论文摘要
为了评价连续覆膜旱作对稻田土壤肥力及水稻营养特性的影响，从2001年起在浙江省兰溪市墩头镇（盆地地区）和海宁市丁桥镇（平原地区）2点进行水稻覆膜旱作长期定位试验。墩头点试验采用裂区设计，主处理设：（1）覆膜旱作，不施氮；（2）覆膜旱作，施纯氮45 kg·hm-2；（3）覆膜旱作，施纯氮90 kg·hm-2；（4）覆膜旱作，施纯氮135 kg·hm-2；（5）覆膜旱作，施纯氮180 kg·hm-2；（6）裸地旱作，施纯氮135 kg·hm-2；（7）常规水作，施纯氮135 kg·hm-2。裂区设秸秆还田和不还田，重复3次。丁桥点试验也采用裂区设计，主处理为覆膜旱作条件下不同氮肥处理：（1）不施氮；（2）施纯氮45 kg·hm-2；（3）施纯氮90 kg·hm-2；（4）施纯氮135 kg·hm-2；（5）施纯氮180 kg·hm-2，裂区设秸秆还田和不还田，另外设常规水作(施纯氮135 kg·hm-2)和裸地旱作(施纯氮135 kg·hm-2)为对照，重复3次。采用常规分析和现代分子生物学技术相结合的方法对连续6年覆膜旱作稻田土壤物理、化学、生物学等性质的变化规律及水稻营养特性进行了分析，结果如下：1．连续覆膜旱作改变了稻田土壤团粒结构和pH值。与水作相比，覆膜旱作有利于土壤微团粒结构（小于5 mm）的形成，土壤pH值有升高趋势。与裸地旱作相比，覆膜旱作降低了大于5 mm的土壤团粒结构，增加了2-5 mm土壤团粒结构，土壤pH值有降低趋势。2．连续覆膜旱作对稻田土壤有机质和氮、磷、钾含量有明显影响。土壤有机质含量呈下降趋势，墩头点，覆膜旱作6年后土壤有机质比试验前降低了36．7％，丁桥点降低了51．4％。不同生育期土壤养分含量变化不同。与水作相比，墩头点，覆膜旱作稻田在全生育期（播前、拔节期、灌浆期、成熟期）土壤碱解氮和速效钾分别降低了5．3％-14．8％和13．2％-20．8％，土壤有效磷增加了5．1％-21．6％，有效硅增加了2．5％-9．1％；与裸地旱作相比，覆膜旱作使全生育期土壤碱解氮含量降低了2．4％-11．1％，有效磷降低了7．0％-12．7％，速效钾降低了1．6％-25．9％，有效硅差别不大。丁桥点，与水作相比，覆膜旱作使全生育期土壤碱解氮含量显著降低了8．7％-25．1％，有效磷显著增加了23．4％-114．4％，速效钾含量在各生育期变化不一致，而有效硅在灌浆期和成熟期显著降低了11．7％和7．6％。与裸地旱作相比，在播前和拔节期覆膜旱作土壤碱解氮含量显著低于裸地旱作，有效磷在全生育期降低了13．7％-47．3％，速效钾含量降低了5．0％-22．4％，有效硅显著降低了1．9％-7．6％。施氮肥对覆膜旱作稻田土壤有机质和氮、磷、钾含量有一定影响，墩头点，施纯氮135 kg·hm-2和180 kg·hm-2处理分别比不施氮肥有机质含量显著增加了11．8％和11．3％，在施纯氮45 kg·hm-2、90 kg·hm-2、135 kg·hm-2和180 kg·hm-2条件下碱解氮含量分别比不施氮肥显著增加了7．7％-22．5％，有效磷含量显著增加了6．6％-45．1％，速效钾含量差别不大。丁桥点，与不施氮肥相比，施氮肥对土壤有机质影响不大，随氮肥用量的增加，碱解氮含量逐渐增高，增加幅度为12．2％-29．2％，而有效磷和速效钾含量分别降低了27．1％-59．8％和6．3％-19．6％。3．覆膜旱作对稻田土壤全量及有效Fe、Mn、Cu、Zn含量有一定影响。从全量来看，与水作相比，覆膜旱作对稻田土壤全量Fe、Mn、Cu、Zn含量影响不大；与裸地旱作相比，覆膜旱作使2005年成熟期和2006年拔节期土壤全Fe含量显著增加了11．8％和7．7％，使2005年成熟期土壤全Mn含量增加了17．4％，但对全量Cu、Zn含量影响不大。从有效含量来看，与水作相比，覆膜旱作使全生育期土壤有效Fe、Mn含量分别显著降低了11．