     

长期深窄沟排水对冷浸田土壤脱潜特性及水稻产量的影响

冷浸田为江南稻区广泛分布的一种中低产田。以福建省顺昌县持续运行约30年的石砌深窄沟为监测平台,通过田间土壤速测与室内检验,研究长期深窄沟排水对离沟不同距离冷浸田土壤脱潜特性及水稻产量的影响。结果表明:冷浸田经过长期深窄沟排水,在离沟25 m范围内,与典型冷浸田(离沟75 m位点)土壤相比,土壤Eh提高幅度为288.2%~323.4%,土壤水分下降幅度为7.5%~36.2%,土壤还原性物质总量、Fe~(2+)、Mn~(2+)等含量均有不同降低,并表现为离沟越近,提高或降幅越大的趋势。开沟后0~25 m范围内,土壤p H降低0.13~0.69个单位,土壤微生物生物量碳、氮分别提高66.0%~99.0%、77.0%~275.1%,土壤有效养分含量提高,土壤耕性得到明显改善,离沟15 m以内位点可以实现机耕。开沟后,25 m范围内作物产量可提高6.6%~20.7%,且离沟越近增幅越大。在冷浸田特殊的环境下,土壤还原强度大小是制约作物产量的主要因素。长期开沟排水促进了土壤有机质矿化,增强了土壤微生物活性,产量提升明显。从综合改造效果看,距沟15~20 m以内对土壤理化性质改良与产量提升效果较为明显。     

我国主要低产水稻冷浸田土壤微生物特征分析

研究我国冷浸田主要分布的7个省份冷浸田土壤样品的微生物特征,通过与当地高产田土壤微生物特征比较发现:我国冷浸田土壤的微生物量碳含量(70.98～356.61mg/kg)总体低于高产田,差异显著(P<0.05);冷浸田土壤中可培养的细菌、真菌、放线菌、氨化细菌、固氮菌、纤维素分解菌的平均值分别为高产田土壤的53.93%,43.33%,47.32%,51.98%,44.83%,47.80%。表明我国冷浸田土壤微生物总量偏低且活性弱。但是,可培养的硫化细菌数量(平均16.21×106个/g土)和铁还原菌数量(平均9.28×107个/g土)高于高产田土壤中可培养的硫化细菌数量(平均13×106个/g土)和铁还原菌的数量(平均7.32×107个/g土),说明我国冷浸田土壤中硫化氢和亚铁浓度较高。因此,只要有针对性的改良冷浸田土壤微生物群落结构和功能的多样性,冷浸田土壤肥力将大大提高。     

有机培肥对连作花生土壤肥力及活性有机碳库的影响

  目的  针对花生连作及化肥滥用导致土壤肥力下降、土壤碳库失衡等问题,开展有机培肥改善连作花生田土壤质量研究。  方法  实验选取连作5年的花生田建立四个完全随机区组,设置蚯蚓粪配施化肥（VM）、“NMM”菌肥配施化肥（BF）、单施化肥（CF）和无施入对照（CK）四个处理,在花生结荚期取样并比较土壤综合肥力指数、土壤活性有机碳含量及有效率、土壤碳库管理指数的变化。  结果  与CK和CF相比,有机培肥显著提高了土壤综合肥力指数、土壤有机碳及易氧化有机碳、微生物生物量碳、可矿化有机碳含量和碳库管理指数（P < 0.05）,其中VM处理效果最佳;有机培肥土壤微生物生物量碳、可矿化有机碳和可溶性有机碳有效率较CK和CF显著降低。冗余分析和相关性分析表明有机培肥与土壤总有机碳及各活性有机碳含量显著正相关,与除了易氧化有机碳有效率以外的其他土壤活性有机碳有效率呈负相关;碳库管理指数与易氧化有机碳、微生物量碳、可溶性有机碳、可矿化有机碳显著（P < 0.05）或极显著（P < 0.01）正相关。  结论  合理有机培肥能够提高土壤活性有机碳含量,同时有助于土壤非活性有机碳的积累。有机培肥对提高连作花生田土壤综合肥力和土壤碳库储量、缓解连作障碍有显著作用。     

