秸秆还田、高效肥料、节水减氮是我国农业绿色发展主推技术,高产低排放品种是减少稻田CH4排放重要方向.为明确秸秆还田下氮肥减量及节水灌溉集成技术对不同品种水稻田CH4排放的影响,本研究以双季稻为对象,采用随机区组的裂区试验设计,设置施用尿素+间歇灌溉(U)、尿素减量20％+秸秆还田+间歇灌溉(US+S)、控释尿素减量20％+秸秆还田+间歇灌溉(CRUS+S)、尿素减量20％+秸秆还田+节水灌溉(US+S+SWD)共4个主区因素,常规稻和杂交稻作为2个副区因素,利用静态箱-气相色谱法监测双季稻生育期内CH4排放规律及减排效果.结果表明,碳投入、氮投入、灌溉量和分蘖数是影响双季稻CH4排放的主要因素.秸秆还田可补充氮肥20％减量的养分,并显著促进常规稻和杂交稻CH4的排放,其中常规稻增排60.0％～107.8％,杂交稻增排99.8％～107.8％,这主要归结于秸秆还田带来大量碳源.秸秆还田搭配控释尿素并不能减少CH4排放,较US+S增排1.8％～9.7％(除常规晚稻外).节水灌溉能显著控制秸秆还田下CH4排放的大量增长,相比US+S,US+S+SWD处理显著降低了CH4排放15.9％～23.1％.各处理间产量无显著差异,表明秸秆还田下氮肥减量及节水灌溉可以达到稳产作用.杂交稻CH4排放量及产量略高于常规稻,但不存在显著差异.总体而言,秸秆还田显著提高CH4排放量,控释尿素和减量施氮无明显减排效果,节水灌溉能有效降低秸秆还田下单位产量的CH4排放强度.未来随着稻田秸秆还田比例增加,优化水分管理以促进秸秆好氧分解将成为CH4减排的关键.

[目的]明确广东省稻水象甲Lissorhoptrus orvzophitus生活史、越冬生境、发生规律及寄主植物和天敌种类,为这一害虫的科学防治提供指导.[方法]2019年3月-2021年4月通过实地调查、室内笼罩饲养观察和卵巢解剖研究稻水象甲在广东的生活史和越冬生境;通过对稻水象甲成虫中肠内容物进行分子检测探明其越冬过渡寄主植物;利用特征序列扩增区(sequence characterized amplified region,SCAR)标记技术明确稻水象甲的主要天敌种类.[结果]2019年3月-2021年4月稻水象甲在广东双季稻区一年发生2代,具有越冬和越夏习性.广东稻水象甲经历一个完整世代需要(140.86±1.05)d,幼虫历期为20 d左右.广东稻水象甲以成虫越冬,越冬生境模式为稻田-过渡带(草地)-沼泽地(水草丰盛),且越冬期稻水象甲成虫卵巢存在滞育现象,发育等级I级.稻水象甲成虫中肠内容物分子检测发现,其越冬期主要的过渡寄主植物为再生稻及李氏禾Leersia hexandra.基于SCAR的PCR结果表明,游猎型蜘蛛沟渠豹蛛Pardosa laura为稻水象甲的主要天敌.[结论]稻水象甲在广东一年发生2个世代,主要于沼泽地中越冬,李氏禾和再生稻为其越冬期的主要过渡寄主,越冬地的主要天敌为沟渠豹蛛.这些发现对广东地区稻水象甲疫情精准防控具有理论指导意义.

研究不同施肥措施对双季稻田甲烷(CH4)排放特征的影响及其微生物学机理,对合理利用及评价不同施肥模式对水稻生长的影响具有重要意义.以长期施肥定位试验田为平台,采用静态箱-气相色谱法对施用化肥(MF:mineral fertilizer alone)、秸秆还田配施化肥(RF:rice residues plus mineral fertilizer)、30％有机肥配施70％化肥(LOM:30％ organic matter plus 70％ mineral fertilizer)、60％有机肥配施40％化肥(HOM:60％ organic matter plus 40％ mineral fertilizer)和无肥(CK:without fertilizer)条件下双季稻田CH4排放及其微生物学机理进行了分析.结果表明,早稻和晚稻生长期,不同施肥处理稻田CH4排放通量均显著高于CK,表现为HOM＞LOM＞RF＞MF＞CK.各处理间CH4总排放量差异达显著水平,其大小顺序与排放通量趋势一致,以HOM处理为最高,比CK处理增加105.56％,其次是LOM和RF处理,分别比CK处理增加72.97％和54.17％.关键功能土壤微生物测定结果表明,早稻和晚稻各个主要生育时期,各处理稻田土壤产甲烷古菌的数量变化范围为(3.18-81.07)×103 cfu/g,土壤甲烷氧化细菌的数量变化范围为(24.82-379.72)×103 cfu/g.稻田土壤产甲烷古菌和甲烷氧化细菌数量大小顺序为HOM＞LOM＞RF＞MF＞CK,各施肥处理均显著高于CK;HOM、LOM、RF处理显著高于MF、CK处理.双季稻田CH4排放与稻田土壤产甲烷古菌、甲烷氧化细菌数量变化关系密切.采用有机无机肥配施促进了双季稻田生态系统CH4的排放和关键功能微生物的数量.

