稻鸭共生土壤P循环

磷是生物必需的营养元素之一。它是构成生物分子如磷脂、核酸、蛋白质、多糖的重要组成成分，而且还以多种途径参与光合作用的光合磷酸化和碳同化等重要过程，在细胞生理生化中起重要作用(Hanrahanetal．，2005)。磷循环是生态系统最基本的功能之一。磷的循环路径和效率对提高农业生态系统生产力起着重要作用。“稻鸭共生”生态系统是充分利用共生互利、生态位和食物链等生态学原理，以稻作水田为条件，以种稻为中心，家鸭田间网养的自然与人工相配合的稻田种养生态系统，是对中国传统农业稻田养鸭的继承与发展。该系统以鸭子捕食害虫代替农药、以鸭子踩食杂草代替除草剂、以鸭子粪便作为有机肥料代替部分化肥、以鸭子不间断的活动产生中耕混水效果来刺激水稻生长，实现以田养鸭，以鸭促稻，以鸭护稻，使鸭和水稻共栖生长。“稻鸭共生”生态系统磷循环不同于常规的稻田生态系统，磷素是发生在水稻-鸭-土壤界面下的循环。鸭是该系统一个“流动”磷库，其周转一般以鸭与水稻田“共生”的时间为周期。因施肥制度、饲料、灌溉水等田间管理因素影响，该循环同时受人为的补给和控制。目前，国内有关“稻鸭共生”的研究主要集中在对温室气体的影响效果及机理(Fuetal．，2001;Huangetal．，2005;李成芳等，2008a;Yuanetal．，2009)、病虫草害的控制效果及机理(刘小燕等，2004;杨志平等，2004;魏守辉等，2005;禹盛苗等，2008)、水体生态系统(汪金平等，2006;李成芳等，2008b;全国明等，2008a;汪金平等，2009a)、水稻(禹盛苗等，2005;章家恩等，2007;全国明等，2008b)、土壤性质(杨志辉等，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)研究了稻鸭共作系统稻田P的动态变化及转化规律，及其对环境的影响。然而从生态系统物质元素循环的角度尚未见到“稻鸭共生”生态系统P循环的研究报道。本文以开展的田间试验，采用投入产出法(input-outputanalysis，IOA)，研究P在“稻鸭共生”生态系统中流动和转化，分析系统P的输入输出及循环情况，旨在为完善稻田的P肥管理、科学组装和协调食物链各环节使物质产投结构更合理、促进稻鸭技术的推广应用提供参考依据。

1材料与方法

1.1试验地点和自然条件

本研究于2010年5—10月在湖南省浏阳市北圣镇乌龙村一肥力均匀的稻田自然丘块上进行，该地区具有亚热带季风湿润气候，年平均气温16～18℃，≥10℃的活动积温5000～5800℃，无霜期260～310d，年降雨量1200～1700mm，种植制度为“早稻-晚稻-冬闲”。土壤类型为第四纪红色粘土发育的红黄泥水稻土，土壤有机质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试验材料

早稻品种为“湘早籼24”，晚稻品种为“岳优9113”，鸭品种为“江南一号”水鸭。鸭饲料为国雄8549肉仔鸭中后期配合饲料，主要原料组成为玉米、豆粕、棉粕、菜粕、豆油、洗米糠、大米蛋白粉、食盐、碳酸钙、磷酸氢钙、酶制剂、赖氨酸和蛋氨酸等。

1.3试验设计与栽培管理

1.3.1试验田地设置

2010年5月1日自然丘块进水泡田，泡田3d后，进行机械旋地。然后将此自然丘田分成6个面积均等的小区(四周留有保护行)，小区面积为18m×12m。各小区四周均用长为6m，厚为30mm，高为35cm的硬质塑料薄板链接隔开，塑料薄板地下深埋20cm，田面上留15cm，以防止0～20cm耕层土壤及各小区间肥水窜流。各小区均留有一可控制的进水口和排水口，田面水深可根据塑料薄板上的刻度来控制。自然丘田四周用泥巴砌成田埂，埂高30cm，并设有一个进水口和出水口。作物早稻收获后(早稻收割时留10cm的残茬)，稻田立刻进水泡田，泡田2d后，采用小型旋耕机对试验田各小区进行旋耕，不改变试验田地设置。

1.3.2试验设计

试验设2个处理，随机区组设计，重复3次。处理Ⅰ(常规稻作):不放鸭，在水稻的整个生育期间根据田间病虫害情况施用农药(早稻为3次;晚稻为4次;杀虫剂为噻嗪酮和阿维杀虫单)，施用水田除草剂(早稻2次，晚稻1次;除草剂为苄乙)。处理Ⅱ(稻鸭共生):每小区均放10只鸭(放鸭数量以450只?hm－2为标准)，在水稻的整个生育期间不施用农药和除草剂。

