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茭虾共作对土壤氮磷含量和茭白干物质积累及氮磷钾吸收分配的影响  PDF

  • 陈灿 1,2
  • 汤伟 1
  • 黄璜 1,2
  • 任勃 3
  • 周天送 1
  • 吴良洁 1
  • 王忍 1
1. 湖南农业大学农学院,长沙 410128; 2. 湖南省稻田生态种养工程技术研究中心,长沙 410128; 3. 湖南农业大学资源环境学院, 长沙 410128

中图分类号: S181S645.2

最近更新:2024-06-05

DOI:10.13300/j.cnki.hnlkxb.2024.03.021

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摘要

为探究茭白种养模式的施肥策略,设置茭虾共作(ZC)、茭白单作(Z) 2个处理,研究茭虾共作对土壤氮磷含量、茭白产量和茭白干物质积累及氮磷钾吸收分配的影响。2021-2022年的研究结果显示,茭虾共作模式较茭白单作模式采茭期土壤中全氮、全磷、速效磷的含量分别提高了10.85%~38.89%、5.45%~13.79%、6.19%~61.79%,净茭产量提高了5.10%~19.54%,采茭期茭白茎、叶、净茭的干物质积累量分别增加14.41%~16.58%、10.28%~15.15%、10.57%~21.45%。2021年茭虾共作处理较茭白单作处理在采茭期叶的氮含量显著增加了25.74%,但在孕茭期茎中磷含量显著减少了16.76%;2022年氮肥减量、减量投喂下,茭虾共作处理较茭白单作处理在孕茭期茎的氮含量显著减少了23.75%,在分蘖期叶中磷含量显著减少了12.08%,2 a全生育期同一器官的钾含量在2个处理间差异不显著。对于养分积累,2021年茭虾共作处理在分蘖期叶的氮、磷、钾积累量较茭白单作处理分别减少26.04%、27.27%、30.11%,但在采茭期茎的氮、钾积累量和叶的氮、磷积累量较茭白单作处理分别增加18.80%、38.41%和44.77%、35.71%;2022年在氮肥减量、饲料减量投喂下,茭虾共作处理在采茭期叶的磷积累量和茎的钾积累量较茭白单作处理显著增加30.0%和30.77%。关于养分分配,2种处理的茭白在孕茭期和采茭期氮素的分配均以茎、叶为主,而磷、钾元素的分配均以茎为主,茎分配比例在42%~66%。对于养分转运,2021年2种处理茭白的根、茎、叶在氮、磷转运上大多为表现为“库”器官,而在钾转运上大多表现为“源”器官;2022年氮肥减量、减量投喂下,茭白的根、茎、叶在氮、磷、钾转运量上大多表现为“源”器官。因此,在茭虾共作模式中适当减少肥料、饲料的投入,能促进形成合理的源库关系,有利于茭白产量的形成。

生态循环农业是一种综合运用自然生态科学、社会经济学和其他农业相关的科学原理的新发展模

1,能有效促进农业绿色发展。茭白(Zizania latifolia Turcz)是一种禾本科菰属多年生浅水宿根草本植2,也是南方常见的水生蔬菜。茭白生态种养是顺应循环农业发展大势的一种重要的农业生产模式。茭虾共作模式中,茭白田为小龙虾提供生长需要的水域空间、遮阳环境和杂草,同时水生昆虫和有机碎屑等可作为天然饵料,而小龙虾可为茭白田去除杂草、减少虫害、疏松土壤、增加土壤肥力3。茭鸭共作模式能显著提高茭白中蛋白质、维生素C及氨基酸的含量,该模式下的人工湿地还能有效地去除养鱼池塘富营养化水中的氮、磷,而合适的放鸭密度能提高经济效益并减少氮素盈余和损4-6

土壤是作物生存的基础,土壤养分作为影响土壤肥力的重要因素,能够为作物生长提供氮、磷、钾等必要的物质营养条

7。作物的干物质积累和分配是提高产量的决定因8。N、P、K作为作物生长发育所必需的三大营养元素,其吸收、分配和转运是影响作物产量与品质的重要方9-10]。目前,我国学者对于茭虾共作模式的研究主要集中在生产技11-12和经济效13等方面,对该模式的土壤养分、干物质积累和氮磷钾养分吸收分配的研究鲜有报道。为此,本研究探讨茭虾共作模式对茭白不同生育期土壤氮磷含量、产量和干物质积累及N、P、K的吸收分配的影响,研究茭虾共作的施肥策略,以期为茭虾种养模式的推广提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验地概况及试验材料

试验于2021年6月—2022年7月在湖南省望城区乌山街道试验基地进行。试验田0~20 cm耕层土壤的本底值为:有机质含量28.07 g/kg、全氮含量0.96 g/kg、全磷含量0.49 g/kg、全钾含量6.20 g/kg、碱解氮含量124.6 mg/kg、速效磷含量23.2 mg/kg、速效钾含量70.0 mg/kg。供试茭白品种为双季茭白浙茭7号,供试虾为克氏原螯虾(小龙虾)。

