长期定位施肥对双季水稻产量和土壤碳库管理指数的影响毕业论文.doc

JIANGXI AGRICULTURAL UNIVERSITY
本 科 毕 业 论 文（设 计）

题目：长期定位施肥对双季水稻产量和土壤碳库管理指数的影响

学 院： 国土资源与环境学院
姓 名：
学 号：
专 业： 农业资源与环境
班 级： 资环1001班
指导教师： 职 称： 副教授

二0一四 年 五 月

目录

摘要 I
Abstract II
前言 1
1 材料与方法 2
1.1 供试材料 2
1.2 试验设计 2
1.3 测定指标与方法 2
1.4 计算公式 3
1.5 数据处理 3
2 结果与分析 3
2.1 长期定位施肥对水稻产量的影响 3
2.2 长期定位施肥对稻田土壤碳素形态和碳库管理指数的影响 4
3 讨论 4
3.1 关于长期定位施肥对作物产量影响的问题 5
3.2 长期定位施肥对土壤碳库管理指数的影响 5
参考文献 6
致谢 8

长期定位施肥对双季水稻产量和土壤碳库管理指数的影响

摘要

采用微区定位试验，设置不施肥(CK) 、单施化肥(T1) 、紫云英+化肥(T2)、紫云英+稻草+化肥(T3)、紫云英+沼肥+化肥(T4)5个处理，研究长期定位施肥对双季稻产量和土壤碳素形态、碳库管理指数的影响。结果表明，2013年两季的水稻平均产量T2、T3 与 T4处理基本持平，但均显著高于 T1处理，增幅为7.86% ～ 8.49%。与T2和T3相比，T4提高了土壤不同形态碳素含量和碳库管理指数，总有机碳、活性碳、矿化碳和碳库管理指数分别提高了2.02% ～2.26%、6.46% ～8.88%、16．0% ～27.1%和7.8% ～10.7%。土壤碳库管理指数与早、晚稻产量呈显著抛物线关系，相关系数分别为0．9829和0．9828。T4处理能显著提高翌年双季稻产量及土壤不同形态碳素含量和碳库管理指数。

关键词: 定位施肥；双季稻；产量；碳素形态；碳库管理指数

Abstract

A microcell field experiment was conducted to study the effects of long-term located fertilization on the rice grain yield and soil carbon pool management index (CPMI) in a double rice- cropping system. Five treatments were installed，including balanced mineral fertilization( T1)，T1 plus Chinese milk vetch(T2)，T1 plus Chinese milk vetch plus rice straw(T3), T1 plus Chinese milk vetch plus biogas manure(T4)，and no fertilization ( CK). In treatments T2、T3 and T4，the average grain yield of early rice and late rice in 2013 was basically the same，and much higher than that in treatment T1，with an increment of 7.86% －8.49%. And comparing to T2 and T3,treatment T4 enhanced the contents of various soil carbon forms and the soil CPMI，with the soil total organic carbon，active carbon，mineralized carbon contents，and the soil CPMI increased by 2.02% －2.26%，6.46% －8.88%，16.0% －27.1%，and 7.8% －10.7%，respectively．There was a significant parabolic correlation between soil CPMI and rice grain yield ( r = 0.9829 and r = 0.9828 in early and late rice season，respectively)．Treatment T4 also increased the grain yield，the contents of various soil carbon forms，and the soil CPMI in the next early rice season．

Keywords：located fertilization; double cropping rice; yield; carbon form; carbon pool management index

