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浙江余姚河姆渡新石器遗址， 出土了大量距今， 七千年前 的稻谷遗存。 这表明中华民族的祖先， 早已学会了栽培水稻。 水稻可以吸收， 来自雨水和灌溉水的养分供给。 可以进行无肥料栽培， 自古以来都维持着稳定的生产量。 一. 水田土壤的特征 1. 与旱田土壤的差异 旱田土壤可以直接接触空气， 获得充足的氧。 因此土壤呈现 氧化状态， 栖息着许多 好氧性微生物。 相反地，淹水状态的水田土壤中， 表土表面的藻类可以提供氧， 因此可保持氧化状态。 但是下层的表土， 则会因为空气被隔开而缺氧。 因此，好氧性微生物的活力受到抑制， 形成 厌氧性微生物 活跃的 还原层。 不过，有机物较少的下层表土， 由于微生物的活动力不佳， 因此仍呈现氧化状态。 水田土壤与旱田土壤的差异 （ NO3- 硝酸根离子；NH4+ 铵根离子；CO2 二氧化碳；Fe2*二价铁离子；Fe3+ 三价铁离子；N2 氮气; N2O 一氧化二氮; CH4 甲烷 ) (点击可查看清晰图） 2. 还原态与氧化态的循环反复 水田土壤在夏季淹水期间呈现还原状态， 在冬季排水期间呈现氧化状态， 不断循环。 有机物与矿物的分解作用旺盛， 可提供作物所需的养分。 水田成分随着氧化、还原状态， 在形态上的差异如下表所示。 在水田最具特征的还原状态下， 除了氮和磷酸等多量元素外， 铁、锰、硫等微量元素， 也会转变为作物容易吸收的形态。 同时，铜、砷等有害重金属， 也会变得比较容易被吸收。 （同样是重金属， 镉在氧化状态下较容易被吸收） 3. 甲烷的生成与脱氮作用 有机物在氧化状态下分解， 会产生 二氧化碳。 在还原状态下分解， 则会产生 甲烷。 在氧化与还原状态交替出现下， 会产生脱氮作用。 硝酸被还原成氮气， 挥发至空气中。 这个状况会造成氮肥的浪费， 对农业生产带来负面影响。 不过，这种功能可以积极利用， 以去除污水中的氮。 水田土壤的脱氮作用 （NO3- 硝酸根离子；NH4+ 铵根离子；N2氮气；N2O 一氧化二氮) (可点击查看清晰图） 二. 供给水田的养分 1.自然供给的机制 水田土壤包含氧化层与还原层， 因此元素也会受到影响。 在土壤中与铁结合， 而变成不溶性的磷酸， 在淹水的水田土壤中会溶出， 变成让水稻容易吸收的形态。 钾以及其它必要的微量元素， 不但大量蓄积在水田中， 也会由灌溉水供给。 灌溉水除了能带给土壤养分之外， 生长在水里的蓝藻类， 以及土壤中的厌氧性细菌， 所进行的氮固定作用， 也会变得更加活跃， 维持水田土壤的高度肥沃。 蓝藻类能固定空气中的氮， 如果在土壤中施用稻草等有机物， 效果会更加显著。 在水田中会自然而然地， 形成上述这种养分供给的系统， 因此，就算不施肥， 作物也能顺利生长。 以下是实验测试， 施加氮磷钾三要素肥料， 肥料三要素测试之收成量 （数字单位为 kg/10a, 括号内为三要素之比例） 以施加氮磷钾三要素肥料齐全区的产量为100%计算， 就算没有施肥， 水田也能有， 相当于三要素齐全区65%的收成量， 而在旱田栽培的陆稻， 则只有39%。 无氮区，无磷区也有相同的倾向， 但无钾区没有太大的差异。 由此可知，水田无论在什么条件下， 都能有相对稳定的收成量。 2. 不会出现连作障碍 土壤的氧化、还原状态不断循环， 也会对土壤微生物带来莫大的影响。 在氧化状态下，好氧性细菌比较活跃； 在还原状态下，厌氧性细菌比较活跃。 当微生物像这样相互轮替时， 病原菌不会蓄积。 此外， 对根有害的物质，会被分解， 过剩的养分也不会流失， 所以不会产生连作障碍。 三. 水田中甲烷的生成与减少 水田中甲烷的产生， 是全球变暖的原因之一 。 1.甲烷的生成机制 水田总是被水覆盖着， 土壤呈现厌氧性环境， 于是甲烷生成菌（绝对厌氧性细菌） 便会制造甲烷。 此外，土壤中生成甲烷的必要条件， 就是土壤的还原作用非常发达 （氧化还原电位Eh约为 -150mV) 土壤中产生的甲烷， 主要通过水稻的通气组织散发， 有时也会变成气泡或扩散至田面水中， 再散发至大气中。 水田中甲烷的生成 (O2 氧；CH4 甲烷；H2O 水；CO2 二氧化碳；H2 氢；HCO3- 碳酸氢根离子；CH3COO- 醋酸根离子) (请点击查看清晰图) 在土壤还原层生成的甲烷， 通过表面的氧化层时， 会被甲烷氧化菌， 氧化为二氧化碳， 甲烷的生成量会变少。 2. 怎样减少甲烷的生成 IPCC组织（政府间气候变化委员会）指出， 全世界水田所生成的甲烷量， 每年约有二千万吨。 甲烷气体对全球变暖的影响， 约是二氧化碳的23倍， 因此全世界都在努力， 抑制它的产生。 想要减少水田中甲烷的产生， 关键在于水源管理。 只要拉长晒田时间， 让水田氧化得更彻底， 便能抑制甲烷生成菌的活动， 进而减少甲烷的产生。 另外，不要直接施用稻草， 而是先使其堆肥化再使用， 也能大幅减少甲烷的产生。 施用含铁的材料（炉渣等)， 也是有效的方法。 此外，有报告指出， 不整地栽培， 也可以减少甲烷的产生。 来源：宸田农业科技 公众号 |
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