丘陵红壤开发的水土资源保护及农业产业化经营模式

以湖南省桃源县为例,针对目前丘陵红壤开发存在的主要问题,在探明季节性干旱成因和发生规律、水资源合理调蓄利用依据的基础上,提出了红壤丘陵区抗御季节性干旱的水分管理对策和主要措施;通过不同经营模式的水土资源动态观测、分析,提出了红壤丘陵区土壤允许流失值应≤200 t·km-2·a-1、相应的降水径流系数<0.25 等水土资源协调发展的关键技术指标,并在丘陵红壤坡地上建立了土壤侵蚀模数<100 t·km-2·a-1 的“土壤-水分-生物”资源互利型的高效利用模式。同时,以市场为导向,优化产业结构为中心,应用上述研究成果,建立了茶叶、苎麻、果业、庭园高效生态农业等四大科技先导型的产业化规模经营体系,为我国红壤丘陵区的农业产业化开发提供实用模式与示范样板。     

水分管理对水稻生长与根际激发效应的影响特征

作物根际沉积碳输入而引起的根际激发效应,对农田土壤碳排放通量和碳平衡起到关键的调控作用.在稻田生态系统中,由于频繁的干湿交替,土壤CO₂和CH₄排放以及根际激发效应明显有别于其他自然生态系统.因此,明确稻田生态系统干湿交替过程中水稻根际激发效应的方向与强度,对于减缓稻田温室气体排放具有重要意义.本研究采用¹³C-CO₂连续标记法,结合盆栽试验,研究干湿交替和持续淹水条件下,水稻生长以及根际激发效应的响应特征.结果表明,相对于持续淹水处理,干湿交替处理使水稻地上部和根系生物量以及根冠比显著提高,并增加了土壤微生物生物量.持续淹水条件下,¹³CO₂和¹³CH₄排放通量随水稻生长由10.2 μg·（kg·h）^-1和2.8 μg·（kg·h）^-1（63 d）增加到16.0 μg·（kg·h）^-1和3.2 μg·（kg·h）^-1（75 d）.而在干湿交替条件下,经过12 d的落干处理¹³CO₂和¹³CH₄排放通量分别降低了57.5%和88.1%.持续淹水条件下,CO₂和CH₄的根际激发效应表现为正激发效应,而且随水稻的生长而增加.而干湿交替处理下,经过12 d的落干处理,CO₂和CH₄的根际激发效应分别由0.29 mg·（kg·h）^-1和12.3 μg·（kg·h）^-1（63 d）降低到-0.39 mg·（kg·h）^-1和0.07 μg·（kg·h）^-1（75 d）.因此,干湿交替处理,能有效促进水稻生长和降低CH₄的累计排放量.合理地田间水分管理对于提高水稻产量和降低温室气体排放具有重要意义.     

CO2倍增条件下不同生育期水稻碳氮磷含量及其计量比特征

生态化学计量比的变化特征在一定程度上可反映植物对环境条件变化适应的本质.本研究利用CO_2连续标记系统模拟大气CO_2体积分数升高(800×10-6)条件,探讨水稻各器官C、N、P含量及其计量比变化的特征.结果表明,CO_2倍增促进水稻各器官生长,并增加了根冠比.在植株生长过程中CO_2倍增可一定程度上降低不同生育期内秸秆全氮(TN)含量,同时使得水稻根系、秸秆和籽粒的C/N比值增大,降低N和提高P的利用效率.多重比较和韦恩图分析表明CO_2体积分数仅对水稻秸秆TN有着显著影响,对水稻养分含量及其计量比特征的变异解释率均为-1. 0%,即几乎不受CO_2倍增影响.在大气CO_2体积分数升高条件下,水稻各器官C、N、P含量及其计量比具有良好的计量学内稳性特征,同时在不同生育期内其计量比变化特征与"生长速率理论"相符.在农田管理措施中,可适当施加氮肥来缓解CO_2体积分数升高带来的养分平衡压力.     

添加磷素对低磷稻田根际土壤固碳自养微生物数量的影响

为了探讨磷素添加对低磷稻田土壤固碳自养微生物数量的影响,以低磷水稻土为研究对象,设置添加磷素(P添加量为80 mg·kg~(-1))和不添加磷素两种处理土壤,种植水稻进行室内培养实验.利用实时荧光定量PCR(real-time PCR)技术分析了水稻分蘖期(移栽后14 d)和拔节期(移栽后22 d)添加磷素(P)和对照(CK)处理根际土壤固碳自养微生物cbb L、cbb M、acc A和acl B基因数量的差异,同时测定了土壤理化性质,并分析了不同处理方式下固碳功能基因丰度与土壤理化性质之间的关系.结果表明,分蘖期磷素添加降低了土壤MBC和NH+4-N含量,提高了土壤DOC、Olsen-P和p H;分蘖期P处理NO-3-N含量比CK处理低,而拔节期反而比CK处理高.分蘖期,磷素添加显著提高了cbb L、cbb M、acc A和acl B基因的数量,与CK处理相比,分别提高156%、99%、110%和193%.而磷素添加对拔节期cbb L、acc A和acl B基因数量的促进作用并不明显,对cbb M基因数量反而产生了抑制作用.冗余分析(RDA)显示,土壤Olsen-P含量是影响固碳自养微生物丰度最显著的环境因子.     

