Effects of Biogas Slurry on Yield of Pennisetum and Inorganic Nitrogen and Enzymatic Activities in Soil
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摘要: 通过沼液浇灌人工草地定位试验，以‘闽牧6号’狼尾草P.americanum×P.purpureum CV.Minmu 6为供试植物，研究不同沼液浇灌量（N1~N5）对狼尾草株高、产量以及土壤铵态氮、硝态氮、脲酶、蛋白酶、谷氨酰胺酶和天冬酰胺酶活性的影响。结果表明：与对照（N1）相比，施沼液可显著提高狼尾草株高，但N2~N5之间没有显著差异（P>0.05）。施沼液还能显著提高狼尾草产量（P < 0.05），全年最高可增产119.0%，增产量为174754 kg·hm-2。施沼液对0~20 cm和20~40 cm土层土壤铵态氮含量影响不显著（P>0.05）。0~20 cm和20~40 cm土层土壤硝态氮含量随沼液浇灌量的增加呈上升趋势，且0~20 cm土层，N4和N5处理较N1处理土壤硝态氮含量显著增加（P < 0.05）。T1时期，施沼液对脲酶、蛋白酶、谷氨酰胺酶和天冬酰胺酶活性无显著影响（P>0.05）。相关性分析表明，施沼量与株高在各个时期都达到显著性相关（P < 0.05），与0~20 cm土层土壤硝态氮含量及产量达到极显著相关（P < 0.01），T1时期，与4种酶活性没有显著相关性（P>0.05）。Abstract: To explore the potential of utilizing slurry from biogas-producing fermentation beds for fertilization, 'Fujian 6' grass (Pennisetum americanum P. purpureum CV. Minmu 6) was used in a turf experiment. Varied quantities of slurry application (i.e., N1 as control, and N2 through N5 as treatments) on the grass were executed. The plant height and yield of the grass, as well as the ammonium nitrogen, nitrate nitrogen and the activities of urease, protease, glutaminase and asparaginase in the soil, were determined. The results showed that the applications improved the plant height over N1, but no significant differences among the treatments (P>0.05). The grass yield was also significantly increased (P < 0.05) reaching 174 754 kg·hm-2, a level 119.0% higher than that of N1. In the 0-20 cm or 20-40 cm soil layers, there was no significant change on the ammonium nitrogen content (P>0.05), but the nitrate nitrogen increased with increasing slurry application. Compared to N1, N4 and N5 significantly increased the nitrate nitrogen content in the 0-20 cm soil (P < 0.05). The effects of biogas slurry on the activities of urease, protease, glutaminase and Asparaginase were not significant during T1(May, 7, 2015) period (P>0.05). A correlation analysis on the data re-confirmed a significant correlation between the biogas slurry applications and the plant height of the grass (P < 0.05), and an extremely significant correlation between the applications and the nitrate nitrogen in 0-20 cm layer of soil and the yield of the grass (P < 0.01) at all time periods, but none on the enzymatic activities during T1 period.
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Keywords:
- biogas slurry /
- Pennisetum /
- ammonium nitrogen /
- nitrate nitrogen /
