Effect of irrigation regime on grain yield,water productivity,and methane emissions in dry direct-seeded rice grown in raised beds with wheat straw incorporation

Dry direct-seeded rice grown in raised beds is becoming an important practice in the wheat–rice rotation system in China.However,little information has been available on the effect of various irrigation regimes on grain yield,water productivity(WP),nitrogen use efficiency(NUE),and greenhouse gas emission in this practice.This study investigated the question using two rice cultivars in 2015 and 2016 grown in soil with wheat straw incorporated into it.Rice seeds were directly seeded into raised beds,which were maintained under aerobic conditions during the early seedling period.Three irrigation regimes:continuous flooding(CF),alternate wetting and drying(AWD),and furrow irrigation(FI),were applied from 4.5-leaf-stage to maturity.Compared with CF,both AWD and FI significantly increased grain yield,WP,and internal NUE,with greater increases under the FI regime.The two cultivars showed the same tendency in both years.Both AWD and FI markedly increased soil redox potential,root and shoot biomass,root oxidation activity,leaf photosynthetic NUE,and harvest index and markedly decreased global warming potential,owing to substantial reduction in seasonalThe results demonstrate that adoption of either AWD or FI could increase grain yield and resource-use efficiency and reduce environmental risks in dry direct-seeded rice grown on raised beds with wheat straw incorporation in the wheat–rice rotation system.

干湿变化调控稻田土壤活性细菌群落与潜在功能

大量研究发现干湿变化显著影响土壤微生物群落和温室气体排放。然而,土壤干湿变化下活性微生物和温室气体排放的瞬时动态变化仍不清楚。因此,本实验首先观察稻田土壤在干旱、湿润和干湿变化三种情况下细菌群落和温室气体排放的动态变化,然后运用基于18O的稳定性同位素核酸探针技术(DNA-SIP)和高通量测序探讨干湿变化下土壤活性细菌群落的多样性、构建与潜在功能。相比于干旱和湿润处理,干湿变化显著促进二氧化碳的排放和含有更高相对丰度的放线菌门和浮霉菌门。干湿变化下变形菌门、放线菌门和浮霉菌门的相对丰度均随着培养时间呈现显著增长。而DNA-SIP试验结果表明干湿变化处理活性细菌的alpha多样性随着培养时间显著降低,变形菌门和放线菌门细菌是最主要的活性细菌,其中变形菌门中黏球菌目的相对丰度随培养时间呈显著增加。活性细菌的群落构建由确定性所主导,且随着培养进行,确定性的主导作用进一步加强。活性细菌的功能预测进一步发现碳水化合物代谢潜能随培养时间显著降低。综上,干湿变化处理显著改变土壤细菌群落,并促进稻田土壤二氧化碳排放,干湿变化处理的活性细菌由变形菌门和放线菌门细菌主导,活性细菌的群落构建由确定性过程主导。

不同灌溉模式下水稻田氮素运移规律

为了提高水稻田氮素利用率减少农业面源污染,选取了2块大田,分别采取干湿交替节水灌溉和传统淹灌方式,分析稻田土壤剖面NH_(4)^(+)-N、NO_(3)^(-)-N及TN浓度的分布规律。结果表明节水灌溉和传统淹灌条件下,施入3次氮肥后,地表水及土壤不同深度处NH_(4)^(+)-N和TN浓度变化规律相似且均会出现峰值后迅速降低。而节水灌溉条件下由于NO_(3)^(-)-N浓度太低导致峰值不明显,传统淹灌条件下的NO_(3)^(-)-N浓度峰值到达时间相比于NH_(4)^(+)-N有一定滞后性。整体来说,水稻田施肥后5 d内是防控田间氮素流失的关键时期;节水灌溉条件下水稻田的灌溉水利用效率和氮素生产率更高。此研究结果可为提高水肥利用率和减少农业面源污染等提供理论依据。

持续淹水和干湿交替预培养对2种水稻土中Cd形态分配及高丹草Cd吸收的影响

采用盆栽试验的方法,研究了前期持续淹水和干湿交替预培养对2种水稻土———太湖地区黄泥土、江西鹰潭红壤性水稻土中外源Cd形态分配及高丹草吸收Cd的影响.结果表明,在5mg.kg-1和10mg.kg-1外源Cd处理下,与干湿交替预培养比较,持续淹水预培养后黄泥土中MgCl2提取态Cd分别由21.8%、28.5%下降为8.0%、16.9%,而NH2OH.HCl提取态Cd由17.7%、17.3%升高为28.1%、37.5%;红壤性水稻土NaAc提取态Cd由20.8%、29.6%下降为11.6%、12.6%.回归分析表明,MgCl2提取态Cd与高丹草Cd吸收量呈显著负相关关系.长期淹水预培养显著降低高丹草对黄泥土Cd的吸收.

