土壤性质和水稻种植研究论文文献2篇
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篇(1)
目前水稻对土壤性质上有什么要求呢，要如何来推动现在水稻种植管理方式呢?本文是一篇农业科技论文。土壤是生态系统中物质循环和能量流动的主要承载体,为农业生产提供了最原始的生产资料。随着转基因技术的快速发展,转基因水稻的研究虽取得了巨大的进步,获得了一大批抗虫、抗病、抗除草剂和优质高产的品种,但由于种植面积的不断扩大,转基因水稻的外源表达产物能够通过植物残体和根系分泌物进入土壤生态系统中,可能影响生态系统的稳定性。
摘要：土壤微生物是维持土壤生物功能的重要组成部分,参与有机质分解、腐殖质形成、养分转化和循环等多种土壤生化过程。微生物功能和群落结构的变化是土壤环境评价不可缺少的重要生物学指标。ANGLE曾强调转基因作物风险评价的重点是土壤微生物,因为它们是检测土壤生物种群变化的最敏感指标。
关键词：水稻,土壤性质,农业科技论文
1转基因水稻外源物质在土壤中的存留规律
目前普遍认为转基因作物外源物质进入土壤的途径主要有2条:一是通过转基因作物遗留在田间的植株残体及花粉向土壤中释放,这是外源蛋白进入土壤的主要途径。二是通过转基因植物根系分泌物进入土壤。如秸秆还田的耕作方式为外源蛋白进入土壤提供了有利的条件[46-55]。Bt蛋白通过根的分泌作用而进入土壤,已经在很多转基因作物(如Bt抗虫棉,抗虫玉米等)的研究中有报道,并且其在土壤中的含量各不相同[5,7,47,56-57]。WANG等[58]通过3年的田间和水培实验,利用酶联免疫反应的方法,研究了两个转Bt水稻“明恢63”和“汕优63”中释放的Cry1Ab/1Ac蛋白在土壤中的积累和转移变化。研究发现在水稻生长期,种植转Bt基因水稻的稻田水中能检测到Cry1Ab/1Ac蛋白,而种植非Bt水稻稻田水中未检测到该蛋白,并且在转Bt水稻根际土壤中该蛋白的含量达到149ng/g,明显高于非Bt水稻根际土壤中基本水平。盆栽种植实验结果也证明了转Bt基因水稻能通过根系分泌物向土壤中导入杀虫晶体蛋白,而且不同生长期的含量不同[49,51-52,54,59]。另外,王洪兴等[60]在实验室条件下将转Bt基因水稻秸秆埋入土壤后发现在其降解过程中,Bt毒蛋白浓度在前两周迅速下降,随后降解速度变慢,17~53d期间Bt浓度基本维持在6728~6196ng/g的水平[61-62],说明了转基因外源物质可以通过植物残体进入土壤,而且其导入量明显大于根系分泌的导入量,这也验证了转基因作物植株残体向土壤中释放外源物,这是外源物进入土壤的主要途径。也有报道Cry1Ab蛋白在转Bt水稻整个生长过程中,会在根际土壤中积累[63]。
农业论文：《中国水稻科学》，《中国水稻科学》创刊于1986年，为中国水稻研究所主办的学术性双月刊。《中国水稻科学》还办有姊妹刊《Rice Science》(英文版)，接受国内外作者的投稿。《中国水稻科学》为中国水稻研究所主办的全国性水稻科学学术性期刊。双月刊，国内外公开发行。刊登以水稻为研究对象的未经发表的专题研究报告、学术论文、综述、新技术新方法研究成果、学术活动简讯等。
2转基因水稻对土壤理化性质的影响特点
土壤是植物生长发育的主要载体,土壤理化性质是评价土壤质量的重要指标[64]。土壤的理化性质一般分为土壤物理性质和土壤化学性质,土壤物理性质包括土壤pH值,含水率,电导率等;土壤化学性质则包括土壤中各元素的含量(其中最主要是N,P,K这三大养分)和土壤酶性质[65]。根际是植物与土壤最直接的相作区域,土壤中很多难溶的养分元素,可通过植物根系分泌物的作用转化为有效养分。当外源基因插入后,转基因植物根系分泌物的化学组分和含量极有可能发生变化[66],从而对土壤理化性质如团聚体的大小和分布、pH、阳离子交换量及吸附性能产生影响[50,52,54]。