免耕起垄对冷浸田土壤有机碳活性的影响

以湖北省典型冷泉烂泥型冷浸田为研究对象,结合旱育秧垄作栽培技术,设计垄高10 cm(LG10)、15 cm(LG15)、20 cm(LG20)与平作(CK)定位田间试验,比较2011年和2012年水稻生育期内土壤有机碳、活性有机碳和难降解有机碳的变化。结果表明,在水稻生育期内不同处理土壤有机碳和活性有机碳呈先增加后降低的趋势,在水稻灌浆期达到较高值。垄高LG15和LG20与CK处理相比,土壤活性有机碳和难降解有机碳含量明显增加,说明冷浸田垄作免耕对其累积有促进作用。     

施肥结构对冷浸田土壤肥力及水稻生长的影响

冷浸田因长期受冷泉水浸渍,土体封闭,难以通气与氧化,土壤溶液Eh下降,有效养分低,水稻产量低。本研究通过田间小区试验和动态取样与室内测定,探求了单质化肥、稳定性肥、复合肥配施生鸡粪和熟鸡粪等施肥方式对冷浸田土壤肥力及水稻生长的影响。结果表明:与单质化肥处理比较,复合肥与熟鸡粪配施处理土壤松结态腐殖质占重组腐殖质的比例提高10.8%,紧结态腐殖质占重组腐殖质的比例降低15.5%,土壤有机质和活性有机质含量分别提高8.9%和4.0%,土壤阳离子交换量提高10.2%,早稻土壤细菌数和微生物活性分别提高390.0%和13.0%;同时土壤磷酸铝盐和磷酸钙盐含量分别提高40.0%和28.0%,且磷酸铝盐和磷酸钙盐占无机磷总量的比例提高,闭蓄态磷占无机磷总量的比例降低,促使土壤中难溶性磷向易溶性磷转化,提高土壤有效磷含量;最终早稻磷、钾吸收量分别提高14.0%和127.0%,早、晚稻产量分别增加11.0%和8.0%。由此得出,有机无机平衡施肥是适合于冷浸田土壤培肥、水稻增产的施肥方式。     

南方地区冷浸田土壤线虫的分布特征

为了解南方地区冷浸田土壤线虫分布状况,2011—2012年期间,对湖北、安徽、江西、湖南、福建、浙江、广东和贵州8个省份的冷浸田进行土壤线虫调查。结果表明:在所有省份中,共鉴定出2纲8目24科55属,其中潜根属(Hirschmanniella)和丝尾垫刃属(Filenchus)为优势属,两者占线虫总数的46.36%,丝尾垫刃属、潜根属、头叶属(Cephalobus)、滑刃属(Aphelenchoides)在我国南方8省份的冷浸田均有分布。冷浸田线虫密度为非冷浸田的48.04%,冷浸田线虫密度范围为72~735条/100 g干土。冷浸田土壤线虫数量分布主要受土壤含水量和电导率因素影响,潜根属与含水量显著正相关,与电导率显著负相关。     

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。     

鼎湖山、尖峰岭和那大地区某些土壤的氧化还原状况

用电化学方法测定了鼎湖山、尖峰岭和那大地区某些土壤的氧化还原电位(强度因素)和还原性物质数量(容量因素)。自然林下土壤的氧化还原状况随植物群落的垂直带(谱)而呈规律性变化。其表层的Eh为400—560mV,较以下土层低80—220mV,还原性物质含量相当于0.5—3.6×10^-3mol/L亚锰。经济林下土壤表层的Eh为490—570mV,较下层低50-100mV,还原性物质含量为0.1—1.36×10^-3mol/L。水稻土表层的还原性物质含量达6.6×10^-3mol/L,Eh为330mV,较下层低100mV。在还原性物质含量的对数值和Eh之间存在着良好的相关性,相关系数为-0.734^**。本文对用电化学方法原位测定弱还原性土壤的氧化还原状况给予了评价,对氧化还原过程在红壤形成中的作用进行了讨论。     

