稻田环境与生物多样性实证研究

地浙江省安吉县的调查发现，在自然生态环境相似的两个自然村中，以农业为基础产业的禹山坞村稻田及其环境中水本无脊椎动物、畦畔和沟渠植物的种类和数量我于以工业为主导产业的北村，稻田杂草和秋季稻田天敌的种类和数量少于北村，研究分析表明，稻田及其环境的生物种类和数量与农业生态环境质量与优劣及化肥，农药、除草剂的施用量密切相关。     

苏打盐碱地养鱼稻田水体微生物区系研究

对松嫩平原苏打盐碱地养鱼稻田水体微生物数量及种类组成进行了初步研究。结果表明,养鱼稻田异养细菌数量为0.280万～30.716万mL-1,高于未养鱼稻田(P<0.05),其平均值的时间分布为水稻生长末期>中期>初期;养鱼稻田和未养鱼稻田放线菌和霉菌数量均较少。养鱼稻田大肠菌群数量为403.6～17934.2L-1,显著高于未养鱼稻田(P<0.01),其平均值的时间分布为水稻生长中期>初期>末期。异养细菌数量与鱼产量、总施肥量和有机肥施用量均呈极显著相关,与化肥施用量相关不显著;大肠菌群数量与鱼产量相关显著,与总施肥量相关不显著,但与有机肥施用量相关极显著。养鱼稻田中检测出10个科(属)异养细菌,优势菌为弧菌属(Vib rion)、气单胞菌属(Aeromonas)和芽孢杆菌属(Bacillus)。     

亚热带稻田土壤有效磷饱和容量及氮磷淋失

随着施肥量的增加和农业土壤磷的不断积累,农田磷有明显向土壤深层淋失的现象.前人研究表明我国亚热带区在高强度农业生产和大量施用化肥的作用下,已成为农业面源污染和环境富营养化最为严重的地区.本文拟以中国亚热带区典型代表性稻田为研究对象,通过典型区域耕作土壤调查、室内模拟测定、原状土柱试验和田间定位观测等方法相结合,评估亚热带耕作土壤磷素淋失环境风险.研究表明:1)稻田土壤有效磷饱和容量区域差异较大;2)长沙红壤稻田土壤有效磷饱和容量(47.6 mg/kg)显著高于湘阴湖积物稻田(39.2 mg/kg);3)施用牛粪可显著提高稻田土壤pH值,更够防止稻田土壤酸化和控制污染稻田土壤重金属的活性.     

应用遥感、GIS对稻田生态系统健康程度的监测评价研究——以长江下游平原为例

稻田生态系统是在一定时间和地区内由作物、动物、微生物和环境因素共同构成的农业生产体系,具有时空动态性,受人工调控性和环境影响很大.由于稻谷是我国最主要的粮食作物,因此稻田生态系统健康程度直接关系着稻谷产出水平和国家粮食安全.开展我国稻田生态系统健康程度的动态监测,具有十分重要的现实意义.该研究利用遥感、GIS技术快速获取和分析区域尺度范围内的地表时空信息数据的优势,建立一套能够客观全面地监测评价稻田生态系统运行状态的指标体系和评价方法.该方法主要是根据稻田生态系统的构成要素,分别建立作物长势指数(CGI)、稻田环境指数(EI)、病虫害指数(PIDI)三个指数表征这些要素.最后,确定各个指数的权重,建立生态系统健康程度综合指数(EHDCI),客观、全面地反映稻田生态系统的健康状况.这里,作物长势指数指示作物长势,通过EVI归一化计算得到.稻田环境指数分为温度指数(TI)和降水指数(PI)分别指代水、热条件对生态系统的胁迫.病虫害指数主要通过官方农业网站发布的病虫害信息确定得到.本文以长江下游平原稻田为例,对孕穗期、抽穗期、黄熟期等水稻生长     

