北方稻蟹共作系统氨挥发损失的研究

引用本文

王昂, 马旭洲, 于永清, 徐静, 吕为群. 北方稻蟹共作系统氨挥发损失的研究[J]. 浙江农业学报, 2018,30(4): 622-631.
WANG Ang, MA Xuzhou, YU Yongqing, XU Jing, LYU Weiqun. Ammonia volatilization from rice-crab culture systems in northern China[J]. ACTA AGRICULTURAE ZHEJIANGENSIS, 2018,30(4): 622-631. 复制到剪切板

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北方稻蟹共作系统氨挥发损失的研究

王昂^1,^2,³, 马旭洲^1,^3,^*, 于永清⁴, 徐静⁵, 吕为群^1,^2,^*

1.上海海洋大学水产科学国家级实验教学示范中心,上海 201306

2.上海海洋大学水产种质资源开发利用重点实验室,上海 201306

3.上海海洋大学农业部淡水水产种质资源重点实验室/上海市水产养殖工程技术研究中心/水产动物遗传育种协同创新中心,上海 201306

4.盘山县河蟹技术研究所,辽宁盘锦 124000

5.盘山县气象局,辽宁盘锦 124000

*通信作者,吕为群,E-mail:wqlv@shou.edu.cn;马旭洲,E-mail:xzma@shou.edu.cn

作者简介:王昂(1986—),男,江苏淮安人,博士研究生,主要从事稻田种养生态系统研究。E-mail:karso135@163.com

收稿日期: 2018-01-05

基金资助: 上海市现代农业产业技术体系(沪农科产字〔2018〕第4号); 水产动物遗传育种中心上海市协同创新中心 (ZF1206); 国家自然科学基金(31572599)

摘要

为探索稻蟹共作系统氨(NH₃)的挥发损失,在辽宁盘锦开展田间实验。实验采用二因素裂区设计,以养蟹为主因素,施肥为副因素,设置4个处理,即单作稻不施肥(R0M)、稻蟹共作不施肥(R0C)、单作稻施肥(R1M)和稻蟹共作施肥(R1C)。结果显示,在水稻全生育期,R0M、R0C、R1M和R1C的NH₃挥发量分别为8.56、7.37、45.64和41.34 kg·hm^-2。施肥是影响稻田NH₃挥发的主要因素,R1M和R1C的NH₃挥发量分别较R0M和R0C提高4.33倍和4.65倍。在施肥稻田,NH₃挥发主要集中在淹水后10 d内,该阶段的挥发量占全生育期的67.6%~76.7%。不施肥稻田的NH₃挥发速率整体较平稳。施肥也显著提高水稻氮(N)素积累量,R1M较R0M提高53.3%,R1C较R0C提高69.7%。养蟹可以降低稻田的NH₃总挥发量,从河蟹放入稻田后计,R1C的NH₃挥发量较R1M降低28.4%,差异显著;然而整个水稻生长季,R1M和R1C处理NH₃的总挥发量无显著差异。R1M和R1C处理NH₃总挥发量分别占当季施N量的28.5%和26.0%。养蟹提高了水稻N素积累量,在水稻成熟期R1C的水稻N素积累量较R1M增加25.0%。在不施肥稻田中,养蟹对削弱NH₃挥发损失和提高水稻N素积累量的效果不显著。

关键词: 稻蟹共作系统; NH₃挥发; 田面水; 水稻N素积累量; 相关性

中图分类号:S181.6 文献标志码:A 文章编号:1004-1524(2018)04-0622-10 doi: 10.3969/j.issn.1004-1524.2018.04.14

Ammonia volatilization from rice-crab culture systems in northern China

WANG Ang^1,^2,³, MA Xuzhou^1,^3,^*, YU Yongqing⁴, XU Jing⁵, LYU Weiqun^1,^2,^*

1. National Demonstration Center for Experimental Fisheries Science Education, Shanghai Ocean University, Shanghai 201306, China

2. Key Laboratory of Exploration and Utilization of Aquatic Genetic Resources, Ministry of Education, Shanghai Ocean University, Shanghai 201306, China

3. Key Laboratory of Freshwater Aquatic Genetic Resources, Ministry of Agriculture/Shanghai Engineering Research Center of Aquaculture/Shanghai Collaborative Innovation for Aquatic Animal Genetics and Breeding, Shanghai Ocean University, Shanghai 201306, China

4. Panshan Research Institution of Crab Technology, Panjin 124000, China

5. Panshan County Meteorological Bureau, Panjin 124000, China

Abstract

In order to explore ammonia volatilization (AV) in the rice-crab system, a field experiment was carried out in Panjin, Liaoning Province. A split-plot design with two factors was arranged in this experiment, no crab and crab as the main factors, with and without fertilizer as sub-factors. The treatments included rice monoculture without fertilizer (R0M), rice-crab culture without fertilizer (R0C), rice monoculture with fertilization (R1M), and rice-crab culture with fertilizer (R1C). AV fluxes were measured via ventilation method. The results showed that seasonal AV losses from R0M, R0C, R1M and R1C fields were 8.56, 7.37, 45.64 and 41.34 kg·hm^-2, respectively. N fertilization was the dominant factor which significantly affected AV losses from the treatments. AV losses from R1M and R1C treatments were 4.33 and 4.65 times than those of R0M and R0C, respectively. In fertilized rice fields, 67.6%-76.7% of the AV losses occurred during 10 days after flooding. The rates of AV losses from no fertilized paddy field were small and stable. Compared with R0M and R0C, amounts of N accumulation in rice plants were significantly increased by 53.3% and 69.7% for R1M and R1C plots. Raising crab could significantly decrease AV losses from rice fields. AV loss from R1C was 28.4% lower than that from R1M treatment after the crab rearing in paddies, but there was little difference between them during the whole rice growth period. AV losses from R1M and R1C accounted for 28.5% and 26.0% of the seasonal N inputs, respectively. Rearing crab in rice fields could increase the amounts of N accumulation in rice plants. At maturity, N accumulation in rice plants in R1C treatment was 25.0% above that in R1M treatment, while the difference of AV and N accumulation were not significant between them under no fertilization.

Keyword: rice-crab culture system; ammonia volatilization; flooding water; N accumulation in rice plant; correlation

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氨(NH₃)是全球大气活性氮(N)排放的主要形式。NH₃挥发导致许多环境问题, 如酸雨, 水体富营养化和雾霾等^{[1, 2, 3]}。中国每年的NH₃排放量约14 Tg, 占全球NH₃排放量的20%^[4]。稻田是NH₃的重要排放源^[5], 并且NH₃已经成为国内稻田N素损失的主要途径之一, 约占稻田N素损失的20%~80%^[6]。施肥是造成上述现象的主要原因, 高达60%的肥料N素通过NH₃挥发而损失^[7]。稻田水体的N $\begin{matrix} H_{4}^{+} \end{matrix}$ -N浓度, pH值和温度是影响NH₃挥发的最主要因子, 因此NH₃挥发主要发生在水稻秧苗期和分蘖期^[8]。主要有以下原因:一、在秧苗移栽前, 部分N肥作为基肥施入稻田, 灌水后, 水中N $\begin{matrix} H_{4}^{+} \end{matrix}$ -N迅速升高; 二、此时稻田中没有水稻, 或者水稻植株太小, 吸收N素有限^[9], N $\begin{matrix} H_{4}^{+} \end{matrix}$ -N持续较高浓度, 促进藻类的大量增殖。并且此时稻田缺乏遮挡, 光照很强, 水体温度很高, 藻类光合作用强烈, 水体pH迅速升高, 造成大量的NH₃挥发损失^[10]。在稻田中, NH₃的挥发受施肥(肥料种类、施肥数量和施肥方法), 水分管理, 耕作制度等农艺措施的影响^{[10, 11, 12]}。然而, 为了保证水稻种植的产量和效益, 施肥仍然作为一种不可替代的手段。因此, 为了减少NH₃的排放, 生产上采用很多方法, 如添加脲酶抑制剂的N肥代替常规化肥, 分次施肥代替一次性施肥, 深施肥代替表施肥, 有机肥无机肥混施, 施肥后保持较高水位等, 均取得了较好的效果^{[13, 14, 15, 16]}。

