摘要
采用常规分析和现代分子生物学技术相结合的方法对连续6年覆膜旱作稻田土壤物理、化学、生物学等性质的变化规律及水稻营养特性进行了分析，结果如下： 1.连续覆膜旱作改变了稻田土壤团粒结构和pH值。与水作相比，覆膜旱作有利于土壤微团粒结构(小于5mm)的形成，土壤pH值有升高趋势。与裸地旱作相比，覆膜早作降低了大于5mm的土壤团粒结构，增加了2-5mm土壤团粒结构，土壤pH值有降低趋势。 2.连续覆膜旱作对稻田土壤有机质和氮、磷、钾含量有明显影响。土壤有机质含量呈下降趋势，墩头点，覆膜旱作6年后土壤有机质比试验前降低了36.7％，丁桥点降低了51.4％。 3.覆膜旱作对稻田土壤全量及有效Fe、Mn、Cu.、Zn含量有一定影响。从全量来看，与水作相比，覆膜旱作对稻田土壤全量Fe、Mn、Cu、Zn含量影响不大；与裸地旱作相比，覆膜旱作使2005年成熟期和2006年拔节期土壤全Fe含量显著增加了11.8％和7.7％，使2005年成熟期土壤全Mn含量增加了17.4％，但对全量Cu、Zn含量影响不大。从有效含量来看，与水作相比，覆膜旱作使全生育期土壤有效Fe、Mn含量分别显著降低了11.4％-15.1％和10.8％-33.5％，使有效Cu含量增加了1.6％-15.0％，而有效Zn含量在各生育期及年际间变化不一致。与裸地旱作相比，覆膜旱作处理显著增加了土壤有效Fe、Mn、Cu的含量，有效Zn含量在年际间变化不一致。 4.覆膜旱作对稻田土壤酶活性有一定影响。与水作相比，覆膜旱作对土壤过氧化氢酶活性影响不大，使2006年灌浆期和成熟期脲酶活性显著增加了28.7％和45.6％，整个生育期蔗糖酶活性增加了14.2％-372.7％，使2005年成熟期、2006年灌浆期和成熟期碱性磷酸酶活性分别增加了60.0％、43.8％和51.1％；与裸地旱作相比，覆膜旱作对土壤过氧化氢酶影响不大，脲酶活性降低了14.1％-45.6％，蔗糖酶活性在2006年拔节和灌浆期显著增加了95.3％和57.7％，碱性磷酸酶活性在2005年成熟期、2006年灌浆期、成熟期分别增加了26.3％、31.3％和17.5％。与不施氮肥相比，施氮肥显著提高了覆膜旱作水稻成熟期土壤过氧化氢酶、脲酶、蔗糖酶、碱性磷酸酶活性，其中，以施纯氮135kg/hm-2处理各种酶活性最高。 5.覆膜旱作明显影响了土壤微生物量碳、氮、磷含量。与水作相比，在播前和成熟期，覆膜旱作降低了土壤微生物量碳，降低幅度为12.2％和8.2％；微生物量氮在播前有所降低，但在拔节和灌浆期显著增加，增加幅度为45.0％和35.4％；微生物量磷在全生育期显著增加了8.7％-186.8％：与裸地旱作相比，覆膜旱作有增加土壤微生物量碳、氮、磷的趋势。施氮肥增加了土壤微生物量碳、氮、磷含量，以施纯氮135kg/hm-2处理微生物量碳、氮、磷含量最高，分别为243.2mg/kg-1、37.5mg/kg-1和15.0mg/kg-1。 6.由于覆膜旱作改变了土壤的生态环境，从而影响了土壤细菌的多样性。群落水平生理剖面(cLPP)分析表明，平均孔的颜色变化(AWCD)值随培养时间的延长呈S型曲线变化；与水作相比，在拔节期和灌浆期，覆膜旱作处理AWCD值在72h培养后均显著高于水作(P<0.05*)，细菌碳源利用的主成分分析表明，两个生育时期，覆膜旱作和水作处理在主成分1上均有显著差异(P<0.05*)，而且覆膜旱作处理后Shannon丰富度和均匀度均显著高于水作处理(P<0.05*)，表明覆膜旱作较水作处理有更加多样的可培养的土壤细菌。与裸地旱作处理相比，拔节期，AWCD值在培养72 h后覆膜旱作显著高于裸地旱作，而且在主成分1上有显著差异，Shannon丰富度和均匀度均显著高于裸地旱作；灌浆期，两处理间各指标差别不显著，说明覆膜早作和裸地旱作在拔节期可培养的细菌多样性差别较大，后期差别较小。变性梯度凝胶电泳(DGGE)分析表明，与水作和裸地旱作相比，覆膜旱作显著增加了土壤细菌微生物区系基因总条带数；DGGE指纹图谱的系统聚类分析结果表明，覆膜旱作与水作处理聚类距离较远，而与裸地旱作处理距离较近。因此，与水作相比，覆膜旱作有利于稻田总的细菌群落多样性的形成，与裸地旱作相比，两个处理间稻田土壤总的细菌群落多样性相似。 7.