稻田复种轮作系统能流物流特征研究

稻田复种轮作是循环农业发展的重要措施, 能量转化与物质循环是生态系统的基本功能之一, 是农田生态系统最主要的研究内容之一。为探明稻田复种轮作这一耕作制度的优势, 采用田间定位试验的方法, 对稻田生态系统连作处理方式和轮作处理方式的能流与物流特征进行比较分析。研究结果表明: 稻田复种轮作系统能提高农田生态系统的能量流动与物质循环。在能量流动方面, 稻田轮作处理平均总初级生产力为74.37×10¹⁰ J.hm^-2, 比连作处理高31.35%; 轮作系统能量总投入平均为9.42×10¹⁰ J.hm^-2, 比连作处理高4.90%; 轮作系统的光能利用率平均为1.55%, 比连作处理高31.36%; 轮作处理辅助能量产投比平均为7.89, 比连作处理高25.04%。在物质循环方面, 轮作处理的N、P、K养分利用率明显高于连作处理, 各个处理的N、P输出/输入均小于1, 说明农田生态系统中N素、P素均有盈余, 呈正平衡状态, 有利于土壤N素、P素的良性循环; 但是系统中K素的输入值小于系统内K素的输出, 说明系统内存在严重的K素亏损。因此, 在南方稻区, 采用稻田复种轮作方式有利于提高系统的能流物流, 从而使农田生态系统处于良性循环, 对循环农业发展有良好的促进作用。     

稻田轮作系统的生态学分析

针对目前稻田单一化的连作耕作制度对农田环境造成的不利因素，根据5a田间定位试验，从土壤理化性状、作物产量变化、病虫害发生发展规律、能流及养分平衡状况等角度对稻田连作耕作制度和轮作系统进行生态学分析。结果表明，与连作耕作制度相比较，在试验设计范围内，稻田轮作系统明显改善了土壤的理化性状，使得土壤随着耕种年限增加，容重下降，而孔隙度增加，固相比率下降，气相比率上升，气液比值增大，土壤通透性大大增强，有效阻止土壤次生潜育化和土壤酸化，提高土壤pH值；改变了植株病原菌寄生，增强了植株的抵抗能力，对作物病、虫、草害产生了一定的抑制作用。同时，稻田轮作系统的总初级生产力、光能利用率、辅助能利用率分别比连作系统高17．47％、9．87％和5．0％。N、P、K的养分利用率也同样明显高于连作系统。提出了合理轮作的优化模式和复种模式。     

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。     

稻田复种应用经济绿肥效应研究

试验研究确定了适宜亚热带稻田种植的蚕豆、豌豆、大豆、豇豆和小黑麦等主要经济绿肥作物及其利用方式 ,配置实施了蚕豆 早稻 晚稻、豌豆 早稻 晚稻、油菜 大豆 晚稻、油菜 豇豆 晚稻、小黑麦 早稻 晚稻等 5种稻田高效复种模式 ,并分析了其经济与生态效益     

稻田复种轮作休耕对土壤团聚体分布及稳定性的影响

稻田土壤团聚体的比例结构及稳定性状况,对水稻健康可持续发展具有重要影响。2 0 1 2—2 0 1 7年进行冬季不同复种轮作休耕长期定位试验,设置冬闲双季稻、冬种紫云英、油菜、大蒜和轮作双季稻5个处理,利用湿筛法对稻田土壤粒径1~2mm、0.5~1mm、0.25~0.5mm和0.25mm土壤团聚体的百分含量、平均质量直径(MWD)、平均几何直径(GMD)和分型维数(D)进行测定计算。结果表明,在0~50cm土层中,早、晚稻收获后土壤以0.5mm粒级的微小团聚体为主,各处理累积含量分别为78.1%~84.8%和85.6%~91.1%,而0.5 mm较大的团聚累积含量分别为13.1%~21.9%和8.9%~14.4%;同时显著增加了早、晚稻土壤性大团聚体(0.25mm)的百分含量,并相应地减少了微团聚体百分含量,早稻较晚稻表现更为突出;早、晚稻田土壤水稳定性团聚体D指标值的影响不显著,而MWD、GMD达到显著性差异(P0.05)。由此可见,稻田复种轮作及秸秆双重还田,有利于早晚稻田减少微小团聚体而形成大团聚体,早稻季相比晚稻更为显著,能显著增加早、晚稻田土壤团聚体的稳定性(P0.05),提高早、晚稻产量,这对南方稻田可持续发展具有重要意义。     