另外,转基因植物在农艺性状和化学成分等方面与亲本非转基因植物之间也会存在较大甚至显着差异[55,67-69],这些差异可能会使植物组织在土壤中的自然降解、土壤有机质含量等方面发生变化,从而影响土壤理化性质[50,52,54]。有研究表明,与非转基因亲本相比,克螟稻(转Bt水稻)根系分泌物中有机酸(主要为酒石酸)的含量显着降低[70],导致作物根系土壤pH值升高,进而影响对酸性pH值敏感的微生物调控过程(如硝化作用)的速率和土壤营养元素的释放[52,54]。此外,种植转Bt基因水稻后,土壤酶活性发生了显着变化,且变化幅度与土壤酶的类型以及转Bt基因水稻所处的生长发育的阶段有关[59];与非转基因对照组相比,转Bt基因水稻种植15d,土壤脲酶活性降低了247%,土壤酸性磷酸酶活性提高了891%,土壤芳基硫酸酯酶活性有所下降,而脱氢酶活性有所增加,但差异不显着[49,53,55,59,69]。吴伟祥等[71-74]相继报道了水淹条件下转Bt基因水稻(克螟稻)秸秆还田对土壤酶活性的影响,其研究结果表明,与同期的亲本水稻秸秆相比,孕穗期和成熟期克螟稻秸秆对磷酸酶活性的影响不大,但对脱氢酶活性的影响非常显着,并且存在差异;而在非水淹条件下,克螟稻秸秆还田对土壤蛋白酶、中性磷酸酶、脲酶活性和土壤呼吸强度虽然没有显着性影响,但在培养过程中前63d内土壤脱氢酶活性明显高于对照处理,之后两种秸秆处理间的土壤脱氢酶活性差异逐渐消失[49]。也有一些文献报道,转基因水稻对土壤理化性质没有明显影响。LIU等[75]报道,在整个生长过程中,转基因水稻植株对根际土壤酶活性和微生物组成没有影响。WEI等[76]利用DGGE法,通过分析了转Bt基因和非转基因水稻生长发育各时期的土样,结果表明,转基因水稻对土壤脱氢酶、蔗糖酶、多酚氧化酶、酸性磷酸酶、脲酶以及酵素均没有显着性影响。从以上的这些研究结果可以看出,转基因水稻对土壤理化性质的影响还没有确切性的结论,这也体现了转基因水稻对土壤理化性质影响的复杂性以及对这方面风险评价的必要性。
3转基因水稻对土壤动物的影响特点
土壤动物是土壤生态系统的重要成员,扮演着土壤物质循环、提高土壤肥力、改善土壤理化性质、维护土壤生物群落的角色,同时也在土壤质量评价、污染监测、污染土壤的生物修复等方面发挥着重要作用。然而,转基因作物向土壤中产生的外源物质(如Bt蛋白)很容易与土壤活性颗粒集合,在土壤中持续保留[77],并且Bt毒素能够从非靶标物种传递到更高营养级生物[78],因而可能对土壤动物产生毒害,进而影响土壤生态系统的稳定。吴刚[79]等以“华恢1号”为实验材料,研究了转Bt基因水稻对土壤跳虫、线虫和螨类种群数量的影响,结果表明,转Bt基因水稻可显着降低长角跳科长角跳属跳虫、中杆属线虫和尖棱甲螨科尖棱甲螨属螨类种群数量,能显着增加等节跳科原等属跳虫、钩唇属线虫种群数量,而对其他属的跳虫、线虫和螨类种群数量无显着影响。戚琳[80]等通过研究转基因水稻HH1,T2A1,T1C19对土壤微生物学性质及线虫数量群落组成和生态指标的影响,指出不同转Bt水稻品种对土壤线虫数量营养类群组成、植物寄生线虫成熟度指数均没有显着影响;而转Bt水稻T2A1和HH1结构指数SI均显着增加,这些结果表明,转Bt水稻对土壤生态系统结构和功能在短期内有显着影响。BAI等[81]进行了大田和实验室评价后,揭示转Bt水稻对弹尾目昆虫及其天敌没有负面影响。从目前的研究结果可以看出,转Bt水稻对土壤动物的影响可能存在选择性,不同类型的土壤动物所受影响各异。
4转基因水稻对土壤微生物的影响特点
