红萍在稻田氮素平衡中的作用

红萍在稻田氮素平衡中的作用陈炳焕，翁伯琦，唐建阳，刘中柱（福建省农业科学院红萍研究中心福 州３５００１３）应用１５Ｎ示踪法研究了红萍在稻田氮素平衡中的作用。红萍作基肥，当季水稻 的１５Ｎ－红萍Ｎ素利用为２７．８％；第二季５．３８％；土壤残留３６．１％。红萍可排出体 内１２％以上的氮素。红萍的排氮和吸氮有助于调节稻田的氮素平衡，稻田养萍抑制藻类生长，降 低ｐＨ值和ＮＨ浓度，减少ＮＨ３挥发损失，以及减少蓝藻（颤藻）反硝化反应释放的Ｎ２Ｏ，提 高化学肥料１５Ｎ的回收率：它比１５Ｎ－尿素不养萍处理１５Ｎ回收率增加４．２５％，比１５ Ｎ－尿素追肥不养萍处理１５Ｎ回收率增加８．３５％～２５．１１％。关键词：红萍，稻田，氮 平衡，１５Ｎ回收率前言大量施用化肥，不仅提高稻谷生产成本，而且降低了土壤肥力［８］，甚 至造成环境污染［９］。目前施肥研究的动向逐渐由提高肥效发展为高效农业、减少污染、保护自 然环境。我们应用１５Ｎ示踪技术，在自然条件下研究红萍的周年固氮量，排氮和吸氮，稻田养萍 对减少氨的挥发与降低污染的作用，以及红萍的肥效与后效，为进一步研究稻田氮素的良性循环提 供科学依据。材料与方法红萍周年固氮量试验在田间进行。供试萍种为莆田萍（Ａｚｏｌｌａｉｍ ｂｒｉｃａｔａＰｕｔｉａｎ），以莆田无藻萍为对照，用ＩＲＲＩ基本培养液加１５Ｎ－尿素（ Ｎ浓度为２０ｐｐｍ，１５Ｎ丰度为１０％）培养红萍，每区１ｍ２，重复４次，为使红萍与无藻 萍生长环境一致，在１×１ｍ２的白铁框内放置１个３０×３０ｃｍ２的木质浮框，浮框内养无藻 萍，浮框外养红萍，每１５天取样测定，按Ｆｒｉｅｄ和Ｍｉｄｄｅｌ－ｂｏｅ方法计算固氮量［ １５］，并统计季和年固氮量。红萍排氮与吸氮试验在温室进行，供试品种，排氮用莆田萍，吸氮 用莆田萍、莆田无藻萍和浮萍（Ｌｅｍｎａ）。排氮试验红萍预先在１５Ｎ丰度为１０％，Ｎ浓度 为２０ｐｐｍ的ＩＲＲＩ有氮培养液中培养１周后，用冲洗法洗去萍表面的１５Ｎ－尿素，然后作 试验。培养容器选用直径为３０ｃｍ，高为１２ｃｍ的塘瓷盆，盆内用有机玻璃板将水面分割成４ 部分，水下各部分相通。１５Ｎ莆田萍和吸１５Ｎ的３种萍分别放养在同一个盆的各分割水面内， 以保证各种萍不混杂又能共用同一培养液（无氮ＩＲＲＩ培养液），重复６次。计算方法：排１５ Ｎ量＝（１５Ｎ原子％超×总Ｎ）排Ｎ前－（１５Ｎ原子％超×总Ｎ）排Ｎ后；吸１５Ｎ量即各种 吸收１５Ｎ萍的１５Ｎ回收率［７］。稻田养萍对尿素作基肥、追肥肥效的影响在田间进行，稻种 为闽科早１号，萍种为卡洲萍（Ａｚｏｌｌａｃａｒｏｌｉｎｉａｎａ）。１５Ｎ尿素丰度为２０ ％，基肥３０ｋｇＮ／ｈｍ２，追肥３０ｋｇＮ／ｈｍ２，并用普通尿素作平衡试验，作为施肥后 取水样区。每区面积６０×８０ｃｍ２，重复４次。施肥后每天上午１０点和下午２点取水样，用 奈氏试剂比色法测定ＮＨ４－Ｎ和ＮＨ３的含量，用酸度计测ｐＨ值。水稻收割后测定稻谷、稻草 及土壤的含Ｎ量和１５Ｎ丰度，并计算１５Ｎ回收率［７］。红萍和尿素作基肥对水稻的肥效及后 效在田间进行，早稻为闽科早１号；晚稻为爱红１号，红萍品种卡洲萍（Ａｚｏｌｌａｃａｒｏｌ ｉｎｉａｎａ）。１５Ｎ－尿素的丰度为１０％；１５Ｎ－红萍用丰度为２０％的１５Ｎ－硫铵标 记。施肥量６０ｋｇＮ／ｈｍ２，每区１ｍ２，重复６次。