基于15N示蹤的“稻/草-食用菌-菜”循環系統氮肥利用率評價

鐘珍梅，黃勤樓，陳鐘鈿，黃秀聲，馮德慶

基于15N示蹤的“稻/草-食用菌-菜”循環系統氮肥利用率評價

鐘珍梅，黃勤樓※，陳鐘鈿，黃秀聲，馮德慶

（福建省農業科學院農業生態研究所，福州 350013）

氮利用效率是評價作物生產及循環農業生產效率的重要指標，該研究比較“稻/草-食用菌-菜”循環農業的氮利用效率，為該模式在南方地區推廣提供依據。該研究設置“水稻-食用菌-白菜”（R模式）和“狼尾草-食用菌-白菜”（P模式）2個循環農業模式，每個循環農業模式均包括3個生產環節，分別為：15N尿素栽培水稻和狼尾草（Ⅰ環節）、15N稻草和牧草栽培平菇（Ⅱ環節）、15N菌渣栽培白菜（Ⅲ環節）。結果表明，15N在稻谷的分配比例最高，為57.75%，而狼尾草第1次刈割15N分配比例最高，為58.94%。2模式氮利用效率均以Ⅰ環節最高，分別為23.44%和43.34%，其次為Ⅱ環節，Ⅲ環節最低，且P模式3個環節之間氮利用率達到顯著水平；氮殘留率以Ⅱ環節最高，其次為Ⅲ環節，Ⅰ環節最低。Ⅰ環節雜交狼尾草的氮利用效率高于水稻，Ⅱ環節利用雜交狼尾草栽培平菇氮利用效率也高于稻草栽培平菇，“狼尾草-食用菌-白菜”循環農業模式（P模式）的氮肥循環利用效率高于“水稻-食用菌-白菜”循環農業模式（R模式），表現為Ⅰ、Ⅱ和Ⅰ+Ⅱ+Ⅲ環節P模式氮利用效率較R模式顯著提高了84.90%、69.31%和47.29%。加環后2種循環農業模式氮利用效率均得到提高，與單一水稻/狼尾草種植相比，“稻/草-食用菌-白菜”模式植株地上部15N累積量分別從63.50和112.30 mg增加至115.33和169.89 mg，氮肥利用率分別從22.29%和39.41%增加至40.48%和59.62%。“狼尾草-食用菌-白菜”循環農業模式可在南方地區推廣。

氮肥；尿素肥料；水稻；狼尾草；食用菌；循環農業；15N標記技術

0 引 言

循環農業是一種資源節約型和環境友好型的農業發展模式，可通過調整和優化農業生態系統的產業結構，延長生產鏈，循環利用農業生態系統的物質和能量，提高系統的生產效率。長期以來，發展循環農業是中國經濟發展的主要趨勢，其在解決農業高投入、廢棄物高產出和低效率等方面發揮著重要作用[1]。“草-食用菌-菜/稻/茶/果”循環農業模式是南方基于食用菌栽培的一種重要循環農業模式，該模式以草本植物或水稻秸稈為草生菌栽培的主要原料，菌渣作為菌肥循環利用[2-3]。目前，“草-食用菌-菜/稻/茶/果”循環農業模式的研究大多集中在對該模式經濟生態效益評價、模式創建和優化[2-4]，以及栽培基質配方優化、物質轉化率及機理、菌渣肥施用后的生態效益等方面[5-9]。氮元素是植物生長的主要營養元素之一，也是在循環農業系統流動的重要營養物質。研究表明，農田作物秸稈通過食用菌體系還田可使氮素利用率提高10%以上[10]。研究循環農業系統氮流動、氮去向和利用效率等對評估循環農業模式可持續發展具有重要的意義，但目前關于“草-食用菌-菜/稻/茶/果”循環農業模式氮利用效率、去向特征等方面的研究還非常缺乏。

