研究生论文开题报告(范例)

1、研究生学位论文开题报告题目名称： “薄浅湿晒”和干湿交替灌溉稻田有机碳转化及其相关微生物特性研究 姓 名： 何文 学 号： 1317310002 专业名称： 植物营养学 研究方向： 植物营养与施肥 攻读学位： 硕士 学 院： 农学院 导师姓名： 李伏生 导师职称： 教授 填表时间 2014 年 11 月 29 日填 表 说 明1开题报告是研究生培养的重要环节，研究生必须认真填写2完成时间：硕士研究生的开题报告应于第三学期末前完成3打印要求：此表用A4纸双面打印，一式两份4此表与中期考核审核表、成绩单、实践报告、学术活动列表等材料一起交于学院，参加中期考核一、课题来源，国内外研究现状、水平及发展

2、趋势，选题的研究意义、目的，参考文献（一）课题来源国家自然科学基金课题：薄浅湿晒与干湿交替灌溉稻田甲烷和氧化亚氮排放机制和水氮运筹模式（51469003）。（二）国内外研究现状、水平及发展趋势1水稻节水灌溉技术近半个世纪以来，随着耕作栽培技术的进步，为了减少水稻灌溉的用水量，同时达到节水高产、高效优质的目的，水稻节水灌溉是以水稻各个生育期耗水量变化规律和适当的水分利用指标为前提，并最大化的利用天然雨水和土壤本身的调蓄能力，使稻田水分状况能在水稻生长期多样化，同时保证水稻正常生长，保障水稻关键需水期的充足水分，减少水分在田间的无效消耗，使最少的水分获得最大的产量，提高水分生产效益的一种灌溉方法。

3、其实质就是在适当调节水稻生理需水的同时，合理发挥水稻生态耗水的功能，不仅要满足稻体水分代谢需要，还应利用灌溉水的多方面作用，来影响水稻群体协调地生长发育，达到高产前提下节约用水。稻田节水灌溉技术已有多种方式。（1）“薄、浅、湿、晒”灌溉“薄、浅、湿、晒”灌溉技术在我国的应用地域比较广，此技术是根据水稻各生育期的需水特性和要求，在水稻的不同生育期进行灌溉排水。为水稻生长创造良好环境，达到节水高产的目的。具体技术要求为: 插秧时薄水、返青时浅水、分蘖前期时湿润、分蘖后期时晒田，拔节孕穗和抽穗开花期保持薄水、乳熟期湿润，黄熟期湿润落干。其中在广西壮族自治区大面积推广这种灌溉方式，其技术要点为：（1）

4、薄水插秧、浅水返青：插秧时按薄水层15-20 mm，插秧后使田间水层保持15-40 mm左右；(2)分蘖前期湿润：每2-5天灌10 mm左右薄水层一次，土壤水分保持处于饱和状态；(3)分蘖后期晒田；(4)拔节孕穗和抽穗扬花期薄水，抽穗扬花期使稻田保持10-15 mm薄水层；(5)乳熟期湿润：隔3-5天灌水约10 mm水层；(6)黄熟期时先让土壤保持湿润后落干：即水稻穗部勾头前保持土壤湿润，勾头后稻田自然落干。有报道表明通过应用水稻“薄、浅、湿、晒”灌溉技术，不仅达到了节水的效果还达到增产、增收的目的(孙红光等，2002)；也有研究结果显示：稻田灌溉采用“薄、浅、湿、晒”灌溉技术比一般常规的灌溉

5、技术节水率达40%50%(徐红等，2003)。 （2）干湿交替灌溉 干湿交替灌溉是一种通过土壤张力计来检测土壤水分的一种灌溉方式，其技术要点为：(1)从移栽至返青建立浅水层，田间保持水层23 cm；(2)返青有效分蘖临界叶龄期，进行间隙湿润灌溉：田间灌水层23 cm，然后自然落干至土壤水势为-5 kPa；再田间灌水层23 cm，然后自然落干至土壤水势为-5 kPa；如此循环；(3)有效分蘖临界叶龄期拔节，进行排水搁田，搁田至土壤水势为-20 kPa并保持1个叶龄期，然后再灌水，田间灌水层23 cm；(4)拔节后一周二次枝梗分化期初，进行干湿交替灌溉：田间灌水层23 cm，然后自然落干至土壤水势