水分管理对稻田细菌丰度与群落结构的影响

目前,不同水分管理条件下,从DNA和RNA水平探究长期淹水和间歇灌溉对稻田土壤细菌群落结构的研究还较少。为探明不同水分管理方式下土壤细菌数量和群落结构特征,以长沙县金井长期定位试验为平台,提取土壤微生物DNA和RNA,应用荧光定量和限制性片段长度多态性技术和方法分析了两种水分管理方式——间歇灌溉(稻草和无稻草)和长期淹水(稻草和无稻草)对稻田土壤细菌丰度和群落结构的影响。结果表明,间歇灌溉稻田细菌数量高于长期淹水稻田。在DNA水平上,间歇灌溉稻田干土细菌数量达到3.9×10~(10) copies·g-1,是长期淹水稻田干土的2.18倍;有稻草添加时,间歇灌溉条件下稻田干土细菌数量达到6.1×10~(10) copies·g~(-1),是长期淹水稻田干土的2.21倍。在表达水平上,间歇灌溉条件下稻田干土细菌数量达到2.1×10~8 copies·g~(-1),是长期淹水稻田干土的2.58倍;有稻草添加时,间歇灌溉条件下稻田干土细菌数量达到2.8×10~8 copies·g~(-1),是长期淹水稻田干土的1.13倍。间歇灌溉稻田与长期淹水稻田的细菌种群结构存在差异。在DNA水平上,尽管间歇灌溉稻田多样性指数与长期淹水稻田相近,但优势细菌种群存在差异。而在表达水平上,不仅优势细菌种群存在差异,而且间歇灌溉稻田土壤细菌的多样性显著高于长期淹水稻田。在有稻草添加情况下,间歇灌溉稻田多样性指数为2.49,而长期淹水稻田多样性指数为0.28。总之,水分管理方式对稻田土壤细菌丰度和群落影响显著,间歇灌溉能够提高水田土壤细菌的数量和细菌的多样性,从细菌的丰度和多样性角度考虑,间歇灌溉是稻田较适宜的水分管理方式。     

稻田样品中丁虫腈及其代谢产物的残留分析方法

建立了固相萃取-气相色谱法同时测定稻田环境样品中丁虫腈及其代谢产物的残留分析方法,即:稻田水样品以二氯甲烷萃取,水稻土样品以丙酮提取后再经乙酸乙酯萃取,稻株样品以乙腈提取后用CarbonNH2固相萃取小柱净化,然后均用气相色谱-电子捕获检测器(GC-ECD)检测。结果表明,稻田水中丁虫腈及其代谢产物的最低检测质量浓度均为0.01 mg·L-1,土壤和水稻植株中目标物最低检测质量含量为0.015 mg·kg-1。在该方法条件下,当添加水平为0.05～1.0 mg·L-1(或mg·kg-1)时,稻田水、土壤和水稻植株中丁虫腈及其代谢产物的平均回收率为75.1%～109.2%,变异系数为1.0%～7.9%。     

种植不同冬季作物对稻田甲烷、氧化亚氮排放和土壤微生物的影响

研究双季稻收获后填闲种植不同冬季作物在其生长季节内甲烷（CH4）和氧化亚氮（N2O）的排放特征,对合理利用冬闲稻田、发展冬季作物生产及合理评价不同种植模式具有重要意义。采用静态箱-气相色谱法对冬季免耕直播黑麦草、紫云英和冬闲的双季稻田中CH4和N2O排放及其相关微生物数量变化进行了分析。在冬季作物生长期,不同冬季作物稻田CH4和N2O排放通量均显著高于对照（冬闲）,CH4和N2O排放通量均表现为免耕直播黑麦草〉免耕直播紫云英〉冬闲;免耕直播黑麦草和紫云英处理稻田CH4排放量分别为2.28和1.07 g·m^-2,分别比对照增加241.92%和60.63%;N2O排放量分别为0.59和0.48 g·m^-2,分别比对照增加71.93%和40.06%;各处理稻田土壤产甲烷细菌、甲烷氧化细菌、硝化细菌及反硝化细菌的数量变化范围分别为0.33×10^2 163.37×10^2 cfu·g^-1、11.05×10^3~245.68×10^3 cfu·g^-1、3.21×10^3~178.26×10^3 cfu·g^-1和10.47×10^5~198.88×10^5 cfu·g-1,免耕直播黑麦草和紫云英处理稻田土壤产甲烷细菌、甲烷氧化细菌、硝化细菌和反硝化细菌的数量均显著高于冬闲,其中免耕直播黑麦草处理稻田土壤的产甲烷细菌、甲烷氧化细菌和硝化细菌数量显著高于免耕直播紫云英处理,而免耕直播紫云英处理稻田土壤反硝化细菌的数量则显著高于免耕直播黑麦草处理。研究结果显示,种植不同冬季作物能促进稻田生态系统中CH4和N2O的排放,而这两种气体的排放量与稻田土壤产甲烷细菌、甲烷氧化菌、硝化细菌和反硝化细菌数量变化密切相关。     

