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。     

稻虾共作对稻田土壤nirK反硝化微生物群落结构和多样性的影响

稻虾共作是水稻种植与克氏螯虾共作形成的互利共生的稻田种养复合生态模式。目前对稻虾共作模式稻田反硝化微生物多样性和群落结构的影响尚不清楚。本研究以江汉平原常规中稻模式(MR)为对照,设置连续3年(2014—2016年)稻虾共作模式(CR)为处理,通过特异引物提取中稻抽穗期稻田土壤nirK基因,采用Illumina Miseq高通量测序技术,探讨稻虾共作模式对稻田土壤nirK反硝化微生物多样性和群落结构的影响。结果表明:稻虾共作模式显著提升水稻抽穗期稻田土壤中硝态氮、全氮及全碳的含量,对土壤碳氮比、碱解氮和铵态氮含量没有显著影响。稻虾共作模式显著增加稻田土壤nirK基因微生物的丰富度指数,但对nirK基因微生物的多样性指数影响不显著。稻虾共作模式改变了nirK基因微生物在目、科、属、种水平的群落组成,较常规中稻模式,稻虾共作模式在各分类水平组成类群均减少;稻虾共作模式较常规中稻模式改变了目的种类,对共有目相对丰度没有显著性改变。RDA分析表明稻虾共作模式对土壤nirK基因菌群的群落结构有一定的改变,但稻虾共作模式与常规中稻模式在群落结构上仍保留着一定的相似性。硝态氮含量是影响nirK反硝化细菌群落结构的主效因子。可见,稻虾共作模式对微生物多样性指数没有显著影响,但显著增加了微生物丰富度指数,改变了稻田土壤nirK反硝化微生物在目、科、属、种的群落结构。     

稻–虾共作模式对涝渍稻田土壤微生物群落多样性及 土壤肥力的影响

研究了稻–虾共作模式对涝渍稻田土壤微生物群落功能多样性及土壤肥力的影响。结果表明,稻–虾共作模式的土壤平均颜色变化率(AWCD值)在0~50 cm土层均高于中稻单作模式,其中在25~50 cm土层中土壤AWCD值达到显著差异。0~25 cm土层,相对于中稻单作模式,稻–虾共作模式的土壤微生物群落Mc Intosh指数显著增加,且其微生物对胺类和酸类的利用率显著提高;而25~50 cm土层,稻–虾共作模式的土壤微生物群落Shannon指数和Mc Intosh指数均显著高于中稻单作模式,其土壤微生物对糖类、醇类和酸类的利用率较中稻单作模式显著提高;主成分分析表明对碳源利用主成分起分异作用的碳源为糖类和酸类。稻–虾共作模式的土壤有机碳和全氮含量在25~50 cm土层显著低于中稻单作模式,其土壤有机碳和全氮含量较中稻单作模式分别下降了41.8%和34.8%,0~25 cm土层不同模式的土壤养分无显著差异。由上可知稻–虾共作模式提高了土壤微生物的活性以及群落功能多样性,尤其对底层土壤的影响尤为显著,但降低了底层土壤的有机碳和全氮含量。     

稻–虾共作模式对涝渍稻田土壤微生物群落多样性及 土壤肥力的影响

研究了稻-虾共作模式对涝渍稻田土壤微生物群落功能多样性及土壤肥力的影响。结果表明,稻-虾共作模式的土壤平均颜色变化率(AWCD值)在0-50cm土层均高于中稻单作模式,其中在25-50cm土层中土壤AWCD值达到显著差异。在0-25cm土层中,相对于中稻单作模式,稻-虾共作模式的土壤微生物群落McIntosh指数显著增加,且其微生物对胺类和酸类的利用率显著提高;而在25-50cm土层中,稻-虾共作模式的土壤微生物群落Shannon指数和McIntosh指数均显著高于中稻单作模式,其土壤微生物对糖类、醇类和酸类的利用率较中稻单作模式显著提高;主成分分析表明对碳源利用主成分起异作用的碳源为糖类和酸类。稻-虾共作模式的土壤有机碳和全氮含量在25-50cm土层中显著低于中稻单作模式,其土壤有机碳和全氮含量较中稻单作模式分别下降了41.8%和34.8%,在0-25cm土层中不同模式的土壤养分无显著差异。由上可知稻-虾共作模式提高了土壤微生物的活性以及群落功能多样性,尤其对底层土壤的影响尤为显著,但降低了底层土壤的有机碳和全氮含量。     