- enzymatic activity
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我国再生稻栽培历史悠久，但直到20世纪70年代后发展较快，已分布全国14个省市[1-2]，林文雄，徐富贤等对再生稻品种的再生力、生理生态及栽培技术进行较系统的研究[3-4]，再生稻产量主要来源于其新生叶片光合作用的产物[5-7]；而杂草与水稻争光、水和肥，是水稻减产的主要原因之一[8]，且稻田杂草种类、密度不同导致水稻产量损失差异较大[9-10]；农田杂草的群落特征和演替趋势受栽培制度直接影响[11-13]，李淑顺等[14]研究直播等5种轻型栽培与人工移栽相比具有不同的杂草优势种和群落演替，张夕林[15]报道直播或抛秧稻田杂草种娄多，发生量是移栽稻田的5~6倍，说明水稻不同栽培方式均可影响稻田杂草群落组成及多样性。目前，再生稻田杂草种类及群落特征未见报道，本研究对闽中地区尤溪县主要再生稻田杂草群落进行调查，明确了该县再生稻田杂草种类和群落特征，以期为再生稻田杂草的化学防控提供理论依据。
1. 材料与方法
1.1 研究区域概况
尤溪县位于北纬25.8°~26.4°，东经117.8°~118.6°，福建中部山区, 属中亚热带季风气候。境内海拔高度差异悬殊，大部分地区海拔在250~550 m，从低海拔到高海拔的年平均气温为19.6~15.8℃，降水量1 400~1 800 mm，适宜再生稻种植[16]。水稻种植面积2.5万hm2，多采用移栽方式，2010年全县再生稻面积达0.75万hm2[17]，是我国再生稻栽培水平较高的县市之一。
1.2 调查方法
于2015年8月在尤溪县梅仙镇、西滨镇、西城镇、联合乡、溪尾乡等5个乡(镇)11个自然村再生稻主栽区，采用倒置“W”型取样法[18]取样，在选取的自然田块样点中以双对角线5点取样，每样点为0.2 m2，调查杂草种类及其数量，禾本科杂草以分蘖数计算株数[19]。
1.3 数据统计与分析
对各样方再生稻田杂草群落的种类及数量进行统计[19-20], 采用优势度(RA)、相对优频度(RF)、物种丰富度(M)、Simpson多样性指数(D)、Shannon-Wiener多样性指数(H) 及Pielou均匀度指数(J) 对再生稻田杂草多样性进行测度。采用Excel 2003和SPSS 13.0对数据进行处理。
1.4 相对优势度(RA) 划分
根据相对优势度(RA) 指数对物种的优势度进行划分，标准为RA≥15时为恶性杂草，10≤RA＜15时为区域性恶性杂草，2≤RA＜10时为常见杂草，RA＜2时为一般杂草。
2. 结果与分析
2.1 杂草种类
尤溪县梅仙镇等5个乡(镇)11个自然村再生稻主栽区，再生稻田杂草初步调查有17种，分别为禾本科Gramineae：稗草Echinochloa crusgalli (L.) Beauv.，千金子Leptochloa chinensis(L.) Nees，双穗雀稗Paspalum distichum L；莎草科Cyperus iria：碎米莎草Cyperus iria L, 日照飘拂草Fimbristylis miliacea(L.) Vahl，野荸荠Heleocharis plantagineiformisTang et Wang；千屈菜科Lythraceae：节节菜Rotala indica (Willd.) Koehne.，园叶节节菜Rotala rotundifolia(Buch.-Ham. ex Roxb.) Koehne；柳叶菜科Onagraceae：丁香蓼Ludwigia prostrata Roxb.，草龙Ludwigia hyssopifolia (G. Don) Exell.，鲤肠EcIipta prostrata L；蓼科Polygonaceae：水蓼Polygonum hydropiper L；玄参科Scrophulariaceae：陌上菜Lindernia procumbens (Krock.) Philcox；萍科Marsileaceae：四叶萍Marsilea quadrifolia L；苋科Amaranthaceae：莲子草Alternanthera sessilis(L.) DC；雨久花科Pontederiaceae：鸭舌草Monochoria vaginalis(Burm.f.) Preslex Kunth；鸭跖草科Commelinaceae：竹节菜Commelina nudiflora L，隶属11科，其中，禾本科和莎草科各3种，和柳叶菜科各2种，其他科均为1种。禾本科和莎草科所属杂草种类较多，共占再生稻田杂草种类的35.3%。11个自然村中，除溪尾村和莘田村2个自然村未查到杂草外，以及下保村仅查到4种杂草和联合村、麻洋村3种杂草外，其他6个自然村杂草种类达9种以上(图 1)。
2.2 杂草群落组成
由于再生稻田生镜(地理位置、海拔高度) 条件、栽培技术水平、头季稻田除草剂使用的不同，尤溪县华兰村、蓬村、庄前村、音头村、隔邱头村和麻泽村等6个自然村再生稻田的杂草种类和群落组成差别较大(表 1、图 1)，华兰村再生稻田杂草种类有11种，“千金子+鲤肠+稗草+水蓼+四叶萍”为优势群落，蓬村再生稻田杂草种类有12种，“节节菜+圆叶节节+野荸荠+千金子+鸭舌草”为优势群落，庄前村再生稻田杂草种类有9种，“鸭舌草+节节菜+野荸荠+稗草+千金子+鲤肠”为优势群落，音头村再生稻田杂草种类有10种，“稗草+鲤肠+陌上菜+水蓼+鸭舌草”为优势群落，隔邱头村再生稻田杂草种类有14种，“鸭舌草+节节菜+圆叶节节+稗草+千金子”为优势群落，麻泽村再生稻田杂草的种类有14种，“千金子+陌上菜+双穗雀稗+鸭舌草+鲤肠+稗草”为优势群落，各自然村再生稻田优势群落的杂草其优势度大于10.0。
