前言：尋找寫作靈感？中文期刊網用心挑選的稻鴨共生土壤P循環，希望能為您的閱讀和創作帶來靈感，歡迎大家閱讀并分享。
磷是生物必需的營養元素之一。它是構成生物分子如磷脂、核酸、蛋白質、多糖的重要組成成分，而且還以多種途徑參與光合作用的光合磷酸化和碳同化等重要過程，在細胞生理生化中起重要作用(Hanrahanetal．，2005)。磷循環是生態系統最基本的功能之一。磷的循環路徑和效率對提高農業生態系統生產力起著重要作用。“稻鴨共生”生態系統是充分利用共生互利、生態位和食物鏈等生態學原理，以稻作水田為條件，以種稻為中心，家鴨田間網養的自然與人工相配合的稻田種養生態系統，是對中國傳統農業稻田養鴨的繼承與發展。該系統以鴨子捕食害蟲代替農藥、以鴨子踩食雜草代替除草劑、以鴨子糞便作為有機肥料代替部分化肥、以鴨子不間斷的活動產生中耕混水效果來刺激水稻生長，實現以田養鴨，以鴨促稻，以鴨護稻，使鴨和水稻共棲生長。“稻鴨共生”生態系統磷循環不同于常規的稻田生態系統，磷素是發生在水稻-鴨-土壤界面下的循環。鴨是該系統一個“流動”磷庫，其周轉一般以鴨與水稻田“共生”的時間為周期。因施肥制度、飼料、灌溉水等田間管理因素影響，該循環同時受人為的補給和控制。目前，國內有關“稻鴨共生”的研究主要集中在對溫室氣體的影響效果及機理(Fuetal．，2001;Huangetal．，2005;李成芳等，2008a;Yuanetal．，2009)、病蟲草害的控制效果及機理(劉小燕等，2004;楊志平等，2004;魏守輝等，2005;禹盛苗等，2008)、水體生態系統(汪金平等，2006;李成芳等，2008b;全國明等，2008a;汪金平等，2009a)、水稻(禹盛苗等，2005;章家恩等，2007;全國明等，2008b)、土壤性質(楊志輝等，2004;章家恩等，2004;李成芳等，2008c，2008d，2009a;展茗等，2008)等方面。李成芳等(2009b)研究了稻鴨共作系統稻田P的動態變化及轉化規律，及其對環境的影響。然而從生態系統物質元素循環的角度尚未見到“稻鴨共生”生態系統P循環的研究報道。本文以開展的田間試驗，采用投入產出法(input-outputanalysis，IOA)，研究P在“稻鴨共生”生態系統中流動和轉化，分析系統P的輸入輸出及循環情況，旨在為完善稻田的P肥管理、科學組裝和協調食物鏈各環節使物質產投結構更合理、促進稻鴨技術的推廣應用提供參考依據。 1材料與方法 1.1試驗地點和自然條件 本研究于2010年5—10月在湖南省瀏陽市北圣鎮烏龍村一肥力均勻的稻田自然丘塊上進行，該地區具有亞熱帶季風濕潤氣候，年平均氣溫16～18℃，≥10℃的活動積溫5000～5800℃，無霜期260～310d，年降雨量1200～1700mm，種植制度為“早稻-晚稻-冬閑”。土壤類型為第四紀紅色粘土發育的紅黃泥水稻土，土壤有機質14.1g?kg－1，全氮1.53g?kg－1，全磷0.55g?kg－1，土壤容重1.02g?cm－3。 1.2試驗材料 早稻品種為“湘早秈24”，晚稻品種為“岳優9113”，鴨品種為“江南一號”水鴨。鴨飼料為國雄8549肉仔鴨中后期配合飼料，主要原料組成為玉米、豆粕、棉粕、菜粕、豆油、洗米糠、大米蛋白粉、食鹽、碳酸鈣、磷酸氫鈣、酶制劑、賴氨酸和蛋氨酸等。 1.3試驗設計與栽培管理 1.3.1試驗田地設置 2010年5月1日自然丘塊進水泡田，泡田3d后，進行機械旋地。然后將此自然丘田分成6個面積均等的小區(四周留有保護行)，小區面積為18m×12m。