当土壤中的生物体通过捕食、竞争或共生等相互影响,使敏感生物的快速反应达到一定程度后,会引起其他生物的连锁反应,从而影响整个土壤生态系统[69,82-83]。目前最常用于土壤微生物多样性和生态学的技术主要有:变性梯度凝胶电泳(denaturinggradientgelelectrophoresis,DGGE)[6,85]、扩增性核糖体DNA限制酶切片段分析(amplifiedribosomalDNArestrictionanalysis,ARDRA)[86]和末端限制性酶切片段长度多态性(terminalrestrictionfragmentlengthpolymorphism,TRFLP)[87]。这些技术和方法的采用,使得在土壤微生物多样性、微生物种群的结构和功能、土壤微生物与污染土壤的相互作用及影响等多领域的研究上得以突破,为评价转基因作物对土壤微生物的影响提供了有力的技术支撑。近年来,转基因水稻对土壤微生物的影响常见报道。陈晓雯等[88]通过PCRDGGE和Biolog技术分析了转Bt基因水稻对土壤微生物群落结构及功能的影响,结果表明,在水稻不同生育期,转Bt基因水稻与其对照对土壤细菌数量、土壤微生物遗传多样性及功能多样性的影响存在一定差异,但这种差异并不持久。GLANDORF等[89]研究发现,由于抗真菌和细菌蛋白会残留在根际土壤中,腐生型土壤细菌的数量会受到影响,导致转Bt基因作物在一定程度上改变土壤微生物的群落构成、微生物数量及其活性[49]。王洪兴等[60]研究了转Bt基因水稻秸秆降解对土壤真菌和细菌所产生的影响,结果表明转Bt基因水稻秸秆降解会显着增加这两种菌类,而会显着降低放线菌和反硝化细菌活性。此外,还有研究表明转Bt基因水稻秸秆对水田土壤反硝化细菌和产甲烷细菌种群的抑制作用显着,对厌氧发酵细菌种群具有明显的刺激作用,但对厌氧固氮细菌种群的刺激作用却低于显着水平[90]。转基因作物之所以会对特定微的土壤生物产生显着影响,可能是因为转基因植株的生理生化特性以及表达产物化学和生物学特性的改变而造成的[91-93]。有些研究表明,转基因水稻对土壤微生物没有影响或影响不显着。CHUN等[94]通过TRFLP的方法对原卟啉氧化酶抑制剂类除草剂转基因水稻(PPOtransgenicrice)有关细菌和真菌群体进行了评价,研究发现在转基因稻和非转基因稻间并未发现存在微生物群落组成和多样性指数差异,从而表明转基因作物对稻田土壤微生物群落没有负面影响。吕新等[95]研究表明外源抗真菌基因的导入对水稻根际土壤中真菌群落数量和群落结构均没有明显影响。也有报道虽然转Bt水稻对微生物没有负面影响,但是对土壤真菌群体的组成有显着差异,意味着转Bt水稻对非靶标微生物有潜在的影响[75,96-97]。
5结语
近年来国内外也有很多转基因水稻对土壤生态系统的影响的相关的报道,因此本文从转基因水稻外源物质在土壤中的存留规律,以及对土壤理化性质、土壤动物和土壤微生物的影响特点等方面进行了综述。结果发现,转基因水稻对土壤生态系统是否会产生显着影响仍没有确切定论。产生这种现象的可能原因有:(1)转入水稻的基因有所不同,不同的外源基因所表达的外源产物可能对土壤生态系统的影响各异;(2)现有研究的条件不同,有的在实验室条件下而有的在大田环境下,这也可能导致不同的结果;(3)转基因水稻不同时期表现的特征存在差异,从而出现不同的研究结果。综上所述,今后研究转基因水稻对土壤生态系统影响时,应该长期跟踪和监测转基因水稻释放在土壤中的外源物质的存留和积累规律,根据《农业转基因生物安全评价管理程序》,一般要监测3~6年;扩大土壤理化性质的研究范围,这些理化性质还应该包括土壤结构、持水性、侵蚀性以及盐碱化等方面。进而更为全面的评价转基因水稻对土壤理化性质的影响;转基因水稻对土壤生物的影响方面,对土壤微生物进行的长期定位研究,对土壤动物进行生殖毒理学研究,通常需要检测4代。只有通过这样全方位、系统化的评价转基因水稻对土壤生态系统的影响,才可能使转基因水稻对其负面影响减少到最低限度。
篇(2)
