免耕施肥对稻田土壤生物学特性及温室气体排放的影响

本研究选取鄂东南油菜-水稻轮作制度下稻田为研究对象,通过大田试验,在土壤耕作和施肥2种农作措施下,设置:（1）免耕不施肥（NT0）;（2）翻耕不施肥（CT0）; （3）免耕+包膜尿素（NTCU）;（4）免耕+黑铵（NTA）;（5）免耕+猪粪（NTS）;（6）免耕+复合肥（NTC）;（7）翻耕+复合肥（CTC）7个处理,监测了水稻生育期内土壤不同层次微生物量、土壤酶活性的动态变化,并研究了土壤理化性质、温室气体排放和水稻产量的变化特征。旨在了解湿地稻田生态系统中土壤生物活性,评价稻田生产潜力和温室气体排放,为科学施肥和发展稻田免耕技术提供科学依据。主要研究成果如下: 1、免耕施肥对土壤微生物量影响 （1）相对于不施肥处理,整个水稻生育期,各施肥处理在5～10 cm和10～20cm土层的微生物量碳波动较大,追肥期明显。施肥可提高0～20cm土层微生物量碳。土壤表层0～5cm,免耕施猪粪处理的微生物量碳最高,5～10cm和10～20cm层次中,免耕施复合肥处理的平均微生物量碳最高;与翻耕相比,不施肥条件下,免耕可提高土壤表层0～5cm的微生物量碳,而施复合肥,两者差异不显著。 （2）相对于不施肥处理,整个水稻生育期,施肥处理在各土层的微生物量氮波动均较大,追肥期极为明显。施肥可显著提高0～20cm土层的微生物量氮。表层0～5cm,免耕施猪粪处理的微生物量氮最高,5～10cm层次,免耕施复合肥处理的微生物量氮最高,10～20cm层次中,免耕施黑铵处理的微生物量氮最高;与翻耕相比,不施肥条件下,免耕可显著提高0～10cm土层的微生物量氮,而施复合肥,两者差异不显著。 （3）相对于不施肥处理,整个水稻生育期,施肥处理在0～5cm和5～10cm土层的微生物量磷波动较大。免耕施肥可提高0～20cm土层的微生物磷,翻耕施肥可提高5～20cm土层的微生物磷。表层0～5cm,免耕施黑铵处理的微生物磷最高,5～10cm土层中,免耕施复合肥处理的微生物磷最高,10～20cm土层,免耕施包膜尿素处理的微生物磷最高;与翻耕相比,不施肥条件下,免耕显著提高了5～20cm土层的微生物磷,而施复合肥,两者差异不显著;微生物磷出现了明显的分层现象,主要分布在0～10cm土层,其含量随土壤深度而降低。 （1）施肥对土壤脲酶和脱氢酶活性影响较大,而免耕影响不大。整个水稻生育期,相对于不施肥处理,施肥处理在各土层的脲酶、脱氢酶活性波动均较大;与不施肥相比,施肥可显著提高0～20cm土层的脲酶和脱氢酶活性,各施肥处理中:免耕施猪粪处理0～10cm土层中的脲酶活性最高;免耕施黑铵处理10～20cm土层中的脲酶活性最高;免耕施包膜尿素处理0～5cm土层脱氢酶活性最高;免耕施黑铵处理5～20cm土层中脱氢酶活性最高。不论施肥与否,免耕与翻耕处理各土层脲酶和脱氢酶活性差异不大; （2）免耕和施肥对土壤磷酸酶活性的影响不一。整个水稻生育期,施肥与不施肥处理各土层的磷酸酶变化几乎一致,均出现一定波动;与免耕不施肥相比,免耕施猪粪处理可显著提高表层0～5cm磷酸酶活性,免耕施黑铵处理可显著降低5～10cm土层磷酸酶活性,免耕施包膜尿素处理可显著提高10～20cm土层磷酸酶活性,与翻耕不施肥相比,翻耕施复合肥处理可显著提高5～10cm土层磷酸酶活性;与翻耕施复合肥相比,免耕施复合肥可提高表层0～5cm磷酸酶活性。 3、免耕施肥对土壤理化性质影响 与不施肥相比,不论免耕或翻耕,施肥处理均没有显著提高土壤容重,但免耕施猪粪处理可以显著降低土壤容重;免耕与翻耕的土壤容重没有差异。 与不施肥处理相比,施肥处理的pH与其没有显著差异;与翻耕处理相比,免耕略降低了土壤pH,但差异不显著。 与不施肥相比,施肥后各土层NH4+和NO3-有所增加。各施肥处理中,免耕施包膜尿素处理的NH4+和NO3在0～5cm和5～10cm土层中含量均最高,NH4+在10～20cm土层中也最高。NH4+含量随土壤深度而降低,而NO3-含量依次为5～10cm＞0～5cm＞10～20cm。 免耕条件下,施猪粪或复合肥均可提高5～10cm土壤可溶性总氮,翻耕下,施复合肥可显著提高5～10cm土壤可溶性总氮含量,而免耕施猪粪要降低10～20cm土壤可溶性总氮;免耕施包膜尿素可降低5～10cm土层可溶性有机氮含量;可溶性总氮和可溶性有机氮含量变化与NO3-变化相似。 4、免耕施肥对温室气体的影响 整个水稻生育期,各处理CH4排放均具有先升高后降低的季节性规律,而N2O的排放季节性规律不明显。施肥显著提高了稻田温室气体CH4和N2O的排放。较之翻耕不施肥,免耕不施肥显著提高了CH4的排放量,并显著降低了N2O排放量,而较之翻耕施肥,免耕施肥仅略降低CH4的排放量和略提高N2O排放量,差异不显著。对稻田CH4和N2O两种排放气体的综合温室效应分析表明,与翻耕不施肥相比,免耕不施肥提高综合温室效应达25.9%,与翻耕施肥相比,免耕施肥降低综合温室效应达10.1%。 5、免耕施肥水稻生理指标及产量的影响 与免耕不施肥相比,除免耕施黑铵处理产量降低5.6%外,免耕施复合肥、免耕施猪粪和免耕施包膜尿素处理的产量分别提高36.8%、24.1%和18.4%;NTC免耕施包膜尿素处理的亩有效穗、穗长和株高均最大,而免耕施黑铵处理的亩有效穗、穗长和株高均低于其他施肥处理,免耕不施肥处理的株高最低;与翻耕不施肥相比,翻耕不施肥的产量提高了34.3%,其亩有效穗、穗长、总粒数和株高均高于免耕不施肥。不论施肥与否,免耕与翻耕处理的产量及各项生理指标差别均不显著。