北方稻蟹共作對水體氮素淋溶損失的影響

王昂，戴丹超，馬旭洲*，牟群，于永清，呂為群

（1.上海海洋大學(xué)，水產(chǎn)科學(xué)國家級實驗教學(xué)示范中心，上海 201306；2.上海海洋大學(xué)，水產(chǎn)種質(zhì)資源挖掘與利用教育部重點實驗室，上海201306；3.上海海洋大學(xué)，農(nóng)業(yè)農(nóng)村部淡水水產(chǎn)種質(zhì)資源重點實驗室/上海市水產(chǎn)養(yǎng)殖工程技術(shù)研究中心/水產(chǎn)動物遺傳育種上海市協(xié)同創(chuàng)新中心，上海 201306；4.淮安生物工程高等職業(yè)學(xué)校，江蘇 淮安 223200；5.盤山縣河蟹技術(shù)研究所，遼寧 盤錦 124000）

我國是世界上最大的水稻生產(chǎn)國，施肥是目前維持水稻高產(chǎn)的主要措施之一。據(jù)報道，2010年，我國水稻氮（N）肥用量占全球水稻N肥總用量的37%，而N肥的利用率卻不足40%[1]。稻田土壤N素淋溶損失是降低N肥利用率的重要原因，同時，淋失的N素還會污染地下水，威脅人類的健康[2]。由于土壤是帶負(fù)電荷的膠體，所以水中的銨態(tài)氮（NH4+-N）被土壤吸附不易下滲，而土壤中的硝態(tài)氮極易隨水分運移[3]，因此很多學(xué)者認(rèn)為是N淋溶的主要形態(tài)[4-5]。但是也有學(xué)者持相反觀點，認(rèn)為NH4+-N是N淋溶的主要形態(tài)[6-7]。N淋溶受許多因素影響，例如氣候條件、土壤特征、施肥模式、作物類型、耕作制度和水分管理等[2,8-9]。

稻魚共作是我國一項傳統(tǒng)的因地制宜種養(yǎng)模式，有研究表明，稻魚共作可以減少N素的淋溶損失，因為魚類養(yǎng)殖在稻田中可以改善稻田土壤質(zhì)地，增加土壤團(tuán)聚體，降低水分和NO3－-N的淋溶[10]。稻蟹共作也是一種典型的水稻和水產(chǎn)相結(jié)合的種養(yǎng)模式，主要應(yīng)用在我國北方稻作區(qū)，有40多年的歷史[11]。已有的研究表明，稻蟹共作系統(tǒng)中河蟹與水稻是共生關(guān)系，該模式具有較高的經(jīng)濟(jì)效益和生態(tài)效益[12]。但是，有關(guān)稻蟹共作生態(tài)系統(tǒng)中N素淋溶損失的研究還未見報道。我們之前的研究[13]發(fā)現(xiàn)，養(yǎng)蟹可以增加稻田水體的NO3－-N含量，而淋溶水中NO3－-N含量與田面水中NO3－-N含量呈顯著正相關(guān)[9]，由此推測養(yǎng)蟹會增加N素的淋溶。另外，土壤微生物量N（microbial biomass nitrogen,MBN）含量與無機(jī)N素淋溶也有顯著相關(guān)性[14]，但它們在稻蟹共作系統(tǒng)中的關(guān)系尚且未知。目前，稻蟹共作模式在全國有較大應(yīng)用面積，僅遼寧省就超過8萬hm2[15]，因此，研究稻蟹共作系統(tǒng)中N素的淋溶損失，評估其對環(huán)境的影響非常有必要。本試驗對比了在稻蟹共作和常規(guī)稻作2種模式下N素的淋溶損失，并且結(jié)合田面水N素和土壤MBN含量變化，以探究影響N素淋溶的因素和機(jī)制，補(bǔ)充稻蟹共作模式的理論基礎(chǔ)，為該模式的規(guī)?；瘧?yīng)用提供理論支撐。