15N同位素示蹤技術是一項定量研究氮去向和行為的技術，該技術可根據15N在作物、土壤等載體上的累積量定量計算氮肥利用效率，是目前常用的評估氮利用效率、氮收支等的精準化定量方法[11-12]。目前，國內外利用15N技術對“草-食用菌-菜/稻/茶/果”循環農業系統中氮利用效率的研究主要集中在第1環節，即15N標記技術研究水稻氮肥利用率[12-16]。研究表明水稻中15N標記肥料回收率可達26%～30%[13]，水稻分蘗期來自肥料氮的比例最高，不同生育期15N的分配比例差異大，成熟后籽粒中15N分配比例逐漸升高[15]。李鵬飛等[16]研究表明，施用控釋尿素可以增加水稻各生育期的干物質量和氮素吸收量，增加開花后（尤其是灌漿期到成熟期）干物質和氮素的轉運。黃勤樓等[17-18]利用15N技術研究了8種禾本科牧草的氮吸收效率，研究表明雜交狼尾草的氮肥利用最高。Holbeck等[19]利用15N標記技術研究了不同有機肥對芥菜氮回收率的影響，結果表明菌渣肥的氮回收率最高，遠高于雞糞和礦質氮。這些研究結果為氮肥的科學施用提供了重要的依據。但以上研究均基于單種作物栽培，對“草-食用菌-菜/稻/茶/果”循環農業系統內氮的去向、行為和利用效率缺乏系統的研究。

利用水稻秸稈栽培食用菌是目前栽培草生菌的一種常用技術[2,4-5]。狼尾草為1年生或多年生禾本科牧草，常被用來消納養殖場廢棄物及作為畜禽飼草，也是栽培食用菌的優質原料[18,20]。與水稻相比，狼尾草具有適應性強、生長迅速且生物量大、管理簡單、不與糧爭地等優點[20-22]，可在丘陵山地或荒廢農田種植。因此，本研究設置“水稻-食用菌-菜”和“狼尾草-食用菌-菜”2種循環農業模式，并利用15N標記技術，研究15N標記尿素進入“稻/草-食用菌-菜”循環農業系統后在各環節的去向、行為和利用效率，探討“稻/草-食用菌-菜”2種循環農業模式的氮利用差異，評估循環農業延長生產鏈后對氮肥的利用效率，旨在為南方丘陵山地循環農業模式的推廣和應用提供基礎數據和科學依據。

1 材料與方法

1.1 供試材料

水稻品種為福建省農科院水稻研究所選育的“東南201”(L. Subsp Dongnan 201)，由福建省農業科學院水稻研究所提供；雜交狼尾草為江蘇省農科院選育的品種雜交狼尾草（），由福建省農業科學院農業生態研究所提供；平菇品種為“平菇9400”（. Subsp 9400），由福建省農業科學院食用菌研究所提供；白菜品種為“農科185”（L. subsp Nongke 185），由福建省農業科學院作物研究所提供。水稻、狼尾草及白菜的栽培土壤均為水稻土，土壤基本理化性質為：有機質21.8 g/kg、有效氮139.56 mg/kg、速效磷11.89 mg/kg、速效鉀41.21 mg/kg，pH 值4.85，15N天然豐度為0.370%。

1.2 試驗設計

本試驗在福建省農業科學院農業生態研究所帶頂棚的網室內進行。本研究將“水稻-食用菌-菜”和“狼尾草-食用菌-菜”2種循環農業模式分別設為R模式和P模式，每個循環模式均由3個環節組成，1）將15N標記的尿素作為肥料施到水稻和狼尾草栽培土中，即15N尿素栽培水稻和狼尾草，該環節設置為Ⅰ；2）將Ⅰ環節收獲的稻草和狼尾草烘干后與木屑、麥皮、碳酸鈣和蔗糖按表1的比例混合均勻，作為基質栽培平菇，即15N稻草和牧草栽培平菇，該環節記為Ⅱ；3）將Ⅱ環節的菌渣作為菌肥栽培白菜，即15N菌渣栽培白菜，該環節記為Ⅲ（圖1）。

圖1 試驗技術路線

表1 每袋平菇栽培配方及原料用量

注：表中稻草全氮為1.26%，有機碳為41.82%，C/N比為33.19；狼尾草全氮為1.48%，有機碳為52.24%，C/N比為35.29。狼尾草、稻草、木屑和麥皮15N天然豐度分別為0.381、0.383、0.586和0.376。R模式指“水稻-食用菌-白菜”循環農業模式，P模式指“狼尾草-食用菌-白菜”循環農業模式，下同。

Note: In table, the total nitrogen content and the organic matter of rice straw are 1.26% and 41.82%, respectively, and the C/N ratio is 33.19. And those ofare 1.48%, 52.24% and 35.29, respectively. Natural15N abundance of pearl millet, straw, sawdust and wheat bran are 0.381, 0.383, 0.586 and 0.376, respectively. R means “Rice-Mushroom-Cabbage” recycling agriculture mode, and P means “Pearl millet-Mushroom-Cabbage” recycling agriculture mode, the same below.

