全 文 :北方稻田生态系统研究Ⅰ.稻萍结合
系统的结构研究*
苏凤岩 闻大中 徐卿德 李维光 杨玉兰
(中国科学院沈阳应用生态研究所, 沈阳 110015)
【摘要】 经过连续 5 年的实验, 研究了北方稻区稻萍结合系统的不同结构对细绿萍产量
和水稻产量的影响.结果表明, 随着萍种用量的增加,水田中萍的产量也明显增加; 尽管
宽窄行交替的水稻栽培结构也有利于萍产量的增加, 但这样的结构可导致水稻减产 3~
7% .在北方单季稻地区建议采用 30 cm 等行距的水稻栽培方式和 325 kg·hm- 2(湿重)的
萍接种量建立的稻萍结合系统.
关键词 单季稻 水田生态系统 稻萍结合
Rice f ield ecosystems in northern China Ⅰ. Structural study of rice-Azolla combination
systems. Su Fengyan, Wen Dazhong , Xu Q ingde, L i Weiguang and Yang Yulan ( I nsti-
tute of App lied E cology , A cademia S inica, Shenyang 110015) . -Chin. J . App l. Ecol. ,
1996, 7( 2) : 179~184.
The effects o f differ ent st ructures of rice-Azo lla combination sy stem on r ice and Azo lla
productions are studied w it hin a 5-year s exper imental per iod. The results show t ha t A zol-
la production on r ice fields is significantly incr eased w ith incr easing Azo lla inoculat ion .
Though the Azo lla production is increased on the fields w ith alternat ing w ide and narr ow
row r ice planting s, the r ice y ield is decr eased by 3~7% . The str ucture with an equal r ow
r ice planting of 30 cm and an Azo lla inocula tion ra te o f 325 kg·hm- 2( wet w eight ) is r ec-
ommended fo r developing rice-Azo lla combinat ion system in no rt hern China .
Key words Sing le-croppijng r ice, R ice field eco sy stem, R ice-Azolla combination.
* 中国科学院“八五”重大项目.
1995年 10月 25日收到, 1996年 1月 8日改回.
1 引 言
在我国北方单季稻产区, 水田生态系
统结构简单, 光、水、热和生物等资源尚未
得到充分有效地利用.为此, 有必要对稻田
生态系统的结构、功能及调控管理等进行
一系列的实验研究.
在热带和亚热带地区的水田生态系统
中,稻-萍结合的结构早已被广泛采用, 并
取得了很好的经济、生态和社会效益[ 2, 4, 5] .
尽管近年来在我国北方单季稻产区已开始
试验和推广稻田养萍,但尚未从水稻田生
态系统角度对稻-萍结合的诸多问题进行
较深入的研究. 本文做了一些尝试, 取得了
有益的结果.
2 实验地条件与研究方法
2. 1 实验地自然条件
实验是在下辽河平原东部的沈阳市南郊中国
科学院沈阳生态实验站的实验地内进行. 该地区
属暖温带半湿润大陆性季风气候,四季分明,雨热
同期. 夏季炎热多雨,冬季干燥寒冷. 年均温 7~
8℃, 7 月平均气温 24℃左右, 1 月平均气温- 11
~- 13℃ . ≥10℃的活动积温 3300~3400℃, 年
总辐射量为 5. 5×106 J·cm- 2左右, 无霜期 147
~164 d. 年总降水量在 650~ 700 mm 之间.实验
地为潜育性潮棕壤土, 有机质含量为 2. 21% . 该
应 用 生 态 学 报 1996 年 4 月 第 7 卷 第 2 期
CHINESE JOURNAL OF APPLIED ECOLOGY , Apr . 1996, 7( 2)∶179~184
地单季稻于 5 月下旬插秧, 10 月初收获. 正常年
份水稻单产达 8280 kg·hm - 2.
2. 2 研究方法
在实验地内设 3种水稻栽植形式处理和 4 种
细绿萍接种量处理小区, 3 次重复,共 36 个小区.
每个小区面积为 24 m2. 采用行距 30 cm 和穴距
10 cm 的常规栽植形式,行距40 cm 和 20 cm 交替
和穴距为 10 cm 的宽窄行结构, 行距 50 cm 和 10
cm 交替和穴距为 10 cm 的宽窄行结构. 4 种细绿
萍接种量处理分别为 0(对照)、375、750 和 1500
kg·hm- 2的湿萍重(湿萍含水量为 93% ) .
