早稻套萍对消纳稻田氮磷和增加水稻产量的影响

石丽红，纪雄辉，李洪顺

（1.湖南省土壤肥料研究所，湖南 长沙 410125；2.湖南省农业环境研究中心，湖南 长沙 410125）

关于稻萍鱼模式对土壤肥力及其经济效益的影响已有很多报道，然而红萍对降低水稻田养分流失风险的报道很少见。红萍是一种高固氮的水生蕨类植物，它繁殖快、产量高、营养丰富、蛋白质含量高，既能作饲料、饵料，又可作有机肥，具有广阔的养殖前景和利用价值。研究表明，采用红萍在静水中经过20 d净化，凯氏氮去除率为68.37%，磷为35.87%，可见红萍有明显改善水质的功能[1-2]。当前生产上主要红萍品种有：蕨状满江红（国内称细绿萍），为耐寒品种，最适生长温度为10～15℃，生长温度为0～30℃；卡州满江红，为多抗性品种，最适宜生长温度为20～25℃，生长温度为0～40℃；榕萍1-4号、回交萍3号，为杂交选育后代，最适宜生长温度为15～25℃，生长温度为0～40℃[3]。研究表明，卡州满江红（Azolla caroliniana Willd）抗寒性强，一般年份可自然越冬，简化了保种手续；而且春繁时间早，在3月下旬至5月中旬（平均水温16.6～24.1℃），其繁殖速度比本地萍高48.0%，春繁期间98 d鲜萍可达72 t/hm2，按含水量93.2%计算，则红萍富集的氮总量达144 kg/hm2，这有利于双季稻早稻利用其消纳稻田表面水中的氮磷[4]。因此，试验选择了卡州萍作为早稻稻田氮磷消纳技术的研究对象，从环境角度研究稻田套萍对降低双季早稻表面水氮磷养分浓度以及氮磷流失风险的效果，为防治面源污染提供技术支持。

1 材料与方法

1.1 供试品种

水稻品种为湘早籼24号，红萍品种为卡州萍。

1.2 试验方法

1.2.1 试验地概况 试验在湖南省长沙县干杉乡干杉社区下大屋组进行。区内年平均降雨量为1 400 mm，主要集中在春季和夏季。年平均温度为16.8℃，最高和最低月平均温度分别为28.9℃（7月）和4.7℃（1月）。供试土壤为第四纪红土发育的红黄泥，其有机质、全氮、全磷含量分别为37.67、1.92、0.64 g/kg，铵态氮、硝态氮、有效磷、有效钾含量分别为 17.13、0.33、12.63、154.70 mg/kg，pH 值 （水 ∶土＝2.5∶1）为5.88，肥力处于中上水平。

1.2.2 试验设计 试验设3个处理：①不施肥，只种水稻不套红萍；②CK，施肥，只种水稻不套红萍；③套萍，施肥，水稻红萍套种。每处理重复3次，随机区组排列。施肥量为N：180 kg/hm2，P2O5：45 kg/hm2，K2O：150 kg/hm2，氮肥中 70%为碳酸氢铵，作基肥于插秧前1 d施入，30%为尿素，作追肥于插秧后15 d施入。磷肥为过磷酸钙（12%P2O5），与钾肥（氯化钾，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日收获。稻田移栽前带水耕作与施肥，使表面水保持3 cm深水层进行移栽，土面不现明水时进行灌溉，并保持水层为5 cm，其他如育秧方式、病虫害防治等田间管理措施与当地水稻种植保持一致。红萍于插秧前1 d植入稻田。

1.2.3 采样及分析测试方法 试验开始前取基础土壤样品，测定基本理化性状；于套种红萍7 d后取稻田表面水，测定其总氮、总磷浓度；在春季红萍繁殖-稻田套萍-晒田倒萍期间连续取红萍样，测定植株氮磷养分含量；从晒田倒萍-水稻收获期连续取稻田表层土壤，测定速效氮磷养分；水稻收获后选择有代表性的植株5穴，进行考种，小区产量采取单打单晒实收测产。

上述各指标均采用常规分析方法[5]测定。试验数据采用EXCEL进行统计和分析。

2 结果与分析

2.1 稻田套萍对增加水稻产量和降低氮磷流失风险的研究

2.1.1 稻田套萍对降低表面水氮磷浓度的效果稻田套萍对稻田表面水中氮磷的去除效果表明（图1），套种红萍21 d后（5月3日）生物量能迅速繁殖达到近1.5 t/hm2；稻－萍套种后7 d内总氮（TN）去除率为30.0%，总磷（TP）去除率为56.8%。基于稻田N、P径流损失风险主要发生在施肥后15 d内，通过稻田套萍能够有效降低总氮和总磷的流失。