1.2 试验设计

试验设置茭虾共作(Zizania latifolia co cropping and crayfish,ZC)、茭白单作(Zizania latifolia monoculture,Z)2个处理,共2个大区,每大区面积216 m2,不设重复,每大区重复取样9次。对茭虾共作大区,在茭白移栽前,开挖宽0.5 m、深1 m的环形虾沟。虾沟外侧田埂设置高0.6 m的聚乙烯防逃膜,其中底部有0.2 m埋入泥土中,每隔一段距离用竹竿、木桩等加固。

1.3 田间管理

2021年茭田于6月20日整地施基肥,6月21日移栽茭白,株行距为0.9 m×0.4 m,10月下旬至11月中上旬采收。茭虾共作处理和茭白单作处理所有施肥措施一致,N、P2O5、K2O施用量均分别为297、90、270 kg/hm2。茭白移栽前施用复合肥(15-15-15,养分≥45%)600 kg/hm2,定植后10 d施尿素(含N 46%)150 kg/hm2,栽后20~25 d施尿素300 kg/hm2,50%植株孕茭后施孕茭肥,施用氯化钾(含K2O 60%)300 kg/hm2。2022年茭田于3月20日施基肥,6月中下旬采收茭白。2022年试验采取氮肥减量,仅施用基肥和孕茭肥(同2021年施肥用量),2个处理茭白施肥措施一致,N、P2O5、K2O施用量均分别为90、90、270 kg/hm2

ZC处理分别于2021年6月下旬和2022年4月下旬投放体质量9 g的虾苗416.67 kg/hm2。试验期间,根据小龙虾生长情况投喂正大有限公司生产的小龙虾专用饲料,2021年按小龙虾质量的3%~5%进行投喂,2022年按小龙虾质量的1.5%~2.5%进行投喂。饲料含水量为9.87%,饲料的全氮、全磷、全钾含量分别为36.32、9.32、6.80 g/kg,2021年和2022年ZC处理饲料投喂总量分别为1 815.97 kg/hm2和1 107.74 kg/hm2,折算成N、P、K养分施用量分别为59.45、15.25、11.13 kg/hm2和36.26、9.31、6.79 kg/hm2。于2021年8月中上旬和2022年6月中上旬捕捞全部成虾。

1.4 测定项目及方法

1)土壤氮、磷含量测定。在茭白的分蘖期、孕茭期、采茭期取样,采用5点采样法,用内径20 mm的土钻采集0~20 cm耕层土,自然阴干后混匀研磨,过筛后装入自封袋用于后续测定。全氮、全磷采用浓硫酸消煮-流动分析仪法测定;碱解氮采用碱解扩散法测定;速效磷采用0.05 mol/L HCl-0.025 mol/L(1/2 H2SO4)提取-可见分光光度计法测定。

2)茭白产量测定。茭白成熟后,各大区随机选取30根茭白,测定壳茭质量、净茭质量、净茭长和净茭粗。同时,各大区随机选取9个2 m×2 m区域作为测产区,人工采收后测定壳茭、净茭产量。

3)干物质测定。在茭白生长的分蘖期、孕茭期、采茭期,ZC、Z处理各大区随机选取9株完整的茭白。将植株样品根、茎、叶、净茭(不包含叶鞘部分的裸茭白)分开,于105 ℃下杀青30 min后80 ℃烘至恒质量,测定干质量。

4)N、P、K含量与养分积累量、养分转运量转运养分的贡献率测定。将上述茭白各器官样品粉碎过筛后,采用H2SO4-H2O2法进行消化,用荷兰Skalar公司的连续流动分析仪(SAN++)测定茭白植株各器官全氮、全磷含量,用火焰光度计测定茭白植株各器官全钾含量。

养分积累量=干物质积累量×养分含量

养分转运量=孕茭期某一器官养分积累量-采茭期该器官养分积累量

转运养分的贡献率=养分转运量/净茭养分积累量×100%。

1.5 数据分析

试验数据均采用Excel 2010软件进行整理和统计分析,采用SPSS 22.0软件进行差异显著性检验。

2 结果与分析

2.1 土壤氮磷含量

1)土壤全氮。由表1可见,2021年ZC、Z处理的土壤全氮含量均表现为减少,2022年ZC、Z处理的土壤全氮含量均表现为增加;从孕茭期到采茭期,2021、2022年ZC处理的土壤全氮含量均表现为增加,2021、2022年Z处理的土壤全氮含量均表现为减少。同时,2021年ZC处理的土壤全氮含量在采茭期显著高于Z处理。

表1  2021-2022年茭白不同处理土壤全氮、全磷含量
Table 1  Total nitrogen and total phosphorus content of soil under different treatments of Zizania latifolia in 2021 and 2022 ( g/kg )

处理

Treatment

分蘖期 Tillering stage孕茭期 Zizania breeding stage采茭期 Zizania harvest stage

全氮

Total nitrogen

全磷

Total phosphorus

全氮

Total nitrogen

全磷

Total phosphorus

全氮

Total nitrogen

全磷

Total phosphorus

202120222021202220212022202120222021202220212022

茭虾共作

ZC

0.87±

0.32a

1.08±

0.12a

0.61±

0.07a

0.69±

0.04a

0.67±

0.11a

1.23±

0.33a

0.61±

0.04a

0.65±

0.04a

0.75±

0.06a

1.43±

0.24a

0.58±

0.08a

0.66±

0.06a

茭白单作

Z

0.81±

0.11a

1.21±

0.14a

0.55±

0.04a

0.58±

0.02b

0.77±

0.09a

1.4±

0.14a

0.63±

0.05a

0.63±

0.06a

0.54±

0.11b

1.29±

0.25a

0.55±

0.08a

0.58±

0.02b

注:  同年同列数据后不同小写字母表示差异显著(P<0.05)。Note:Different lowercase letters after the same data in the same year and column indicate significant differences(P<0.05).