长期深窄沟排渍对冷浸田地下水位、土壤化学特性及水稻籽粒品质的影响

以福建省顺昌县持续运行约30年的石砌深窄沟为平台,连续3年监测长期深窄沟排渍对冷浸田地下水位、土壤化学特性及水稻籽粒品质的影响。结果表明,距沟75 m(CK)、25 m、15 m、5 m的冷浸田的土壤类型逐渐呈现由深脚烂泥田→浅脚烂泥田→青泥田→青底灰泥田的方向演变。距沟75 m、25 m、15 m、5 m位点的常年平均地下水位分别为5.0 cm、8.3 cm、-5.4 cm、-16.7 cm,其中距沟5 m位点地下水位常年变幅为-62~13 cm,变幅最大。距沟越近,耕层土壤还原性物质则越低,而碱解氮、速效磷与速效钾则越高,其中距沟5 m的还原性物质总量较CK平均降低62.6%,而碱解氮、速效磷和速效钾平均分别增加40.7%、38.8%和184.5%。距沟5 m、15 m与25 m位点的水稻籽粒氨基酸含量均显著高于CK。籽粒氨基酸含量与土壤还原性物质呈显著负相关,而与土壤碱解氮、速效磷等显著正相关,籽粒淀粉含量也与土壤活性还原性物质呈显著负相关。长期深窄沟排水改善了土壤理化性状,提高了籽粒氨基酸品质。石砌深窄沟对15 m以内的土壤脱潜效果明显。     

起垄和施肥对冷浸田土壤氧化还原状况的影响

通过起垄和施肥试验, 研究不同措施对冷浸田土壤氧化还原状况的影响, 以期为冷浸田改良提供数据参考。结果表明, 冷浸田土壤氧化还原电位介于 48.5~ 198.0 mV之间, 远低于正常稻田(450~700 mV)。起垄使0~5 cm土层氧化还原电位有升高趋势, 但使>5 cm土层土壤氧化还原电位降低。冷浸田还原性物质总量变化范围为5.7~15.6 cmol·kg^-1(起垄试验)和7.7~16.0 cmol·kg^-1(施肥试验), 起垄在短期内会提高土壤还原性物质总量, 增施钾肥、锌肥和硅肥会降低土壤还原性物质总量, 而磷肥用量对土壤还原性物质基本无影响。0~25 cm和25~50 cm土层土壤Fe2+含量平均为3 388.92 mg·kg^-1和3 356.39 mg·kg^-1; 起垄60 d后, 土壤Fe²⁺含量随着起垄高度增加而逐渐降低; 与不施肥(CK)、氮磷钾(NPK)处理相比, 施钾量增加20%(NPK₂)、增加硅肥(NPK+Si)和增加锌肥(NPK+Zn)可以大幅度降低土壤Fe²⁺含量; 0~25 cm土层土壤Fe²⁺含量高于25~50 cm土层。 起垄和施肥使冷浸田土壤Mn²⁺含量先降低后升高。     

开沟排渍与优化施肥对冷浸田生产力的耦合效应

冷浸田以渍水与低磷低钾为重要特征。通过田间试验,研究了开沟排渍与优化施肥耦合对冷浸田生产力及水稻籽粒氨基酸品质的影响。试验设4个处理:1不开沟,习惯施肥(CK);2不开沟,高磷钾配方肥(PF);3简易开沟+习惯施肥(KG+XG);4简易开沟+高磷钾配方肥(KG+PF)。结果表明,PF、KG+XG与KG+PF处理均不同程度提高了水稻分蘖盛期叶片光合色素含量,并以KG+PF处理最为明显,成熟期上述三者处理的水稻籽粒产量分别比CK增产4.7%、15.4%、19.8%,差异均显著,开沟排渍与优化施肥分别增产14.9%与4.1%。PF、KG+XG与KG+PF处理的必需氨基酸较CK增幅1.3%~8.3%,其中以KG+PF处理最高,差异显著;简易开沟不同程度降低了水稻分蘖期稻田土壤的还原性物质含量,其中,KG+PF与CK处理的活性还原性物质及Fe2+含量差异显著,且其土体锈纹锈斑明显。籽粒产量与3.5 mm团聚体数量呈显著正相关而与1~0.5 mm及0.5~0.25 mm团聚体数量呈极显著负相关,与土壤活性还原性物质及亚铁含量呈极显著负相关。综上,冷浸田开沟排渍增产效应明显高于优化施肥,二者对水稻产量增产表现为叠加效应,优化施肥对提高水稻籽粒氨基酸品质效果明显。     