水稻栽培按当地常规方法进行. 基肥施过磷
酸钙 1250 kg·hm- 2, 尿素 187. 5 kg·hm- 2. 5 月
下旬插秧. 6月初施返青肥尿素 187. 5 kg·hm- 2,
水稻抽穗时再施 187. 5 kg·hm- 2尿素作追肥 .按
正常水分管理, 除 9 月下旬以外, 田间均保持 3
cm 左右水层. 按设计的细绿萍接种量, 于 6 月初
分别向各实验小区放入相应数量的萍种 .
除不接种的实验小区外, 每个小区中间都设
1 m×1 m 的萍生长量测量样方.接萍时按该小区
1 m 2应接种的萍量接入样方内. 每 3~5 d 对小区
样方内的萍现存量进行测量. 测量后将萍再放回
原样方内.分别在水稻插秧后 15、30 和 45 d 进行
田间的小气候测量 , 测量距田水面 1. 5 m 和 30
cm 高处的温湿度和行间水面附近照度, 测量时间
为 8~20 h, 每 2 h 观测 1 次. 秋收时对各小区进
行测产调查. 实验共进行 5 a .
3 结果与讨论
3. 1 不同水稻栽植形式对水田近地面气
温和照度的影响
3. 1. 1 水稻不同行距对行中间近田面处照
度的影响 下辽河地区水稻基本呈南北行
向栽植, 行距影响了行中间近田面处的照
度(表1) .由表1可见不同生长时期不同行
距的水稻行中间近田面处日平均照度的变
化.自 5月下旬水稻插秧至 7月中旬的分
蘖末期,尽管水稻植株高度不断增加,但不
同行距的行中间近田面处的日平均照度变
化并无明显差异,仅在 7月 15日左右当植
表 1 不同行距的水稻行中间近田面处日平均照度的变化( 1993年)
Table 1 Daily mean il lumination near the surf ace of rice fields with different row rice planting( 1993)
项目
Item
日期 Date( date/ month)
15/ 6 25/ 6 5/ 7 15/ 7 25/ 7 5/ 8 15/ 8 25/ 8 5/ 9 15/ 9 25/ 9
水稻植株高度 Rice plant height ( cm) 30 37 48 65 76 88 96 105 115 115 115
30 cm 行间照度 Illum inat ion betw een 2. 17 1. 43 1. 90 1. 23 0. 42 0. 63 0. 34 0. 32 0. 17 0. 11 0. 10
row s of 30 cm( 104 lx )
40 cm 行间照度 Illum inat ion betw een 2. 17 1. 43 1. 90 1. 63 0. 58 0. 82 0. 38 0. 37 0. 17 0. 11 0. 10
row s of 40 cm( 104 lx )
50 cm 行间照度 Illum inat ion betw een 2. 17 1. 43 1. 90 1. 90 0. 72 1. 05 0. 58 0. 75 0. 33 0. 38 0. 20
row s of 50 cm( 104 lx )
注: 水稻行皆为南北走向;日平均照度为: 8~18 h,每隔 2 h观测一次的平均值.
株高度约达 65 cm 时, 3种行距才略显出
差异.然而到 7月下旬以后,当水稻植株高
达 76 cm 时,行中间近田面处的照度急剧
降低. 各种行距的行中间的日平均照度都
较 7月中旬时约降低 30~50% .即使是 50
cm 宽行距的情况下,其日平均照度也仅为
插秧初期的 30% ,而 30 cm 行距中间近田
面处的日平均照度仅为插秧初期的 20%.
显然,至 7月下旬以后,一方面水稻植株高
度继续增加, 同时由于水稻行幅的加宽,二
者共同影响, 使行间照度急剧下降,此后一
直保持较低的照度水平, 9月份水稻近成
熟时, 照度降到最低, 仅为初期的 5~
10% .