2)土壤全磷。由表1可知,全生育期内,2021年ZC处理的土壤全磷含量从分蘖期到孕茭期基本不变,到采茭期减少,2022年ZC处理表现为先减少后增加;2021、2022年Z处理的土壤全磷含量均为先增加后减少。同时,2022年ZC处理的土壤全磷含量在分蘖期和采茭期均显著低于Z处理。

3)土壤碱解氮。从图1可知,在分蘖期,2021、2022年ZC处理的土壤碱解氮含量均显著高于Z处理,增幅分别为38.30%、16.84%;在孕茭期和采茭期,2021年ZC处理的土壤碱解氮含量均高于Z处理,而2022年均低于Z处理,且2021年ZC处理的土壤碱解氮含量较Z处理显著增加了12.11%。

图1  2021(A)和2022年(B)不同处理的土壤碱解氮含量

Fig.1  Available nitrogen content of soil under different treatments in 2021(A) and 2022(B)

不同小写字母表示同一时期的2个处理间差异显著(P<0.05)。下同。Different lowercase letters indicate significant differences between the two treatments in the same period (P<0.05). The same as below.

4)土壤速效磷。由图2可知,在分蘖期和采茭期,2021、2022年ZC处理的土壤速效磷含量均高于Z处理,且2021、2022年ZC处理的土壤速效磷含量在分蘖期较Z处理分别显著增加了47.79%、81.01%,2021年在采茭期显著增加了61.79%;在孕茭期,2021、2022年ZC处理的土壤速效磷含量均低于Z处理,且2021年ZC处理的土壤速效磷含量较Z处理在孕茭期显著减少了17.91%。

图2  2021(A)和2022年(B)不同处理的土壤速效磷含量

Fig.2  Available phosphorus content of soil under different treatments in 2021(A) and 2022(B)

2.2 茭白产量

对茭白产量及产量性状进行分析(表2),结果显示,2021年,与Z处理相比,ZC处理秋季茭白净茭粗显著增加了10.51%,2个处理间净茭长、净茭质量、壳茭质量均无显著差异,净茭产量无显著差异,ZC处理壳茭产量显著增加了22.55%;2022年ZC处理茭白较Z处理的净茭长、净茭粗、净茭质量和净茭产量有所提高但均未产生显著差异,壳茭质量、壳茭产量分别显著提高了11.64%、8.45%。2021-2022年ZC处理较Z处理净茭产量提高了5.10%~19.54%。

表2  不同处理茭白产量及其产量性状
Table 2  Yield and yield characteristics of Zizania latifolia under different treatments

处理

Treatment

净茭长/cm Length of naked water

bamboo

净茭粗/cm

Width of

naked water

bamboo

净茭质量/g Weight of

naked water

bamboo

壳茭质量/g

Weight of water bamboo with leaf sheath

净茭产量/(kg/hm2

Yield of naked

water bamboo

壳茭产量/(kg/hm2

Yield of water bamboo with leaf sheath

2021 2022 2021 2022 2021 2022 2021 2022 2021 2022 2021 2022

茭虾共作

ZC

18.58±

1.77a

18.79±

2.06a

4.52±

0.54a

4.37±

0.21a

110.70±

2.73a

98.43±

6.50a

137.43±

7.31a

125.10±

4.75a

14 650.23±

1 162.69a

20 721.76±

1 368.08a

181 63.67±

1 274.77a

26 336.59±

1 000.24a

茭白单作

Z

18.40±

1.95a

18.49±

3.30a

4.09±

0.47b

4.03±

0.40a

97.10±

8.08a

90.98±

2.00a

117.82±

11.07a

112.06±

3.63b

12 255.97±

1 676.34a

19 716.46±

434.05a

14 820.94±

1 533.33b

24 284.92±

786.55b

2.3 茭白各器官的干物质积累量

表3可知,2021、2022年ZC、Z处理茭白的根、茎、叶的干物质积累量从分蘖期到孕茭期均大幅增加,从孕茭期到采茭期的干物质积累量变化较小。2021、2022年茭白根、叶的干物质积累量在2个处理间的全生育期均无显著差异;2021年ZC处理采茭期茎的干物质积累量较Z处理显著增加16.58%,2022年ZC处理分蘖期茎的干物质积累量较Z处理显著增加36.77%。净茭作为茭白的可食用部位,含水量极高,可达93%及以上,干质量为烘干后的质量,故净茭的干质量较低。2021、2022年ZC处理净茭的干物质积累量均高于Z处理,但2个处理间差异均不显著。2年ZC处理较Z处理采茭期茭白茎、叶、净茭的干物质积累量增加14.41%~16.58%、10.28%~15.15%、10.57%~21.45%。

表3  不同处理下茭白不同生育期各器官的干物质积累量
Table 3  Dry matter accumulation in different organs of Zizania latifolia at different growth stages under different treatments ( g/plant )

