典型土壤双季稻对Cd吸收累积差异

用盆栽试验方法研究典型土壤双季稻条件下水稻对Cd的吸收累积差异.选取典型水稻土黄泥田(板页岩母质发育)和麻砂泥(花岗岩母质发育),通过添加不同浓度梯度外源Cd,进行盆栽试验,研究双季稻不同生育期土壤有效态Cd(DTPACd)、水稻植株各部位以及糙米Cd累积情况.结果表明,双季稻晚稻生育期土壤有效态Cd大于早稻,黄泥田大于麻砂泥,其差异性均达极显著水平(P0.01).水稻植株各器官(根、茎、叶、壳和糙米)Cd累积量随外源Cd增加和生育期的延长而呈现递增的趋势.不同生育期、不同土壤水稻糙米与植株各器官Cd累积量差异显著,具体表现为:早稻小于晚稻,黄泥田小于麻砂泥.水稻各器官(根、茎、叶、壳和糙米)中Cd含量与土壤有效Cd含量呈显著或极显著正相关关系.应用稻米Cd含量预测模型及水稻累积Cd的特征方程推算出土壤Cd安全阈值为:黄泥田早稻0.98 mg·kg~(-1)和晚稻:0.83 mg·kg~(-1);麻砂泥分别为0.86 mg·kg~(-1)和0.56 mg·kg~(-1).不同母质土壤的安全阈值与环境容量不同,其环境质量标准与污染修复控制措施应该有所区别.     

生物质炭对双季稻水稻土微生物生物量碳、氮及可溶性有机碳氮的影响

生物质炭可影响土壤微生物量,但生物质炭对双季稻田土壤微生物生物量碳、氮(MBC、MBN)及可溶性有机碳、氮(DOC、DON)的影响还不清楚.基于此,本研究选取亚热带2种典型双季稻田土壤(花岗岩母质发育的水稻土S1和第四纪红壤发育的水稻土S2)作为研究对象,开展室内培养试验来研究不施氮肥条件下生物质炭添加对土壤微生物生物量碳、氮及可溶性有机碳、氮的影响.每种土壤设置3个小麦秸秆生物质炭添加量,即土重的0%、1%和2%,分别用CK、LB和HB表示.培养70 d后,2种水稻土的MBC均值:S1为877. 03、832. 11和849. 30 mg·kg~(-1),S2为902. 94、874. 19和883. 22mg·kg~(-1). S1+LB、S1+HB和S2+LB均显著降低了土壤MBC均值(P 0. 05),这可能是由生物质炭吸附土壤有机碳及其他有机物,阻碍了微生物的生长而造成的. S1土壤中低生物质炭添加量较对照显著降低了土壤MBN均值(P 0. 05),降幅达9. 45%.生物质炭对S1土壤MBC/MBN均值影响不明显,但LB降低了S2土壤MBC/MBN均值(P 0. 05).由于生物质炭本身含有部分可溶性有机碳及其高p H值,添加到2种水稻土中均增加了土壤DOC均值,增幅分别达4. 42%～22. 20%和10. 57%～35. 47%.但生物质炭(除S2+HB处理)显著降低了土壤DON均值,这可能归因于生物质炭对土壤有机氮的吸附作用及生物质炭本身有机碳分解过程中对N的消耗作用.生物质炭显著增加了2种水稻土的DOC/DON均值,且随着生物质炭添加量的增加而增加.综上所述,在双季稻田土壤中单施生物质炭虽然可增加土壤可溶性有机碳,但对土壤微生物量有一定的降低作用,且会加重土壤氮亏缺状况.因此,在亚热带双季稻田中生物质炭应与化肥等配合施用.     