水产动物的代谢产物是NH₃, 通过鳃排放到环境中。Boyd等^[17]研究证明在养殖过程中, 约有25%~30%的饲料N素被水产动物利用, 其余都以NH₃的形式排出体外。因此, 养鱼池塘也是NH₃的排放源之一^[18]。水稻与水产动物相结合, 是一种因地制宜的种养模式, 在我国有2 000多年的历史, 并且得到学术界和生产上的广泛认可^[19]。然而, Li等^[20]研究了稻鱼共作系统NH₃挥发, 发现鱼类的存在降低了稻田的NH₃挥发。因为鱼类抑制了藻类的生长, 降低水体的pH, 从而抑制了NH₃的产生。稻蟹共作模式在我国北方稻作区被广泛应用, 取得了很好的生态效益和经济效益^[21]。关于养蟹对水稻生长、病虫害防治、稻田生态环境等方面的影响有广泛研究^[22], 但是该系统的NH₃挥发情况, 还未见报道。目前稻蟹共作模式在全国有较大应用面积, 仅辽宁省就超过8万h $\begin{matrix} {m^{2}}^{[23]} \end{matrix}$ 。因此研究稻蟹共作系统NH₃的挥发损失, 评估其对环境的影响意义较大。本研究结合室外试验和室内检测, 对比稻蟹共作模式和常规稻作模式在施肥和不施肥条件下系统NH₃挥发损失, 探索其影响因素, 补充稻蟹共作模式的理论基础, 为该模式的规模化应用提供参考。并且全国各地因地制宜, 发展了许多稻田综合种养模式, 如稻鱼、稻蟹、稻虾、稻鳖、稻蛙等^[23], 本研究也为今后稻田综合种养模式的基础研究提供参考。

1 材料与方法

1.1 实验地点

田间实验于2013年的6月— 10月, 在辽宁省盘锦市坝墙子镇姜家村(122.26 E, 41.17 N)进行。实验点地处温带季风性气候区, 2013年年均气温9.2 ℃, 降水量613.7 mm, 降水主要集中在5月— 9月, 占全年降水量的72.7%。该实验地点的土壤为潮棕壤, 总氮(TN)1.61 g· kg^-1, 总磷(TP)0.45 g· kg^-1, 总有机碳(TOC)13.8 g· kg^-1, pH为7.28。

1.2 实验材料

水稻为盐粳456(Oryza saliva subsp keng), 生育期163 d左右, 由辽宁省农业科学院提供。肥料为尿素(46% N), 过磷酸钙(16% P₂O₅)和硫酸钾(50% K₂O)。河蟹为辽河水系中华绒螯蟹(Eriocheir sinensis), 由盘山县河蟹技术研究所提供。配合饲料购自禾丰牧业有限公司(辽宁沈阳), 成分:粗蛋白≥ 35%, 粗脂肪≥ 5.5%, 粗纤维≥ 9%, 粗灰分≤ 15%, TP≥ 1%。

1.3 实验设计

田间实验采用施肥和养蟹二因素裂区设计。主因素为不养蟹与养蟹, 不养蟹就是常规稻作模式, 养蟹就是将大眼幼体放入稻田培育成一龄蟹种。副因素为施肥与不施肥, 实验共4个处理, 即单作稻不施肥(R0M)、稻蟹共作不施肥(R0C)、单作稻施肥(R1M)和稻蟹共作施肥(R1C), 每个处理各3个重复, 一共12个小区, 每个小区面积为100 m²(10 m× 10 m)。

1.4 田间设施与管理

每个小区有各自的进水口和排水口。进水口用尼龙网(80目)包裹, 以防杂鱼进入和河蟹逃逸。小区之间用田埂(宽1.0 m× 高0.5 m)隔开, 在田埂上用厚塑料膜做成高40 cm的防逃墙, 田埂内沿四周用镀锌铁皮(宽45.0 cm, 厚约0.5 mm)垂直插入土壤30 cm, 以减少各小区之间的侧渗。5月27日, 肥料一次性施入稻田(其中N肥只施于R1M和R1C处理中), 施肥量为160 kg· hm^-2 N, 70 kg· hm^-2 P₂O₅和80 kg· hm^-2 K₂O。施肥后, 所有小区人工翻地15~20 cm。5月30日灌水泡田; 6月1日, 人工插秧, 密度为行距30 cm× 株距16 cm, 之后田间无任何植保措施。6月9日, 大眼幼体(0.005 g)放入养蟹单元格, 密度为120万只· hm^-2。每天17:00左右, 投喂一次配合饲料, 天气不好或者饵料有剩余的情况下不投喂。为了降低一龄蟹种提早成熟的比例, 根据经验在8月25日至9月15日停止投喂, 于9月16日恢复投喂至9月23日。10月1日, 水稻人工收割。河蟹于10月20日收获, 累积投饵量为920 kg· hm^-2。

1.5 采样与测定

1.5.1 NH₃的采样与测定

NH₃挥发的测定采用通气法^[24]。取一根长40 cm的PVC管(外径11 cm, 壁厚3 mm), 下端插入土壤中约10 cm固定。在管下端10~20 cm处, 沿着四周均匀打孔, 以便管内外水流通畅。管上端用塑料薄膜盖住防止雨水进入, 但是没有盖严, 保持空气流通。在管中间放置两层海绵(直径11 cm, 厚2 cm), 相隔2 cm。上层海绵的作用是阻隔空气中的NH₃, 下层海绵用来吸收稻田挥发的NH₃。两层海绵放置前均浸过15 mL的磷酸甘油溶液(50 mL磷酸加40 mL甘油, 定容至1 L)。在施肥后的13 d内, 每天测定NH₃挥发, 之后采样间隔拉长, 整个生育期一共采集23次。取样时, 将下层海绵迅速浸没在300 mL, 1.0 mol· L^-1 KCl溶液中, 振荡1 h, 之后测定溶液中的N $\begin{matrix} H_{4}^{+} \end{matrix}$ -N。NH₃的平均挥发速率参照文献[25]计算。

1.5.2 其他样品的采集与测定

实验期间, 田面水一共采集了20次。稻田灌水的10 d内, 每天采集水样。用50 mL的注射器, 选择5个点, 不搅动土壤抽取田面水, 注入500 mL的采样瓶中, 立刻送至实验室分析。水稻植株采集了5次, 于苗期取秧苗20株; 于分蘖期、穗分化期、灌浆期和成熟期, 在各小区用铁铲随机取水稻5株。将水稻根部泥土洗净, 整株放入105 ℃烘箱(DHG-9070A, 精宏, 上海)中杀青30 min, 后将温度调整为70 ℃烘干48 h, 冷却后称取质量。