1.3.3田间管理

本研究早稻移栽时间是5月10日，收获时间是7月24日;晚稻移栽时间是7月27日，收获时间是10月31日。早、晚稻插植密度均为24cm×24cm。早、晚稻移栽前各处理小区均施入基肥，早稻基肥为复合肥(N-P2O5-K2O:15-4-6)，施用量为600kg?hm－2;晚稻基肥为复合肥(N-P2O5-K2O:21-9-10)，施用量为375kg?hm－2。早、晚稻均在移栽7d后追N肥(尿素，含氮量为45%)，施用量为112.5kg?hm－2。稻田灌溉水来自附近的自然水塘。各处理田面水均维持在10cm，当田面水降至5cm时稻田灌水。水稻齐穗期以后稻田不再灌溉。稻鸭共生小区四周用高100cm的尼纶丝网做成围栏，以防鸭子外逃;并在小区角落放置一鸭棚，以便鸭子休憩和喂食，同时防止鸭饲料进入稻田土壤和水体。鸭放养期间根据田间饵料情况酌情补饲料。早稻移栽24d后即6月4日，稻鸭共生每小区均放入鸭龄为22d，体重为250g的鸭子。晚稻移栽10d后即8月7日，稻鸭共生每小区均放入鸭龄为30d，体重为300g的鸭子。早、晚稻均在齐穗期收鸭。因试验年度4—6月湖南遭遇低温自然灾害，故本研究早稻放鸭时间以田间试验秧苗的生长情况适时作了调整。

1.4样品的采集与测定方法

在4月30日和11月1日，依据S形5点采样法用内径20mm的土钻，采集耕层土壤，混匀风干，备用;用环刀法测定耕层土壤容重(BD)，用德国El-ementar公司生产的VarioMaxCN分析仪测定土壤样品全C和全N，用碱熔-钼锑抗比色法测定土壤样品全P(鲁如坤，2000)。在早、晚稻收获期，每重复小区随机取5个1m2样方测定其水稻植株地上部分(分水稻籽粒和秸秆)和地下部分生物量，植株样全P采用硫酸-双氧水消煮-钼锑抗比色法测定(鲁如坤，2000)。每天详细记录喂鸭的饲料重量，计算其投入饲料总量，并化验分析鸭饲料全P养分含量，测定方法同植株样分析。稻鸭共生期，每隔7d对每小区的鸭进行随机采样，测定每只鸭的日排泄量(在试验小区的鸭子身上安装了收集粪便的装置，不影响鸭子正常的田间活动)，根据测定的鸭的日排泄量(包括日鲜粪和日干粪)和测定次数推算鸭平均的日排泄量，依据共生天数计算总排泄量;鸭粪全P养分含量采用硫酸-过氧化氢消煮-钒钼黄比色法测定(鲁如坤，2000)。稻田杂草一般在秧苗移栽后的5d萌发，禾苗封行时达到生长高峰，稻鸭共生时，杂草即生即食，根本无法持续生长。放鸭前一天(早稻为6月3日;晚稻为8月6日)，稻鸭共生小区随机取5个0.25m2样方测定田间杂草生物量，杂草样品全P含量测定方法同植株样分析。在稻田虫害发生的每个时期，以S形5点法，用纱巾网袋收集稻鸭共生小区水稻植株上的稻飞虱等害虫(每点收集10株水稻的害虫，剔除蜘蛛)。害虫样于105℃烘24h后，称重并粉碎过100目筛。害虫样全P含量测定方法同植株样分析。记载水稻整个生育期间灌水次数。从稻田进水口处定期取灌溉水样，灌溉水全P含量采用过硫酸钾氧化-钼蓝比色法测定(鲁如坤，2000)。在水稻齐穗期收鸭子，并称重;并随机取每小区的1只鸭放血屠宰，血毛收集，内脏除去内容物，称得血、毛、头、鸭掌、内脏、鸭肉、皮、骨、油各部分重量，按部位和重量比例每只鸭采样100g，样品于105℃烘24h后粉碎过100目筛。鸭样品全P含量测定方法同植株样分析。放鸭前取3只雏鸭，内脏除去内容物，取整只做样品烘干，按成鸭的化验方法进行全P测定分析。土壤P库的计算，南方稻田土壤耕层厚度取15cm。土壤P库量为耕层土壤重量与土壤全P含量的乘积。耕层土壤重量为耕层土壤体积与土壤容重的乘积。