6、为-10 kPa；再田间灌水层23 cm，然后自然落干至土壤水势为-10 kPa；如此循环；(5)从二次枝梗分化期出穗后10天，进行间隙湿润灌溉：田间灌水层23 cm，然后自然落干至土壤水势为-5kPa；再田间灌水层23 cm，然后自然落干至土壤水势为-5 kPa，如此循环；(6)从抽穗后11天抽穗后45天，进行干湿交替灌溉：田间灌水层23 cm，然后自然落干至土壤水势为-10 kPa；再田间灌水层23 cm，然后自然落干至土壤水势为-10 kPa，如此循环；(7)抽穗后45天至收获，田间不灌水，土壤落干。（3）控制灌溉水稻控制灌溉是稻田无水层的一种灌溉方式，是指秧苗本田移栽后，返青期间田面保

7、留1025 mm薄水层，返青以后水稻的各生育阶段不建立灌溉水层，以土壤水分为控制指标，确定灌水时间和灌水量(彭世彰等，2006)。在水稻不同生长阶段，土壤水分控制的下限为土壤饱和含水量的60%80%，上限为饱和含水率。根据水稻各生育期对水分的敏感程度和节水条件下水稻的需水规律，在发挥水稻自身的适应能力和调节机能的基础上，进行适时科学供水的灌水新技术(张恩江等，2007)。有研究结果表明：虽然水稻控制灌溉技术的株高、穗粒数比常规灌溉低，但是千粒重和有效穗数结实率均比常规灌溉高，并且节水率达30%以上(邓爱明等，2007)。2.土壤有机碳组分和转化土壤有机碳的周转特征和动态变化的研究与其分组研究紧

8、密相连。土壤有机碳根据其复杂的组成、结构及存在方式，分为易分解，可被作物迅速利用的活性有机碳和包括难分解，转化时间漫长的惰性有机碳。一般依据土壤有机碳在土壤中的分解难易和转化时间，将土壤有机碳总体分为3个库，（1）不稳定土壤有机碳库（活性碳库），有机碳组成以微生物量碳、可矿化碳、溶解性有机质、碳水化合物为主，特点是活性强、分解速率快、转化周期短，这部分有机碳与养分供应密切相关，但并不能为土壤所真正固定；（2）稳定有机碳库（缓效性有机碳库），相应的有机碳为颗粒有机物、碳水化合物、脂类等，周转和分解速率都较前一种有机碳慢，是土壤固定有机碳的主要碳库；（3）极稳定有机碳库（惰性有机碳库），其组成主要

9、是木质素，腐殖质，多酚及被保护的多糖等，分解速率和转化周期相当长。2.1 易氧化活性有机碳根据土壤有机碳的氧化难易程度将其分为易氧化有机碳和难氧化有机碳。众多研究表明，长期不施肥或单施化肥使土壤氧化稳定性升高，促进了土壤有机质的老化，氧化稳定系数升高，土壤供肥能力降低；长期施用有机肥料，可明显提高土壤易氧化有机质含量，降低有机质的氧化稳定性，土壤肥力提高，同时作物产量显著高于化肥处理(张付申，1997；张春霞，2004)。马毅杰等(1999)表明，水稻土有机碳的氧化稳定性与水分状况和有机碳含量有关。研究表明，土壤易氧化态碳不仅与土壤总有机碳显著正相关(徐秋芳等，2005)，而且还与土壤DOC显

10、著正相关(Tirol-Padre和Ladha，2004)；Conteh等(1999)研究认为易氧化态碳与富里酸、微生物量、总糖和易氧化多糖呈显著正相关。土壤易氧化有机质含量和有机质氧化稳定系数，反映了土壤有机质的品质，可作为衡量稻田土壤肥力及培肥水平的重要指标。2.2 可溶性有机碳可溶性有机碳（DOC）往往被定义为可以通0.45m筛孔的有机碳，包括从简单有机酸、糖类到复杂腐殖物质等一系列分子量范围差异很大的分子(Thurman，1985)。土壤可溶性有机碳对调节金属阳离子淋洗和溶解、酸性阴离子的吸附-解吸、矿物风化、土壤微生物活动以及土壤物理化学和生物学过程都有重要的作用。有研究认为新近凋落物

