麦秸还田和不同水氮管理对水稻产量、土壤肥力和碳库的影响

摘要

我国是耕地和水资源十分紧缺的人口大国。水稻是我国最重要的粮食作物之一，种植面积大、单位产量高，水分和氮肥消耗量巨大。麦稻两熟是我国长江流域重要的稻田耕作制度，水稻栽插期间季节紧张、麦秆还田任务重压力大，处理不当可对水稻生长产生不利的影响。研究麦秸还田和不同水、氮管理对水稻产量以及土壤肥力状况的影响，对于实现麦稻两熟持续高产稳产具有很大的理论和实际意义。本论文通过在江苏省南京市江宁区青龙村进行的田间试验，重点研究了3种灌溉方式（Y:淹水灌溉;Q:浅湿调控灌溉;C:常规灌溉），3种施氮水平(D:180kg·hm-2;Z:225kg·hm-2;G:270kg·hm-2)，以及小麦秸秆全量还田对水稻产量、土壤肥力和土壤碳库的影响特点。主要研究结果如下:
　　1)对比麦秸还田和不还田处理，在分蘖前期麦秸还田处理的茎蘖量和株高低于麦秸不还田处理，而分蘖后期麦秸还田处理又反超麦秸不还田处理，各处理间差异不显著;麦秸还田可以提高水稻SPAD值，但是这种提高从抽穗期才逐渐显现出来;麦秸还田对水稻有效穗，每穗粒数，结实率无显著影响，但可以有效提高千粒重和产量，两年平均产量增幅为4.7％。麦秸还田处理中，在同一施氮水平下，浅湿调控灌溉处理下水稻茎蘖量较淹水和常规淹水灌溉有所下降，但无显著差异;浅湿调控灌溉处理有利于降低水稻株高，较淹水灌溉平均降低3.47cm，降幅为3.74％，较常规灌溉平均降低2.20cm，降幅为2.4％;浅湿调控灌溉处理有利于提高水稻SPAD值，从而提高水稻光合作用。在同一灌溉措施下，茎蘖量随施氮量的降低而减少，但过量的施氮条件下，总茎蘖量不升反降;施氮水平对水稻株高和SPAD值影响不明显。灌溉措施和施氮水平对水稻的每穗总粒数、结实率等均无显著影响，但浅湿调控灌溉和适当增施氮肥可以提高水稻的有效穗数和千粒重，从而提高水稻产量，较淹水灌溉产量平均增幅为8.8％，较常规灌溉产量平均增幅为7.65％。当施氮量为225kg·hm-2，浅湿调控灌溉处理下的SPAD值、有效穗数和千粒重均高于其他处理。
　　2)对比麦秸还田和不还田处理，麦秸还田可以有效提高土壤养分含量，包括有机质SOM、全氮TN、有效钾AK、NH4+-N、NO3--N，分别增加了10％，15.4％，2.6％，7.3％，3.6％，同时还可以有效提高土壤蔗糖酶活性，但是会降低土壤脲酶活性，而对过氧化氢酶活性无显著影响。麦秸还田处理中，在同一施氨水平下，浅湿调控灌溉处理可以有效的提高土壤有机质SOM、全氮TN、有效钾AK，以及NH4+-N、NO3--N的含量，同时也可以显著提高土壤蔗糖酶活性，而对脲酶活性的降低不显著，对土壤过氧化氢酶活性影响不显著。同一灌溉措施下，土壤养分随着施氮量水平的提高而增加，过高的施氮量反而造成土壤养分的降低，但是差异并不显著，这可能是因为施氮量梯度设置的过小，随着施氮量的增加土壤中NH4+-N、NO3--N含量也会呈现升高趋势，但是当高于225 kg· hm-2时，适当增加施氮量并不能有效提高NH4+-N、NO3--N含量。土壤的养分状况影响着土壤的酶活性，而土壤酶活性的高低又反过来影响着土壤的养分状况，它们相互作用，相互影响，最终影响着水稻的产量状况。
　　3)对比麦秸还田和不还田处理，麦秸还田可以有效提高土壤有机碳、土壤水溶性有机碳以及土壤易氧化有机碳含量，平均增幅为8.5％,20％，7.73％。土壤有机碳含量受灌溉措施和施氮量共同影响，适当的水分胁迫有利于提高土壤有机碳含量，而适当提高施氮量也可以显著提高土壤有机碳含量。灌溉方式对土壤水溶性有机碳和易氧化有机碳含量影响较大，降低施氮量水平会显著降低土壤水溶性有机碳和易氧化有机碳含量，而过高的施氮量水平，不仅不能有效提高土壤水溶性有机碳和易氧化有机碳含量，还有可能还会降低土壤水溶性有机碳和易氧化有机碳含量。当施氮量为225kg·hm-2时，浅湿调控灌溉处理的土壤有机碳和各活性碳含量最高。

