稻-鸭-泥鳅耦合对水稻部分株型结构的影响

为探究稻田养殖能否改善水稻的株型结构从而影响产量的形成和品质的改善,通过田间对比试验,研究水稻分蘖期、孕穗期和齐穗期的部分株型结构。结果表明,与水稻直播处理相比,稻-鸭-泥鳅耦合能促进水稻根系生长、增加植株株高和根冠比,减少无效分蘖,保持后期分蘖稳定;减小水稻茎基宽,增加水稻冠层幅度,保持水稻具有一定的松散度;减小倒3叶和倒4叶叶开角和披垂度,增加剑叶和倒2叶叶开角、披垂度、叶长和叶宽,使水稻叶面积和叶绿素含量较多的分布在植株上部,利于地上部干物质的积累;提高水稻基叶高,减少枯黄叶,减缓叶片衰老,延长叶片的功能时期。本研究结果为水稻产量的提高奠定了一定的理论基础。     

稻鸭共作对稻田水体底栖动物生物多样性的影响

在水稻不同生育时期对稻鸭共作稻田和常规稻田的土壤取样,研究不同稻田生态系统水体底栖动物的生物多样性。结果表明：与常规稻田相比,稻鸭共作使水体底栖动物的种类数减少。水稻生育前期,稻鸭共作使底栖动物的个体总数减少较大,后期与常规稻田差异较小。水稻各生育时期常规稻田和稻鸭共作稻田底栖动物的Shannon-Wiener多样性指数、Simpson多样性指数和Pielou均匀度指数变化趋势相似,均为水稻生育前期稻鸭共作稻田的生物多样性指数和均匀度指数高于常规稻田,而后期低于常规稻田。研究结果为规范稻鸭共作稻田水分管理和稻鸭共作技术提供理论指导,促进稻鸭共作技术的推广和应用。     

稻鸭萍共作复合生态系统的物能特征分析

对稻鸭萍共作生态系统物能流特征的分析结果表明,通过在稻田生态位添加鸭子和绿萍,使原来的稻田食物链结构趋向复杂化,增加了稻田生态系统的稳定性.稻鸭萍共作生态系统光能利用率最高,比稻鸭共作生态系统和常规稻作系统分别提高18.52%和23.08%;能流循环指数为0.096,显著高于稻鸭共作系统和常规稻作系统.此外,稻鸭萍共作生态系统氮磷钾各养分循环通量也表现为最高,显示稻鸭萍共作生态系统农田养分循环强度较高,对施肥的依赖程度较低,对环境压力小.     

“稻鸭共生”生态系统重金属镉的转化、迁移及循环特征

重金属镉(Cd)通过污染的饲料和化肥而影响农产品进而危害人体健康已经成为食品安全和生态环境关注的焦点。为完善"稻鸭共生"系统的肥料和饲料管理,建立合理的物质产投结构及降低重金属Cd的生态毒理风险,在湖南省长沙市望城区桐林坳社区开展了2年田间试验,以常规稻作为对照,采用投入产出法,研究分析"稻鸭共生"生态系统重金属Cd的转化、迁移及循环特征。结果表明,"稻鸭共生"生态系统Cd输入量为:肥料饲料秧苗雏鸭,其中肥料Cd输入主要是磷肥输入。"稻鸭共生"生态系统Cd输出主要是水稻籽粒Cd和成鸭Cd。"稻鸭共生"生态系统内循环的Cd主要是鸭粪Cd、杂草Cd、害虫Cd及归还给系统的水稻秸秆Cd和根系Cd。鸭所摄食的Cd主要来自鸭饲料,大鸭饲料Cd输入大于小鸭饲料Cd输入。在"稻鸭共生"生态系统中重金属Cd沿食物链的转化、迁移过程以鸭粪Cd形式放大,且鸭粪Cd高于鸭饲料Cd输入。稻田土壤Cd输出来看,"稻鸭共生"和常规稻作相比无显著差异(P0.05)。无论是常规稻作还是"稻鸭共生",水稻植株Cd含量次序为根秸秆籽粒。与常规稻作相比,"稻鸭共生"没有增加水稻植株Cd含量和Cd积累。糙米和鸭肉镉含量分别为0.033 mg·kg-1和0.008 mg·kg-1,短期来看,"稻鸭共生"能够提供安全无Cd污染的农产品(鸭和稻米)。     