耕作模式对冷浸田水稻产量和土壤特性的影响

为探明不同耕作模式对冷浸田的影响机制,挖掘冷浸田的生产潜力,以冷浸田为研究对象,通过田间试验,以常规平作模式为对照,研究了垄作和稻鱼共作模式对冷浸田水稻产量以及土壤团聚体、温度、pH及有机质和还原性物质含量以及酶活性的影响。结果表明:相比对照(CK),垄作模式(T1)能显著降低土壤微团聚体(0.25 mm)含量,促进大团聚体的形成,提高土壤温度,增加土壤有机质含量,提高土壤pH,抑制水稻分蘖期后土壤亚铁含量的上升,降低土壤亚锰含量,减轻其对水稻根系的毒害作用,提高土壤酶活性,增加土壤速效养分含量。稻鱼共作模式(T2)对冷浸田土壤理化性状影响不显著,但能显著增加土壤速效养分含量,土壤速效钾含量在水稻孕穗期和成熟期分别较对照(CK)增加18.2%和69.2%,从而为水稻生长提供良好的土壤环境和营养,促进水稻生长发育,提高水稻产量。研究表明T1和T2模式能显著提高冷浸田水稻产量,增产范围为8.8%~25.8%,T1模式增产效果最显著,实际产量达到7 623 kg·hm-2。综上所述,垄作模式可以有效地改善冷浸田土壤特性,提高水稻产量,而稻鱼共作模式增产效果主要体现在增加冷浸田水体和土壤的速效养分。     

有机稻鸭共作对土壤养分动态变化和经济效益的影响

土壤养分供应与作物需求间的矛盾是影响有机种植作物产量的技术瓶颈之一。试验通过对常规稻田、转换期稻鸭共作稻田和有机稻鸭共作稻田3种不同种植模式的土壤定位监测,分析土壤基本养分在水稻不同生长阶段的动态变化。结果表明,有机稻鸭共作稻田土壤有机质、碱解氮、速效磷和速效钾等养分指标在整个水稻生长期基本能维持一个相对稳定的状态,在幼穗分化期速效钾含量高于常规稻田,在成熟期碱解氮、速效磷和速效钾含量都远高于常规稻田。有机稻鸭共作稻田水稻产量较常规稻田有所降低,由于有机稻米的价格远高于常规稻米,实际经济效益可观,是值得推广的种植模式。     

开垦年限对稻田土壤腐殖质组成和胡敏酸结构特征的影响

以吉林省磐石市朝阳山镇青山村开垦年限分别为5 a、20 a和50 a的稻田土壤为研究对象,研究了0~15 cm和15~30 cm土层的土壤有机碳含量(SOC)、水溶性物质(WSS)、富里酸(FA)、胡敏酸(HA)和胡敏素(Hu)组成和HA结构特征及土壤养分含量的变化。结果表明:随稻田开垦年限增加(5~50 a),表层(0~15 cm)与亚表层(15~30 cm)土壤变化如下:(1)电导率分别增加74.8%和113.7%,p H均基本稳定。土壤速效氮、有效磷和速效钾含量分别增加0.24%、15.8%、29.7%和1.33%、6.92%、14.7%。(2)有机碳总量分别增加42.1%和47.9%,WSS、HA和Hu含量分别增加28.4%、51.9%、76.2%和87.7%、84.9%、70.1%,而FA含量分别下降了9.2%和1.74%。说明稻田耕作年限越长越有利于土壤有机碳的积累。(3)胡敏酸占腐殖质的比例(PQ)值均增大,土壤腐殖化程度加深。(4)HA的氢碳元素物质的量之比(H/C)、色调系数(?lg K)、半定量分析得红外光谱在2 920和1 720峰处吸收强度之比(E2 920/1 720)与在2 920和1 620峰处吸收强度之比(E2 920/1 620)均减小,HA分子芳化度增强,缩合度上升,结构变得复杂。     