土壤改良剂对冷浸田土壤特性和水稻群体质量的影响

以南方典型冷浸田为研究对象, 在明沟排水的基础上, 通过田间定位试验, 以不施土壤改良剂为对照, 研究了施用不同土壤改良剂(自研的脱硫灰改良剂、生物活性炭, 市售的土壤改良剂石灰、硅钙肥、腐植酸)对冷浸田氧化还原电位、土壤呼吸强度、土壤微生物数量、水稻群体构建及产量构成因素的影响。结果表明, 施用改良剂能够改善土壤理化性状, 提升土壤速效养分和pH,但除脱硫灰处理外, 其他改良剂处理对土壤Eh未产生显著影响。施用不同土壤改良剂在水稻各生育期均能有效增强土壤微生物呼吸强度和放线菌数量, 并且放线菌数量达到差异性显著水平(P<0.05), 生物活性炭处理下土壤呼吸强度和放线菌数量分别较对照增加67.6%和127.6%。各土壤改良剂处理与CK相比较均有助于提高叶片SPAD、茎蘖数、水稻干物质积累量、成穗数、穗粒数、产量结实率和根系伤流速率。其中以脱硫灰和生物活性炭处理改良效果最佳, 抽穗后29 d时,根系伤流速率较CK分别提高45.4%和39.1%, 叶片SPAD分别增加27.4%和22.5%; 成熟期水稻成穗数较对照提高12.1%和10.7%,干物质积累量增加68.8%和50.5%,产量分别增加12.8%和10.3%。综上所述, 土壤改良剂可有效改善冷浸田土壤特性及水稻群体质量, 脱硫灰和生物活性炭处理的改良效果最明显, 增产幅度最大。     

不同氮肥用量与施肥时期对冷浸田单季稻 生长及农学效率的影响

冷浸田为福建省主要低产田类型之一。基于福建省浅脚烂泥田、青泥田与锈水田主要冷浸田类型,通过田间3个点试验研究不同氮肥用量(105、150与195 kg/hm~2)与施用时期(基蘖肥︰穗肥=10︰0与基蘖肥︰穗肥=7︰3)运筹组合对单季稻生长的影响。结果表明,增施氮肥促进了各类型冷浸田水稻分蘖期分蘖生长速率。不同氮肥组合的锈水田、青泥田与浅脚烂泥田水稻籽粒产量分别较不施肥(CK)增幅14.5%~45.5%、9.4%~13.5%和10.4%~15.9%,但在105 kg/hm~2用量基础上再进一步增施氮肥,籽粒增产效果明显放缓。施用氮肥显著增加了成熟期水稻有效穗数,但对每穗实粒数及千粒重影响不明显。105、150、195 kg/hm~2 3种氮肥用量下各类型冷浸田的农学效率均值分别为17.4、13.3与12.8 kg/kg。除浅脚烂泥田施用穗肥的秸秆产量有显著差异外,其余氮肥不同施肥时期的籽粒与秸秆产量均无显著差异。增施氮肥有提高籽粒氮的趋势,但同时降低了籽粒钾含量。鉴于冷浸田土壤氮素水平较高,单季稻氮肥经济用量宜控制在105~150 kg/hm~2中低水平,超过150 kg/hm~2,农学效率递减,且无明显增产效果。另从人工成本及效益考虑,宜选择基蘖肥︰穗肥=10︰0的施氮方式。     

抛荒对冷浸稻田土壤团聚体及有机碳稳定性的影响

冷浸稻田是长江流域重要的低产稻田类型之一,近年来抛荒严重,而抛荒对冷浸稻田土壤团聚体的影响并不清楚。本研究以连年种植的冷浸稻田(CWC)、抛荒3年的冷浸稻田(CWA3)和抛荒6年的冷浸稻田(CWA6)为对象,分析抛荒后冷浸稻田土壤团聚体特征以及有机碳稳定性,以期为准确评估抛荒对长期淹水土壤的结构和有机碳的影响提供数据支持。结果表明,不论是0~25 cm土层还是25~50 cm土层,冷浸稻田土壤53μm粒级团聚体占总团聚体比例均超过40%;0~25 cm土层土壤250μm团聚体比例超过35%;53~250μm粒级团聚体比例低于20%。抛荒使0~25 cm土层53μm粒级团聚体占总团聚体比例显著增加,53~250μm粒级比例显著降低。在0~25 cm土层,抛荒使有机碳活性指数Ⅰ(LIc-Ⅰ)在53μm粒级和250μm粒级上升高,有机碳活性指数Ⅱ(LIc-Ⅱ)在53~250μm和250μm粒级上降低;而有机碳难降解指数(RIc)在53μm和53~250μm粒级上降低。土壤总有机碳随抛荒时间延长而增加。     