干湿交替对水稻土碳氮矿化的影响

通过室内培育试验，研究干湿交替条件下长期不同施肥处理水稻土微生物生物量和理化性状变化对土壤C、N矿化的影响机制。结果表明，与连续淹水（CW）处理相比，干燥处理不仅显著地提高了所有施肥处理土壤有机C的矿化速率，其幅度为78％～204％，而且也提高了各处理土壤微生物生物量C和N，其幅度分别为55％～77％和57％～72％；干燥后淹水处理土壤有机C矿化速率的提高幅度为74％～95％，呈先降低再升高的趋势。土壤N的矿化在干湿交替过程的干燥处理中降低34％～78％；干燥后淹水过程仅使NPK处理的升高21％，而CK和NPKOM处理分别降低5％和13％。在培养过程中土壤Eh值仅在-60～60mV范围时，与土壤微生物生物量C之间有显著的负相关关系。在干湿交替的干燥过程，随土壤pH值的升高土壤微生物生物量C有增加的趋势，在淹水条件下土壤pH值则仅与NPKOM处理土壤微生物生物量C之间有明显的负相关关系。干湿交替条件下土壤pH和Eh值、微生物群落组成和数量与有机质的矿化之间的相互作用关系复杂，三者间的作用机理需进一步研究。

干湿交替条件下稻田土壤氧气和水分变化规律研究

在水稻高产栽培技术中,为合理利用水资源,改良土壤通气性,干湿交替灌溉技术已广泛应用。干湿交替灌溉技术的核心是协调土壤水分与氧气之间的平衡。本研究采用大田试验,在水稻生育后期进行干湿交替处理,同步监测稻田5 cm土层土壤氧气、水分及温度的变化,以探讨稻田土壤氧气和水分运移变化规律及其互作关系,为进一步揭示干湿交替灌溉技术的内在生理机制奠定基础。研究结果表明,干湿交替条件下,稻田土壤含水量处于饱和状态时,基本监测不到土壤含氧量;而稻田土壤在慢慢变干的过程中,5 cm土层土壤体积水分含量逐渐降低,土壤氧气含量逐渐升高。在花后19 d、24 d、29 d,当5 cm土层土壤体积含水量分别下降为25.4%、25.1%、24.7%时,土壤含氧量则分别上升到17.5%、17.4%、17.4%。在水稻生育后期不同阶段,土壤氧气含量的日变化呈现先降低再升高的趋势,谷值一般出现在14:00—15:00之间;土壤含水量随时间呈波动式逐渐降低的变化趋势;土壤温度呈现先升高后降低的趋势,峰值一般出现在15:00—16:00之间。从上午8:00到下午17:59,当土壤温度升至峰值时,土壤水分含量较低,而土壤含氧量开始升高。水稻开花期、灌浆期和成熟期的土壤氧气含量与土壤含水量均表现出极显著负相关关系,土壤温度与土壤水分间呈显著负相关关系,而土壤氧气与土壤温度之间无显著相关关系。说明干湿交替条件下,水稻生育后期稻田土壤中的水分和氧气含量存在一定的此消彼长的关系。因此,通过适度的干湿交替管理措施,可在一定程度上调节水稻根系周围的土壤水分和氧气的平衡。

改良剂对冷浸田土壤团聚体稳定性的影响

采集冷泉烂泥型和冷浸烂泥型冷浸田土壤,设置不添加任何物质和分别添加白云石粉、生物炭、粉煤灰、聚丙烯酰胺和混合改良剂等6个处理,在持续淹水和干湿交替2种水分管理下进行室内模拟培养试验。测定培养后第30、90、180和360天土壤团聚体分布及其水稳性。结果表明:在干湿交替条件下,改良剂对冷泉烂泥型和冷浸烂泥型冷浸田土壤团聚体的形成有促进作用,并随着培养时间的延长逐渐增强,达到180d时基本稳定;在持续淹水条件下,改良剂对2种类型冷浸田土壤团聚体的形成具有短暂促进作用,且不稳定。在几种改良剂中,粉煤灰和混合改良剂(粉煤灰+生物炭+聚丙烯酰胺)对2种类型冷浸田土壤大团聚体形成均表现促进作用。