北方典型水稻土有机质及其组分演变特征

【目的】探究我国北方淹育型水稻土在开垦耕种过程中土壤有机质及其组分的演变特征,为提高水稻土有机质的品质、合理利用水稻土及提高其生产潜力、建设高产稳产稻田提供理论依据和数据支撑。【方法】本研究以辽宁省各地棕壤和草甸土上发育的不同开垦年限淹育型水稻土为研究对象,通过野外调查、田间定点试验及室内测试分析等手段,研究了开垦年限对水稻土有机质含量与组成及其腐殖质特性的影响。【结果】水稻土耕层有机质总量 (SOM) 随开垦年限的增加维持在18.60～26.30 g/kg之间,与开垦年限无显著相关关系 (P > 0.05),但易氧化有机质含量占有机质总量的比例 (ROM/SOM) 均在50%以上,并且随水稻土开垦年限增加而下降,降幅为18%～20%;有机质氧化稳定系数 (Kos) 均在1.2以下,随着水稻土开垦年限增加呈上升趋势,增幅为52%～57%,胡富比 (HA/FA) 及胡敏酸相对色度 (RF) 随开垦年限增加而增大,但胡敏酸活化度 (AD) 和土壤腐殖质的松/紧 (LCH/TCH) 明显下降。【结论】北方水稻土随着开垦年限的增加,土壤中的有机质稳定性增加,活性降低,耕层土壤对养分的供、贮能力减弱,土壤肥力水平下降,限制了北方水稻土生产潜力的发挥,应通过耕作管理和有机无机肥料配施来防止或减缓水稻土肥力的下降。     

水稻耕制中的土水管理

世界水稻总面积1.45亿亩,总产量4.68亿吨,其中亚洲分别占89.6%及91.6%。水稻耕制可分为双季稻(二熟或三熟)及单季稻(一熟或二熟)两种。随着植稻面积扩大及耕制改变,水稻耕制中的土水管理问题日趋突出,其中主要表现为土壤物理性质改善,水分的合理灌溉及土壤养分协调三个方面。水稻耕种中,存在耕层粘闭与犁底层渗漏两大问题,解决途径在于推行水稻少耕、免耕、水旱轮作及增施粗有机质。稻田水分管理在灌溉方面的经验是,按土壤条件与水稻需水特点,采用浅、深、润、晒等不同方法;在排水方面,按中国的经验,采用暗管与鼠穴排水效果甚好。土壤养分供应与化肥施用水平是影响水稻高产的重要因素,其中首要的是氮素,其次是磷,而钾素缺乏也有增加趋势。防止氮肥损失及提高氮素利用率,是国际关注的问题。从当前已有的经验看,在水稻氮肥剂型,穴施大粒氮肥,分次与排干施用尿素,氮肥添加生物活动性抑制剂及长效氮肥等利用方面,均取得不少效果。当前,有机肥及有机废弃物的利用与磷、钾肥、微肥等的配合施用,也是解决水稻合理施肥的重要途径。总之,水稻耕制中土水管理体系是个复杂问题,它不仅受耕作制度、土壤条件,而且受生产及管理水平的影响。其中不少问题尚有待今后进一步研究解决。     

水稻节水栽培的生态和环境效应

综述了节水栽培对稻田生态条件及温室气体生成和排放、肥料流失污染、稻田矿质营养平衡与水肥耦合效应以及病虫草害发生动态等方面的影响。在此基础上,提出了今后应加强水稻节水栽培对农田生态的综合效应、水稻节水栽培的高效灌溉指标及水肥耦合效应、水稻节水栽培对农田病虫草害发生的影响、对土壤中盐分运移及再分布的影响以及无公害可降解的地膜覆盖旱作配套栽培技术等方面的研究     

蚯蚓粪肥在农业生产中的应用效果及研究进展

蚯蚓粪肥是将经蚯蚓消化有机废物产生的排泄物进行堆肥而制成的有机肥料,故含有丰富的营养物质和有益微生物.近年来,作物生产的应用效果表明,蚯蚓粪肥能改善土壤结构和微生物种群,促进作物生长、提高作物产量和农产品品质,还能增强植物抵抗病虫害能力,降低土壤中有毒重金属对植物危害.本文对蚯蚓粪肥的作用及相关研究进展进行综述,得出了...     