水样的pH采用pH计(PB-10, Sartorius, 德国)测定, N $\begin{matrix} H_{4}^{+} \end{matrix}$ -N采用纳氏试剂分光光度法测定^[26]。水稻干株粉碎混匀, 采用浓H₂SO₄-H₂O₂消化, 连续流动注射分析仪(AA3, Bran+Luebbe, 德国)测定植株TN^[27]。水稻植株N素积累量为植株含N量与干物质量的乘积。

1.6 数据分析

采用单因素方差分析对各处理NH₃排放量和水稻N素积累量的差异显著性进行分析, 用Duncan's multiple range tests(DMRT)检验。NH₃排放速率和田面水pH、N $\begin{matrix} H_{4}^{+} \end{matrix}$ -N浓度的相关性; NH₃排放量和水稻N素积累量的相关性采用回归分析法进行计算。采用SPSS软件进行数据的统计和分析; 采用Origin 9.1和Excel进行图和表的制作。

2 结果与分析

2.1 不同处理水稻的N素积累

随着水稻的生长, N素积累量不断增加, 至成熟期达到最高值, 4个处理水稻N素积累量为77.78~149.10 kg· hm^-2(图1)。穗分化期时, 水稻的N素积累量为51.65~97.44 kg· hm^-2; 苗期至分蘖期最低, 为3.31~8.47 kg· hm^-2。除了苗期以外, 施肥稻田的N素积累量均显著高于不施肥稻田(P< 0.05)。成熟期的水稻N素积累量, R1M较R0M提高了53.3%; R1C较R0C提高了69.7%(P< 0.05)。除苗期外, 养蟹也显著增加水稻的N素积累量(P< 0.05), 主要发生在施肥稻田(R1M和R1C), 不施肥稻田中, R0C的N素积累量只在穗分化期显著高于R0M(P< 0.05)。在成熟期, R1C的水稻N素积累量较R1M增加了25.0%(P< 0.05)。

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图1 水稻植株不同时期N素积累量
S、T、PI、F和M分别代表水稻苗期、分蘖期、穗分化期、扬花期和成熟期。不同的字母表示差异显著。Fig.1 N accumulation in rice plants under different treatments
S, T, PI, F and M reoresented seedling, tillering, panicle initiation, flowering and mature stages of rice, respectively. Different letters indicated significant differences at 0.05 level.

2.2 不同处理NH₃挥发情况

NH₃挥发速率受施肥的影响较大, 所以施肥稻田和不施肥稻田的NH₃挥发速率呈现不同趋势(图2)。在施肥稻田中, 施肥后检测到少量NH₃挥发, 5月30日淹水后迅速升高, 于6月1日达到峰值, 然后迅速下降至较低水平。不施肥稻田(R0M和R0C), NH₃挥发处于较低水平, 并且趋势较平稳。R0M、R0C、R1M和R1C的NH₃平均挥发速率分别为0.148、0.132、1.506和1.462 kg· hm^-2· d^-1, 其中养蟹稻田(R0C和R1C)的挥发速率略低, 但是差异不显著(P> 0.05)。

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	图2 不同处理稻田NH₃挥发速率字母F、I、C和箭头组合表示施肥, 灌溉和放蟹时间。Fig.2 Ammonia volatization fluxes from rice fields under different treatments Arrow bars combined with letters F, I and C denoted the time of fertilization, irrigation and crab released.

在水稻全生育期, 各处理NH₃总挥发量为4.79~49.70 kg· hm^-2(表1)。施肥显著增加稻田NH₃挥发量, R1M和R1C的NH₃挥发量分别较R0M和R0C提高了4.33倍和4.61倍。施肥稻田, NH₃挥发主要集中在淹水后10 d内(5月30日— 6月8日), R1M和R1C在该阶段的挥发量分别占总挥发量的69.1%和74.2%。从河蟹放入稻田后(6月9日— 9月30日)计, R1C的NH₃挥发量较R1M降低28.4%(P< 0.05)。但是对比全生育期二者的NH₃总挥发量, 差异不显著(P> 0.05)。可见养蟹可以降低稻田的NH₃挥发损失, 但是效果有限。R1M和R1C处理NH₃总挥发量分别占当季施N量(160 kg· hm^-2)的28.5%和26.0%。

表1 不同模式NH₃累积挥发量 Table 1 Ammonia volatization losses from paddy fields under different treatments kg· hm^-2

2.3 田面水pH和N$H^{+}_{4}$-N浓度

在水稻全生育期, 田面水pH为6.17~8.85, R0M、R0C、R1M和R1C田面水的pH值分别为7.31、7.22、7.69和7.53(图3), 施肥提高了田面水pH, 主要发生在淹水后的10 d内(5月30日— 6月8日), 但是总体差异不显著(P> 0.05)。不施肥和施肥稻田pH变化趋势略有差异。不施肥稻田呈现前期高, 然后缓慢降低的趋势, 但是总体较平稳。施肥稻田, 在淹水后pH迅速升高, 于淹水后第4天达到峰值, 然后下降至平稳。养蟹降低了田面水pH, 但是差异也不显著(P> 0.05)。

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	图3 不同处理稻田田面水pH动态变化Fig.3 Dynamics of flooding water pH under different treatments

各处理田面水N $\begin{matrix} H_{4}^{+} \end{matrix}$ -N浓度为0.27~24.55 mg· L^-1, 平均3.98 mg· L^-1(图4)。田面水N $\begin{matrix} H_{4}^{+} \end{matrix}$ -N变化趋势相似, 施肥稻田前期达到峰值, 之后迅速下降直至稳定; 不施肥稻田整个生长期变化平稳。施肥大幅提高田面水N $\begin{matrix} H_{4}^{+} \end{matrix}$ -N, 施肥稻田田面水N $\begin{matrix} H_{4}^{+} \end{matrix}$ -N的平均浓度为6.46 mg· L^-1, 是不施肥稻田的4.3倍。对比养蟹稻田和单作稻田可以发现, 在不施肥的条件下, R0M田面水N $\begin{matrix} H_{4}^{+} \end{matrix}$ -N平均浓度为1.48 mg· L^-1, R0C田面水N $\begin{matrix} H_{4}^{+} \end{matrix}$ -N的平均浓度为1.53 mg· L^-1, 二者差异不显著(P> 0.05)。在施肥的条件下, R1M田面水N $\begin{matrix} H_{4}^{+} \end{matrix}$ -N的平均浓度为6.50 mg· L^-1; R1C田面水N $\begin{matrix} H_{4}^{+} \end{matrix}$ -N的平均浓度为6.43 mg· L^-1, 二者差异也不显著(P> 0.05)。可见养蟹与否对稻田田面水的N $\begin{matrix} H_{4}^{+} \end{matrix}$ -N浓度没有影响。

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	图4 不同处理稻田田面水N $\begin{matrix} H_{4}^{+} \end{matrix}$ -N动态变化Fig.4 Dynamics of flooding water N $\begin{matrix} H_{4}^{+} \end{matrix}$ -N concentrations under different treatments

2.4 NH₃挥发速率与田面水pH, N$H^{+}_{4}$-N浓度的相关性

NH₃挥发速率(y, kg· hm^-2· d^-1)与田面水pH(x1), N $\begin{matrix} H_{4}^{+} \end{matrix}$ -N浓度(x2, mg· L^-1)呈显著正相关(P< 0.01), 相关方程分别为y=-16.919+2.393· x1, R²=0.538^{* *}和y=-0.252+0.276· x2, R²=0.858^{* *}(图5)。

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	图5 NH₃ 挥发速率与稻田田面水pH(a)和N $\begin{matrix} H_{4}^{+} \end{matrix}$ -N浓度(b)的相关性 * * 表示在0.01水平上显著相关。Fig.5 Dependence of ammonia volatization fluxes on pH values (a) and concentrations of N $\begin{matrix} H_{4}^{+} \end{matrix}$ -N (b) of flooding water in paddy fields * * denoted significant correlation at 0.01 level.