目录

声明

摘要

第一章 引言

1．1 研究背景与课题来源

1．1．1 我国秸秆处理面临的难题

1．1．2 我国水资源短缺对农业的影响

1．1．3 我国稻田氮肥使用存在问题

1．1．4 课题来源

1．2 秸秆还田研究进展

1．2．1 秸秆还田技术研究

1．2．2 秸秆还田效应研究

1．3 水稻节水灌溉技术研究进展

1．4 水氮管理对水稻综合影响研究进展

1．4．1 水稻水氮互作效应的研究进展

1．4．2 水氮互作对水稻生长生理的影响

1．5 研究目的和意义

1．6 研究内容

1．6．1 麦秸还田和不同水氮管理对水稻生长动态及产量构成因素的影响

1．6．2 麦秸还田和不同水氮管理对土壤肥力和酶活性的影响

1．6．3 麦秸还田和不同水氮管理对土壤碳库的影响

1．7 技术路线

第二章 材料与方法

2．1 田间试验区概况

2．2 试验材料

2．3 试验设计与实施

2．3．1 试验设计

2．3．2 水分及田间管理

2．3．3 水稻栽培其他管理

2．4 取样与分析

2．4．1 水稻生长及产量指标测定

2．4．2 土壤养分指标测定

2．4．3 土壤酶活性指标测定

2．4．4 土壤总有机碳及活性有机碳组分的测定

2．5 数据分析

第三章 麦秆还田和不同水氮管理对水稻生长动态及产量构成要素的影响

3．1 麦秸还田和不同水氮管理对水稻茎蘖动态变化的影响

3．2 麦秸还田和不同水氮管理对水稻株高动态变化的影响

3．3 麦秸还田和不同水氮管理对水稻叶绿素相对含量的影响

3．4 麦秸还田和不同水氮管理对水稻产量及其构成因素的影响

3．5 讨论

3．6 小结

第四章 麦秸还田和不同水氮管理对稻田土壤养分及酶活性的影响

4．1 麦秸还田和不同水氮管理对稻田土壤养分的影响

4．2 麦秸还田和不同水氮管理对土壤NH4+-N、NO3--N含量的影响

4．3 麦秸还田和不同水氮管理对土壤酶活性的影响

4．3．1 麦秸还田和不同水氮管理对土壤蔗糖酶活性的影响

4．3．2 麦秸还田和不同水氮管理对土壤过氧化氢酶活性的影响

4．3．3 麦秸还田和不同水氮管理对土壤脲酶活性的影响

4．4 水稻产量与土壤养分、NH4+-N、NO3--N以及土壤酶活性的相关性分析

4．5 讨论

4．6 小结

第五章 麦秸还田和不同水氮管理对稻田土壤碳库的影响

5．1 麦秸还田和不同水氮管理对稻田土壤总有机碳的影响

5．2 麦秸还田和不同水氮管理对稻田土壤水溶性有机碳的影响

5．3 麦秸还田和不同水氮管理对稻田土壤易氧化有机碳的影响

5．4 讨论

5．5 小结

第六章 全文结论与研究展望

6．1 全文结论

6．2 创新点

6．3 存在问题及展望

参考文献

致谢

附录：在校期间发表的论文