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稻田长期垄作免耕下土壤肥力及环境效应的研究

高明  
【摘要】: 农业可持续发展的核心是在不断提高土地生产力的同时,不断提高生态环境质量, 要达到这一目标,稻田垄作免耕不失为一条行之有效的方法。本文以1990年建立的长 期定位试验为基本材料,研究了稻田长期垄作免耕,常规平作和水旱轮作几种耕作制下 的土壤肥力变化及环境效应,结果表明: 稻田长期垄作免耕生态系统无论在物质循环,还是能量转换方面都有别于常规平 作,稻田长期垄作免耕通过田间微地形的改变,土壤的物相结构发生了根本的变化,与 常规平作相比,垄作免耕土壤部分出露水面为毛管水所浸润,土壤水分含量的空间变异 大,形成由张力小的垄下部及垄两侧的土层向垄表土层运行的毛管水运动系统,土壤水 分运动强烈,与外界进行交换的频率增大,同时,垄作免耕消除了水层对太阳辐射能的 削弱作用,土壤热容量降低,导温率和导热率增大,吸收太阳辐射能增多,有利于土壤 内部物质的转化,促进了土壤结构的形成,土壤中<0.01mm土粒团聚度增大,>0.01mm 有机微团聚体和>0.01mm级铁、铝——有机微团聚体所占比例表现为不同程度的提高, 而>0.01mm级无机微团聚体和钙、镁——有机微团聚体显著下降,孔隙稳定性增强, 潜育层下降,形成A—Pg—G—P的高产土体构型。 稻田连续垄作免耕(稻麦)10年后,土壤表层有机质含量提高,0~10cm土层的有 机质含量达4.75%,比常规平作高41.1%,比水旱轮作高51.3%,比试验前增加了89.0%; 随着土壤层次的下移,各处理土壤有机质含量降低。通过对不同耕作制下腐殖酸的分离 测定,长期垄作免耕土壤中的松结态腐殖质含量增加,紧结态腐殖质含量减少;垄作免 耕(稻油)土壤胡敏酸在波长665mu处的光密度为0.122,445mu处为0.705,而常规 平作在这两个波长处却分别为0.062和0.321,垄作免耕E_4/E_6的比值提高。采用热分析 仪和红外光谱对不同耕作制下土壤胡敏酸的热解特性和光谱特性进行了分析,发现长期 垄作免耕土壤胡敏酸DTA曲线在360~365℃处放热峰的焓变值比常规平作低, 1000~1050cm~(-1)吸收峰常规平作也比垄作免耕强,而垄作免耕土壤腐殖质的氧化稳定系 数增高,表明长期垄作免耕土壤腐殖酸的缩合度增高,芳构化程度增强。 长期垄作免耕稻田土壤全氮含量比常规平作和水早轮作高9.7%和26.7%,速效氮含 量仍然是垄作免耕>常规平作>水旱轮作,全氮和速效氮含量与土壤有机质呈极显著正相 关(reo.957**、0.9!9..,n=.16);垄作免耕土壤全磷含量比常规平作和水旱轮作高12.7% 和 15.6%,0叶 土层的有效磷含量是常规平作和水早轮作的 4.5 $和 1倍;土壤全钾 与全氮磷的变化相同,但有效钾含量却比常规平作低,说明长期垄作免耕条件下植物从 土壤中吸收的钾多,生产上耍注意适时增施钾肥,保障钾素营养的供给。 稻田长期垄作免耕还可彤响土埂中磷和铁、锰、铜、锌存在的形态,与常规平作相 比,长期垄作兔耕土壤无机励中的Ca—P、Fe—P、AI—P明显增加,活性和中度活性有 机磷是常规平作的4$和1.8倍;土壤中的水溶态、代换态、易还原锰结合态,碳酸盐’ 结合态,有机质结合态和二、三氧化物结合态铁、锰、铜的数量和比例均比常规平作有 所下降,残渣态铁、锰、铜相对增高;代换态和易还原锰结合态锌虽不同程度槽加,二 三氧化物结合态和有机质结合态锌显奢降低,土壤铁、铜、锰的可给性下降,锌的可给 性增加。对于矿毒田实行垄作免耕,可减轻铁、锰对作物的危窖。 稻田长期垄作免耕生态系统中上壤动物的种类组成极其丰宫,共有18个类,其中 线虫类、线蚓类、蚯蚓类为优势种,占个体总数的70%以上。土壤动物平均密度垄作兔 耕(稻麦)处理为14700个旷,水旱轮作为7950个/f,常规平作为6275个旷,垄作 免耕是常规平作的二.3倍,说明长期垄作兔耕有利于土壤动物的生长繁殖。 稻田长期垄作免耕能提高水稻产量,1990年《000年的*年间,垄作免耕(稻油) 处理水稻平均亩产521石kg,比常规平作和水旱轮作分别增产7石%和6石%,最高年份增 产15.5%和16.2%;由于垄作免耕和水旱轮作一年种两季,加上小春的小麦(或油莱) 产量,每年垄作兔耕比常规平作多产粮食200-300公斤庙.垄作免耕增产的主要原因 是促进了水稻早生快发,增强了根系吸水吸肥作用,延缓了根系衰老,使垄作免耕水稻 的穗长、穗粒数、千粒重、株高、茎粗、剑叶长显著高于常规平作。 通过4年7季不同耕作制稻田甲烷排放诅量的测定,常规平作水稻生长期甲烷排放 通量在0.47叶.12mgidh间,平均值达27.18mg/dh,并且在每年长达250《80天的 非水稻生长期内仍在排放甲烷,排放迟量在队13-87.07mud·h fd,平均为 12.giing/ffi’·h, 使得常规平作甲烷年尿积排放量高达 149.70 im\是目前世界上各类稻区各类利用方式 下甲烷排放量最大的一类稻田。垄作免耕(一季中稻)1995年、1996年和1998年甲烷 累积排放量分别为 104.16g/ffi\ 150刀7 g/d和 68.44 g/mZ,只是同期常规平作甲烷累积 排放量的96.6


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