水文因素影响稻田氮磷流失的研究进展

水文因素为农田氮磷元素的迁移提供了动力和载体,对稻田氮磷元素的流失具有重要影响。利用新型的稻田水分管理模式以代替传统的水分管理模式,对于有效控制面源污染具有重要意义。在综合调研国内外已有研究成果和最新进展的基础上,阐述了稻田氮磷流失特征、传统水分管理模式的弊端,并从新型稻田水分管理模式的种类、削减氮磷流失的效果与机理、与水平衡模型、营养负荷模型等结合应用等几个方面综述了国内外水文因素影响稻田氮磷流失的研究现状。进行稻田土壤吸附氮磷容量及人工调节机制的研究,在部分地区开展流域化水分管理系统研究,以及适用于我国稻田的水平衡模型和营养负荷模型的建立和深入研究应为今后我国关于水文因素影响稻田氮磷流失方面研究的一些方向。     

控制稻田甲烷排放的农业技术选择

本文探讨了通过农业技术措施，控制稻田甲烷排放以及减少甲烷排放的潜力。试验结果表明：（１）用沼渣代替农家肥堆肥作基肥时，４种沼渣基肥处理中，有３种处理稻田甲烷排放通量比施农家肥的处理减少２４～６２％，比单纯施化肥处理减少１１～５６％；１种沼渣（马粪）由于腐熟度不够，其处理甲烷减排效果不明显；（２）改换氮肥的施用种类。以硝铵、硫铵代替尿素作追肥，甲烷排放通量分别减少２６％和４６％；（３）稻田的科学灌溉技术，从水用分蘖到抽穗期间，间歇落干，可以明显减少甲烷排放，而对产量无影响；（４）水稻半旱式栽培技术，也可明显抑制稻田甲烷排放。     

稻田综合种养模式对土壤生态系统的影响研究进展

稻田综合种养模式可实现稳产增收,粮渔共赢,同时也对稻田土壤生态系统产生了显著影响。该文总结了近年来国内外有关稻-鱼、稻-虾、稻-蟹、稻-鳖和稻-鸭等稻田综合种养模式的研究进展,分析了稻田综合种养模式对农田土壤理化性质、土壤动物、土壤微生物和农田生态系统服务功能的影响及作用机制。结果表明,稻田综合种养模式降低了土壤容重,提高了土壤孔隙度,改善了土壤团聚体的稳定性,增加了土壤养分含量;改变了土壤动物的丰度和群落结构,提高了土壤微生物的数量和活性,调节了微生物群落的组成和多样性;促进了农田生态系统的文化服务功能。然而,稻田综合种养模式也可能造成土壤潜育化、重金属污染等潜在风险。此外,不同的稻田综合种养模式对农田粮食供给和温室气体排放功能的影响各异。未来应进一步加强长期稻田综合种养模式对土壤物理、化学和生物学特性的影响研究;阐明不同稻田种养模式下土壤物质、能量和信息流过程以及土壤生态系统服务功能的差异及其作用机制;集成应用科学合理的稻田综合种养模式,实现农业的可持续发展。     