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。     

长期稻虾共作模式提高稻田土壤生物肥力的机理

  【目的】  长期稻虾共作是提高稻田肥力的有机生态途径。研究该模式对稻田土壤有机碳库和土壤酶活性的影响,为该模式的可持续应用提供理论依据。  【方法】  基于连续10年 (2005—2015) 中稻单作和稻虾共作的田间定位试验,于2015年10月中旬水稻收获后,按照0—10 cm、10—20 cm、20—30 cm、30—40 cm 土层采集土样,分析不同土层中总有机碳 (total organic carbon,TOC)、土壤微生物量碳 (microbial biomass carbon,MBC)、可溶性有机碳 (dissolved organic carbon,DOC)、易氧化有机碳 (easily-oxidized organic carbon,EOC) 和颗粒有机碳 (particulate organic carbon,POC) 含量,测定不同土层土壤水稳性团聚体中有机碳的含量,计算了土壤碳库管理指数,同时分析了与土壤碳、氮和磷代谢有密切关系的纤维素酶、蔗糖酶、脲酶和酸性磷酸酶活性。  【结果】  1) 相对于中稻单作,稻虾共作显著增加了各土层中TOC、POC和DOC含量,增加30—40 cm土层中MBC含量以及10—40 cm土层中EOC含量;2) 稻虾共作显著提高了10—30 cm土层中土壤碳库管理指数,碳库管理指数在10—20 cm和20—30 cm土层中较中稻单作模式分别提高了52.7%和58.2%;3) 稻虾共作模式下,0—20 cm土层中小于0.053 mm粉–黏团聚体的有机碳含量显著高于中稻单作模式,而在20—30 cm土层各粒级团聚体的有机碳含量均显著高于中稻单作模式;4) 与中稻单作相比,稻虾共作土壤脲酶活性在10—20 cm土层显著降低了16.7%,而在20—30 cm土层纤维素酶活性显著提高了28.0%;5) 除DOC外,TOC、POC、MBC与纤维素酶、蔗糖酶、脲酶和酸性磷酸酶活性均呈显著正相关。  【结论】  长期稻虾共作提高了稻田土壤有机碳及其活性组分含量,特别是提高了20—30 cm土层纤维素酶活性,促进了根茬等有机物的分解,提高了该层次各粒级团聚体内的有机碳含量,改善了土壤结构,加大了水稻根系的下扎深度,改善了固持速效养分的能力,从而提升了稻田土壤生物肥力。     

稻虾共作模式对稻田土壤细菌群落结构与多样性的影响

通过研究稻虾共作模式下0 ~ 60 cm土层土壤细菌群落结构与多样性,明确该模式下稻田土壤细菌的群落特征,旨在为研究稻虾共作模式下稻田土壤养分循环提供理论依据。依托湖北省潜江市白鹭湖农场15年定位试验,采集0 ~ 10 cm、10 ~ 20 cm、20 ~ 30 cm、30 ~ 40 cm、40 ~ 50 cm和50 ~ 60 cm土层土样,采用高通量测序技术分析土壤细菌群落结构和多样性,并研究土壤细菌群落特征与土壤理化性状的关系。与中稻单作模式相比,长期稻虾共作模式显著提高了0 ~ 10 cm和20 ~ 40 cm土层有机碳（TOC）含量、0 ~ 30 cm土层全氮（TN）含量、0 ~ 20 cm和30 ~ 40 cm土层全磷（TP）含量以及10 ~ 40 cm土层有效钾（AK）含量。长期稻虾共作模式后土壤细菌的群落组成发生了改变,显著提高了土壤中绿弯菌门、拟杆菌门、硝化螺旋菌门和芽单胞菌门的相对丰度,降低了蓝细菌门、放线菌门和疣微菌门的相对丰度;同时,稻虾共作模式显著提高了10 ~ 20 cm和30 ~ 50 cm土层细菌的物种丰富度和多样性,但降低了0 ~ 10 cm土层细菌的丰富度。相关性分析表明,TOC、TN、AP和AK是影响稻虾共作模式土壤中细菌群落结构及多样性的主要因素。长期稻虾共作模式改变了稻田土壤理化性状,改变了土壤细菌的群落组成,提高了深层土壤的细菌物种丰富度和多样性。     