II

前言

长期定位施肥试验是研究肥料施用效果的重要方法，在国外已有160多年的历史[1]。我国自1980年开始在全国23个省、市、自治区设置了101个肥料定位试验点，经过30多年的试验，取得了一定的成就。已有的试验都是针对各地生产实践而制定，因而试验处理、施用的有机肥源、研究的对象（包括作物、土壤）也千差万别。国内外关于肥料长期定位试验的报道较多[2-10]，已有的研究结果大多是在不同水平化肥的基础上增施有机肥的肥效试验，而在氮、磷、钾养分用量相等的条件下进行有机-无机肥料长期配合施用的研究报道却不多[11-13]。
土壤有机质是土壤肥力的重要物质基础，在维持土壤结构、保持土壤水分和养分供应等方面具有重要作用，同时也与全球气候变化密切相关[14]。长期以来，科学工作者对土壤有机质在改良土壤、培肥地力等方面做了大量的研究。结果发现，土壤有机质对土壤肥力及环境的作用，不仅取决于其数量的多少，同时受其品质的制约，即存在有机碳的质量问题[15]。在土壤有机质组成中，有一部分有机质与土壤肥力、作物生长关系密切，在土壤肥力方面起着关键作用。Lefroy等[16]通过不同浓度KMnO4，氧化土壤有机质获得了不同活性组分的土壤活性有机质，并据此提出了土壤碳库管理指数的概念。土壤活性有机质不但能有效地反映土壤质量在较大时空尺度上的变化，而且能敏感指示土壤性质的微小变化[17]，可以较为明确地表征不同活性有机质地对土地/土壤管理措施变化的响应，并且可以描述土壤有机质转化特征。土壤碳库管理指数可作为土壤有机质总量及其质量变化的较为系统和敏感的监测指标，是土壤管理措施引起土壤有机质变化的重要依据[18]。因此，其在目前研究中应用较为广泛[19-20]。自Lefroy等[16]首次提出土壤碳库管理指数的概念以来，国外在这方面的研究较多[15-16,21-22]，国内也已对不同耕作与利用方式、不同施肥方式、不同地带典型土壤的有机碳活性组成和碳库管理指数进行了报道[23]。研究表明，土壤矿化碳与全碳的比值可以指示土壤有机碳活性; 土壤活性碳与全碳的比值可以度量土壤有机碳氧化稳定性[24]。开展这方面的研究对于评价南方双季稻区稻田土壤优化管理措施、农作物秸秆循环利用效应及农业可持续发展具有重要的理论意义和实践价值。本文以2013年的定位施肥试验数据为分析对象，从水稻产量和土壤碳库变化的角度，研究长期定位施肥对双季稻产量和土壤碳库管理指数的影响，为江西双季水稻合理施肥提供理论依据和技术指导。

