稻萍共生对水稻磷素吸收和磷肥利用效率的影响

摘 要：稻萍共生是我国传统的稻作方式，能提高水稻产量和氮肥利用效率，然而目前还鲜有研究关注稻萍共生对水稻磷肥利用效率的影响。通过田间试验，探讨稻萍共生处理对稻田土壤理化性质、水稻产量和磷肥利用效率的影响。结果表明：稻萍共生处理未显著改变土壤有机质、总氮、总磷和有效磷含量，但显著提高土壤硝态氮含量（P＜0.05）。稻萍共生促进了水稻的磷吸收，显著增加了籽粒磷吸收量（P＜0.05）和地上部总磷吸收量（P＜0.05）。此外，稻萍共生还提高了水稻的磷肥回收利用率（P＜0.05），说明稻萍共生处理能有效提高水稻磷肥利用效率，为水稻磷肥的高效利用提供了参考途径。

关键词：水稻；稻田；稻萍共生；磷肥利用效率；磷肥回收利用率

中图分类号：S511 文献标志码：A

文章编号：0253−2301（2024）05−0055−05

DOI： 10.13651/j.cnki.fjnykj.2024.05.010

Effect of the Rice-Azolla Imbircata Cropping on Phosphorus Absorption and Phosphorus Fertilizer Use Efficiency in Rice

ZHENG Hui-fen，YING Zhao-yang

（Institute of Resources， Environment and Soil Fertilizer， Fujian Academy of Agricultural Sciences，Fuzhou， Fujian 350013， China）

Abstract： The integrated rice-Azolla imbircata cropping is a traditional rice cultivation way in China， which can improve the rice yield and nitrogen use efficiency. However， few studies have focused on the effect of integrated rice Azolla imbircata cropping on the phosphorus fertilizer use efficiency in rice. A field experiment was conducted to investigate the effects of the treatment of integrated rice-Azolla imbircata cropping on the soil physical and chemical properties in paddy field， rice yield and the utilization efficiency of phosphorus fertilizer. The results showed that the treatment of integrated rice-Azolla imbircata cropping did not significantly change the contents of soil organic matter，total nitrogen， total phosphorus and available phosphorus， but significantly increased the content of nitrate nitrogen in soil （P＜ 0.05）. The integrated rice-Azolla imbircata cropping promoted the acquisition of phosphorus in rice，significantly increased the phosphorus uptake in grain （P＜0.05） and the total phosphorus uptake in the aboveground part （P＜0.05）. In addition， the integrated rice-Azolla imbircateauTZSu3ykaK5+Qn0BlcWkSlW8qN/xoUC5Ej2+kgofI=a cropping also improved the recovery and utilization rate of phosphate fertilizer in rice （P＜0.05）， indicating that the treatment of integrated rice-Azolla imbircata cropping could effectively improve the utilization efficiency of phosphate fertilizer in rice， which provided a reference way for the efficient utilization of phosphate fertilizer in rice.

Key words： Rice； Paddy fields； Integrated rice-Azolla imbircata cropping； Phosphorus fertilizer use efficiency；Recovery utilization rate of phosphorus fertilizer

红萍又名满江红，为水生蕨藻共生体，能高效固氮，是我国传统的优质水生绿肥。过去几十年，农业生产模式以高投入、高产出的集约型农业为主导，红萍在水稻生产中的作用一度被忽视。然而，近年来，随着农业面源污染、土壤退化、能源紧张等问题的涌现，作为环境友好型绿肥的红萍引起人们的重视。水稻生长期间放养红萍或者红萍作为绿肥还田，均能增加水稻稻谷产量[1−2]。此外，红萍能抑制稻田氨挥发[3−4]、提高氮肥利用效率[3]，起到部分替代氮肥的作用[4]。然而，前人的研究多聚焦于红萍对稻田氮素循环的作用，而红萍对稻田磷肥利用效率的影响，目前还缺乏系统研究。本研究通过田间试验，探讨稻萍共生对稻田土壤理化性质、水稻产量和磷肥利用效率的效应，为提高稻田的磷素资源利用效率提供参考。

1 材料与方法

1.1 试验设计

供试田块位于福建省浦城县莲塘镇马西村（118°29′50″-N，27°59′2″-E，海拔 255.75 m），该地区属于典型的亚热带季风湿润气候区，年平均气温 17.4℃，年平均降水量 1 780 mm，年平均日照总数 1 893 h，全年无霜期 254 d 左右。该区域有进行油菜-水稻轮作的传统，种植的水稻品种为中稻嘉丰优 2 号。试验地土壤为灰泥田，土壤肥力中上。试验前耕层土壤（0～20 cm）基本理化性质为：有机质 26.60 g·kg−1，碱解氮 103.83 mg·kg−1，有效磷49.60 mg·kg−1，速效钾 68.67 mg·kg−1，pH 4.82。