1 材料與方法

1.1 試驗地點

田間試驗于2013年6—10月，在遼寧省盤錦市壩墻子鎮(zhèn)姜家村（41.17°N,122.26°E）進(jìn)行。試驗點地處溫帶季風(fēng)性氣候區(qū)，年均氣溫9.2℃，降水量613.7 mm，降水主要集中在每年的5—9月，占全年降水量的72.7%。經(jīng)檢測，該試驗地點的土壤總氮（total nitrogen,TN）質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1.61 g/kg，總磷（total phosphorus,TP）質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.45 g/kg，總有機(jī)碳（total organic carbon,TOC）質(zhì)量分?jǐn)?shù)為13.8 g/kg，pH為7.28。

1.2 試驗材料

供試水稻為鹽粳456（Oryza salivasubsp.Keng），是遼寧省鹽堿地利用研究所培育的一種中晚熟的水稻品種，生育期163 d左右，稻種由遼寧省農(nóng)業(yè)科學(xué)院提供。河蟹為遼河水系中華絨螯蟹（Eriocheir sinensis），由遼寧省盤山縣河蟹技術(shù)研究所提供。肥料為尿素（N 46%）、過磷酸鈣（P2O516%）和硫酸鉀（K2O 50%）。

1.3 試驗設(shè)計

田間試驗按照施肥和養(yǎng)蟹二因素裂區(qū)設(shè)計。主處理為不養(yǎng)蟹與養(yǎng)蟹，其中，不養(yǎng)蟹就是常規(guī)稻作模式，養(yǎng)蟹就是將大眼幼體放入稻田培育成一齡蟹種；副處理為施N肥與不施N肥。試驗共4個處理，即單作稻不施N肥（R0M），稻蟹共作不施N肥（R0C），單作稻施N肥（R1M）和稻蟹共作施N肥（R1C），每個處理各3次平行，一共12個小區(qū)，每個小區(qū)面積為100 m2（10 m×10 m）。

1.4 田間管理

每個小區(qū)有各自的進(jìn)水口和排水口。進(jìn)水口用尼龍網(wǎng)（80目）包裹，以防雜魚進(jìn)入和河蟹逃逸。小區(qū)之間用田?。▽?.0 m，高0.5 m）隔開，在田埂上用厚塑料膜做成高40 cm的防逃墻，田埂內(nèi)沿四圍用鍍鋅鐵皮（寬45 cm，厚約0.5 mm）垂直插入土壤內(nèi)達(dá)20 cm，以減少各小區(qū)之間的側(cè)滲。2013年5月27日，將N肥、P肥和K肥一次性施入稻田，施肥量為 N 160 kg/hm2、P2O570 kg/hm2和 K2O 80 kg/hm2。施肥后，所有小區(qū)人工翻地深15～20 cm。5月30日灌水泡田；6月1日人工插秧，密度為行距30 cm、株距16 cm，之后田間無任何植保措施。6月9日，將大眼幼體（0.005 g）放入養(yǎng)蟹單元格，密度為120萬只/hm2。每天17：00左右投喂一次配合飼料，天氣不好或者餌料有剩余的情況下不投喂。為了防止一齡蟹種提早成熟，根據(jù)經(jīng)驗，在8月25日—9月15日期間停止投喂，于9月16日恢復(fù)投喂，直至9月23日。配合飼料購自禾豐牧業(yè)有限公司（沈陽），成分：粗蛋白≥35%，粗脂肪≥5.5%，粗纖維≥9%，粗灰分≤15%，TP≥1%。10月1日，人工收割水稻。10月20日，收獲河蟹，累積投餌量為920 kg/hm2。

1.5 采樣與測定

試驗期間，田面水一共進(jìn)行了15次采樣。用50 mL的注射器，選擇5個點，在不攪動土壤的情況下抽取田面水，注入500 mL的采樣瓶中，立刻送至實驗室分析。淋溶水一共進(jìn)行了13次采樣。淋溶水的收集用聚氯乙烯（polyvinyl chloride,PVC）管淋溶計，采集和估算方法參考LI等[16]的研究。將一根外徑160 mm、壁厚4 mm的PVC管截成長為100 cm的小段，一端封口嚴(yán)實，作為底部。在管內(nèi)安置一根橡膠管，用來收集淋溶水。在距離底部20～30 cm的部分，用鉆頭直徑為4 mm的電鉆打若干小孔，將小孔部分用60目尼龍網(wǎng)包裹緊密，以防泥沙進(jìn)入。將PVC管安置在每小區(qū)中間，距表土深度70 cm。頂部用蓋子蓋好，以防雨水進(jìn)入。每次采集時用注射器將管中的淋溶水全部取出，測量其體積并分析其中的N素含量。