测定早、晚稻谷、稻草的１５Ｎ丰度， 晚稻收割后测定土壤的１５Ｎ丰度，并计算１５Ｎ回收率［７］。以上样品用凯氏法分析全氮，用 ＤｅｌｔａＥ同位素质谱计测定１５Ｎ丰度。用Ｂｅｌｌ［１３］方法测定ＣＯ２和Ｎ２Ｏ含量。 结果与讨论（一）红萍周年固氮量红萍是一种高效固氮生物，其周年固氮量的报道差异甚大，Ｂｅ ｃｋｉｎｇ［１２］测定羽叶萍的固氮量为３３５～６７０ｋｇＮ／ｈｍ’·ａ，渡边岩［１６］ 测定２２０天的固氮量为３３０ｋｇＮ／ｈｍ２，刘中柱［２］测定莆田萍固氮量为１６０．５～ １８５．３ｋｇＮ／ｈｍ２·ａ。本试验（图１）表明，蒲田萍的固氮活性在春秋出现两个高峰； 冬夏两个低谷，并与其低温和高温的月份相对应，说明高温和低温都不适于莆田萍生长和固Ｎ２。 从表１的４季固氮量看，以秋天最高，占全年固氮量的１／３。夏季除７月高温外，其余月份固氮 活性都比较高。全年固氮量达２４３．７９ｋｇＮ／ｈｍ２，相当于１～２公顷水稻１年两季的施 肥量。（二）稻田养萍对田间氮素平衡的调控表２显示，５天内莆田萍排出体内１５Ｎ的１２．８ ％，而非标记萍吸收排出１５Ｎ的５％～６．５％。说明红萍在生长过程中能排出体内的氮素，供 其他植物利用，与刘中柱等的研究结果一致［１］。（三）稻田养萍对化肥氮素挥发损失的影响图 ２、３说明，养萍区ｐＨ值在７～７．５之间，而不养萍区则高达８．４～９．８。养萍区ＮＨ－ Ｎ浓度明显低于不养萍区。早稻施肥期正是温度回升期，水中高ｐＨ值，高ＮＨ－Ｎ浓度将促进Ｎ Ｈ３的挥发损失［１１，１４］。稻田养萍能抑制藻类生长［３］，降低ｐＨ值和ＮＨ－Ｎ浓度， 有效地降低了ＮＨ３挥发损失。从图４看出，养萍区ＮＨ３的峰值低干不养萍区，而且高峰期推迟 了２天，进一步证明稻田养萍有减少氨挥发损失的效应。图５为在ＮａＮＯ２培养液中培养的蓝藻 （颤藻，Ｏｓｃｉｌｌａｔｏｒｉａｖａｕｃｈ），在光照和黑暗条件下ＣＯ２和Ｎ２Ｏ释放量的 变化动态。从ＣＯ２释放量的变化中可见，光照条件下ＣＯ２含量日益下降，是藻类光合作用提高 水中ｐＨ的原因。黑暗条件下ＣＯ２含量逐渐升高，３６ｈ后，ＣＯ２含量下降。测定Ｎ２Ｏ的变 化动态表明，蓝藻具有还原亚硝态氮的能力。而且Ｎ２Ｏ浓度的变化与黑暗条件下ＣＯ２浓度的变 化成正相关，说明反硝化作用与藻的生长状态有关，生长势越强，反硝化作用也增强。此结果说明 ，光照下藻的光合作用消耗了水中的ＣＯ２，使水层呈碱性，促进ＮＨ３的挥发损失，同时进行反 硝化反应，造成氮素的损失，释放出Ｎ２Ｏ污染环境。稻田养萍抑制了藻类的生长，既减少肥料损 失又保护了环境。（四）稻田养萍对肥料Ｎ回收率的影响从表３看出，１５Ｎ尿素作基肥，养萍比 不养萍处理提高了稻谷、稻草对１５Ｎ－尿素的利用。１５Ｎ尿素回收率（７５．７５％与７１． ５０％）提高４．２５％，尿素的损失也下降。由此可见，稻田养萍不仅没出现萍稻争肥，而且提 高了肥料利用率。１５Ｎ－尿素作追肥（表３），稻田养萍比不养萍的处理，也提高了稻谷、稻草 １５Ｎ－尿素的利用率，１５Ｎ回收率（５８．１０％与４９．７５％）增加８．３５％。追肥１ 周后将红萍翻入土壤中，其效果更为显著，水稻的１５Ｎ利用率（３４．７６％和２５．５％）增 加９．２６％，土壤１５Ｎ的残留（４０．１％与２４．２％）增加１５．９％，肥料－１５Ｎ的 损失（２５．１４％和５０．２５％）下降了２５．１１％。以上结果说明，稻田养萍既能提高化 肥的肥效，又能增加土壤肥力。