稻田农业节水栽培配套技术的研究

在湖南攸县、双峰进行的田间试验结果表明 ,稻草覆盖免耕结合浅湿灌溉的稻田农业节水栽培配套技术与传统的栽培方法比较 ,能提早和促进水稻分蘖 ,提高水稻根系活力、功能叶叶绿素含量和干物质的积累 ,降低水稻纹枯病的发生 ,晚稻产量达 8790 kg/ hm2 ,增产率达 10 .2 %;同时 ,能提高灌溉水的生产效率 ,节约灌溉用水量 ,晚稻田灌水次数减少 40 %,每公顷节约灌水量 112 3.5 m3、节省水稻生产成本 5 10元、纯收入增加 1437元。

节水灌溉稻田土壤呼吸变化及其影响因素分析

为了揭示节水灌溉稻田土壤呼吸变化特征及其影响因素,基于蒸渗仪试验结果,分析了不同灌溉模式对稻田土壤呼吸速率日变化的影响,阐明了土壤呼吸速率对节水灌溉干湿交替过程的响应;同时,分析了节水灌溉稻田土壤呼吸速率的影响因子。结果表明,在处理间土壤水分状况差异较小的生育阶段,节水灌溉和常规灌溉稻田土壤呼吸速率日变化规律基本一致;在处理间水分差异较大的生育阶段,控灌稻田土壤呼吸日变化幅度较大,且速率和变化幅度均要大于常灌稻田土壤。控灌稻田全生育期土壤呼吸速率日变化均值为常灌稻田的1.47倍。控灌稻田土壤一般在复水和脱水的临界点上会出现土壤呼吸速率峰值。控灌稻田土壤呼吸速率受土温和土壤水分影响较大。稻田土壤呼吸速率与5 cm土温有较好的指数相关性,控灌稻田土壤达到了显著水平（P〈0.05）。土壤体积含水率在35%~55%之间时,土壤体积含水率43%为控灌稻田土壤呼吸的一个临界值,当土壤体积含水率低于临界值时,土壤呼吸速率随着土壤含水率的升高而逐渐增大（P〈0.05）,当土壤体积含水率超过临界值时,土壤呼吸速率随着土壤含水率的增大而降低（P〈0.05）。研究结果为更加全面地评价节水灌溉的生态环境效应,同时为准确评估稻田生态系统碳源/汇特征提供依据。

淹水和风干过程对水稻土磷吸附、解吸及有效磷的影响(英文)

在室内研究了淹水和风干过程对两种水稻土磷吸附、解吸及有效磷的影响。结果表明，淹水过程明显增加土壤对磷的吸附，降低磷解吸和有效磷，而淹水后的风干过程则可显著减少土壤磷吸附，提高磷解吸量和有效磷含量。微生物对磷的矿化或活化作用是淹水土壤风干过程提高土壤有效磷的主要原因之一。建议在评价磷对水稻的有效性时应采用新鲜样品。

不同栽培和灌溉方式对冷浸田障碍因子及水稻产量的影响

为了消减冷浸型中低产田长期浸渍、泥温低、结构差、还原性物质毒害、有效养分低等障碍因子,通过田间小区试验和动态取样与室内测定,研究了不同栽培和灌溉方式对冷浸田障碍因子及水稻产量的影响。结果表明:与常规灌溉方式比较,起垄栽培结合湿润灌溉方式增加了晴朗天气条件下冷浸田土壤温度,土壤气相比例提高3倍,土壤液相比例减少20%,土壤活性还原物质含量降低了21.9%,土壤细菌数和微生物活性分别提高128.7%和3.8%,土壤排水通气性增强,还原性物质毒害减轻,土壤有效养分提升,为微生物活动创造了优良的条件,最终使早稻增产10.8%。起垄栽培结合湿润灌溉方式是适合于冷浸田早稻增产的农水管理措施。