4％-15．1％和10．8％-33．5％，使有效Cu含量增加了1．6％-15．0％，而有效Zn含量在各生育期及年际间变化不一致。与裸地旱作相比，覆膜旱作处理显著增加了土壤有效Fe、Mn、Cu的含量，有效Zn含量在年际间变化不一致。4．覆膜旱作对稻田土壤酶活性有一定影响。与水作相比，覆膜旱作对土壤过氧化氢酶活性影响不大，使2006年灌浆期和成熟期脲酶活性显著增加了28．7％和45．6％，整个生育期蔗糖酶活性增加了14．2％-372．7％，使2005年成熟期、2006年灌浆期和成熟期碱性磷酸酶活性分别增加了60．0％、43．8％和51．1％；与裸地旱作相比，覆膜旱作对土壤过氧化氢酶影响不大，脲酶活性降低了14．1％-45．6％，蔗糖酶活性在2006年拔节和灌浆期显著增加了95．3％和57．7％，碱性磷酸酶活性在2005年成熟期、2006年灌浆期、成熟期分别增加了26．3％、31．3％和17．5％。与不施氮肥相比，施氮肥显著提高了覆膜旱作水稻成熟期土壤过氧化氢酶、脲酶、蔗糖酶、碱性磷酸酶活性，其中，以施纯氮135 kg·hm-2处理各种酶活性最高。5．覆膜旱作明显影响了土壤微生物量碳、氮、磷含量。与水作相比，在播前和成熟期，覆膜旱作降低了土壤微生物量碳，降低幅度为12．2％和8．2％；微生物量氮在播前有所降低，但在拔节和灌浆期显著增加，增加幅度为45．0％和35．4％；微生物量磷在全生育期显著增加了8．7％-186．8％；与裸地旱作相比，覆膜旱作有增加土壤微生物量碳、氮、磷的趋势。施氮肥增加了土壤微生物量碳、氮、磷含量，以施纯氮135 kg·hm-2处理微生物量碳、氮、磷含量最高，分别为243．2 mg·kg-1、37．5 mg·kg-1和15．0 mg·kg-1。6．由于覆膜旱作改变了土壤的生态环境，从而影响了土壤细菌的多样性。群落水平生理剖面（CLPP）分析表明，平均孔的颜色变化（AWCD）值随培养时间的延长呈S型曲线变化；与水作相比，在拔节期和灌浆期，覆膜旱作处理AWCD值在72 h培养后均显著高于水作（P＜0．05*），细菌碳源利用的主成分分析表明，两个生育时期，覆膜旱作和水作处理在主成分1上均有显著差异（P＜0．05*），而且覆膜旱作处理后Shannon丰富度和均匀度均显著高于水作处理（P＜0．05*），表明覆膜旱作较水作处理有更加多样的可培养的土壤细菌。与裸地旱作处理相比，拔节期，AWCD值在培养72 h后覆膜旱作显著高于裸地旱作，而且在主成分1上有显著差异，Shannon丰富度和均匀度均显著高于裸地旱作；灌浆期，两处理间各指标差别不显著，说明覆膜旱作和裸地旱作在拔节期可培养的细菌多样性差别较大，后期差别较小。变性梯度凝胶电泳（DGGE）分析表明，与水作和裸地旱作相比，覆膜旱作显著增加了土壤细菌微生物区系基因总条带数；DGGE指纹图谱的系统聚类分析结果表明，覆膜旱作与水作处理聚类距离较远，而与裸地旱作处理距离较近。因此，与水作相比，覆膜旱作有利于稻田总的细菌群落多样性的形成，与裸地旱作相比，两个处理间稻田土壤总的细菌群落多样性相似。7．由于连续覆膜旱作降低了稻田土壤肥力，可以通过秸秆还田等措施维持其地力。秸秆还田显著增加了稻田土壤有机质、碱解氮、有效磷和速效钾含量，墩头点分别增加了5．0％、9．9％、12．3％、61．5％，其中，覆膜旱作条件下施纯氮135 kg·hm-2配合秸秆还田土壤有机质和碱解氮含量与水作不还田相比差别不大，但有效磷和速效钾含量分别比水作不还田显著提高了33．9％和48．6％；丁桥点秸秆还田后土壤有机质、碱解氮、有效磷和速效钾含量分别显著增加了5．4％、15．3％、17．8％、12．9％，其中，覆膜旱作条件下施纯氮135 kg·hm-2配合秸秆还田土壤有机质和碱解氮含量与水作不还田相比差别不大，但有效磷和速效钾含量分别比水作不还田显著提高了44．1％和14．