设置了冬闲-双季稻、紫云英-双季稻、油菜-双季稻、大蒜-双季稻,马铃薯、紫云英、油菜轮作接茬双季稻5个处理,通过3年(2013-2015)大田试验,系统研究了双季稻田冬季复种对产量和土壤有机碳、活性有机碳及碳库管理指数等的影响.结果表明:冬种作物早稻产量均高于对照,晚稻产量除冬种油菜有所降低外,其他各冬作处理均高于对照.各冬种处理土壤总有机碳、活性有机碳、可溶性有机碳、微生物量碳含量和碳库指数较冬闲处理均有显著提高.土壤碳库管理指数除了冬季作物轮种处理外,其他冬种处理较冬闲处理均有显著提高.土壤总有机碳与活性有机碳和微生物量碳之间呈极显著相关,与可溶性有机碳和碳库管理指数存在显著相关,碳库活度和碳库活度指数各冬种处理也有所提高,但影响不显著.

微生物群落功能多样性是土壤质量变化重要的指标,不同作物类型的秸秆还田措施对土壤微生物群落功能多样性具有明显的影响.以位于双季稻主产区不同冬季覆盖作物-双季稻种植模式大田定位试验田为研究对象,以冬闲-双季稻种植模式为对照(CK),应用Biolog-GN技术开展黑麦草-双季稻(Ry)、紫云英-双季稻(Mv)、油菜-双季稻(Ra)和马铃薯-双季稻(Po)种植模式条件下不同冬季覆盖作物秸秆还田后对双季稻田根际土壤微生物功能多样性影响的研究.研究结果表明,早稻和晚稻成熟期,与CK处理相比,冬季覆盖作物秸秆还田处理增加了稻田土壤碳源平均颜色变化率(AWCD),以Po处理AWCD均为最高,均显著高于Ry和CK处理.不同冬季覆盖作物秸秆还田处理土壤微生物代谢多样性指数表现出明显的差异,早稻成熟期,Po处理的Richness、Shannon和McIntosh指数均为最高,其次为Ry、Mv和Ra处理,CK处理最低;晚稻成熟期,各处理的Richness、Shannon和McIntosh指数大小顺序均表现为Po＞Ra＞Mv＞Ry＞CK.土壤微生物碳源利用的主成分分析结果表明,各冬季覆盖作物秸秆还田处理根际土壤微生物利用的主要碳源为氨基酸类和糖类物质,不同处理间碳源利用类型有差异.冬季覆盖作物秸秆还田措施有利于提高双季稻田根际土壤微生物对碳源的利用能力、物种丰富度和均匀度.

大量施用氮肥引起的土壤氮素淋失是稻田氮素损失的一个重要途径.为探究自然降雨过程中典型双季稻田氮渗漏淋失特点,采用田间渗漏池法,通过大田小区试验,研究控释尿素减施对稻田土壤60 cm深处渗漏水中氮淋失和水稻产量的影响.结果表明:施肥初期出现氮渗漏淋失峰值,这是防控的关键时期;双季稻生长季控释尿素减氮20％(0.8CRU)和减氮30％(0.7CRU)处理全氮淋失量分别为42.3和37.7 kg hm-2,均显著低于常规尿素(CU)处理(53.9 kg·hm-2),且0.7CRU处理显著低于等氮量控释尿素(1.OCRU)处理(51.3 kg·hm-2);各施氮处理全氮渗漏淋失率为11.9％～ 13.5％,处理间差异不显著.0.8CRU和0.7CRU处理较CU处理明显提高了水稻产量和氮肥吸收利用率,显著增加了氮收获指数.总之,控释尿素减氮20％ ～30％能保证水稻产量和防控稻田氮渗漏淋失.