浙北稻麦连作区水直播稻田杂草群落组成及多样性差异

为了明确浙北稻麦连作区水直播稻田杂草群落特征及物种多样性差异,分别于2018和2019年9—10月,采用倒置W型9点取样法,调查了浙北11个县、区水直播稻田杂草发生情况,并对杂草优势度、杂草种类多样性、不同杂草生态位宽度和生态位重叠值进行分析。结果表明,浙北水直播稻田杂草共有49种(含变种),隶属于34属17科,禾本科和莎草科杂草种类最多。从杂草优势度来看,优势杂草有无芒稗和千金子2种;区域性杂草种类有多花水苋、丁香蓼、杂草稻和李氏禾等8种;其他39种为常见或一般杂草。从杂草分布区域来看,桐庐县杂草丰富度指数、辛普森指数和香农-威纳指数均高于其他地区,萧山区杂草均匀度指数最高。系统聚类分析表明浙北水直播稻田杂草群落可以分为4类,杭州和湖州各为1类,嘉兴的平湖、海宁和海盐为1类以及秀洲和嘉善为1类。生态位宽度分析表明,主要杂草种类如多花水苋和无芒稗具有较高生态位宽度。不同杂草生态位重叠值分析表明,生态位重叠值大于0.7的种间对占比为91%,说明不同杂草与利用资源相关的生态学特性之间整体上较为接近。

水稻覆膜直播湿润栽培示范效果及机理分析

水稻覆膜直播湿润栽培技术是一项减轻劳动强度、节水、降耗、增效的新技术。为了使这一成果尽快转化为现实生产力,我们本着边试验、边示范的策略,2004年在全市多点示范102.13hm2,平均每公顷产量7528.5kg,比常规淹水栽培、覆膜插秧栽培分别增产1968.0kg和586.5kg,增幅达到35.4%和8.4%。着重分析增产节本机理,指明栽培应该注意的问题及展望技术发展方向。

不同栽培和灌溉方式对冷浸稻田还原性物质及水稻生长的影响

为了消减冷浸型中低产田长期浸渍、还原性物质毒害、有效养分低等障碍因子,通过田间小区试验和动态取样与室内测定,研究了不同栽培和灌溉方式对冷浸田还原性物质及水稻生长的影响。结果表明:与常规栽培灌溉比较,起垄栽培湿润灌溉的土壤活性还原物质含量和亚铁含量分别降低21.9%和18.2%,早稻分蘖数增加25%,叶绿素总量增加38%,根系活力提高75%,产量增加10.8%。起垄栽培结合湿润灌溉方式是适合冷浸田早稻增产的农水管理措施。

水分管理方式对寒地稻田土壤钾的影响

通过室内模拟试验,研究干湿交替和长期淹水对黑龙江省广泛分布的四种类型水稻土钾淋洗损失和不同形态钾含量的影响。结果表明,不同类型水稻土钾淋洗量随干湿交替次数增加或淹水时间的延长而增加,除草甸土在干湿交替处理下钾淋洗量高于淹水处理外,其他三种土壤在连续淹水条件下的钾淋洗量均高于干湿交替处理,且白浆土>黑土>暗棕壤。与连续淹水相比,干湿交替有利于外源钾在表土层积累,同时促进黑土、白浆土和草甸土中缓效钾释放,但减弱暗棕壤中缓效钾的释放。因此,为提高土壤中有效钾供给量,减少钾的淋洗损失,白浆土型水稻土和黑土型水稻土宜采取干湿交替的水分管理方式,草甸土型水稻土和暗棕壤型水稻土可适当延长淹水时间。

模拟干湿交替对水稻土古菌群落结构的影响

干湿交替是自然界普遍存在的现象,但长期以来由于技术的限制,复杂土壤中微生物对水分变化的响应规律仍不清楚。针对我国江苏常熟湖泊底泥发育的典型水稻土,在室内开展湿润-风干以及风干-湿润各三次循环,每次循环中湿润、风干状态各维持7d,利用微生物核糖体rRNA的通用引物进行PCR扩增,通过高通量测序分析土壤古菌多样性变化,同时结合实时荧光定量PCR技术,在DNA和RNA水平研究古菌数量对干湿交替过程的响应规律。结果表明:水稻土湿润-风干过程中,在DNA水平土壤古菌数量降幅约为149倍~468倍,而在RNA水平降幅最高仅为2.06倍;水稻土风干-湿润过程中,在DNA水平古菌数量增幅在147倍~360倍之间,而在RNA水平增幅最高仅为2.95倍。表明在干湿交替过程中,DNA水平的古菌16S rRNA基因数量变化远高于RNA水平。基于高通量测序多样性的结果表明,在DNA和RNA水平,湿润土壤3次风干、以及风干土壤3次加水湿润7d恢复后,土壤古菌群落结构均发生统计显著性改变。在微生物门、纲、目、科和属的不同分类水平下,水稻土古菌主要包括3、10、13、14、10种不同的类群,在RNA和DNA水平的结果基本一致。干湿交替导致部分古菌类群发生显著变化,其中在微生物分类学目水平发生显著变化的古菌最高达到6种,主要包括产甲烷古菌和氨氧化古菌,如Methanobacteriales、Methanosarcinales、Methanomicrobiales和Nitrososphaerales等。这些研究结果表明,反复的干湿交替并未显著改变水稻土中古菌的主要类群组成,古菌类群的绝对数量和相对丰度发生了一定程度的变化,但这些变化与微生物生理作用的联系仍需进一步研究;风干土壤中古菌RNA序列极可能来自于完整的古菌细胞,暗示了这些古菌细胞能够较好地适应水稻土中水分的剧烈变化,风干状态的土壤在一定程度也可用于土壤古菌群落组成研究。

