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《南京农业大学》 2010年
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覆草旱作条件下稻田土壤肥力性状、碳氮动态及水稻生产力特征研究

王栋  
【摘要】:双季稻是我国南方稻区的重要种植体系,其生产状况直接影响着我国的粮食安全。然而,目前这一体系存在的主要问题是双季稻播种面积减少和作物生产力不稳定,这主要与季节性干旱、不合理的耕作制度和不合理的秸秆资源管理等因素有关。基于此,本课题组于2003年,在我国南方典型季节性干旱区(江西省鹰潭市余江县)的双季稻轮作系统上,依据该区降水量分布特征和双季稻种植特点,把水稻旱作、秸秆还田和免耕技术等3种农业管理方式组合起来而形成的水稻栽培措施,将其设置在该双季稻的晚稻季上,建立起田间定位试验。其主要目的是通过研究不同水稻栽培模式下稻田水量平衡、水稻生长特性和作物产量以及土壤肥力的变化情况,以期为该区水稻生产筛选出合适的具有高效抗旱节水高产培肥的水稻栽培措施。2003~2006年的前期研究结果已表明,覆草旱作和免耕覆草旱作是适合于我国南方季节性干旱区双季稻系统上发展具有抗旱节水和稳产高产的稻作栽培模式。 为了阐明连续实施的覆草旱作和免耕覆草旱作是否会引起稻田土壤肥力的明显变化,以及进一步探讨免耕覆草旱作水稻生产力的特征,本文借助田间定位试验,开展以下4个方面的研究内容,包括:(1)在2005~2007年,选取了以常规水作为对照,覆草旱作、裸地旱作、免耕覆草旱作和免耕裸地旱作5个处理,研究常耕和免耕条件下覆草旱作对稻田土壤容重、土壤有机质和养分含量、土壤微生物量和酶活性的影响;(2)在2007年,研究常耕和免耕条件下覆草旱作对稻田土壤不同活性有机碳和碳库管理指数的影响;(3)在2005年,在常耕条件下,选取了常规水作、覆草旱作和裸地旱作3个处理,研究覆草旱作对晚稻主要生育期内稻田土壤氮素转化的影响;(4)在2007年,选取了免耕水作、免耕覆草旱作和免耕裸地旱作3个处理,研究晚稻主要生育期内免耕覆草旱作条件下水稻的生长特性和产量。主要研究结果如下: 一、覆草旱作和免耕覆草旱作的稻田土壤肥力性状 1.在2007年(第5年),与常规水作相比,覆草旱作、免耕覆草旱作和免耕裸地旱作对耕层(0~15 cm)土壤容重和总孔隙度的影响不大;而裸地旱作较常规水作显著降低5~10 cm土层土壤容重和显著提高该土层土壤总孔隙度。在旱作条件下,与裸地旱作相比,免耕覆草旱作和免耕裸地旱作显著提高5~10 cm土层土壤容重,和显著降低该层土壤总孔隙度;覆草旱作和免耕裸地旱作较裸地旱作显著提高10~15 cm土层土壤容重,以及显著降低该层土壤总孔隙度。 2.在2005年(第3年)和2006年(第4年),与常规水作相比,免耕覆草旱作显著提高土壤有机质、全氮和碱解氮含量,增幅分别为4.54%~6.88%、4.58%~6.49%和16.34%~32.73%。在2006年,与常规水作相比,覆草旱作较常规水作显著提高土壤全氮和速效钾含量,增幅分别为3.90%和15.94%;而裸地旱作显著降低土壤有机质和碱解氮含量,减幅分别为4.43%和13.41%。在旱作条件下,与裸地旱作相比,覆草旱作和免耕覆草旱作显著提高土壤有机质和碱解氮含量。在2005年和2006年,免耕覆草旱作较免耕裸地旱作显著提高土壤有机质和碱解氮含量。在2006年,覆草旱作较裸地旱作和免耕裸地旱作显著提高土壤速效磷和速效钾含量。 3.在2005年和2006年,与常规水作相比,覆草旱作显著提高土壤微生物量碳含量,增幅为9.33%~7.02%;免耕覆草旱作较常规水作显著提高土壤微生物量碳含量和基础呼吸,增幅分别为29.89%~11.36%和14.04%~15.96%。与常规水作相比,裸地旱作显著降低土壤微生物量碳含量,减幅为12.62%~6.30%;在旱作条件下,与裸地旱作和免耕裸地旱作相比,覆草旱作和免耕覆草旱作显著提高土壤微生物量碳含量和土壤微生物商值(MBC/SOC)。免耕覆草旱作较裸地旱作和免耕裸地旱作显著提高土壤基础呼吸。 4.在2005年和2006年,与常规水作相比,覆草旱作和免耕覆草旱作显著提高土壤脲酶和蔗糖酶活性,对于脲酶来说,增幅分别为32.77%~9.35%和31.09%~13.67%,对于蔗糖酶来说,增幅分别为4.58%~5.31%和9.17%~8.70%。而裸地旱作的过氧化氢酶和脲酶活性与常规水作的差异不显著;与常规水作相比,裸地旱作和免耕裸地旱作显著降低土壤蔗糖酶活性,减幅分别为5.89%~6.44%和4.75%~4.83%。