摘 要：为探讨不同冬种模式对土壤物理性质和后茬杂交水稻产量的影响，于2017-2019在贵州省绥阳县进行了5种冬种模式(A：冬闲-水稻;B：油菜-水稻;C：蔬菜-水稻;D：马铃薯-水稻;E：绿肥-水稻)的试验。结果表明，冬种作物各处理的后茬杂交水稻实收产量均高于冬闲处理，增幅为3.71%～8.48%，其中以冬种蔬菜和绿肥处理的后茬杂交水稻实收产量增产效果较明显，增幅分别达到8.48%、7.6%;尽管不同冬种模式下后茬杂交水稻有效穗数、千粒重及结实率差异不显著，但其每穗总粒数存在显著差异，且B、C、D、E均显著高于A。除绿肥-水稻模式外，其他模式的耕层容重之间均无显著差异;油菜-水稻和蔬菜-水稻模式有利于提高耕层土壤毛管孔隙度和毛管持水量。综上，相比其他冬种模式，蔬菜-水稻模式是一种较好的模式，他能够改善土壤的物理性质和提高后茬杂交水稻的产量。
关键词：冬种模式;杂交水稻;土壤物理性质;产量;每穗总粒数
农田的合理轮作是循环农业有效推广运用的耕作栽培措施，不仅可提高作物产量，还可提高农田利用率，减少农药、化肥的使用，使作物之间相互促进形成良性循环，农业生产中养地与用地结合[1-4]，选择不同冬种模式已成为发展现代循环农业的一项重要栽培措施。
许多学者研究表明，不同稻田复种轮作方式下水稻的生长发育情况和土壤特性存在明显差异。黄国勤[3]、王人民[4]、熊云明[5]研究表明，稻田水旱可使土壤物理性状得到改善，随着耕种年限的增加，土壤的容重下降，孔隙度增加，土壤通透性大大增强。高菊生等[6]研究表明，冬种绿肥能提高水稻产量，易镇邪[7]、王礼献[8]、周春火[8]研究表明，稻田冬种作物能够改善水稻产量构成因素，促进水稻生长发育，获得较高的群体干物质重，从而提高水稻產量。
目前贵州省水稻种植区主要以单季水稻连作为主，稻田冬闲面积大、复种指数低[10]，长期的连作制度加上化肥、农药等化学制品的过量使用，容易导致土壤养分失去平衡，土壤酶活性降低、稻田生态环境恶化等问题，从而造成土地可持续利用的能力下降，进而影响了作物的产量与品质[11-12]。因此，本研究在稻田复种轮作的条件下，设计了冬闲、油菜、蔬菜、马铃薯、绿肥5种冬种模式，以考察和比较不同冬种模式下水稻产量及产量构成，并分析其对耕层土壤物理性状的影响，探索高效、高产的种植模式，旨在促进农业可持续发展，增加农民收入，为贵州循环农业的发展提供理论依据。
1 材料与方法
1.1 试验地概况
试验于2017—2019年连续3年在贵州省绥阳县风华镇银堡村秦家坝(N27°93′、E107°10′)进行。该地区属亚热带季风气候，全年总辐射量约为3475MJ/m2，年平均日照时数仅为1053.1h，平均气温在11.5～17.5℃之间，无霜期>280d，年平均降雨量在900～1250mm。该试验地水源充足，排灌方便，适宜种植多种农作物。试验田主要肥力性状如下：
1.2 试验材料
供试水稻品种为‘中优808’，马铃薯品种为‘费乌瑞它’，绿肥品种为‘紫云英’，油菜品种为‘油研817’，蔬菜品种为‘上海青(Brassica chinensis L. )’。试验供试氮肥为尿素(N 46.4%)，磷肥为过磷酸钙(P2O516%)，钾肥为氯化钾(K2O60%)。
1.3 试验设计
试验设5个处理：处理A为冬闲—水稻(CK)，处理B为油菜—水稻，处理C为蔬菜—水稻，处理D为马铃薯—水稻，处理E为绿肥—水稻，每个处理重复3次，随机区组排列，共15个小区，小区面积为30m2，重复间留宽50cm的走道。
蔬菜和油菜于每年9月下旬育苗，10月下旬移栽，均单苗移栽。蔬菜行株距为50cm×20cm，氮肥、磷肥和钾肥的施用量分别按纯N105kg/hm2、P2O590kg/hm2、K2O120kg/hm2，全部基施，蔬菜于次年的1月中下旬收获，蔬菜收获鲜嫩部分后老叶全部还田。油菜行株距为50cm×40cm，氮肥处理采用分次施肥法，基肥、苗肥、蕾苔肥施氮量分别105kg/hm2、52.5kg/hm2、52.5kg/hm2;磷肥和钾肥用量分别按P2O590kg/hm2、K2O120kg/hm2，全部基施，油菜于次年的5月中下旬收获，油菜收获籽粒后，油菜秸秆全部粉碎还田。绿肥与蔬菜油菜移栽时撒播，播种量30kg/hm2，不施任何肥料，于次年盛花期翻压还田。马铃薯于每年1月上旬播种，行株距为60cm×20cm，穴播，氮肥处理采用分次施肥法，基肥和追肥施氮量分别为186kg/hm2、46.5kg/hm2;磷肥和钾肥施用量分别为P2O596kg/hm2、K2O262.5kg/hm2，全部基施，马铃薯于每年的5月中下旬收获，收获块茎后，其余茎叶全部还田。