我国农田土壤碳氮耦合特征的区域差异

利用中国第2次土壤普查数据,分析了稻作和旱作方式下农田耕层土壤有机碳和全氮特征及其区域差异。结果表明,水田土壤有机碳和全氮含量分别为旱地的147.8%和145.5%,但水田碳氮含量的区域变异低于旱地。全国水田和旱地土壤有机碳氮比值分别为10.8和9.9,各区域水田土壤碳氮比值普遍高于旱地,其中东北水田最高,而华东旱地和西北旱地最低。旱地碳氮比值的区域变异显著,水田则不显著。农田耕层土壤有机碳和全氮含量呈显著正相关,除华北地区外,各区域无论水田还是旱地其碳氮含量之间相关系数都超过0.8,达极显著水平。由此可见,我国农田耕层土壤有机碳和全氮含量之间存在显著耦合关系,而且不同利用方式和区域之间差异显著;相同氮水平下,水田土壤可能储存更多的有机碳。     

川中丘陵区稻田甲烷排放及其影响因素

利用静态箱/气相色谱法对川中丘陵区冬水田和水旱轮作稻田进行全生长季CH4排放观测。结果表明,水旱轮作稻田和冬水田CH4排放的季节变化峰值都出现在水稻生长中期,且都有1个典型的排放峰。分析讨论了温度、水稻生物量、耕作制度以及水稻栽培方式等因素对稻田CH4排放的影响。发现川中丘陵水稻生长季节5cm深处地温与稻田CH4排放通量呈显著正相关;水稻植株生长对CH4排放有重要作用;水旱轮作稻田CH4排放通量比冬水田低54.1%～65.1%;冬水田水稻采用强化栽培方式既可提高产量又可减少CH4排放。     

Combination system of full-scale constructed wetlands and wetland paddy fields to remove nitrogen and phosphorus from rural unregulated non-point sources

Constructed wetlands (CWs) have been used effectively to remove nitrogen (N) and phosphorus (P) from non-point sources. Effluents of some CWs were, however, still with high N and P concentrations and remained to be pollution sources. Widely distributed paddy fields can be exploited to alleviate this concern. We were the first to investigate a combination system of three-level CWs with wetland paddy fields in a full scale to remove N and P from rural unregulated non-point sources. The removal efficiencies (REs) of CWs reached 57.3 % (37.4–75.1 %) for N and 76.3 % (62.0–98.4 %) for P. The CWs retained about 1,278 kg N ha^?1 year^?1 and 121 kg P ha^?1 year^?1. There was a notable seasonal change in REs of N and P, and the REs were different in different processing components of CWs. The removal rates of wetland paddy fields adopt “zero-drainage” water management according to local rainfall forecast and physiological water demand of crop growth reached 93.2 kg N ha^?1 year^?1 and 5.4 kg P ha^?1 year^?1. The rice season had higher potential in removing N and P than that in the wheat season. The whole combined system (0.56 ha CWs and 5.5 ha wetland paddy fields) removed 1,790 kg N year^?1 and 151 kg P year^?1, which were higher than those from CWs functioned alone. However, another 4.7-ha paddy fields were needed to fully remove the N and P in the effluents of CWs. The combination of CWs and paddy fields proved to be a more efficient nutrient removal system.     

覆盖旱作水稻的生物效应及吸氮特征

研究了田间条件下旱作水稻半腐解秸秆覆盖、蚕豆秆覆盖、地膜覆盖、纸膜覆盖、生稻草覆盖 5种覆盖方式的吸氮特征 ;水稻水作与旱作的产量及其构成因素 ;水稻水作与旱作条件下灌溉水的利用效率。结果表明 ,旱作条件下水稻各部位的含氮量均大于水作 ;旱作水稻的氮素吸收、累积主要在拔节期以后 ,而水作水稻从移栽后就大量吸收氮素 ,灌浆期后很少吸收氮素 ;旱作水稻的产量以半腐解覆盖处理的最高 ,为 8415kg/hm2 ;旱作水稻耗水量只占水作耗水量的 7 14% ,旱作水稻的水分利用效率是水作的 12倍以上     