11、和土壤腐殖质是森林生态系统DOC的主要来源，土壤微生物生物量、根系分泌物和降水淋溶等亦是其重要来源。对土壤溶液中DOC的组成和结构分析表明，微生物代谢产物是DOC的重要组成部分，而真菌可能在DOC的产生过程中起着重要的作用。因根的快速周转和分泌作用，根际土壤进行快速碳流动，因此根际土壤也是DOC的重要来源之一。目前一般认为土壤DOC的含量不超过200mg.kg-1，其占土壤有机碳的比例也不到3%，但它是土壤微生物的主要能源，在提供土壤养分方面起着重要作用。据Haynes(2000)研究，土壤可溶性有机碳与土壤耕作指数的关系极为明显，可作为衡量土壤有机碳变化方向的重要预测指标。在农业生态系统中，

12、土地的利用与管理方式是影响可溶性有机碳含量的重要因素。Delprat等 (1997)认为，林地初次耕作可使土壤中可溶性有机碳提高2-5倍，而以后长期耕作又会使其明显降低。不同轮作方式下，土壤适时休闲可以提高土壤DOC的含量 (Franzluberers et al.，1995)。施用有机肥可以提高土壤可溶性有机质的含量，但土壤可溶性有机碳的含量只是在短期内增加，随后有所下降(Zsolnay et al.，1991；Gregorich et al.，1996)。2.3 土壤微生物碳土壤微生物碳是土壤中活的细菌、真菌、藻类和土壤微动物体内所含的碳。其含量占土壤有机碳的1%-3%（Anderson和

13、Domsch，1990），有时可高达9%，但通常不超过10%（Insam et al., 1989）。土壤中的微生物一方面参与有机质的分解、腐殖质的形成以及土壤碳、氮等元素的循环过程和土壤矿物质的矿化过程，将动植物的残体及排泄物分解和转化为腐殖质，增加土壤养分的有效利用率，供给农作物吸收；另一方面微生物体及其分泌物中的N、P、S及其它营养元素是植物生长可利用养分的一个重要来源。土壤微生物碳对农业措施的反应非常敏感，与土壤其它碳库之间也有高度的相关性，如与土壤轻组有机碳、可矿化碳含量之间存在显著正相关（Bremer et al., 1995），而后两者是土壤有机碳的活性碳库，说明了土壤微生物与土

14、壤有机碳含量的关系密切，因此可以将土壤微生物碳作为一个指标来判定农业措施对土壤有机碳的影响（Insam et al., 1989）。2.4土壤酶活性土壤酶是指土壤中的聚积酶，包括游离酶、胞内酶和胞外酶，是参与新陈代谢的重要物质。土壤酶主要来源于土壤微生物的活动、植物根系分泌物和动植物残体腐解过程中释放的酶，是土壤新陈代谢的重要因素，土壤中的一切生物化学反应都是在酶的参与下进行的，是土壤中物质转化方向和动力的枢纽(肖春玲等，2010)。土壤酶活性反映了土壤中进行的各种生物化学过程的强度和方向，在一定程度上反应了土壤微生物的活性，可作为土壤肥力、土壤质量及土壤健康的重要指标，为土壤本质属性之一。土

15、壤中积累的酶的种类很多，可以大概分为氧化还原酶类、转移酶类、水解酶类、裂解酶类等。过氧化氢酶活性与微生物活动和土壤呼吸强度关系密切，它能促进土壤中过氧化氢的分解，有利于防止过氧化氢对生物体的毒害作用，它是参与土壤中物质和能量转化的一种重要氧化还原酶，在一定程度上可以表征土壤生物氧化过程的强弱。转化酶存在于所有土壤中，其活性与土壤中腐殖质、水溶性有机质和黏粒含量以及微生物数量呈正相关，可以用来表征土壤的熟化程度和肥力水平。不同灌溉方式和土壤水分含量大小影响土壤微生物数量和酶活性，如刘宇锋等(2012)发现，控制灌溉和间歇灌溉土壤酶活性和微生物数量一般高于常规灌溉。余江敏等(2010)认为，根区局

16、部灌溉在其湿润区能提高土壤微生物数量和酶活性。朱同彬等(2008)研究发现，不同施肥处理土壤中不同种酶活性变化情况不一样，当土壤田间持水量高于70%时会显著抑制土壤脲酶、过氧化氢酶和碱性磷酸酶活性。有研究表明，土壤干旱时土壤酶活性下降，重新湿润时又能稍许提高酶活性3. 土壤有机碳的分解和转化过程土壤有机质的分解和转化是土壤有机碳输出的基本过程，同时反映了土壤的活性。化合物进入土壤后，一方面发生矿化即在微生物的作用下发生氧化反应，彻底分解释放出CO2、水和能量，在一系列特定反应后，释放出N、P、S等植物可利用的矿质养料。土壤矿化过程的终端产物主要是CO2，CO2的释放速率通常是衡量土壤有机质分解

