水肥和钝化剂阻控水稻吸收镉机制的研究进展

镉(Cd)污染严重威胁生态环境,Cd污染水稻会对人体健康造成极大影响,防控水稻Cd污染迫在眉睫,也是当前研究的热点之一。水肥管理和施用钝化剂是目前治理水稻Cd污染有效且主流的措施。本文综述了水稻Cd污染的现状,及水肥管理和钝化剂施用治理Cd污染的作用机制,即水肥管理主要通过吸附沉淀作用和离子竞争作用阻控,钝化剂主要通过共沉淀、络合作用、吸附和离子交换作用以及氧化还原作用进行阻控。分析了治理后的土壤环境(土壤理化性质、土壤微生物和土壤酶)变化,展望了今后的研究方向。

集约化稻田土壤有机碳稳定性及碳库保护综述

以化肥过量投入的集约化稻作生产方式,严重影响了土壤碳库资源及其稳定性,系统评价集约化稻田土壤有机碳的稳定性有利于促进农田碳库保护和绿色低碳稻作转型发展。根据集约化稻作及土壤碳库环境特征,通过查阅国内相关研究文献,系统梳理稻田土壤有机碳组分及碳库输入、输出及平衡稳定机制。集约化稻作生产影响粮食安全和气候变化,从集约化稻田土壤碳排放及土壤有机碳稳定性角度,系统梳理了稻作生产中土壤无机碳、土壤团聚体、土壤pH值、土壤养分、土壤微生物等环境因素及土壤无机碳组分和热敏感性对土壤有机碳物理结构稳定性、化学稳定性、生物稳定性的影响,并分析了土壤有机碳稳定性评价方法,探讨了土壤有机碳稳定性和碳库稳定性在土壤物理性状、土壤生物、土壤化学组分3个方面的研究不足,展望了集约化稻作低碳优化路径及土壤碳库保护措施。不同稻作生产模式下土壤有机碳固持能力、稳定性及稳定机制明显存在差异,保护性稻作有利于平衡土壤结构与碳排放。

原位钝化对稻田镉污染土壤修复效果及土壤酶活性的影响

选取海泡石、石灰、铁改性木本泥炭和弱碱性生物有机肥等4种钝化剂为材料,研究其对镉(Cd)污染稻田土壤原位修复效果及土壤酶活性的影响。结果表明,施用4种钝化剂均能提升土壤pH和水稻产量,降低土壤中Cd生物有效性和糙米Cd含量,且糙米Cd含量低于国家食品安全标准限值(Cd≤0.2 mg/kg)。施用1500 kg/hm^(2)弱碱性生物有机肥的处理对土壤pH提升效果最好,从6.07提升至7.00,增幅为13.2%;施用2500 kg/hm^(2)铁改性木本泥炭的处理,土壤有效态Cd和糙米Cd含量降幅最大,分别从0.538 mg/kg和0.260 mg/kg下降至0.232 mg/kg和0.076 mg/kg,分别下降了56.8%和70.8%。施用1500 kg/hm^(2)弱碱性生物有机肥的处理增产水稻效果最好,增幅为6.4%。施用4种钝化剂后,土壤中蔗糖酶、脲酶和过氧化氢酶活性均有不同程度提升。其中,施用1200 kg/hm^(2)生石灰处理对土壤中蔗糖酶活性提升效果最好;施用2500 kg/hm^(2)铁改性木本泥炭处理对土壤中脲酶活性提升效果最明显;施用1500 kg/hm^(2)弱碱性生物有机肥处理对土壤中过氧化氢酶活性提升效果最好。相关分析表明,糙米Cd含量与土壤蔗糖酶、脲酶及过氧化氢酶活性均呈负相关,说明施用这4种钝化剂均可以降低糙米Cd含量。综合考虑4种钝化材料对土壤有效态Cd、糙米Cd含量及土壤酶活性的影响效果,用铁改性木本泥炭修复Cd污染土壤较为适宜。

