稻虾系统中土壤氮素动态特征与转化规律研究

摘要

如何将有限的水土资源有效利用，在粮食供给得以保障的前提下，降低农业生产对资源环境的负面影响，是当今全球各农业大国面临的重大挑战。稻虾共作通过稻田养殖小龙虾，能充分利用稻田光、热、水及生物资源，将水稻种植和小龙虾饲养有机结合起来，具有农田减排和农民增收的双重效应，社会、经济和生态效益显著，应用前景广阔。
　　本试验通过室内养虾试验和田间秸秆还田投食试验，研究投食和秸秆还田对水稻和小龙虾生长及稻田土壤氮素动态变化的影响，为稻虾共作氮肥运筹提供理论依据和技术支撑。(1)室内养虾试验于2016年4月-2016年7月在华中农业大学水产学院实习基地(114°29′E，30°28′N)以克氏原螯虾为研究对象，通过设置不同含氮量的饲料:玉米(9.86mg/g)、花生（17.34mg/g）、复合饲料(22.22mg/g)、大豆（37.98mg/g）、不投食(CK)五个处理，研究饲料对小龙虾生长动态的影响，明确小龙虾对饲料中的氮的同化量和排泄量的差异性和相关性;(2)秸秆还田与投食试验于2016年和2017年在湖北省潜江市后湖管理区华中农业大学稻虾试验基地(112°71′E，30°39′N)，以水稻泰优390和克氏原螯虾为供试材料，设置秸秆还田投食(S+F)、秸秆还田不投食(S+NF)、秸秆不还田投食(NS+F)、秸秆不还田不投食(NS+NF)、水稻单作秸秆还田(CK+S)、水稻单作秸秆不还田(CK+NS)6个不同处理，每个处理设置3个重复，研究稻田氮素转化的动态特征，明确秸秆还田和投食双因素影响下，不同处理对稻虾系统水稻产量及构成因子、小龙虾产量、土壤理化性质、氮素动态特征以及氮素利用效率的影响。主要结果如下:
　　(1)投喂不同饲料对小龙虾生长动态、饲料摄取与同化的影响研究表明，投食显著增加了小龙虾的体重、头胸甲长和头胸甲宽。不同处理间，放养前和收获后小龙虾体重的差异表现为:投喂复合饲料＞投喂大豆＞投喂花生＞投喂玉米＞不投食，差异显著;体长的差异表现为:投喂复合饲料＞投喂大豆＞投喂花生＞投喂玉米＞不投食;小龙虾头胸甲长和头胸甲宽在不同处理间没有显著影响。投喂复合饲料可以使小龙虾的同化量氮达到最大值，不同处理同化量氮大小表现为:投喂复合饲料(337.18mg)＞投喂玉米(299.39mg)＞投喂大豆(294.11mg)＞投喂花生(216.26mg)＞不投食(66.65mg);粪便中氮总累计量的大小表现为:投喂复合饲料＞投喂玉米＞投喂大豆＞投喂花生＞不投食;小龙虾对饲料氮的利用率差异显著，具体为:投喂玉米＞投喂复合饲料＞投喂花生＞投喂大豆。投喂复合饲料不仅有利于小龙虾的生长，还可以提高饲料中氮的利用率，取食复合饲料的小龙虾排放的粪便中氮总累计量高，进入稻田中可以达到氮肥补偿和减肥增效的目的。
　　(2)秸秆还田与投食对产量的影响研究表明，稻田养虾对水稻产量比较结果为:NS+F＞S+F＞NS+NF＞S+NF，投食对产量有一定的正效应，秸秆还田对产量的影响不显著，投食能显著增加水稻的产量、有效穗数、结实率和每穗粒数，但对千粒重的影响不显著。稻虾系统中不同处理对小龙虾产量影响结果表现为:S+F＞NS+F＞S+NF＞NS+NF，投食显著增加了小龙虾的产量，秸秆还田对小龙虾的产量没有显著影响。
　　(3)秸秆还田与投食对土壤氮素的影响研究表明，土壤总氮含量相对稳定，在整个水稻生育期不同处理间、周年间没有显著差异，但总氮含量在S+F处理中最高，于收获期达到了2.0338g/kg，与CK+S相比，增加了18.8％，稻虾系统中投食会增加土壤总氮含量;土壤铵态氮、碱解氮含量在水稻整个生育期的变化趋势较一致，均表现为先升高后降低的趋势，同一生育期不同处理之间，NS+F处理中的铵态氮含量显著高于其他处理，稻田养虾增加了土壤铵态氮和碱解氮的含量;稻虾系统中土壤硝态氮含量在整个生育期内表现为先降低后升高的趋势，与CK相比，硝态氮含量偏低，稻田养虾降低了土壤硝态氮含量。
　　(4)秸秆还田与投食对氮素利用的影响研究表明，稻田养虾增加了氮肥偏生产力，同时也增加了氮收获指数和谷物收获指数。在稻虾系统中，不同处理之间氮肥偏生产力的大小表现为:NS+F＞S+F＞NS+NF＞S+NF，稻虾系统中投食提高了氮肥偏生产力，秸秆不还田也会提高氮肥偏生产力;在氮素利用效率方面，不同处理之间表现为:S+NF＞NS+F＞NS+NF＞S+F，稻谷收获指数大小表现为:S+F＞S+NF＞NS+NF＞NS+F，表明S+F处理虽然会增加稻谷收获指数，可以达到增产的目的，同时会造成氮素利用效率偏低，导致氮肥流失和浪费，也会造成环境污染，因此在稻虾田中应合理秸秆还田和适当投喂饲料。
　　(5)秸秆还田与投食对稻虾系统中氮平衡的影响研究表明，在四个不同处理中，氮素累计输出量和氮素输出/投入比值大小均表现为:S+F＞NS+F＞S+NF＞NS+NF，S+F处理更有利于稻虾系统中投入的氮素流入到水稻籽粒和小龙虾体内。在稻虾系统中，氮素转化率偏低，处于21.2％-58.7％之间，大部分氮素流失到了环境中，造成了资源的浪费。