17、速率和微生物活性的重要指标。另一方面为腐殖化过程，各种有机化合物通过微生物的合成或在原植物组织中聚合转变为组成和结构比原有机化合物更为复杂的新的有机化合物。 土壤有机碳矿化率为土壤有机碳分解释放二氧化碳的过程称为碳矿化。在土壤有机碳组分中，易变成CO2的部分为土壤微生物的有效碳或易被生物活化部分，也是土壤微生物的有效能源和有机碳组分中的不稳定部分（Robertson et al.，1999）。当前对土壤有机碳矿化的影响因子已有大量的研究。土壤有机碳以及土壤氮素是土壤有机碳矿化的底物，其含量影响土壤有机碳的矿化作用，Nyberg等（2002）研究发现，高质量土壤有机碳的矿化速率较快。王红等（20

18、08）的研究结果显示，土壤中有机碳含量的增加显著提高土壤有机碳矿化速率，而氮的增加对土壤有机碳矿化没有显著影响，但土壤氮素含量对土壤碳矿化速率随着土壤有机碳含量的增加而产生影响。天然次生林变成农田或草地后，土壤随之下降，在农田或草地上造林后碳矿化速率又增加了。4. 灌溉与施肥对土壤有机碳的影响 不同灌水方式使水稻在生长期中土壤的水分含量不一样，土壤水可以控制甲烷产生需要的厌氧环境。它直接影响土壤中氧的含量、气体的扩散率及微生物的活性，并间接的影响到甲烷产生所相关的土壤的pH值和Eh值等因子，最终影响甲烷的产生。淹水条件，扩大了厌氧区域的范围，增强了产甲烷菌活性，降低甲烷氧化菌活性。只有土壤充分

19、饱和，才有利于甲烷的产生(王维奇等，2007)。一般而言，土壤中CH4的产生随着水分含量的增加而增加。因此，稻田的水管理在很大程度上影响着CH4的排放。目前关于这方面的研究也比较多，有研究表明，在施用等量尿素的情况下，干湿灌溉处理植株的甲烷释放量明显低于长期深水灌溉处理的植株(闵航等，1993)。也有报道：水位在0-15 cm时，甲烷产生，低于此平均值甲烷的产生量则较少，而高于平均值的时候，则影响不是很大，因此，水位的变化将强烈影响着甲烷的产生过程，水位越低，甲烷的产生量也越低(丁维新等，2002)。以间歇灌溉为例，其灌溉技术要点为：返青期保持20-60 mm水层，分蘖后期晒田，黄熟落干，其余

20、时间采用浅水水层、甘露(无水层)相间的灌溉方式。间歇灌溉的方法使土壤表层经常接触空气。这种干湿交替的灌溉方法有利于提高土壤的氧化还原电位，不利于产甲烷菌的活动，从而可抑制水稻田的甲烷排放量，有研究表明间歇灌溉在农业上是一条有效增产措施，而同时该稻田的甲烷排放最低(陈宗良等，1992)。节水种植水稻后,土壤通透性增加,嫌气和好气微生物活性提高,有利于土壤有机碳的有氧矿化,土壤呼吸排放的CO2增加;但同时土壤Eh升高,尤其是产甲烷菌等厌氧性微生物活性受到抑制,土壤有机碳的还原性矿化受影响,稻田甲烷排放明显减少(Yuetal,2006)。在稻田节水技术发展的同时,也对节水灌溉的效应进行了研究。稻田节

21、水灌溉后,田面淹水层变浅,甚至消失,会直接影响土壤的热溶性和通透性,带来土壤湿度、温度、氧化还原状况等变化,继而会影响土壤养分状况及生态过程的变化。研究表明,节水灌溉可增加土壤的通气性,提高土壤的氧化还原电位(杨士红,2008),同时土壤热溶性变小,昼夜温差变大,日平均土温高(罗金耀,2003;孙彦坤,2008)。节水灌溉能显著减少稻田甲烷的排放,主要是增强了土壤的通气性,改变甲烷产生、氧化和排放的条件(Kazunoretal,2006;彭世彰等,2007;)。土壤水分状况会影响土壤Eh值、甲烷氧化菌的活性及甲烷的扩散传输,是稻田CH4排放的决定性因子。当土壤湿度降低到一定程度时,CH4排放和