水分调控和钝化剂处理对水稻土镉的钝化效应及其机理

采用盆栽试验,研究了水分管理和钝化剂处理对红壤性水稻土重金属镉的钝化效应及其作用机理。结果表明,在土壤镉含量为0.75 mg·kg-1下,添加海泡石复配磷肥可以显著提高土壤pH值,长期淹水、常规管理水分条件下,土壤交换态Cd分别降低了20.4%和15.7%,碳酸盐结合态Cd分别下降了15.5%和14.1%,糙米Cd分别降低了52.3%和46.0%。未添加钝化剂条件下,长期淹水处理的根表Fe(Ⅱ)含量比常规处理增加了1.2倍,根表Cd含量则是常规处理的82.6%。土壤经钝化处理后,长期淹水和常规管理水分条件下,根表Fe(Ⅱ)分别增加了40.1%和70.0%,而根表Cd分别降低了35.3%和42.4%。糙米Cd含量与根表Fe(Ⅱ)含量呈显著负相关,与根表Cd含量呈显著正相关。土壤Fe2+和Cd2+对水稻根表吸附点位的竞争以及土壤镉较低的生物有效性是钝化处理组糙米镉含量下降的主要原因。

干湿交替过程中水稻土铁形态和磷吸附解吸的变化

采用室内培养试验 ,经过连续 3次淹水 落干处理 ,研究了干湿交替过程中土壤中氧化铁形态的变化以及对土壤磷吸附和解吸的影响。结果表明 ,淹水使土壤中结晶态氧化铁含量明显减少 ,无定形氧化铁和土壤对磷的吸附量急剧增加 ,磷解吸下降 ;落干则使之发生相反的变化。土壤中的无定形氧化铁含量与土壤对磷的吸附之间存在着密切的相关关系。因此 ,淹水 落干过程中无定形氧化铁的变化是影响水稻田磷有效性的一个主导因子。

腐殖酸对水稻剑叶光合特性、必需元素和产量的影响及其相关性研究

为比较不同腐殖酸量对水稻(Oryza sativa L.)生长生理的影响,在随机组合的盆栽和大田土壤中分别施入0,0.1,1,10 g/m2的腐殖酸进行试验。结果表明:在盆栽条件下,腐殖酸增加水稻抽穗期剑叶的净光合速率、胞间CO2浓度、气孔导度、蒸腾速率和SPAD值,也增加稻米Cu,Fe,Mn,Zn,S,K,P,Mg和Ca含量。剑叶净光合速率既与稻米Mn,Zn,Ca,P和(Cu+Fe+Mn+Zn)含量呈多项式正相关,又与稻米S含量呈线性正相关。在大田条件下,腐殖酸显著增加水稻产量(P<0.05),腐殖酸量0.1,1和10 g/m2分别比对照增产10.24%,12.50%和7.79%;也增加稻米Cu,Fe,Mn,Zn,S,K,P,Mg和Ca含量。水稻产量与稻米中P,Mg和(Cu+Fe+Mn+Zn)含量均成线性正相关。研究结果将为推广腐殖酸在农业生产中的应用提供重要的理论和实践依据。

麦草与地膜覆盖对玉米田间生态环境及产量的影响

通过田间试验研究了麦草与地膜覆盖栽培措施对玉米田间生态环境及产量的影响。结果表明,麦草与地膜二元覆盖可降低作物冠层温度1～2℃,显著减少玉米田间土壤水分蒸发,对土壤具有一定的保温作用,并能明显提高玉米产量和水分利用效率。

太湖流域不同施氮水平对水稻产量和土壤氮素的影响

试验结果表明,太湖地区稻麦两熟制水稻产量与施氮量呈二次曲线关系,可用方程y=-0.00002x2+0.0095x+9.0384(r=0.993**)来描述,当施氮量为237.5kg/hm2时,可获得最高理论产量10.17t/hm2。不同生育时期植株的干物质积累量和氮素的积累量都随着施氮水平的增加而增大;氮肥表观利用率、生理利用率和农学利用率都随着施氮量的增加而降低;高肥处理432kg/hm2和540kg/hm2成熟期植株干物质积累量和氮素的积累量都较高,但因大量氮素滞留在茎鞘中而导致产量不高。土壤各层全氮含量随着深度的增加而减小;随着施氮量的增加,0～60cm各层土壤全氮含量增大,而60～100cm各层变化趋势不明显;但当施氮量较高(大于324kg/hm2)时,土壤氮素累积与下渗,土壤各层全氮含量提高,易造成氮肥奢侈吸收与氮肥污染。