年份

Year

处理Treatment

Root

Stem

Leaf

净茭

Naked water bamboo

分蘖期

Tillering stage

孕茭期

Zizania breeding stage

采茭期

Zizania harvest stage

分蘖期

Tillering stage

孕茭期

Zizania breeding stage

采茭期

Zizania

harvest stage

分蘖期

Tillering stage

孕茭期

Zizania breeding stage

采茭期

Zizania

harvest stage

采茭期

Zizania

harvest

stage

2021

茭虾共作

ZC

19.05±

8.29a

104.16±

20.71a

84.08±

18.43a

27.01±

6.11a

201.63±

47.36a

215.41±

26.31a

25.97±

5.92a

110.00±

18.54a

130.39±

11.90a

24.74±

9.69a

2021

茭白单作

Z

20.86±

7.02a

83.80±

27.32a

87.30±

16.15a

29.14±

8.30a

191.25±

24.66a

184.78±

25.11b

32.26±

7.81a

100.78±

19.83a

113.23±

20.34a

20.37±

8.19a

2022

茭虾共作

ZC

34.72±

9.04a

99.72±

10.84a

88.92±

4.77a

38.39±

4.51a

159.62±

25.61a

149.64±

14.12a

40.10±

4.92a

112.10±

10.19a

109.21±

10.73a

29.4±

4.68a

2022

茭白单作

Z

31.21±

2.47a

89.97±

12.83a

86.33±

10.12a

28.07±

7.75b

159.01±

24.94a

130.79±

18.12a

34.49±

7.81a

100.21±

23.51a

99.03±

13.02a

26.59±

3.72a

2.4 茭白各器官的氮、磷、钾养分含量

表4可知,除2022年ZC处理孕茭期茭白根的氮含量略高于Z处理外,2021、2022年ZC处理根、茎、叶的氮含量在分蘖期和孕茭期均低于Z处理,且2022年茭虾共作处理较茭白单作处理在孕茭期显著减少了茎的氮含量23.75%;2021、2022年ZC处理根、茎、叶的氮含量在采茭期均高于Z处理,且2021年茭虾共作处理较茭白单作处理在采茭期显著增加了叶的氮含量25.74%。2021、2022年ZC处理茭白净茭的氮含量均高于Z处理,但处理间均无显著差异。

表4  不同处理下茭白不同生育期各器官的氮、磷、钾含量
Table 4  Nitrogen, phosphorus and potassium contents in different organs of Zizania latifolia in different growth stages under different treatments ( g/kg )

年份

Year

养分

Nutrient

处理

Treatment

分蘖期 Tillering stage孕茭期 Zizania breeding stage采茭期 Zizania harvest stage

Root

Stem

Leaf

Root

Stem

Leaf

Root

Stem

Leaf

净茭 Naked

water bamboo

2021 N ZC 9.85±2.63a 11.82±2.84a 25.18±4.48a 8.49±1.01a 8.15±0.95a 19.27±0.78a 17.85±5.23a 12.92±0.33a 19.10±1.51a 21.45±4.36a
Z 11.87±0.85a 14.50±1.21a 28.93±1.74a 10.14±1.09a 12.61±3.15a 22.36±1.86a 16.6±3.80a 12.68±2.49a 15.19±0.27b 19.50±2.33a
P ZC 2.54±0.79a 4.04±0.57a 3.08±0.32a 1.84±0.18a 3.13±0.17b 2.40±0.09a 2.57±0.22a 3.25±0.32a 2.92±0.46a 3.65±0.26a
Z 2.74±0.40a 4.48±0.24a 3.31±0.13a 2.15±0.32a 3.76±0.30a 2.39±0.09a 2.62±0.05a 3.74±0.18a 2.44±0.19a 3.53±0.31a
K ZC 6.87±1.10a 19.80±1.70a 14.33±1.75a 6.90±0.71a 19.13±1.33a 15.80±0.60a 5.60±0.53a 21.07±1.10a 12.07±0.81a 16.13±1.53a
Z 6.47±0.83a 20.73±2.19a 15.40±1.44a 6.07±1.22a 20.80±1.39a 15.20±0.40a 5.00±0.87a 17.73±1.81a 13.27±1.8a 14.80±0.28a
2022 N ZC 8.74±0.97a 12.45±2.21a 22.77±1.36a 8.72±2.47a 13.26±0.47b 23.38±0.93a 16.49±5.23a 13.56±0.33a 17.07±1.54a 20.09±4.36a
Z 11.72±2.34a 15.07±0.45a 26.28±1.16a 8.59±3.24a 17.39±1.16a 25.84±1.70a 15.24±3.80a 13.32±2.49a 15.49±1.27a 18.13±2.32a
P ZC 2.07±0.34a 3.92±0.02a 3.42±0.07b 2.19±0.63a 3.86±0.38a 3.21±0.17a 2.38±0.20a 3.50±0.34a 3.59±0.57a 3.37±0.24a
Z 2.23±0.54a 4.32±0.50a 3.89±0.10a 1.95±0.19a 4.49±0.64a 3.53±0.37a 2.42±0.05a 4.04±0.19a 3.00±0.23a 3.27±0.29a
K ZC 7.01±0.18a 18.81±2.18a 16.94±0.58a 6.11±0.72a 19.36±0.54a 13.55±1.35a 5.71±0.48a 22.75±1.19a 11.23±0.75a 17.09±1.12a
Z 7.35±0.72a 20.93±1.03a 17.54±0.70a 6.20±0.90a 21.64±1.72a 15.67±0.88a 5.40±0.94a 19.87±2.14a 12.35±1.68a 15.98±0.31a

注:  同年同一养分同列数据后不同小写字母表示差异显著(P<0.05)。下同。Note:ZC represents Zizania latifolia co cropping and crayfish mode,Z represents Zizania latifolia monoculture mode.Different lowercase letters indicate significant differences after the same nutrient data in the same year and column (P<0.05).The same as below.