机械化种植方式对不同品种水稻株型及抗倒伏能力的影响

为探明机械化种植方式对不同品种水稻株型及抗倒伏能力的影响,试验选用籼粳交水稻(甬优2640和甬优1640)、常规粳稻(南粳9108和武运粳27)和杂交籼稻(新两优6380和II优084)共6个水稻品种为材料,系统研究高产栽培模式下钵苗机插、毯苗机插和机械直播方式对水稻叶形、叶姿、穗型、秆型及植株抗倒性能的影响,初步研明不同机械化种植方式下水稻株型特征与抗倒伏能力及差异。结果表明,钵苗机插水稻产量最高,毯苗机插水稻产量其次,机械直播水稻产量最低,差异显著(P0.05)。与毯苗机插和机械直播相比,钵苗机插使水稻上三叶叶长增长,比叶重增大,叶基角和披垂度减小,使水稻群体高效叶叶面积增加,剑叶叶绿素含量和净光合速率协同增加,穗型变大,粒叶比提高,并且使水稻株高增高,秆长增长,穗下节间增长(P0.05)。水稻基部1~3节间于钵苗机插方式下,较毯苗机插和机械直播,长度缩短、茎秆变粗、茎壁增厚、节间干质量增加、充实度变好、抗折力和弯曲力矩增大、倒伏指数降低(P0.05)。因此,长江下游稻麦两熟地区,钵苗机插能改善水稻株型,优化水稻群体结构,提升水稻抗倒性能,是实现水稻丰产、高产且低倒伏风险的较优机械化种植方式。     

机插稻鸭共作系统氮素基蘖肥用量对水稻群体质量与氮素利用的影响

以武粳15为试材,研究了氮素基蘖肥用量对机插稻鸭共作水稻群体特征、氮素吸收利用的影响。结果表明:1）在稻鸭共作系统中,随氮素基蘖肥用量的减少,机插水稻群体最高分蘖数减少,最高分蘖数前后的分蘖发生和消亡速率降低,粒叶比、有效叶面积率、高效叶面积率提高,齐穗期和成熟期干物质积累量降低,各阶段尤其是拔节至齐穗期的吸氮量降低。2）当氮素基蘖肥用量适宜,基、穗肥比4.5 : 5.5时,机插水稻群体的分蘖成穗率较高,叶面积指数适宜,齐穗期至成熟期的干物质积累量最大,拔节前氮素基蘖肥利用率、氮肥当季利用率、氮素农学利用率、氮素收获指数和氮肥偏因素生产力协同提高,群体穗数合理,产量最高。3）稻鸭共作不仅提高拔节前氮素基蘖肥利用率和氮肥当季利用率,而且改善机插水稻的群体质量,提高抽穗后群体的生产能力和水稻产量。     

稻鸭共作模式对水稻主要病虫害发生的影响

稻鸭共作是实现水稻病虫害防控化学农药减施的一项环境友好型生态农业种养模式。为探明稻鸭共作模式对水稻主要病虫害的影响,对比分析了稻鸭共作和单一种植水稻两种模式下的水稻主要病虫害发生情况。结果表明,稻鸭共作对水稻重要害虫稻飞虱、稻纵卷叶螟和福寿螺的发生有抑制作用,其稻飞虱、稻纵卷叶螟、福寿螺发生数量显著低于对照区;稻鸭共作可在一定程度上恢复生物多样性,增加田间蜘蛛和稻红瓢虫等天敌的数量;但对稻瘟病控制效果一般,稻鸭共作模式下,建议选择抗稻瘟病的水稻品种。     

