水稻自然生态应用技术研究

按自然农法原理,进行了麦田套播水稻,麦子秸秆全量还田的技术应用研究。结果表明,水稻麦田套播,麦秸秆全量还田的处理分别比水稻常规手插、水直播、抛秧栽培的每hm2增产737.1,908.7,536.7 kg,农本减少2427,1560,1960.5元/hm2,施N量分别减少208.8,87.9,152.4 kg/hm2。     

不同培养温度下长期施肥红壤水稻土有机碳矿化特征研究

以长期不同施肥处理红壤水稻土为研究对象,布置不同温度下(15、25和35℃)的室内培养试验,研究有机碳矿化的温度敏感性及施肥对土壤有机碳矿化的影响,并分析土壤有机碳矿化与土壤理化性质和不同形态碳素之间的关系。结果表明,培养前期(0～7 d),土壤有机碳矿化速率快速下降,之后逐渐降低并最终趋于稳定。温度升高提高了土壤有机碳矿化速率、累积矿化量和矿化率。磷肥和有机肥的施用提高了土壤有机碳累积矿化量。各处理土壤有机碳矿化的温度敏感性系数Q10为1.31～1.75,施肥提高了土壤有机碳矿化的温度敏感性。Q10与有机碳、全量和速效氮磷、微生物生物量碳、易氧化有机碳和胡敏酸碳呈显著或极显著的正相关关系。3种培养温度下土壤有机碳累积矿化量均与pH呈显著负相关,与有机碳和全氮呈显著或极显著正相关。25℃和35℃培养时,土壤有机碳累积矿化量与微生物生物量碳、胡敏酸碳和富里酸碳显著或极显著正相关。     

开放式空气CO2浓度升高对水稻土壤可溶性C、N和P的影响

采用 FACE (Free air carbon dioxide enrichment)技术,研究了不同 N 施肥水平下,大气 CO2浓度升高对水稻/小麦轮作中水稻土壤可溶性 C、N、P 的影响。结果表明,CO2浓度升高使土壤表层可溶性 C 含量增加,土壤 5 ~ 15 cm 的可溶性 C 含量倾向于降低,增加 N 肥施用(常规 N 处理)更易于使土壤可溶性 C 含量降低。CO2浓度升高使水稻土壤中的可溶性 N 含量降低,在低 N 处理和土壤表层降低幅度较大,N 肥施用仍有提高的余地。CO2浓度升高使水稻成熟期土壤可溶性 P 含量增加,但是常规N 处理下会降低水稻生长前期和土壤表层的可溶性 P,增加 N 肥施用有利于水稻对 P 的吸收。     

不同施肥处理对红壤水稻土团聚体有机碳分布的影响

通过23年的长期田间定位试验观测,研究了施肥对红壤水稻土不同发生层团聚体组成、有机碳含量及有机碳库分布的影响.试验设不施肥（CK）、无机肥（NPK）、有机肥（猪粪＋紫云英）（OM）和无机肥与有机肥配施（NPKM）等4个处理.结果表明,＞3 mm团聚体含量随土层深度呈增加趋势,而其他粒径的团聚体含量则呈下降趋势.施肥处理有利于1～3 mm和0.25～1 mm团聚体含量增加.各处理中,各层同粒径团聚体有机碳含量从高到低的顺序为：A＞P＞W1、W2.不同粒径团聚体中有机碳含量有明显差异,除＜0.05 mm团聚体外,粒径愈细,有机碳含量愈高.1～3 mm和0.25～1 mm团聚体含量与全土有机碳含量呈显著正相关.不同施肥处理有机碳储量表现出NPKM＞OM＞NPK＞CK的趋势.同施肥处理同发生层不同粒径团聚体有机碳储量从高到低的顺序为：＞3 mm、1～3 mm、0.25～1 mm、0.05～0.25 mm和＜0.05 mm,且差异显著.施肥处理增加的新碳主要向1～3 mm、0.25～1 mm团聚体富集.     