双季稻田不同种植模式对CH_4和N_2O排放的影响研究

以南方典型双季稻种植制度(早稻-晚稻R-R)为对照,采用静态箱-气相色谱法,研究了双季稻田早、晚稻(Oryza sativa L.)改种玉米(Zea mays L.),包括早稻-玉米(R-C)和玉米-早稻(C-R)两种种植模式下周年温室气体排放及其综合增温潜势(GWP),旨在探索出适合双季稻区的低碳农业种植模式,对我国农业应对气候变化温室气体减排具有重大意义。结果表明:不同种植制中水稻种植CH4排放占主导地位,改制玉米N2O排放量显著增加;其中,早稻改制玉米(C-R)的CH4排放比晚稻改制玉米(R-C)显著降低68.5%(P0.05),N2O排放量有所降低,但没有达到显著水平;R-C和C-R模式CH4周年排放总量较R-R模式显著降低53.6%(P0.01)和183.9%(P0.01),但N2O排放分别显著增加257.0%(P0.01)和245.2%(P0.01);不同种植制度增温潜势(按CO2当量计)大小顺序为:R-R(8 855.3 kg·hm-2)R-C(4 881.4 kg·hm-2)C-R(2 116.4 kg·hm-2),且差异达显著水平,结合南方晚稻季温光资源的优势,认为玉米替代晚稻种植(早稻-玉米模式)是一可行的减缓温室效应的途径。     

施氮量及抑制剂配比对双季稻生长期温室气体排放的影响

采用静态箱-气相色谱法研究了南方稻田不同施氮量及抑制剂配比对双季稻生长期内CH4、N2O和CO2排放的影响。结果表明,双季稻田施氮与抑制剂配合施用的CH4、N2O和CO2总排放量明显低于对照（常规施肥）,其中CH4总排放量降低了7.6%～36.4%,N2O降低了25.8%～29.9%,CO2降低了17.7%～30.4%。早稻收获后各处理土壤NH4^＋-N和NO3^--N含量存在明显差异,添加抑制剂处理的土壤NH4^＋-N含量均高于对照,增幅为25.1%～77.0%,土壤NO3^--N以早稻移栽前基施N 240 kg·hm^-2配合12‰NAM和晚稻追施N 30 kg·hm^-2的处理比对照降低了61.8%（P﹤0.05）,而基施N 330 kg·hm^-2配合8‰NAM处理可能因早稻施氮过量反而高于对照。表明合理的施氮量及抑制剂添加比例能有效提高土壤中NH4^＋-N含量,减少NO3^--N残留,从而达到降低双季稻期间稻田温室气体排放的效果,为进一步利用抑制剂（NAM）与N、P、K化肥合理配比并形成复配肥,构建南方双季稻田温室气体减排的新型施肥模式提供技术支撑。     

农业气候资源变化对双季稻生产的可能影响分析

基于长江中游地区50 个气象台站自1960 年以来的历年地面气象观测资料,分1960-2009 及1960-1984、1985-2009 年3 个不同时间段,分温度生长期、早稻生长期、晚稻生长期分别分析了热量、光照、降水等农业的变化特征,并讨论对双季稻生产的可能影响。1960-2009年,该地区温度生长期平均气温、平均日最低气温、平均日最高气温的平均增速分别为0.08 ℃/10 a、0.09 ℃/10 a、0.07 ℃/10 a,≥10 ℃活动积温的平均增速为66.3 ℃/10 a,日照时数的平均减速为31.7 h/10 a,降水量的平均增速为3.7 mm/10 a。表现为温度上升、积温增加、温度生长期延长、日照时数减少、降水量微弱增加的变化特征。温度升高、积温增加可能导致发育速度加快、生育期缩短、病虫害加重,日照时数减少可能影响叶片光合及产量。早稻生长期的平均气温、≥10 ℃活动积温的增速分别为0.20 ℃/10 a、48.9 ℃/10 a,晚稻生长期分别为0.09 ℃/10 a、14.6 ℃/10 a,早稻和晚稻生长期间日照时数的下降速率分别为18.6 h/10 a、42.7 h/10 a,降水量的增加速率分别为1.9 mm/10 a、8.7 mm/10 a,表现为升温速率早稻大于晚稻,日照时数下降速率晚稻大于早稻,降水量增加速率晚稻大于早稻。早稻期间升温和积温增加明显可能有利于早稻提前播种、选用生育期稍长的品种、提高产量潜力和产量,晚稻期间升温不明显且日照时数下降则可能不利于群体光合和产量形成,影响其产量潜力和产量。区域中的江汉平原、洞庭湖平原等基础条件好的地区,其热量、日照、降水同步增加,其他地区则表现为热量、降水增加,但日照时数下降,要充分发挥其基础条件好与气候资源丰富且同步增加等优势,发展高效规模化生产,增强稻谷生产能力。     

