水旱轮作种植模式对作物产量及资源利用效率的影响

[目的]为探明不同种植模式对作物周年产量和温光资源利用效率的影响。[方法]2017—2018年在湖北省荆州市江陵县三湖农场,采用随机区组设计,设置中稻-小麦、中稻-油菜、中稻-冬闲3种种植模式进行试验。[结果]中稻-小麦模式周年产量比中稻-油菜和中稻-空闲分别高8.06%和46.71%;3种种植模式水稻季差异不显著,差异主要来自冬季作物,小麦产量是油菜的2倍左右;在经济效益上,中稻-油菜模式收益最高,比中稻-小麦和中稻-空闲分别高1123和2959元/hm 2,增幅率为6.63%和19.61%;在积温利用上,中稻-小麦模式积温利用效率最高,比中稻-油菜和中稻-空闲高1.27%和27.16%。[结论]中稻-油菜模式的经济效益高,环境风险比中稻-小麦式较小,冬闲田的资源利用效率浪费严重,应选出适应力强,且环境友好的冬季作物。

稻作模式改变对稻田CH_(4)和N_(2)O排放的影响

长江中游稻作模式由传统中稻-冬季作物模式向再生稻发展的趋势明显,但关于稻作模式对稻田CH_(4)和N_(2)O排放的研究尚缺乏报道。以江汉平原3种模式为对象:稻-麦(RW)、稻-油(RR)和再生稻(Rr),采用静态箱-气相色谱法,研究稻田CH_(4)和N_(2)O排放的变化规律,同时监测土壤硝态氮(NO^(3-)-N)、铵态氮(NH_(4)^(+)-N)、pH和土温的动态变化,以期揭示不同稻作模式对温室气体排放的影响及影响因素。结果表明,在非水稻季,RW、RR和Rr处理的CH_(4)的累计排放量分别为6.34、9.35和8.63 kg·hm^(-2),N_(2)O平均排放通量分别为8.08、17.78和24.92μg·m^(-2)·h^(-1),表现为Rr>RR>RW;在水稻季,相比较RR处理,RW和Rr处理CH_(4)的累计排放量分别增加了158.27%和148.38%,且差异显著,其N_(2)O的累计排放量分别增加了34.89%和87.36%。Rr处理头季CH_(4)的排放量占整个水稻季87.64%,其N_(2)O平均排放通量头季要比再生季高35.99%。RW和Rr处理产量差异不显著,但要显著高于RR处理,其增幅分别为14.49%和24.40%。RR的全球增温潜势(GWP)和温室气体排放强度(GHGI)最低,其GWP比RW、Rr分别低45.05%和72.85%;GHGI分别降低了35.14%和63.64%。中稻季CH_(4)的排放速率与NH_(4)^(+)-N含量呈显著正相关(P<0.05),Rr处理下CH_(4)的排放量与NO^(3-)-N含量呈显著负相关关系(P<0.05),与土壤pH呈负相关,且差异极显著(P<0.01);中稻季N_(2)O的排放与NO^(3-)-N和土温负相关,差异不显著(P>0.05),Rr处理N_(2)O排放与NH_(4)^(+)-N呈显著正相关(P<0.05)。因此,在江汉平原稻-油模式不仅利用了冬闲田,提高作物种植产量,还有利于降低温室气体的排放,缓解全球增温潜势。

不同类型秸秆还田对稻田土壤氨氧化微生物群落结构的影响

为探讨油菜、蚕豆秸秆还田对稻田土壤氨氧化微生物群落结构的影响,以江汉平原碱性潮土为研究对象,设置单施化肥(NS)、油菜秸秆+单施化肥(RS)、蚕豆秸秆+单施化肥(BS)3个处理,借助Illumina Miseq高通量测序平台,探究不同类型秸秆还田对水稻土氨氧化古菌(AOA)和氨氧化细菌(AOB)群落多样性及群落结构的影响。结果表明,不同类型秸秆还田对AOB群落Alpha多样性指数的影响强于AOA。对于AOB群落,相比NS处理,秸秆还田(RS和BS)处理提高了其多样性指数。其中,RS处理的多样性指数高于BS处理。Veen分析结果显示,相比AOA,不同类型秸秆还田对AOB amoA基因序列OTU数目和分布的影响较大。其中,RS处理对OTU分布的影响强于BS处理。纲水平上,不同类型秸秆还田对AOA群落的物种组成及物种相对丰度没有显著影响(p>0.05)。但对于AOB群落,RS处理中unclassified_p__Proteobacteria的相对丰度比NS处理高2倍(p<0.05),比BS处理高1.45倍(p>0.05);相比NS处理,RS处理减少了norank_p__ammonia-oxidizing_bactera_ensemble的相对丰度,而BS处理缺失这一物种。综上可知,碱性潮土中AOB对不同类型秸秆还田的响应强于AOA。相比BS处理,RS处理对AOB群落结构的影响更大。