22、产生率也明显降低,而且主要的产CH;区域会从土壤表层逐渐向深层转移(上官行健等,1993)。由于气体在液相中扩散速率比在气相中慢的多,因此土壤水分含量会影响到CH4氧化,一般土壤湿度与CH4;氧化率呈负相关,但当土壤含水量过低时会造成水分胁迫而降低微生物物活性,的氧化也会减少。上壤中CH4氧化主要发生在10cm左右的土层中,CH4氧化的最佳土壤含水量为20%一70%(丁维新等,2003)。同时有研究表明当土壤含水量低于WHC时,甲烷氧化菌活性随含水量增加而增加,当超过土壤WHC时,则活性随含水量的增加而降低。国内外大量研究结果都表明施用有机肥或有机肥化肥配施可以显著影响土壤有机碳的积累（劳秀荣

23、等，2003；Jenkison 和 Fox, 1985）。施用无机化肥提高土壤有机碳的原因，主要是化肥使作物繁茂，根茬、枝叶等残留量增多。施用了足量化肥的土壤有机碳含量显著高于对照处理，但其提高潜力有限。一般而言，长期施用化肥对土壤有机碳提高幅度为20%左右。在英国洛桑试验站Broadbalk试验地，施用了144年NPK肥后，土壤有机碳含量仅比对照提高了15%。施用了100年有机肥后，土壤有机碳含量较不施肥增加了66gCkg-1，而施用有机肥150年后，土壤有机碳较对照增加了3倍。施有机肥与施等养分量的化学肥料相比，有机碳增加了39 gCkg-1（Powlsonn et al., 1998）。

24、对于种植年限很长且有机碳含量较低的土壤上，施用足量的化肥对提高其有机碳含量具有一定的意义。作物秸秆还田也是提高土壤有机碳含量的有效途径。Barber(1979)研究表明供给土壤秸秆，10年间土壤有机碳提高了10%，而当玉米秸秆被取走后，土壤有机碳降低了10%。长期不施肥料，土壤有机碳迅速下降，经过一段时间后下降速度减慢，并趋于平衡。不均衡施用化肥会造成土壤有机碳减少。国内大部分研究都说明NPK配合施用下可以增加土壤有机碳的含量（王旭东和张一平，1998；何云峰等，1998；姜岩等，1998；吴景贵等，1998）。在施用化学肥料之后，土壤腐殖质组成中富啡酸比例上升，胡敏酸比例下降，腐殖质品质变劣

25、（王旭东，张一平，1998）。土壤中微生物体碳的数量显著增加，土壤呼吸作用加强了，土壤有机碳分解加快（Bremer et al，1994）。施用化学肥料对土壤有机碳变化的影响比较复杂，一方面通过增加有机残体的输入和改变土壤水分条件增加有机碳含量，而另一方面随着土壤养分条件的改善，土壤微生物的繁殖和作用加强，从而增加了土壤有机碳的分解。大部分研究表明，施化肥和施有机肥对不同组分有机碳的影响也基本表现出与土壤总有机碳相同的变化趋势。沈宏等长期施肥对农田土壤碳库的影响试验表明长期施用有机肥和有机无机肥配合施用后，土壤有机碳、微生物量碳、易氧化碳、可矿化碳含量均明显升高。施肥显著增加土壤的碳矿化，不同

26、施肥处理下的土壤有机碳矿化速率的变化与生物量碳及土壤有机碳的变化趋势不同。王立刚等试验表明施肥影响土壤有机质的性质、土壤微生物量及酶活性，施用肥料促进了根的活力，还增加了土壤养分含量，使土壤生物活力增强，促进土壤有机质的矿化，进而增大土壤呼吸量。但也有研究指出施用氮肥会降低土壤CO2排放量，这可能是肥料的施用导致土壤酸化，降低了土壤微生物的活性，从而降低了微生物对有机碳的分解速率。另有研究表明，长期施用无机氮肥可减少土壤微生物的活性，但短期施用无机氮肥对土壤酶活性和微生物量只产生有限的影响；重复施用无机肥可能抑制土壤中某些酶的产生。但也有研究指出长期施用无机氮肥和磷肥可增加土壤微生物量碳和氮(