各小區四周均用長為6m，厚為30mm，高為35cm的硬質塑料薄板鏈接隔開，塑料薄板地下深埋20cm，田面上留15cm，以防止0～20cm耕層土壤及各小區間肥水竄流。各小區均留有一可控制的進水口和排水口，田面水深可根據塑料薄板上的刻度來控制。自然丘田四周用泥巴砌成田埂，埂高30cm，并設有一個進水口和出水口。作物早稻收獲后(早稻收割時留10cm的殘茬)，稻田立刻進水泡田，泡田2d后，采用小型旋耕機對試驗田各小區進行旋耕，不改變試驗田地設置。 1.3.2試驗設計 試驗設2個處理，隨機區組設計，重復3次。處理Ⅰ(常規稻作):不放鴨，在水稻的整個生育期間根據田間病蟲害情況施用農藥(早稻為3次;晚稻為4次;殺蟲劑為噻嗪酮和阿維殺蟲單)，施用水田除草劑(早稻2次，晚稻1次;除草劑為芐乙)。處理Ⅱ(稻鴨共生):每小區均放10只鴨(放鴨數量以450只?hm－2為標準)，在水稻的整個生育期間不施用農藥和除草劑。 1.3.3田間管理 本研究早稻移栽時間是5月10日，收獲時間是7月24日;晚稻移栽時間是7月27日，收獲時間是10月31日。早、晚稻插植密度均為24cm×24cm。早、晚稻移栽前各處理小區均施入基肥，早稻基肥為復合肥(N-P2O5-K2O:15-4-6)，施用量為600kg?hm－2;晚稻基肥為復合肥(N-P2O5-K2O:21-9-10)，施用量為375kg?hm－2。早、晚稻均在移栽7d后追N肥(尿素，含氮量為45%)，施用量為112.5kg?hm－2。稻田灌溉水來自附近的自然水塘。各處理田面水均維持在10cm，當田面水降至5cm時稻田灌水。水稻齊穗期以后稻田不再灌溉。稻鴨共生小區四周用高100cm的尼綸絲網做成圍欄，以防鴨子外逃;并在小區角落放置一鴨棚，以便鴨子休憩和喂食，同時防止鴨飼料進入稻田土壤和水體。鴨放養期間根據田間餌料情況酌情補飼料。早稻移栽24d后即6月4日，稻鴨共生每小區均放入鴨齡為22d，體重為250g的鴨子。晚稻移栽10d后即8月7日，稻鴨共生每小區均放入鴨齡為30d，體重為300g的鴨子。早、晚稻均在齊穗期收鴨。因試驗年度4—6月湖南遭遇低溫自然災害，故本研究早稻放鴨時間以田間試驗秧苗的生長情況適時作了調整。 1.4樣品的采集與測定方法 在4月30日和11月1日，依據S形5點采樣法用內徑20mm的土鉆，采集耕層土壤，混勻風干，備用;用環刀法測定耕層土壤容重(BD)，用德國El-ementar公司生產的VarioMaxCN分析儀測定土壤樣品全C和全N，用堿熔-鉬銻抗比色法測定土壤樣品全P(魯如坤，2000)。在早、晚稻收獲期，每重復小區隨機取5個1m2樣方測定其水稻植株地上部分(分水稻籽粒和秸稈)和地下部分生物量，植株樣全P采用硫酸-雙氧水消煮-鉬銻抗比色法測定(魯如坤，2000)。每天詳細記錄喂鴨的飼料重量，計算其投入飼料總量，并化驗分析鴨飼料全P養分含量，測定方法同植株樣分析。稻鴨共生期，每隔7d對每小區的鴨進行隨機采樣，測定每只鴨的日排泄量(在試驗小區的鴨子身上安裝了收集糞便的裝置，不影響鴨子正常的田間活動)，根據測定的鴨的日排泄量(包括日鮮糞和日干糞)和測定次數推算鴨平均的日排泄量，依據共生天數計算總排泄量;鴨糞全P養分含量采用硫酸-過氧化氫消煮-釩鉬黃比色法測定(魯如坤，2000)。稻田雜草一般在秧苗移栽后的5d萌發，禾苗封行時達到生長高峰，稻鴨共生時，雜草即生即食，根本無法持續生長。放鴨前一天(早稻為6月3日;晚稻為8月6日)，稻鴨共生小區隨機取5個0.25m2樣方測定田間雜草生物量，雜草樣品全P含量測定方法同植株樣分析。在稻田蟲害發生的每個時期，以S形5點法，用紗巾網袋收集稻鴨共生小區水稻植株上的稻飛虱等害蟲(每點收集10株水稻的害蟲，剔除蜘蛛)。