2.5 NH₃挥发量与水稻N素积累量的相关性

NH₃挥发量(y, kg· hm^-2)与水稻不同阶段的N素积累量(x, kg· hm^-2)呈显著负相关(P< 0.05), 相关方程为y²=14.938-0.158· x, R²=0.165^*(图6)。由此可见, 水稻的吸收与NH₃的转化竞争系统的N素, 从而减少NH₃的产生和挥发。

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	图6 NH₃的挥发损失与水稻N素积累量的相关性 * 表示在0.05水平上显著相关。Fig.6 Relationship between cumulative ammonia volatization losses and N accumulation in rice plants * denoted significant correlation at 0.05 level.

3 讨论

3.1 水稻的N素积累

水稻植株的N素含量及其分蘖能力与水稻群体的光合能力密切相关, 对水稻的分蘖数、干物质量积累和产量有重要影响^[28]。许多学者^{[11, 29]}研究表明, 施肥显著促进了水稻的N素积累, 本研究也证实了上述的结论, 并且水稻N素积累量于苗期至分蘖期最低, 占全生育期N素积累量的4.2%~6.1%; 分蘖期至穗分化期最高, 占全生育期N素积累量的65.3%~69.8%。因为无论水稻是直播还是移栽, 在苗期对N素的需求量都小, 并且根系也较弱, 吸收能力差; 随着水稻的生长, N素需求量不断增加, 根系生物量不断增加, 对N素吸收能力增强^[30]。但是, 水稻生物量和N素积累速率并非呈线性正相关, 随着水稻的生物量不断增大, N素积累速率下降^[31]。养蟹也提高了水稻的N素积累量(穗分化期至成熟期)。有如下原因:首先, 河蟹养殖在稻田里, 粪便给水稻提供了额外的N素^[32]。此外, 孙永健等^[33]研究表明, 随着施N量的提高, 水稻对N素的吸收先增加后降低, 存在N肥和P肥的协同吸收。因此, 其河蟹粪便中的P可能促进了水稻对N素的吸收。其次, 河蟹在稻田中的扰动, 促进了水稻根系对N素的吸收^[34]。然而, 河蟹对水稻N素积累的显著促进作用仅仅发生在施肥稻田, 可能因为在施肥条件下, 水稻根系生物量较大^[35], 对N素的吸收能力强, 所以更加能够体现河蟹的促进作用。

3.2 不同处理的NH₃挥发损失

有不少学者研究表明, N肥深施能够显著降低NH₃的挥发^{[15, 36, 37]}。因此, 本实验采用先施肥, 再深翻20 cm, 搁田3 d后灌溉的措施。施肥后3 d内, NH₃挥发量较小, 占总挥发量的2.5%~4.4%。稻田灌溉之后, NH₃挥发量迅速升高, 并且于灌溉后第3天达到峰值。本研究中, 施肥稻田的NH₃挥发量为37.47~49.70 kg· hm^-2, 占当季肥料N素的23.4%~31.1%, 高于Liu等^[15]、Xu等^[24]和Li等^[38]的结果, 尽管施N量相似。因为Liu等^[15]和Xu等^[24]采用了分次施肥的方法, 降低了NH₃的挥发^[39]。但是在养蟹稻田中, 分次施肥容易造成河蟹NH₃中毒^[40], 尤其在河蟹蜕壳的时候。另外, 分次施肥还会增加劳动力成本。而Li等^[38]的研究中, 稻田有环沟, 田面水体积较大, 在尿素施入稻田的时候, 可以大幅降低水体N $\begin{matrix} H_{4}^{+} \end{matrix}$ -N的浓度, 从而减少NH₃的挥发^[41]。

在施肥的处理中, NH₃挥发主要发生在灌水后的10 d, 占全生育期的70%左右。主要有如下原因:首先, 尿素施入土壤中, 灌水后, 在脲酶的作用下, 水解成为NH₃和CO₂, 一部分NH₃结合系统中的H⁺生成N $\begin{matrix} H_{4}^{+} \end{matrix}$ , 同时释放出OH^-, 导致土壤、田面水中的N $\begin{matrix} H_{4}^{+} \end{matrix}$ -N和pH迅速升高^[6]。高含量的OH^-和N $\begin{matrix} H_{4}^{+} \end{matrix}$ 会促进NH₃的产生, 增加了水气界面的NH₃压力差^[42], 高温和风都可以促进NH₃从水中向空气中扩散。本研究也发现, 水稻NH₃挥发速率与田面水N $\begin{matrix} H_{4}^{+} \end{matrix}$ -N和pH呈显著正相关(图5)。其次, 随着水中N $\begin{matrix} H_{4}^{+} \end{matrix}$ -N浓度的升高, 藻类大量繁殖, 光合作用剧烈, pH升高^[43]; 其三, 水稻幼苗期对于N素的吸收能力弱。以上原因共同促进了NH₃的挥发。之后, 随着NH₃挥发, N素淋溶, 反硝化作用和水稻吸收等因素, 水体中N $\begin{matrix} H_{4}^{+} \end{matrix}$ -N含量降低; 同时随着水稻的分蘖, 水体光照强度锐减, 抑制藻类的生长, 降低水中pH, 因此NH₃挥发速率下降并保持较低水平。在不施肥的稻田, 由于田面水N $\begin{matrix} H_{4}^{+} \end{matrix}$ -N含量一直处于较低水平, 同时田面水pH也无较大波动, 所以NH₃挥发量较小^[44]。

尽管稻田NH₃挥发已经广泛研究, 但是稻蟹共作模式中NH₃挥发还未见报道。本研究发现, 在施肥稻田, 自河蟹放入后(6月9日— 9月30日), R1C的NH₃的挥发损失较R1M显著降低(表1)。首先, 虽然河蟹的代谢产物和残饵, 在稻田中添加了额外的N素, 理论上提高了田面水N $\begin{matrix} H_{4}^{+} \end{matrix}$ -N。但是河蟹添加的N素主要以有机N为主, 需要缓慢的矿化过程^[45]。另外, 由于本研究稻田缺乏环沟, 水体较小, 极易受到灌溉和降雨的影响, 所以R1M和R1C的田面水N $\begin{matrix} H_{4}^{+} \end{matrix}$ -N无显著差异。其次, 河蟹呼吸和粪便分解释放CO₂, 同时, 河蟹在稻田中的扰动, 搅浑了水体, 抑制了浮游植物的光合作用, 共同降低了水体的pH^[46], 从而抑制NH₃的产生和挥发^[47]。尽管稻田水体容易随灌溉和降雨水量而波动, 但是这种抑制作用很迅速, 并且由于水稻的遮荫, 藻类密度被削弱之后较难恢复^[43]。再次, 河蟹在稻田中改善了土壤质地, 促进土壤对N $\begin{matrix} H_{4}^{+} \end{matrix}$ -N的固定^[48], 同时河蟹的扰动促进土壤根系对N素的吸收, 进而提高了水稻N素的积累。在本研究中, 施肥稻田的NH₃挥发量与水稻N素积累量呈显著负相关(图6), 也证实了上述观点。最后, 之前的报道显示稻蟹共作提高了水稻的生物量^[49]。Hayashi等^[42]研究发现, 在水稻生育中后期, 发达的植株可以吸收空气中的NH₃。因此, 养蟹稻田的水稻植株有可能吸收更多的NH₃, 从而降低NH₃的挥发损失。然而整个水稻生长季, R1M和R1C稻田NH₃的总挥发量无显著差异。因为NH₃挥发主要发生在稻田灌水后10 d内(占全生育期67.6%~76.7%), 而此时河蟹还没有放入稻田中, 所以养蟹对水稻全生育期的NH₃挥发量的削弱作用有限。然而, 在不施肥稻田, 养蟹对NH₃挥发损失影响不显著。可能因为田面水中N $\begin{matrix} H_{4}^{+} \end{matrix}$ -N较低, NH₃挥发量小, 纵然河蟹降低了田面水的pH, 减少NH₃挥发的效果也不显著。