在水稻返青期、分蘗期、拔節(jié)期、灌漿期和成熟期，分別在每個單元格按“S”形取5個點，每個點用土鉆（磚頭直徑2.5 cm）采集深度為0～20 cm的土壤樣品，剔除其中的石礫和可見有機(jī)物，過2 mm篩，立即帶回實驗室，進(jìn)行NH4+-N、NO3－-N和MBN含量的測定。NH4+-N含量測定采用納氏試劑分光光度法，NO3－-N含量測定采用紫外分光光度法，TN含量測定采用過硫酸鉀氧化-紫外分光光度法[17]。由于天然水體中亞硝態(tài)氮（NO2－-N）含量較低，可以忽略不計，所以水體TN含量減去無機(jī)N（NH4+-N+NO3－-N）含量即為溶解性有機(jī)N（soluble organic N,SON）含量[18]。土壤MBN含量采用三氯甲烷熏蒸、0.5 mol/L K2SO4溶液浸提法測定[19]。

1.6 數(shù)據(jù)分析

各處理水體N素和土壤MBN的差異顯著性采用單因素方差分析和鄧肯多重范圍檢驗（Duncan's multiple range tests,DMRT）。N素淋溶量與環(huán)境因子的相關(guān)性采用回歸分析法進(jìn)行計算。采用SPSS 19.0軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)的統(tǒng)計和分析；采用Origin 9.1和Excel 2007進(jìn)行作圖。

2 結(jié)果

2.1 不同處理土壤MBN含量的動態(tài)變化

縱觀水稻整個生長期，各處理土壤MBN質(zhì)量分?jǐn)?shù)均呈現(xiàn)先升高后降低趨勢，在水稻分蘗期達(dá)到最高，在成熟期降至最低（圖1）。土壤MBN質(zhì)量分?jǐn)?shù)變化范圍為7.95～28.20 mg/kg，平均為15.25 mg/kg。施肥稻田的平均土壤MBN質(zhì)量分?jǐn)?shù)為18.57 mg/kg，較不施肥稻田（11.65 mg/kg）提高 59.4%（P＜0.05）。養(yǎng)蟹稻田的土壤MBN質(zhì)量分?jǐn)?shù)平均為16.49 mg/kg，較單作稻田提高了17.7%。只有在水稻拔節(jié)期和灌漿期，R1C處理中土壤MBN質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為22.94 mg/kg和20.70 mg/kg，顯著高于R1M處理中土壤MBN質(zhì)量分?jǐn)?shù)（分別為17.28 mg/kg和14.82 mg/kg，P＜0.05），在其他情況下差異不顯著（P＞0.05)。

2.2 不同處理田面水N素含量的動態(tài)變化

如圖2所示：水稻生育期間，各處理田面水NH4+-N質(zhì)量濃度為0.27～38.80 mg/L，平均為5.10 mg/L；NO3－-N質(zhì)量濃度為0.05～8.98 mg/L，平均為1.12 mg/L；TN質(zhì)量濃度為0.70～76.34 mg/L，平均為10.04 mg/L。各處理田面水N素含量的變化趨勢相似：施肥稻田前期達(dá)到峰值，之后迅速下降直至穩(wěn)定；不施肥稻田整個生長期變化平穩(wěn)。NH4+-N是田面水N素存在的主要形態(tài)，平均質(zhì)量濃度占TN的50.8%，NO3－-N質(zhì)量濃度僅占TN的11.2%。

圖1 不同處理土壤MBN含量的動態(tài)變化Fig.1 Dynamic change of microbial biomass nitrogen(MBN)content in soil under different treatments