害蟲樣于105℃烘24h后，稱重并粉碎過100目篩。害蟲樣全P含量測定方法同植株樣分析。記載水稻整個生育期間灌水次數。從稻田進水口處定期取灌溉水樣，灌溉水全P含量采用過硫酸鉀氧化-鉬藍比色法測定(魯如坤，2000)。在水稻齊穗期收鴨子，并稱重;并隨機取每小區的1只鴨放血屠宰，血毛收集，內臟除去內容物，稱得血、毛、頭、鴨掌、內臟、鴨肉、皮、骨、油各部分重量，按部位和重量比例每只鴨采樣100g，樣品于105℃烘24h后粉碎過100目篩。鴨樣品全P含量測定方法同植株樣分析。放鴨前取3只雛鴨，內臟除去內容物，取整只做樣品烘干，按成鴨的化驗方法進行全P測定分析。土壤P庫的計算，南方稻田土壤耕層厚度取15cm。土壤P庫量為耕層土壤重量與土壤全P含量的乘積。耕層土壤重量為耕層土壤體積與土壤容重的乘積。#p#分頁標題#e# 1.5數據處理 試驗結果均以處理的3次重復分析的平均值來表示，試驗數據采用DPSV7.05軟件統計分析。不同處理之間多重比較采用Duncan新復極差法。 2結果與分析 2.1“早稻-鴨”共生生態系統P循環 2.1.1早稻季土壤子系統P循環 早稻季土壤子系統P素輸入、輸出及平衡狀況見表1。土壤子系統P素的輸入和輸出“稻鴨共生”均高于常規稻作。早稻-鴨共生期，每只鴨平均日排鮮糞為76.16g，稻鴨共生38d，可對稻田增加磷6.62kg?hm－2，且鴨糞P占總輸入的36.9%。灌溉水總P平均濃度為0.08mg?L－1，“稻鴨共生”和常規稻作灌溉水的體積分別是8500和8000m3?hm－2，因此灌溉水P輸入分別為0.68和0.64kg?hm－2。土壤子系統的磷輸出主要指水稻植株吸收的磷量。“稻鴨共生”水稻P吸收量是52.91kg?hm－2，比常規稻作高11.1%(P＞0.05)。土壤子系統P素的盈虧狀況直接關系到土壤肥力的高低及系統的養分平衡。常規稻作和“稻鴨共生”在目前的P投入水平下，均存在嚴重的P虧缺現象。 2.1.2早稻季鴨子系統P循環 “稻鴨共生”由于鴨子的引入形成了一個種養復合的生態系統，鴨子系統的加入使整個系統具有次級生產，鴨子的日常活動與排泄等行為使系統更加復雜化，系統P投入產出發生改變。“稻鴨共生”系統中以鴨子捕食害蟲代替農藥、以鴨子踩食雜草代替除草劑，因此鴨子所食的雜草和害蟲的P含量也是鴨子系統物質循環的有效部分。由表2可見，早稻季鴨子系統P輸入大于P輸出。鴨子系統輸入的P中，飼料帶入的P所占比例最大，為97.0%。成鴨P輸出僅為1.71kg?hm－2，占總輸出的20.5%，說明鴨產品本身所固定的P量并不大，輸出的P大部分以鴨糞排泄物的形式歸還給稻田土壤。鴨子系統的輸出/輸入比為0.36。 2.1.3“早稻-鴨”共生生態系統P循環 由表3可見，在整個早稻季常規稻作和“稻鴨共生”系統的P輸入、P輸出及P歸還量各不相同。常規稻作P輸入主要是化學肥料、灌溉水及早稻秧苗帶入，化肥P占92.8%。常規稻作系統中只有初級生產，所以P輸出主要是收獲的水稻籽粒和水稻秸稈，其中水稻籽粒P占71.2%。歸還給系統的P主要是水稻植株地下部分P，僅為2.13kg?hm－2。常規稻作系統內P輸出大于系統外P輸入。“稻鴨共生”系統因有次級生產鴨的引入，P的輸入、輸出均高于常規稻作，同時因有鴨糞還田P歸還量也高于常規稻作。“稻鴨共生”系統內P輸出大于系統外P輸入。“稻鴨共生”P輸入中，飼料P占66.3%，而化肥P占30.9%。“稻鴨共生”系統中P輸出為52.28kg?hm－2，其中水稻籽粒P占61.6%，而鴨產品P僅占3.3%。歸還給系統的P是水稻植株地下部分P和鴨糞P，鴨糞P占歸還量的73.9%，而且在早稻季鴨糞參與了系統內的P循環。