1 材料与方法

1.1 供试材料
长期定位试验始于1981年，地点在江西农业大学试验基地网室内，供试土壤为第四纪红色粘土发育的潴育性水稻土,试前土壤基本理化性质为：有机质33.55 g/kg ，全氮17.89 g/kg ，碱解N 110.9 mg/kg，有效磷20.8 mg/kg，速效钾87.0 mg/kg，pH6.5。2013年供试早、晚稻品种分别为中嘉早17和五丰优TO25。
1.2 试验设计
试验设5个处理：（1）无肥（CK）；（2）单施化肥(T1)；（3）紫云英（早稻基肥，下同）+化肥（T2）；（4）紫云英+稻草（晚稻基肥）+化肥（T3）；（5）紫云英+猪粪（晚稻基肥）+化肥，第5个处理2006年开始改为紫云英+沼肥+化肥（T4），各处理均为3次重复，随机排列，模拟大田设立微区面积为1.0m2，小区间用水泥埂隔离。
除无肥处理外，其它各处理N、P2O5、K2O用量相等。81～86年N为225kg/hm2、P2O5 112.5kg/hm2、K2O 225kg/hm2；87～91年 N为240kg/hm2、P2O5 120kg/hm2、K2O 240kg/hm2； 92～03年为N为270 kg/hm2、P2O5 135 kg/hm2、K2 O 270 kg/hm2；04～06年N为300 kg/hm2 、P2O5 150 kg/hm2、K2 O 300 kg/hm2；07年后N为360 kg/hm2 、P2O5 180 kg/hm2、K2 O 360 kg/hm2。早、晚稻肥料各占一半，化肥使用尿素、钙镁磷肥、氯化钾。有机肥为紫云英、早稻稻草、猪粪和沼肥。其中紫云英鲜草经切细每公顷施22500～30000 kg做早稻基肥；稻草切细每公顷施3000 kg（早稻稻草还田、折合干草）、猪粪（或沼肥）经堆沤每公顷施15000～22500 kg均做晚稻基肥。且有机肥养分含量按每次的实际测定结果计算。按用氮量计算，有机氮和无机氮的比例，T1、T2、T3、T4处理分别为0﹕10、4﹕6、5﹕5和6﹕4。有机肥中磷、钾养分不足的数量用化肥补足。早、晚稻肥料中磷肥均作基肥，氮、钾肥按基肥﹕分蘖肥﹕穗肥=5﹕2﹕3施用。
早稻每年3月下旬播种，4 月底移栽，晚稻每年6月中下旬播种，7 月底移栽。每小区25蔸，每蔸2-3粒苗。采用自来水灌溉，其他管理措施同大田生产。
1.3 测定指标与方法
在早、晚稻成熟期于田间每处理采集耕作层（0～15cm）5个点的混合土样，用于土壤有机碳、活性碳和矿化碳的测定。土壤有机碳的测定采用常规方法；土壤活性碳测定：用333 mmol/ L KMnO4氧化土壤，然后用分光光度计565nm比色测定，根据KMnO4浓度的变化计算活性有机碳含量，单位mgC / g (氧化过程中1 mmol/L KMnO4消耗0.175 mmol/L或9 mg 碳) ；土壤矿化碳含量采用碱吸收法测定：称取土样5 g(风干土质量)放入广口瓶中，将土壤样品平铺于瓶底，用蒸馏水调至最大田间持水量的60 %，在25 ℃的培养箱内培养，每个处理3 次重复。培养过程中所释放的CO2 用5 ml 1 mol/ L NaOH 溶液吸收，在培养3 d 后用0.5 mol/ L H2 SO4 溶液滴定法计算累积矿化量，所用指示剂为酚酞。
1.4 计算公式
稳态碳＝总碳－活性碳；碳库指数(CPI)＝农田土壤有机碳／参考农田土壤有机碳；碳库活度(A) ＝活性碳/稳态碳；碳库活度指数(AI) ＝农田碳库活度／参考土壤碳库活度；碳库管理指数(CPMI) ＝碳库指数×碳库活度指数×100 。
1.5 数据处理
用Excel2010和DPS统计软件进行计算和分析。

2 结果与分析

2.1 长期定位施肥对水稻产量的影响
表1表明，各施肥处理双季水稻季产量极显著高于无肥处理。在等养分条件下，双季早、晚稻长期配施有机肥的处理，季产量不同程度的高于长期单施化肥的处理。双季早稻，处理T2、T3、T4均比T1增产，增幅为4.91%～5.00%，处理T3、T2与T1产量差异较小，而处理T4产量显著高于T1，长期配施有机肥的处理产量差异较小。晚稻施用有机肥的处理T2、T3、T4产量显著高于单施化肥的处理，增幅为10.80%～11.98%。而处理T3、T4产量差异较小，但显著高于处理T2。由此可见，长期配施不同种类的有机肥料，其增产效果不同，全年配施有机肥有利于产量的稳定提高，同时还可节省化肥投入，经济效益显著。

表1 2013年各处理水稻产量
处理

早稻产量
（kg/hm2）
比T1增产
（%）
晚稻产量
（kg/hm2）
比T1增产
（%）
CK
1877.2c
\
1765.2d
\
T1
5335.9b
\
5594.1c
\
T2
5594.7ab
4.85
5884.3b
5.19
T3
5598.1ab
4.91
6198.5a
10.80
T4
5602.5a
5.00
6264.2a
11.98
注：同一列数据后字母表示差异达5%水平，下同。