由圖2還可以看出，施肥稻田田面水NH4+-N、NO3－-N和TN平均質(zhì)量濃度分別為8.69、1.87和17.35 mg/L，分別是不施肥稻田的5.8、6.4和4.9倍，說明田面水N素含量主要受施肥的影響。對比養(yǎng)蟹稻田和單作稻田可以發(fā)現(xiàn)，在不施肥的條件下，R0M處理田面水NH4+-N、NO3－-N和TN平均質(zhì)量濃度分別為1.48、0.36和2.69 mg/L，R0C處理田面水NH4+-N、NO3－-N和TN平均質(zhì)量濃度分別為1.53、0.39和2.76 mg/L，二者差異不顯著（P＞0.05)。在施肥的條件下，R1M處理田面水NH4+-N、NO3－-N和TN平均質(zhì)量濃度分別為8.56、1.86和17.10 mg/L；R1C處理田面水NH4+-N、NO3－-N和TN平均質(zhì)量濃度分別為8.81、1.88和17.60 mg/L，二者差異也不顯著（P＞0.05)?？梢姡B(yǎng)蟹與否對稻田田面水的N素含量沒有影響。

圖2 不同處理田面水N素含量的動態(tài)變化Fig.2 Dynamic change of N concentrations in flooding water under different treatments

2.3 不同處理淋溶水N素含量的動態(tài)變化

如圖3所示，水稻生育期間，稻田淋溶水NH+-4N、NO3－-N和可溶性有機(jī)氮（dissolved organic nitrogen,DON）在前期達(dá)到峰值，之后快速下降至平穩(wěn)。淋溶水NH4+-N質(zhì)量濃度為0～8.82 mg/L，平均為0.74 mg/L；NO3－-N質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.06～9.13 mg/L，平均為1.52 mg/L；DON質(zhì)量濃度為0.09～2.73 mg/L，平均為0.46 mg/L。

在各處理下，NH4+-N、NO3－-N和DON的平均淋溶量分別為1.81、4.61和1.46 kg/hm2（表1）。NO3－-N是淋溶水N素的主要形態(tài)，占TN的58.5%；其次為淋溶水NH4+-N，占TN的23.0%；最低為DON，占TN的18.5%（表1）。在施肥稻田中，前期的N素淋溶量很大，在施肥后約半個月（2013年5月30日—6月12日）R1M和R1C的TN淋溶量分別占全生育期淋溶量的31.3%和34.6%（圖4）。而R1M和R1C的TN淋溶量占各處理施N量的6.1%～7.8%，平均值分別為7.4%和6.3%（表1）?？梢?，淋溶不是肥料N素?fù)p失的主要途徑。

圖3 不同處理淋溶水N素含量的動態(tài)變化Fig.3 Dynamic change of N concentrations in leaching water under different treatments

總的來說，施肥顯著提高了N素的淋溶損失，而養(yǎng)蟹對N素淋溶損失的影響較復(fù)雜（表1）。在不施氮肥稻田，R0M和R0C的NH4+-N、DON和TN淋溶量無顯著差異（P＞0.05），R0M的NO3－-N的淋溶量顯著高于R0C（P＜0.05）；在施肥稻田中，R1C的NO3－-N和TN淋溶量分別較R1M低18.1%（P＜0.05）和15.0%（P＜0.05），而兩者NH4+-N和DON的淋溶量無顯著差異（P＞0.05）。

表1 各處理稻田NH4+-N、NO3－-N、DON和TN的淋溶量Table 1 Cumulative leaching of total NH4+-N，NO3－-N,DON and TN under different treatments

各處理符號表示的含義見表1注。柱狀圖內(nèi)的數(shù)值代表占總TN淋溶量的百分比。Please see the footnote of Fig.1 for the details of each treatment symbol.The values in histograms are the proportion in the total TN leaching content.