由于连续覆膜旱作降低了稻田土壤肥力，可以通过秸秆还田等措施维持其地力。秸秆还田显著增加了稻田土壤有机质、碱解氮、有效磷和速效钾含量，墩头点分别增加了5.0％、9.9％、12.3％、61.5％，其中，覆膜旱作条件下施纯氮135kg/hm-2配合秸秆还田土壤有机质和碱解氮含量与水作不还田相比差别不大，但有效磷和速效钾含量分别比水作不还田显著提高了33.9％和48.6％；丁桥点秸秆还田后土壤有机质、碱解氮、有效磷和速效钾含量分别显著增加了5.4％、15.3％、17.8％、12.9％，其中，覆膜旱作条件下施纯氮135kg·hm-2配合秸秆还田土壤有机质和碱解氮含量与水作不还田相比差别不大，但有效磷和速效钾含量分别比水作不还田显著提高了44.1％和14.5％；秸秆还田也显著增加了成熟期土壤过氧化氢酶、脲酶、蔗糖酶、碱性磷酸酶活性，2005年分别增加了12.3％、35.3％、24.1％、25.0％，2006年分别增加了11.8％、28.3％、11.6％、50.0％，土壤微生物量碳、氮、磷含量也有不同程度提高。 8.由于连续覆膜旱作明显改变了稻田土壤肥力，从而影响了水稻产量及植株对养分的吸收。连续7年覆膜旱作水稻产量结果表明，从2001年开始，水稻产量先增加后降低，以2003年产量最高，2004年开始下滑，到2007年又略有回升。以2006年为例，与水作相比，覆膜旱作使水稻穗粒数和结实率分别降低了6.6％和2.5％，因此，水稻产量比水作处理降低了5.0％。覆膜旱作使水稻成熟期地上部氮含量提高了6.0％，磷含量降低了9.6％，而钾含量差别不大；与裸地旱作相比，由于覆膜旱作主要提高了水稻有效穗和穗粒数，使得产量较裸地旱作显著增加了6.1％。覆膜旱作使水稻成熟期地上部氮、磷、钾含量比裸地早作分别增加了24.8％、18.3％和4.3％；与不施氮肥相比，施氮肥显著增加了成熟期水稻地上部氮、磷、钾含量，均以施纯氮180kg/hm-2处理最高，分别为1.286g·株-1、0.227g·株-1、1.810g·株-1；随氮肥用量的增加，水稻地上部氮、磷、钾总量逐渐增加，但是施纯氮135 kg/hm-2和180kg/hm-2处理间差别不显著；施氮肥也显著增加了覆膜旱作稻平均有效穗、穗粒数、结实率和千粒重，从而增加了水稻产量，其中以施纯氮135kg/hm-2处理配合秸秆还田水稻产量最高，为7104kg/hm-2；水稻产量(Y)与氮肥用量(X)之间呈显著正相关关系，可拟合为一元二次抛物线方程，秸秆还田处理条件下方程为：Y=5390.2+20.216 X-0.0613 X2(R2=0.9869*)，不还田条件下方程为：Y=5212.2+15.287 X-0.0306 X2(R2=0.9869*)。施氮肥也增加了水稻氮收获指数、氮肥表观利用率，而氮肥农学利用率显著下降，其中，以施纯氮135kg/hm-2处理配合秸秆还田氮收获指数、氮肥表观利用率最高，氮肥农学利用率相对较高，分别为0.626、49.6％、12.6kggrain/kg-1。秸秆还田有利于覆膜旱作稻地上部养分含量、产量和氮肥利用率的全面提高。 9.覆膜早作明显影响了水稻地上部微量元素Fe、Mn、Cu、Zn含量。与水作相比，覆膜旱作降低了水稻茎、穗轴、壳、糙米及地上部总铁含量，降低幅度分别为9.1％、29.1％、46.2％、25.0％和9.5％，达到显著水平；覆膜旱作使茎、壳、糙米及地上部总锰含量显著降低了6.5％、74.2％、32.9％和10.3％，使茎中铜含量和地上部总铜含量增加了100.1％和15.0％，使穗轴和糙米中铜含量降低了25.8％和20.8％，使壳和糙米中锌含量降低了59.5％和7.9％，但地上部总锌含量差别不大。与裸地早作相比，覆膜旱作对水稻不同器官Fe、Mn、Cu、Zn含量影响不同，但是显著提高了水稻地上部Fe、Mn、Cu、Zn总吸收量，提高幅度分别为28.0％、35.0％、35.2％和15.8％，而糙米中铁、锰、铜、锌含量差别不大。 综上所述，连续覆膜旱作会导致土壤肥力降低，生产上可以通过合理施肥，如施用氮肥、钾肥以及稻草秸秆还田等措施培肥土壤，以保持该生态系统的健康持续发展。此外，覆膜旱作稻也应注意微量元素肥料的施用，以保证水稻能够正常生长并获得较高的产量和良好的品质。
NETL