综上, 稻蟹共作模式显著提高了水稻的N素积累量, 并在一定程度上降低了稻田NH₃挥发损失, 提高了肥料N素的利用率, 降低对环境的危害, 为该模式的规模化应用提供了积极的理论支持。然而, 稻田系统N素损失有多种途径, 除了NH₃挥发以外, 还有淋溶、径流和反硝化损失^{[50, 51]}, 因此要全面评估稻蟹共作模式对生态环境的影响还有待补充研究。另外, 本研究为了方便阐述河蟹对于系统NH₃挥发损失的影响, 采用了单一的施肥方式。今后, 对于其他施肥策略, 比如施有机肥或者有机无机配施对稻蟹共作生态系统NH₃挥发损失的影响需要进一步探索。

(责任编辑张韵)

The authors have declared that no competing interests exist.

参考文献

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... NH₃挥发导致许多环境问题,如酸雨,水体富营养化和雾霾等^[1,2,3] ...

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... 稻田是NH₃的重要排放源^[5],并且NH₃已经成为国内稻田N素损失的主要途径之一,约占稻田N素损失的20%~80%^[6] ...

2014

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... 稻田是NH₃的重要排放源^[5],并且NH₃已经成为国内稻田N素损失的主要途径之一,约占稻田N素损失的20%~80%^[6] ...

... 主要有如下原因:首先,尿素施入土壤中,灌水后,在脲酶的作用下,水解成为NH₃和CO₂,一部分NH₃结合系统中的H⁺生成N H4+,同时释放出OH^-,导致土壤、田面水中的N H4+-N和pH迅速升高^[6] ...

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... 稻田水体的N H4+-N浓度,pH值和温度是影响NH₃挥发的最主要因子,因此NH₃挥发主要发生在水稻秧苗期和分蘖期^[8] ...

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摘　要：采用室内培养试验方法，模拟蘖肥施用后氮素转化过程。试验土壤为采自黑龙江省建三江白浆土型水稻土（JSJ）和庆安草甸土型水稻土（QA），采用通气法测定NH，挥发损失，并测定水层pH，以及水层和不同土层中NH：-N和尿素态氮含量。试验结果显示，施用尿素后短期内水层pH显著提高，随后pH甚至低于不施氮肥处理，pH增加因土壤而异；随施肥时间推移，水层中氮不断减少，进入土壤中以及挥发损失的氮不断增加。JSJ氨挥发累积量占施氮量13．68％～14．42％，氮量和氨挥发为线性关系；QA氨挥发占施氮量3．39％～7．96％，随施肥量增加氨挥发比例增大。施肥后3d，水层氮占总施肥量24％～33％，有60％～70％氮扩散到土壤中；施肥后10d水层氮只占施肥量5．0％～6．3％；施肥后21d，进入到土壤中氮比例为66％～85％，在pH较低土壤中所占比例更大。尿素转化后铵态氮主要集中在0-2和2-4cm土层，下层土壤铵态氮含量较低，短期内表层土壤铵态氮可反映施肥变化。施肥后第21天，两地氮素回收率分别为75．71％～86．37％和85．32％～98．29％，另有少量氮进入有机氮库或通过反硝化损失。

... 二、此时稻田中没有水稻,或者水稻植株太小,吸收N素有限^[9],N H4+-N持续较高浓度,促进藻类的大量增殖 ...

2009

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... 并且此时稻田缺乏遮挡,光照很强,水体温度很高,藻类光合作用强烈,水体pH迅速升高,造成大量的NH₃挥发损失^[10] ...

... 在稻田中,NH₃的挥发受施肥(肥料种类、施肥数量和施肥方法),水分管理,耕作制度等农艺措施的影响^[10,11,12] ...

2017

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... 在稻田中,NH₃的挥发受施肥(肥料种类、施肥数量和施肥方法),水分管理,耕作制度等农艺措施的影响^[10,11,12] ...

... 许多学者^[11,29]研究表明,施肥显著促进了水稻的N素积累,本研究也证实了上述的结论,并且水稻N素积累量于苗期至分蘖期最低,占全生育期N素积累量的4 ...

2015

0.0

... 在稻田中,NH₃的挥发受施肥(肥料种类、施肥数量和施肥方法),水分管理,耕作制度等农艺措施的影响^[10,11,12] ...

2008

0.0

... 因此,为了减少NH₃的排放,生产上采用很多方法,如添加脲酶抑制剂的N肥代替常规化肥,分次施肥代替一次性施肥,深施肥代替表施肥,有机肥无机肥混施,施肥后保持较高水位等,均取得了较好的效果^{[13,14,15,16]} ...

2011

0.0

2015

0.0

... 2 不同处理的NH₃挥发损失有不少学者研究表明,N肥深施能够显著降低NH₃的挥发^[15,36,37] ...

... 1%,高于Liu等^[15]、Xu等^[24]和Li等^[38]的结果,尽管施N量相似 ...

... 因为Liu等^[15]和Xu等^[24]采用了分次施肥的方法,降低了NH₃的挥发^[39] ...

2008

0.0

1995

0.0

... Boyd等^[17]研究证明在养殖过程中,约有25%~30%的饲料N素被水产动物利用,其余都以NH₃的形式排出体外 ...

1974

0.0

... 因此,养鱼池塘也是NH₃的排放源之一^[18] ...

1988

0.0

... 水稻与水产动物相结合,是一种因地制宜的种养模式,在我国有2 000多年的历史,并且得到学术界和生产上的广泛认可^[19] ...

2008

0.0

... 然而,Li等^[20]研究了稻鱼共作系统NH₃挥发,发现鱼类的存在降低了稻田的NH₃挥发 ...

2007

0.0

... 稻蟹共作模式在我国北方稻作区被广泛应用,取得了很好的生态效益和经济效益^[21] ...

2012

0.0

安辉, 刘鸣达, 王厚鑫, 等. 不同稻蟹生产模式对稻蟹产量和稻米品质的影响[J]. 核农学报, 2012, 26(3): 581-586.

, LIU M

, WANG H

, et al. Effects of different rice-crab production models on rice-crab yield and quality[J]. Journal of Nuclear Agricultural Sciences, 2012, 26(3): 581-586. (in Chinese with English abstract)

... 关于养蟹对水稻生长、病虫害防治、稻田生态环境等方面的影响有广泛研究^[22],但是该系统的NH₃挥发情况,还未见报道 ...

2017

0.0

隆斌庆, 陈灿, 黄璜, 等. 稻田生态种养的发展现状与前景分析[J]. 作物研究, 2017, 31(6): 607-612.