土壤水分状况与水稻生长的关系

研究了淹水、田间持水量、６０％田间持水量３种水分条件下水稻生长发育状况、蒸散量和产量。结果表明土壤水分含量与水稻产量呈极显著或显著正相关；水稻蒸散量在淹水条件下为６０５毫米，６０％～８０％田间持水量条件下为３４７毫米，孕穗期和灌浆期日蒸散量大。土壤含水量在田间持水量以下时，土壤中无机氮以硝态氮为主，而水稻体内缺乏硝酸还原酶，这是造成水稻氮素营养障碍的重要原因。

水稻干田免耕土壤泡化技术的研究

为探索水稻干田免耕的土壤泡化技术 ,进行了早稻冬干田和晚稻干田土壤的快速泡化研究 .结果表明 ,采用克无踪快速除草清茬有利于早稻冬干田土壤的快速泡化 ,但对晚稻干田土壤泡化的作用较小 .早稻冬干田宜在 3月 2 0日左右采用克无踪加乙草胺除草后 ,撒施过磷酸钙并泡田 ,经过 18d左右便可插秧 ,或用耙耙松泥浆进行抛秧 ;晚稻干田采用克无踪快速除草清茬后 ,泡田 1～ 2 d即可插秧 。

水稻根际硝化─反硝化作用生态因子的水平空间变异

采用根际模拟和切片技术研究水稻根区土壤硝化－反硝化作用及其相关生态因子沿根系接触面水平空间变异的结果表明，土壤潜在硝化作用强度和反硝化作用强度随距根系接触面距离的增加而降低；由于硝化细菌是严格的好氧微生物，土壤潜在硝化强度随距根系接触面水平距离急剧减弱，而潜在反硝化强度则变弱趋势较为缓和；土壤０．５ｍｏｌ／ＬＫ２ＳＯ４可提取碳及其碳氮比随距根系接触面距离增大而下降，土壤速效氮则反之；土壤亚硝酸细菌在距根系接触面１０－２０ｍｍ和２０－３０ｍｍ区分布较高，在根际土壤层因受水稻根系竞争吸收影响反而分布较少。

长期施用不同肥料稻田土壤养分的剖面分布特征

根据 2 0年定位试验的资料 ,研究了稻田土壤施用不同肥料 ,N、P、K养分在剖面中的分布特征。结果表明 :有机肥和化肥配施土壤全N和碱解N在整个剖面比单施化肥均有增加 ,但增加量主要集中在耕层 ;而有效磷只在耕层比单施化肥有明显的增加 ;有机肥和化肥对钾移动的影响基本一致。

秸秆还田对土壤生物特性的影响研究

为探讨秸秆还田以及应用纤维分解菌剂对土壤微生物、酶活性和生物缓冲性等生物学特性的影响,进行了秸秆不还田与秸秆还田并应用微生物菌剂的试验。结果表明,秸秆还田和应用微生物菌剂后土壤纤维素酶、转化酶、脲酶和多酚氧化酶活性升高,土壤微生物群体增大,微生物总量从4.0×107个/g土壤上升到1.2×108个/g土壤和1.5×108个/g土壤,土壤生物缓冲性增强。