红壤水稻土微生物生物量氮与总氮矿化的关系

通过田间采样并布置室内培育试验,研究了红壤水稻土微生物生物量N和总N的矿化动态及其相互关系。结果表明,红壤水稻土微生物生物量N矿化速率和矿化量随培养时间延长而降低,随水稻土肥力水平提高而增加。12周培养期内,红壤水稻土微生物生物量N的一半以上被矿化,其中约1/2的矿化量出现在前4周;不同熟化程度红壤水稻土的累积矿化N量为73.0～127.8mg/kg,平均矿化速率为6.09～10.7mg/(kg·wk)。用双指数方程和一级动力学方程可以很好地模拟红壤水稻土微生物生物量N和总N的矿化过程。微生物生物量N和总N的矿化过程均可分为快速和缓慢2个阶段,培养的前8周是快速矿化阶段。2个模拟方程参数的比较表明,微生物生物量N矿化量占总N矿化量的比例为10.8%～49.5%,其矿化潜力大,持续矿化时间长,对保证土壤N素的持续供应有积极作用。     

县域尺度红壤丘陵区水稻土有机碳模拟

区域尺度土壤有机碳储量的时空变化及其管理是全球气候变化和农业可持续发展研究的重要内容。本文以中亚热带红壤丘陵区的江西省余江县为例,基于12a的长期试验和1998年、2001年的野外定位采样对比研究,利用反硝化分解模型?DNDC(Denitrification-Decomposition)在田块和县域尺度研究了县域尺度表层(0~20 cm)水稻土有机碳储量的时空变化规律。结果表明,以长期试验数据验证,DNDC模型可以较好地模拟水稻土表层有机碳的长期动态变化。2001年农田水稻土(面积为3.6×108m2)表层(0~20 cm)有机碳总储量为2.9×109kg,平均土壤有机碳密度为6.0 kg m-2。1998年至2001年余江县水稻土表层土壤有机碳库逐年增加,年际平均变化量为3.0×107kg。通过对余江县水稻田模拟不同碳投入的情景,分析预测1998年至2017年土壤有机碳储量,种植绿肥提高秸秆还田比率同时减少化肥的投入,可有效地增加红壤区域有机碳蓄积。     

不同提取条件下红壤水稻土溶解有机碳的含量变化

通过室内实验研究了不同提取条件对红壤水稻土溶解有机C量的影响。结果表明,浸提时样品的水分含量越高,溶解有机C量越大,特别是水分含量超过600g/kg时,变化的趋势更明显。水土比也对溶解有机C量有影响,随水土比增大,溶解有机C量升高,水土比>2时,增加的趋势更显著。提取时间的长短对溶解有机C量影响不明显。不同的提取剂种类和浓度对溶解有机C量的影响显著,较高浓度的盐溶液对有机C的溶出作用明显,显著增加溶液中的有机C量。有鉴于此,为使研究结果可以比较,提取的方法应当统一,根据试验结果,认为在进行溶解有机C含量变化研究时,所采取的提取方法应该是:①采用鲜土:含水量在200~400g/kg;②用去离子水作为提取剂;③提取时的水土比应为2:1;④振荡提取时间为30min;⑤离心20min(4000r/min);⑥用0.45μm滤膜过滤;⑦滤液中有机C用TOC分析仪测定。     

红壤性水稻土不同粒级团聚体有机碳矿化及其温度敏感性

采用室内培养方法,研究不同温度(15℃、25℃和35℃)条件下红壤性水稻土不同粒级团聚体(2 mm、1～2 mm、 0.25～1 mm、0.053～0.25 mm和0.053 mm)中有机碳矿化特征,分析团聚体有机碳矿化对全土有机碳矿化的贡献并探讨团聚体有机碳矿化的温度敏感性。结果表明:0.25 mm大团聚体较0.25 mm微团聚体含有更多的有机碳和全氮,碳氮比随团聚体粒级减小而降低。全土和各粒级团聚体有机碳矿化速率在培养的前7d快速下降,之后缓慢降低并在培养后期趋于稳定。25℃和35℃培养时,有机碳累积矿化量在1 mm团聚体中最高,在0.053～0.25 mm团聚体中最低,且有机碳累积矿化量与有机碳和全氮含量显著或极显著正相关。2 mm和0.25～1 mm团聚体对全土有机碳矿化的贡献最大,贡献率分别为34.6%和28.8%。培养温度的升高显著提高了全土和团聚体的有机碳矿化速率、累积矿化量和矿化率。不同粒级团聚体有机碳矿化的温度敏感性系数为1.38～2.00,与有机碳、全氮和碳氮比均极显著正相关。综上所述,0.25 mm大团聚体在红壤性水稻土有机碳矿化中发挥主导作用,升温促进了不同粒级团聚体有机碳的矿化,团聚体有机碳矿化的温度敏感性与有机质的数量和质量密切相关。     

红壤及其同源红壤性水稻土各粒级磁化率分布规律的研究

红壤经水耕熟化作用后各粒级磁化率大幅度下降，粒级间磁化率差异变小，分布曲线趋于平缓。母质对各粒级磁化率的分布曲线的形状影响颇大。铁子、假砂和铁质岩屑之含量决定着粗砂粒级（０．２５～１ｍｍ）的磁化率大小     