5％；秸秆还田也显著增加了成熟期土壤过氧化氢酶、脲酶、蔗糖酶、碱性磷酸酶活性，2005年分别增加了12．3％、35．3％、24．1％、25．0％，2006年分别增加了11．8％、28．3％、11．6％、50．0％，土壤微生物量碳、氮、磷含量也有不同程度提高。8．由于连续覆膜旱作明显改变了稻田土壤肥力，从而影响了水稻产量及植株对养分的吸收。连续7年覆膜旱作水稻产量结果表明，从2001年开始，水稻产量先增加后降低，以2003年产量最高，2004年开始下滑，到2007年又略有回升。以2006年为例，与水作相比，覆膜旱作使水稻穗粒数和结实率分别降低了6．6％和2．5％，因此，水稻产量比水作处理降低了5．0％。覆膜旱作使水稻成熟期地上部氮含量提高了6．O％，磷含量降低了9．6％，而钾含量差别不大；与裸地旱作相比，由于覆膜旱作主要提高了水稻有效穗和穗粒数，使得产量较裸地旱作显著增加了6．1％。覆膜旱作使水稻成熟期地上部氮、磷、钾含量比裸地旱作分别增加了24．8％、18．3％和4．3％；与不施氮肥相比，施氮肥显著增加了成熟期水稻地上部氮、磷、钾含量，均以施纯氮180 kg·hm-2处理最高，分别为1．286 g·株-1、0．227 g·株-1、1．810 g·株-1；随氮肥用量的增加，水稻地上部氮、磷、钾总量逐渐增加，但是施纯氮135 kg·hm-2和180 kg·hm-2处理间差别不显著；施氮肥也显著增加了覆膜旱作稻平均有效穗、穗粒数、结实率和千粒重，从而增加了水稻产量，其中以施纯氮135 kg·hm-2处理配合秸秆还田水稻产量最高，为7104 kg·hm-2；水稻产量（Y）与氮肥用量（X）之间呈显著正相关关系，可拟合为一元二次抛物线方程，秸秆还田处理条件下方程为：（?）=5390．2+20．216 X-0．0613 X2（R2=0．9869*），不还田条件下方程为：（?）=5212．2+15．287 X-0．0306 X2（R2=0．9869*）。施氮肥也增加了水稻氮收获指数、氮肥表观利用率，而氮肥农学利用率显著下降，其中，以施纯氮135 kg·hm-2处理配合秸秆还田氮收获指数、氮肥表观利用率最高，氮肥农学利用率相对较高，分别为0．626、49．6％、12．6 kggrain·kg-1。秸秆还田有利于覆膜旱作稻地上部养分含量、产量和氮肥利用率的全面提高。9．覆膜旱作明显影响了水稻地上部微量元素Fe、Mn、Cu、Zn含量。与水作相比，覆膜旱作降低了水稻茎、穗轴、壳、糙米及地上部总铁含量，降低幅度分别为9．1％、29．1％、46．2％、25．0％和9．5％，达到显著水平；覆膜旱作使茎、壳、糙米及地上部总锰含量显著降低了6．5％、74．2％、32．9％和10．3％，使茎中铜含量和地上部总铜含量增加了100．1％和15．0％，使穗轴和糙米中铜含量降低了25．8％和20．8％，使壳和糙米中锌含量降低了59．5％和7．9％，但地上部总锌含量差别不大。与裸地旱作相比，覆膜旱作对水稻不同器官Fe、Mn、Cu、Zn含量影响不同，但是显著提高了水稻地上部Fe、Mn、Cu、Zn总吸收量，提高幅度分别为28．0％、35．0％、35．2％和15．8％，而糙米中铁、锰、铜、锌含量差别不大。综上所述，连续覆膜旱作会导致土壤肥力降低，生产上可以通过合理施肥，如施用氮肥、钾肥以及稻草秸秆还田等措施培肥土壤，以保持该生态系统的健康持续发展。此外，覆膜旱作稻也应注意微量元素肥料的施用，以保证水稻能够正常生长并获得较高的产量和良好的品质。
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- [2].不同栽培方式和稻草还田对土壤重金属含量及有效性的影响[J]. 浙江农业科学 2013(12)
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