在旱作条件下,与裸地旱作和免耕裸地旱作相比,覆草旱作和免耕覆草旱作显著提高土壤脲酶和蔗糖酶活性。 二、覆草旱作和免耕覆草旱作的稻田土壤不同活性有机碳和碳库管理指数 1.随着种植年限的延长,与常规水作、裸地旱作和免耕裸地旱作相比,覆草旱作和免耕覆草旱作明显提高土壤总有机碳含量,在2005年~2007年间,覆草旱作和免耕覆草旱作显著提高3年平均土壤总有机碳含量,较常规水作分别提高了3.55%和6.32%,较裸地旱作分别提高了7.26%和10.14%,较免耕裸地旱作分别提高了5.29%和8.11%。而裸地旱作较常规水作显著降低3年平均土壤总有机碳含量,减少了3.47%。 2.与常规水作相比,覆草旱作和免耕覆草旱作都显著提高土壤总有机碳、颗粒有机碳、热水提取有机碳和易氧化有机碳含量,以及各组活性有机碳的分配比例和碳库管理指数,其中总有机碳含量的增幅分别为3.87%和7.40%,颗粒有机碳含量的增幅分别为16.55%和32.15%热水提取有机碳含量的增幅分别为29.91%和41.12%,易氧化有机碳含量的增幅分别为20.11%和41.94%。而裸地旱作较常规水作显著降低上述各组有机碳含量及活性有机碳分配比例和碳库管理指数,其中总有机碳、颗粒有机碳、热水提取有机碳和易氧化有机碳含量的减幅分别为4.62%、13.95%、17.76%和19.04%。在旱作条件下,与裸地旱作相比,覆草旱作和免耕覆草旱作显著提高土壤总有机碳含量,增幅分别为8.91%和12.61%。与裸地旱作相比,免耕覆草旱作、覆草旱作和免耕裸地旱作均显著提高各组活性有机碳含量及其分配比例和碳库管理指数。 三、常耕覆草旱作稻田土壤氮素转化特征 1.不同水稻栽培模式下晚稻田土壤铵态氮、硝态氮和矿质氮含量均有明显变化。与常规水作相比,覆草旱作和裸地旱作显著降低晚稻移栽前和抽穗期土壤铵态氮含量,减幅分别为11.96%~23.44%和24.83%~30.50%,而显著提高晚稻成熟期土壤铵态氮含量,增幅分别为29.91%和28.86%。与常规水作相比,覆草旱作和裸地旱作显著提高晚稻移栽前、抽穗期和成熟期土壤硝态氮含量,增幅分别为56.82%~115.75%和38.77%~83.85%。与常规水作相比,覆草旱作显著提高晚稻移栽前和成熟期土壤矿质氮含量,增幅分别为35.67%和43.69%。在三个晚稻的时期,覆草旱作和裸地旱作稻田土壤无机氮主要以硝态氮为主。 2.覆草旱作较裸地旱作显著提高晚稻成熟期土壤可矿化氮含量,增幅为24.65%。覆草旱作较常规水作显著提高晚稻抽穗期土壤微生物量氮含量,增幅为40.10%,较裸地旱作显著提高成熟期土壤微生物量氮含量,增幅为28.69%。与裸地旱作和常规水作相比,覆草旱作显著提高晚稻抽穗期和成熟期土壤脲酶活性,增幅分别为30.68%~30.72%和56.75%~32.94%。 3.通过相关分析得出,土壤脲酶与土壤全氮、碱解氮、铵态氮、硝态氮、矿质氮和可矿化氮存在着显著或极显著的正相关关系。 四、免耕覆草旱作水稻的生产力特征 1.在晚稻分蘖期,免耕覆草旱作的水稻株高和分蘖数与免耕水作的差异不显著,而免耕裸地旱作的水稻株高较免耕水作显著降低。 2.在晚稻抽穗期,免耕(覆草和裸地)旱作的水稻剑叶和倒2叶叶面积显著低于免耕水作,减幅分别为23.02%和19.13%。免耕裸地旱作的水稻倒3叶叶面积显著低于免耕水作,减幅为14.97%,而覆草旱作与免耕水作的差异不大。 3.在晚稻灌浆期,免耕覆草旱作水稻的总根尖数显著高于免耕水作。免耕覆草旱作的根总长、总根尖数和根干重显著高于免耕裸地旱作。免耕覆草旱作和免耕水作的水稻根平均直径显著低于免耕裸地旱作。 4.在晚稻拔节期至成熟期,免耕覆草旱作水稻地上部干物质量与免耕水作的差异不大,但两者都显著高于免耕裸地旱作,增幅分别为9.21%~26.90%和16.70%~36.99%。 5.免耕覆草旱作晚稻产量与免耕水作的差异不大,但两者都显著高于免耕裸地旱作,增幅分别为37.57%和34.38%。免耕覆草旱作和免耕水作的有效穗均显著高于免耕裸地旱作。
【学位授予单位】:南京农业大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2010
【分类号】:S511

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3 张玉华;宋成军;刘东生;张艳丽;徐哲;李想;王延昌;;江苏省两种有机物料的稻田土壤固碳有效性评价[A];发展低碳农业 应对气候变化——低碳农业研讨会论文集[C];2010年
