稻鸭鱼生态种养对稻田甲烷减排及水稻栽培环境改善的功能研究

【摘要】：将稻田养鱼和稻田露宿养鸭有机结合起来形成新的复合生态系统，使稻田中最大初级生产者的水稻与最大消费者的鱼、鸭有机结合起来，形成稻-鸭-鱼共栖的良性高效复合农业生态系统。本研究从稻田甲烷排放、水稻土壤环境理化性质、水的主要化学性状、水稻植株生长性状等方面对稻-鸭-鱼复合生态系统进行了系统的研究，同时对该复合生态系统中的水稻主要病虫害的发生、发展进行了调查分析，并建立了相应的数学模型。研究结果如下： 1 稻-鸭-鱼共栖生态系统甲烷排放通量表现出一定的规律，甲烷排放出现2个峰值，分别出现在水稻生长返青期、幼穗分化期，第一个峰值为15.813mg/m~2．h，第二个峰值为9.485mg/m~2．h。其次在水稻分蘖盛期，甲烷的排放通量最高可达8.227mg/m~2．h。 稻-鸭-鱼共栖生态系统中，鱼和鸭通过消灭杂草和水稻下脚叶影响甲烷菌生存的环境，间接地减少甲烷的产生；最重要的是通过鸭群和鱼的活动增加稻田水体和土层的溶解氧，改善了土壤的氧化还原状况，加快了甲烷的再氧化，从而降低甲烷的排放通量和排放总量。对稻田甲烷排放高峰期的控制效果最为明显。 2 稻-鸭-鱼共栖生态系统中，土壤环境条件得到明显的改善，土壤氧化还原电位增加10.98mv，还原物质总量、活性还原物质总量分别降低1.46cmol/kg、1.25cmol/kg。 3 稻-鸭-鱼共栖能显著提高土壤速效氮、速效钾、速效磷有机质的含量。稻-鸭-鱼区土壤速效氮含量与对照相比增加了14.6 mg/kg，速效钾含量与对照相比提高了11.02mg/kg。速效磷含量与对照相比提高了1.0mg/kg；稻-鸭-鱼试验区土壤有机质含量与对照相比提高了1.31g/kg，稻-鱼试验区与对照区相比提高了0.61g/kg。 4 稻-鸭-鱼处理土壤容重比稻-鱼处理降低0.02g/cm~3，比对照降低0.12g/cm~3。稻田养鸭、养鱼能明显改善土壤物理性状，提高土壤的通气性。 5 稻-鸭-鱼复合系统中水中溶解氧有明显的日变化规律。总的趋势是，水中溶解氧随日出后随温度的升高而增大。下午2：00-达到最大值，然后下降。到次日凌晨6：00水中溶氧量最低。研究表明：稻-鸭-鱼共栖，稻-鱼共栖能显著增加水中的溶氧量，且与温度呈正相关。3处理的溶氧量差异达极显著水平。水中NH_4~+、S~(2-)浓度及水的pH值的曰变化平缓。 6 稻-鸭-鱼共栖对水稻稻飞虱的影响 由于稻飞虱主要群集在禾苗基部危害，它的这一生态位点，恰是鸭子的啄食 空间。稻一鸭一鱼在共栖环境下对稻飞虱的控制效果要比稻一鱼区和常规施药区对稻 飞虱的控制效果好。表现为稻飞虱的数量减少，数量曲线呈平稳态势发展。在常 规施药区，稻飞虱虫量起伏幅度很大，在刚施过农药后，表现为其数量大幅下降; 由于农药在杀灭稻飞虱的同时，也杀死了稻飞虱的天敌，所以当施用药剂的药效 消失后，稻飞虱数量急剧上升，此时又必须施用更大剂量的化学农药，这样环境 污染问题、害虫再猖撅问题的恶性循环局面就无法避免。而稻一鸭一鱼共栖的稻田 生态系统中在不施用任何化学农药情况下稻飞虱的危害能得到较好的控制。 7稻一鸭一鱼共栖对二化螟的影响 在对二化螟的控制上，鸭鱼的共同作用使得二化螟高峰期发生期推迟及高峰 期虫量减少。在稻一鸭一鱼共栖区的二化螟虫量曲线呈较平稳态势发展，可见鸭鱼 在系统中起到了一种稳定的调节作用，这种作用可降低二化螟的波动程度，从而 减小其危害程度。 8稻一鸭一鱼共栖对水稻纹枯病的影响 试验调查数据表明:稻一鸭一鱼处理纹枯病发病高峰期的病株率为16.07%，比 对照处理的病株率57.33%低41 .26%，控制效果达72%，稻一鸭一鱼共栖对纹枯病的 发生与发展具有较好的控制效果。由于水稻田中的鸭子和鱼造成纹枯病传播流行 中的接触系数。的降低，即造成每个病株或菌核菌丝向无病传染的接触率降低; 对照区、稻一鱼区和稻一鸭一鱼区三者的接触系数分别为口=212.1061、。=23.9458和 二=8.352。。值降低，防治效果提高。 9稻一鸭一鱼共栖对稻田蜘蛛的影响 在施药区，稻一鱼区和稻一鸭一鱼区的K值(环境容纳量)分别为 444.2196(t41) 一0 .1 2624t，+21，277t，一1 191.4t+22278.