稻萍共生對水稻磷素吸收和磷肥利用效率的影響

摘 要：稻萍共生是我國傳統的稻作方式，能提高水稻產量和氮肥利用效率，然而目前還鮮有研究關注稻萍共生對水稻磷肥利用效率的影響。通過田間試驗，探討稻萍共生處理對稻田土壤理化性質、水稻產量和磷肥利用效率的影響。結果表明：稻萍共生處理未顯著改變土壤有機質、總氮、總磷和有效磷含量，但顯著提高土壤硝態氮含量（P＜0.05）。稻萍共生促進了水稻的磷吸收，顯著增加了籽粒磷吸收量（P＜0.05）和地上部總磷吸收量（P＜0.05）。此外，稻萍共生還提高了水稻的磷肥回收利用率（P＜0.05），說明稻萍共生處理能有效提高水稻磷肥利用效率，為水稻磷肥的高效利用提供了參考途徑。

關鍵詞：水稻；稻田；稻萍共生；磷肥利用效率；磷肥回收利用率

中圖分類號：S511 文獻標志碼：A

文章編號：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

紅萍又名滿江紅，為水生蕨藻共生體，能高效固氮，是我國傳統的優質水生綠肥。過去幾十年，農業生產模式以高投入、高產出的集約型農業為主導，紅萍在水稻生產中的作用一度被忽視。然而，近年來，隨著農業面源污染、土壤退化、能源緊張等問題的涌現，作為環境友好型綠肥的紅萍引起人們的重視。水稻生長期間放養紅萍或者紅萍作為綠肥還田，均能增加水稻稻谷產量[1?2]。此外，紅萍能抑制稻田氨揮發[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紅萍對稻田氮素循環的作用，而紅萍對稻田磷肥利用效率的影響，目前還缺乏系統研究。本研究通過田間試驗，探討稻萍共生對稻田土壤理化性質、水稻產量和磷肥利用效率的效應，為提高稻田的磷素資源利用效率提供參考。

1 材料與方法

1.1 試驗設計

供試田塊位于福建省浦城縣蓮塘鎮馬西村（118°29′50″-N，27°59′2″-E，海拔 255.75 m），該地區屬于典型的亞熱帶季風濕潤氣候區，年平均氣溫 17.4℃，年平均降水量 1 780 mm，年平均日照總數 1 893 h，全年無霜期 254 d 左右。該區域有進行油菜-水稻輪作的傳統，種植的水稻品種為中稻嘉豐優 2 號。試驗地土壤為灰泥田，土壤肥力中上。試驗前耕層土壤（0～20 cm）基本理化性質為：有機質 26.60 g·kg?1，堿解氮 103.83 mg·kg?1，有效磷49.60 mg·kg?1，速效鉀 68.67 mg·kg?1，pH 4.82。

田間試驗開始于 2021 年，設置了 3 個處理，分別為：（1）不施肥處理（CK）；（2）常規施肥處理（F），為施用氮、磷、鉀化肥處理；（3）稻萍共生處理（FA），為常規施肥處理的同時稻田放養紅萍。試驗采用隨機區組設計，每個處理設 3 次重復，小區面積為 24 m2，小區間采用 30 cm 寬的田埂攔隔，并用塑料薄膜覆蓋防止串水串肥，各小區獨立排灌。試驗中常規施肥量為：N180 kg·hm?2、P2O5 60 kg·hm?2、K2O 90 kg·hm?2。氮、磷和鉀肥分別為尿素（46% N）、過磷酸鈣（12% P2O5）和氯化鉀（60% K2O）。氮肥和鉀肥按基肥：分蘗肥：穗肥為 4：3：3 施用，磷肥一次性基施。水稻移栽前兩周放養紅萍，放養量為 3 750 kg·hm?2。水稻采用育秧移栽，寬窄行種植，寬行 31 cm，窄行 15 cm，株距 23 cm。田間管理按當地農田管理措施進行。