3 討論

3.1 稻蟹共作對土壤MBN含量的影響

土壤MBN含量變化范圍為7.95～28.20 mg/kg，和趙先麗等[20]報道的遼寧省稻田土壤MBN含量類似，但是低于南方土壤MBN含量[21-22]，可能與氣候和土壤條件有關(guān)[23]。各處理稻田土壤MBN含量總體呈現(xiàn)先增加后降低的趨勢，于水稻成熟期降至最低。原因是在水稻生長初期，適宜的溫度和前茬留下的秸稈和稻根等有機(jī)物為土壤微生物的繁殖提供了有利的條件，增加了土壤MBN含量[21]。隨著水稻的生長，土壤中MBN含量逐漸下降，直到水稻成熟期降至最低，可能是由于水稻對N素的吸收[24]。因此，土壤微生物既是“N庫”，在土壤N含量豐富的時候，儲存N素；也是“N源”，在水稻需要的時候為水稻供N[25]。在水稻生長后期，由于水稻根系吸N能力減弱，并且根系脫落物增加，促進(jìn)了土壤MBN含量的顯著提升[24-25]。類似的現(xiàn)象并未在本研究中發(fā)生，可能因為北方寒冷的氣溫造成了土壤微生物的死亡，從而降低了土壤MBN含量[26]。施肥增加了土壤MBN的含量，因為施肥增加了土壤的能源物質(zhì)，提高了微生物的活性，進(jìn)而促進(jìn)了土壤MBN的增加[27]。養(yǎng)蟹也提高了土壤MBN的含量，因為河蟹的糞便增加了土壤的有機(jī)質(zhì)含量，為微生物的固N提供了碳源，從而增加了土壤的MBN含量[28]。不過顯著差異僅發(fā)生在施肥稻田的水稻拔節(jié)期和灌漿期，R1C處理的土壤MBN含量顯著高于R1M處理，在其他情況下差異不顯著?？赡芤驗楹有肥请s食性動物，除了攝食配合飼料，還取食稻田中的水生植物[29]、水稻脫落的稻葉、掉落的稻花等有機(jī)物質(zhì)，從而加速了有機(jī)質(zhì)的分解。而施肥稻田中這些有機(jī)物質(zhì)量要遠(yuǎn)高于不施肥稻田，從而只有在水稻生長中后期的施肥稻田中，養(yǎng)蟹稻田與常規(guī)稻田土壤MBN含量呈現(xiàn)顯著差異。但是到了水稻收獲期（9月30日），土壤溫度較低，微生物的生物量降到較低水平，從而無顯著差異。

3.2 稻蟹共作對田面水N素含量的影響

田面水N素的主要存在形態(tài)是NH4+-N，這與很多學(xué)者的報道[5,30]類似。施N可以顯著提高田面水的N素含量。尿素施入稻田后，在脲酶的作用下，迅速水解為NH4+-N。大量的NH4+-N促進(jìn)了水體藻類的發(fā)生，而NH4+-N又經(jīng)過硝化作用成為NO3－-N，所以施肥后，N素含量迅速升高，達(dá)到峰值[31]。之后，隨著氨氣（NH3）揮發(fā)，N素淋失，田面水N素含量急劇下降至平穩(wěn)。此時水稻在返青期，根系生物量小，且根系受傷還未恢復(fù)，吸收水肥能力弱，因此這個時期成為N素?fù)p失風(fēng)險最大的時期[32]。不施肥稻田的初期田面水N素含量也最高，因為稻田土壤在插秧前經(jīng)過深翻，促進(jìn)了土壤有機(jī)質(zhì)礦化，加速了N素釋放[18]。

河蟹對田面水N素含量的影響較小，R0M和R0C、R1M和R1C的N素含量均無顯著差異。雖然河蟹糞便會為稻蟹共作系統(tǒng)提供額外的N素，但是河蟹的活動可能促進(jìn)了水稻對N素的吸收，所以并未觀測到顯著差異。而之前的報道[13]顯示，養(yǎng)蟹可以增加田面水NO3－-N含量，原因是稻田四周挖掘環(huán)溝屬于開闊水體，其溶解氧含量高，硝化作用強(qiáng)，所以田面水中的NH4+-N較易轉(zhuǎn)化為NO3－-N，而水稻對于環(huán)溝水體中N素的吸收較少，因此養(yǎng)蟹可以增加田面水NO3－-N含量。而本次試驗沒有設(shè)置環(huán)溝，稻田水體較小，因此受灌溉和降雨的影響較明顯。另外，在有環(huán)溝的稻田中，河蟹活動較為集中，從而增加了局部水體的N素含量[33]，而在沒有環(huán)溝的稻田，河蟹分布較分散，因此，水體N素增加的現(xiàn)象不明顯。