LONG B

, CHEN

, HUANG

, et al. Status and prospect of ecological planting and farming models in paddy fields[J]. Crop Research, 2017, 31(6): 607-612. (in Chinese)

介绍了我国稻田综合种养发展现状,总结并分析了相关模式的生态效益、经济效益。稻田综合种养实现水稻和鱼(禽)类生物的耦合、生物与环境的耦合,一田多产,一水两用,极大的增加了稻田的产出,在保证粮食产量稳定的前提下,增加鱼(禽)类产品的产出,总体产值提升。稻田种植与养殖有机结合,有着良好的生态效益和经济效益,符合国家"藏粮于地、藏粮于技"的大战略,其发展前景广阔。

... 并且全国各地因地制宜,发展了许多稻田综合种养模式,如稻鱼、稻蟹、稻虾、稻鳖、稻蛙等^[23],本研究也为今后稻田综合种养模式的基础研究提供参考 ...

2012

0.0

... NH₃挥发的测定采用通气法^[24] ...

... 1%,高于Liu等^[15]、Xu等^[24]和Li等^[38]的结果,尽管施N量相似 ...

... 因为Liu等^[15]和Xu等^[24]采用了分次施肥的方法,降低了NH₃的挥发^[39] ...

2013

0.0

马玉华, 刘兵, 张枝盛, 等. 免耕稻田氮肥运筹对土壤NH₃挥发及氮肥利用率的影响[J]. 生态学报, 2013, 33(18): 5556-5564.

MA Y

, LIU

, ZHANG Z

, et al. Effects of nitrogen management on NH₃ volatilization and nitrogen use efficiency under no-tillage paddy fields[J]. Acta Ecologica Sinica, 2013, 33(18): 5556-5564. (in Chinese with English abstract)

摘　要：通过大田试验，设置5种不同的施肥比例（基肥：分蘖肥：拔节肥：穗肥-2：2：3：3（R1）、3：2：2：3（R2）、4：2：2：2（R3）、4：3：1：2（R4）与0：0：0：0（CK）），研究氮肥运筹对稻田NH，挥发和氮肥利用率的影响。结果表明，（1）相对于不施肥，施肥显著提高了稻田NH，挥发量。氮肥施用后，NH，挥发损失量占施氮量的6．2％-8．5％，其中，以分蘖期NH，挥发损失量最大，齐穗期次之，苗期和拔节期最小。施肥处理间，处理R1稻田累积NH，挥发量最小，显著低于其它施肥处理，比处理R2、R3和R4分别低9．1％（P〈0．05）、10．9％（P〈0．05）和17．7％（P〈0．05）。（2）相关分析表明，田面水NH：、pH值和土壤NH：和pH值均与稻田土壤NH，挥发通量呈显著或者极显著相关；（3）处理R1水稻氮肥利用率相对于处理R2、R3和R4增加了28．4％（P〈0．05）、55．4％（P〈0．05）和74．9％（P〈0．05）。研究表明，氮肥后移能有效降低免耕稻田NH，挥发，提高水稻的氮肥利用率。

... NH₃的平均挥发速率参照文献[25]计算 ...

2002

0.0

... 水样的pH采用pH计(PB-10,Sartorius,德国)测定,N H4+-N采用纳氏试剂分光光度法测定^[26] ...

2000

0.0

... 水稻干株粉碎混匀,采用浓H₂SO₄-H₂O₂消化,连续流动注射分析仪(AA3,Bran+Luebbe,德国)测定植株TN^[27] ...

2011

0.0

... 1 水稻的N素积累水稻植株的N素含量及其分蘖能力与水稻群体的光合能力密切相关,对水稻的分蘖数、干物质量积累和产量有重要影响^[28] ...

2015

0.0

2010

0.0

潘圣刚, 黄胜奇, 曹凑贵, 等. 氮肥运筹对稻田田面水氮素动态变化及氮素吸收利用效率影响[J]. 农业环境科学学报, 2010, 29(5): 1000-1005.

PAN S

, HUANG S

, CAO C

, et al. Effects of nitrogen management on dynamics of nitrogen in surface water from rice field and nitrogen use efficiency[J]. Journal of Agro-Environment Science, 2010, 29(5): 1000-1005. (in Chinese with English abstract)

摘　要：通过大田试验,设计3个不同氮肥水平（0、150、240kgN·hm-2）和两种不同施肥比例（基肥：分蘖肥：穗粒肥=40%：30%：30%、基肥：分蘖肥：穗粒肥=30%：20%：50%）,研究了氮肥运筹对稻田田面水氮素动态变化特征和氮素吸收利用效率的影响。结果表明,稻田田面水NH4＋-N和总N浓度在施肥后第1d达到最大值,随后降低,在施肥后的第7d,分别降为峰值的7.88%～17.84%和29.71%～45.55%。施氮水平介于0～240Nkg·hm-2时,水稻产量随着氮素水平的提高而显著增加,氮素的吸收利用率和偏生产力却随之降低。在高氮水平（240kgN·hm-2）下,与氮肥前移相比（基肥：分蘖肥：穗粒肥=40%：30%：30%）,采用氮肥后移（基肥：分蘖肥：穗粒肥=30%：20%：50%）的施肥比例,水稻产量增加了6.2%、氮素吸收利用率和农学利用率分别提高了30.49%和23.72%,而氮素生理利用率和偏生产力差异不显著,说明适宜的氮肥运筹可以增加水稻的产量,提高氮素的吸收利用率和农学利用率,减少氮素损失。

... 随着水稻的生长,N素需求量不断增加,根系生物量不断增加,对N素吸收能力增强^[30] ...

2010

0.0

李洪顺. 氮素运筹对超级杂交水稻氮吸收利用与产量的影响[D]. 长沙: 中南大学, 2010: 35-36.

LI H

. Effect of nitrogen management on absorption and utilization of nitrogen and yield of super hybird rice[D]. Changsha: Central South University, 2010: 35-36. (in Chinese with English abstract)

本文以超级杂交水稻Y两优l号为供试材料，2008年在湖南浏阳永安超级稻试验区开展了不同氮肥用量试验和不同时期氮素配比试验，2009年在湖南浏阳永安超级稻试验区开展了N、P、K配施试验，系统地研究了氮肥运筹对土壤铵态氮、植株碳氮积累以及超级杂交水稻的生物量、产量和构成因子的影响。主要结果如下：　　 1．在一定的氮肥用量范围内，超级杂交水稻不同生育期生物量和籽粒产量随施氮量的增加而增加。随着超级杂交水稻的生育期的进程，增加氮肥用量对其生物量的促进作用愈加明显。在产量构成因子中，每穗总粒数对产量的贡献最大，因此，构建以穗总粒数为基...

... 但是,水稻生物量和N素积累速率并非呈线性正相关,随着水稻的生物量不断增大,N素积累速率下降^[31] ...

2013

0.0

... 有如下原因:首先,河蟹养殖在稻田里,粪便给水稻提供了额外的N素^[32] ...

2016

0.0

孙永健, 孙园园, 蒋明金, 等. 施肥水平对不同氮效率水稻氮素利用特征及产量的影响[J]. 中国农业科学, 2016, 49(24): 4745-4756.