2.2 长期定位施肥对稻田土壤碳素形态和碳库管理指数的影响
表2表明，不同处理对土壤有机碳的影响由大到小依次为处理T4、T3、T2、T1、CK，施肥处理间差异不显著，却显著高于对照; 对活性炭的影响由大到小依次为处理T4、T3、T2、T1、CK，处理T4、T3显著高于处理T2、T1，而后两者差异不显著，施肥处理均显著高于CK；而对稳态碳的影响则由大到小依次为CK、T4、T3、T2、T1，但处理间稳态碳差异不显著；对矿化碳的影响由大到小依次为T4、T3、T1、CK、T2，T3、T4差异不显著，却显著高于T2、T1和CK，T1、CK差异不显著，T1显著高于T2，T2和CK差异不显著。说明沼肥有利于土壤有机碳和活性碳的积累。土壤碳库管理指数由大到小依次为T4、T3、T2、T1、CK，且处理间T4、T3差异不显著，T2、T1差异不显著，T4、T3却显著高于T2、T1，各施肥处理间显著高于对照。表明有机肥有利于耕作层土壤碳库管理指数的提高，因而有利于培肥土壤。相关分析表明，土壤碳库管理指数与双季早、晚稻产量呈显著抛物线关系，相关系数早稻为0.9829，，晚稻为0.9828。
表2 长期定位施肥对土壤碳素形态和碳库管理指数的影响
处理
有机碳/
（g·kg-1）
活性碳/
（g·kg-1）
稳态碳/
（g·kg-1）
矿化碳/
（g·kg-1）
碳库管理指数

CK
19.32b
3.965c
15.36a
1.435bc
100c
T1
19.77a
4.570b
15.20a
1.655b
119.2 b
T2
19.81a
4.595b
15.22a
1.355c
119.9 b
T3
20.17a
4.865a
15.31a
1.919a
128.5 a

T4
20.22a
4.976a
15.34a
2.104a
132.0a

3 讨论

3.1 关于长期定位施肥对作物产量影响的问题
作物产量主要与品种的遗传特性有关，但农业措施对产量的形成也有很大的影响，尤其是施肥措施的影响更大。已有的研究表明，与单施化肥相比，长期有机肥与化肥配合施用有利于提高作物产量，其增产效果因有机肥源不同而存在差异。本研究认为，在氮、磷、钾养分用量相等的条件下，双季早、晚稻长期配施有机肥，其产量均不同程度的高于长期单施化肥，增幅分别为4.91%-5.00%和10.80%-11.98%，其中以紫云英（早稻基肥）+沼肥（晚稻基肥）+化肥效果最明显，其增产的原因可能是有机肥与化肥配施提高了水稻孕穗期光合产物的形成和同化物积累的能力，促进了水稻颖花的形成[11-12]。
3.2 长期定位施肥对土壤碳库管理指数的影响
土壤有机碳是进入土壤的有机质在微生物作用下分解矿化的产物，施有机肥或有机无机配施，均因向土壤中直接输入了外源有机质，能够显著增加土壤有机碳含量。与不施肥相比，施肥处理有利于提高土壤有机碳含量和活性有机碳含量。在等氮磷钾养分施用条件下，全年配施有机肥料有利于提高土壤总有机碳和活性炭的含量以及土壤碳库管理指数，因而有利于培肥土壤。相关分析表明，土壤碳库管理指数与双季早、晚稻产量呈显著抛物线关系，相关系数早稻为0.9829，晚稻为0.9828。

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致谢

四年一个轮回，光阴似箭，白驹过隙，转眼间将近四年的大学生生活即将结束。回顾在江西农大度过的每个日日夜夜，感受颇多，既有欢笑，也有泪水。报到第一天的情景、四年多时间里而发生的点点滴滴仿佛就在刚才，对于即将奔向他乡走向工作岗位的我来说，才发现自己原来是那么地不舍和依恋。
感谢我的论文导师吴建富老师，感谢吴老师在我的论文完成过程中给与的指导与帮助，让我得以顺利地完成论文。
感谢谢剑玲老师，她既是良师，又是益友，她所教会我的不仅是书本上的知识，还有着做人的原则与风骨。谢谢。
感谢身边所有的朋友与同学，谢谢你们四年来的关照与宽容，与你们一起走过的缤纷时代，将会是我一生最珍贵的回忆。
感谢传授我知识的每一位老师，没有你们，也不会有今天的我。
最后对老师，同学和朋友再次致以我最衷心的感谢！

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