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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