1.2.115N尿素栽培水稻和狼尾草

水稻和狼尾草均采用盆栽，栽培盆的盆口31 cm、高27 cm。土壤取回風干過0.85 mm的篩后裝盆，每盆裝干土13 kg，土壤容重1.13 g/cm3。水稻于3月中旬播種，雜交狼尾草于2月莖稈扦插，4月20日移栽水稻和狼尾草。栽培前每盆施2 g過磷酸鈣和1 g氯化鉀作基肥，栽培密度參照田間生產中水稻和雜交狼尾草的栽培密度。水稻每盆插3叢，每叢4～5本，狼尾草每盆種植1株。15N尿素栽培水稻和狼尾草分別種植45盆，對照組（普通尿素）各10盆，在網室內栽培。水稻組15N尿素分3次施入，插秧后4和15 d分別施返青肥1.0 g和分蘗肥1.0 g，抽穗后14 d施穗肥1.0 g；狼尾草組15N尿素也分3次施入，移栽后4 d施基肥1.0 g，第1次刈割后施1.0 g，第2次刈割施1.0 g，試驗組尿素15N豐度為20.20%，含氮量47.02%，對照組為普通尿素，含氮量46.65%。

1.2.215N稻草和牧草栽培平菇

將1.2.1試驗的45盆水稻和狼尾草分別分成3組，即每組15盆，將15盆的干草用食用菌專用粉碎機粉碎混勻，與木屑、麥皮、碳酸鈣和蔗糖按表1的比例混合均勻，做成10袋栽培料，則45盆干草則分別做成30袋的栽培料，即每試驗組分別有30個重復。對照組的栽培料來自1.2.1的對照組，共10個重復。

1.2.315N菌渣栽培白菜

將1.2.2步驟的菌渣，每袋與10 kg水稻土混合均勻，裝盆，分別再施入普通尿素3.6 g/盆、過磷酸鈣5.3 g/盆、氯化鉀1.5 g/盆，則30袋菌渣有30盆栽培土。白菜于9月中旬播種，10月中旬移栽。每試驗組分別有30個重復，對照組的菌渣來自1.2.2的對照組，共10個重復。

1.3 測定項目和方法

1.3.1 產量測定

水稻和狼尾草產量測定：水稻于成熟期按盆收獲，將收獲的水稻按稻谷和稻草分開備用，狼尾草1個生長季共進行3次刈割，將每次刈割的狼尾草按每盆分開。將待測稻草、稻谷、狼尾草鮮草100 ℃殺青30 min，65 ℃烘干，稱質量。

平菇產量測定：待菇體的菌蓋充分長大、邊緣由內卷變平、顏色變淺時，及時采收，由于菇體成熟期不一致，因此平菇分3次采收，每次采收的平菇65 ℃烘干，稱質量。

白菜產量測定：白菜種植90 d后，將地上部分用刀割下，100 ℃殺青30 min，65 ℃烘干，稱質量。

1.3.215N同位素豐度的測定

將烘干后的稻草、稻谷、狼尾草、平菇和白菜粉碎后過0.25 mm篩，栽培土和菌渣風干粉碎過0.15 mm篩，其中狼尾草和平菇為每次刈割和采收的樣。所有樣品的15N豐度用Ioprime-100（德國elementar公司）穩定同位素質譜儀測定。

1.3.3 計算方法

2種循環農業模式及3個環節來自肥料、基質或菌渣15N的百分比（Ndff，The percentage of N deived from 15N fertilizer, substrate and mushroom residues），以及15N累積量、15N利用率、15N殘留率和15N肥料循環利用率等的計算均參考文獻[15-16]。