稻虾共作模式氮和磷循环特征及平衡状况

稻虾共作模式是我国长江中下游地区一种新兴的稻田复合种养生态模式,研究稻虾共作系统中氮（N）和磷（P）的循环特征及盈亏状况,对合理调控稻虾共作系统养分循环和平衡,指导系统N和P优化管理具有重要的意义。本文通过田间试验,采用投入产出法,以中稻单作模式作为对照,研究了稻虾共作模式下N和P的循环特征及平衡状况。结果表明：克氏原螯虾子系统N和P的输出/输入比分别为0.62和0.44,且子系统中N和P以饲料输入最大,占总输入的92.9%和96.4%,以成虾N和P输出最大,分别占总输出的53.3%和59.5%;在目前投入水平下,两种模式土壤子系统中N和P表观平衡均出现盈余,且稻虾共作模式土壤子系统N的盈余量高于中稻单作模式,而P的盈余量则低于中稻单作模式;稻虾共作模式和中稻单作模式的N和P输出/输入比均小于1,且稻虾共作模式的N和P输出/输入比均小于中稻单作模式;稻虾共作模式增加了土壤截存的N和P量,其土壤截存的N和P量较中稻单作模式分别提高49.2 kg·hm^-2和9.1 kg·hm^-2;稻虾共作模式提高了系统N和P表观损失量,其系统N和P表观损失量较中稻单作模式分别提高10.2 kg·hm^-2和1.0 kg·hm^-2。可见稻虾共作模式降低了N和P输出/输入比,促进了土壤中N和P的累积,但增加了系统N和P表观损失量。     

不同水稻品种混作养鸭对土壤养分动态的影响

鸭稻共作和水稻混种均可产生良好的生态效应,但能否将两项技术结合起来,即通过不同水稻品种混种与稻田养鸭的叠加,进而产生"1+12"的生态效应和生产效益,是一项值得加以实践和探讨的课题。为探明多品种水稻混作养鸭这类复合生物多样性利用模式的应用可行性,本试验设置了水稻单作常规种植(施药施肥)、水稻单作养鸭、水稻单作空白对照(不养鸭不施肥药)、水稻品种混作常规种植(施药施肥)、水稻品种混作养鸭和水稻品种混作空白对照(不养鸭不施肥药)6种种植模式开展田间试验,研究不同水稻品种混作养鸭对土壤养分动态和稻米品质的影响。结果表明:种植双季稻后,水稻品种混作养鸭处理下土壤有机质含量显著高于其他种植模式。早晚季水稻生长期间水稻品种混作养鸭处理的土壤全氮含量低于水稻品种混作常规种植处理,但均显著高于其他处理;水稻品种混作养鸭处理的土壤碱解氮含量较其他处理显著提高。各处理土壤速效磷含量以水稻单作空白对照处理的最高,总体上,混作处理比单作处理平均土壤速效磷含量高。种植双季稻后,水稻品种混作养鸭种植模式的土壤全钾和速效钾含量均高于其他处理。水稻品种混作养鸭处理的稻米出糙率、精米率、直链淀粉含量和胶稠度较其他处理高,且垩白粒率较其他处理低。综合表明,水稻品种混作养鸭模式更有利于改善田间土壤养分状况,提高稻米的品质,故此模式可为优质健康稻米生产提供新途径。     

稻虾轮作模式下江汉平原土壤理化性状特征研究

稻虾轮作模式在湖北江汉平原已发展近30年,对农民增产增收具有重要作用。开展不同年限稻虾轮作对土壤理化性质影响的研究,有助于科学指导该模式下的农田管理。在同一农渠范围内选择相似的稻田,分别采集水稻单作(CK)和稻虾轮作(1、3、7、13、18和23a)的3个土层深度(0～20、20～40和40～60 cm)原状土样,分析其相应的理化指标。结果显示,与中稻单作相比,长期稻虾轮作会显著降低0～20和20～40 cm土层土壤容重并提高非毛管孔隙度、毛管孔隙度和总孔隙度,而40～60 cm土层变化较小;稻虾轮作1 a后土壤pH、全氮和易氧化有机碳含量显著增加,但速效养分和阳离子交换量增幅不明显。与稻虾轮作1 a相比,轮作7～13 a稻田的土壤pH和其他各项指标均显著增加;轮作13 a以上,0～20 cm土层的pH、全氮和速效养分增幅最为明显,但20～60 cm土层的理化性质无明显变化。随着轮作年限的延长,0～20 cm土层的pH和其他各项指标均表现为:23 a18 a13a7a1a0(CK),20～40cm和40～60cm土层的pH、全氮、碱解氮、有效磷和速效钾含量也有相似规律,但增幅并不明显。因此,长期稻虾轮作有助于改善耕层土壤结构、增强土壤缓冲能力和提高pH及氮、磷、钾等速效养分含量。     