水稻生长后期水分管理对CH_4和N_2O排放的影响

通过温室盆栽试验研究相同施肥条件下,水稻生长后期水分管理(穗肥后落干时间及干湿交替频度)对CH4和N2O排放的影响。结果表明,与水稻生长前期较高CH4和N2O排放相比,后期排放均较低,但穗肥后提前落干时出现明显N2O排放峰值,且干湿交替过程中土壤落干时出现CH4排放。就穗肥后开始落干至水稻收获特殊阶段而言,穗肥后提前落干(相对于正常落干)可降低44%CH4排放量,却提高88%N2O排放量;穗肥后5d落干-5d淹水和3d落干-3d淹水干湿交替频度对N2O排放影响不大,却一定程度上影响CH4排放量。就综合温室效应而言,穗肥后正常落干且5d落干-5d淹水干湿交替处理最小。

不同灌溉施肥模式下土壤湿胀干缩特征曲线及其滞后效应

采用淹灌、间歇灌2种灌溉模式与不施氮肥、含氮复合肥、缓控释氮肥、有机无机氮肥4种施肥模式配成8个处理开展水稻种植田间试验,研究了不同灌溉施肥模式下土壤湿胀干缩特征曲线及其滞后效应。结果表明:指数模型能较好地描述不同灌溉施肥模式下的土壤收缩过程与土壤膨胀过程;各模式下土壤干缩特征曲线与湿胀特征曲线指数模型中的a值(干土的比容积,即干土体积质量的倒数)和b值(单位含水量变化时土壤比容积变化的自然对数单位值)存在差异;土壤干缩曲线与湿胀曲线不完全重合,二者的b值及其差异也不同,存在滞后现象;土壤湿胀干缩效应受多种土壤性质的影响,其中主要通过土壤孔隙结构与持水性质的影响体现。

渍害稻田合理排灌技术的研究

为了探索平原湖区渍害低产稻田的合理排灌模式，我们从１９８８～１９９０年连续三年采用了以明（沟）暗（沟、管）结合的排水方式和浅湿灌溉控制供水的灌溉方式进行治渍试验。本文对平原湖区渍害的低产田，田间排水系统的不同方式进行了比较，并在试区内推行水稻节水灌溉技术，取得了明显的治渍效果。

大气沉降向华中丘陵区稻田输入硫通量的观测

选取我国华中丘陵区的湖南省长沙县一个典型水稻种植区,对2015与2016年2年雨水样中的SO42-S和大气SO2的沉降量进行监测,分析雨水中SO42-、NO3-的关系,解析大气硫沉降的主要来源.结果表明,研究区大气中SO2-S和雨水中SO42--S的年均浓度分别为8.5μg/m^3和1.1mg/L,大气硫沉降年均总量为26.8kgS/(hm^2·a),其中年均降雨混合沉降量18.2kgS/(hm^2·a),年均干沉降量为8.6kgS/(hm^2·a).研究区域硫素干、混合沉降量存在明显的季节差异,硫素混合沉降春季高于夏、秋、冬季,而硫素干沉降冬季高于春、夏、秋季.雨水中NO3-/SO42-的质量比大多小于1,表明研究区大气硫素主要来自固定污染源(燃煤).华中丘陵区稻田具有较高的硫沉降,但硫沉降量已较21世纪初出现了较大幅度下降,农业生产中需要根据农田硫素收支状况酌情补充硫肥来保证作物高产稳产.