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。     

有机无机肥配施提升冷浸田土壤氮转化相关微生物丰度和水稻产量

【目的】 以南方典型冷浸田为对象,研究化肥配施不同有机肥对冷浸田水稻产量以及土壤氮相关功能微生物群落丰度的影响,旨在为冷浸田土壤氮素活化和转化过程的定向调控,氮素利用效率提高及水稻高产施肥提供科学依据。 【方法】 通过连续 3 年 6 季的定位试验,采用土壤理化分析、酶学分析和荧光实时定量 PCR 技术深入探讨化肥配施不同堆肥原料有机肥对冷浸田养分活化、水稻产量提升及土壤氮相关功能微生物群落丰度的效应。本试验设 4 个处理,分别为单施化肥 (CK)、化肥配施猪粪 (PIM)、化肥配施牛粪 (CAM)、化肥配施鸡粪 (CHM)。 【结果】 CHM、CAM 处理水稻产量显著高于化肥处理( P < 0.05),较 CK 平均增产 10.23%、7.62%。连续施用 CHM、CAM 显著提高了土壤 pH,增加了土壤有机碳、全氮和铵态氮含量。三种堆肥原料的有机无机配施均能够提高土壤氮素循环相关功能微生物基因丰度,其中细菌、古细菌总群落 16s rDNA 丰度和氨氧化古菌 (AOA) 和氨氧化细菌 (AOB) 的氨单加氧酶 ( amoA) 基因丰度提高趋势一致,以 CHM 处理最高,但细菌总群落 16s rDNA 丰度增幅较小。亚硝酸盐还原酶 ( nirK、 nirS) 基因和一氧化二氮还原酶 ( nosZ) 基因丰度对不同处理的响应并不一致。相关性分析表明,土壤有机碳和全氮含量是影响 AOA、AOB、 nirK、 nirS 型反硝化细菌的重要因子。 【结论】 化肥配施鸡粪有机肥能显著提高冷浸田土壤铵态氮、速效磷含量,增加细菌、古菌、AOA 和 AOB 氨单加氧酶 ( amoA) 的基因丰度,增强土壤脲酶、蛋白酶和磷酸酶的活性,提升冷浸田土壤生产力。      

稻虾共作模式对涝渍稻田土壤理化性状的影响

稻虾共作模式是一种以涝渍水田为基础,以种稻为中心,稻草还田养虾为特点的复合生态系统。本文通过10年(2005—2015年)定位试验,以中稻单作模式为对照,研究了稻虾共作模式对0~10 cm、10~20 cm、20~30 cm和30~40 cm土层土壤理化性状以及水稻产量的影响;采用投入产出法,评估了稻虾共作模式的经济效益。结果表明,长期稻虾共作模式显著降低了15~30 cm土层的土壤紧实度,其在15 cm、20 cm、25 cm和30 cm处的土壤紧实度较中稻单作模式分别降低了20.9%、29.9%、24.8%和14.7%。长期稻虾共作模式提高了0~40 cm土层中0.25 mm水稳性团聚体数量、平均质量直径和几何平均直径,但降低了0~20 cm土层的团聚体分形维数。相对于中稻单作模式,长期稻虾共作模式显著提高了0~40 cm土层有机碳、全钾和碱解氮含量,0~30 cm土层全氮含量,0~10 cm土层全磷和速效磷含量以及20~40 cm土层速效钾含量。稻虾共作模式显著降低了0~10 cm土层还原性物质总量,但提高了20~30 cm土层土壤还原性物质总量。稻虾共作模式的水稻产量较中稻单作模式显著提高,增幅为9.5%,其总产值、利润和产投比较中稻单作模式分别增加了46 818.0元?hm-2、40 188.0元?hm-2和100.0%。可见稻虾共作模式改善了土壤结构,增加了土壤养分,提高了水稻产量以及经济效益,但增加了10 cm以下土层潜育化的风险。     