1.4 數據統計

所有數據均由Excel 2016進行整理，用SPSS 19.0數據處理系統進行方差分析。2模式數據之間的方差分析采用配對樣本的檢驗，3環節數據之間的方差分析采用單因素方差分析和新復極差法檢驗。所有數據均用“平均值±標準差”表示，差異顯著性水平<0.05。

2 結果與分析

2.1 水稻不同部位和狼尾草不同刈割期的干物質量、15N積累量及氮利用效率

水稻不同部位和狼尾草不同刈割期干物質、15N累積量及氮利用效率如表2所示。狼尾草的3次刈割的牧草干物質量、15N積累量和氮利用率均達到顯著水平；其中干物質量、15N積累量和氮利用率以第1次刈割最高，其15N分配比例達58.94%；其次為第2次刈割（24.08%）；第3次刈割15N分配比例最低（16.99%），表明狼尾草第1茬對尿素氮的吸收量最高，隨后逐次遞減；而第3茬刈割狼尾草來自尿素氮（15N肥料）的比例（Ndff）最高，達34.87%，顯著高于第1次刈割。對水稻不同部位而言，水稻的干物質量以稻草最高，顯著高于稻谷；而15N積累量、Ndff和氮利用率則以稻谷最高，顯著高于稻草；其中稻谷中15N分配比例為57.75%，稻草則占總量的42.25%。表明水稻成熟時，存在氮從秸稈轉運至籽粒過程[15]，因此稻谷15N的累積量、Ndff和氮利用率高于稻草。

表2 水稻不同部位和狼尾草不同刈割期的干物質、15N累積量、Ndff及氮利用效率

注：同模式內同一列數據不同的小寫字母表示差異顯著（<0.05）。Ndff表示樣品氮素來自標記15N肥料的百分比。

Note: Different letters in the same column and mode mean significant difference at 0.05 level. Ndff means the percentage of nitrogen originated from the labeled15N fertilizer in samples.

2.2 2種循環農業模式各環節干物質量、15N累積量及分配比例

2種循環農業模式3個環節的干物質量、15N累積量、分配比例及Ndff1如表3所示。對Ⅰ環節而言，P模式地上部和根干物質量、15N積累量以及地上部Ndff1均顯著高于R模式，而土壤15N積累量和Ndff1則相反，R模式顯著高于P模式。R模式土壤中15N分配比例最高，為56.15%，其次為植株地上部（41.72%），根系最低（2.14%），P模式則以植株地上部15N分配比例最高（73.05%），其次為土壤（19.68%），根系最低（7.27%）。對Ⅱ環節而言，R模式菌渣Ndff1較P模式顯著提高，其他指標2模式之間差異不顯著。R和P模式15N分配比例最高為菌渣，分別為66.92%和58.26%，其次為平菇，分別為33.08%和41.74%。對Ⅲ環節而言，除了R模式土壤Ndff1較P模式顯著提高，其他指標2模式之間差異不顯著。Atila[23]研究表明，香菇的產量與栽培基質氮含量無顯著關系，主要受栽培基質的C/N比的影響。本研究所用的2種栽培基質C/N比一致，這是導致2種基質栽培的平菇產量無顯著差異的主要原因。Ⅲ環節R和P模式15N分配比例最高為土壤（65.97%和55.84%），其次為白菜地上部（32.18%和41.70%），根系最低（1.85%和2.46%）。以上結果表明，2模式之間干物質量、15N累積量、分配比例及Ndff1主要在Ⅰ環節存在較大差異，而Ⅱ和Ⅲ環節差異較小，這說明狼尾草對尿素氮的吸收利用效率高于水稻是造成這種差異的主要原因。雜交狼尾草為1年生或多年生禾本科牧草，具有生物量高、耐性強及需肥量大等特點[20-22]，加上狼尾草全年能刈割3～4次[20]，因此15N在狼尾草地上部和根系的分配比例均高于水稻，狼尾草栽培土中15N殘留量顯著低于水稻土。