1.2 測定指標及方法

1.2.1稻田土壤養分測定 水稻收獲期，每個小區按照“S”型，取 0～20 cm 土樣，并混合均勻。部分新鮮土壤樣品存于便攜式冰箱，用于硝態氮和銨態氮的測定（流動分析儀）。另一部分土壤經風干、碾磨、過篩后測定有機碳（重鉻酸鉀容量法-熱稀釋法）、全氮（凱氏定氮法）、全磷（酸溶-鉬銻抗比色法）。土壤有效磷（Available P）含量采用 NaHCO3 浸提，鉬銻抗比色法測定。土壤速效鉀（Available K）含量采用 NH4OAc 浸提，火焰光度法測定。土壤 pH 值采用水浸提電位法（土水質量比為 1：2.5）測定。

1.2.2水稻產量測定及考種 水稻成熟期調查有效穗數，每小區取代表性植株 8 穴，風干至 14% 水分含量時，稱重并記錄水稻籽粒質量，根據小區種植密度折算成單位面積產量；考種主要考查結實率、千粒重等指標。

1.2.3水稻植株和籽粒磷含量測定 植物樣品用HNO3-H2O2 消煮處理，后用鉬銻抗比色法測定不同植物組織的磷含量。

1.3 指標計算

作物吸磷量（kg·hm?2）=籽粒產量×籽粒含磷量+秸稈產量×秸稈含磷量[5]

磷肥吸收利用指標依照以下公式計算[6]：

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

磷 肥 偏 生 產 力 （ partial factor productivity of P fertilizer，PFPP，kg·kg?1）=施磷處理籽粒產量/施磷量；

磷肥農學效率（agronomic efficiency of P ferti lizer，AEP，kg·kg?1）=（施磷處理籽粒產量?不施磷處理籽粒產量）/施磷量；

磷肥生理利用率（physiological efficiency of P fertilizer，PEP，kg·kg?1）=（施磷處理籽粒產量?不施磷處理籽粒產量）/（施磷處理地上部的吸磷量?不施磷處理地上部的吸磷量）

以上吸磷量、施磷量均以純磷量（P，kg·hm?2）進行計算。

1.4 數據處理

數據用 Microsoft Excel 2016 和 SPSS 19.0 進行統計和分析，方差分析以最小顯著性法（LSD）檢驗數據的差異顯著性。水稻產量和磷累積量與土壤養分之間進行皮爾森相關分析。

2 結果與分析

2.1 稻萍共生處理對稻田土壤養分含量的影響

由表 1 可知，不同處理之間土壤的 pH、有機碳、全氮、銨態氮、有效磷和速效鉀含量無顯著差異；土壤硝態氮含量存在顯著差異，表現為稻萍共生處理＞常規施肥處理＞不施肥處理，說明在本試驗的施氮水平下（N180 kg·hm?2），紅萍也具有較高的固氮能力，從而增加了土壤的硝態氮含量。

2.2 稻萍共生處理對水稻產量及其構成因子的影響

水稻產量構成因子由有效穗數、實粒數、結實率及千粒重組成。由表 2 可知，與不施肥處理（CK）相比，稻萍共生和常規施肥處理顯著提高了水稻產量。稻萍共生與常規施肥處理產量差異未達到顯著水平（P＞0.05）；實粒數、結實率和千粒重各處理間無顯著差異；有效穗數稻萍共生處理顯著高于常規施肥和不施肥處理。結果表明稻萍共生和常規施肥處理通過增加水稻的有效穗數，提高了水稻產量。

2.3 稻萍共生處理對水稻磷素吸收量的影響

由表 3 可知，與不施肥處理、常規施肥處理相比，稻萍共生處理顯著增加了籽粒磷吸收量（P＜0.05）和地上部總磷吸收量（P＜0.05）。與不施肥處理相比，稻萍共生與常規施肥處理秸稈磷吸收量分別提高了 69.53%（P＜0.05）與 36.20%（P＞0.05），但稻萍共生與常規施肥處理之間差異不顯著。總體而言，稻萍共生處理比常規施肥處理提高了水稻的磷素吸收量，說明稻萍共生更能滿足水稻的磷素營養需求。