（五）红萍作稻田基肥的肥效与后效结果见表４，第１季水稻的肥 料处理中，水稻对１５Ｎ－红萍和１５Ｎ－尿素的利用率（２７．８％与２１．３％），红萍比尿 素高６．５％；第２季红萍－１５Ｎ的利用率为５．３８％，而尿素为２．３３％，红萍比尿素高 出１．３倍。土壤残留１５Ｎ，红萍区为３６．１０％，尿素区为２６．９９％，红萍区比尿素区 高９．１％。１５Ｎ回收率，红萍区为６９．２８％，尿素区为５０．６２％。１５Ｎ损失，红萍 区为３０．７２％，而尿素区高达４９．３８％，红萍－１５Ｎ的损失比尿素－１５Ｎ的损失减少 １８．７％。上述结果表明，红萍作稻田基肥，不管是当季水稻对红萍氮素的利用率，还是后作水 稻的后效，以及在土壤中残留量都优于尿素基肥。此结果与Ｓｉｎｇｈ［１８］，Ｒａｉｎｓ［１ ７］，张伟光［５］和施书莲［６］等的报道相符合。参考文献｜｜１刘中柱，尤崇杓等·红萍排 氮过程的初步探讨·中国农业科学，１９８０，４：３９～４２２刘中柱．红萍在稻田应用的前景 ．土壤肥料，１９８４，６：１６～２０３刘中柱，郑伟文．中国满江红．北京：农业出版社，１ ９８９４高拯民，土壤－植物系统污染生态研究进展－土壤－植物系统污染生态研究．北京：中国 科学技术出版社，１９８６，１～１４５张伟光等。用１５Ｎ－示踪法研究红萍在稻田中的肥效． 福建农业科技，１９８６，５：８～１０６施书莲等．绿萍的改土和增产作用．土壤学报，１９７ ８，１５（１）：４６～４９７邢光熹，曾亚澄．１５Ｎ质谱分析某些技术的改进．土壤，１９７ ８，６：２２４～２３５８赖庆旺，李萘苟，黄庆海，红壤水稻土无机肥连施与土壤结构特性的研 究．土壤学报，１９９２，２９（２）：１６８～１７４９韩纯瑜，解宗方．我国农牧系统氮素转 化循环宏观特性与生态农业．生态农业研究，１９９２，１（１）：５５～６７１０胡鸿钧等．藻 类与人类的关系．中国淡水藻类，上海：上海科技出版社，１９８１，１～８１１Ｂｅａｕｃｈａ ｍｐＥＧ．Ｎｉｔｒｏｇｅｎｌｏｓｓｆｒｏｍｓｅｗａｇｅｓｌｕｄｇｅｓａｎｄｍａｎｕｒｅ ａａｐｐｌｉｅｄｔｏａｇｒｉｃｕｌｔｒｕａｌｌａｎｄｓ．ＧａｓｅｏｕｓＬｏｓｓｏｆＮｉ ｔｒｏｇｅｎｆｒｏｍＰｌａｎｔ－ＳｏｉｌＳｙｓｔｅｍ，ＭａｒｔｉｎｕｓＮｉｊｈｏｆｆ／ Ｄｒ．Ｗ．ＪｕｎｋＰｕｂｌｉｓｈｅｒｓ，１９８３，１８１～１９４１２ＢｅｃｋｉｎｇＪＨ ．ＥｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌｒｅｑｕｉｒｅｒｎｅｎｔｓｏｆＡｚｏｌｌａｆｏｒｕｓｅｉｎ ｔｒｏｐｉｃａｌｒｉｃｅｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ．ＮｉｔｒｏｇｅｎａｎｄＲｉｃｅ，ＩＲＲＩ ，１９７９，３４５～３７３１３ＢｅｌｌＲＧＳｅｐａｒａｔｉｏｎｏｆｇａｓｅｓｌｉｋｅｌｙｔｏｂｅｅｖｏｌｖｅｄｆｒｏｍｆｌｏｏｄｅｄｓｏｉｌｂｙｇａｓｃｈｒｏｍａｔｏｇｒａｐｈ．ＳｏｉｌＳｃｉｅｎｃｅ，１９６８，１０５（２）：７８～８０１４ＣｒａｓｗｅｌｌＥＴ，ＶｌｅｋＰＬＧ．Ｆａｔｅｏｆｆｅｒｉｔｉｌｉｚｅｒｎｉｔｒｏｇｅｎａｐｐｌｉｅｄｔ

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