背景
近年来的研究表明，在诸多影响因素中，微生物活动在稻田土壤N素转化和供应以及调节中起着至关重要的作用。作为组成土壤微生物主要类群之一的藻类 ，在它们的生命过程中，对于土壤养分的转化和土壤肥力的提高都具有直接或间接的影响。以前的有关研究主要集中在藻类的固 N作用和对稻田N素损失的影响方面，而藻类对施入稻田的化肥N在稻田土壤中的转化、迁移 、固定、损失等过程 的影响程度与作用机理及其相关的影响因素还没有进行系统深入的研究 。如今，在稻田生产中，N、P的大量施用，使得水稻田中藻类大量繁殖，已经成为一种普遍的现象 。本文在总结已有稻田藻类研究的基础上，结合温室盆栽试验的结果，讨论了稻田藻类对化肥N的氨挥发损失过程的影响，提出了减少N素氨挥发损失和合理利用稻田藻类的方法，为提高N肥利用率、减少N索引起的环境污染提供科学依据。
1研究目的及意义
在稻田生产中，氮、磷的大量施用，使得水稻田中藻类大量繁殖，已经成为一种普遍的现象。以前对稻田藻类特别是蓝绿藻的固氮作用研究较多，取得了重大成果。关于稻田藻类的生长规律、藻类体内氮磷积累等藻类与稻田氮素循环的报道较少，如果不对藻类在稻田生态系统中的作用深入研究并作出综合评价，就盲目使用杀藻剂，既可能对环境造成污染，又可能造成水稻品质的下降，更为重要的是造成稻田生态系统中生物多样性减少反而会促进氮磷的损失。有鉴于此，通过田间试验研究分析藻类对氮素损失的影响、藻类吸收与固定施入稻田的化肥氮、磷的作用进行养分再利用情况以及稻田藻类存在对水稻生产影响的程度，可以为下一步深入研究藻类在稻田生态系统的养分转化、迁移及固持中的作用奠定基础，而且也为研发有效提高氮肥利用率，减少环境污染的新技术和方法提供科学的依据。
2国内外研究进展
2.1农田氮磷施用对环境的影响
水稻是我国粮食作物体系的重要环节，在粮食作物排行榜上高居首位[1]，产量超过目前粮食总产量的三分之一。我国有超过65%的人口将稻米作为主要食物[2]，稻米在粮食生产和消费中一直处于领先地位[3]。与此同时，我国的氮肥消耗量也居世界首位，稻田氮肥的利用率为30% -40%，而其利用率仅为15% -25%[4,5]。在对稻田施肥时，粮食作物对肥料中的氮磷无法全部吸收利用，通过氮素气态损失、氮磷径流损失和氮磷淋溶流失等途径进入周围环境[6]。由于化肥的大量使用及利用率过低导致周围环境失衡，造成氮、磷、钾等营养物质大量进入湖泊、河口和海湾等，引起水体富营养化。水体形成富营养化时，水体中N、P营养物质富集，引起藻类及其它浮游生物的迅速繁殖，水体透明度及溶解氧含量下降，水质恶化，鱼类及其它水生生物大量死亡，加速湖泊老化，从而使湖泊生态系统和水功能受到阻碍和破坏，甚至给水资源的利用，如饮用水，工农业供水、水产养殖、旅游以及水上运输等造成巨大损失。水体富营养物质氮、磷的来源主要有城镇生活污水、含氮、磷的工业废水和农田氮磷肥。其中，农田氮、磷的流失是引起水体富营养化的重要原因。作物周围环境吸收了大部分损失的氮肥、磷肥，引起农业非点源污染，破坏动物、植物正常的生长条件，乃至危害人类健康[7]。
2.2氮磷对水稻的生理作用
氮对水稻的生理作用：在各种营养元素中，氮素对水稻生长发育和产量的影响最大。水稻在不同生育时期，各器官的氮素含量是不同的。蛋白质是生命的基础物质，氮是构成蛋白质的主要成分，占蛋白质含量的16%-18%。水稻体内的核酸、磷脂、叶绿素及植物激素，某些维生素如维生素B1、维生素B2、维生素B6等重要物质也都含有氮。所以，氮素在维持和调节水稻生理功能上具有多方面的作用。氮素能明显促进茎、叶生长和分蘖原基的发育，所以植株体内含氮量越高，叶面积增长越快，分蘖数越多。氮素还与颖花分化及退化有密切关系，一般适量施用氮素能提高光合作用和形成较多的同化产物，促进颖花的分化并使颖壳体积加大，从而可增大颖果的内容量，有利于提高谷重。