“稻鴨共生”P輸出/輸入比低于常規稻作，這是因為系統中加入次級生產后，養分輸入量大幅上升，而鴨糞又保留在系統內循環的結果。鴨糞P作為循環養分被當季利用，循環率為12.5%。歸還率為稻田歸還量占稻田總投入的百分比，它體現了稻田的自我維持能力。本研究中，稻田的歸還指歸還稻田的根茬和鴨糞。稻田總投入除上述歸還外，還包括化肥、水稻秧苗、灌溉水等。“稻鴨共生”P的歸還率為0.45，是常規稻作的2.81倍。 2.2“晚稻-鴨”共生生態系統P循環 2.2.1晚稻季土壤子系統P循環 晚稻季土壤子系統P素輸入、輸出及平衡狀況見表1。土壤子系統P素的輸入和輸出“稻鴨共生”均高于常規稻作。本研究中，晚稻-鴨共生期，每只鴨平均日排鮮糞為105.81g，稻鴨共生57d，可對稻田增加磷11.13kg?hm－2，且鴨糞P占總輸入的32.1%。灌溉水總P平均濃度為0.63mg?L－1，“稻鴨共生”和常規稻作灌溉水的體積分別是11333和10667m3?hm－2，因此灌溉水P輸入分別為7.08和6.67kg?hm－2。本研究中，土壤子系統的磷輸出主要指水稻植株吸收的磷量。“稻鴨共生”水稻P吸收量是82.12kg?hm－2，比常規稻作僅高3%(P＞0.05)。晚稻季常規稻作和“稻鴨共生”在目前的P投入水平下，均存在嚴重的P虧缺現象。 2.2.2晚稻季鴨子系統P循環 鴨子系統P素輸入輸出情況見表2。晚稻季鴨子系統P輸入大于P輸出。湖南雙季稻種植區，晚稻種植季節正逢夏季7月中下旬，晚稻秧苗移栽后返青活棵快，一般7～10d就可放鴨。晚稻季通過鴨子攝食的田間雜草進入食物鏈流通，在食物網中循環的雜草P僅為0.03kg?hm－2。鴨子系統輸入的P中仍以飼料帶P所占比例最大，為99.5%。成鴨P輸出僅為6.17kg?hm－2，占總輸出的35.7%，輸出的P大部分以鴨糞排泄物的形式歸還給稻田土壤。鴨子系統的輸出/輸入比為0.5。 2.2.3“晚稻-鴨”共生生態系統P循環 由表3可見，在整個晚稻季常規稻作和“稻鴨共生”系統的P輸入、P輸出及P歸還量各不相同。常規稻作P輸入主要是化學肥料、灌溉水及晚稻秧苗帶入，化肥P占63.7%。常規稻作系統P輸出中，水稻籽粒和水稻秸稈P分別占80.4%和19.6%。歸還給系統的P主要是水稻植株地下部分P，僅為3.12kg?hm－2。常規稻作系統內P輸出大于系統外P輸入。“稻鴨共生”系統因有次級生產鴨的引入，P的輸入、輸出均高于常規稻作，同時因有鴨糞還田P歸還量也高于常規稻作。“稻鴨共生”系統內P輸出大于系統外P輸入。稻鴨共生P輸入中，飼料P占59.3%，而化肥P占25.4%。“稻鴨共生”系統中P輸出為83.24kg?hm－2，其中水稻籽粒P占72.1%，鴨產品P占7.4%。歸還給系統的P是水稻植株地下部分P和鴨糞P，鴨糞P占歸還量的68.8%，而且在晚稻季鴨糞參與了系統內的P循環。“稻鴨共生”P輸出/輸入比低于常規稻作，這是因為系統中加入次級生產后，養分輸入量大幅上升，而鴨糞又保留在系統內循環的結果。鴨糞P作為循環養分被當季利用，循環率為13.5%。#p#分頁標題#e# 2.3“雙季稻-鴨”共生生態系統P循環 以早、晚稻兩季作為系統的稻季時間邊界，常規稻作和“稻鴨共生”系統稻田土壤P庫變化見表4，常規稻作和“稻鴨共生”系統的P輸入輸出情況見表5。在整個稻季里，“稻鴨共生”系統P的輸入、輸出均高于常規稻作，但P輸出/輸入比低于常規稻作。“稻鴨共生”系統中水稻植株地下部分固定的P是7.39kg?hm－2，土壤截存的P是195.41kg?hm－2，分別比常規稻作提高了40.8%和36.9%，且差異顯著(P＜0.05)。