稻田水旱轮作系统生产力、生态环境效应及可持续性评价

农业结构调整是有效解决农业生态问题和农民增收问题的突破口,而种植业调整是农业结构调整的关键。增加稻田的复种指数和合理施肥是提高作物生产力的重要措施。水旱轮作是提高稻田复种指数的基本方法,是我国南方主要的耕作制度之一,在作物持续增产、维持地力和土壤改良等方面发挥了至关重要的作用。本研究在长期定位试验的基础上,通过连续两年的田间试验,研究水旱轮作系统下作物生产力及系统的可持续性评价,主要结论包括以下几点:1.稻田水旱轮作模式能够改善水稻生长动态,提高水稻产量,其中紫云英—早稻—晚稻和混播绿肥—早稻—玉米‖芝麻两种种植模式表现较好。从作物的生长发育动态来看,“紫云英—早稻—晚稻”和“黑麦草—早稻—玉米‖大豆”能减少无效分蘖,保证较多的有效分蘖,并提高成穗率,对于水稻的生长更加有利。稻田冬种绿肥对提高水稻叶绿素含量具有一定的促进作用,其中“紫云英—早稻—晚稻”种植模式表现最为显著。2.稻田水旱轮作模式中黑麦草—早稻—晚稻→黑麦草—早稻—玉米∥大豆有利于土壤肥力的改善,对于养分积累和吸收有一定程度的促进作用。稻田水旱轮作有利于细菌、固氮菌、真菌、放线菌等数量的增加,也使作物获得了充分的养料,有利于作物生长发育,其中以水旱轮作模式“混播绿肥—早稻—玉米∥芝麻”表现效果最好。稻田水旱轮作不同处理的微生物量碳、氮均表现为连作模式“绿肥—早稻—晚稻”显著大于其他轮作模式,分别增加了12.12%—76.19%、11.84%—42.68%,而“混播绿肥—早稻—玉米∥芝麻”在土壤酶活性方面表现最好。3.紫云英—早稻—晚稻较其他种植模式能够获得较高的生物量,且紫云英—早稻—晚稻在水稻生育阶段前期生长迅速,为植株干物质积累奠定基础,保证群体生物量的提高,具有较高增产潜力。绿肥轮作条件下水稻植株含氮率均随生育进程逐渐降低,分蘖期最高,成熟期最低。水稻植株吸氮量均随着生育进程不断增加,至成熟期达最大值。在分蘖期、孕穗期、抽穗期和成熟期均是紫云英—早稻—晚稻最高,油菜—早稻—晚稻最低。绿肥轮作条件下水稻氮素阶段吸收量及其占总吸收量的比例均以抽穗至成熟期最小,最大值所处的生育阶段则是分蘖前。4.紫云英—早稻—晚稻对稻田杂草密度有显著影响,对杂草的抑制效果明显优于其他处理,其次是混播绿肥—早稻—晚稻和油菜—早稻—晚稻,黑麦草—早稻—晚稻最差。在调查区稻田发生危害的杂草共有7科11种,其中稗草、鸭舌草、矮慈姑和牛毛毡等4种杂草发生密度较大,群体数量占田间杂草的80.84%。黑麦草—早稻—晚稻杂草物种丰富度最大,为10,紫云英—早稻—晚稻杂草物种丰富度最小,为5,且其均匀度指数高于其他处理,但差异不显著,说明在这种方式下田间杂草群落的结构有了很大的变化,均匀度提高,从而弱化了稻田优势种杂草在田间的危害性。5.稻田水旱轮作4种模式的总能值投入和总能值产出大小均表现为油菜—早稻—晚稻→油菜—早稻—玉米∥花生>黑麦草—早稻—晚稻→黑麦草—早稻—玉米∥大豆=混播绿肥—早稻—晚稻→混播绿肥—早稻—玉米∥芝麻>紫云英—早稻—晚稻→紫云英—早稻—晚稻。混播绿肥—早稻—晚稻→混播绿肥—早稻—玉米∥芝麻的系统可持续能值指数最高,为0.0315,而油菜—早稻—晚稻→油菜—早稻—玉米∥花生最低,为0.0148。本研究中可持续发展指数均为1以下,表明4种种植系统对环境带来了很大的压力,不可更新资源的利用量较大,造成了环境负载率较高,导致可持续发展指数较低,但其中“混播绿肥—早稻—晚稻→混播绿肥—早稻—玉米∥芝麻”模式是值得推广的。