近年来我国南方双季稻区复种的变化及其政策启示

利用农业统计资料和全国农产品成本调查数据,分析了1998~2006年间我国双季稻区水稻播种面积的变化趋势、产量损失和驱动因子。揭示出:①1998~2006年间,我国双季稻区大约至少有174.4×10⁴hm²的双季稻改为单季稻;②由此造成的我国水稻播种面积减少13%,水稻总产量减少5.4%,粮食总产量减少2%。经济发达省份“双改单”现象和产量损失尤为严重;③我国双季稻区水稻“双改单”现象主要归因于近期农民工工资上涨导致的农村劳动力短缺和双季稻收益较低两方面因素。因此,政府的粮补应细化和具体化,适当提高早稻和双季晚稻的收购价格,并积极做好科技推广工作。     

湖南地区不同集约化栽培模式下双季稻稻田CH4和N2O的排放规律

采用静态暗箱-气相色谱法研究了湖南双季稻稻田不施氮(NN)、当地常规(FP)、高产高效(YE)、再高产(HY)、再高效(HE)5种不同栽培模式下温室气体(CH4、N2O)的排放规律.结果表明:水稻生长季CH4累积排放量变化为(206.5±37.5) kg· hm-2(FP,早稻)～(490.5±65.7) kg·hm-2(HE,晚稻),N2O-N累积排放量变化为(0.08±0.05) kg·hm-2(NN,早稻)～(0.326±0.15) kg·hm-2(HY,晚稻).不同栽培模式对CH4和N2O的排放都有显著影响(p＜0.05).HE模式CH4排放显著高于其他模式62％～ 87％(p＜0.05),尤其是晚稻季节;除NN模式外,其他4种模式间N2O排放差异不显著.冬季休闲期也是CH4和N2O排放的重要时期,分别占全年排放量的9.7％～19.7％和42％～ 62％.CH4主导了稻田不同栽培模式下的综合温室效应,在各模式中均占95％以上.施氮肥提高了作物产量,降低了温室气体强度(GHGI).在5种模式中,YE和HY模式温室气体强度较小,HY模式下仅为(0.97±0.16) kg·kg-1(以每kg产量排放的CO2当量计).因此,与FP模式相比,YE和HY模式既能提高产量和氮肥利用率,也能减缓温室效应;但HE模式排放的温室气体较高,在实际应用前尚需进一步研究.     