稻虾共作模式下稻田土壤氨氧化微生物丰度和群落结构的特征

【目的】研究稻虾共作模式下土壤氨氧化微生物数量、群落多样性及群落结构,深入了解该模式下的土壤微生态环境的演变。【方法】试验点在湖北省荆州市长江大学农学院基地,设置稻虾共作模式 (CR) 与常规中稻种植模式 (MR),借助荧光定量PCR技术与Illumina Miseq高通量测序平台,分析了土壤氨氧化细菌 (AOB) 与古菌 (AOA) 丰度、多样性及群落结构。【结果】与MR模式相比,CR模式显著提高了土壤硝态氮、总碳及总氮含量,对土壤pH、碱解氮及土壤碳氮比无显著影响。CR模式土壤AOA与AOB amoA基因拷贝数为3.13 × 105和7.01 × 105 copies/g干土,MR模式土壤AOA、AOB amoA基因拷贝数为1.41 × 105和3.87 × 105 copies/g干土,两个模式土壤AOB的数量均显著高于AOA,CR模式土壤AOA、AOB的数量均显著高于MR模式 (P < 0.05)。α群落多样性指数表明,相比MR,CR模式显著降低了土壤AOA群落多样性,对AOB群落多样性无显著影响。Venn结果分析,CR模式增加了AOA amoA基因的物种,改变了AOB amoA基因的物种组成,且AOB amoA物种数量下降。在属水平上,norank_c_environmental_samples_p_Thaumarchaeota、unclassified_k_norank_d_Archaea、norank_c_environmental_samples_p_Crenarchaeota、norank_p_environmental_samples_k_norank为AOA的优势类群,相对丰度占AOA amoA基因总序列的99.25%～99.46%,CR模式显著提高了norank_c_environmental_samples_p_Crenarchaeota在AOA群落属水平的相对丰度;unclassified_k_norank_d_Bacteria、norank_f_environmental_samples、norank_o_environmental_samples_c_Betaproteobacteria、unclassified_o_Nitrosomonadales为AOB的优势类群,相对丰度共占97.78%～98.49%,且CR模式显著增加了norank_o_environmental_samples_c_Betaproteobacteria与unclassified_o_Nitrosomonadales在AOB群落属水平的相对丰度。冗余分析 (RDA) 结果显示,土壤基本理化性质对于土壤AOA、AOB群落结构影响有着相似的趋势,其中对AOA、AOB群落结构影响最大的因子是硝态氮,其次分别为总碳、铵态氮、碱解氮、pH。根据RDA投影距离分析,稻虾共作模式对土壤AOA群落结构的影响大于AOB,且MR与稻虾共作模式土壤AOB的群落结构具有一定的相似度。【结论】稻虾共作模式显著降低了AOA群落多样性,而对AOB群落无显著影响;稻虾共作模式显著增加了AOA与AOB的丰度并显著影响了群落结构组成。土壤硝态氮、总碳、铵态氮、碱解氮、pH含量是导致土壤微生物数量、多样性及群落结构变化的主要原因。     

关于水稻土的次生潜育化问题

水稻土形成于各种气候条件下,发育于各种不同的母质上,性质千变万化.但不管怎样,氧化还原交替过程是其共同的特点.除这一主要成土过程外,还有一些附加过程,其中最主要的是潜育过程.这一水成土所特有的过程对水稻土的物理、化学和生物学特性,有着一系列深刻的影响.在实践中,我们也深感这一过程的重要性.因此,作者拟就水稻土的潜育过程,特别是人为作用下的潜育过程作一粗略的讨论,并提出水稻土次生潜育化的问题,供研究讨论.     

无公害水稻高产栽培配套技术研究

试验示范结果表明水稻无公害生产示范区实施作物健壮栽培、施用农家肥和水稻专用生物有机肥 ,应用无公害农药和农业措施 ,必要时限量使用高效、低毒和低残留化学农药防治病虫草等高产栽培配套技术 ,可减少种子、化肥和农药施用量 ,稻谷中农药和重金属等有毒害物质残留量低于绿色食品卫生指标 ,并增加田间蜘蛛等天敌 ,降低生产成本 2 85元 /hm2 ,增加稻谷收入 16 6 7元 /hm2 。