(t之41) 了l丈L 一一 K K=936.3712 K=893.8137 稻一鸭一鱼区的K值稍小，则说明鸭子活动对蜘蛛的数量变化稍有影响，而在 施药区，由于农药的破坏性作用，K值最大仅为444.21%。施药、稻一鱼、稻一鸭- 鱼三个区的蜘蛛自然增长率分别为: 梦 r=0 .0631 r=0 .1 532 r=0 .1 3 73 这说明在稻一鱼区和稻一鸭一鱼区，蜘蛛的数量增长属于较高增长率，说明此复 合生态系统中，鸭子和鱼对蜘蛛的数量增长繁殖影响不大，而在常规用药区，化 学农药在杀灭害虫的同时也杀死了蜘蛛。 10稻一鸭一鱼共栖对水稻根系活力的影响 稻一鸭一鱼共栖能提高水稻根系活力，尤其是在水稻生育后期，这种效果更为 明显。在水稻分桑始期、分孽盛期、孕穗期、齐穗期和成熟期，稻一鸭一鱼处理中 的根系a一蔡胺法氧化力比对照处理分别高18.6%、18.3%、8.3%、13.7%、34.4%。 稻一鱼处理中的根系a一蔡胺法氧化力比对照处理分别高9.9%、8.8%、0.8%、7.0%、 14.1%。根系总吸收表面积自抛栽后迅速增加 【关键词】：稻鸭鱼共栖 生态种养 经济效益 减排甲烷 生态系统
【学位授予单位】：湖南农业大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2004
【分类号】：S511
【目录】：

• 第一章 文献综述14-30
• 1 温室气体与全球变化14-15
• 2 稻田甲烷的产生15-16
• 3 稻田甲烷排放规律16-18
• 3.1 甲烷排放的日变化规律16
• 3.2 季节变化16-17
• 3.3 年际变化和空间变化17-18
• 4 影响稻田甲烷排放的因素18-20
• 4.1 土壤理化特性18-19
• 4.1.1 土壤氧化还原电位18
• 4.1.2 土壤温度18
• 4.1.3 土壤质地18
• 4.1.4 土壤母质18-19
• 4.2 农业管理措施19
• 4.2.1 施肥措施19
• 4.2.2 水分管理19
• 4.2.3 耕作制度19
• 4.3 其他影响因素19-20
• 5 国内外研究动态20-21
• 6 稻田养鸭的的国内外研究现状21-25
• 6.1 我国稻田养鸭的发展22-23
• 6.1.1 流动放牧阶段22
• 6.1.2 区域巡牧阶段22-23
• 6.1.3 露宿饲养阶段23
• 6.2 稻田养鸭的研究与利用23-25
• 6.2.1 传统稻田养鸭研究取得的成就23-24
• 6.2.2 稻鸭共栖研究取得的进展24-25
• 7 稻田养鱼的发展25-30
• 7.1 稻田养鱼的发展简史25
• 7.2 稻田养鱼国外发展现状25-26
• 7.3 稻鱼共生理论及稻田共生生态系统26-27
• 7.3.1 稻鱼共生理论26
• 7.3.2 稻田增产鱼丰收的生态学原理26-27
• 7.3.2.1 在稻田中，草鱼能摄食大量的杂草26-27
• 7.3.2.2 鱼类在稻田生态系统中的施肥作用27
• 7.3.2.3 稻鱼共生生态系统中生物因子和非生物因子的相互作用27
• 7.4 稻田养鱼的作用27-29
• 7.4.1 稻田养鱼能促进稻谷增产28
• 7.4.2 稻田养鱼后，可以把一些外溢的物质和能量拦截下来28
• 7.4.3 稻田养草鱼种可解决草鱼种阶段的疾病28
• 7.4.4 稻田养鱼可减少稻禾受病虫害的侵袭28-29
• 7.4.5 稻田养鱼可改善环境卫生，对灭蚊防病有显著作用29
• 7.5 稻田养鱼的发展前景29-30
• 第二章 稻鸭鱼复合生态系统CH_4排放规律研究30-42
• 1 材料与方法30-32
• 1.1 试验地概况30
• 1.2 试验设计30-31
• 1.3 供试材料31
• 1.4 取样及测定31-32
• 1.4.1 CH_4采样31-32
• 1.4.2 土壤氧化还原特性32
• 1.4.3 水稻根系活力测定32
• 1.4.4 分析方法32
• 2 结果与分析32-41
• 2.1 稻-鸭-鱼复合生态系统中甲烷的排放规律32-36
• 2.1.1 稻-鸭-鱼复合生态系统中甲烷排放的昼夜变化33-35