不同耕地利用方式下土壤微生物活性及群落结构特性分析: 基于PLFA和MicroRespTM方法

研究不同耕地利用方式对土壤微生物群落结构的影响,对维持土壤稳定和提高土壤质量具有重要意义.以湖南省桃源县长期定位试验为平台,采用磷脂脂肪酸(PLFA)和MicroRespTM方法,研究了稻田、水旱轮作地和旱地这3种不同耕地利用方式下土壤微生物数量、群落结构特征及活性.PLFA结果表明,细菌、真菌及总PLFA量均表现为稻田>水旱轮作地>旱地,细菌PLFA/真菌PLFA比值则表现为水旱轮作>旱地>稻田.革氏阳性菌(G+)PLFA/革氏阴性菌(G-)PLFA为稻田显著高于水旱轮作地和旱地,但水旱轮作与旱地土壤的差异不显著.PLFA主成分分析和特征磷脂脂肪酸的平均摩尔分数表明,稻田中真菌及G-的相对含量显著高于水旱轮作地和旱地,而水旱轮作地中G+的相对含量高于旱地和稻田,3种不同耕地利用方式下土壤微生物群落结构特征具有明显差异.土壤PLFA与土壤养分相关性分析表明,土壤微生物量与土壤有机碳(SOC)、全氮(TN)、土壤微生物量碳(MBC)均达到极显著正相关.与阳离子交换量(CEC)无显著相关性.MicroRespTM结果表明,3种不同耕地利用方式下土壤微生物对碳源平均利用效率为稻田最高,其次是水旱轮作地,旱地最低.其结果也显示大部分碳源提高了微生物呼吸作用,但不同碳源的利用效率不相同.因此,耕地利用方式的不同明显导致了土壤微生物活性和群落结构的差异.     

长江中游稻田土壤有机碳计算机模拟

分别用作者建立的土壤有机碳计算机模拟模型 (简称SCNC模型 )和英国洛桑模型 (ROTHC 2 6 .3)对长江中游 (湖南桃江和南县 )稻田土壤有机碳变化进行了模拟比较研究。结果表明 ,用SCNC模型模拟平衡时土壤有机碳含量与实际监测值较接近 ,相差分别为 0 .1和 0 .4 5t/hm2 ,误差分别为 0 .2 4 %和 0 .98% ;对稻田土壤有机碳变化的模拟 ,SCNC模型的拟合结果较好 ,利用相对标准误差法计算的误差为 4 .84 %～ 11.0 9% ,其中 6个处理有 5个处理的误差小于 10 %。对模拟结果进行误差概率统计 ,<± 5的占 5 2 .8% ,<± 10的占 81.9%。而洛桑模型不适合长江中游稻田土壤有机碳的模拟 ,按实际投入有机碳模拟平衡时土壤有机碳含量与实际监测值相比 ,分别低 11.4 1和13.32t/hm2 ,误差分别为 2 7.12 %和 2 9.0 1%。同时 ,对模型模拟结果的评价方法也进行了比较研究     

湖南省稻田表层土壤固碳潜力模拟研究

稻田土壤有机碳的储存对于缓解大气温室效应具有不可忽视的作用。我国作为水稻产量最大的国家,迫切需要掌握稻田生态系统固碳现状及相应固碳措施。文章利用自主建立的土壤有机碳模型对湖南省稻田生态系统不同有机物投入方式下土壤有机碳的变化进行了模拟研究。结果表明,常规施肥(现状)方式下稻田表层土壤有机碳的饱和固碳量为39.75～64.90th/m₂,半数模拟点已基本饱和,其余点仍具有3.38～4.19th/m₂的固碳潜力;50%秸秆还田效果低于常规施肥方式,而50%秸秆+绿肥效果高于常规方式(平均高10.94th/m₂);全量秸秆还田(冬闲)情况下稻田表层土壤饱和固碳量在55.57～94.25th/m₂之间,与稻田现有碳储量比较有4.15～33.46th/m₂的潜在提高幅度。如果全量秸秆还田结合冬季种植绿肥,土壤饱和固碳量则可以在稻田土壤现有碳储量的基础上平均提高65.77%。模拟结果还表明,湖南稻田土壤中,每年投入1th/m₂的新鲜有机碳可最终形成土壤有机碳饱和固碳量约12th/m₂。研究表明,稻田土壤的饱和固碳量可以通过人为措施进行调控,增加有机物质的投入量(秸秆还田)和冬季绿肥种植是提高稻田土壤固碳能力的有效途径。