目录

论文说明

声明

摘要

缩略语表

1 前言

1．1 研究背景

1．2 国内外研究进展

1．2．1 稻田综合种养的发展

1．2．2 稻田氮素循环研究

1．2．3 复合种养稻田氮素循环研究

1．3 研究目的

1．4 研究内容

1．5 技术路线

2 材料与方法

2．1 室内养虾试验

2．1．1 试验地概况

2．1．2 试验材料

2．1．4 日常管理

2．1．5 取样与测定指标

2．2 秸秆还田投食试验

2．2．1 试验地概况

2．2．2 试验材料

2．2．3 试验设计

2．2．4 田间管理

2．2．5 田间取样及测定指标

2．3 指标测定与方法

2．3．1 干物质积累量、产量及构成因子

2．3．2 土壤理化性质

2．3．3 不同生育期土壤氮素含量

2．3．4 水稻不同器官总氮含量

2．3．5 稻虾田中氮素利用率的计算

2．4 数据处理与分析

3 结果与分析

3．1 投喂不同饲料对小龙虾生长动态的影响

3．1．1 投喂不同饲料对小龙虾体重、体长的影响

3．1．2 投喂不同饲料对小龙虾头胸甲长、头胸甲宽的影响

3．1．3 投喂不同饲料对小龙虾外观变化的影响

3．2 投喂不同饲料对小龙虾氮吸收的影响

3．3 秸秆还田与投食对水稻和小龙虾产量的影响

3．3．1 秸秆还田与投食对水稻产量的影响

3．3．2 秸秆还田与投食对小龙虾产量的影响

3．4 秸秆还田与投食对土壤理化性质的影响

3．4．1 秸秆还田与投食对土壤pH的影响

3．4．2 秸秆还田与投食对土壤氧化还原电位的影响

3．5 秸秆还田与投食对土壤氮素含量的影响

3．5．1 秸秆还田与投食对土壤铵态氮的影响

3．5．2 秸秆还田与投食对土壤硝态氮的影响

3．5．3 秸秆还田与投食对土壤碱解氮的影响

3．5．4 秸秆还田与投食对土壤全氮的影响

3．6 秸秆还田与投食对水稻植株氮吸收与利用的影响

3．6．1 秸秆还田与投食对水稻植株不同器官氮含量的影响

3．6．2 秸秆还田与投食对水稻植株氮素利用率的影响

3．7 稻虾系统中氮平衡研究

4 讨论与展望

4．1 秸秆还田与投食对水稻与小龙虾产量的影响

4．2 秸秆还田与投食对稻虾系统中土壤理化性质的影响

4．3 秸秆还田与投食对稻虾系统氮素利用与循环的影响

4．4 秸秆还田与投食对稻虾系统氮肥调控的影响

5 结论

参考文献

致谢