3.3 稻蟹共作對淋溶水NH4+-N、NO3－-N和TN的影響

施肥顯著提高了N素的淋溶損失。施肥后，短時間大量的N素溶入水中，此時水稻處于秧苗期，吸收能力很弱，所以接近一半的N素淋失發(fā)生在前期；之后，隨著水稻吸收，土壤固定，其他形式的N素?fù)p失，淋溶水N素含量不斷下降，因此，水稻秧苗期成為N素淋溶損失的主要階段[4]。然而，不施肥稻田前期N素淋溶量也較大，所以前期淋溶的N素不完全是因為施肥，還來源于土壤中積累的有機(jī)N的礦化[34]。本試驗TN的淋失量為4.80～13.46 kg/hm2，高于QIAO等[35]和ZHANG等[36]的研究結(jié)果。分析其原因有2點：1）分次施肥較一次性施肥更能增加水稻對N素的吸收，從而降低N素淋溶損失[37]；2）有機(jī)與無機(jī)配施也可以降低N素淋溶損失[9]。施肥稻田R1M和R1C處理的N素淋失率為6.1%～8.4%，處于國內(nèi)當(dāng)季肥料N素淋失率范圍（0.1%～15.0%）之內(nèi)[16]。

關(guān)于淋溶水中主要的N素形態(tài)，一直沒有統(tǒng)一的結(jié)論，可能與種植制度，淋溶水的收集方法、深度和頻率有關(guān)[38]。本試驗結(jié)果表明：淋溶水中NO3－-N是N素流失的主要形態(tài)，占58.5%，其次是NH4+-N，占23.0%，這與ZHANG等[36]的結(jié)論類似。但是紀(jì)雄輝等[39]對雙季稻N素淋溶的研究表明，NH4+-N是無機(jī)N素淋溶的主要形態(tài)，遠(yuǎn)高于NO3－-N。分析其原因，本研究地處北方，降雨量少，稻田只有在6月—10月是淹水狀態(tài)，其他時間大多是落干狀態(tài)；此外，該區(qū)域處于季節(jié)凍融區(qū)，凍結(jié)和融化的過程增加了土壤的通氣性[40]，促進(jìn)了硝化反應(yīng)的發(fā)生。而南方氣候濕潤，降雨量大，雙季稻田土壤常年處于水分飽和與強(qiáng)還原狀態(tài)，無機(jī)N大多以NH4+-N的形式存在[41]。在本研究中，淋溶水NO3－-N含量與田面水NO3－-N含量呈顯著正相關(guān)（圖5），因此可以推測淋溶水中的NO3－-N主要來源于田面水，之前的學(xué)者也有類似的報道[9]。

圖5 田面水NO3--N含量和淋溶水NO3--N含量的相關(guān)性Fig.5 Correlation between NO3－-N concentrations in leaching water and NO3－-N concentrations in flooding water