表4还能看出,2021、2022年茭白根的磷含量在分蘖期和采茭期ZC处理均低于Z处理,2021年ZC处理茭白根的磷含量在孕茭期低于Z处理,2022年则与之相反,2 a中2个处理间根的磷含量在全生育期无显著差异。2021、2022年ZC处理茭白茎的磷含量在全生育期均低于Z处理,且2021年ZC处理茭白茎的磷含量在孕茭期较Z处理显著减少了16.76%。2021、2022年茭白叶的磷含量在分蘖期ZC处理均低于Z处理,在采茭期ZC处理均高于Z处理,2021年ZC处理茭白根的磷含量在孕茭期高于Z处理,2022年则与之相反,2022年ZC处理茭白叶的磷含量在分蘖期较Z处理显著减少了12.08%。2021、2022年ZC处理茭白净茭的磷含量均高于Z处理,但处理间均无显著差异。

表4可得,2021、2022年茭白根的钾含量在采茭期ZC处理均高于Z处理,2021年ZC处理茭白根的钾含量在分蘖期和孕茭期均高于Z处理,2022年则与之相反;2 a中茭白茎的钾含量在分蘖期和孕茭期ZC处理均低于Z处理,在采茭期ZC处理均高于Z处理;2021、202Treatment茭白叶的钾含量在分蘖期和采茭期ZC处理均低于Z处理,2021年ZC处理茭白叶的钾含量在孕茭期高于Z处理,2022 a则与之相反。2 a中ZC处理茭白净茭的钾含量均高于Z处理。2021、2022 a全生育期内茭白同一器官的钾含量在处理间均无显著差异。

2.5 茭白各器官的氮、磷、钾养分积累量

表5可见,2021年,在分蘖期ZC处理茭白茎、叶的氮积累量较Z处理分别显著减少了23.81%、30.11%;在孕茭期ZC处理茭白茎的氮积累量较Z处理显著减少了31.95%;在采茭期ZC处理茭白茎、叶的氮积累量较Z处理分别显著增加了18.8%、44.77%。2022 a,ZC、Z处理间茭白同一器官在同一生育期的氮积累量均无显著差异。2 a中ZC处理茭白净茭的氮积累量均高于Z处理,但处理间均无显著差异。

表5  不同处理下茭白不同生育期各器官的氮、磷、钾养分积累量
Table 5  Accumulation of nitrogen, phosphorus and potassium in different organs of Zizania latifolia in different growth stages under different treatments ( g/plant )
年份Year

养分

Nutrient

处理

Treatment

分蘖期 Tillering stage孕茭期 Zizania breeding stage采茭期 Zizania harvest stage

Root

Stem

Leaf

Root

Stem

Leaf

Root

Stem

Leaf

净茭Naked water bamboo
N ZC 0.19±0.08a 0.32±0.07b 0.65±0.15b 0.89±0.18a 1.64±0.39b 2.12±0.36a 1.50±0.33a 2.78±0.34a 2.49±0.23a 0.53±0.21a
Z 0.25±0.08a 0.42±0.12a 0.93±0.23a 0.85±0.28a 2.41±0.31a 2.25±0.44a 1.45±0.27a 2.34±0.32b 1.72±0.31b 0.40±0.16a
2021 P ZC 0.05±0.02a 0.11±0.03a 0.08±0.02b 0.19±0.04a 0.63±0.15a 0.27±0.04a 0.22±0.05a 0.70±0.09a 0.38±0.03a 0.09±0.03a
Z 0.06±0.02a 0.13±0.04a 0.11±0.03a 0.18±0.06a 0.72±0.09a 0.24±0.05a 0.23±0.04a 0.69±0.09a 0.28±0.05b 0.07±0.03a
K ZC 0.13±0.06a 0.53±0.12a 0.37±0.09b 0.72±0.14a 3.86±0.91a 1.74±0.29a 0.47±0.10a 4.54±0.55a 1.57±0.14a 0.40±0.16a
Z 0.13±0.05a 0.60±0.17a 0.50±0.12a 0.51±0.16b 3.98±0.51a 1.53±0.30a 0.44±0.08a 3.28±0.45b 1.50±0.27a 0.30±0.12a
N ZC 0.30±0.08a 0.48±0.06a 0.86±0.11a 0.87±0.09a 2.12±0.34a 2.62±0.24a 1.47±0.08a 2.03±0.19a 1.86±0.18a 0.59±0.09a
Z 0.37±0.03a 0.42±0.12a 0.91±0.21a 0.77±0.11a 2.77±0.43a 2.59±0.61a 1.32±0.15a 1.74±0.24a 1.53±0.20a 0.48±0.07a
2022 P ZC 0.07±0.02a 0.15±0.02a 0.14±0.02a 0.22±0.02a 0.62±0.10a 0.36±0.03a 0.21±0.01a 0.52±0.05a 0.39±0.04a 0.10±0.02a
Z 0.07±0.01a 0.12±0.03a 0.13±0.03a 0.18±0.02a 0.71±0.11a 0.35±0.08a 0.21±0.02a 0.53±0.07a 0.30±0.04b 0.09±0.01a
K ZC 0.24±0.06a 0.72±0.08a 0.68±0.08a 0.61±0.07a 3.09±0.50a 1.52±0.14a 0.51±0.03a 3.40±0.32a 1.23±0.12a 0.50±0.08a
Z 0.23±0.02a 0.59±0.16a 0.60±0.14a 0.56±0.08a 3.44±0.54a 1.57±0.37a 0.47±0.05a 2.60±0.36b 1.22±0.16a 0.43±0.06a