生物质炭对双季稻田土壤反硝化功能微生物的影响

目前,基于田间条件下生物质炭添加对稻田反硝化微生物的调控效应还不甚明确.为此,本研究采用小区试验,通过在双季稻田添加不同量的小麦秸秆生物质炭(0、24和48 t·hm-2,分别用CK、LC和HC代表),结合实时荧光定量PCR(q PCR)和末端限制性片段长度多态性(T-RFLP)分析技术,研究了生物质炭添加对双季稻田休闲季和水稻季土壤反硝化微生物相关功能基因(调控硝酸还原酶的nar G基因,亚硝酸还原酶的nir K基因和氧化亚氮还原酶的nos Z基因)的影响.由于生物质炭呈碱性,添加到土壤后,可提高稻田休闲季土壤p H 0. 2～0. 8个单位.生物质炭本身含有部分可溶性N,因此,添加生物质炭可增加休闲季土壤铵态氮(NH_4~+-N)和硝态氮(NO_3~--N)含量,增幅分别达21. 1%～32. 5%和63. 0%～176. 0%,但由于其吸附作用,降低了水稻季NH_4~+-N含量48. 8%～60. 1%.生物质炭添加增加了休闲季微生物生物量氮(MBN)含量,这可能是由于生物质炭较大的比表面积为微生物生存提供了适宜的环境,可利用养分的增加促进了微生物的生长.与对照相比,休闲季生物质炭引起的NH_4~+-N和NO_3~--N含量增加,促进NH_4~+-N向NO_3~--N的转化,进而增加nar G和nos Z的基因丰度(P0. 05),同时,生物质炭处理p H的提高促进了nos Z的基因丰度的增加,显著改变了反硝化功能基因nar G和nos Z的群落结构,并以此对反硝化作用产生影响,但未对休闲季氧化亚氮(N_2O)排放产生影响.而在水稻季,生物质炭增加了土壤nos Z的基因丰度(P 0. 05),HC处理增加了nir K基因丰度(P 0. 05),这也是导致水稻季HC处理N_2O排放增加的重要原因.生物质炭通过降低水稻季土壤NH_4~+-N含量,改变了nir K和nos Z基因的群落结构,而nar G基因群落结构的变化影响了土壤N_2O排放.综上所述,生物质炭可通过改变双季稻田土壤性质,来影响参与土壤反硝化作用的相关微生物,进而影响土壤N_2O排放及NO_3~--N的淋失.     

椰糠生物炭对热区双季稻田N2O和CH4排放的影响

基于稻菜轮作模式,选择海南双季稻田为对象进行氧化亚氮（N₂O）和甲烷（CH₄）排放的原位监测,探究椰糠生物炭对该系统稻田温室气体排放的影响.试验设当地常规施肥对照（CON）、氮肥配施20 t·hm^-2生物炭（B1）、氮肥配施40 t·hm^-2生物炭（B2）及不施氮对照（CK）4个处理,采用静态箱-气相色谱法监测整个水稻种植季稻田N₂O和CH₄排放,并估算增温潜势（GWP）和温室气体排放强度（GHGI）.结果表明,早稻季N₂O排放动态与土壤矿质氮含量密切相关,排放集中在水稻苗期与分蘖期施肥后,各处理早稻季N₂O累积排放量为0.18~0.76 kg·hm^-2,相较于CON处理,生物炭处理减排18%~43%,其中B2处理达显著水平;生物炭可能通过促进N₂O的还原减少早稻苗期N₂O排放;提高土壤硝态氮含量而增加了早稻分蘖期N₂O排放.晚稻季N₂O排放集中在抽穗期和成熟期,累积排放量为0.17~0.34 kg·hm^-2,B1处理减排37%,B2增加3%,差异均不显著.稻田CH₄排放高峰出现在早稻季后期与晚稻季前期.各处理早稻季CH₄累积排放量为3.11~14.87 kg·hm^-2,CK较CON处理增排39%,生物炭处理可能提高土壤通气性限制早稻季产CH₄能力,B1和B2处理分别较CON减排28%和71%;晚稻季CH₄累积排放量为53.1~146.3 kg·hm^-2,排放动态与NH₄⁺-N含量极显著正相关,CK和B1分别较CON处理增加52%和99%,B2处理显著增加176% CH₄排放.早稻季B1和B2处理较CON分别增产12.0%和14.3%,晚稻季分别增产7.6%和0.4%.由于晚稻季甲烷排放的增加,施用生物炭增加了双季稻田总增温潜势（GWP）,其中高量生物炭达显著水平;不同施用量生物炭对双季稻田温室气体排放强度（GHGI）无显著影响.椰糠生物炭在热区稻田温室气体减排方面的应用仍需进一步研究.