不同地力水平下超级稻高产高效适宜施氮量及其机理的研究

在江苏淮北稻区,稻麦两熟制条件下,选取有代表性的超级稻品种徐稻3号（中熟中粳）为供试材料,系统研究了麦茬田高、中、低3种地力水平上不同施氮量对超级稻产量及氮素吸收利用的影响,并探讨了不同地力水平上超级稻高产高效的机理。结果表明：1）同一施氮水平下,高地力土壤上水稻产量显著高于中地力,中地力显著高于低地力,两年3种地力水平上的最高产量对应的最适施氮量分别为259.9和261.7 kg/hm^2、290.1和290.8kg/hm^2、346.8和344.1 kg/hm^2;2）氮肥表观利用率与施氮量之间存在显著或极显著的二次曲线关系,两年的最高氮肥表观利用率对应的施氮量分别为高地力274.1和263.0 kg/hm^2、中地力295.4和291.3 kg/hm^2、低地力332.6和337.7 kg/hm^2,不同地力水平及施氮量条件下,氮素收获指数、氮素稻谷生产效率及氮素生理利用率差异显著,均随施氮量增加而降低,不同地力水平之间表现为高地力〈中地力〈低地力的趋势;3）不同地力水平上通过调节施氮量可以获得较高总颖花量,产量构成因素能够协调发展,随着生育期进程的推进,不同地力水平上随施氮量增加,水稻群体氮素积累量呈上升趋势,氮素转移率与贡献率降低,而抽穗到成熟阶段的氮素吸收速率表现出先升后降的趋势,以上各项指标均表现出高地力〉中地力〉低地力的水平。通过对不同地力条件下施氮量与产量及氮素吸收利用关系的研究,认为不同地力土壤实现氮肥高产高效目标,高地力土壤应适时控氮肥,以调整产量构成因素协同发展同时提高氮素利用率;中、低地力应加强培肥地力并增施氮肥,增大群体总颖花量及植株的氮素累积量;该地区高、中、低3种地力水平麦茬田上氮肥高产高效对应的合理施氮量分别为264.7（259.9～274.1）kg/hm^2、290.8（290.1～295.4）kg/hm^2、344.1（332.6～346.8）kg/hm^2。

江西省抚州地区水稻土壤养分限制因子的研究

利用土壤养分状况系统研究法对抚州地区中潴乌潮沙泥田水稻土样进行了养分状况综合评价 ,确定限制作物生长的养分因素及最佳施肥技术。盆栽试验结果表明 :高粱作为指示作物时 ,土壤中主要缺N ,P ,K ,S ,Zn ,Ca ,盆栽中不施用这些元素相对产量只有 4 5% ,68% ,79% ,72 % ,70 % ,87% ;水稻作为指示作物时 ,土壤中主要缺N ,P ,K ,S ,Zn ,盆栽不施用这些元素相对产量只有 4 2 % ,79% ,58% ,74 % ,90 %。田间试验结果表明 :K肥对水稻的生产有极显著的影响 ,每公顷施 59～ 98kg纯K ,比对照增产 3 0 6～ 4 1 7kg ,增产率为 4 .5%～ 6.1 % ,增产显著。S肥和Zn肥的试验则表明 :在施用等量N ,P ,K肥条件下 ,每公顷施用 3 0kgS肥比不施S肥处理 ,产量增加 1 53kg ,增产率为 2 .1 3 % ;每公顷施用 6kg纯Zn比不施Zn肥的处理 ,产量增加1 2 7.5kg,增产率为 1 .78% ;S肥和Zn肥综合施用增产显著 ,增产达 3 72kg/hm2 ,增产率达 5.1 9%。

^(15)N示踪-质谱计法直接定量稻田土壤反硝化作用氮素损失的可行性研究

采用自行设计的气样前处理装置 ,包括进样口、还原铜管、高效脱氧管和液氮冷阱 ,建立了1 5N示踪 质谱计法直接测定反硝化作用气态氮素损失 (N2 +N2 O)的方法。测得空气中N2 的1 5N自然丰度平均为 0 36 5 9% (理论值为 0 36 6 0 % )、绝对误差的平均值为 0 0 0 0 2 %、C V %为 0 0 9% ,与质谱计的设计精度完全吻合 ;不同气样1 5N丰度测定的C V %在 0 0 3%～ 1 0 8%之间 ,反硝化作用源丰度测定的C V %在 1 2 2 %～ 5 2 1 %之间 ,表明本研究所用的前处理装置对气样中O2 、CO2 及H2 O等杂质气态的清除是十分有效的。另一方面 ,由于1 5N损失的计算是以1 5N原子百分超为基础的 ,计算结果表明 ,当气样的1 5N原子百分超小于 0 0 1 4% (相应的1 5N丰度为 0 380 % )时 ,测得的1 5N损失的C V %有可能大于 5 % ,为此建议气样1 5N丰度最好能大于 0 380 % ,以确保测定结果的精确度。