表5可得,2021年,ZC处理分蘖期茭白叶的磷积累量相比Z处理显著减少了27.27%,但在采茭期较Z处理显著增加了35.71%。2022年,ZC处理采茭期茭白叶的磷积累量相比Z处理显著增加了30%。2 a中ZC处理茭白净茭的磷积累量均高于Z处理,但处理间均无显著差异。

表5还能看出,2021年,在分蘖期ZC处理茭白叶的钾积累量较Z处理显著减少了26.0%,在孕茭期ZC处理茭白根的钾积累量较Z处理显著增加了41.18%,在采茭期ZC处理茭白茎的钾积累量较Z处理显著增加了38.41%。2022年,ZC处理采茭期茭白茎的钾积累量相比Z处理显著增加了30.77%。2 a中ZC处理茭白净茭的钾积累量均高于Z处理,但处理间均无显著差异。

2.6 茭白养分的分配与转运

不同生育期,ZC处理和Z处理的养分分配较为相似(表6)。在孕茭期,2021、2022年ZC处理的氮素分配均表现为叶>>根,Z处理的氮素分配均表现为茎>>根。2021年ZC处理茭白根、叶的氮素分配比例均显著高于Z处理,其茎的氮素分配比例则显著低于Z处理;2022年茭白同一器官的氮素分配比例在2个处理间差异均不显著。关于磷素的分配,2021、2022年ZC、Z处理在孕茭期的磷素分配均表现为茎>>根,其中茎的分配比例均超过51%。2021年ZC处理茭白茎的磷素分配比例显著低于Z处理,其叶的磷素分配比例则显著高于Z处理;2022年茭白同一器官的磷素分配比例在2个处理间差异均不显著。孕茭期内,2021、2022年ZC、Z处理的钾素分配均表现为茎>>根,且茎的分配比例都大于58%。2021年ZC处理茭白根的钾素分配比例显著低于Z处理,其茎的钾素分配比例则显著高于Z处理;2022年茭白同一器官的钾素分配比例在2个处理间差异均不显著。

表6  不同处理下茭白的养分分配与转运
Table 6  Nutrient distribution and transport of Zizania latifolia under different treatments

养分

Nutrient

部位

Part

处理

Treatment

养分分配比例/% Propotion of nutrient distribution

转运量/(g/株)

Amount of translocation

贡献率/%

Contribution rate

孕茭期 Zizania breeding stage采茭期 Zizania harvest stage
20212022202120222021202220212022
N 根 Root ZC 19.68±4.65a 15.48±0.90a 20.46±3.03b 24.66±1.37a -0.61±0.18a -0.60±0.09a -115.75±33.02a -101.81±16.02a
Z 15.13±3.19b 12.86±3.20a 24.91±3.35a 25.93±2.93a -0.60±0.28a -0.55±0.11a -150.82±69.78a -114.03±22.95a
茎 Stem ZC 35.13±5.08b 37.63±4.41a 38.19±2.16a 34.07±2.28a -1.14±0.39b 0.24±0.22b -213.71±72.56b 40.19±37.190b
Z 44.09±4.37a 45.12±4.25a 38.64±2.06a 34.24±3.18a -0.18±0.08a 0.82±0.26a -45.19±18.6a 171.21±53.15a
叶 Leaf ZC 45.19±3.85a 46.89±5.30a 34.32±2.40a 31.33±2.45a -0.44±0.30b 0.76±0.24a -83.59±56.72b 129.03±40.40a
Z 40.78±2.58b 42.02±5.96a 29.55±2.56b 30.30±4.41a 0.53±0.44a 0.71±0.16a 134.56±111.62a 148.79±32.43a

净茭

Naked water bamboo

ZC 7.04±2.61a 9.95±1.67a
Z 6.90±2.80a 9.53±1.53a
P 根 Root ZC 18.37±4.88a 18.28±0.41a 15.53±2.41a 17.24±1.08a -0.05±0.02a 0.02±0.01a -58.30±26.18a 21.18±14.58a
Z 15.55±3.54a 14.33±3.34a 18.44±2.68a 18.66±2.26a -0.06±0.05a -0.03±0.02a -86.50±62.57a -38.53±27.77a
茎 Stem ZC 57.48±5.83b 51.41±4.06a 50.56±2.25b 42.72±2.54a -0.12±0.13a 0.10±0.10a -137.86±135.37a 96.83±98.98a
Z 63.34±4.56a 57.28±3.76a 53.47±2.08a 47.01±3.58a -0.05±0.02a 0.18±0.11a -63.90±30.22a 146.01±103.46a
叶 Leaf ZC 24.15±2.85a 30.31±4.44a 27.62±2.11a 31.94±2.65a -0.12±0.04b -0.03±0.03a -131.66±49.45b -30.42±32.69a
Z 21.10±1.85b 28.39±4.97a 22.25±2.03b 26.54±3.98a -0.06±0.02a 0.09±0.09a -75.36±24.29a 94.48±99.29a