不同季节生态型水稻植株干物质积累及产量的比较

为阐明不同季节生态型水稻对植株干物质积累和产量的影响,为水稻高产提供基础理论依据,研究早稻、中稻、晚稻和再生稻的分蘖动态、株高等农艺性状指标、干物质积累和分配、产量的差异。结果表明,不同季节种植水稻分蘖数表现为中稻>再生稻头季>早稻>晚稻,株高以中稻最高,再生稻再生季最低。不同季节种植水稻的产量以中稻和再生稻头季高于其他季节种植水稻,水稻的结实率、每穗粒数与水稻产量呈极显著或显著相关关系,各个生育时期干物质总积累量均表现为中稻>再生稻头季>晚稻,水稻茎鞘、叶片干物质积累从分蘖期到成熟期均呈现先增加后降低的趋势,穗干物质质量从抽穗期到成熟期明显增加。成熟期总的干物质积累量与水稻产量极显著相关。中稻和再生稻头季种植提高了水稻的农艺性状指标,合理协调了各器官干物质的积累、分配和产量构成因素,提高了水稻产量。

种植模式对南方作物产量及资源利用效率的影响

种植模式优化是挖掘农田高产潜力和提高资源利用效率的重要途径之一。于2017-2018年在湖北省江陵县三湖农场开展了田间试验,采用随机区组设计,设置了早稻-晚稻(DR,对照)、春玉米-晚稻(MR)和再生稻(Rr)3种种植模式。结果表明,与早稻-晚稻种植模式相比,春玉米-晚稻种植模式积温生产效率、水分利用率、经济效益和周年产量分别提高了8.66%、35.19%、33.71%和34.60%;再生稻分别提高了6.77%、11.16%、68.12%和31.20%。从整个周年来看,春玉米-晚稻和再生稻模式的积温生产效率较高,春玉米-晚稻模式的水分利用率最高,春玉米-晚稻和再生稻处理的周年产量显著高于早稻-晚稻种植模式,再生稻模式周年经济效益最高,其次是春玉米-晚稻种植模式。因此,春玉米-晚稻和再生稻是该区域稻田两熟制适宜的种植模式。

不同类型秸秆还田对稻田土壤nirK型反硝化细菌群落结构的影响

为探明油菜、蚕豆、小麦秸秆还田对稻田土壤nirK型反硝化细菌群落结构的影响,采用IlluminaMiseq高通量测序法,研究了盆栽试验条件下单施化肥(NS)、油菜秸秆+化肥(RS)、蚕豆秸秆+化肥(BS)和小麦秸秆+化肥(WS)4个处理对稻田土壤nirK型反硝化细菌群落多样性及群落结构的影响。结果表明,相比NS处理,秸秆还田(RS、BS和WS处理)对nirK基因微生物的多样性指数没有显著影响(P>0.05),而RS处理的微生物多样性指数显著高于BS和WS处理(P<0.05)。Venn分析结果显示,相比NS处理,秸秆还田增加了红螺菌目(Rhodospirillales)。此外,RS处理增加了unclassified Proteobacteria miscella neous,BS和WS处理增加了红细菌目(Rhodobacterales)。相比NS处理,秸秆还田改变了nirK基因微生物的共有目群落组成,而秸秆类型显著改变了共有目的相对丰度。综上所述,还田秸秆类型对nirK基因微生物的多样性和目水平微生物的群落结构均有显著影响,其中油菜秸秆还田的影响强于蚕豆和小麦秸秆。