4 赵娜;;炉渣施用对稻田土壤pH、Eh和盐度影响的有效性分析[A];地理学核心问题与主线——中国地理学会2011年学术年会暨中国科学院新疆生态与地理研究所建所五十年庆典论文摘要集[C];2011年
5 王胜佳;;多熟制稻田土壤有机质平衡的定位研究[A];土壤化学与生态环境建设和农业可持续发展学术讨论会会议指南与论文摘要集[C];2001年
6 张海林;孙国峰;陈阜;肖小平;;稻田轮耕的土壤生态效应及发展现状与趋势[A];中国农作制度研究进展2008[C];2008年
7 夏晓东;吴崇友;张敏;;长江中下游稻田机械化保护性耕作研究展望[A];水稻生产机械化技术交流会论文集[C];2006年
8 李成芳;曹凑贵;汪金平;翟中兵;梅少华;;不同耕作方式下稻田土壤CH_4和CO_2的排放及碳收支估算[A];第三届全国农业环境科学学术研讨会论文集[C];2009年
9 崔中利;王英;滕齐辉;张斌;曹慧;;淹水和旱作稻田土壤中产甲烷菌的多样性分异[A];第四次全国土壤生物和生物化学学术研讨会论文集[C];2007年
10 许超;夏北成;秦建桥;何石媚;李海骞;林小方;;广东大宝山矿山下游地区稻田土壤的重金属污染状况的分析与评价[A];第二届全国农业环境科学学术研讨会论文集[C];2007年
中国重要报纸全文数据库 前10条
1 程洪花;山楂园覆草技术[N];陕西科技报;2009年
2 海农;桑园覆草技术要点[N];江苏农业科技报;2010年
3 向黎明;平昌推广稻田免耕技术[N];巴中日报;2007年
4 记者 张锐;我省大力推广免耕少耕先进栽培技术[N];云南日报;2007年
5 叶妍洁 本报记者 罗林;富民惠民 新科技助农增产增收[N];眉山日报;2007年
6 云南省农村技术推广总站 栗维兴;马铃薯免耕稻草覆盖栽培技术[N];云南科技报;2006年
7 任荃;稻田“补锌”激发高产潜能[N];文汇报;2007年
8 记者 姚刘权;省工 节本 高产[N];嘉兴日报;2010年
9 邓立平;施点石灰 水稻高产[N];湖南科技报;2007年
10 本报记者 黄国慧实习生 苏超鹏 邓萍 通讯员 张华勇;“懒人”种薯也丰收[N];南宁日报;2008年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 王栋;覆草旱作条件下稻田土壤肥力性状、碳氮动态及水稻生产力特征研究[D];南京农业大学;2010年
2 黄景;免耕配合稻草还田的氮素行为及土壤质量效应[D];广西大学;2012年
3 周萍;南方典型稻田土壤有机碳固定机制研究[D];南京农业大学;2009年
4 黄山;基于碳组分分析的稻田土壤固碳优势及其保持途经研究[D];南京农业大学;2011年
5 黄树辉;裂缝条件下稻田土壤中N_2O的释放和氮溶质运移的机理研究[D];浙江大学;2005年
6 高茂盛;渭北旱作苹果园保护性耕作技术土壤水分养分效应研究[D];西北农林科技大学;2010年
7 刘玉学;生物质炭输入对土壤氮素流失及温室气体排放特性的影响[D];浙江大学;2011年
8 侯雪坤;不同耕作方式下土壤耕层理化性状和生物学特性时空分布研究[D];黑龙江八一农垦大学;2011年
9 李道西;控制灌溉稻田甲烷排放规律及其影响机理研究[D];河海大学;2007年
10 曾敏;湖南部分工矿区水稻田As污染现状及其化学萃取修复研究[D];湖南农业大学;2007年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 周江明;免耕水稻氮磷钾肥优化组合模式分析研究[D];中国农业科学院;2010年
2 张丽华;渭北旱塬麦玉轮作田保护性耕作技术效应研究[D];西北农林科技大学;2011年
3 通乐嘎;免耕稻田磷素动态及组分特征的研究[D];华中农业大学;2010年
4 乐丽鑫;耕作方式对稻田土壤有机碳库的影响[D];华中农业大学;2010年
5 杨金花;耕作与施肥方式对稻田氮素损失及利用效率的影响[D];华中农业大学;2011年
6 严陈;大气CO_2浓度升高下稻田土壤甲烷氧化的微生物调控机理[D];南京师范大学;2012年
7 张弛;稻田土壤对甲烷的吸收作用及其影响因素研究[D];浙江大学;2002年
8 寇志奎;耕作和施肥对稻田生态系统土壤碳排放及碳收支影响的研究[D];华中农业大学;2011年
9 李勇先;稻田土壤中氧化亚氮的释放机制及控制[D];浙江大学;2003年
10 关维刚;旱地不同覆盖方式下土壤氮素矿化特性研究[D];西北农林科技大学;2007年
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