Functional Equivalency between Rice Fields and Seminatural Wetland Habitats

Abstract: Evaluating the potential for anthropogenic habitats to act as surrogates for the natural habitats they replace is a key issue in conservation biology. In California, flooded rice fields are used by numerous aquatic birds during winter. If this habitat functions similarly to more natural wetlands, increased flooding may help replace the extensive wetlands that occurred in the region prior to agricultural development. I tested whether food abundance, perceived predation threat, foraging performance, and the way in which birds allocate their time to different behaviors differed between flooded rice fields and seminatural wetlands for several species of aquatic bird. When appropriate, I also compared flooded and unflooded fields. Invertebrate densities did not differ among habitats. Seminatural wetlands had less rice grain but more seeds from other plants than the two rice habitats. The frequency with which predators passed over a feeding area was lower in flooded fields than in unflooded fields or seminatural wetlands. Most differences in feeding performance and time allocation among habitats were small and statistically insignificant. For some species, feeding efficiency was greater in seminatural wetlands than in flooded fields. Increasing attack rates and the amount of time spent feeding when in flooded fields, however, may allow birds to compensate for reduced efficiency. Multivariate analyses showed that group size, predation threat, time of day, date, and water depth often were associated with behaviors, but that these variables rarely accounted for habitat differences. Flooded fields apparently provide equivalent foraging habitat to seminatural wetlands and, because of reduced predation threat, may be a safer habitat for waterbirds. Thus, if managed appropriately, one of the world's dominant forms of agriculture can provide valuable waterbird habitat.     

不同栽培措施对水稻田甲烷释放、甲烷产生菌和甲烷氧化菌的影响

本文报导不同栽培措施下水稻田甲烷释放的特性和甲烷产生菌、甲烷氧化菌的数量、种类。结果表明,水稻田的甲烷释放,无论是早稻还是晚稻,成活期每天的释放量较少,随着生长逐渐增加,至分蘖期达到最高,随后又逐渐减少,长期淹水和施用高量氮肥或有机肥可以明显地增加水稻田的甲烷释放量。水稻田土壤中产甲烷细菌的数量湿灌溉少氮处理少于其他各处理,其他各处理间无明显差异。早稻生长前期较后期土壤中的产甲烷菌数量低2—3个数量,晚稻生长中期略高于生长前期和后期。甲烷氧化菌数量在早稻生长期间从10~3～10~4/g干土增加到生长后期的10~8/g干土。在晚稻生长期间维持在10~8/g干土。产甲烷细菌的种类主要为甲烷杆菌属(Methanobacterium)和甲烷八叠球菌属(Methanosarcina)的种。甲烷氧化菌主要为杆状,除甲烷外还能利用其他基质的兼性异养型甲基营养型细菌。     

土壤中两种手性有机氯农药的选择性降解研究

为了更深入的了解和阐释手性有机氯农药在土壤中的转化和环境归趋,采用实验室室内避光培养方法,研究了o,p＇-DDT及o,p＇-DDD 2种手性有机氯农药的外消旋体在水稻土厌氧培养体系和菜园土好氧培养体系中的选择性降解情况。为了更好的利用土壤中土著微生物的活性,我们选择了厌氧微生物比较丰富的水稻土和好氧微生物丰度比较高的菜园土来做培养实验。结果表明实验体系中o,p＇-DDT及o,p＇-DDD在水稻土和菜园土中的降解均没有明显的对映体选择性。这一结果与2种手性化合物不同对映体在自然环境中的含量普遍具有差异性有所不同,说明野外环境条件和室内模拟实验条件的差异会影响手性化合物的降解选择性。在2种体系中,o,p＇-DDT的降解速率均高于o,p＇-DDD的降解速率。这与以前的研究报道一致,DDD比DDT更难降解。通过2个体系的比较,发现DDT的降解速率在厌氧体系中高于好氧体系,而DDD的降解速率与之相反,好氧体系高于厌氧体系。这应该与DDT和DDD 2种化合物的化学结构及2种土壤中微生物群落的差异有关。对于厌氧体系中的2种水稻土,采自中山的水稻土中DDT的降解速率高于江门的水稻土,这应该与中山水稻土有机质含量高于江门的水稻土有关。有机质含量的高低直接反映了土壤中微生物的多少,进而会影响污染物的降解速率。研究发现本实验所用水稻土和菜园土总有机碳含量偏低可能是影响2种化合物的对映体无降解选择性的因素之一。此外,由于本研究采用缓冲溶液将pH 调控在中性,因此本文的土壤 pH 对降解选择性的影响仍有待进一步研究。本研究中好氧体系和厌氧体系对目标物的降解选择性无明显差异。     