净茭

Naked water bamboo

ZC 6.29±2.31a 8.10±1.34a
Z 5.84±2.33a 7.79±1.35a
K 根 Root ZC 11.95±3.49a 11.67±0.20a 6.74±1.14a 9.03±0.77a 0.25±0.14a 0.10±0.07a 62.39±36.02a 19.95±13.26a
Z 8.32±2.02b 10.20±2.48a 8.14±1.28a 9.92±1.29a 0.17±0.11a 0.09±0.08a 54.11±36.05a 31.06±1.91a
茎 Stem ZC 60.58±5.29b 58.99±4.29a 65.07±2.03a 60.27±2.12a -1.02±0.74b -0.58±0.24b -257.62±187.53b -115.74±47.40b
Z 66.28±3.83a 61.68±3.86a 58.33±1.64b 54.97±3.82a 0.70±0.51a 0.84±0.54a 231.42±169.33a 195.52±125.52a
叶 Leaf ZC 27.48±3.23a 29.34±4.45a 22.68±1.91b 21.79±2.31a 0.33±0.19a 0.29±0.14a 83.15±47.31a 57.70±27.61a
Z 25.39±2.36a 28.13±4.80a 27.90±2.52a 26.03±3.87a -0.13±0.10b 0.35±0.37a -42.41±32.11b 81.42±85.65a

净茭

Naked water bamboo

ZC 5.51±2.00a 8.91±1.33a
Z 5.64±2.24a 9.08±1.67a

注:  正值表示养分净输出,负值表示养分净输入。Note:ZC represents Zizania latifolia co cropping and crayfish mode,Z represents Zizania latifolia monoculture mode. Positive value represents the net nutrient output, negative value represents the net nutrient input.

在采茭期内,2021、2022年ZC、Z处理氮、磷、钾的分配表现一致,均表现为茎>叶>根>净茭。2021年,ZC处理茭白根的氮素分配比例显著低于Z处理,其叶的氮素分配比例显著高于Z处理;关于磷素分配,ZC处理茭白茎的磷素分配比例显著低于Z处理,其叶的磷素分配比例显著高于Z处理;关于钾素分配,ZC处理茭白茎的钾素分配比例显著高于Z处理,其叶的钾素分配比例显著低于Z处理。2022年茭白同一器官的同一养分的分配比例在2个处理间差异均不显著。

表6还可看出,茭白从孕茭期到采茭期,根、茎、叶中大量的氮、磷、钾养分转运至净茭,不同器官对于不同养分的转运量不同。正值表示养分净输出,负值表示养分净输入。2021年ZC处理的氮转运量表现为茎>>叶,Z处理的氮转运量表现为根>>茎,且2个处理间的茎、叶的氮转运量有显著差异。2022年ZC处理的氮转运量表现为叶>>茎,Z处理的氮转运量表现为茎>>根,2个处理间的茎的氮转运量有显著差异。关于磷转运量,2021年ZC处理的茎、叶的磷转运量相近,根的磷转运量最小,而Z处理的根、叶的磷转运量相近,茎的磷转运量最小,且2个处理间的叶的磷转运量有显著差异。2022年ZC、Z处理的磷转运量均表现为茎>>根,且2个处理间的同一器官的磷转运量均未产生显著差异。关于钾转运量,2021、2022年ZC处理的钾转运量均表现为茎>>根,Z处理的钾转运量均以茎为主,2021年2个处理间的茎、叶的钾转运量有显著差异,而2022年2个处理间的茎的钾转运量有显著差异。2 a中ZC、Z处理茭白不同器官的养分贡献率和转运量的表现则基本一致。

3 讨论

3.1 茭虾共作对土壤氮磷含量的影响

土壤养分含量能影响作物的生长发育。厉宝仙

14研究表明,水稻-红鳌螯虾共作能增加稻田土壤中的氨态氮、速效磷含量。杨智景15研究发现,稻虾种养可显著提高稻田和环沟内的土壤全氮含量。本研究结果表明,茭虾共作模式较茭白单作模式在采茭期增加了土壤中全氮、全磷、碱解氮、速效磷的含量。这与前人的研究结果一致。这可能是因为,引入农田的小龙虾作为杂食性动物,取食田间杂草、浮游生物等,减少了对土壤养分的吸收;而饲料、粪便等提高了土壤中的各类养分含量;小龙虾在田间的觅食等活动有利于改善土壤的通透性,加速了土壤养分的转化。

