早稻套萍對消納稻田氮磷和增加水稻產(chǎn)量的影響

石麗紅，紀(jì)雄輝，李洪順

（1.湖南省土壤肥料研究所，湖南 長沙 410125；2.湖南省農(nóng)業(yè)環(huán)境研究中心，湖南 長沙 410125）

關(guān)于稻萍魚模式對土壤肥力及其經(jīng)濟(jì)效益的影響已有很多報道，然而紅萍對降低水稻田養(yǎng)分流失風(fēng)險的報道很少見。紅萍是一種高固氮的水生蕨類植物，它繁殖快、產(chǎn)量高、營養(yǎng)豐富、蛋白質(zhì)含量高，既能作飼料、餌料，又可作有機(jī)肥，具有廣闊的養(yǎng)殖前景和利用價值。研究表明，采用紅萍在靜水中經(jīng)過20 d凈化，凱氏氮去除率為68.37%，磷為35.87%，可見紅萍有明顯改善水質(zhì)的功能[1-2]。當(dāng)前生產(chǎn)上主要紅萍品種有：蕨狀滿江紅（國內(nèi)稱細(xì)綠萍），為耐寒品種，最適生長溫度為10～15℃，生長溫度為0～30℃；卡州滿江紅，為多抗性品種，最適宜生長溫度為20～25℃，生長溫度為0～40℃；榕萍1-4號、回交萍3號，為雜交選育后代，最適宜生長溫度為15～25℃，生長溫度為0～40℃[3]。研究表明，卡州滿江紅（Azolla caroliniana Willd）抗寒性強(qiáng)，一般年份可自然越冬，簡化了保種手續(xù)；而且春繁時間早，在3月下旬至5月中旬（平均水溫16.6～24.1℃），其繁殖速度比本地萍高48.0%，春繁期間98 d鮮萍可達(dá)72 t/hm2，按含水量93.2%計(jì)算，則紅萍富集的氮總量達(dá)144 kg/hm2，這有利于雙季稻早稻利用其消納稻田表面水中的氮磷[4]。因此，試驗(yàn)選擇了卡州萍作為早稻稻田氮磷消納技術(shù)的研究對象，從環(huán)境角度研究稻田套萍對降低雙季早稻表面水氮磷養(yǎng)分濃度以及氮磷流失風(fēng)險的效果，為防治面源污染提供技術(shù)支持。

1 材料與方法

1.1 供試品種

水稻品種為湘早秈24號，紅萍品種為卡州萍。

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1 試驗(yàn)地概況 試驗(yàn)在湖南省長沙縣干杉鄉(xiāng)干杉社區(qū)下大屋組進(jìn)行。區(qū)內(nèi)年平均降雨量為1 400 mm，主要集中在春季和夏季。年平均溫度為16.8℃，最高和最低月平均溫度分別為28.9℃（7月）和4.7℃（1月）。供試土壤為第四紀(jì)紅土發(fā)育的紅黃泥，其有機(jī)質(zhì)、全氮、全磷含量分別為37.67、1.92、0.64 g/kg，銨態(tài)氮、硝態(tài)氮、有效磷、有效鉀含量分別為 17.13、0.33、12.63、154.70 mg/kg，pH 值 （水 ∶土＝2.5∶1）為5.88，肥力處于中上水平。

1.2.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì) 試驗(yàn)設(shè)3個處理：①不施肥，只種水稻不套紅萍；②CK，施肥，只種水稻不套紅萍；③套萍，施肥，水稻紅萍套種。每處理重復(fù)3次，隨機(jī)區(qū)組排列。施肥量為N：180 kg/hm2，P2O5：45 kg/hm2，K2O：150 kg/hm2，氮肥中 70%為碳酸氫銨，作基肥于插秧前1 d施入，30%為尿素，作追肥于插秧后15 d施入。磷肥為過磷酸鈣（12%P2O5），與鉀肥（氯化鉀，60%K2O）均作基肥于插秧前1 d施入。