2.4 稻萍共生處理對水稻磷肥利用效率的影響

磷肥回收利用率（PRE）表征當季作物對施入土壤中的肥料磷的回收效率，磷肥偏生產力（PFPP）反映了單位投入的肥料磷所能生產的作物籽粒產量，磷肥生理利用率（PEP）是指作物地上部每吸收單位肥料中的磷所獲得籽粒產量的增加量，它們是從不同角度代表作物的磷肥利用效率。由表 4 可知，稻萍共生處理磷肥回收利用率（PRE）達 29.83%，顯著高于常規施肥處理的 17.08%（P＜0.05）；磷肥偏生產力和磷肥農學效率較常規施肥處理略微提高，但差異不顯著；磷肥生理利用率較常規施肥處理下降，但差異也不顯著。

2.5 水稻產量和磷累積量與土壤養分的相關分析

相關性分析結果（表 5）表明， 水稻產量與土壤硝態氮含量顯著正相關（P＜0.01），但與土壤pH、有效磷、有效鉀含量之間無顯著相關。水稻磷累積量與土壤硝態氮含量顯著正相關（P＜0.01），與土壤有效磷之間無顯著相關。

3 討論與結論

獲得作物高產是農業生產的主要目標。稻田放養紅萍增加水稻產量主要是因為紅萍生物固氮，給水稻生長提供了氮素養分。當稻田施氮量比較充足時，稻萍共生處理的增產效果就不顯著。從本試驗的產量構成因子可以看出，稻萍共生處理增產是因為有效穗數增加。許和水[7]報道稻萍共生通過增加早稻穗粒數、千粒重和收獲指數增加早稻稻谷產量，而顯著影響晚稻產量的構成因子為有效穗數、每穗粒數、千粒重和收獲指數。本試驗種植的是中稻，可見隨氣候、土壤肥力、水稻品種等條件的差異，稻萍共生處理的增產效果和增產因素也會有所不同。

磷是水稻生長發育所必需的營養元素之一。前人從施肥角度對磷素營養已進行了大量研究，表明適宜的氮、磷、鉀肥配施有利于水稻磷的吸收和利用[8?9]。林洪鑫等[10]研究發現，在等量磷投入的條件下，磷素累積量隨著施氮量的增加而增加。朱啟東等[11]也認為，適宜的施氮量可以促進水稻對氮、磷、鉀養分的吸收，同時提高雙季稻的氮、磷、鉀素利用效率。由此可見，水稻對氮素和磷素吸收存在協同效應[12]。本試驗發現稻萍共生處理顯著增加了水稻籽粒磷吸收量、磷總累積量，與前人的施氮試驗結果類似[10?11]，這可能是因為稻田養萍增加了土壤的含氮量。合理的土壤氮素供應狀況，可以使作物能更好地進行新陳代謝，進而促進對磷素的吸收利用[11]。

我國稻田的磷肥利用效率并不高，本研究從磷肥回收利用率、磷肥偏生產力、磷肥農學效率和磷肥生理利用率 4 個方面說明水稻利用磷肥的程度。稻萍共生處理磷肥偏生產力和磷肥農學效率較常規施肥處理略微提高，但差異不顯著；磷肥生理利用率較常規施肥處理有所下降，但差異不顯著；磷肥回收利用率（PRE）達 29.83%，顯著高于常規施肥處理的 17.08%（P＜0.05），說明稻萍共生處理可提高施入土壤中的肥料磷回收效率。稻萍共生處理并沒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紅萍提供氮素營養，促進水稻植株生長，增強了根系吸收和利用磷的能力。

本試驗發現稻萍共生處理增加了土壤的硝態氮含量，這可能是紅萍固氮造成的。許和水[7]通過多年的田間試驗發現，稻田養萍可提高土壤有機碳含量，具有培肥地力作用。然而，本試驗結果發現稻萍共生處理沒有改變土壤的 pH、有機質和總氮含量，這可能是因為稻田養萍只進行了一個生長季，紅萍生長的時間太短，所以與長期試驗的效果不同。

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（責任編輯：柯文輝）