27、Goyal et al., 1992)。Fauci在研究中发现，无机氮和有机氮对土壤微生物量、代谢熵及参与碳和氮循环的几种主要的土壤酶的影响中，发现在长期尺度下，土壤微生物量和酶活性与总氮输入呈正相关。总之，施用无机肥对土壤微生物活性的影响是复杂的，可能与土壤类型、无机肥的种类、施用方式(施用量、短期施用或长期施用)和土地利用方式等因素有关。（三）选题的研究意义与目的 我国水资源仅占世界总量的6%，位居世界第四，但我国人口数量大，年人均占有水量只有2350 m3，仅为世界人均占有量的1/4，列世界第109位(陈志恺，2005；傅春等，2000；潘理中等，1996)。我国是一个水资源比较贫乏的国

28、家，有关研究表明，到2015年，中国缺水量在100亿318亿m3之间，每年因缺水造成的直接经济损失达2000亿元，全国每年因缺水造成的粮食减产达700800亿kg(柏彦超，2008)。目前，农业用水是我国用水量最多的产业，全国农业灌溉用水量约为3900亿m3，占全国总用水量的70%80%，其中90%左右的农业用水用于灌溉(于法稳，2008)，但中国普遍存在的“土渠输水，大水漫灌”灌溉方式的水分利用率却很低，仅为30%40%，西南、华北等地原始土渠灌溉水的利用率仅为25%30%，而发达国家水的有效利用率已达70%80%，甚至更高。因此，我国农业节水潜能很大。目前，水稻是中国的主要粮食作物之一，水

29、稻种植面积近5亿亩，占粮食播种面积的30%，用水量约占中国农业总量的70%左右，其中绝大部分至今仍沿用传统的淹水灌溉模式，水的生产效率很低。随着水资源紧张局势不断扩大，开展农业节水灌溉、谋求水资源可持续利用和农业可持续发展势在必行；而在节约农业用水的同时提高水分利用率和作物对水分利用效率并获得优质高产是节水农业的重中之重(康绍忠等，2004)。近半个世纪以来，随着耕作栽培技术的进步，为了减少水稻灌溉的用水量，同时达到节水高产、高效优质的目的，稻田节水灌溉技术已有多种方式。目前，“薄、浅、湿、晒”灌溉（TIR）技术已在我国大面积推广，而干湿交替灌溉作为一种比较新型的灌溉方式也越来越受到人们的重视

30、，这两种灌溉措施以水稻各个生育期耗水量变化规律和适当的水分利用指标为前提，并最大化的利用天然雨水和土壤本身的调蓄能力，使稻田水分状况能在水稻生长期多样化，同时保证水稻正常生长，保障水稻关键需水期的充足水分，减少水分在田间的无效消耗，使最少的水分获得最大的产量。土壤有机碳是土壤质量评价和土地可持续利用管理中必须考虑的重要指标。因此，土壤有机碳的动态及其控制过程的研究，不仅是土地资源可持续利用的重要基础，而且可以对土壤碳循环与全球气候变化的相互作用研究具有重要意义。本课题的研究目标是在水稻薄浅湿晒和干湿交替灌溉条件下，通过不同施肥方式处理，分析不同时期土壤中土壤有机碳的转化及其相微生物特性的研究，

31、为水稻生产实践中的节水增产高效和改善农田土壤生态环境提供依据。（四）参考文献1 孙红光，石立恒，孙吉国. 浅析桦川县星火灌区节水灌溉. 黑龙江水专学报，2002, (3): 49-502 徐华，蔡祖聪，李小平. 土壤 Eh 和温度对稻田甲烷排放季节变化的影响. 农业环境保护，1999，(4): 1-53 彭世彰，徐俊增，黄乾，等. 控制灌溉水稻叶片水平的水分利用效率试验研究. 农业工程学报，2006，(11): 47-524 张恩江，韩雪冰，刘春河. 寒区水稻节水控制灌溉技术应用研究. 黑龙江水专学报，2007，(2): 11-135 邓爱明，郭龙江，孙成龙. 兴凯湖灌区水稻节水控制灌溉实验研

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47、in Changchun area. Chinese Geographical Science, 2000, (3):463-470二、研究内容（解决的问题），独创或新颖之处，拟采取的研究方法，预期成果，论文框架（一）研究内容（解决的问题）（1）“薄浅湿晒”和干湿交替灌溉和氮肥施用下不同生育期土壤有机碳组分和转化研究对水稻不同生育期土壤总有机碳、易氧化活性有机碳、可溶性有机碳、土壤有机碳矿化率测定，揭示这两种节灌模式和氮肥施用（施氮方式，有机无机氮比例）下不同生育时期土壤土壤有机碳转化规律。（2）“薄浅湿晒”和干湿交替灌溉和氮肥施用下不同生育期土壤微生物特性测定水稻不同生育期相关的土壤微生物数