水稻于4月26日移栽，7月5日收獲。稻田移栽前帶水耕作與施肥，使表面水保持3 cm深水層進(jìn)行移栽，土面不現(xiàn)明水時進(jìn)行灌溉，并保持水層為5 cm，其他如育秧方式、病蟲害防治等田間管理措施與當(dāng)?shù)厮痉N植保持一致。紅萍于插秧前1 d植入稻田。

1.2.3 采樣及分析測試方法 試驗(yàn)開始前取基礎(chǔ)土壤樣品，測定基本理化性狀；于套種紅萍7 d后取稻田表面水，測定其總氮、總磷濃度；在春季紅萍繁殖-稻田套萍-曬田倒萍期間連續(xù)取紅萍樣，測定植株氮磷養(yǎng)分含量；從曬田倒萍-水稻收獲期連續(xù)取稻田表層土壤，測定速效氮磷養(yǎng)分；水稻收獲后選擇有代表性的植株5穴，進(jìn)行考種，小區(qū)產(chǎn)量采取單打單曬實(shí)收測產(chǎn)。

上述各指標(biāo)均采用常規(guī)分析方法[5]測定。試驗(yàn)數(shù)據(jù)采用EXCEL進(jìn)行統(tǒng)計(jì)和分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 稻田套萍對增加水稻產(chǎn)量和降低氮磷流失風(fēng)險的研究

2.1.1 稻田套萍對降低表面水氮磷濃度的效果稻田套萍對稻田表面水中氮磷的去除效果表明（圖1），套種紅萍21 d后（5月3日）生物量能迅速繁殖達(dá)到近1.5 t/hm2；稻－萍套種后7 d內(nèi)總氮（TN）去除率為30.0%，總磷（TP）去除率為56.8%?；诘咎颪、P徑流損失風(fēng)險主要發(fā)生在施肥后15 d內(nèi)，通過稻田套萍能夠有效降低總氮和總磷的流失。

圖1 稻田套萍后表面水氮磷濃度和水稻產(chǎn)量

2.1.2 稻田套萍的增產(chǎn)效果分析 稻田套萍對水稻產(chǎn)量及其構(gòu)成分析（表1）表明，套種紅萍能顯著增加水稻的有效穗數(shù)、總粒數(shù)、實(shí)粒數(shù)。這說明稻田套萍通過分蘗曬田倒萍，有效穗比對照增加14.7%，比不施肥處理增加20.3%，穗粒數(shù)比對照提高47.7%，比不施肥提高63.9%，而且結(jié)實(shí)率也略有增加。田間試驗(yàn)表明，套種紅萍早晚稻產(chǎn)量分別比對照增產(chǎn)21.5%和14.0%。

表1 稻田套萍水稻植株和產(chǎn)量構(gòu)成分析

2.2 紅萍對氮磷養(yǎng)分的吸收及倒萍后的土壤養(yǎng)分動態(tài)

2.2.1 倒萍前紅萍植株氮磷含量變化 測定倒萍前紅萍植株氮磷含量（圖2）表明，監(jiān)測期間紅萍的平均氮磷含量分別為31.4和3.14 g/kg。其中，分萍后萍體氮素養(yǎng)分較為平穩(wěn)，處于31～35 g/kg，隨著溫度的繼續(xù)升高，紅萍開始倒萍時氮素含量下降至25～27 g/kg。套種紅萍后萍體磷含量迅速下降，盡管不同時期紅萍磷含量在1.5～3.2 g/kg波動，但整體上隨著時間的推移，紅萍的磷含量呈逐漸下降趨勢。據(jù)有關(guān)報道，按紅萍的日增長速度1.09 t/hm2，鮮紅萍含水93.2%，氮磷養(yǎng)分含量26.4和3.4 g/kg計(jì)算，紅萍可消納稻田表面水的氮、磷養(yǎng)分1.95和0.25 kg/hm2·d，相當(dāng)于降低水層為3 cm的1公頃稻田氮、磷濃度分別為6.51和0.84 mg/kg。一般稻田施用基肥后表面水的總氮和總磷濃度可分別達(dá)到約300和10 mg/kg，套種紅萍約需46 d和12 d可完全消納表面水中的氮和磷，可見，稻田套萍對于消納稻田表面水的氮磷具有顯著的效果。