養(yǎng)蟹可以顯著降低NO3－-N和TN的淋溶量，其原因有以下2點：1）河蟹在稻田中擾動，促進(jìn)了水稻根系對NO3－-N的吸收，從而降低了其淋溶量。水稻是一種喜NH4+-N作物，但是有研究表明，水稻對NH4+-N、NO3－-N的吸收表現(xiàn)出明顯的階段性，從移栽到分蘗期，水稻較多地吸收NH4+-N，從拔節(jié)到成熟期，水稻以吸收NO3－-N為主[42]，甚至水稻根系泌氧作用可以把根系周圍的NH4+-N轉(zhuǎn)化成為NO3－-N，進(jìn)而吸收利用[43]。因此，在水稻拔節(jié)期后，河蟹活動日益旺盛，更加促進(jìn)了水稻對NO3－-N的吸收。2）養(yǎng)殖河蟹可以不斷地向稻田投入有機(jī)肥（糞便），從而改善土壤的質(zhì)地，提高土壤的持水保肥能力，降低NO3－-N的淋溶速率，更利于根系對NO3－-N的吸收[36]。養(yǎng)蟹稻田和單作稻田的NH4+-N的淋溶損失差異不大。因為土壤可以吸附NH4+-N，除了灌溉后的10 d內(nèi)（6月2—12日），各處理土壤NH4+-N均未呈盈余狀態(tài)，因此，水中溶解的NH4+-N在下滲過程中主要被土壤吸附，以供水稻吸收。

3.4 稻蟹共作對淋溶水DON含量的影響

土壤中DON是土壤有機(jī)質(zhì)轉(zhuǎn)化和微生物代謝活動的中間產(chǎn)物，反映了微生物對有機(jī)質(zhì)的分解和利用，是土壤中最活躍的N素組分，雖然量較少，但是容易隨水分移動，所以既方便植物吸收，又容易淋失[44]。各處理稻田DON淋溶主要發(fā)生在水稻返青期和成熟期。一方面，在插秧前，前茬的秸稈、根系等豐富的有機(jī)質(zhì)留在土壤中，而隨著稻田淹水，大量的DON隨著水分流失；另一方面，施肥稻田尿素深施，下層土壤脲酶活性低[45]，尿素分子也隨著水下滲淋失。因此，施肥顯著地提高了DON的淋溶損失。而隨著礦化、水稻吸收、土壤微生物固持等的發(fā)生，DON的淋失降低。在水稻生育后期，水稻根系脫落物不斷增多，以及微生物的死亡，均向土壤中釋放DON[46-47]，導(dǎo)致各處理淋溶水DON含量升高。因此，在不施肥稻田中淋溶水DON含量與土壤MBN含量呈顯著負(fù)相關(guān)（圖6）。而在施肥稻田中，兩者卻不相關(guān)，推測在本試驗中施肥是影響淋溶水DON含量的主要原因。

圖6 不施肥稻田淋溶水DON含量與土壤MBN含量的相關(guān)性Fig.6 Correlation between DON concentrations in leaching water and MBN concentrations in soil under R0M and R0C treatments

由于河蟹的存在，R1C系統(tǒng)中土壤有機(jī)質(zhì)含量高于R1M，而且養(yǎng)蟹促進(jìn)了水稻根系發(fā)育，根系分泌物更多，所以理論上養(yǎng)蟹稻田中DON淋失量要高一些，然而二者并無顯著差異，甚至養(yǎng)蟹稻田的淋溶DON量要低于單作稻田。原因可能是河蟹僅在水土界面活動，其糞便散布土壤表面，即使部分有機(jī)N溶于水后，在下滲的過程中被水稻吸收，或者被微生物吸收同化[48]，所以對40 cm深處的淋溶液影響較小。而河蟹增加了水稻根系的活力，促進(jìn)了其對DON的吸收；同時，促進(jìn)了土壤微生物的增殖，增加了其對DON的固持[25]，從而降低了DON的淋失。

4 結(jié)論

1）NH4+-N是田面水N素的主要淋溶形態(tài)，施肥可以顯著提高田面水N素含量，稻蟹共作對田面水N素含量影響較小。

2）施肥和養(yǎng)蟹均可以提高土壤MBN含量。

3）NO3－-N是淋溶水N素的主要淋溶形態(tài)，施肥顯著降低了淋溶水N素量。養(yǎng)蟹顯著降低了淋溶水NO3－-N含量，但是對淋溶水NH4+-N和DON含量影響較小。與單作稻田相比，在施肥條件下，養(yǎng)蟹使TN淋溶量降低15.0%；在不施肥條件下，使TN淋溶量降低7.2%。R1M和R1C處理的TN淋溶量分別占當(dāng)季施肥量的7.6%和6.3%。