48、量和酶活性如产甲烷细菌、甲烷氧化菌、转化酶和过氧化氢酶，纤维素酶。揭示这两种节灌模下氮肥施用（方式，有机无机比例）对水稻不同生育期土壤微生物特性的影响机制。（3）土壤有机碳组分和转化与土壤微生物特性关系研究（二）独创或新颖之处揭示两种节灌模式和氮肥施用（方式，有机无机比例）下不同生育期土壤有机碳转化规律和相关微生物特性影响及其土壤有机碳转化与相关微生物特性的相关关系。拟采取的研究方法研究拟在广西大学农学院试验基地网室大棚内进行，室内分析在土化楼612室进行，供试作物为水稻，品种为Y两优3218。盆栽试验供试土壤采自广西大学农学院试验基地。“薄浅湿晒”和干湿交替灌溉稻田有机碳转化及其相关微生物特

49、性桶栽试验1：灌水模式（“薄浅湿晒”、干湿交替和常规）和3种施氮方式桶栽试验2：灌水模式（“薄浅湿晒”、干湿交替和常规）和2种有机无机N 比例田间试验：灌水模式（“薄浅湿晒”、干湿交替和常规）和2 种有机无机N 比例水稻生长发育不同时期土壤有机碳组分和转化：总有机碳，可溶性有机碳，易氧化有机碳，有机碳矿化率，土壤微生物量C土壤酶活性：转化酶/蔗糖酶，过氧化氢酶，纤维素酶和淀粉酶活性土壤微生物数量：产甲烷细菌，甲烷氧化菌考种与测产结果分析揭示两种节灌模式和氮肥施用（方式，有机无机比例）下不同生育期土壤有机碳转化规律和相关微生物特性影响及其土壤有机碳转化与相关微生物特性的相关关系。技术路线：试验方

50、案：田间试验：2种灌溉模式和2种有机无机N比例下水稻田间试验该试验2种灌水模式包括“薄浅湿晒”灌溉、干湿交替灌溉和常规灌溉。以常规灌溉为对照，常规灌溉除分蘖末期晒田外，分蘖期到乳熟期田间均保持20-40 mm水层，此外，移栽返青期保持浅水层和黄熟期自然落干。“薄浅湿晒”灌溉的水分控制标准见表1。干湿交替灌溉的水分控制标准是水稻在移栽后10 d内田间保持浅水层（10-20 mm），10 d后进行干湿交替灌溉，即在小区内安装土壤水分张力计监测土壤水势，当田间由浅水层自然落干至土壤水势为-15 kPa时，灌水10-20 mm，再自然落干至土壤水势为-15 kPa，再灌10-20 mm，如此循环，至水

51、稻成熟结束（张自常，2012）。2种有机无机N比例包括，F1：全部施用无机N肥（化学N肥），和F2：50%无机N肥+50%有机N肥（折合用N量同全部施用无机N肥）。试验无机N肥拟用尿素，有机N肥用本校养殖场的猪粪或牛粪，P肥用过磷酸钙，K肥用氯化钾，施N用量根据田间试验1的结果确定，各处理均施用P2O5和K2O，按当地水稻高产用量。其中F1处理全部P肥和50%的无机N和K肥作基肥，F2处理全部P肥、有机肥和50%的K肥作基肥，均在插秧前一天耕地时施入土壤中。考虑有机肥中P和K供应量，F2处理无机P和K肥用量要相应减少。各施肥处理余下50%的无机N和K肥分别以分蘖肥和穗肥均按25%的比例面施施入

52、土壤中。试验按完全方案设计，共6个处理，每个处理设3个重复，共18个小区，随机区组排列。每小区面积20-25 m2。每穴双株栽培，行距20 cm，株距20 cm，小区周围是水泥固化隔离带或田埂用塑料薄膜包好，以防小区之间水分相互侧渗，各区组之间用沟分开，用于降雨多时排水。各小区均用PVC管引入固定水源，安装水表计量每次灌水量。表1 “薄浅湿晒”模式田间水分标准（mm）生育阶段插秧返青期分蘖前期分蘖后期拔节孕穗抽穗开花乳熟期黄熟期灌前下限15200.9s0.6s100.9s0.5s灌后上限2040102040100雨后极限2050404070500田间水分状态浅水浅水湿润浅、干、晒浅水湿润干、晒