3. 1. 2 水稻行间温度的变化 对不同行距
情况下距地面 30和 150 cm 高处的气温观
测结果表明, 在水稻各生育时期, 在 30
cm、40 cm 和 50 cm 行距的小区内并没有
观测到相同高度的气温差异,仅观测到在
行间 30 cm 高处的日平均气温略低于 150
cm 高处,且随着水稻植株的长高, 水稻行
间 30 cm 高处的气温较 150 cm 高处(此处
180 应 用 生 态 学 报 7 卷
表 2 生长季不同时期水稻田地面以上 30 cm和 150 cm处的日平均气温
Table 2 Daily mean temperature at 30 cm and 150 cm above ground of rice field during rice growing season
项目
Item
日期 Date( date/ month)
15/ 6 25/ 6 5/ 7 15/ 7 25/ 7 5/8 15/ 8 25/ 8 5/ 9 15/ 9 25/ 9
水稻植株高 Height of r ice plants( cm) 30 37 48 65 76 88 96 105 115 115 115
地面 150 cm 高处温度 T em perature 23. 7 25. 4 24. 9 26. 4 21. 8 24. 0 24. 0 25. 3 22. 8 20. 7 16. 7
at 150 cm above grou nd(℃)
地面 30 cm 高处温度 Temper ature 23. 6 25. 2 24. 6 25. 9 21. 5 23. 6 23. 7 24. 5 21. 6 19. 5 15. 2
at 30 cm above grou nd(℃)
在水稻植被层之上)降低的幅度增大,最大
相差 1. 5℃(表 2) . 夏季高温季节, 水稻行
内气温的降低,有利于细绿萍的生长[ 6, 8] .
3. 2 细绿萍在水稻行间的生长
3. 2. 1 水稻行间的细绿萍现存量的变化
由表 3可见细绿萍在水稻行间的生长具有
如下基本特点: 1)在 3 种不同行距和 3种
不同接萍种量的情况下,水田中萍的现存
量变化基本相同[ 1~3 ] , 即从 6月初水田接
入萍种之后, 萍在水稻行间较迅速地繁殖,
7月中旬现存量达最大值(在 50和 10 cm
宽窄行交替的结构中,萍现存量最大值出
现的时间通常推迟到 7月下旬) ,此后萍的
现存量开始减少, 直至水稻生育期结束.通
常在 8月上旬,萍现存量减少的幅度最大.
显然,在 7月中旬以前,细绿萍在不断繁殖
和生长,使现存量不断增加,而到 7月下旬
以后,萍却不断死亡,这与水稻株高和行幅
的增加使行间光照强度明显下降有直接关
系.由于 50和 10 cm 宽窄行交替结构的宽
行间在 7月下旬光照的降低程度不如另外
2种结构明显, 因此,其萍最大现存量出现
时间有所推迟, 而且此后的萍死亡速率也
较另外 2种水田结构缓慢. 2)在同样水稻
行距的条件下,随着萍种用量的增加,水稻
行间的萍在达到最大现存量之前各时间的
现存量也较大, 所达到的现存量最大值也
较高.当超过最大现存量时期之后,进入萍
逐渐死亡的时期,不同萍接种量的现存量
之间的差异无明显规律性, 且差距不大.
3)在同样萍接种量的条件下,随着水稻宽
行行距的增加, 水稻行间的萍现存量亦呈
增加的趋势,但 40和 10 cm 宽窄行交替结
构的水稻行间萍现存量较 30 cm 等行距结
构情况下的萍现存量增加幅度较小, 而 50
和 10 cm 的宽窄行交替结构的行间萍现存
量较前 2种结构增加显著. 特别是在水稻
生育后期,尽管萍逐渐死亡,但 50 cm 宽行
距条件下萍的死亡量较小, 直至水稻成熟
时,行间仍保持相当数量的萍.