作物缺氮症状通常表现为叶色失绿，变黄。一般先从下部叶片开始。缺氮会阻碍叶绿素和蛋白质的合成，从而减弱光合作用，影响干物质生产。严重缺氮时细胞分化停止，表现为叶片短小，植株瘦弱，分蘖能力下降，根系机能减弱。氮素过多时，叶片拉长下披，叶色浓绿，茎徒长，无效分蘖增加，群体容易过度繁茂，致使透光不良，结实率下降，成熟延迟，加重后期倒伏和病虫害的发生。
磷对水稻的生理作用：磷是细胞质和细胞核的重要成分之一，而且直接参与糖、蛋白质和脂肪的代谢，一些高能磷酸又是能量储存的主要场所。磷素供应充足，水稻根系生长良好，分蘖增加，代谢作用旺盛，抗逆性增强，并有促进早熟和提高产量的作用。磷参与能量的代谢，存在于生理活性高的部位。因此，磷在细胞分裂和分生组织的发育上是不可缺少的，幼苗期和分蘖期更为重要。水稻缺磷时植株往往呈暗绿色，叶片窄而直立，下部叶片枯死，分蘖减少，根系发育不良，生育停滞，常导致稻缩苗、红苗等现象发生，生育期推迟，严重影响产量。
2.3稻田氮磷流失现状
稻田氮磷流失途径分为氮素气态损失、氮磷径流损失和氮磷淋溶流失三大类[6]。除土壤中残留的小部分氮被植物吸收外，由于淋溶、径流、气体挥发及硝化-反硝化等作用，投入稻田的大部分氮会损失，其中气态损失的氮占氮素总损失量的70% -80%。此外，地表径流也是稻田土壤氮磷流失的重要途径之一。研究表明，施肥后氮和磷主要通过地表径流和地下管网流入水体，导致水体富营养化[8]。由地表径流造成的氮磷损失可分为两种：一种是土壤全氮（沉积氮)、全磷（沉积磷)的损失;另一种是土壤可溶性氮（溶解氮)、可溶性磷（溶解磷)的损失[9]。施用于农田的氮肥有30%-40%通过淋溶进入地下水[5，10]。硝化-反硝化也是稻田氮素流失的途径之一，其产生的N2O还会造成大气污染。
氨挥发是稻田氮素迁移损失的一个重要途径，铵态氮水解产生的氨极易进入土壤空气，并扩散进入大气，这一过程称为氨挥发。影响氨挥发的因素主要包括气候条件、土壤或表层水(淹水稻田)的pH、肥料类型、施肥量和施肥方式、植物生长状况、测量方法、藻类生长等。
2.4藻类在水体环境与水稻田中的作用差异
富营养化已成为一个全球性的重大水环境问题，藻类大量生长和繁殖是水体富营养化的标志。由此可造成水质恶化、水体功能下降、水生生物死亡等灾难性后果，它不仅制约了地表水资源的可利用性，而且直接影响人类的健康生存与社会经济的持续发展[11]。水体富营养化的根本原因是水体中氮、磷等营养元素过量，而这些过量的营养元素不外乎来源于工业废水、生活污水、农田流失的氮、磷以及水生养殖的饵料等[12]。但是，藻类生长在水稻田中却是很普遍的现象，因为，对稻田生产而言，田面水富含氮、磷等营养元素是水稻生长必需的条件，同时也会促进藻类的生长。藻类的生长可促进稻田养分的生物转化与循环，最重要的是藻类能吸收固持氮、磷，氮、磷固持在稻田中有利于土壤肥力的提高，而一旦流失到水环境中就会造成环境危害[13]。
2.5藻类具有固氮作用
有研究表明，固氮蓝绿藻对稻田的生长有重要作用，把热带稻田土壤氮素的自我维持归功于固氮蓝绿藻的生长，稻田土壤中植物可利用氮的量由于固氮蓝绿藻的生长而增加，田间试验也发现，在100 -150 kg/hm2氮肥施用条件下，如果稻田再接种蓝绿藻，可以使水稻产量提高5% -25%[13]。藻类通过对无机态氮的固持作用，可以减少其在稻田土壤中的累积，从而有效减少氮素损失。
2.6藻类能够提高磷的有效性
由于藻体的分解会增加土壤的还原条件，促使Fe3+-P向可溶性的Fe2+-P转化。同时，藻体分解还会生成各种形式的化合物，很多化合物具有螯合功能，能够螯合难溶性Fe-P、Al-P中的Fe和Al，从而将其中的磷释放出来，成为植物可利用的磷元素[14]。
2.7藻类具有促进作物生长的作用