“稻鸭共生”养分归还特征及水稻植株对氮、磷的吸收

"稻鸭共生"是对我国传统农业稻田养鸭的继承与发展。在长江流域双季稻主产区湖南布置了稻田养鸭田间试验,以常规稻作为对照,研究早、晚稻两季"稻鸭共生"养分归还特征及对水稻植株氮、磷吸收的影响。结果表明:两季"稻鸭共生"后,稻田可增加鸭粪碳229.87 kg.hm 2、鸭粪氮18.22 kg.hm 2、鸭粪磷17.75 kg.hm 2。"稻鸭共生"归还稻田土壤的碳、氮、磷量分别为1 491.21 kg.hm 2、66.02 kg.hm 2、25.14 kg.hm 2,比常规稻作分别提高20.43%(P>0.05)、55.81%(P<0.05)、379.00%(P<0.05)。"稻鸭共生"归还稻田土壤的碳、氮、磷量表现为碳>氮>磷,归还的碳、氮量以水稻根碳、氮占明显优势,归还的磷量以鸭粪磷占明显优势。与常规稻作相比,土壤全氮含量提高5.73%,全磷含量显著提高6.25%;"稻鸭共生"提高了早、晚稻根和秸秆的全氮、全磷含量及早、晚稻籽粒的全磷含量,增加了早、晚稻秸秆的氮、磷吸收量和早、晚稻根的磷吸收量,降低了双季稻产量及籽粒的氮、磷积累量。"稻鸭共生"对水稻植株磷的影响效果好于氮。     

虾稻共作对稻田土壤线虫群落结构的影响

农业生态系统利用种间互惠将种植业与养殖业相结合,既能提高农作物产量,也能减少化肥农药等对环境的危害。本研究以土壤线虫作为指示生物,研究外来物种克氏原螯虾与水稻种养结合模式对稻田土壤生态系统的影响,为虾稻共作模式下稻田生态系统的健康和可持续利用提供依据。通过比较水稻单作和虾稻共作,分别在水稻分蘖期、抽穗期和成熟期采集土壤样品,分析土壤线虫群落结构。结果表明:与水稻单作相比,虾稻共作土壤中食细菌线虫的百分比较高(分蘖期增加了26.52%,抽穗期增加了19.85%,成熟期增加了32.65%),同时机会主义cp1线虫类群所占百分比较高(分蘖期增加了31.13%,抽穗期增加了24.91%,成熟期增加了19.49%),说明虾稻共作生态系统中农田土壤养分循环较快,土壤呈养分富集。但是,虾稻共作农田土壤中捕食杂食性线虫、cp3~5线虫类群百分比较低(P0.05),同时成熟度指数也显著低于水稻单作。因此,在克氏原螯虾的影响下,稻田土壤食物网趋于简化,土壤的生物稳定性有下降趋势,故需要进一步加强虾稻共作对稻田土壤健康长期影响的监测和研究。     

近10多年来我国鸭稻共作生态农业技术的研究进展与展望

近10多年来,我国在鸭稻共作生态农业技术的理论研究和生产实践等方面均取得了长足进步,因此有必要加以总结。其中,在理论研究层面,主要涉及鸭稻共作对稻田养分循环与能、物流特征的影响,对病虫害的防控和天敌害虫动态的影响,对杂草群落结构的影响及其防控,对水体环境与水体生物多样性的影响,对土壤肥力特征及土壤生物多样性的影响,对水稻生长性状及水稻群体结构形态建成的影响,对温室气体排放及全球变化的影响,对水稻品质、产量、综合效益与生态服务功能的影响,利用鸭稻共作控制福寿螺的效果与机制等领域,并取得了相应的研究进展。在技术层面,主要开展了鸭稻共作生产技术规程、直播方式下鸭稻共作生产技术、免耕抛秧养鸭技术以及其他鸭稻共作新技术的探索与创新实践。在此基础上,提出了4个方面的研究展望,包括鸭稻共作的生态效应与机制及其长期定位研究、鸭稻共作关键技术的创新、系统集成与示范研究、鸭稻共作生产技术的标准化与产业化研究,以及与全球变化和低碳农业发展的关联与接轨研究。     