鴨糞作為循環養分在“稻鴨共生”系統內循環利用，在整個稻季里循環量是17.75kg?hm－2，循環率為13.1%。 3討論 本研究“稻鴨共生”和常規稻作處理設在同一塊自然丘田上，為保證水鴨的正常生長，稻田要長期保持一定深度的水層，試驗期間稻田盡量控制在只進水不排水(僅在早稻季6月份數次暴雨后排了水);采用淺水層分蘗代替烤田期;紀雄輝等(2008)研究得出洞庭湖區種植雙季稻期間稻田土壤的總磷淋失很小且施磷與不施磷無差異。因此，本文未將稻田的P淋失量列入P循環中。 土壤磷含量及其動態平衡也是反映土壤質量和土壤健康的重要指標，直接影響著土壤肥力和土壤生產力。土壤中以收獲物形式帶出系統的磷素得不到有效的補充，土壤磷庫虧損嚴重。早、晚稻兩季，“稻鴨共生”均使得輸出系統的磷素增加，但比常規稻作均降低了稻田土壤磷素的虧缺量;兩季稻作后，本研究得出“稻鴨共生”處理稻田土壤全P為0.68g?kg－1(常規稻作為0.64g?kg－1)，土壤截存的P是195.41kg?hm－2(常規稻作為142.78kg?hm－2)，均顯著高于常規稻作(P＜0.05)。因此，“稻鴨共生”能促進稻田土壤的可持續利用。與常規稻作相比，楊志輝等(2004)研究和李成芳等(2009b)研究均得出“稻鴨共生”提高了土壤速效P含量;章家恩等(2004)研究得出“稻鴨共生”降低了土壤速效P含量。兩季稻作后“稻鴨共生”土壤P的形態有待于做進一步研究，因為土壤全P是土壤潛在的P素肥力，能反映土壤中P的儲量，而土壤有效P是反應土壤供P能力的重要指標，含量高低直接影響到作物對土壤P素的吸收利用(陳安磊等，2008;趙慶雷等，2009)，全P含量高的土壤速效P含量未必高;其次，湖南冬春多雨，土壤速效P含量和冬閑田的水分管理將會影響稻田土壤P素的遷移和周邊生態環境。土壤對P有強烈的固定作用，中國南方紅壤和紅壤性水稻土普遍缺磷(陳安磊等，2008;趙慶雷等，2009)，雖然P肥的當季利用率僅有10%～25%(陳安磊等，2008)，但施磷仍是解決土壤P素虧缺的最有效辦法，施磷能明顯增加土壤有效P的含量(Hanrahanetal．，2004)。從晚稻季“稻鴨共生”可以得出，稻鴨共生期鴨糞可對稻田增加磷11.13kg?hm－2，僅比化學肥料磷少了3.61kg?hm－2。因此，關于在“稻鴨共生”中能否適當減少化學肥料P投入，進而降低了化肥損失所造成的環境危害同時又能保障水稻穩產的問題有待于做進一步研究。 早、晚稻兩季，“稻鴨共生”系統內P輸出均大于系統外P輸入。“稻鴨共生”生態系統P輸出仍以水稻籽粒P和水稻秸稈P為主，說明初級生產在該系統P循環中十分重要。“稻鴨共生”生態系統不施用任何除草劑和農藥，鴨子系統P循環一方面依附于植物生產初級產品(稻田雜草)和次級產品(蝗蟲、稻飛虱、卷葉蟲等害蟲)的供給數量及其分配格局;另一方面依附于人類添加飼料的數量和質量。本研究得出，早、晚稻兩季鴨子系統輸入的P主要是飼料帶入，飼料P占95%以上，說明鴨對系統外投入依存度高，自持能力較差;該區的種植制度是“早稻—晚稻—冬閑”，冬閑期雜草的滋生和早稻季放鴨時間的延后，是引起早稻季進入食物鏈流通的雜草P高于晚稻季的主要原因;早、晚稻兩季鴨產品本身所固定的P量均不大，鴨產品P占40%以下，輸出的P大部分以鴨糞排泄物的形式歸還給稻田土壤，特別是鴨子系統的P輸出/輸入比隨稻鴨共生期的延長而提高。 4結論 “稻鴨共生”能增加土壤全P含量、土壤截存的P量及降低土壤P虧缺，因此在“稻鴨共生”系統中可利用鴨子的生態功能來促進土壤中P的流動與轉化，減少化學P肥的投入。