稻草还田与施氮水平对土壤氮素供应和水稻产量的影响

比较研究了3年定位试验后稻草还田和施N水平对红壤双季稻作系统土壤供N能力、水稻吸N特征和水稻生产的影响。结果表明:头年晚稻草秋季还田对来年早稻土壤NH4+-N和作物吸N量的提高具有促进作用,而早稻新鲜稻草还田使晚稻土壤NH4+-N和作物吸N量均略低于移走稻草处理。稻草还田处理3年后,土壤可矿化N与移走稻草处理相比提高了35.4%~53.9%,且水稻各生育期干物质生产量均高于移走稻草处理,稻谷增产率达4.0%~4.7%。施用N肥可以显著增加土壤NH4+-N和可矿化N含量,且随着N肥用量的增加,水稻植株的累积吸N量和系统生产力(地上干物质量和产量)均显著的增加,建议N(全年施N量185 kg hm-2)和习惯N(全年施N量265 kg hm-2)处理相对于无N处理的增产率分别为35.2%和45.3%,而N肥的吸收利用效率分别为27%和25%,农学产量效益分别为每公斤纯N增产谷粒12.7 kg和11.4 kg。     

湘北红壤丘岗稻田土壤有机碳、养分及微生物生物量空间变异

通过对湘北典型红壤丘岗254个稻田耕层样(01～8.cm)进行分析,比较了微地形对稻田土壤有机碳、氮、磷和微生物生物量的影响。结果表明,丘岗底部稻田土壤有机碳、全氮、微生物生物量碳、微生物生物量氮、可溶性氮含量分别比丘岗中下部稻田高14.6%1、3.6%、24.6%、20.4%和95.8%,丘岗中下部稻田土壤Olsen-P含量比丘岗底部稻田高33.3%,差异均达极显著水平(P0.01)。不同部位稻田土壤全磷、微生物生物量磷含量和有效磷库(微生物生物量磷与Olsen-P之和)含量差异不显著。此外,丘岗底部稻田土壤碳磷比、微生物生物量碳磷比和微生物商比丘岗中下部稻田高12.7%,28.5%,8.2%,其差异达显著(P0.05)或极显著(P0.01)水平。但微生物生物量氮/全氮、微生物生物量磷/全磷、土壤碳氮比和微生物生物量碳氮比差异不显著。     

添加生物质炭对红壤水稻土有机碳矿化和微生物生物量的影响

通过室内培育试验,研究了添加生物质炭对江西红壤水稻土有机碳矿化和微生物生物量碳、氮含量的影响。结果表明:红壤有机碳矿化速率在培育第2天达最大值后迅速降低,培养7天后下降缓慢并趋于平稳;添加生物质炭降低了土壤有机碳的矿化速率和累积矿化量,培养结束时,不加生物质炭的对照处理中有机碳的累积矿化量分别比添加0.5%和1.0%生物质炭的处理高10.0%和10.8%。此外,生物质炭的加入显著提高了土壤微生物生物量,添加0.5%生物质炭处理的土壤微生物生物量碳、氮含量分别比对照高111.5%～250.6%和11.6%～97.6%,添加1.0%生物质炭处理的土壤微生物生物量碳、氮含量分别比对照高58.9%～243.6%和55.9%～110.4%。相同处理中,干旱的水分条件下(40%田间持水量)微生物生物量要高于湿润的水分条件(70%田间持水量)。同时,添加0.5%和1.0%的生物质炭使土壤代谢熵分别降低2.4%和26.8%,微生物商减少了43.7%和31.7%。     

起源于暗棕壤和红壤的水稻土有机质特性研究

土壤有机质是土壤的重要组成部分,其不仅对土壤的理化性质、肥力水平具有深刻影响,而且所包含的有机碳库动态与全球气候变化关系密切。农业土壤受人类活动的高强度干扰,其持有的碳库是全球碳库中最活跃的部分,对于维持全球碳平衡具有不可忽视的贡献[1]。水稻土是我国重要的农业土壤资源,地域分布广泛,其有机质含量是我国耕作土类中最高的,且固碳潜力显著大于旱地土壤[2]。在不同土壤类型和有机碳库的背景下,引起农业土壤碳库变化的关键因素不同[3]。我国地域广阔,南北气候和稻田耕作制度差异很大,不同区域水稻土的起源土壤存在明显的地带性。不同区域水稻土既具有长期人为利用下形成的一系列共性,又由于不同生物气候、母土、耕     

Mineralization of dissolved organic carbon in mineral soil solution of two forest soils