53、注：根据我国1990年颁布的全国灌溉试验规范，深水水深大于60 mm；浅水水深为1060 mm；湿润水稻根层土壤含水率为饱和含水率的80%至田面10 mm水深；晒田根层土壤含水率低于饱和含水率的80%。s为土壤饱和含水率（%）桶栽试验1：2种灌溉模式和3种施氮方式下水稻盆栽试验该桶栽试验设2种灌水模式，即“薄浅湿晒”灌溉、干湿交替灌溉和常规灌溉，2种灌水模式的水分控制标准见田间试验。由于盆栽试验在温室进行，“薄浅湿晒”模式不考虑雨后极限标准。3种施N方式包括，FM1：全部N肥作基肥施入，装盆时与土壤充分混匀；FM2：50%的N肥作基肥施入，装盆时与土壤充分混匀，其余50%分别以分蘖肥和穗肥均按

54、25%的比例面施施入土壤中；FM3：30% N肥作基肥施入，装盆时与土壤充分混匀，其余70%分别以分蘖肥和穗肥均按35%的比例面施施入。试验所有处理不施用有机肥，N肥拟用尿素，P肥用过磷酸钙，K肥用氯化钾，N肥用量根据盆栽试验1的中N水平，各处理均施用P2O5和K2O，按盆栽试验标准用量。其中全部P肥和50%的K肥作基肥，装盆时与土壤充分混匀，余下50%的K肥分别以分蘖肥和穗肥均按25%的比例面施施入土壤中。试验按完全方案设计，共9个处理，每个处理设3个重复，共27盆，随机区组排列。桶栽试验2：2种灌溉模式和3种有机无机N比例下水稻盆栽试验该试验2种灌水模式的水分控制标准见田间试验。3种有机无

55、机N比例包括全部施用无机N肥、70%无机N+30%有机N和50%无机N+50%有机N（两个有机无机N配施处理折合用N量同全部施用无机N肥）。各处理N、P2O5和K2O用量按盆栽试验标准用量。试验N肥用尿素（含N 46%），有机N肥用本校猪场的猪粪。P肥用过磷酸钙（含P2O5 12%），K肥为氯化钾（含K2O 60%）。其中有机肥和P肥全部作基肥，50%的N、K肥作基肥施入（70%无机N+30%有机N施入全部有机肥和20%无机N，装盆时与土壤充分混匀。50%无机N+50%有机N施入全部有机肥），其余分别以分蘖肥，穗肥均按25%的比例施入。试验完全方案设计，共9个处理，每个处理设3个重复，共27盆

56、，随机区组排列。采样方法：在水稻不同生育期末（分蘖期、孕穗期、乳熟期和收获时），每次采样时间为灌水处理后第2天上午，分别采集不同处理土壤016cm水稻土壤土层并混匀，一部分装入保鲜袋，于冰箱4下保存，用于测定土壤微生物数量，同时用烘干法测定土壤含水率；另一部分带回室内自然风干一周，磨碎，过18目筛，装入封口袋保存备测；水稻成熟后分别采集水稻地上部和根系，洗净，在65下烘至恒重，称重，分别记下地上部和根系干物质质量，计算总干物质质量。测定项目及方法：1土壤中有机碳及其组分测定（1）总有机碳：称取过风干样0.5000g，用移液管分别加入0.8000mol/L（1/6 K2Cr2O7）溶液和浓硫酸各

57、5ml，轻摇，加盖一小漏斗。将硼酸溶液加热至185190，然后将试管置于硼酸溶液中，维持温度在170180煮沸5min，取出冷却，洗净外壁，擦干。将试管内的内容物用去离子水洗入150ml的三角瓶中，加入23滴邻啡罗啉指示剂。用标准的FeSO4溶液滴定至显砖红色，同时做空白试验。（2）可溶性有机碳：取鲜土壤20g，加入0.5 mol L-1 K2SO4浸提剂（土水比1：4，W：V），振荡浸提30 min（300 r.min-1），用中速定量滤纸过滤。浸提液中有机碳含量用K2Cr2O7-H2SO4外加热法测定。（3）易氧化有机碳：采用KMnO4氧化法（Blair et al.，1995）。称取过0.25 mm(60目)筛的土壤样品（含碳15mg），装入加盖的塑料离心管，加入25ml 1/3 mol.L-1的KMnO4溶液，将离心管盖紧，振荡1h，然后以2000 r.min-1离心5min，取上清液加水稀释250倍，然后再分光光度计上565nm波