水稻与美人蕉间作对水稻生长、病虫害发生及产量的影响

间作是一类提高农田生物多样性、增加农业生态经济效益的农田种植模式。本研究通过一年两季的田间试验,探讨了水稻与美人蕉间作对水稻生长性状、病虫害防控以及产量的影响。结果表明:与水稻单作相比,水稻与美人蕉间作在早稻分蘖末期、抽穗期降低了水稻株高,而在早稻抽穗期、成熟期及晚稻分蘖末期和成熟期提高了水稻叶片的叶绿素含量;间作下水稻分蘖数明显提高,在早稻分蘖末期、抽穗期和晚稻成熟期水稻分蘖数分别提高25.20%、11.20%和26.01%。在病虫害防控方面,水稻与美人蕉间作降低了纹枯病和稻纵卷叶螟的发生,其中在早稻分蘖中期、末期以及晚稻分蘖末期、抽穗期纹枯病的病情指数分别显著降低35.61%、19.55%、24.83%和16.05%;在晚稻分蘖中期和末期,稻纵卷叶螟卷叶率显著降低46.35%和60.31%;水稻与美人蕉间作显著提高了水稻单位面积产量,增幅达11.16%。研究表明,水稻与美人蕉间作是一种能促进水稻生长、降低水稻病虫害、提高水稻产量和经济效益的新型生态种植模式。     

夜间增温对水稻生长、生理特性及产量构成的影响

2015年6-11月,在大田条件下采用铝箔反光膜覆盖对水稻(南粳46)进行夜间增温试验。试验设置夜间增温(NW)和对照(CK)两个处理,在水稻主要生育期(分蘖期、拔节期、抽穗扬花期、灌浆期和成熟期)观测水稻分蘖数、叶绿素含量(SPAD值)、叶面积指数、光合作用和蒸腾作用参数以及产量构成(有效穗数、穗粒数和千粒重)。结果表明:(1)铝箔反光膜覆盖达到了夜间增温的目的,整个生育期夜间水稻冠层平均气温比对照提高0.4℃。(2)夜间增温条件下,水稻分蘖数比对照平均每株减少4.33个;各生育期叶片叶绿素含量(SPAD值)分别下降0.2%、2.75%、6.31%、10.77%和32.03%,而叶面积指数差异不大。(3)NW处理各生育期水稻叶片的光合和蒸腾作用参数,包括净光合速率、气孔导度和蒸腾速率均显著低于对照(P0.05)。(4)NW处理每穗粒数和有效穗数分别比对照低12.76%和19.02%,产量下降32.54%,千粒重增加3.93%。研究认为,夜间增温对水稻的生长及光合作用产生显著影响,在未来气候变化背景下,应进一步研究不同增温方式对水稻生产的影响及其模型模拟。     

低磷胁迫对不同基因型水稻阶段生物学特征的影响

采用盆栽试验研究了低磷胁迫下不同基因型水稻在分蘖期、孕穗期和成熟期的生物学特征。结果表明,不同基因型水稻在不同的生长发育阶段对低磷胁迫的反应存在明显差异。分蘖期,耐低磷基因型水稻的耐低磷特性主要表现在相对分蘖数、相对绿叶数和相对地上部干重三个性状上,其中以相对分蘖数的差异较大,但这个时期水稻的任一性状不足以反映其耐低磷特性;孕穗期,耐低磷基因型水稻的相对分蘖数、相对绿叶数和相对地上部干重虽仍表现出明显的优势,但与分蘖期不同的是相对分蘖数受低磷胁迫的影响程度趋于稳定,相对绿叶数的差异明显下降,相对干重的高低逐步成为区别耐低磷基因型的主要依据;成熟期,耐低磷基因型的相对地上部干重优势进一步加强,远远超过其它生物学性状。耐低磷基因型的相对经济产量显著高于低磷敏感基因型。在水稻生长的各个时期中,耐低磷基因型水稻的相对株高、相对叶宽和相对叶长与低磷敏感基因型水稻对应的指标相比均未表现出明显差异。     