淹水厌氧培养对水稻土中酶活性的影响

An incubation experiment with soil water content treatments of 0.15 （W1）, 0.20 （W2）, and 0.40 （W3） g g^-1 soil was carried out for two months to investigate the activities of important enzymes involved in C, N, P, and S cycling in a paddy soil from the Taihu Lake region, China, under waterlogged and aerobic conditions. Compared with air-dried soil, waterlogging resulted in a significant decrease （P ≤ 0.05） of fluorescein diacetate （FDA） and /3-D-glucosidase activities, and this effect was enhanced with increasing waterlogging time. Waterlogging also significantly inhibited （P ≤ 0.05） arylsulfatase as well as alkaline and acid phosphatase activities, but did not decrease the activities with the increase in waterlogging time. Short-term waterlogging did not affect urease activity, but prolonged waterlogging decreased it markedly. In contrast, the aerobic incubation （W1 and W2 treatments） significantly increased （P ≤ 0.05） FDA, alkaline phosphatase, and /3-D-glucosidase activities. With aerobic treatments the activities of FDA and alkaline phosphatase increased with incubation time, whereas /3-D-glucosidase activity decreased. A significant difference （P ≤ 0.05） was usually observed between the W1 and W2 treatments for the activities of FDA as well as alkaline and acid phosphatase; however,/3-D-glucosidase and urease were usually not significant （P ≤ 0.05）. No activity differences were observed between waterlogging and aerobic incubation for arylsulfatase and urease.     

pH与石灰性水稻土铁氧化还原过程的关系

光照和pH是调控土壤铁氧化物厌氧生物氧化还原的关键环境因素。本文采用恒温厌氧培养试验研究了黑暗、光照条件下土壤pH的变化及pH对铁氧化还原的影响,探索了pH与Fe(II)和水溶性无机碳的关系。结果表明,光照可改变土壤厌氧培养过程中pH的变化趋势,避光培养时土壤pH呈降低趋势,光照时呈先降低后增加趋势。pH介于4~9之间均可发生铁的还原反应,pH=7时还原量最大,128.5μmol g-1,pH调至4和9均可抑制避光条件下的铁还原。光照条件下pH 6~8时可发生Fe(II)的再氧化,控制初始pH为7时可使其再氧化量增加77.13%,达49.17μmol g-1。厌氧培养过程中Fe(II)与水溶性无机碳在避光时存在显著线性正相关关系,pH与Fe(II)和水溶性无机碳之间均存在显著线性负相关关系。     

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。     

Soil biological and physiochemical factors limiting the growth potential of tomato planted in waterlogged volcanic soil

Abstract

Many vegetable growers in Japan practice a unique waterlogged cultivation method with ample nitrogen (N) supply and microbial supplements, reporting vigorous plant growth, no soilborne diseases, and high yields. We simulated waterlogged soil conditions in greenhouse experiments to examine effects of soil pH and redox potential (Eh) as well as microbial influence on the growth of tomato seedlings. Soil pasteurization enhanced seedling growth whether the acidic, volcanic soil was waterlogged or well-drained. Among various antimicrobials, only soil treatment with polymyxin B improved shoot growth in nonpasteurized soil. The seedlings grew best in pasteurized acidic, waterlogged soil fertilized with ample potassium nitrate (KNO₃), which maintained soil Eh above zero. In nonpasteurized soil, growth was severely stunted by raising soil pH progressively to 8.5 while Eh dropped to –194?mV. The results suggested that heat-sensitive Gram-negative soil bacteria and low soil Eh were key factors limiting the growth potential of tomato plants in waterlogged soils.