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。     

稻麦轮作稻田中N_2O排放规律的研究

通过连续3年在中国浙江杭州的大型稻田原状土柱渗漏计中开展稻麦轮作稻田中N2O排放规律的研究,探讨了不同作物生长季节、不同年份、不同氮肥用量和氮肥品种对N2O排放的影响。结果表明:稻季的N2O排放主要发生在施肥之后,呈单高峰特征;麦季N2O排放则发生在施肥和较大降水之后,呈多高峰特征,麦季排放与降水有密切相关;不施氮情况下,稻田中N2O排放通量和累计排放量都是稻季高于麦季,稻季分别为麦季的1.97倍和1.34倍;施氮情况下,稻季与麦季排放通量和累计排放量则差别不大,排放通量是稻季略高于麦季(+17%),而累计排放量则是麦季略高于稻季(+21.96%).;施加氮肥可以促进N2O的排放;尿素的排放因子大于硫铵;在麦季施N100~1000 kghm-2的条件下,尿素的排放因子值为0.75~1.31,硫铵为0.15~0.16;在稻季施N150~300 kg hm-2的条件下,硫铵的排放因子值为0.19~0.20;在中国浙江省杭州稻麦轮作稻田中,N2O本底排放量为0.12~0.25 kgN2O-Nhm-2 yr-1,施肥引起的N2O排放占总排放的33%~59%。渗漏水中的N2O/NO3比值随种植季数而增高,可用乘幂关系式表达。     

崇明岛稻麦轮作系统稻田温室气体排放研究

通过静态箱-气相色谱法,研究了崇明岛稻麦轮作地水稻生长季及收割后休耕期（2011年6月至2011年11月）温室气体CO2、CH4和N2O的排放、吸收规律及交换量,并运用增温潜势进行了温室效应估算。3种温室气体通量在水稻不同生长阶段有明显差异：稻田除成熟收割期外,其他期均表现为CH4排放源,并在分蘖期达到最大值;N2O除幼苗期表现为汇,其他期均为排放源,并在拔节期达到最大值。温室效应分析得出：水稻田温室气体以CH4和N2O排放为主,二者对全球温室效应的贡献为3.255×103kgCO2·hm-2;由于光合作用,稻田表现为对CO2固定,固定量为2.462×103kgCO·2hm-2;崇明水稻生长季排放温室气体综合GWP值为793kgCO·2hm-2,为温室气体排放源。     

发酵基料-蚯蚓-鳝鱼食物链物流与能流转化效率的研究

对废弃物食物链发酵基料 蚯蚓 鳝鱼的物质流和能量流转化效率研究结果表明 ,该食物链经济产品物质、能量转化效率较低 ,生物量转化效率为 0 .9% ,N、P转化效率分别为 2 .1 %和 0 .6 % ,能量转化效率为 1 .0 % ,其经济和生态效益明显     

有机物料循环对红壤稻田系统有机质积累的贡献研究

中长期定位试验研究有机物料循环再利用对红壤稻田系统土壤有机质积累的贡献结果表明,红壤稻田系统有机物料自然归还量可达6 16 2kg/hm2 ,人为归还量可达13480kg/hm2 ;仅依靠系统内有机物料的自然归还,其土壤有机质亏缺为5 0 %左右,呈下降趋势;系统内可循环再利用的有机物料全部还田,土壤有机质盈余率可达80 %以上;预测结果显示有机物料循环再利用5 0年内可提高土壤有机质19.4～32 .6 g/kg ,增长率达83.6 %～14 0 .5 %     