表3 不同循環農業模式間3環節干物質量、15N累積量及Ndff1

注：表中同一行不同模式之間同一測定指標數據后不同小寫字母表示差異顯著（<0.05）。Ndff1表示氮素來自標記15N肥料、15N標記栽培基質的百分比。Ⅰ表示15N的尿素栽培水稻和狼尾草環節；Ⅱ表示15N標記的稻草和狼尾草栽培平菇環節；Ⅲ表示15N菌渣肥栽培白菜環節，下同。

Note: Different lower letters between two treatments in the same row and measured index mean significant difference at 0.05 level. Ndff1means the percentage of nitrogen originated from the labeled15N fertilizer or culture substrate. Ⅰis the sector that15N-labeled urea was applied as nitrogen fertilizer to rice and pearl millet (Pennisetum americanum×P.purpureum), Ⅱis the sector that15N-labeled straw and pearl millet were used as substrates to cultivate oyster mushroom, and Ⅲis the sector that15N-labeled mushroom residues were applied as fertilizer to cultivate cabbage, the same below.

2.3 2種循環農業模式各環節的氮利用效率

2種循環農業模式3個環節氮利用效率、殘留率及損失率如表4所示。對氮利用率而言，R模式和P模式氮利用率最高的均為Ⅰ環節，分別為23.44%和43.34%，其次為Ⅱ環節，Ⅲ環節最低。對P模式而言，3個環節之間氮利用率達到顯著水平，其中Ⅰ環節較Ⅱ和Ⅲ環節顯著提高了19.23%和92.97%。Ⅰ和Ⅱ環節P模式氮利用率顯著高于R模式，較R模式分別提高了84.90%和69.31%，表明雜交狼尾草種植氮利用率高于水稻種植，利用雜交狼尾草秸稈栽培平菇氮利用率也高于稻草栽培平菇。Ⅲ環節2模式之間氮利用率無顯著差異。對氮殘留率而言，2種模式氮殘留率最高的為Ⅱ環節，分別為43.48%和50.74%，其次為Ⅲ環節，Ⅰ環節最低，且Ⅰ和Ⅱ環節2模式氮殘留率均達到顯著水平。表明食用菌栽培產生的菌渣會殘留大量營養元素，因此菌渣作為肥料循環利用是可行的。Ⅰ環節R模式氮殘留率較P模式顯著提高，而Ⅱ環節則相反，P模式氮殘留率較R模式顯著提高，這可能與雜交狼尾草纖維素含量較稻草高有關[20]，導致由狼尾草配制的栽培基質微生物與稻草栽培基質存在差異，微生物群落的不斷變化將對培養料的分解產生影響[24]，因此雖然P模式菌渣中15N的累積量較R模式低，但氮殘留率反而提高。對氮損失率而言，Ⅰ和Ⅲ環節2模式之間氮損失率差異不顯著，而Ⅱ環節P模式氮損失率顯著低于R模式。2種模式Ⅱ環節的Ndff2值最高，其次為Ⅰ環節，Ⅲ環節最低，表明食用菌栽培的N主要來自于基質，而其他2個環節除了來自15N標記的肥料外，更多的來自土壤；Ⅰ環節P模式Ndff2值顯著高于R模式，表明雜交狼尾草中的氮更多是來自15N標記的尿素，這進一步驗證了狼尾草需肥量大的特性。其他2個環節2模式之間Ndff2值差異不顯著。

表4 不同循環農業模式間3環節氮利用效率、殘留率及損失率

注：表中同一指標同一列數據后的不同大寫字母表示不同模式同一環節間差異顯著，同一行數據后的不同小寫字母表示同一模式不同環節之間差異顯著（<0.05），下同。表中氮利用率及氮殘留率為該環節植株15N累積量、殘留量與該環節肥料或基質中投入的15N累積量的比例，氮損失率=1-（氮利用率+氮殘留率）。Ndff2表示該環節地上部氮來自標記15N肥料、15N標記栽培基質的百分比。

Note: Different capital letters between two modes in the same column mean significant difference at 0.05 level. Differences lower letters in the same row indicate significant difference at 0.05 level, the same below. Nitrogen utilization efficiency and residue rate are calculated by15N accumulation in the plants and residue in soil or substrates divided by input15N accumulation in soil or substrates, nitrogen loss rate = 1- (nitrogen utilization efficiency + nitrogen residue rate). Ndff2means the percentage of aboveground nitrogen originated from the labeled15N fertilizer or culture substrate.