很多研究表明，在施用氮肥条件下，蓝绿藻提高作物产量的作用归因于蓝绿藻能够产生生长促进物质。很多研究者发现，将粮食作物的种子同藻类或它们的提取物一起培养，种子萌发和长势比较好。他们中的很多人观察到藻类促进水稻种子的萌发、根和茎的生长，以及增加水稻籽粒干重和籽粒蛋白质含量的现象。然而关于这些生长促进物质的本质存在不同的观点，有些人认为这些物质是一些类似植物激素的化合物，如赤霉素、细胞分裂素；另外一些人认为这些生长促进物质是一些维生素，特别是维生素B[14]。
近年来的研究表明，在诸多影响因素中，微生物活动在稻田土壤氮素转化和供应以及调节中起着至关重要的作用[15]。作为组成土壤微生物主要类群之一的藻类，在它们的生命过程中，对于土壤养分的转化和土壤肥力的提高都具有直接或间接的影响。如今，在稻田生产中，氮、磷的大量施用，使得水稻田中藻类大量繁殖，已经成为一种普遍的现象。
3所要解决的科学问题
氮、磷肥的大量投入，会导致氮和磷以不同途径进入大气和水体，对环境产生污染并带来巨大的经济损失，引起稻田藻类大量繁殖。农田中藻类生长与氮素转化之间的关系已受到广泛关注。本文旨研究田间小区试验研究稻田藻类生长与氨挥发的关系以及对藻体氮磷积累和水稻生产的影响。这对科学合理的制定稻田氮素的管理措施、降低环境污染等具有重要的理论和现实意义。
4研究方案
4.1试验设计
试验于2021年稻季开始，共设置6个处理，各处理3次重复，随机区组排列，小区试验区面积大小适宜，灌溉用水为附近河水，水稻移栽后除水稻分蘖后期烤田一周以及收获前14天小区无灌水其余时间保持田面水层3-4 cm，当田面水低于2 cm时小区灌水，一般在早晨进行。所用氮肥为尿素，磷肥为过磷酸钙，钾肥为氯化钾。氮肥按照一定比例在适当时间施用基肥、分蘖肥、拔节肥（比例、时间未定）。
5测定分析项目指标
1、稻田藻类叶绿素a含量的测定
2、氨挥发的测定
3、氮磷含量的测定
6关键指标参数的测定原理与方法
6.1稻田藻类叶绿素a含量的测定
藻类叶绿素a含量具体测定方法是：用分光光度计于波长665nm和750nm处测吸光度，然后加1滴l mol/L的盐酸酸化，于波长665nm和750nm处再测吸光度，结果计算公式为：
Chla乙醇=27.9×[(E665-E750)-(A665-A750)]×V/S
其中，Chla乙醇为乙醇法测定的叶绿素a含量(ug/cm2)，E665为乙醇萃取液于波长665nm的吸光度，E750为乙醇萃取液于波长750nm的吸光度，A665为乙醇萃取液酸化后于波长665nm的吸光度，A750为乙醇萃取液酸化后于波长750nm的吸光度；V为乙醇萃取液的体积(ml)；s取样面积(cm2)。
6.2氨挥发的测定
采用密闭室间歇通气法测定氨挥发，原理是用抽气减压的办法将田面挥发到空气中的氨吸入装有60 ml硼酸溶液(20 g/L)的洗气瓶，使其吸收固定于硼酸溶液中，并用标准稀硫酸滴定，即为氨挥发损失量[16]。
6.3氮磷含量的测定
用无磷滤纸过滤样品，其余未过滤样品仍保留，所有水样放置4℃冰箱尽快测定。水样测定过滤前总氮(TN)和过滤后总氮(溶解态DN)浓度，其差值即为颗粒态氮(PN)，同时测定过滤液中的NH4+-N和NO3--N浓度。另测定过滤前总磷(TP)、过滤后总磷(溶解态磷DP)浓度。总氮采用进口过硫酸钾氧化，然后在220 nm和275nm双波长下比色测定，NH4+-N采用靛酚蓝比色法，经靛酚蓝显色后在635 nm下比色NO3--N则直接采用紫外分光光度法直接在220 nm和275 nm双波长下比色，总磷采用过硫酸钾氧化后，与钼酸盐溶液显色后在700 nm下比色。藻样、水稻茎秆、籽粒及土样全氮含量采用凯氏定氮法，全磷含量采用钼蓝比色法。
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