田间试验开始于 2021 年，设置了 3 个处理，分别为：（1）不施肥处理（CK）；（2）常规施肥处理（F），为施用氮、磷、钾化肥处理；（3）稻萍共生处理（FA），为常规施肥处理的同时稻田放养红萍。试验采用随机区组设计，每个处理设 3 次重复，小区面积为 24 m2，小区间采用 30 cm 宽的田埂拦隔，并用塑料薄膜覆盖防止串水串肥，各小区独立排灌。试验中常规施肥量为：N180 kg·hm−2、P2O5 60 kg·hm−2、K2O 90 kg·hm−2。氮、磷和钾肥分别为尿素（46% N）、过磷酸钙（12% P2O5）和氯化钾（60% K2O）。氮肥和钾肥按基肥：分蘖肥：穗肥为 4：3：3 施用，磷肥一次性基施。水稻移栽前两周放养红萍，放养量为 3 750 kg·hm−2。水稻采用育秧移栽，宽窄行种植，宽行 31 cm，窄行 15 cm，株距 23 cm。田间管理按当地农田管理措施进行。

1.2 测定指标及方法

1.2.1稻田土壤养分测定 水稻收获期，每个小区按照“S”型，取 0～20 cm 土样，并混合均匀。部分新鲜土壤样品存于便携式冰箱，用于硝态氮和铵态氮的测定（流动分析仪）。另一部分土壤经风干、碾磨、过筛后测定有机碳（重铬酸钾容量法-热稀释法）、全氮（凯氏定氮法）、全磷（酸溶-钼锑抗比色法）。土壤有效磷（Available P）含量采用 NaHCO3 浸提，钼锑抗比色法测定。土壤速效钾（Available K）含量采用 NH4OAc 浸提，火焰光度法测定。土壤 pH 值采用水浸提电位法（土水质量比为 1：2.5）测定。

1.2.2水稻产量测定及考种 水稻成熟期调查有效穗数，每小区取代表性植株 8 穴，风干至 14% 水分含量时，称重并记录水稻籽粒质量，根据小区种植密度折算成单位面积产量；考种主要考查结实率、千粒重等指标。

1.2.3水稻植株和籽粒磷含量测定 植物样品用HNO3-H2O2 消煮处理，后用钼锑抗比色法测定不同植物组织的磷含量。

1.3 指标计算

作物吸磷量（kg·hm−2）=籽粒产量×籽粒含磷量+秸秆产量×秸秆含磷量[5]

磷肥吸收利用指标依照以下公式计算[6]：

磷肥回收利用率（P recovery rate，PRE，%）=（施磷处理地上部的吸磷量−不施磷处理地上部的吸磷量）/施磷量× 100% ；

磷 肥 偏 生 产 力 （ partial factor productivity of P fertilizer，PFPP，kg·kg−1）=施磷处理籽粒产量/施磷量；

磷肥农学效率（agronomic efficiency of P ferti lizer，AEP，kg·kg−1）=（施磷处理籽粒产量−不施磷处理籽粒产量）/施磷量；

磷肥生理利用率（physiological efficiency of P fertilizer，PEP，kg·kg−1）=（施磷处理籽粒产量−不施磷处理籽粒产量）/（施磷处理地上部的吸磷量−不施磷处理地上部的吸磷量）

以上吸磷量、施磷量均以纯磷量（P，kg·hm−2）进行计算。

1.4 数据处理

数据用 Microsoft Excel 2016 和 SPSS 19.0 进行统计和分析，方差分析以最小显著性法（LSD）检验数据的差异显著性。水稻产量和磷累积量与土壤养分之间进行皮尔森相关分析。

2 结果与分析

2.1 稻萍共生处理对稻田土壤养分含量的影响

由表 1 可知，不同处理之间土壤的 pH、有机碳、全氮、铵态氮、有效磷和速效钾含量无显著差异；土壤硝态氮含量存在显著差异，表现为稻萍共生处理＞常规施肥处理＞不施肥处理，说明在本试验的施氮水平下（N180 kg·hm−2），红萍也具有较高的固氮能力，从而增加了土壤的硝态氮含量。

2.2 稻萍共生处理对水稻产量及其构成因子的影响

水稻产量构成因子由有效穗数、实粒数、结实率及千粒重组成。由表 2 可知，与不施肥处理（CK）相比，稻萍共生和常规施肥处理显著提高了水稻产量。稻萍共生与常规施肥处理产量差异未达到显著水平（P＞0.05）；实粒数、结实率和千粒重各处理间无显著差异；有效穗数稻萍共生处理显著高于常规施肥和不施肥处理。结果表明稻萍共生和常规施肥处理通过增加水稻的有效穗数，提高了水稻产量。