Dissolved organic carbon (DOC) constitutes an important carbon input flux to forested mineral soils. Seepage from mineral subsoils contains only small amounts of DOC because of mineralization, sorption or the formation of particulate organic matter (POM). However, the relation between these processes is largely unknown. Therefore, the objective of this study was to quantify the mineralization of DOC from different depths of forest soils, and to determine degradation rate constants for rapidly and slowly degradable DOC pools. Mineralization of DOC and formation of POM in mineral soil solution from two forested sites in northern Bavaria (Germany) were quantified in a 97 days laboratory incubation experiment. Furthermore, spectroscopic properties such as specific UV absorption and a humification index derived from fluorescence emission spectrometry were measured before and after incubation. DOC in all samples turned out to belong mainly to the stable DOC pool (> 95 %) with half‐lives ranging from years to decades. Spectroscopic properties were not suitable to predict the mineralization of DOC from mineral soils. However, together with data on DOC from the forest floor and long‐term data on DOC concentrations in the field they helped to identify the processes involved in C sequestration in mineral subsoils. Mineralization, formation of POM, and probably sorption seem all to be responsible for maintaining low concentrations of DOC in the upper mineral soil. DOC below the upper mineral soil is highly resistant to mineralization, and thus the further decrease of DOC concentrations in the subsoil as observed under field conditions cannot be attributed to mineralization. Our results suggest that sorption and to some minor extent the formation of POM may be responsible for C sequestration in the subsoil.     

长期施肥措施下土壤有机碳矿化特征研究

研究长期不同施肥措施下旱作农田土壤有机碳的矿化特征及其温度敏感性可为加深理解土壤碳循环过程提供理论依据。本文以半干旱黄土区粮-豆轮作体系为研究对象,通过两种不同温度(15℃和25℃)的室内培养试验,分析了长期不同施肥措施下土壤有机碳矿化的动力学特征及其温度敏感性。研究结果表明,土壤有机碳矿化速率在培养初期较高,之后缓慢下降。施肥措施和培养温度对土壤有机碳矿化均具有显著影响。与不施肥对照(CK)相比,在15℃培养条件下,长期单施磷肥(P)、氮磷配施(NP)和氮磷有机肥配施(NPM)处理的土壤有机碳累积矿化量(C_(min))分别增加41%、85%和89%,在25℃培养条件下,分别增加7%、46%和77%。另外,与CK处理相比,P、NP和NPM处理土壤有机碳矿化的温度敏感性(Q_(10))分别降低25%、21%和6%。施肥改变了土壤有机碳矿化的动力学参数,其改变程度与施肥种类和培养温度有关。与CK处理相比,在15℃培养条件下,P、NP和NPM处理的土壤潜在矿化有机碳量(C_p)分别增加29%、65%和48%;在25℃培养条件下,NP和NPM处理的C_p分别增加2%和21%,而P处理则减少36%。不同施肥处理土壤有机碳矿化速率常数(k)在15℃培养条件下变化较小,在25℃培养条件下则有较大幅度的增加。在25℃培养条件下,C_(min)和Cp随土壤有机碳和全氮含量的增加而显著增加。可见,长期施肥显著促进了半干旱黄土区粮-豆轮作体系土壤有机碳的矿化,减弱了土壤有机碳矿化的温度敏感性。     

施肥对红壤性水稻土有机碳活性和难降解性组分的影响

以稻田22 a施肥定位实验为样地,分别采用硫酸和盐酸加热水解两种方法,研究施肥对水稻土有机碳活性和难降解性组分的影响。施肥处理包括不施肥对照(CK)、单施氮肥(N)、单施磷肥(P)、单施钾肥(K)、氮磷肥混施(NP)、氮钾肥混施(NK)、氮磷钾肥混施(NPK)、双倍氮磷钾肥混施(2NPK)、氮磷钾和有机肥配施(NPK+OM)。结果表明,两种酸解法获得的有机碳组分结果趋势一致,所得结果高度相关(p<0.05)。与对照相比,施肥总体上有助于土壤总有机碳的积累;除了单施钾肥处理外,其他施肥处理均提高了土壤活性有机碳的含量,但单施氮及NPK+OM处理显著提高了土壤有机碳活性指数(LIC),并以NPK+OM的促进作用最显著(p<0.05)。与对照相比,除了单施氮处理外,其他施肥处理下土壤难降解有机碳(酸解残余碳)含量均呈增加趋势,也以NPK+OM的作用最明显(p<0.05);单施钾肥显著提高有机碳的难降解性(p<0.05),但单施氮和NPK+OM处理显著降低有机碳的难降解性指数(R IC,p<0.05)。施氮肥和有机肥对土壤总有机碳含量的促进作用主要体现在对活性有机碳的贡献上。因此,可以通过优化施肥措施(如选择合适有机肥种类、减施氮肥和增施钾肥等)来调控水稻土有机碳的含量及稳定性。     