揭示长期不同施肥制度对稻田土壤微生物的影响,为农田优化施肥和耕作制度提供理论依据.采用Illumina MiSeq高通量测序平台和荧光定量PCR技术,研究湖南省双季稻区连续8年不施肥(CK)以及冬种紫云英不还田条件下3种氮肥水平(N0、N100、N200)对紫云英盛花期土壤微生物群落数量和结构的影响.结果表明,与CK相比,冬种紫云英不还田配施氮肥显著降低土壤pH、硝态氮及土壤碳氮比(C/N),显著提高稻田土壤全氮、有机质和铵态氮含量.稻田土壤微生物数量在1.66× 108～1.23× 1010拷贝数·g-1干土,施肥均增加16S rDNA基因丰度,N0、N100、N200三种施肥水平处理的16S rDNA基因拷贝数分别是CK的1.0、74.4、32.6倍.3种氮肥水平处理的多样性指数(香农指数与辛普森指数)以及物种丰富度指数(Ace与Chao1)均高于CK,其中多样性指数最高的是N200,物种丰富度最高的是N100.不同样品16S rDNA的门水平分类的3个主要类群是变形菌门(Proteobacteria)、绿弯菌门(Chloroflexi)和硝化螺旋菌门(Nitrospirae),分别占总OTU比例的33％～44.4％、17％ ～22.3％和9％ ～ 10％;N0、N100和N200土壤样品中变形菌门(Proteobacteria)和硝化螺旋菌门(Nitrospirae)的相对丰度均低于CK,而N0、N100和N200土壤样品中绿弯菌门(Chloroflexi)的相对丰度分别是CK的1.2、1.3和1.2倍.相关性分析表明,细菌16SrDNA基因拷贝数与土壤有机质、土壤总氮和铵态氮含量显著相关;土壤细菌菌群与多数土壤化学指标间存在密切的相关性.综上,冬种紫云英不还田施氮肥显著增加水稻产量和紫云英盛花期土壤微生物数量,改变土壤微生物菌群结构,改善了土壤化学性质,对湖南双季稻区科学合理种植绿肥具有指导意义.

为探讨鄱阳湖流域不同施肥措施的土壤基础地力变化规律,基于长期施肥定位试验(始于1981年),采集定位30年时的不施肥(CK)、施用氮磷钾肥(NPK)和氮磷钾肥与有机肥配施(NPKM)土壤,于2012-2014年进行连续3年的施肥和不施肥试验,分析水稻产量和土壤基础地力贡献率的差异及关键影响因子.结果表明:不论施肥与否,3年的水稻产量均表现出NPKM处理显著高于NPK和CK处理,尤其是在不施肥条件下,NPKM处理的年产量分别比CK和NPK处理增加37.7％～ 143.9％和20.8％ ～66.7％.3年间,CK、NPK和NPKM处理的土壤基础地力贡献率分别为41.8％～53.1％、45.2％ ～ 62.6％和59.1％～88.1％,且NPKM处理的土壤基础地力贡献率均显著高于NPK和CK处理.进一步分析发现,土壤有机质和有机碳平衡量与土壤基础地力贡献率呈显著正相关.总之,在鄱阳湖流域的双季稻田,长期有机无机肥配施有利于该地区土壤基础地力的提升,且土壤有机质和有机碳平衡是土壤基础地力变化的关键因子.

稻田生态系统是重要的N2O排放源,氮肥施用是促进稻田N2O排放的主要影响因素之一.研究合理的氮肥管理措施对减少稻田N2O排放和维持水稻高产具有重要意义.本研究以湖南典型红壤双季稻田系统为对象,以常规施氮(CF,早、晚稻施氮量均为150kg N·hm-2)为对照,在氮肥深施条件下,设置3个减氮水平(分别减氮30％、23％和16％),研究氮肥减量深施对双季稻产量及N2O排放的影响,连续2年的田间试验.结果表明:通过化肥点状深施到土表下约7 cm,减少30％氮肥用量可以显著提高双季稻有效穗数和实粒数,使双季稻平均增产5％;氮肥减量深施可显著降低双季稻田的N2O排放;减氮30％处理的早、晚稻季N2O累积排放量较CF处理降低了57％和72％;氮肥减量深施还影响双季稻田N2O排放模式;CF处理的N2O排放峰值出现在分蘖期,而氮肥减量深施处理除在双季稻返青期和成熟期略有N2O排放,其余生育期间几乎无N2O排放.通过氮肥深施,适当减少氮肥施用量可以维持双季稻产量稳定和降低双季稻田N2O排放.

2017年和2018年在处于湘桂走廊的广西兴安县设置田间小区试验,研究了单、双季稻混栽稻田中水稻“两迁”害虫及其天敌的种群动态.结果 表明,早稻上稻纵卷叶螟Cnaphalocrocis medinalis Guenée基本为迁入型,中稻上为迁入+本地繁殖型或迁出型,晚稻上为迁出型.稻纵卷叶螟的落卵量在5月底至6月下旬为全年高峰,集中在早稻拔节期至孕穗期;这导致早稻田6月下旬至7月初卷叶发生严重.鉴定到稻纵卷叶螟寄生性天敌11种,其中幼虫寄生主要发生在早稻和中稻前期.稻飞虱种群数量在早稻和中稻田较高,早中稻上以白背飞虱Sogatella furcifera Horváth为主,晚稻上以褐飞虱Nilaparvata lugens St(a)l为主.捕食性天敌种群数量在水稻生育期的中后期较高,前期较低;晚稻田的蛛虱比高达1.4-6.3.这些结果表明,单、双季稻混栽时,早稻和中稻上“两迁”害虫发生为害较重,晚稻上较轻;这与水稻生产季节前期迁入的“两迁”害虫数量高有关,也与生产季节中后期天敌的控害作用增强有关.