表 3 不同结构水田中细绿萍现存量的变化( 1993年) ( kg·m- 2)
Table 3 Standing biomass of Azol la on rice fields with different structures( 1993) ( kg·m- 2wet weight)
接种量
Azolla inoculat ion
( kg·hm - 2)
处 理
Treatment
日期 Date( date/ month)
15/ 6 25/ 6 5/ 7 15/ 7 25/ 7 5/8 15/ 8 25/ 8 5/ 9 15/ 9 25/ 9
325 A 0. 21 0. 33 0. 95 1. 10 1. 03 0. 54 0. 47 0. 27 0. 25 0. 20 0. 16
B 0. 20 0. 23 0. 80 0. 93 0. 76 0. 42 0. 45 0. 25 0. 21 0. 20 0. 19
C 0. 18 0. 13 0. 52 0. 64 0. 89 0. 94 0. 80 0. 55 0. 54 0. 58 0. 48
750 A 0. 42 0. 47 1. 11 0. 91 0. 90 0. 54 0. 47 0. 26 0. 20 0. 19 0. 13
B 0. 39 0. 40 1. 04 1. 31 1. 02 0. 55 0. 48 0. 32 0. 27 0. 20 0. 21
C 0. 35 0. 40 1. 20 1. 58 1. 72 1. 30 1. 08 0. 93 0. 86 0. 78 0. 67
1500 A 0. 79 0. 67 1. 34 1. 35 1. 26 0. 65 0. 64 0. 37 0. 29 0. 24 0. 18
B 0. 70 0. 45 1. 18 1. 38 0. 95 0. 51 0. 46 0. 39 0. 36 0. 32 0. 28
C 0. 67 0. 53 1. 55 1. 90 1. 83 1. 31 1. 05 0. 90 0. 76 0. 81 0. 77
注: A : 30 cm 等行距结构 E qu al row rice plant ing of 30 cm; B: 40 cm 和 20 cm 宽窄行交替 Alternatin g row rice plant-
ing of 40 cm and 20 cm ; C: 50 cm 和 10 cm 宽窄行交替 Alternat ing row rice plant ing of 50 cm and 10 cm .
1812 期 苏凤岩等: 北方稻田生态系统研究Ⅰ. 稻萍结合系统的结构研究
3. 2. 2 细绿萍在水稻行间的产量 水稻行
间的细绿萍生物产量难以准确测定.考虑
到实际应用的方便, 将细绿萍在水稻行间
达到的最大现存量称为细绿萍的产量.其
含义是可以一次从水稻田中采收到的最多
的细绿萍生物量, 以便根据细绿萍现存量
的测量结果, 得出细绿萍的产量. 如前所
述,在沈阳地区通常 7月中旬(有时宽行距
时在 7月下旬)出现萍的最大现存量,此量
即为该稻田中细绿萍的产量.
由表 4 可见: 1)同样实验处理的水稻
行间细绿萍的产量年度间波动很大,最低
产量年份和最高产量年份相差 2~3倍.这
种波动一方面是由于年度间生长季,特别
是 7月份以前的气温和光照条件的差异所
致,同时实验的管理情况也对产量造成较
大的影响.
2)尽管年度间产量波动很大, 但统计
分析表明,不同萍种用量处理之间的细绿
萍的产量差异极显著( = 0. 01) , 随着萍种
用量的增加, 萍的产量也大幅度增加.从各
处理的 5年平均产量结果可见, 当萍种用
量为 1500 kg·hm - 2 (湿重)时, 3 种行距
结构的水稻行间细绿萍的平均产量为萍种
用量 750 kg·hm- 2 (湿重)时的 1. 34倍,
为萍种用量 325 kg·hm- 2 (湿重)时的
1. 81倍.
3)不同行距水田结构对水稻行间萍的
产量也有影响,但没有萍种影响大.从 5年
期间不同行距结构的平均萍产量来看, 50
和 10 cm 宽窄行交替结构的水稻行间萍产
量为 40和 20 cm 宽窄行交替结构的 1. 30
倍,为 30 cm 等行距结构的 1. 54倍.
4)从各处理的 5 年平均萍产量看, 萍
种用量 1500 kg·hm- 2 (湿重)与 50~10
cm 宽窄行交替结构组合的萍产量最高,平
均可达 21548 kg·hm - 2 (湿重) . 其次为
1500 kg·hm - 2(湿重)的萍种用量与 40~
20 cm 宽窄行交替结构的组合, 萍产量平
均为 20132 kg·hm - 2(湿重) . 再次为萍种
用量 750 kg·hm - 2 (湿重)与 50~10 cm
宽窄行交替结构组合, 萍产量平均为
18717 kg·hm - 2 (湿重) . 当萍种用量为
375 kg·hm- 2 (湿重)时, 30 cm 等行距结
构和 40~20 cm 宽窄行结构萍产量无明显
差异. 当萍种用量为 1500 kg·hm - 2 (湿
重)时, 40~20 cm 宽窄行交替结构与50~
10 cm 宽窄行交替结构萍产量无明显差异.