翻压紫云英对双季稻产量、镉吸收及转运的影响

  【目的】  探讨紫云英在水稻生产中的增产降镉（Cd）效应以及降Cd的生理机制。  【方法】  5年田间微区定位试验设4个处理:不施任何肥料(CK)、翻压紫云英(GM)、单施化肥(F)和紫云英翻压配施化肥(F+GM),翻压紫云英的处理冬闲田种植紫云英,作为绿肥在早稻插秧前翻压还田。在双季稻分蘖期、灌浆期和成熟期采集水稻植株样品,分为根、茎叶、籽粒3个部分,测定其Cd含量。  【结果】  1)与CK相比,F+GM与F处理5年水稻产量显著增加,GM处理从2017年起增产显著;与F处理相比,F+GM处理5年水稻均增产,其中2016与2020年显著增产。2）翻压紫云英对水稻同一部位在不同时期的降Cd效应不同。早稻GM处理根Cd含量在分蘖期、灌浆期和成熟期均显著低于CK,晚稻则无显著差异;早稻的GM处理茎叶Cd含量在灌浆期显著低于CK,晚稻的无显著差异;早稻的GM处理籽粒Cd含量在灌浆期和成熟期均显著低于CK（分别降低85.7%和57.6%）,晚稻的无显著差异。早稻的F+GM处理根Cd含量在分蘖期、灌浆期和成熟期均显著低于F处理,晚稻的则无显著差异;早稻的F+GM处理茎叶Cd含量在分蘖期显著低于F处理,晚稻的无显著差异。3）翻压紫云英下水稻不同时期Cd转运有差异。早稻分蘖期F+GM处理的根–茎叶Cd转运系数显著高于CK与F处理,成熟期GM处理的茎叶–籽粒Cd转运系数显著低于CK,降幅为52.2%;晚稻则无显著差异。4）F+GM和GM处理根与籽粒Cd累积量均较低,其根部累积量显著低于F处理;GM处理早稻籽粒Cd累积量显著低于F处理;而F+GM晚稻茎叶Cd累积量则显著高于CK。F+GM与GM处理籽粒Cd分配比例低于CK与F处理,F+GM处理的茎叶Cd分配比例高于F处理,GM处理的茎叶Cd分配比例高于CK。5）早稻各处理的土壤总Cd含量差异不显著,晚稻则表现为GM处理显著低于CK。早稻的GM与F+GM处理土壤有效Cd含量显著低于CK,晚稻的则无显著差异。  【结论】  翻压紫云英可增加水稻产量,同时具有较好的降Cd效应。翻压紫云英的降Cd生理机制为:一是可降低土壤有效Cd含量,从而降低水稻Cd含量;二是可降低茎叶–籽粒间的Cd转运系数,减弱向籽粒的转运能力,降低水稻籽粒中Cd的累积,进而生产出Cd含量低于国家安全限量的稻米。     