耕型红壤和红壤性水稻土铜的化学形态及其有效性

对湖南省 1 0个有代表性红壤样品进行化学分组测定 .结果表明 ,土壤有机态、无定形铁态、晶形铁态和残留态铜分别占全铜量的 1 5 2 %、1 1 7%、1 7 2 %和 5 6 0 % .红壤性水稻土有机态和无定形铁态铜 ,明显高于耕型红壤 ,而晶形态、残留态铜则相反 ,供试土壤有效铜含量与土壤有机态铜和无定形铁态铜含量呈极显著性正相关     

不同气候-土壤-耕作组合条件下水稻土有机碳长期演变模拟的不确定性和敏感性分析

Reporting modeling results with uncertainty information can benefit decision making by decreasing the extent that variability exerts a disproportionate influence on the options selected. For making decisions with more confidence, the uncertainty interval should be as narrow as possible. Here, the soil organic carbon(SOC) dynamics of the major paddy soil subgroup from 4 different paddy field regions of China(located in 4 counties under different climate-soil-management combinations) were modeled using the De NitrificationDe Composition(DNDC) model for the period from 1980 to 2008. Uncertainty intervals associated with the SOC dynamics for these 4 subgroups were estimated by a long-term global sensitivity and uncertainty analysis(i.e., the Sobol′method), and their sensitivities to 7 influential factors were quantified using the total effect sensitivity index. The results, modeled with high confidence, indicated that in the past 29 years, the studied paddy soils in Xinxing, Yixing, and Zhongjiang counties were carbon(C) sinks, while the paddy soil in Helong County was a C source. The 3 C sinks sequestered 12.2(5.4, 19.6), 17.1(8.9, 25.0), and 16.9(-1.2, 33.6) t C ha~(-1)(values in the parentheses are the 5th and 95th percentiles, respectively). Conversely, the C source had a loss of -5.4(-14.2, 0.06) t C ha~(-1) in the past 29 years. The 7 factors, which changed with the climate-soil-management context, exhibited variable influences on modeled SOC. Measures with potential to conserve or sequestrate more C into paddy soils, such as incorporating more crop residues into soils and reducing chemical fertilizer application rates, were recommended for specific soils based on the sensitivity analysis results.     

有机物料碳和土壤有机碳对水稻土甲烷排放的影响

基于30年水稻土长期施肥定位试验,在保证原有定位试验正常开展的前提下,将部分化肥处理变更为有机肥处理(或反之),通过观测一年水稻轮作周期内不同处理甲烷(CH_4)排放通量季节性变化,探讨不同肥力水稻土中外源有机碳及土壤有机碳含量对田间CH_4排放的影响。结果表明:施化肥处理和有机肥处理,水稻土全年CH_4累积排放量范围分别为1.73~4.72和35.09~86.60 g·m~(-2)。有机肥处理改施化肥后,田间土壤CH_4的排放量显著降低;化肥处理改施有机肥或有机肥处理增施有机肥后,田间土壤CH_4的排放量显著提高。外源有机碳的输入量是田间土壤CH_4年排放量的决定性因素,外源有机碳输入量(x)与水稻土CH_4年累积排放量(y)之间满足直线方程:y=0.087 7 x+3.265 7(R~2=0.965 9,n=21)。土壤有机碳同样也是影响稻田CH_4排放的因素,在不同有机碳水平的水稻土上施用等量相同化肥或有机肥,土壤有机碳含量高的水稻土都更有利于CH_4的产生。单施化肥稻田土壤CH_4排放的最主要碳源是土壤有机碳,有机碳含量(x)和水稻土CH_4年累积排放量(y)之间的指数方程:y=0.162 4 e~(0.162 2 x)(R~2=0.940 6,n=9)。有机肥可促进土壤有机碳分解释放CH_4,土壤有机碳含量相同的条件下,高量有机肥比常量有机肥的土壤有机碳分解比率高0.65%,等量相同有机肥但土壤有机碳含量不同的条件下,土壤有机碳分解比率无显著差异;同样,土壤有机碳也可促进有机物料碳分解释放CH_4,在常量有机肥或高量有机肥处理中,土壤有机碳含量高者比低者的有机物料碳分解比率分别多出3.57%和2.34%。