水稻于每年4月上旬育秧，5月下旬移栽，行株距为30cm×16.67cm，单本移栽。氮肥用量按纯N150kg/hm2，采用分次施肥法，基肥(35%)、分蘖肥(20%)、促花肥(30%)和保花肥(15%);磷肥用量按P2O596kg/hm2，全部基施;钾肥用量按K2O135kg/hm2，基肥和促花肥两次对半施用。水稻于每年的9月中下旬收获，水稻收获籽粒后，稻草不还田。稻田管理同一般大田，并及时控制病虫草害。
1.4 测定项目与方法
1.4.1 产量及其产量构成
水稻成熟期于每小区收割99穴，作为测产样，脱粒晒干风选后称取30g，采用烘干法测定稻谷的实际含水量，按13.5%水分折算水稻的实收产量。同时，每小区按平均茎蘖数选取代表性植株6穴考种，考察产量构成因素。
1.4.2 土壤物理性质的测定
土壤样品于2019年10月23日水稻收获后采集。在每小区分0～7cm、7～14cm、14～21cm三层取土样，用环刀法测容重，用环刀浸泡法测毛管孔隙度和毛管持水量，用经验公式Tp(%)=93.947-32.995Bd(Tp为总孔隙度，Bd为容重)计算总孔隙度，通气孔隙度为总孔隙度与毛管孔隙度之差[13]。
1.5 统计分析
试验数据采用SAS9.0软件进行分析。
2 结果与分析
2.1 不同冬种模式对后茬杂交水稻产量及产量构成因素的影响
由表2可知，除2018年处理B以外，不同年度各冬种模式的后茬水稻实收产量均高于冬闲田。2017年，处理B、C、D、E差异不显著，但均显著高于处理A，其中，以处理E产量最高，达8068kg/hm2;2018年，处理A与处理C、E达到显著性差异，而处理B、D差异不显著，以处理E产量最高，达到8906.8kg/hm2;2019年，处理A与处理B、C达到显著性差异，而与处理D、E差异不显著，以处理C产量最高，达到9209.87kg/hm2;从3年的平均产量来看，处理B、C、D、E均显著高于A处理，其中，处理C的产量最高，显著高于B、D，而与处理E无显著差异。综上所述，冬种作物能够提高水稻产量，达到增产效果。
水稻产量受有效穗数、结实率等因素影响。由表2可知，有效穗数方面，2017年、2019年各处理之间差异性不显著;2018年以处理B最高，与处理C、E差异显著，而与处理A、D差异不显著;从3年平均值来看，处理B最高，但与其他处理无显著性差异。每穗总粒数方面，2017年，处理B显著高于其它处理，处理C、D、E差异不显著，但显著高于处理A;2018年，处理A与处理C达到显著性差异，而与处理B、D、E差异不显著;2019年各处理之间差异性不显著;从3年平均值来看，处理B、C、D、E均显著高于A处理，且处理B、C、D、E之间无显著差異，其中以处理B最高。结实率方面，2018年、2019年各处理之间差异不显著;2017年，以处理A最高，与处理D、E有显著性差异，而与处理B、C差异不显著;从3年平均值来看，以处理A最高，但各处理之间差异不显著。千粒重方面，不同年份各处理之间差异不显著;从3年平均值来看，以处理B最高，但各处理之间差异不显著。综上所述，冬种作物各处理的后茬杂交水稻每穗总粒数均高于冬闲田，而有效穗数、结实率及千粒重差异不显著，表明不同处理间水稻产量的差异主要是每穗总粒数不同所致。以处理B的产量构成因素表现较好，但由于自然灾害的影响，实际产量不高。
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