3. 3 不同结构稻萍结合系统的水稻产量
由表 5可见, 水稻产量年度间有一定
的波动,其中 1993 年是高产年,水稻产量
超过 9000 kg·hm - 2, 而 1994 年是低产
年,水稻产量不足 7500 kg·hm - 2, 其它年
份水稻产量都在 8250 kg·hm - 2以上. 水
表 4 1990~1994年各年度不同萍种用量和不同水田行距结构情况下的水稻行间细绿萍产量 ( kg·hm- 2湿重)
Table 4 Azol la productions on rice fields with different row rice planting and Azolla inoculations in 1990~1994( kg·
hm- 2wet weight)
萍种用量
Azolla inoculat ion
( kg·hm - 2)
处 理
T reatment
年 度 Year
1990 1991 1992 1993 1994
平 均
Average
375 A 6117 12606 20118 12335 6633 11556
B 7884 13887 13284 9335 6584 12096
C 9617 19880 21202 8184 7301 13235
750 A 8552 10605 17535 12567 10467 11945
B 9251 15228 15452 13451 11550 12986
C 9551 19880 32985 17151 14016 18717
1500 A 9701 11226 23985 13636 16101 14930
B 19767 16278 34736 14001 15867 20132
C 19434 25283 26118 19901 17001 21548
注: A、B、C同表 3. A, B and C are s ame as table 3.
182 应 用 生 态 学 报 7 卷
表 5 1990~1994各年度不同实验处理的稻萍结合系统的水稻产量
Table 5 Rice yield in rice-Azolla combination sys tems with different treatments in 1990~1994(kg·hm- 2)
萍种用量
Azolla inoculat ion
( kg·hm - 2 w et w eight )
处 理
Treatment
年度 Year
1990 1991 1992 1993 1994
平均
Average
325 A 9098 7800 9041 9572 7134 8529
750 7938 8585 9218 9521 6782 8409
1500 8612 8400 9255 9480 6984 8546
对照 CK ( no Azolla) 8958 8018 8991 9474 7173 8600
平均 Averag e 8652 8297 9126 9512 7019 8522
325 B 7751 8084 8688 9653 6588 8153
750 8390 8067 9369 9546 6824 8439
1500 8543 7767 8675 9494 6666 8229
对照 CK ( no Azolla) 8415 8151 9156 9486 5934 8229
平均 Averag e 8274 8018 8972 9545 6503 8262
325 C 8025 7251 9497 9306 6233 8063
750 7326 7034 8562 8891 6680 7698
1500 8126 6918 8751 8948 6291 7806
对照 CK(n o Azol la) 7734 7550 8388 9156 6660 7898
平均 Averag e 7803 7188 8799 9075 4467 7863
注: A、B、C同表 3. A, B and C ar e same as table 3.
稻产量的年际波动主要是受各年生长季气
候条件的影响.
统计分析表明,同样行距结构的水田
中不管有无萍生长或萍接种量的多少(进
而影响到萍产量的多少) ,在同一年度内的
水稻产量无明显差异.尽管萍种不同用量
处理的水稻产量并不完全一样, 但并未显
示出与萍量之间有一定的变化规律,显然
这种产量差异仍然是实验误差所致.
不同行距结构的稻萍结合系统的水稻
产量差异显著(= 0. 05) .连续 5年实验结
果基本上都显示出 30 cm 等行距结构的水
稻产量> 40~20 cm 宽窄行交替结构的水
稻产量> 50~10 cm 宽窄行交替结构的水
稻产量. 三者的水稻产量差异随年份而有
不同. 40~20 cm 宽窄行交替结构的水稻
产量较 30 cm 等行距结构的水稻产量最多
低 7. 4% , 5 年平均降低 3% (减少 260 kg
·hm - 2) . 50~10 cm 宽窄行交替结构较
30 cm 等行距结构的水稻产量低 3. 3~
13. 4% , 5年平均降低 7. 7%(减少 656 kg
·hm- 2 ) .显然, 30 cm 等行距结构的水稻
植株在田中分布均匀,植株个体受光照和
通风等条件较均一, 而宽窄行结构植株个
体生长发育空间不均匀, 有些个体相互挤
压,而有的空间尚未充分利用,致使产量有
一定程度的降低.