水稻品种对石灰性土壤缺Zn耐性机理的研究

选用缺Ｚｎ敏感水稻品种ＩＲ２６和耐缺Ｚｎ水稻品种ＩＲ８１９２－３１－２，采用营养液培养的方法，研究了水稻品种耐石灰性土壤缺Ｚｎ与ＨＣＯ３－关系的生理生化机制。在低锌浓度下，ＨＣＯ３－严重抑制敏感品种根系生长，而对耐性品种影响很小；ＨＣＯ３－增加了两种水稻品种根中的苹果酸和柠檬酸浓度，但敏感品种增加的幅度大。以上结果表明 ＨＣＯ３－对敏感品种根生长的抑制，并诱发缺Ｚｎ是由于根中有机酸过度积累导致的，ＨＣＯ３－显著提高敏感品种根中ＰＥＰ羧化酶活性可能是ＨＣＯ３－增加其有机酸积累，从而影响根生长及Ｚｎ有效性机理的重要过程。

红壤稻田系统有机物循环再利用潜力及增产作用

10年田间试验结果表明 :红壤稻田系统有机物养分循环再利用潜力大 ,水稻收获 ,年均从稻田系统中输出NPK的总量最大可达到 2 2 4.7、5 3.0和 2 71.4kg/hm2 ,有机物循环再利用 ,年均可归还N、P、K量最大分别为 115 .1、35 .8和 2 31.5kg/hm2 ,占系统输出总量的 5 1.2 %、6 7.5 %和 85 .3% ;保持稻田系统内有机物循环再利用可提高系统生产力 ,在不施化肥的情况下 ,增产 30 5 6kg/hm2 ;增施N肥 ,增产 2 75 3kg/hm2 ;增施N、P肥 ,增产 15 43kg/hm2 ;NPK配合 ,增产 984kg/hm2 ;有机物循环再利用还可增强稻田系统的稳产性能 ,降低稻谷产量的年际变异系数 ;有机物循环再利用对水稻的增产有着明显的残效叠加作用 ,在施用N、P、K化肥基础上保持有机物养分循环再利用水稻增产率在试验期间的前 5年平均为 7.2 % ,后 5年平均为 9.4%。

稻田土壤氮素淋失的形态及其在剖面分布特征

大型原状未扰动稻田土壤渗透计（Ｌｙｓｉｍｅｔｅｒ）定位研究结果表明：淹水条件下淋失的氮素形态主要是硝态氮（ＮＯ－３－Ｎ）；硝态氮在土壤剖面不同深度的数量分布，具有向下递增的特点，并与土壤表层温度有显著的相关性，因而呈季节性的消长变化；有少量铵态氮（ＮＨ＋４－Ｎ）受施肥的影响从耕层土壤向下淋失。

长期施肥对红壤性水稻土磷素积累与形态分异的影响

通过红壤性水稻土19 a肥料长期定位试验，结果表明，不施磷处理的土壤磷素处于耗竭状态，耕层土壤全磷含量持续下降，但耕层以下土层的全磷尚未耗损；连年施磷的土壤耕层全磷含量提高，提高的幅度呈现明显量级关系。在本试验条件下，土壤中各组分无机磷含量以Fe-P和O-P为主体，各占土壤无机磷总量的44.63%和31.27%；其次是Al-P和Ca10-P，分别占11.87%和8.01%，Ca2-P占3.52%；Ca8-P只有当土壤无机磷达到一定丰度和供磷强度时才存在，对水稻磷素营养的贡献无实际意义。各组分无机磷对水稻的有效性以Ca2-P>Al-P>Fe-P>O-P>Ca10-P；而对水稻磷素营养的贡献则以Fe-P>O-P>Al-P>Ca2-P>Ca10-P；长期耗磷或施磷、土壤各组分无机磷减少或增加量的排列顺序与土壤中各组分无机磷相对含量的顺序一致，从而保持红壤性水稻土无机磷组分相对含量的稳定。化学磷肥与有机肥配合施用，可以降低积累态磷转化为O-P和Ca10-P的比率。