SUN Y

, SUN Y

, JIANG M

, et al. Effects of fertilizer levels on nitrogen utilization characteristics and yield in rice cultivars with different nitrogen use efficiencies[J]. Scientia Acricultura Sinica, 2016, 49(24): 4745-4756. (in Chinese with English abstract)

摘　要：【目的】研究不同施肥水平下不同氮效率杂交水稻产量差异与氮素吸收和利用的关系,以期为水稻品种改良和高产高效栽培技术提供依据。【方法】以氮高效品种（德香4103）和氮低效品种（宜香3724）为材料,通过设置低肥（75 kg N·hm^-2,37.5 kg P2O5·hm^-2,75 kg K2O·hm^-2,记为N1P1K1）、中肥（150 kg N·hm^-2,75 kg P2O5·hm^-2,150 kg K2O·hm^-2,记为N2P2K2）、高肥（225 kg N·hm^-2,112.5 kg P2O5·hm^-2,225 kg K2O·hm^-2,记为N3P3K3）3种施肥水平,并在各施肥水平下均增设一不施氮处理,研究其对不同氮效率水稻产量和氮素利用效率的影响及其结实期氮素吸收、转运和分配特性。【结果】品种与施肥水平对杂交稻主要生育时期及各生育阶段氮素的累积、转运、分配,以及氮素利用特征和产量均存在显著影响;品种对氮肥回收利用率、千粒重,以及总颖花数的影响均不同程度的高于施肥水平的调控效应;施肥水平对主要生育时期及各生育阶段氮素的累积,结实期叶片和茎鞘氮的运转,以及产量调控作用显著。N2P2K2相对于N1P1K1处理能促进不同氮效率水稻主要生育时期及各生育阶段氮素的累积,提高氮收获指数,促进结实期叶片和茎鞘中氮素的运转,进而显著提高稻谷产量及氮肥利用效率,且N2P2K2均显著高于同品种下其他的肥料施用处理,为本试验最佳的氮磷钾肥施用模式;N3P3K3处理易造成结实期叶片及茎鞘中氮滞留量增加,氮转运贡献率显著降低,导致产量及氮肥利用效率显著降低。氮高效品种具有总颖花数、结实率高的特征,其主要生育时期氮素累积量,氮素干物质生产效率,氮素稻谷生产效率及氮素收获指数等均显著高于氮低效品种,但千粒重并不是氮高效品种所独有的特征;此外,氮高效品种结实期更有利于叶片与茎鞘氮素的运转及穗部氮素的累积,尤其氮高效品种具有较高的茎鞘氮素转运率,其与

... 此外,孙永健等^[33]研究表明,随着施N量的提高,水稻对N素的吸收先增加后降低,存在N肥和P肥的协同吸收 ...

2002

0.0

陈飞星, 张增杰. 稻田养蟹模式的生态经济分析[J]. 应用生态学报, 2002, 13(3): 323-326.

CHEN F

, ZHANG Z

. Ecological economic analysis of rice-crab model[J]. Chinese Journal of Applied Ecology, 2002, 13(3): 323-326. (in Chinese with English abstract)

... 其次,河蟹在稻田中的扰动,促进了水稻根系对N素的吸收^[34] ...

2012

0.0

李洪亮, 孙玉友, 曲金玲, 等. 施氮量对东北粳稻根系形态生理特征的影响[J]. 中国水稻科学, 2012, 26(6): 723-730.

LI H

, SUN Y

, QU J

, et al. Influence of nitrogen levels on morphological and physiological characteristics of root system in japonica rice in northeast China[J]. Chinese Journal of Rice Science, 2012, 26(6): 723-730. (in Chinese with English abstract)

... 然而,河蟹对水稻N素积累的显著促进作用仅仅发生在施肥稻田,可能因为在施肥条件下,水稻根系生物量较大^[35],对N素的吸收能力强,所以更加能够体现河蟹的促进作用 ...

2001

0.0

... 2 不同处理的NH₃挥发损失有不少学者研究表明,N肥深施能够显著降低NH₃的挥发^[15,36,37] ...

2004

0.0

... 2 不同处理的NH₃挥发损失有不少学者研究表明,N肥深施能够显著降低NH₃的挥发^[15,36,37] ...

2008

0.0

... 1%,高于Liu等^[15]、Xu等^[24]和Li等^[38]的结果,尽管施N量相似 ...

... 而Li等^[38]的研究中,稻田有环沟,田面水体积较大,在尿素施入稻田的时候,可以大幅降低水体N H4+-N的浓度,从而减少NH₃的挥发^[41] ...

2017

0.0

... 因为Liu等^[15]和Xu等^[24]采用了分次施肥的方法,降低了NH₃的挥发^[39] ...

1987

0.0

钱龙, 赵依民, 王晓毅. 氨对河蟹幼体的急性毒性试验[J]. 淡水渔业, 1987 (2): 28-29.

QIAN

, ZHAO Y

, WANG X

. Acute toxicity test of ammonia to larvae crab[J]. Freshwater Fisheries, 1987 (2): 28-29. (in Chinese)

... 但是在养蟹稻田中,分次施肥容易造成河蟹NH₃中毒^[40],尤其在河蟹蜕壳的时候 ...

2015

0.0

... 而Li等^[38]的研究中,稻田有环沟,田面水体积较大,在尿素施入稻田的时候,可以大幅降低水体N H4+-N的浓度,从而减少NH₃的挥发^[41] ...

2008

0.0

... 高含量的OH^-和N H4+会促进NH₃的产生,增加了水气界面的NH₃压力差^[42],高温和风都可以促进NH₃从水中向空气中扩散 ...

... Hayashi等^[42]研究发现,在水稻生育中后期,发达的植株可以吸收空气中的NH₃ ...

2014

0.0

... 其次,随着水中N H4+-N浓度的升高,藻类大量繁殖,光合作用剧烈,pH升高^[43] ...

... 尽管稻田水体容易随灌溉和降雨水量而波动,但是这种抑制作用很迅速,并且由于水稻的遮荫,藻类密度被削弱之后较难恢复^[43] ...

2007

0.0

陈振华, 陈利军, 武志杰, 等. 辽河下游平原不同水分条件下稻田氨挥发[J]. 应用生态学报, 2007, 18(12): 2771-2776.

CHEN Z

, CHEN L

, WU Z

, et al. Ammonia volatilization from rice field under different water conditions in lower Liaohe River Plain[J]. Chinese Journal of Applied Ecology, 2007, 18(12): 2771-2776. (in Chinese with English abstract)

应用通气密闭室法,研究了辽河下游平原不同水分条件下潮棕壤稻田生态系统施用氮肥后的NH3挥发.结果表明:稻田施用氮肥后有明显NH3挥发损失,整个生长期间总挥发量为11.64～34.01 kg N·hm-2,占施氮量的4.66%～11.66%;不同施肥时期的损失量为分蘖期＞孕穗期＞移栽前,挥发高峰出现在施氮肥后的2～4 d内.稻田水分状况对NH3挥发损失具有重要影响,田面积水条件下NH3挥发总量和肥料氮损失率都较大,且不同施氮水平间差异显著(P＜0.05),挥发量随施氮量的增加而增加;田面不积水条件下NH3挥发量相对较小.氮肥用量、田面水NH4+浓度和pH是影响NH3挥发的重要因素;氮肥用量为180 kg N·hm-2时,不同磷水平对NH3挥发的影响不显著.

... 在不施肥的稻田,由于田面水N H4+-N含量一直处于较低水平,同时田面水pH也无较大波动,所以NH₃挥发量较小^[44] ...

2007

0.0

郝晓晖, 肖宏宇, 苏以荣, 等. 长期不同施肥稻田土壤的氮素形态及矿化作用特征[J]. 浙江大学学报(农业与生命科学版), 2007, 33(5): 544-550.

HAO X

, XIAO H

, SU Y

, et al. Characteristics of nitrogen forms and mineralization in paddy soils of long-term fertilization experiment[J]. Journal of Zhejiang University ( Agriculture & Life Sciences), 2007, 33(5): 544-550. (in Chinese with English abstract)

... 但是河蟹添加的N素主要以有机N为主,需要缓慢的矿化过程^[45] ...