绿肥还田对粉垄稻田土壤活性有机碳的影响

绿肥还田是影响农田土壤有机质的重要手段,为探索绿肥还田对粉垄稻田土壤活性有机碳的影响,采用常耕和粉垄栽培水稻,以不施肥、单一施用化肥、同等肥力条件下单倍绿肥配施化肥和双倍绿肥配施化肥共4种施肥处理,系统开展粉垄耕作稻田土壤活性有机碳研究.结果表明:①粉垄耕作减少了稻田土壤总有机碳含量,提高绿肥还田量有助于粉垄稻田土壤总...     

Degradability of black carbon and its impact on trace gas fluxes and carbon turnover in paddy soils

Rice paddy soils are characterized by anoxic conditions, anaerobic carbon turnover, and significant emissions of the greenhouse gas methane. A main source for soil organic matter in paddy fields is the rice crop residue that is returned to fields if not burned. We investigated as an alternative treatment the amendment of rice paddies with rice residues that have been charred to black carbon. This treatment might avoid various negative side effects of traditional rice residue treatments. Although charred biomass is seen as almost recalcitrant, its impact on trace gas (CO₂, CH₄) production and emissions in paddy fields has not been studied. We quantified the degradation of black carbon produced from rice husks in four wetland soils in laboratory incubations. In two of the studied soils the addition of carbonised rice husks resulted in a transient increase in carbon mineralisation rates in comparison to control soils without organic matter addition. After almost three years, between 4.4% and 8.5% of the black carbon added was mineralised to CO₂ under aerobic and anaerobic conditions, respectively. The addition of untreated rice husks resulted in a strong increase in carbon mineralisation rates and in the same time period 77%-100% of the added rice husks were mineralised aerobically and 31%-54% anaerobically. The ¹³C-signatures of respired CO₂ gave a direct indication of black carbon mineralisation to CO_2. In field trials we quantified the impact of rice husk black carbon or untreated rice husks on soil respiration and methane emissions. The application of black carbon had no significant effect on soil respiration but significantly enhanced methane emissions in the first rice crop season. The additional methane released accounted for only 0.14% of black carbon added. If the same amount of organic carbon was added as untreated rice husks, 34% of the applied carbon was released as CO₂ and methane in the first season. Furthermore, the addition of fresh harvest residues to paddy fields resulted in a disproportionally high increase in methane emissions. Estimating the carbon budget of the different rice crop residue treatments indicated that charring of rice residues and adding the obtained black carbon to paddy fields instead of incorporating untreated harvest residues may reduce field methane emissions by as much as 80%. Hence, the production of black carbon from rice harvest residues could be a powerful strategy for mitigating greenhouse gas emissions from rice fields.     

改良剂对反酸田土壤性质与水稻产量的影响

采用盆栽试验研究了不同改良剂在反酸田土壤上的应用效果。结果表明,土壤pH在3.47~4.90范围内,pH与交换性H+和交换性Al3+呈极显著线性负相关关系,而与土壤有效铁和有效硫含量呈显著正相关。不同改良处理在提高作物产量和改良土壤性质方面较对照处理与NPK处理效果明显,且钙镁磷肥、自研改良剂、石灰及碱渣等无机改良剂改良效果显著高于添加腐植酸、精制有机肥、碱性有机肥处理。其改良效果主要体现在提高土壤pH,显著降低土壤交换性H+和交换性Al3+含量,明显增加土壤有效钙和有效镁的含量,改善根系生长环境,增加水稻地上部养分吸收和水稻籽粒产量。综上,初步认为酸害(包括活性酸和潜在酸)是反酸田土壤最主要的限制因子,钙镁磷肥、自研改良剂和石灰等偏碱性且富含有效钙或磷的无机矿物质是农业生产中改良反酸田的适宜改良剂。