不同轮作体系不同施氮量甲烷排放比较研究

【目的】本研究通过在重庆市江津区进行单季稻转换为不同轮作体系的田间试验,测量CH4排放通量,探讨不同轮作体系CH4的排放规律。【方法】试验以玉米-小麦(MW)、 水稻-小麦(RW)、 水稻-冬水休闲(RF)三种轮作体系为主处理,每种轮作体系设不施氮对照(N0)、 优化施氮(Nopt,即小麦季N 96 kg/hm2、 玉米季或水稻季N 150 kg/hm2)、 传统施氮(Ncon,即小麦季N 180 kg/hm2、 玉米季或水稻季N 225 kg/hm2)3个副处理。温室气体采用静态箱-气相色谱法进行田间原位测量,每周1~3次,周年监测。【结果】 MW、 RW、 RF体系第一年甲烷排放量分别为CH4-C 13.5、 26.7和89.8 kg/hm2,第二年为第一年相应体系的6.2%、 85.1%和263.1%。第一年MW、 RW、 RF系统N0处理甲烷排放量分别为CH4-C 17.7、 30.5、 85.7 kg/hm2,Nopt处理分别为其对照的87.5%、 111.3%、 111.9%,Ncon处理为对照的41.5%、 51.1%、 94.8%; 第二年MW、 RW、 RF系统N0处理甲烷排放量分别为CH4-C 0.4、 26.0、 227.4 kg/hm2, Nopt为其对照的240.4%、 103.9%、 104.9%,Ncon为其对照的229.6%、 58.6%、 100.1%。MW、 RW、 RF三个轮作体系两年均为甲烷净排放,MW体系以玉米季为主, N0、 Nopt、 Ncon处理分别占总体系的87.4%、 87.2%、 76.2%; RW体系以水稻季为主, N0、 Nopt、 Ncon处理分别占总体系的91.4%、 95.7、 94.9%; RF体系中以水稻季为主,N0、 Nopt、 Ncon处理分别占总体系的84.2%、 84.9%、 84.8%。MW第一年玉米季施肥期甲烷排放累积量占该季总排放量的6%~11%,第二年占30%~45%; RW水稻季施肥期甲烷排放量占该季总排放量的37%~50%,RF水稻季施肥期甲烷排放量占该季总排放量的21%~28%,淹水休闲季约占总体系16%,也不可忽略。【结论】水稻-冬水休闲系统甲烷排放最高,水稻-小麦轮作次之,玉米-小麦轮作最低。单季稻改小麦-玉米轮作后第一年,玉米季有明显甲烷排放,第二年则未出现,两年甲烷排放总量无差异; 水稻-冬水田轮作,甲烷排放在第二年明显增加。玉米-小麦轮作、 水稻-小麦轮作和水稻-冬水休闲系统两年平均值均表现出甲烷的净排放,并以水稻或玉米季为主。大量施氮后,抑制水稻-小麦轮作和玉米-小麦轮作系统甲烷排放,对水稻-冬水休闲系统无影响。     

红壤稻田种植制度的养分平衡特征

试验研究了湘北红壤稻田系统4种种植制度的养分平衡特征.结果表明,N、P、K养分输出为稻-稻-油种植制度＞稻-稻-油(肥)种植制度＞稻-稻-肥(紫云英)种植制度＞稻-稻种植制度;N盈余量以稻-稻-肥种植制度最大,达18.4kg/hm2*,稻-稻-油(肥)种植制度基本维持平衡,稻-稻种植制度表现亏缺,稻-稻-油种植制度亏缺最大,达38.9kg/hm2*;4种种植制度P和K均有亏缺,但以稻-稻-油种植制度亏缺量最大,分别为11.2kg/hm2*和118.7kg/hm2*,稻-稻-肥种植制度亏缺量最小;稻-稻-肥种植制度有机物质归还量最大,有利于有机质的积累,稻-稻种植制度有机物质归还量最小,有机质呈现亏缺状态.     

设施蔬菜轮作和连作土壤酶活性的研究

采用盆栽试验,研究大棚蔬菜(津优1号黄瓜)在轮作(15、18和21年)和连作(2、7年)条件下,对土壤过氧化氢酶、脲酶、转化酶和多酚氧化酶活性的影响。结果表明,轮作土壤的过氧化氢酶、脲酶和转化酶的活性显著地高于连作7年的土壤(P0.05);随着连作年限的增加,过氧化氢酶、脲酶和转化酶的活性显著地降低(P0.05),多酚氧化酶的活性显著升高(P0.05)。通过对产量的分析表明,连作2年、7年土壤的黄瓜产量分别为每3盆7.91和3.14.kg,两者差异显著;轮作15、18和21年土壤的黄瓜产量分别为6.65、6.85和7.16kg/3盆,差异不显著;连作2年土壤的黄瓜产量显著高于其它处理(P0.05),连作7年土壤的黄瓜产量显著低于其它处理,黄瓜产量与土壤酶活性的变化趋势基本一致。过氧化氢酶、脲酶、转化酶和多酚氧化酶可以作为设施蔬菜敏感的土壤酶学指标。     

Effect of tillage management on energy-use efficiency and economics of soybean (Glycine max) based cropping systems under the rainfed conditions in North-West Himalayan Region

