中国南方稻田绿肥种植和利用已有数千年历史,维持了区域土壤肥力和水稻生产。但目前绿肥对稻区土壤碳固持和碳足迹的定量化研究少有报道。本研究将长期定位试验与Meta分析结合,定量研究了绿肥提高中国南方稻田土壤碳固持和减少碳足迹的潜力。研究表明,与冬闲相比,冬种绿肥处理可在减少40%的氮肥下维持水稻产量,同时土壤表层碳固持速率为1.62 Mg CO2-eq ha-1 yr-1。不同试验站的总碳足迹范围为7.51~13.66 Mg CO2-eq ha-1 yr-1, 其中甲烷是最主要组分,占总量的60.7%-81.3%。绿肥-稻田模式降低了稻田生产系统31.4%的非直接碳足迹排放(主要为氮肥),提高了19.6%的直接碳足迹排放(主要为甲烷)。绿肥的甲烷排放因子(EFgc)在低和高甲烷排放情景下分别为5.58%和21.31%。在低排放情景下,土壤碳库的增加可抵消增加的稻田甲烷排放;而在高排放情景下,土壤碳库的增加不足以抵消增加的稻田甲烷排放。当EFgc小于9.20%时,绿肥可同时增加土壤碳库和减少系统碳足迹。EFgc值的大小主要受绿肥翻压量和稻田水分管理影响,说明优化翻压量和田间水分管理是提高中国南方稻田绿肥田土壤碳固持和减少碳足迹的关键。
绿肥-作物轮作作为一项可持续农艺措施,具有增强作物抗病、提升作物产量的效果。 然而,绿肥施用对作物相关微生物群落构建的调控机制尚不清楚。 本研究通过烟草与紫云英、黑麦草、肥田萝卜和冬闲(不施绿肥)四种轮作方式的田间试验,研究烟草不同区室(非根际土、根际土、根表及根内)细菌群落水平构建过程。 结果表明:与冬闲处理相比,绿肥各处理相邻区室构建的共现网络具有更多的边,表明其土壤-根界面存在显著的微生物相互作用。绿肥施用提高了土壤各区室间的扩散-生态位连续指数,促进了微生物的水平扩散。 对于不同的绿肥处理,中性群落模型对细菌出现频率的解释为24.6-27.6%,且每种处理至少有一个区室的归一化随机率高于50%边界,表明确定性和随机过程共同塑造了烟草微生物群落。综上所述,绿肥施用促进了不同区室间细菌群落的扩散,增强了相邻区室潜在的相互作用。本研究为了解绿肥-作物轮作条件下微生物群落的构建过程提供了经验依据。
研究西北地区(西宁、武威)玉米间作豆科绿肥系统中豆科绿肥的生物固氮量及其向玉米的氮素转移量,探讨间作条件下玉米利用豆科绿肥生物固氮的可能性。试验处理包括玉米单作、绿肥(箭筈豌豆和毛叶苕子)单作、玉米和绿肥间作。与绿肥单作相比,间作绿肥的生物固氮效率无显著变化(西宁毛叶苕子除外);但西宁、武威两地箭筈豌豆生物固氮量分别从1.16和1.10 g/盆显著降低至0.77和0.55 g/盆,西宁毛叶苕子生物固氮量从1.02 g/盆显著降低至0.48 g/盆。西宁和武威间作系统中,箭筈豌豆氮素转移量分别为21.54和26.81 mg/盆,占玉米吸氮量的32.9和5.9%;毛叶苕子的氮素转移量分别为39.61和46.22 mg/盆,占玉米吸氮量的37.0和23.3%。路径分析结果表明,绿肥生物固氮量主要与土壤养分与地上部干物质量相关,氮素转移量主要与土壤δ15N相关。结果表明,玉米吸氮量的5.9~37.0%来自于豆科绿肥生物固氮,毛叶苕子的氮素转移量高于箭筈豌豆。综上所述,与豆科绿肥间作,是玉米有效利用豆科绿肥生物固氮的可能途径。