固氮蓝藻对稻田氨挥发的影响研究——以固氮鱼腥藻为例

Ammonia volatilization is one of the main mechanisms of paddy field nitrogen losses, and algae in rice fields are important biological factor for ammonia volatilization. Research on the influence of nitrogen-fixing cyanobacteria on ammonia volatilization is meaningful for nitrogen cycle and nitrogen management. The influence of physiological activities and decomposition process of Anabaena azotica Ley on rice paddy ammonia volatilization would be analysed through indoor and field experiments, and Jayaweera-Mikkelsen model would be choosed to simulate the process. Optimized Jayaweera-Mikkelsen model would be built on the parameters related to algae during the growth and decomposition process . Strategies for reduce volatilization concerned with biomass of nitrogen-fixing cyanobacteria would be proposed according to the model calculation.

氨挥发是稻田氮肥损失的主要机制之一，而稻田藻类是氨挥发的重要生物影响因素，研究以固氮鱼腥藻为代表的固氮蓝藻对氨挥发的影响对稻田氮素循环以及氮肥的管理具有重要意义。本项目拟通过室内实验和田间实验，以固氮鱼腥藻为例分析固氮蓝藻生长生理活动以及死亡分解过程对稻田氨挥发的影响，利用Jayaweera-Mikkelsen氨挥发模型进行模拟，根据固氮蓝藻生长期以及死亡分解过程的相关藻类参数对模型进行优化，根据模型演算提出与固氮蓝藻生物量相适应的有利于降低氨挥发的施肥策略。

固氮蓝藻是稻田中常见的水生生物，其固氮作用曾得到广泛的关注。由于其生理活动会影响田面水pH以及NH4+-N浓度，可能会对稻田氨挥发产生影响。因此，研究其生长生理活动对氨挥发的影响，对稻田氮素循环以及氮肥的管理具有重要意义。.本项目以柱孢鱼腥藻（Anabaena cylindrica）为固氮蓝藻的代表，开展了不同氮肥对柱孢鱼腥藻生长的影响、柱孢鱼腥藻培养与氨挥发装置设计、实验室受控条件以及温室条件下2个尺度的固氮蓝藻对氨挥发的影响研究。主要结果如下：.（1）柱孢鱼腥藻在3种不同的氮源中都表现为低浓度或中浓度时能促进生长，而高浓度时促进作用下降或产生抑制作用。意味着在稻田中应用固氮蓝藻提供氮肥时，应在施肥后5~7天接种。.（2）设计了氨挥发采集一致性良好的试验装置，解决了纯培养固氮蓝藻的同时采集挥发的NH3的难题。.（3）实验室条件下，柱孢鱼腥藻在不同氮源的培养基中培养时，日氨挥发量（kg N/ha.d）都与柱孢鱼腥藻生物量显著正相关。提出了2种引入藻类生物量参数以提高模型的预测精度的假设，并证明了假设2的合理性。.暗呼吸和降解过程中，柱孢鱼腥藻的生物量变化不是氨挥发的主要影响因素。.光照培养、暗呼吸和降解过程的氨挥发都可以采用Jayaweera-Mikkelsen氨挥发模型预测。综合考虑氨挥发和生物固氮两个方面的影响来看，在介质中氨氮含量10~40mg/L的条件下，柱孢鱼腥藻促进了体系的氮素损失。.此外，试验中还找到了柱孢鱼腥藻中存在脲酶的证据。.（4）温室条件下，氨挥发速率与与藻类生物量没有相关性，不同施肥组接种鱼腥藻的处理组的氨挥发速率、累积挥发量与未接种鱼腥藻的对照组差异不显著。在温室尺度，鱼腥藻不是氨挥发的主要影响因素。Jayaweera- Mikkelsen氨挥发模型可以应用于温室尺度的氨挥发预测。.综合2个尺度的研究结果表明，柱孢鱼腥藻促进了稻田氨挥发，但在复杂的野外环境，稻田藻类可能不是稻田氨挥发的主要贡献者。.