图1 稻田套萍后表面水氮磷浓度和水稻产量

2.1.2 稻田套萍的增产效果分析 稻田套萍对水稻产量及其构成分析（表1）表明，套种红萍能显著增加水稻的有效穗数、总粒数、实粒数。这说明稻田套萍通过分蘖晒田倒萍，有效穗比对照增加14.7%，比不施肥处理增加20.3%，穗粒数比对照提高47.7%，比不施肥提高63.9%，而且结实率也略有增加。田间试验表明，套种红萍早晚稻产量分别比对照增产21.5%和14.0%。

表1 稻田套萍水稻植株和产量构成分析

2.2 红萍对氮磷养分的吸收及倒萍后的土壤养分动态

2.2.1 倒萍前红萍植株氮磷含量变化 测定倒萍前红萍植株氮磷含量（图2）表明，监测期间红萍的平均氮磷含量分别为31.4和3.14 g/kg。其中，分萍后萍体氮素养分较为平稳，处于31～35 g/kg，随着温度的继续升高，红萍开始倒萍时氮素含量下降至25～27 g/kg。套种红萍后萍体磷含量迅速下降，尽管不同时期红萍磷含量在1.5～3.2 g/kg波动，但整体上随着时间的推移，红萍的磷含量呈逐渐下降趋势。据有关报道，按红萍的日增长速度1.09 t/hm2，鲜红萍含水93.2%，氮磷养分含量26.4和3.4 g/kg计算，红萍可消纳稻田表面水的氮、磷养分1.95和0.25 kg/hm2·d，相当于降低水层为3 cm的1公顷稻田氮、磷浓度分别为6.51和0.84 mg/kg。一般稻田施用基肥后表面水的总氮和总磷浓度可分别达到约300和10 mg/kg，套种红萍约需46 d和12 d可完全消纳表面水中的氮和磷，可见，稻田套萍对于消纳稻田表面水的氮磷具有显著的效果。

图2 稻田套萍处理的红萍氮磷养分含量动态

2.2.2 倒萍后稻田表层土壤速效氮磷含量变化水稻分蘖至成熟期的表层（0～5 cm）土壤速效氮磷（图3）表明，稻田套萍在前期土壤碱解氮略低于不套萍处理，主要是由于红萍吸收表面水的氮磷后导致土壤和水界面的土壤速效氮下降。至分蘖盛期晒田倒萍，覆盖在土壤表面的红萍逐渐死亡和分解，为土壤提供速效氮养分，导致后期稻田表层土壤碱解氮始终高于不套红萍的处理。稻田表层土壤有效磷在倒萍前表现较为接近，不套萍的稻田表层土壤有效磷呈逐渐下降的趋势，而随着倒萍后红萍死亡，套萍处理的土壤有效磷下降幅度减缓，始终高于对照处理。这一结果表明，稻田套萍可通过前期吸收表面水的氮磷而降低土壤表层有效氮磷养分，后期则通过倒萍迅速为作物提供养分，有利于作物后期的生长发育和减少稻田氮磷流失。

图3 稻田套萍后稻田土壤速效氮磷养分动态

3 结论

（1）稻田套萍能够有效降低表面水的总氮、总磷的浓度，7 d内总氮去除率为30.0%，总磷去除率为56.8%。基于稻田氮、磷径流损失风险主要发生在施肥后15 d内，通过稻田套萍能够有效降低稻田的氮磷流失。同时能提高水稻的成穗率、穗实粒数和结实率，产量也大有增加。

（2）根据监测期间红萍的平均氮磷含量、日增长速度以及稻田基肥施用后表面水的总氮和总磷浓度计算，套种红萍消除表面水中的氮和磷分别需要 46 d和 12 d。

（3）稻田套种红萍可通过前期吸收表面水的氮磷而降低土壤表层有效氮磷养分，后期则通过倒萍迅速为作物提供养分，有利于作物后期的生长发育和减少稻田的氮磷流失。

[1]程 鹏，汪明礼，潘 乐.红萍对污水中银、氮、磷的净化[J].甘肃科技，2006，22（10）：46-47.

[2]沈根祥，胡 宏，沈东升，等.浮萍净化氮磷污水生长条件研究[J].农业工程学报，2004，20（1）：284-287.

[3]陈 坚，金桂英，唐龙飞.红萍在植物治污方面的应用研究进展[J].环境污染治理技术与设备，2002，3（4）：74-77，51.

[4]刘中柱，郑伟文.中国满江红[M].北京：农业出版社，1989.4-26，303-303.

[5]中国土壤学会农业化学专业委员会.土壤农业化学常规分析方法[M].北京：科学出版社，1989.