表 1 尤溪县再生稻田杂草优势度或相对频度Table 1. Relative abundance and frequency of weeds found in regeneration rice fields at Youxi County杂草名称 优势度 综合优势度 相对频度 华兰村 蓬村 庄前村 湆头村 隔邱头村 麻泽村 千金子 49.91 18.17 10.25 5.44 11.47 31.84 21.18 11.92 鲤肠 38.09 9.71 10.16 31.87 0.00 14.77 17.43 10.21 稗草 12.60 8.80 12.03 36.56 19.14 11.47 16.78 12.35 水蓼 10.22 5.47 0.00 19.37 9.27 5.44 8.30 6.86 四叶萍 10.69 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 1.78 1.40 陌上菜 7.10 7.82 7.44 24.08 9.44 25.64 13.59 10.25 碎米莎 5.32 0.00 0.00 0.00 3.50 7.25 2.69 2.65 飘拂草 6.04 0.00 0.00 0.00 6.38 6.83 3.21 3.52 节节菜 3.93 27.94 18.79 9.23 22.96 3.80 14.44 9.54 莲子草 3.63 0.00 0.00 2.43 0.00 5.31 1.90 2.12 草龙 2.47 3.55 0.00 0.00 0.76 0.00 1.13 1.08 圆叶节节 0.00 26.66 0.00 0.00 21.60 0.00 8.04 3.07 野荸荠 0.00 23.57 15.56 0.00 7.65 2.65 8.24 4.48 鸭舌草 0.00 11.48 67.27 15.87 30.72 12.17 22.92 5.54 竹节菜 0.00 4.02 5.67 3.79 2.15 3.85 3.25 12.06 双穗雀稗 0.00 2.82 2.83 1.35 3.25 17.92 4.70 2.43 丁香蓼 0.00 0.00 0.00 0.00 1.70 1.03 0.46 0.53 2.3 杂草群落特征
根据尤溪县华兰村、蓬村、庄前村、音头村、隔邱头村和麻泽村等6个自然村再生稻田杂草优势度、相对频度及其在各自然村稻田发生情况，将其划分为4种类型，即恶性杂草、区域性恶性杂草、常见杂草和一般杂草。千金子、鳢肠、稗草3种杂草的综合优势度＞15.0，相对频度＞10.0，为尤溪县再生稻田恶性杂草；陌上菜、节节菜、野荸荠3种杂草的综合优势度介于10.0~15.0，相对频度＞5.0，为尤溪县再生稻田区域性恶性杂草；水蓼、圆叶节节菜、竹节菜、碎米莎草、飘拂草、鸭舌草、双穗雀稗7种杂草的综合优势度为2.0~10.0，相对频度＞2.0，为尤溪县再生稻田常见杂草；四叶萍、莲子草、草龙、丁香蓼4种杂草的综合优势度＜2.0，相对频度＜2.0，为尤溪县再生稻田一般杂草(表 1)。
2.4 杂草群落的物种多样性
表 2表明，尤溪县6个自然村再生稻田中，隔邱头村、麻泽村再生稻田杂草群落的物种丰富度较高，均为14种杂草，庄前村最少，为9种。从物种多样性分析，蓬村、隔邱头村和麻泽村的物种多样性较高，Shannon-Wiener指数达2.1以上，从衡量群落物种优势集中性的辛普森指数看，庄前村、华兰村明显高于其他自然村，而各自然村再生稻田杂草群落的均匀度指数较相近。
表 2 尤溪县再生稻田杂草群落的物种多样性Table 2. Species diversity index of weed communities in regeneration rice fields at Youxi County地点 物种
丰富度Simpson
点指数Shannon-Wiener
指数Pielou均匀
度指数华兰村 11 0.2792 1.6411 0.6844 蓬村 12 0.1391 2.175 0.8753 庄前村 9 0.3129 1.5978 0.7272 湆头村 10 0.172 1.9287 0.8376 隔邱头村 14 0.1334 2.2291 0.8447 麻泽村 14 0.1369 2.205 0.8355 3. 讨论与结论
耕作制度极大影响农田杂草的发生和危害，且不同种植方式影响农田杂草群落结构组成和杂草群落的多样性，水稻轻型栽培技术导致稻田杂草群落结构复杂、草害加重[14, 21]，卢彩燕[22]报道，福建省水稻田主要杂草有：稗草、千金子、鸭舌草、圆叶节节菜、节节菜、水龙、莲子草、碎米莎草、双穗雀稗、四叶萍、丁香蓼、异型莎草、水竹叶、矮慈姑等。本研究结果表明：尤溪县再生稻主要种植区田间杂草发生种类与福建省水稻田杂草发生种类相近，可能是再生稻仅是头季稻延续的缘故，即再生稻栽培方式未能促进头季稻田杂草种子库其他杂草萌发，而与移栽水稻田发生的杂草种类相近，不如直播特别是旱直播等轻型栽培，导致田间杂草群落结构更加复杂。
稻田保有水层深浅不同，杂草发生种类及其优势度差异较大[20]，使用不同除草剂或连续使用同一除草剂对稻田杂草群落组成、特征和物种多样性影响显著[23-24]，间歇灌溉比淹灌增加了田间杂草种类和多样性[25]，长期不同施肥方式影响杂草种类和密度，能显著改变田间杂草群落的组成，改变某些杂草在群落中的优势地位[26-27]，尤溪县5个乡镇11个自然村再生稻田的杂草种类、群落组成和物种多样性差别较大，可能与稻田生态环境及各地农民种植头季稻精耕细作程度、留桩高度、使用除草剂不同和施肥水平不同有关，待进一步探讨。