2014

0.0

孙文通, 张庆阳, 马旭洲, 等. 不同河蟹放养密度对养蟹稻田水环境及水稻产量影响的研究[J]. 上海海洋大学学报, 2014, 23(3): 366-373.

SUN W

, ZHANG Q

, MA X

, et al. A study on effects of different crab stocking density on water environment and rice yield[J]. Journal of Shanghai Ocean University, 2014, 23(3): 366-373. (in Chinese with English abstract)

... 其次,河蟹呼吸和粪便分解释放CO₂,同时,河蟹在稻田中的扰动,搅浑了水体,抑制了浮游植物的光合作用,共同降低了水体的pH^[46],从而抑制NH₃的产生和挥发^[47] ...

2006

0.0

张启明, 铁文霞, 尹斌, 等. 藻类在稻田生态系统中的作用及其对氨挥发损失的影响[J]. 土壤, 2006, 38(6): 814-819.

ZHANG Q

, TIE W

, YIN

, et al. Algae function in paddy field ecosystem and its effect on reducing ammonia volatilization from paddy fields[J]. Soils, 2006, 38(6): 814-819. (in Chinese with English abstract)

2011

0.0

汪清, 王武, 马旭洲, 等. 稻蟹共作对土壤理化性质的影响[J]. 湖北农业科学, 2011, 50(19): 3948-3952.

WANG

, WANG

, MA X

, et al. The effects of integrated rice-crab production on soil physical and chemical properties[J]. Hubei Agriculture Sciences, 2011, 50(19): 3948-3952. (in Chinese with English abstract)

在稻田养蟹生态系统中,研究稻蟹共作对稻田土壤理化性质的影响。结果表明,稻蟹共作提高了土壤中全氮、全磷的含量,显著地增加了土壤中NH4+、速效磷含量,而对土壤中NO3-影响不显著;相对于不养蟹稻田,由于河蟹的存在,稻蟹共作降低了土壤pH,显著增加了粒径0.2 mm团聚体的含量,显著降低了粒径0.002 mm微团聚体的含量,稻田土壤水稳性团聚体数量增加,土壤团聚化程度加强,降低了土壤容重,改善了土壤质地。

... 再次,河蟹在稻田中改善了土壤质地,促进土壤对N H4+-N的固定^[48],同时河蟹的扰动促进土壤根系对N素的吸收,进而提高了水稻N素的积累 ...

2014

0.0

徐敏, 马旭洲, 王武. 稻蟹共生系统水稻栽培模式对水稻和河蟹的影响[J]. 中国农业科学, 2014, 47(9): 1828-1835.

, MA X

, WANG

. Effects of different cultivation patterns on rice yield and crab in rice-crab culture system[J]. Scientia Agricultura Sinica, 2014, 47(9): 1828-1835. (in Chinese with English abstract)

【Objective】Rice-crab culture system is a relatively new paddy cultivation and breeding model, and it has a great advantage in production and development potential. Rice-crab culture system could ameliorate rice field aquatic ecological environment, increase soil effective nutrition, promote rice growth and development, improve resource utilization rate, ameliorate cultivation structure, and increase rural income, etc. Rice-crab ecological breeding model studies were mainly focused on the crab stocking density, rice growth, yield, water environment and plankton, etc., but few of research reports on rice cultivation density. The effects of different rice cultivation patterns on rice tiller, rice biomass production, rice stem characters, rice yield composition, crab and rice paddies comprehensive economic benefits were studied. 【Method】 Four treatments were designed, i.e. one plant per hill in rice-crab (T1), two plants per hill in rice-crab (T2), four plants per hill in rice-crab (T3), two plants per hill in rice (CK), and stock 900 juvenile crabs in rice-crab paddy field. Four replicates were designed for each treatment and cultivated for 137 d. Thereafter, rice growth indices and crab traits were measured. 【Result】 Crab bait protein content was about 32%, crab fed at 4 pm and the feeding amount for crabs was generally 3%-5% of body weight. Compared with conventional paddy fields, rice-crab paddy fields could increase 0.17 tillers per hill, 3.3% of biomass production and 11.5% of rice yield, rice stem characters were not significantly affected, seed setting rate and grain number per panicle were significantly affected. Different cultivation patterns showed no significant effect on rice-crab paddy fields. The size of four plants per hill had the highest biomass production, rice stem characters showed an increasingly decreasing trend with the decrease of plant spacing. The treatment of one plant per hill increased the grain number per panicle by 6-26, seed setting rate by 1.2%-3.6% and 1000-grain weight by 1.5%-3.3%.【Conclusion】Based on rice growth indices and economic benefits, the optimal cultivation pattern was one plant per hill.

【目的】稻蟹共生生态系统是一种新型稻田种养模式，对推动水稻种植变革和加快现代农业发展具有重要意义。目前关于稻蟹生态种养模式的研究主要集中于河蟹放养密度、水稻生长情况及产量、水体生态环境和浮游生物等研究，而关于水稻栽插密度方面的研究尚未见报道。本试验旨在研究不同水稻栽培模式对水稻茎蘖情况、植株生物产量、茎秆构成、产量构成及综合经济效益的影响，探索通过优化水稻栽插密度以达到水稻性状指标的最佳及产量效益的最大化，进一步完善稻蟹共作模式的技术和理论体系研究。【方法】试验共设置养蟹田单穴单株水稻（T1）、单穴双株水稻(T2)、单穴四株水稻(T3)和不养蟹田单穴双株水稻（CK）4个处理，每个处理3个重复，每处理单元格面积为50 m2，其中养蟹田每试验小格放养规格为12 000 只/kg的幼蟹（Ⅲ期仔蟹）900 只，生长周期共137 d。于水稻的4 个生长时期（返青期、拔节期、孕穗期和成熟期），每试验小区随机选取3 个采样点，每点连续选择10穴水稻，分别测定记录水稻茎蘖情况、生物产量、植株性状指标及水稻产量。【结果】与不养蟹稻田相比，相同水稻栽培密度下养蟹稻田可以增加约0.17个有效蘖/穴，提高水稻植株生物产量3.3%，对水稻茎秆构成影响不显著，但对水稻的结实率和穗粒数影响较显著，同时可以增加约11.5%的水稻产量；养蟹稻田内各试验处理间水稻分蘖数受每穴栽插株数影响显著，单穴四株有效穗数最高且显著单穴双株和单穴单株，水稻生物产量以单穴四株最高，水稻茎秆性状则随水稻栽插密度增加呈现逐渐弱化趋势；单穴单株水稻的穗粒数、结实率、千粒重较其他处理则分别提高6—26个、1.2%—3.6%、1.5%—3.3%，其他性状指标则要低于平均水平。【结论】基于水稻生长性状指标及经济效益分析，养蟹田单穴单株水稻植株性状要优于其他处理，水稻产量则以养蟹田单穴四株水稻产量最高；基于幼蟹产量及效益考虑，单穴单株幼蟹产量要明显高于其他两个处理，单穴单株水稻性状优势明显且综合经济效益达到最高。

... 最后,之前的报道显示稻蟹共作提高了水稻的生物量^[49] ...

2017

0.0

... 然而,稻田系统N素损失有多种途径,除了NH₃挥发以外,还有淋溶、径流和反硝化损失^[50,51],因此要全面评估稻蟹共作模式对生态环境的影响还有待补充研究 ...

2017

0.0