2.4 2種循環農業模式氮循環利用率

2種循環農業模式3環節肥料氮累積量及循環利用率如表5所示。P模式Ⅰ+Ⅱ+Ⅲ環節植株地上部15N累積量和氮肥循環利用率均顯著高于R模式，分別提高了47.31%和47.29%，表明與R模式相比，P模式的總體肥料氮循環利用率更高。循環系統加環后，P模式和R模式Ⅰ+Ⅱ、Ⅰ+Ⅱ+Ⅲ和Ⅰ環之間植株地上部15N累積量和氮肥循環利用率均達到顯著水平，與Ⅰ環節相比，P模式和R模式Ⅰ+Ⅱ環節和Ⅰ+Ⅱ+Ⅲ環節植株地上部15N累積量和氮肥循環利用率均顯著提高，其中R模式和P模式Ⅰ+Ⅱ+Ⅲ環節較Ⅰ環節15N累積量分別從63.50和112.30 mg增加至115.33和169.89 mg，氮肥循環利用效率分別從22.29%和39.41%增加至40.48%和59.62%，分別增加了18.19和20.21個百分點。

表5 不同循環農業模式間各環節肥料15N累積量和利用效率

注：表中肥料氮循環利用率為該環節所有植株地上部15N累積量與Ⅰ環節15N標記尿素投入量的比例。肥料氮利用率增加量分別為Ⅰ+Ⅱ環節、Ⅰ+Ⅱ+Ⅲ環節與Ⅰ環節相比的增加值。

Note: Fertilizer nitrogen recycling utilization efficiency of different units are calculated by15N accumulation of aboveground plant divided by input of15N labeled urea in Ⅰsector. Increase rate of fertilizer nitrogen utilization efficiency are calculated by fertilizer nitrogen utilization efficiency of Ⅰ+Ⅱsector andⅠ+Ⅱ+Ⅲ sector divided by that of Ⅰ sector.

3 討 論

農業生產中施氮量過多是造成種植系統氮利用率低下和氮盈余量高的主要原因[25]，而循環農業系統通過廢棄物在系統內的再循環可以實現氮素的再利用，從而提高氮的生產效率[26-27]。本研究結果表明，當增加水稻秸稈和狼尾草秸稈栽培食用菌環節（Ⅱ環節）后，水稻秸稈和狼尾草秸稈不再釋放到環境中，而是作為基質為平菇生長提供必需的營養元素，減少了營養物質損耗，進而提高了系統肥料氮的循環利用率。增加菌渣栽培白菜環節（Ⅲ環節）也有相同的效果，菌渣以肥料的形式進入到栽培白菜環節，一方面減少了菌渣對環境造成的壓力，另一方面通過提高了物質在系統內的再循環和再利用，因此“水稻-食用菌-白菜”和“狼尾草-食用菌-白菜”模式氮肥循環利用分別較單一的水稻和狼尾草栽培顯著增加。減少投入是循環系統的一個重要特征[26]，石鵬飛等[25]研究表明，循環系統中通過物質循環再利用可使化肥氮投入量減少50%，種植系統氮利用率提高34.6%，農場系統氮總利用率提高18.7%。因此，通過農業廢棄物的再循環利用使系統投入減少，這是本研究氮利用效率增加的一個原因。李瑞琴等[10]利用養分流動和模型分析方法分析了“農田-食用菌”生產系統的氮元素流動特征，結果發現農田作物秸稈通過食用菌體系還田可使氮素利用率提高10%以上。這與本研究的結果一致，增加循環鏈可提高系統的氮利用效率。本研究還發現，在3個環節中，15N栽培水稻和狼尾草（Ⅰ環節）的氮利用效率最高，其次為食用菌栽培（Ⅱ環節），同時食用菌栽培過程氮損失率最低（表4），可見通過秸稈的資源化利用對增加氮的循環再利用具有顯著效果。食用菌產業是中國第五大種植業，其產量占世界的70%，其產量、消費和出口均處于世界第一[28]，因此推廣利用植物秸稈栽培食用菌具有重要的意義。