• 2.1.2 稻-鸭-鱼复合生态系统中甲烷排放的季节变化35-36
• 2.2 稻-鸭-鱼复合生态系统中土壤氧化还原特性对甲烷排放的影响36-38
• 2.3 根系活力38
• 2.4 根系总吸收表面积和活跃表面积38-39
• 2.5 不同处理对水稻经济性状、产量比较及经济效益分析39-41
• 2.5.1 不同处理对水稻经济性状39-40
• 2.5.2 不同处理对水稻产量的影响40
• 2.5.3 经济效益分析40-41
• 3 小结41-42
• 第三章 稻-鸭-鱼复合生态系统土壤环境理化性状研究42-60
• 1 材料与方法42-43
• 1.1 供试土壤42
• 1.2 试验设计42
• 1.3 分析方法42-43
• 1.3.1 土壤物理性状的测定42
• 1.3.2 土壤化学性质的测定42-43
• 1.3.3 其它性状测定43
• 2 结果与分析43-59
• 2.1 土壤物理性质43-45
• 2.2 土壤化学性质45-49
• 2.2.1 土壤有机质的动态变化规律46-47
• 2.2.2 土壤速效氮动态变化规律47
• 2.2.3 土壤速效磷动态变化规律47-48
• 2.2.4 土壤速效钾动态变化规律48-49
• 2.2.5 不同处理土壤pH的变化49
• 2.3 稻-鸭-鱼复合生态系统中水质的变化规律49-59
• 2.3.1 稻-鸭-鱼复合生态系统中溶解氧的变化规律49-53
• 2.3.2 稻-鸭-鱼复合生态系统中NH_4~+的浓度变化53-55
• 2.3.3 稻-鸭-鱼复合生态系统中S~(2-)的浓度变化55-57
• 2.3.4 稻-鸭-鱼复合生态系统中水体pH的变化57-59
• 3 小结59-60
• 第四章 稻鸭鱼生态种养对水稻主要病虫害及蜘蛛的影响60-108
• 1 材料与方法60-61
• 1.1 供试材料60
• 1.2 试验设计60-61
• 1.3 数据采集61
• 1.3.1 稻飞虱61
• 1.3.2 二化螟61
• 1.3.3 纹枯病61
• 1.3.4 蜘蛛61
• 2 结果与分析61-108
• 2.1 复合生态系统中稻飞虱的发生规律及数学模型的建立61-76
• 2.1.1 数据分析及数学模型的建立62-75
• 2.1.1.1 常规施药区数据分析及模型建立63-67
• 2.1.1.2 稻-鸭-鱼区数据分析及模型建立67-72
• 2.1.1.3 放鱼区数据分析及模型建立72-75
• 2.1.2 小结75-76
• 2.2 复合生态系统中二化螟的发生规律及数学模型的建立76-88
• 2.2.1 数据分析及数学模型的建立76-87
• 2.2.1.1 常规施药区数据分析及模型建立77-80
• 2.2.1.2 养鱼区数据分析及模型建立80-84
• 2.2.1.3 稻鸭鱼共栖区数据分析及模型建立84-87
• 2.2.2 小结87-88
• 2.3 复合生态系统中水稻纹枯病发生规律及数学模型的建立88-99
• 2.3.1 对照区模型的建立88-93
• 2.3.2 稻-鱼区模型的建立93-95
• 2.3.3 稻-鸭-鱼区模型的建立95-98
• 2.3.4 小结98-99
• 2.4 复合生态系统中蜘蛛的变化规律及数学模型的建立99-108
• 2.4.1 模型的建立及求解99-107
• 2.4.2 小结107-108
• 第五章 结论与讨论108-114
• 1 稻鸭鱼复合系统中稻田甲烷排放特征108
• 2 稻鸭鱼复合系统中稻田土壤理化性质研究108-109
• 3 稻-鸭-鱼共栖对水稻稻飞虱的影响109-110
• 4 稻-鸭-鱼共栖对二化螟的影响110
• 5 稻-鸭-鱼共栖对水稻纹枯病的影响110-111
• 6 稻-鸭-鱼共栖对稻田蜘蛛的影响111-113
• 7 稻鸭鱼共栖对水稻植株的影响113
• 8 稻鸭鱼共栖对水稻经济性状及产量的影响113-114
• 本研究的内容、目的、创新点及意义114-115
• 参考文献115-124
• 致谢124-125
• 简历125
• 获奖证书125

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