圖2 稻田套萍處理的紅萍氮磷養(yǎng)分含量動態(tài)

2.2.2 倒萍后稻田表層土壤速效氮磷含量變化水稻分蘗至成熟期的表層（0～5 cm）土壤速效氮磷（圖3）表明，稻田套萍在前期土壤堿解氮略低于不套萍處理，主要是由于紅萍吸收表面水的氮磷后導(dǎo)致土壤和水界面的土壤速效氮下降。至分蘗盛期曬田倒萍，覆蓋在土壤表面的紅萍逐漸死亡和分解，為土壤提供速效氮養(yǎng)分，導(dǎo)致后期稻田表層土壤堿解氮始終高于不套紅萍的處理。稻田表層土壤有效磷在倒萍前表現(xiàn)較為接近，不套萍的稻田表層土壤有效磷呈逐漸下降的趨勢，而隨著倒萍后紅萍死亡，套萍處理的土壤有效磷下降幅度減緩，始終高于對照處理。這一結(jié)果表明，稻田套萍可通過前期吸收表面水的氮磷而降低土壤表層有效氮磷養(yǎng)分，后期則通過倒萍迅速為作物提供養(yǎng)分，有利于作物后期的生長發(fā)育和減少稻田氮磷流失。

圖3 稻田套萍后稻田土壤速效氮磷養(yǎng)分動態(tài)

3 結(jié)論

（1）稻田套萍能夠有效降低表面水的總氮、總磷的濃度，7 d內(nèi)總氮去除率為30.0%，總磷去除率為56.8%。基于稻田氮、磷徑流損失風(fēng)險主要發(fā)生在施肥后15 d內(nèi)，通過稻田套萍能夠有效降低稻田的氮磷流失。同時能提高水稻的成穗率、穗實(shí)粒數(shù)和結(jié)實(shí)率，產(chǎn)量也大有增加。

（2）根據(jù)監(jiān)測期間紅萍的平均氮磷含量、日增長速度以及稻田基肥施用后表面水的總氮和總磷濃度計(jì)算，套種紅萍消除表面水中的氮和磷分別需要 46 d和 12 d。

（3）稻田套種紅萍可通過前期吸收表面水的氮磷而降低土壤表層有效氮磷養(yǎng)分，后期則通過倒萍迅速為作物提供養(yǎng)分，有利于作物后期的生長發(fā)育和減少稻田的氮磷流失。

[1]程 鵬，汪明禮，潘 樂.紅萍對污水中銀、氮、磷的凈化[J].甘肅科技，2006，22（10）：46-47.

[2]沈根祥，胡 宏，沈東升，等.浮萍凈化氮磷污水生長條件研究[J].農(nóng)業(yè)工程學(xué)報，2004，20（1）：284-287.

[3]陳 堅(jiān)，金桂英，唐龍飛.紅萍在植物治污方面的應(yīng)用研究進(jìn)展[J].環(huán)境污染治理技術(shù)與設(shè)備，2002，3（4）：74-77，51.

[4]劉中柱，鄭偉文.中國滿江紅[M].北京：農(nóng)業(yè)出版社，1989.4-26，303-303.

[5]中國土壤學(xué)會農(nóng)業(yè)化學(xué)專業(yè)委員會.土壤農(nóng)業(yè)化學(xué)常規(guī)分析方法[M].北京：科學(xué)出版社，1989.