水生植物对蟹塘NH3挥发和N2O排放的影响
时间：2023-06-25 21:20:02 来源：雅意学习网 本文已影响 人 
刘永茂， 付卫国， 沈明星， 朱卫峰， 徐君， 施林林,*
(1.苏州市农业科学院, 江苏 苏州 215155；
2.江苏大学, 江苏 镇江 212000；
3.国家土壤质量相城观测实验站, 江苏 苏州 215155；
4.江苏沙家浜渔业科技有限公司, 江苏 常熟 215500)
1.1 试验区概况
试验地位于苏州市相城区太平镇河蟹养殖基地(31°26′37.84″N，120°42′43.92″E)，属亚热带南部季风气候，2019年河蟹养殖期间日均气温范围为9.0～38.0 ℃。试验塘长20 m，宽5 m，面积约为100 m2，试验塘之间用宽0.4 m，高1.5 m的水泥墙进行隔断，塘底为自然土，养殖用水为阳澄湖自然水体。试验开始前，试验塘已连续顺利运行8 a，每年冬季清理塘底淤泥约5 cm。
1.2 试验设计
挑选9个均匀一致养殖塘，采用随机区组设计，每个处理重复3次。处理包括伊乐藻(Elodeanuttdlii)处理(EL)、蕹菜(Ipomoeaaquatica)处理(IP)、伊乐藻与蕹菜1∶1混合种养处理(E-L)。其中伊乐藻属水鳖科，水蕴藻属，为多年生沉水草本植物；
蕹菜，俗称空心菜，属旋花科，番署属，为水陆两栖性一年生草本植物，蔓生或漂浮于水面。
1.3 水生植物与河蟹放养
在水生植物种养前，先用次氯酸钠对塘底进行消毒1周，之后放入清水保持水面高度约10 cm，按45 kg·hm-2投入45%复合肥(N 15%、P2O515%、K2O 15%)，并在3～5 d后进行伊乐藻的移栽(3月初)。伊乐藻密度按0.5 m×0.5 m种植1穴(每穴约40芽)，伊乐藻处理中伊乐藻种植面积为试验塘面积的60%，伊乐藻和蕹菜混合种养处理伊乐藻种植面积为试验塘面积的30%，并用围网进行固定。伊乐藻活颗7～10 d后将水深加至50 cm，按每1 m2水面投入蕹菜嫩枝0.5 kg计，将蕹菜嫩枝直接抛入水面。其中，蕹菜处理中蕹菜覆盖面积占试验塘面积的60%，伊乐藻和蕹菜混合种养处理中蕹菜和伊乐藻种植面积分别占试验塘面积的30%，并用围网进行面积固定。在5月10日左右，按50 kg·hm-2施用三元复合肥促进植物生长。养殖品种为中华绒螫蟹(Eriocheirsinensis，以下简称河蟹)，蟹苗规格每只80～100 kg，投放量为15 000只·hm-2，养殖方法参考本地农户养殖。
1.4 氨挥发采集与分析
NH3采集试验于2019年3—11月进行，其间NH3挥发量用通气法测定,此法操作方便且测定结果精准，回收率高达99.5%。通气法装置以PVC塑料管制作而成，内径15 cm，高10 cm，底座用20 cm×20 cm×5 cm的泡沫板制成，测定过程中将两块厚度均为2 cm、直径为16 cm的海绵均匀浸以15 mL磷酸甘油溶液(50 mL磷酸+40 mL丙三醇，定容1 000 mL)，将其置于PVC管中，下层海绵距水面约5 cm，而上层海绵则与管顶部相平。在各处理的蟹塘水面随机放置3个捕获装置，次日早晨9:00取样，将通气法装置中下层的海绵取出，装入500 mL的振荡瓶中，分别加入300 mL的1 mol·L-1的KCl溶液，使海绵完全浸于其中，振荡1 h后，浸提液中的NH3-N用连续流动分析仪(Skalar SAN++)测定。
1.5 N2O采集与分析
气体采集试验开始于2019年3月，至当年11月结束，每10 d对蟹塘N2O通量进行观测。方法为静态密闭箱法，采气时间为当日8:30—11:30[6]。气体采样装置为有机玻璃制成的无底正方体箱，箱体外层包裹锡箔，底座用泡沫板制成，箱底边长37 cm，箱高60 cm。采样前先将底座放置于蟹塘水面中心位置处并固定，为了尽可能的减少采样干扰，在蟹塘中心位置处搭建木桥以便采样。采样时，先在底座凹槽内填加适量的水，再将顶箱扣在底座凹槽内，同时接通电源打开风扇混匀箱内气体。按0、5、10和15 min时间间隔，用50 mL注射器抽取约100 mL气体打入真空状态下的铝箔采样袋内，并记录箱内温度。每次采完气后，将顶箱移走，保留底座不动。