4 结 语
4. 1 北方单季稻地区水田插秧之后的一
个多月,水稻行间的环境很适于细绿萍的
生长,应当采用经济可行的办法,通过建立
某种形式的稻萍结合系统, 使水田的环境
资源得到充分利用,创造更好的经济、生态
和社会效益.
4. 2 在北方单季稻地区,不同水稻行距的
水田结构的稻行中间近田面处的光照在 7
月上旬之前差异不大,且较充足.自 7月下
旬起,随着水稻植株长高和行幅加宽,行间
照度急剧下降, 严重限制了行间细绿萍的
生长.不同行距结构近田面处温度并无明
显差异,但却较 150 cm 处有所降低, 这在
一定程度上有利于行间细绿萍的生长.
4. 3 在 6月初水田接入萍种之后,萍在水
稻行间繁殖迅速, 7月中旬达到萍的现存
量的最大值(在 50~10 cm 宽窄行交替结
构时, 最大现存量出现时间延至 7 月下
旬) ,且随着萍种用量增加, 最大现存量的
1832 期 苏凤岩等: 北方稻田生态系统研究Ⅰ. 稻萍结合系统的结构研究
值也越高. 7月下旬以后,稻行中间的萍逐
渐死亡.
4. 4 萍种用量对水稻行间细绿萍产量有
极显著的影响. 5年实验结果表明, 当萍种
用量 1500 kg·hm- 2 (湿重)时, 稻行间萍
产量为萍种用量 750 kg·hm- 2 (湿重)时
的 1. 34倍, 为萍种用量 325 kg·hm- 2 (湿
重)时的 1. 81倍. 不同行距水田结构对萍
产量亦有一定影响, 但不如萍种用量的影
响大.由于北方单季稻地区冬季寒冷,越冬
的萍种必须在温室中保存, 春季低温时间
长又不利于萍种的繁殖,这些都为采用较
多的萍种用量带来实际的困难.
4. 5 萍种用量 1500 kg·hm- 2 (湿重)和
50~10 cm 宽窄行交替结构组合的萍产量
最高, 5 年平均为 21548 kg ·hm - 2 (湿
重) .其次为萍种用量 1500 kg·hm - 2 (湿
重)和 40~20 cm 宽窄行结构的组合.再其
次为萍种用量 750 kg·hm - 2(湿重)和 50
~10 cm 宽窄行交替结构的组合.当萍种
用量为 325 kg·hm- 2 (湿重)时, 几种行距
结构的水田结构中萍产量都在 10000 kg
·hm - 2(湿重)左右, 且无明显差异.
4. 6 5年实验结果表明, 同样行距结构
水田中有无萍生长或萍种用量多少,其水
稻产量都无明显差异[ 8] . 但不同行距结构
的水田的水稻产量差异显著, 40~20 cm
宽窄行交替结构较 30 cm 等行距结构的水
稻产量平均降低 3% , 50~10 cm 宽窄行交
替结构较30 cm 等行距结构的水稻产量降
低 7. 7%. 因此采用宽窄行交替的水稻栽
植结构增加萍产量的办法, 在实践中应谨
慎选用.从生物量生产的角度看,宽窄行交
替结构使萍产量增加而引起的该系统生物
产量的增加, 通常不能抵偿因采用此种结
构而使水稻减产引起的该系统生物产量的
减少.然而如果从经济上考虑仍然是有利
可图的,亦可以用某种形式的宽窄行结构
代替等行距结构.
4. 7 如果稻田养萍主要目的是为了增加
稻田的有机养分[ 7] ,考虑到通过稻田养萍
可提供给水稻利用的 N 营养仅占输入水
田系统总 N 量的 5%左右, 以致于萍的加
入并不会对水稻产量产生明显影响. 在这
种情况下,宜采用较少的萍种用量( 325 kg
·hm - 2湿重)和 30 cm 等行距的结构形
式.这样既不会影响水稻产量,又可降低养
萍成本,同时还可生产出大约 10000 kg·
hm
- 2的湿萍; 如果稻田养萍主要是为了
生产青饲料, 则应当首先考虑采用加大萍
种用量的办法促使水稻行间的萍产量大幅
度增加供采收, 然而萍产量增加所产生的
经济效益应当能够明显高于因萍种用量增
加而造成的养萍成本的增加.
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