论文部分内容阅读
稻田养蟹是我国北方稻作区重要的生态农业模式，具有显著的生态、经济与社会效益。近些年，随着有机农业的发展，有机稻蟹生产模式悄然兴起。但有机稻蟹生产的诸多技术目前并不十分成熟。为此，结合北方地区稻作生产和发展有机稻蟹生产的实际，于2009和2010年通过田间定位试验与室内分析，系统地研究了有机稻蟹（M1～M4）（不施用化肥且养蟹，有机肥分别约为48000kg·hm-2、42000kg·hm-2、36000kg·hm-2、30000kg·hm-2）、常规稻蟹（MNP）与单作水稻（CK）生产方式对稻田土壤有机碳特征、水稻产量及稻米品质的影响；比较了不同模式能流、物流与价值流的差异；同时应用生命周期评价方法对有机稻蟹M1、常规稻蟹MNP和单作水稻CK三种水稻生产方式进行了生命周期环境影响评价，以期为该地区选择适宜的稻作生产模式、土壤培肥制度以及加强农业环境管理提供理论参考。主要结论如下：1.有机稻蟹模式可显著改善土壤有机无机复合状况和腐殖质结合形态。与试前相比，2009年和2010年不同有机稻蟹模式可显著增加土壤有机碳、重组有机碳含量和原土复合量，降低原土复合度，提高追加复合量和追加复合度；同时也使土壤松结态、稳结态和紧结态腐殖质碳含量显著增加，松结态腐殖质碳含量增幅大于稳结态和紧结态，且提高松结态腐殖质碳/重组有机碳的比值(ⅠC/HOC)和松/紧比；有机稻蟹模式中以高量有机肥稻蟹（M1）模式增加效果最好。MNP模式也表现出相同的变化趋势，但各项指标都低于有机稻蟹模式；CK模式可使上述指标向相反的方向发展，使其土壤有机无机复合状况和腐殖质结合形态变劣。2.有机稻蟹模式可明显提高土壤腐殖质数量并改善其品质。与试前相比，2009年和2010年不同有机稻蟹模式均能使HEC、HAC、FAC、HMC以及松HAC、FAC含量显著增加，提高HAC/HEC和松结态HAC/ⅠC的比例，降低FAC/HEC和松结态FAC/ⅠC的比例，使H/F比值上升，且以高量有机肥稻蟹（M1、M2）模式效果更明显。MNP和CK模式土壤HAC含量相对较低，但FAC/HEC的比例较高，HA/FA比值下降。三种模式HA和松结态HA的E4/E6比值与△log k值总的变化趋势相同，均表现为有机稻蟹＞常规稻蟹＞单作水稻。3.有机稻蟹模式可显著提高土壤活性有机碳各组分含量。与试前相比，有机稻蟹（M1～M4）模式土壤LOC、MLOC、HLOC含量及CMI均显著或者极显著提高，且有机肥用量越大，效果越显著；MNP模式活性有机碳各组分含量及CMI的变化也有类似规律，但各项指标均明显低于有机稻蟹模式；CK模式MLOC含量和CMI略有上升。4.有机稻蟹模式可提高水稻、蟹产量和改善稻米品质。与MNP和CK模式相比，2009年和2010年有机稻蟹（M1～M4）模式水稻穗粒数、结实率和千粒重均随有机肥施用量的增加逐渐升高，其中以2009年高量有机肥稻蟹（M1）模式增幅最大，分别达11.90%、8.42%和3.94%，且水稻产量较高。两年河蟹产量的变化趋势均表现为M1＞M2＞M3＞MNP＞M4。有机稻蟹模式的稻米品质也得到了不同程度的改善。稻米的垩白粒率、垩白度及直链淀粉含量显著降低，同时促进稻米蛋白质和必需氨基酸含量的增加，微量元素Fe、Zn含量上升，但对稻米的碾磨品质没有显著影响；不过，高量有机肥稻蟹（M1）模式却使糙米的Cd、Pb含量有增高的趋势。5.有机稻蟹模式的能物流结构较为合理，经济效益较高。有机稻蟹（M1～M4）模式有机能占人工辅助能输入的百分比分别为97.67%、97.37%、96.96%、96.49%，比MNP模式分别提高11.12、10.83、10.41、9.84个百分点；有机稻蟹模式的能流循环指数较高，但其光能利于率和能量转换效率略低于MNP和CK模式。从系统养分盈余看，有机稻蟹模式氮、磷、钾盈余量以及循环通量均明显高于MNP和CK模式。若按有机稻米、有机河蟹价格高出同类商品30%的市场价格计算，有机稻蟹（M1～M4）模式可分别多获净收入7087.50、6649.65、5910.30、4752.00Yuan·hm-2。6.与2009年相比，2010年高量有机肥稻蟹（M1）模式的土壤有机碳、重组有机碳、HEC、HAC、ⅠC含量及ⅠC/HOC的比值和HA的E4/E6值、△log k值增幅最高，分别达15.15%、11.96%、10.79%、19.34%、20.78%、7.89%和5.62%、5.48%；中低量有机肥稻蟹（M3）模式的土壤LOC、MLOC含量及CMI增幅效果最好，分别达10.11%、5.14%和14.79%；低量有机肥稻蟹模式（M4）的土壤稳结态腐殖质碳（ⅡC）、ⅡC/HOC的比值和松/紧比的增幅最为明显，分别达23.09%、15.26%和12.83%。7.不同模式水稻生产生命周期环境影响以CK模式最大，MNP模式次之， M1模式最小。其中，有机稻蟹M1模式水稻生产生命周期环境影响大小依次为：富营养化、环境酸化、能源耗竭和全球气候变暖，环境影响指数分别为0.60、0.07、0.000029和-0.03；MNP模式水稻生命周期环境影响大小依次为：富营养化、环境酸化、能源耗竭和全球气候变暖，环境影响指数分别为0.58、0.099、0.000036和-0.01；CK模式水稻生命周期环境影响大小依次为：富营养化、环境酸化、全球气候变暖和能源耗竭，环境影响指数分别为0.628、0.124、0.012和0.00004。