狼尾草是1年生或多年生的禾本科牧草，具有生物量大、需肥量大的特性，適和在拋荒地、房前屋后種植，也常用于消納養殖場污水并作為飼草應用于牛、羊及豬等的養殖[20]。本研究發現，15N栽培狼尾草的氮利用效率高于15N栽培水稻，這進一步驗證了狼尾草需肥量大且肥料利用高的特性。與水稻相比，狼尾草秸稈莖含量高，且莖中蔗糖含量高[20]，高的蔗糖含量可能更利于食用菌栽培基質的發酵[24]，因此狼尾草栽培平菇的氮利用效率高于水稻栽培平菇。Ⅰ和Ⅱ環節氮利用的差異使“狼尾草-食用菌-白菜”模式的氮循環利用效率和Ndff值較“水稻-食用菌-白菜”模式更高，氮損失率更低。目前，水稻秸稈栽培食用菌技術已經較為成熟，與水稻相比，狼尾草適應性強，管理簡單，可種植于水稻田中，本研究結果證實了在水稻土中狼尾草的氮利用效率高于水稻。狼尾草還可種植于荒山荒坡，由于土壤是影響植物氮吸收的重要因素，因此有必要進一步加強狼尾草在旱地不同循環種植模式中氮利用效率的研究，以利于“狼尾草-食用菌-白菜”循環農業模式在南方丘陵地區推廣應用。

4 結 論

1）15N尿素栽培水稻環節15N在稻谷分配比例為57.75%，大于稻草；而15N尿素栽培狼尾草環節以第1次刈割15N所占的比例最高，為58.94%。

2）“水稻-食用菌-白菜”（R模式）和“狼尾草-食用菌-白菜”（P模式）氮利用效率均以15N尿素栽培水稻/狼尾草環節（Ⅰ環節）最高，分別為23.44%和43.34%；且“狼尾草-食用菌-白菜”模式15N尿素栽培狼尾草環節（Ⅰ環節）較15N狼尾草栽培平菇環節（Ⅱ環節）和15N菌渣栽培白菜環節（Ⅲ環節）氮利用率顯著提高了19.23%和92.97%。

3）Ⅰ環節雜交狼尾草的氮利用效率較水稻栽培提高84.90%，Ⅱ環節利用雜交狼尾草栽培平菇氮利用效率高于稻草栽培平菇，提高了69.31%，同時“狼尾草-食用菌-白菜”循環農業模式（P模式）的氮肥循環利用效率也高于“水稻-食用菌-白菜”（R模式）循環農業模式，提高了47.29%。

4）與單一水稻/狼尾草種植（Ⅰ環節）相比，“稻/草-食用菌-白菜”模式（Ⅰ+Ⅱ+Ⅲ環節）地上部15N累積量分別從63.50和112.30 mg增加至115.33和169.89 mg，氮肥利用率分別從22.29%和39.41%增加至40.48%和59.62%。

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Nitrogen use efficiency evaluation of “rice/pearl millet-mushroom-cabbage” recycling agriculture based on15N tracer technique

Zhong Zhenmei, Huang Qinlou※, Chen Zhongdian, Huang Xiusheng, Feng Deqing

(,350013,)