将采集的100 mL气样带回实验室采用岛津GC-2014C气相色谱仪测定N2O含量。N2O通量是指单位时间内单位面积上N2O变化量，正值表示气体从水体向大气排放，负值表示水体吸收消耗大气中的该气体，蟹塘N2O通量计算公式如下[7]:
(1)
蟹塘N2O累积排放量计算公式[8]:
(2)
式中：Y为气体累积排放量(kg·hm-2)；
F为气体排放通量(mg·m-2·h-1)；
i为第i次，(Ti+1-Ti)为两次采样间隔天数；
n为采样次数；
100为单位转换系数。
蟹塘NH3挥发速率计算公式[5]：
NH3挥发速率(N，kg·hm-2·d-1)=[M/(A×D)]×10-2。
(3)
式中：M为单个装置平均每次测得的氨量(N，mg)；
A为捕获装置横截面积(m2)；
D为每次连续测定的时间(d)。NH3累计排放量(N，kg·hm-2)=NH3挥发速率(N，kg·hm-2·d-1)×D。
1.6 水样采集与测定
1.7 统计方法
2.1 不同水生植物处理下蟹塘NH3挥发速率及N2O通量
由图1可知，蟹塘不同水生植物处理NH3挥发速率随时间变化趋势一致，各处理多数时间点差异显著。试验开始初期，各处理NH3挥发速率急剧升高，5月19日达到峰值，其峰值大小顺序依次为EL处理(1.17 kg·hm-2·d-1)>E-I处理(1.05 kg·hm-2·d-1)>IP处理(0.95 kg·hm-2·d-1)，此后逐渐降低，10月20日后各处理NH3挥发速率降低至无显著差异。整个河蟹养殖期间，IP和E-I处理NH3平均挥发速率分别为0.26、0.32 kg·hm-2·d-1，较EL处理减少了0.10、0.05 kg·hm-2·d-1。
蟹塘不同水生植物处理N2O排放通量变化趋势基本相同。各处理N2O排放通量随时间和气温逐渐升高，试验期间，IP和E-I处理下N2O平均通量分别为0.51、0.46 mg·m-2·h-1，较EL处理减少了0.15、0.20 mg·m-2·h-1，差异显著(P<0.05)。
图1 养殖周期内不同水生植物处理NH3和N2O排放特征
2.2 不同水生植物处理下蟹塘NH3挥发量及N2O排放量
由图2可知，IP、E-I和EL处理蟹塘NH3累计挥发量分别为74.94、89.09和109.98 kg·hm-2，IP和E-I处理NH3累计挥发量较EL处理分别降低了32.49%、18.99%，差异显著(P<0.05)。不同水生植物处理蟹塘N2O累计排放量及NH3累计挥发量存在差异。IP、E-I和EL处理蟹塘N2O累计排放量分别为26.62、23.52 和33.37 kg·hm-2，IP和E-I处理N2O累计排放量较EL处理分别降低了20.23%、29.51%，差异显著(P<0.05)。
柱上无相同小写字母者表示组间差异显著(P<0.05)。图3同图2 养殖周期内不同水生植物处理N2O和NH3累计排放特征
2.3 不同水生植物处理下蟹塘和含量动态
图3 养殖周期内不同水生植物处理和含量动态
图4 养殖水体和含量与氨挥发和N2O排放速率的关系
相较于传统蟹塘植物配置方案(伊乐藻处理)，采用蕹菜和蕹菜+伊乐藻混合种养处理蟹塘NH3挥发和N2O排放损失显著降低，河蟹养殖过程中添加蕹菜可提高氮利用率，同时也降低温室气体排放，为养殖塘“碳中和”提供技术支撑。此外，蕹菜作为水生蔬菜，具有一定的经济价值，因此，河蟹养殖过程中建议添加一定比例蕹菜替代伊乐藻。
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