尤溪县种植再生稻已有20多年[17]，多采用头季稻早攻促早发，适时烤(搁) 田和重施催芽肥，头季稻收割后当天复水，田间保持湿润发苗、浅水长苗、水层养穗、干湿到成熟的栽培措施[28]。从尤溪县再生稻田杂草的发生危害情况来看，千金子、鳢肠、稗草3种恶性杂草和陌上菜、节节菜、野荸荠3种区域性恶性杂草是再生稻田的主要害草，作为重点控制或研究。同时，还要监测田间常见杂草和一般杂草种群演替及头季稻落粒稻苗的危害。
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图 1 不同沼液浇灌量下土壤铵态氮含量的变化
Figure 1. Changes on ammonium nitrogen content in soil with biogas slurry applications
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图 2 不同沼液浇灌量下土壤硝态氮含量的变化
Figure 2. Changes on nitrate nitrogen content in soil with biogas slurry applications
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图 3 不同沼液浇灌量下土壤酶活性的变化
Figure 3. Changes on enzymatic activities in soil with biogas slurry applications
表 1 土壤基本理化性质
Table 1 Basic physical and chemical properties of soil at test site
项目 含量 pH 4.72 全氮/(g·kg-1) 0.79 全磷/(g·kg-1) 0.38 全钾/(g·kg-1) 56.38 有机质/(g·kg-1) 15.28 碱解氮/(mg·kg-1) 73.91 速效磷/(mg·kg-1) 41.51 
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表 2 不同沼液浇灌下狼尾草植株株高和产量的变化
Table 2 Changes on height and yield of Pennisetum with biogas slurry applications
处理 株高/m 小区产量/kg T1 T2 T3 T1 T2 T3 N1 1.52±0.18a 1.75±0.05a 2.18±0.19a 24.82±8.04a 31.63±7.21a 31.61±2.96a N2 1.86±0.08b 2.13±0.01b 2.32±0.03ab 42.07±3.92ab 53.56±3.07b 53.12±4.18b N3 1.83±0.02b 2.26±0.15b 2.56±0.14b 43.23±7.65ab 60.32±1.35bc 53.7±3.58bc N4 1.85±0.02b 2.19±0.02b 2.44±0.04b 45.61±8.60ab 63.95±3.71bd 52.18±6.94b N5 1.97±0.04b 2.17±0.14b 2.42±0.03b 57.18±9.41b 68.64±0.43cd 67.03±1.78c 注：同列数据后不同小写字母表示各数值之间差异显著(P < 0.05)。下表同。
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表 3 T1时期各指标之间相关性
Table 3 Correlation among all indices in T1
相关性 施沼量 株高 产量 硝态氮 铵态氮 脲酶 蛋白酶 谷氨酰胺酶 天冬酰胺酶 施沼量 1 0.631* 0.639* 0.687** 0.285 0.383 -0.096 -0.460 -0.161 株高 1 0.752** 0.631* -0.012 0.606* 0.284 -0.068 0.414 产量 1 0.794** 0.156 0.441 134 0.034 0.217 硝态氮 1 0.184 0.154 -0.048 -0.027 0.087 铵态氮 0 1 -0.119 0.039 -0.396 -0.327 脲酶 0 1 0.134 0.132 0.419 蛋白酶 1 0.373 0.419 谷氨酰胺酶 1 0.657** 天冬酰胺酶 1 注：*在0.05水平(双侧) 上显著相关；**在0.01水平(双侧) 上显著相关，下表同。
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表 4 T2和T3时期各指标之间相关性
Table 4 Correlation among all indices in T2 and T3
相关性 T2 T3 施沼量 株高 产量 硝态氮 铵态氮 施沼量 株高 产量 硝态氮 铵态氮 施沼量 1 0.611* 0.846** 0.827** -0.451 1 0.531* 0.769** 0.783** 0.874** 株高 1 0.701** 0.304 -0.351 1 0.457 0.281 0.315 产量 1 0.655** -0.509 1 0.738** 0.572* 硝态氮 1 -0.298 1 0.752** 铵态氮 1 1
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期刊类型引用(6)
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