3.2 茭虾共作对茭白产量的影响

茭鸭共

4具有作物增产的效果。本研究发现,茭虾共作处理较茭白单作处理增加了秋、夏2季的净茭产量。而刘少君16研究发现,稻虾共作对水稻产量无显著影响。这可能与不同作物生长发育所需的水位深度不同有关。宋世17研究发现,稻虾共作模式中随着灌溉水深的提高,水稻产量显著下降。稻田水位一般在10 cm左右,水位过高容易抑制水稻分蘖,减少茎蘖数和地上部干物质量;而茭白田一般水位在20 cm左右,茭白不易受到水位过高的负面影响,同时茭虾共作模式增加了养分的输入途径和总输入量,促进茭白的生长发育,有利于增加单个茭白质量,从而实现增产。

3.3 茭虾共作对干物质积累的影响

作物产量的形成与干物质的积累和分配的关系十分密切。本研究发现,2021年茭白从孕茭期到采茭期,肉质茎膨大的这段时间内茭虾共作模式茭白的茎、叶干物质积累量仍在增加,且茭虾共作模式显著提高了采茭期茭白茎的干物质积累量;2022年试验氮肥减量、减量投喂下,茭白从孕茭期到采茭期,茭虾共作模式和茭白单作模式茭白茎、叶的干物质积累量均减小,且茭虾共作模式减小幅度更小。这可能是因为茭虾共作模式新引入了小龙虾,残留的饲料、小龙虾在田间的蜕壳和排泄物等增加了养分的来源,同时小龙虾在田间的一系列活动加快了土壤养分的释

18,促进了茭白的养分吸收,过多的养分输入使茭白的叶片、短缩茎在向肉质茎转运养分的同时也积累了大量的养分。而在氮肥减量、饲料减量投喂下,茭虾共作模式减少了养分的过量输入,使得茭白茎、叶在肉质茎膨大期将主要养分转运到净茭中,形成合理的源库关系,有利于茭白产量的形成。

3.4 茭虾共作对养分积累的影响

氮、磷、钾作为植物生长发育的三大营养元素,对于碳水化合物、产量的形成至关重要。陈贵

18研究发现,茭白植株地上部各器官的氮、钾含量较高,磷含量相对较低,这与本试验结果一致。另外,本研究中,2种模式根的氮、磷含量主要表现为先减后增,根的钾含量则主要表现为持续下降;茭虾共作模式茎的氮、钾含量总体呈上升趋势,磷含量则总体呈下降趋势,茭白单作模式茎的氮含量总体呈上升趋势,磷、钾含量则总体呈下降趋势;2种模式叶的氮、钾含量主要表现为持续下降,叶的磷含量则主要表现为先减后增。而江解增19研究发现,茭白植株叶片中的氮、磷、钾含量变化总体表现出下降趋势,与本试验结果存在一定差异,这可能是不同茭白品种的特性不同所导致的。

本研究发现,2021年茭虾共作模式茭白的叶在分蘖期的氮、磷、钾积累量均显著低于茭白单作模式,而2022年2个处理间茭白的叶在分蘖期的氮、磷、钾积累量无显著差异。这可能是由于虾苗投放时间不同所导致,2021年虾苗投放较早,分蘖期小龙虾取食部分茭白新生长的幼嫩分蘖,直接影响了茭白的生长发育;2022年茭白生长一段时间后再投放的虾苗,故受影响较小。

关于养分分配,本研究发现,茭虾共作模式和茭白单作模式的茭白在孕茭期和采茭期氮素的分配均以茎、叶为主;2个处理茭白植株磷、钾元素的分配均以茎为主,分配比例在42%~66%。这表明从孕茭期到采茭期,茭白的茎是养分分配的中心。转运量的正值表示养分净输出,负值则表示养分净输入。2021年本试验中,从孕茭期到采茭期,除茭白单作模式叶的氮转运量外,茭虾共作模式和茭白单作模式的根、茎、叶的氮、磷转运量均为负值,这表明在茭白肉质茎膨大过程中根、茎、叶在作为氮、磷转运的“源”器官转运养分的同时也在作为“库”器官吸收养分,这可能是由于2021年本试验中肥料施用较多导致。2022年在氮肥减量、饲料减量投喂下,2个处理根的氮转运量均为负值,茎、叶的氮转运量均为正值,这可能是因为氮肥的大量减施导致茭白生长发育的氮素营养不够,茭白加强了根系对土壤氮素的吸收所导致。同时,2 a中2个处理的根、茎、叶的钾转运量大多为正值,表明在茭白肉质茎膨大过程中根、茎、叶主要作为钾转运的“源”器官转运养分。

综上可知,茭虾共作模式能提高土壤中全氮、全磷、碱解氮、速效磷的含量,增加茭白的净茭产量和采茭期茭白根、茎、叶、净茭的干物质积累量。茭虾共作模式对茭白不同器官的养分含量和养分积累量的影响各有差异。在养分分配方面,2种模式的茭白在孕茭期和采茭期氮素的分配均以茎、叶为主,而磷、钾元素的分配均以茎为主,茎分配比例在42%~66%。对于养分转运,茭虾共作、茭白单作模式茭白的根、茎、叶在氮、磷转运上大多为表现为“库”器官,而在钾转运上大多表现为“源”器官;氮肥减量、减量投喂下,2个处理茭白的根、茎、叶在氮、磷、钾转运量上大多表现为“源”器官。因此,在茭虾共作模式中适当减少肥料、饲料的投入,能促进形成合理的源库关系,有利茭白产量的形成。

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