發(fā)布時(shí)間：2020-07-31 15:05

【摘要】：“水稻(Oryza sativa L.)-豆科綠肥”輪作體系綠肥生態(tài)服務(wù)功能的發(fā)揮,對我國稻田減肥增效和地力提升等至關(guān)重要。本研究以“水稻-紫云英(Astragalus sinicus L.)”輪作為研究對象,利用定位試驗(yàn)評估了稻田種植翻壓紫云英及其與稻草聯(lián)合還田的化肥減施效應(yīng);結(jié)合~(15)N自然豐度法,研究了不同有機(jī)物料投入與化肥配施對紫云英生物固氮的調(diào)控作用;采用高通量測序和定量PCR技術(shù)對固氮功能基因(nifH)進(jìn)行測定,探索了紫云英盛花期土壤固氮微生物群落特征及其對外源碳、氮投入的響應(yīng)規(guī)律。主要結(jié)果如下:(1)種植翻壓紫云英基礎(chǔ)上水稻減肥效應(yīng)因種植體系而異。與“水稻-冬休閑”常規(guī)全量施肥(F_(100))相比,在種植翻壓紫云英基礎(chǔ)上,早稻減肥20%~40%可保證水稻穩(wěn)產(chǎn)增產(chǎn)及氮磷鉀養(yǎng)分吸收,晚稻減肥不宜超過20%。減肥20%或40%條件下,早稻產(chǎn)量隨紫云英翻壓量增加而增加,且以翻壓30.0~37.5 t ha~(-1)鮮草最佳;晚稻較F_(100)有不同程度減產(chǎn)。(2)紫云英(Mv)與稻草(Rs)聯(lián)合還田有利于水稻穩(wěn)產(chǎn)增產(chǎn)和土壤肥力維持。二者聯(lián)合還田并減肥20%(常規(guī)還田F_(80)RsMv或晚稻高留茬還田F_(80)RhMv),雙季稻能夠穩(wěn)產(chǎn)(后者晚稻降低5%除外),但單獨(dú)還田并減肥時(shí),早稻F_(80)Rs和晚稻F_(80)Mv處理較F_(100)分別減產(chǎn)5.5%和5.1%。F_(80)RsMv早稻和晚稻成熟期吸氮量較F_(100)明顯增加了8%~14%和30%~53%。F_(80)RhMv較F_(80)RsMv水稻產(chǎn)量及氮和鉀吸收量有所降低,但二者氮磷鉀肥料利用率較F_(100)分別提高了0.6~1.7、8.0~11.6、4.4~6.4個(gè)百分點(diǎn)。同時(shí),Mv與Rs聯(lián)合還田有利于維持土壤有機(jī)質(zhì)、全氮、有效氮含量。(3)外源有機(jī)物料投入及其與化肥配施明顯影響紫云英生物固氮。各處理紫云英盛花期鮮草產(chǎn)量為9.0~24.8 t ha~(-1),體內(nèi)氮素59%~85%來源于生物固氮,固氮總量為24~55 kg ha~(-1)。稻草常規(guī)還田(FRs)和高留茬(FRh)處理生物固氮比例為59%~68%,明顯低于對照(85%),但FRh處理固氮總量較高。添加稻草后增施氮肥處理生物固氮比例和固氮量均降低,但添加葡萄糖處理后不同氮水平之間差異較小,表明紫云英生物固氮對施氮的響應(yīng)因碳源有效性不同而異。(4)種植翻壓紫云英基礎(chǔ)上,水稻秸稈還田和化肥施用能夠改善紫云英季土壤固氮微生物群落豐度和結(jié)構(gòu)。秸稈單獨(dú)還田降低了固氮微生物nifH基因拷貝數(shù)和優(yōu)勢功能菌屬的相對豐度,但與化肥配施后,nifH基因拷貝數(shù)、固氮微生物多樣性和主要功能菌屬相對豐度都能處于較高水平。(5)土壤固氮微生物對不同碳源(稻草Rs、葡萄糖Glc)投入的響應(yīng)存在明顯差異。兩種土壤(pH=5.93和7.92)上添加Rs后增加氮素供應(yīng)較Rs單獨(dú)處理明顯降低紫云英盛花期土壤nifH基因拷貝數(shù),而等C量添加Glc后氮素供應(yīng)影響較小,但α-多樣性顯著降低;土壤固氮微生物群落結(jié)構(gòu)因碳源不同而異,受供氮影響不大,表明氮素供應(yīng)對土壤固氮微生物群落結(jié)構(gòu)的影響受碳源有效性調(diào)控。添加Glc處理慢生根瘤菌相對豐度(16.0%~25.9%)較添加Rs處理(19.5%~38.2%)有所降低,但第二優(yōu)勢菌屬(地桿菌屬)相對豐度顯著增加(12.8%~23.7%vs.4.1%~8.7%)。此外,酸性土壤上固氮微生物多樣性及群落結(jié)構(gòu)對Rs、Glc和氮素添加的響應(yīng)弱于堿性土壤。綜上,本研究表明優(yōu)化水稻生產(chǎn)中紫云英種植、稻草還田及化肥聯(lián)合利用方式,是維持土壤固氮微生物生態(tài)平衡,促進(jìn)紫云英生物固氮,進(jìn)而實(shí)現(xiàn)稻田化肥減施增效和綠色發(fā)展的重要措施。
【學(xué)位授予單位】：中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：S541.3;S511
【圖文】：

圖 1-1 水稻-綠肥長期輪作對體系內(nèi)相關(guān)生態(tài)過程的影響（Zhang et al., 2017）Fig. 1-1 Impacts of long-term green manure on ecosystem processes in the rice production (Zhang et al., 2017)1.2 稻田綠肥利用現(xiàn)狀1.2.1 種植翻壓豆科綠肥的培肥增產(chǎn)效果和生態(tài)環(huán)境效益

圖 1-2 豆科與主作物輪作體系的生產(chǎn)效益 (Preissel et al., 2015)Fig. 1-2 Pre-crop benefits of grain legumes to cropping systems (Preissel et al., 2015)將豆科綠肥引入糧食生產(chǎn)體系，是實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的重要途徑之一，受到廣泛oples et al., 1995; Crews and Peoples, 2004; Peoples et al., 2009; Voisin et al., 2014)。隨著我國

研究思路及技術(shù)路線圖

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本文編號：2776633