The study on energy-use efficiency and economics of soybean based cropping system, viz., soybean–wheat (Glycine max 9 L., Triticum aestivum L. emend. Fiori & Paol.), soybean–lentil (Lens culinaris Medicus) and soybean–field pea (Pisum sativum L., sensu lato), was carried out at the Hawalbagh experimental farm of Vivekananda Institute of Hill Agriculture, Almora, Uttarakhand, India during 2001–2003 (29°36′ N, 79°40′ E). These cropping systems, under rainfed conditions, were evaluated with different tillage management practices, viz., zero tillage (ZT), minimum tillage (MT) and conventional tillage (CT). Each tillage management practice, under each cropping system was evaluated for total energy output, energy input–output ratio, gross income, net income and marginal income, to variable cost of cultivation. Results revealed that the maximum energy was consumed in terms of chemical fertilizers, followed by seed and plant protection chemicals, in all cropping systems. Equivalent energy was used from literature for conversion purpose. The maximum output energy was observed in CT (44,253 MJ/ha), followed by MT for soybean–lentil cropping system (43,450 MJ/ha). The output–input energy ratio was maximum in ZT for soybean–lentil (4.9) followed by MT for soybean–pea cropping system (4.6). The economic analysis also revealed that the maximum benefits could be obtained from these sequences. Conventional tillage for all cropping sequences was found to be a better option as compared to minimum tillage and zero tillage. Benefit–cost ratios were higher in conventional tillage in all the three cropping systems. However, from the point of energy saving or cost reduction, zero tillage and minimum tillage may be considered depending on resources.     

Populations of methanogenic bacteria in paddy field soil under double cropping conditions (rice-wheat)

The methanogenic populations able to use H₂–CO₂, methanol, and acetate were investigated in paddy field soil in situ under double cropping conditions [rice (Oryza sativa L.) as a summer crop under flooded conditions and wheat (Triticum aestivum L.) as an upland winter crop] over 2 years approximately bimonthly by the most probable number method. Three fields, one without fertilizer, one treated with inorganic fertilizer (mixed fertilizer including urea, ammonium phosphate, and potassium sulfate), and one treated with wheat straw plus inorganic fertilizer, were examined. The population of H₂–CO₂, methanol, and acetate utilizers in the paddy field soil at a depth of 1–6 cm was 10³–10⁴, 10⁴–10⁵, and 10⁴–10⁵ g^-1 dry soil, respectively. These values were almost constant during the 2 years irrespective of moisture regime (flooded or nonflooded), crop (rice or wheat), fertilizer treatment, and soil depth (0–1, 1–10, and 10–20 cm).     

太湖地区稻麦轮作农田氮素淋洗特点

通过排水采集器模拟试验研究了太湖地区不同施肥水平下农田N素淋洗特点。结果表明,N的渗漏损失以硝态氮（NO3^--N）为主,并发生在麦季,铵态氮（NH4^ -N)淋洗量则很少,NO3^--N的量占渗漏液总N量的43%-72%,浓度为20-110mg/kg;渗漏水中N的含量与土壤N的淋洗量随施肥量的增加而增加,麦季土壤中NO3^--N肥量的3.7%-12.2%;与纯化肥处理比较,化肥 猪粪处理增加了农田N的淋失,化肥 秸秆处理减少了土壤中N的淋失,与麦田渗漏水相比较,稻田渗漏水除水稻生长早期的部分样品外,NO3^--N和NH4^ -N含量均很低,分别在1mg/kg和0.5mg/kg以下。     

长江中游双季稻田不同轮作方式对土壤质量的影响

研究长江中游地区不同种植模式和秸秆还田管理下农田土壤养分、有机碳及其酶活性的变化,评估农业管理措施对土壤质量的影响,可为长江中游双季稻区农业资源高效利用及可持续发展提供理论依据。2012—2017年进行不同轮、连作长期定位试验,设置冬季休耕—双季稻,冬种紫云英—、油菜—、大蒜—和轮作(马铃薯、大蒜、油菜和紫云英年际轮作)—双季稻5个处理,在冬季作物秸秆和水稻秸秆双重还田条件下,通过运用多元方差分析、相关性分析和主成分分析等统计方法,结合南方双季稻田土壤的适宜性,筛选出最小数据集(minimum data set,MDS)中土壤质量指标并测定,最后采用模糊数学方法对双季稻区的土壤质量进行定量评价。结果表明,在长江中游双季稻区,经过6年的冬季种植合适作物并秸秆双重还田,相比冬季休闲处理,除冬季种植大蒜处理外,其他冬种处理均能有效提高稻田土壤质量10.73%～12.91%,不同冬种方式下双季稻田的土壤质量高低依次为不同冬种轮作(0.726)冬季种植油菜(0.723)冬季种植紫云英(0.712)冬季休闲(0.643)冬季种植大蒜(0.638)。由此可见,适宜的轮作方式及秸秆双重还田能显著提高双季稻土壤质量,这为南方稻田健康可持续发展提供了理论支撑。