Nitrogen utilization efficiency (NUE) plays an important role in evaluating crop production and production efficiency of recycling agriculture. In this study, the NUE was systematically investigated in two recycling agriculture modes, in order to accelerate the application of “Rice/Pearl millet -Mushroom-Cabbage” in the southern China. Two recycling agricultural modes were the “Rice-Mushroom-Cabbage” marked as mode R, whereas, the “Pearl millet-Mushroom-Cabbage” marked as mode P. Each recycling agricultural mode included three sectors, namely, three experiments. The first sector was that the15N-labeled urea was applied as the nitrogen fertilizer to rice and pearl millet (), marked as Ⅰ sector. The second sector was that two straws harvested from rice and pearl millet of Ⅰ sector were used as substrates to cultivate oyster mushroom, marked as Ⅱ sector. The third sector was that mushroom residues were applied as fertilizer to cultivate cabbage, marked as Ⅲ sector. A15N tracer technique was used to evaluate the NUE in two recycling agricultural modes in three sectors. The results indicated that the distribution of15N in the rice grain was 57.75%, greater than that of straw, while, that in the first harvest pearl millet was the highest, accounting for 58.94%. The highest nitrogen distribution in Ⅰ sector of mode R was in soil, followed by the aboveground plant and root, while that of mode P was observed in plant, followed by the soil and root. The order of nitrogen distribution in two modes was ranked as: the mushroom residues > oyster mushroom in Ⅱ sector, and soil > plant > root in Ⅲ sector. The highest NUE was observed in Ⅰ sector of R and mode P, which were 23.44% and 43.34%, respectively. The second was in Ⅱ sector, and the lowest was observed in Ⅲ sector. There were significant differences for the NUE in three sectors of mode P, and the NUE in Ⅰ sector of mode P significantly increased 19.23% and 92.97%, compared with the Ⅱ and Ⅲ sector, respectively. The highest nitrogen residue rate (NRR) was observed in Ⅱ sector of R and mode P, which were 43.48% and 50.74%, respectively, followed by that in the Ⅲ sector, and the lowest was in Ⅰ sector. The NUE of mode P significantly increased 84.90%, 69.31% and 47.29%, compared with mode R in Ⅰ, Ⅱ, and Ⅰ+Ⅱ+Ⅲ sector, respectively. Meanwhile, there was no significant difference for the NUE between mode P and mode R in the Ⅲ sector. The NRR of mode P was lower than mode R in Ⅰ sector. There was an opposite performance in Ⅱ sector, and a higher NRR was observed in mode P. The nitrogen loss rate (NLR) of mode P was lower than that of mode R in Ⅱ sector, while, there was no significant difference for the NLR between two modes in Ⅰ and Ⅲ sector. The percentage of N derived from15N fertilizer (Ndff) of mode P was higher than that of mode R in Ⅰ sector, and there was no significant difference for Ndff between two modes in Ⅱ and Ⅲ sector. The NUE of two recycling agriculture modes was improved after adding sectors, compared with the solo rice/pearl millet planting, the15N accumulation in the aboveground plants of recycling agriculture in mode R and mode P increased from 63.50 and 112.30 mg to 115.33 and 169.89 mg, and the NUE increased from 22.29% and 39.41% to 40.48% and 59.62%, indicating the increases of 18.19 and 20.21 percentage point, respectively. The NUE of pearl millet was higher than that of rice, and the utilization efficiency of oyster mushroom assimilating nitrogen from pearl millet substrate was also higher than that from the rice straw substrate. Simultaneously, where the NUE, NLR and Ndff of “Pearl millet-Mushroom-Cabbage” mode behaved better than that of the “Rice-Mushroom- Cabbage” mode. Therefore, it infers that the recycling system of “Pearl millet-Mushroom-Cabbage” was fit for the application in south China.

nitrogen fertilizers;urea fertilizers; rice;; mushroom; recycling agriculture;15N labelling technique

鐘珍梅，黃勤樓，陳鐘鈿，等. 基于15N示蹤的“稻/草-食用菌-菜”循環系統氮肥利用率評價[J]. 農業工程學報，2020，36(21)：253-259. doi：10.11975/j.issn.1002-6819.2020.21.030 http://www.tcsae.org

Zhong Zhenmei, Huang Qinlou, Chen Zhongdian, et al.Nitrogen use efficiency evaluation of “rice/pearl millet-mushroom-cabbage” recycling agriculture based on15N tracer technique[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2020, 36(21): 253-259. (in Chinese with English abstract) doi：10.11975/j.issn.1002-6819.2020.21.030 http://www.tcsae.org

2020-07-20

2020-10-25

福建省省屬公益類科研院所基本科研專項（2018R1016-1）；福建省自然基金項目（2018J01034）和福建省農業科學院項目（STIT2017-2-10,AA2018-5）聯合資助

鐘珍梅，博士，副研究員，主要從事農業資源與環境研究。Email：mume19@126.com

黃勤樓，博士，研究員，主要從事牧草品種選育及資源化利用研究。Email：hql202@126.com

10.11975/j.issn.1002-6819.2020.21.030

S-3

A

1002-6819(2020)-21-0253-07