稻草还田方式对双季稻田耕层土壤有机碳积累的影响

选择南方典型双季稻田,研究不同的稻草还田方式对土壤不同层次有机碳的积累、表土碳密度、C/N比值及水稻产量的影响。结果表明,不同的稻草还田和耕作处理对水稻产量无显著影响;不同稻草还田处理的土壤有机碳和C/N均随土层加深而减小;3个稻草还田处理0-5 cm土层土壤有机碳质量分数显著高于不还田对照,其中,以高桩免耕处理最高,比无草翻耕处理提高13.8%（P〈0.01）;5-10 cm土层表现为高桩翻耕处理显著高于其他处理,增加幅度为1.39-1.66 g kg-1;10-15 cm为翻耕处理（包括稻草不还田和还田）显著高于各免耕处理;稻草翻耕处理（0-15 cm）的耕层有机碳密度显著高于其他处理。因此,南方双季稻田采取稻草翻耕还田方式有利于增加土壤有机碳汇。     

Ecological assessment of lakeshore wetland rehabilitation on eastern route of South-to-North Water Transfer Project

To evaluate the ecological effects of lakeshore wetland rehabilitation on the eastern route of the South-to-North Water Transfer Project, species composition, coverage, height, and biomass of wetland communities at 22 sites of the study area on the shore of Nansi Lake in April and May 2007 were investigated. The wetlands under investigation were divided into platform fields, transition zones, and shallow water zones according to differences in elevations, water levels, and human activities. The species richness index, Shannon-Wiener index, Simpson index, and Pielou Evenness index were adopted to delineate and discuss the ecological effects of lakeshore wetland rehabilitation in 22 quadrates. Results showed that the species richness of the wetland areas after 2 years’ rehabilitation amounted to 47 of 24 families, higher than 25 of 20 families in areas without rehabilitation. The biodiversity index and abundance index of rehabilitated areas were also higher than those of platform fields and fish ponds where there was no rehabilitation. In addition, the Shannon-Wiener index, Simpson index, and community evenness index of platform fields in rehabilitated wetland areas were 1.619, 0.745, and 0.860, respectively, higher than those of the platform fields before rehabilitating. The results suggested that the constructed lakeshore wetland played an important role in protecting the diversity of species.     

成都东郊稻田水中砷形态的测定及分布特征

采用氢化物发生-原子荧光光谱法测定了成都东郊4块稻田水中砷的形态.研究发现,该区域稻田表面水砷浓度平均值为3.15—7.9μg.L-1,土壤孔隙水为18.71—53.71μg.L-1,除4号稻田土壤孔隙水外,其余各稻田表面水及土壤孔隙水中砷浓度的平均值均未超出国家农田灌溉水质标准.垂直方向上,土壤孔隙水中各形态砷的浓度均比稻田表面水中的高,且都在水-土界面或接近界面处最大,然后依次向下呈递减趋势.水平方向上,各形态砷的浓度因所处稻田条件的不同而分布各异.各形态砷在所研究稻田水中的分布皆呈现出可溶态砷>颗粒态砷、三价砷>五价砷的特征.