不同施氮量下缺钾对水稻叶片营养及生理性状的影响

【目的】氮和钾是作物生长所必需的大量元素,在水稻生长发育、产量形成等过程中发挥着至关重要的作用。南方稻田缺钾以及氮钾肥不合理施用已成为限制水稻高产的重要影响因子。本研究在田间条件下,探讨了不同施氮量下缺钾对水稻生长发育与叶片生理特性的影响,进而阐明缺钾导致营养生长期水稻叶色暗绿的营养及生理机制。【方法】采用两因素完全随机设计田间试验,因素A为不同施氮水平,包括不施氮、低氮（N 90 kg/hm2）和正常施氮（N 180 kg/hm2）;因素B为不同施钾水平,包括不施钾和正常施钾（K₂O 120 kg/hm2）。测定水稻分蘖期和幼穗分化期地上部干物质,叶面积指数,叶片氮、钾、镁和叶绿素含量（叶色值）,叶片含水率、叶片可溶性糖含量、比叶重以及叶片SPAD值。【结果】1）在不施氮条件下缺钾对水稻分蘖期和幼穗分化期干物质、叶面积指数均无显著影响,而在施氮条件下显著降低水稻分蘖期和幼穗分化期干物质、叶面积指数;随施氮量的增加,缺钾对干物质及叶面积指数的影响加剧,其中N₁₈₀K₀处理的降幅最为明显;氮钾交互作用对水稻各生育期的干物质和叶面积指数均有显著或极显著影响。2）在不施氮条件下缺钾对分蘖期和幼穗分化期叶片氮含量和叶绿素含量、叶片可溶性糖含量、比叶重以及叶片SPAD值均无显著影响,而在施氮条件下以上各指标显著增加,其中N₉₀K₀处理的叶片氮含量和叶绿素含量均可以达到N₁₈₀K₁₂₀处理水平;无论施氮与否,缺钾均显著降低分蘖期和幼穗分化期叶片钾含量,而显著增加叶片镁含量。3）回归分析结果表明,比叶重与叶片可溶性糖含量呈极显著正相关关系（P < 0.01）。【结论】水稻干物质、叶面积指数、叶片营养及生理状况、叶色表现等对缺钾的响应明显受到施氮量的影响。在施氮条件下缺钾造成叶片中可溶性糖大量积累,进而导致比叶重增加;结合田间试验观察及叶片营养及生理性状可知,水稻叶色（叶绿素含量）在不施氮条件下不受缺钾的影响;而在施氮条件下,缺钾造成水稻叶片单位质量及单位叶面积氮含量和叶绿素含量显著增加,这是田间条件下水稻叶色呈现暗绿的主要原因,从而也影响生育期植株氮素营养诊断。     

稻鸭共作对不同栽培环境稻季CH4和N2O排放的影响

稻田是大气温室气体甲烷(CH₄)和氧化亚氮(N₂O)的重要排放源, 稻田温室气体减排一直是生态农业研究的热点。目前, 采用水稻品种选择利用、水分控制管理、肥料运筹管理、耕作制度调整以及种养结合模式等方法来减少稻田温室气体排放有较好实践效应, 但不同稻田栽培环境(露地、网室)基础上的稻鸭共作对麦秸全量还田的稻田温室气体排放特征及相关土壤理化特性关联性的影响尚为少见。本研究采用裂区设计, 在两种栽培环境条件下, 以无鸭子放养的常规稻作和麦秸不还田为对照, 在等养分条件下分析麦秸全量还田与稻鸭共作模式对稻田土壤氧化还原电位、CH₄排放量、产CH₄潜力及CH₄氧化能力、N₂O排放量及N₂O排放高峰期土壤反硝化酶活性、全球增温潜势、水稻产量的影响, 为稻田可持续生产和温室气体减排提供参考。结果表明, 麦秆还田增加了稻田产CH₄潜力、提高了CH₄排放量, 降低了稻田土壤反硝化酶活性、土壤氧化还原电位和N₂O排放量, 整体上导致全球增温潜势上升96.89%~123.02%; 稻鸭共作模式, 由于鸭子的不间断活动提高了稻田土壤氧化还原电位, 降低了稻田产CH₄潜力, 增强了稻田CH₄氧化能力, 从而降低稻田CH₄排放量, N₂O排放量虽有提高, 整体上稻鸭共作模式的全球增温潜势较无鸭常规稻田下降8.72%~14.18%; 网室栽培模式显著提高了稻田土壤氧化还原电位, 降低稻田产CH₄潜力、CH₄氧化能力和土壤反硝化酶活性, 减少了稻田CH₄和N₂O排放量, 全球增温潜势降低6.35%~13.14%。本试验条件下, 稻田土壤的CH₄氧化能力是产CH₄潜力的2.21~3.81倍; 相同环境条件下, 稻鸭共作和麦秸还田均能增加水稻实际产量, 网室栽培的所有处理较相应的露地栽培减少了水稻实际产量1.19%~5.48%。本试验表明, 稻鸭共作和网室栽培可减缓全球增温潜势, 稻鸭共作和麦秸还田能够增加水稻实际产量。