稻田间作花卉对病虫害和土壤的影响及Cd污染的修复效应
【摘要】： 为了探索既能增加稻田生物多样性,改善农田生态环境,进而减少病虫害发生,又能原位修复土壤重金属污染的稻田间套作等复合生态农业生产模式,实现“边生产、边防控、边修复、边‘双减’”等“一石多鸟”的绿色生产目标,本研究开展了“水稻与水生花卉间作”三个方面的探索性实验:(1)水稻与再力花间作、水稻与菖蒲间作的大田实验,主要探讨间作对水稻病虫害及福寿螺的防控效应及其对水稻产量和品质性状的影响;(2)四种水生花卉(再力花、菖蒲、美人蕉和梭鱼草)与水稻间作的大田实验,主要探讨水稻与水生花卉间作对稻田土壤生态的作用效应;(3)水稻与再力花间作的温室盆栽实验和水泥池模拟试验,主要探讨再力花与水稻间作对土壤镉污染的原位修复效应。研究结果表明:(1)再力花//水稻间作、菖蒲//水稻两种间作模式均在水稻抽穗期和灌浆期对稻瘟病和纹枯病产生了良好的防控效果,对福寿螺具有一定的诱集效应。在早稻灌浆期,与水稻单作相比,再力花//水稻间作和菖蒲//水稻间作处理下水稻稻瘟病的发病率低75%～83%;水稻植株上的福寿螺着卵率分别降低56%和47%。与水稻单作相比,但两种间作系统均在一定程度上降低了单位面积上间作水稻的产量,分别下降了16%和19%。(2)四种多年水生花卉与水稻间作种植均会影响土壤理化性质、土壤微生物多样性、微生物生物量及养分代谢循环特征。菖蒲//水稻、再力花//水稻间作有利于提高土壤肥力和土壤微生物多样性。与水稻单作处理相比,美人蕉//水稻、梭鱼草//水稻间作能够显著提高土壤溶解碳(DOC)、溶解氮(DON);间作和单作的菖蒲和再力花处理下土壤具有较高的总有机碳(TOC)、总氮(TN)、可溶性有机碳(DOC)、田间土壤含水量,以及较低的土壤容重(SBD)。其中,菖蒲和再力花与水稻间作系统的TOC、TN、DOC含量和田间土壤含水量分别比水稻单作系统高29%和25%、15%和25%,12%和23%,14%和27%。菖蒲和再力花种植(单作、与水稻间作)系统中,微生物生物量、生物量碳、生物量氮和微生物多样性也显著增加。(3)水稻//再力花间作显著降低了水稻对镉的吸收、转运和积累。结果显示,在土壤镉含量低于2.5 mg kg~(-1)时,将水稻与再力花间作,生产的稻谷符合中国食品安全标准(镉含量<0.20 mg kg~(-1))。通过进一步研究发现,再力花与水稻间作降低水稻对土壤镉累积的主要机制表现为:1)稀释效应,即再力花具有较大的细根生物量(比水稻细根生物量高48%～76%),单位生物量的细根能够吸收更多的镉(再力花细根镉含量是水稻细根的6.17倍),且再力花根系对镉的生物富集系数(BAF)是水稻根系的1.5～4.3倍,进而使得土壤镉浓度降低而减少水稻对镉的吸收;2)钝化效应,即再力花与水稻间作处理下,水稻根际土壤NH_4-N和NO_3-N较单作系统水稻根际土壤分别降低了60%和113%。同时,间作系统中的水稻根际土壤p H较水稻单作系统中的水稻根际土壤p H提高了2%～13%,结果使得土壤交换态镉降低了26%～74%。综上所示,水生花卉(再力花和菖蒲)与水稻间作能够显著降低稻瘟病及卷叶螟的发病率,并可诱集福寿螺在再力花和菖蒲植株上产卵,进而减少福寿螺对水稻的危害。四种花卉植物与水稻间作均可明显维持稻田土壤肥力,并可改善土壤微生物多样性状况。再力花与水稻间作系统中,再力花能耐受更高的土壤镉污染,并在其组织中积累和固定更多的镉,可明显降低水稻中的镉含量。本研究综合表明,水稻与水生花卉间作是可供在生产上推广应用的环境友好型生态农业模式。
【学位授予单位】：华南农业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2020
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