浮萍对稻田淹水期无机氮转运与利用的调控及其作用机制

Due to the high nitrogen content and the fast multiply speed, duckweed has been applied to remove nitrogen from wastewater. The absorption and release of nitrogen by duckweed during its growth and the change of water properties could affect nitrogen transformation, transportation and usage of paddy fields. Two duckweed varieties (Lemna minor L. and Spirodela polyrrhiza) are choosed, the effects of fertilization amount on duckweed biomass and the effect of ducweed density on nitrogen transformation will be simulated. The effects of duckweed on nitrogen loss and nitrogen use efficiency will be observed by the aid of a 3-year on-farm experiment and nutrient competition experiment. A laboratory experiment with 15N tracing and non-invasive microelectrode technique (NMT) will be carried out, to research the total 15N abundance in two duckweed varieties in different period after fertilization. Furthermore, the real-time and dynamic flow and flux of ammonia and nitrate across the root and fronds surface will be determined. The research will reveal the mechanisms of regulating nitrogen transformation and use efficiency by adding duckweed to paddy fields. The results could provide the theoretics and technology to control the N losses and improve nitrogen use efficiency of paddy field.

浮萍因具有含氮量高与繁殖快等优点而被广泛应用于水体脱氮工程，其对氮素的吸收储存及对水体理化性质的改变等对稻田氮素转运与利用产生了一定的影响。本研究拟选择太湖流域杭嘉湖平原最常见的2个浮萍优势种-青萍（Lemna minor L.）与紫萍（Spirodela polyrrhiza），模型模拟浮萍密度与施肥方式及田面水无机氮转化的定量关系，田间定位观测浮萍对不同肥料施入后氮素径流、淋失与氨挥发的影响，并通过养分竞争试验与田间试验，阐明浮萍对稻田氮素损失与水稻吸收氮素的影响；利用15N示踪技术与非损伤微测技术（NMT）相结合，研究浮萍对肥料氮的吸收总量及NH4+与NO3—进出浮萍根系与叶片的流速与流量，揭示浮萍对淹水期稻田氮素转运与利用的影响机制，明确其在稻田无机氮流失与养分利用中发挥的作用，为优化稻田水肥管理提供理论支撑。

为阐明稻田中大量存在的浮萍对氮素转化与水稻养分吸收的影响，本研究通过大田小区试验、室内模拟试验、15N示踪试验、非损伤微测试验等方法，研究了青萍与紫萍对稻田田面水氮素转化与氨挥发等氮素损失的影响及作用机制。.大田试验结果表明，与无浮萍的对照相比，施肥后5天内，浮萍可使化肥与Entec26肥中氨挥发量降低28.4%与31.7%。不施肥、化肥与Entec26肥三种施肥模式下，浮萍可使稻田田面水总氮浓度分别降低5.2%-11.0%、7.1%-27.6%与9.1%-31.6%，水稻产量分别增加5.5%、7.5%与5.4%，提高了氮素农学利用率。.模拟试验结果表明，氮肥施入后特别在高氮（270和360 kg N ha-1）输入下，青萍和紫萍均能在前期降低田面水氮素浓度，后期（30 天）时提高田面水氮含量。青萍400g鲜重 m-2处理和紫萍和200g鲜重 m-2处理降低了稻田田面水氨氮、硝氮及全氮浓度，同时提高了土壤氨氮和硝氮的含量以及水稻秸秆氮含量，促进了水稻植株氮的吸收。.通过15N试验验证，施肥后的前8天，75.0%的肥料氮被浮萍吸收所储存。试验结束时，60.8%的肥料氮保留在浮萍体内，而14.2%的15N由于浮萍降解而释放到田面水中，这也是导致田间试验中田面水NH4+-N浓度在施肥20天后有所升高的主要原因。非损伤微测（NMT）对NH4+和NO3-进出浮萍叶片与根系速率与通量的研究进一步表明，浮萍对田面水中无机氮的吸收与释放呈现交替反复的趋势，也验证了浮萍处理田面水氮素浓度变化的原因，其中，浮萍叶片与根系对无机氮的吸收更倾向于NH4+。.本研究结果重点阐明了浮萍通过稻田施肥后通过先吸收后释放的循环过程，调控了田面水无机氮的浓度变化，利于施肥初期通过吸收氮素降低田面水氮浓度从而减少流失，而后期释放氮素向水稻供应养分来提高氮素农学利用率，对于稻田氮素养分高效利用与流失控制具有重要的意义。