2.3 稻萍共生处理对水稻磷素吸收量的影响

由表 3 可知，与不施肥处理、常规施肥处理相比，稻萍共生处理显著增加了籽粒磷吸收量（P＜0.05）和地上部总磷吸收量（P＜0.05）。与不施肥处理相比，稻萍共生与常规施肥处理秸秆磷吸收量分别提高了 69.53%（P＜0.05）与 36.20%（P＞0.05），但稻萍共生与常规施肥处理之间差异不显著。总体而言，稻萍共生处理比常规施肥处理提高了水稻的磷素吸收量，说明稻萍共生更能满足水稻的磷素营养需求。

2.4 稻萍共生处理对水稻磷肥利用效率的影响

磷肥回收利用率（PRE）表征当季作物对施入土壤中的肥料磷的回收效率，磷肥偏生产力（PFPP）反映了单位投入的肥料磷所能生产的作物籽粒产量，磷肥生理利用率（PEP）是指作物地上部每吸收单位肥料中的磷所获得籽粒产量的增加量，它们是从不同角度代表作物的磷肥利用效率。由表 4 可知，稻萍共生处理磷肥回收利用率（PRE）达 29.83%，显著高于常规施肥处理的 17.08%（P＜0.05）；磷肥偏生产力和磷肥农学效率较常规施肥处理略微提高，但差异不显著；磷肥生理利用率较常规施肥处理下降，但差异也不显著。

2.5 水稻产量和磷累积量与土壤养分的相关分析

相关性分析结果（表 5）表明， 水稻产量与土壤硝态氮含量显著正相关（P＜0.01），但与土壤pH、有效磷、有效钾含量之间无显著相关。水稻磷累积量与土壤硝态氮含量显著正相关（P＜0.01），与土壤有效磷之间无显著相关。

3 讨论与结论

获得作物高产是农业生产的主要目标。稻田放养红萍增加水稻产量主要是因为红萍生物固氮，给水稻生长提供了氮素养分。当稻田施氮量比较充足时，稻萍共生处理的增产效果就不显著。从本试验的产量构成因子可以看出，稻萍共生处理增产是因为有效穗数增加。许和水[7]报道稻萍共生通过增加早稻穗粒数、千粒重和收获指数增加早稻稻谷产量，而显著影响晚稻产量的构成因子为有效穗数、每穗粒数、千粒重和收获指数。本试验种植的是中稻，可见随气候、土壤肥力、水稻品种等条件的差异，稻萍共生处理的增产效果和增产因素也会有所不同。

磷是水稻生长发育所必需的营养元素之一。前人从施肥角度对磷素营养已进行了大量研究，表明适宜的氮、磷、钾肥配施有利于水稻磷的吸收和利用[8−9]。林洪鑫等[10]研究发现，在等量磷投入的条件下，磷素累积量随着施氮量的增加而增加。朱启东等[11]也认为，适宜的施氮量可以促进水稻对氮、磷、钾养分的吸收，同时提高双季稻的氮、磷、钾素利用效率。由此可见，水稻对氮素和磷素吸收存在协同效应[12]。本试验发现稻萍共生处理显著增加了水稻籽粒磷吸收量、磷总累积量，与前人的施氮试验结果类似[10−11]，这可能是因为稻田养萍增加了土壤的含氮量。合理的土壤氮素供应状况，可以使作物能更好地进行新陈代谢，进而促进对磷素的吸收利用[11]。

我国稻田的磷肥利用效率并不高，本研究从磷肥回收利用率、磷肥偏生产力、磷肥农学效率和磷肥生理利用率 4 个方面说明水稻利用磷肥的程度。稻萍共生处理磷肥偏生产力和磷肥农学效率较常规施肥处理略微提高，但差异不显著；磷肥生理利用率较常规施肥处理有所下降，但差异不显著；磷肥回收利用率（PRE）达 29.83%，显著高于常规施肥处理的 17.08%（P＜0.05），说明稻萍共生处理可提高施入土壤中的肥料磷回收效率。稻萍共生处理并没有提高土壤有效磷含量，磷肥回收利用率的提高可能是由于红萍提供氮素营养，促进水稻植株生长，增强了根系吸收和利用磷的能力。

本试验发现稻萍共生处理增加了土壤的硝态氮含量，这可能是红萍固氮造成的。许和水[7]通过多年的田间试验发现，稻田养萍可提高土壤有机碳含量，具有培肥地力作用。然而，本试验结果发现稻萍共生处理没有改变土壤的 pH、有机质和总氮含量，这可能是因为稻田养萍只进行了一个生长季，红萍生长的时间太短，所以与长期试验的效果不同。

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（责任编辑：柯文辉）