Artificial Cultivation and Regulation of Duckweed and Its Role in Rice Field Ecosystem

doi:10.11924/j.issn.1000-6850.casb2023-0632

Abstract

Abstract:

This paper presents the physiological and ecological characteristics of duckweed, its occurrence and distribution patterns, as well as the reproduction modes in its natural habitats. Based on these characteristics, the latest research and exploration on the preparation of duckweed in the laboratory and the large-scale cultivation methods of culture ponds were further summarized. The environmental factors affecting the growth of duckweed were systematically reviewed, with particular emphasis on the role of duckweed in the conversion and utilization of ammonia nitrogen in rice fields. Further research is needed on the dynamic changes of duckweed in rice fields and its interaction with rice in the field of agricultural ecology. While reducing the risk of rice yield decline caused by the rapid growth of duckweed, the balance effect of duckweed in rice field ecosystems should be fully utilized to enhance the diversity and stability of rice field ecosystems.

Key words: duckweed, distribution pattern, reproduction and cultivation, agroecosystem, rice, interaction effect, physiological and ecological characteristics, large-scale cultivation, environmental factors, ammonium nitrogen transformation

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Figures/Tables 3

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区域	样本数量	采集环境	浮萍种类	遗传多样性	文献
贵州	41	9个地级行政区的多处河流中，在池塘、稻田等水域未采集到	共3个属。多为青萍属，存在少量紫萍属和少根紫萍属	群体突变率较大，遗传多样性丰富	[11]
长江中游地区（湖北、湖南和江西）	112	水稻田、水沟、池塘、湖泊等地	共4个属。多为青萍属和紫萍属，其次为少根紫萍属，少量芜萍属	遗传多样性比较丰富	[8]
吉林	41	城市周边，乡村稻田未见	共2个属，其中青萍属居多，紫萍属较少	遗传多样性较小	[6]
广东、江苏	59	—	广东仅1属，江苏共4个属。青萍属最多，其次为多根紫萍属	—	[1]
福建	119	—	共4个属。青萍属占比最高，其次为紫萍属，少根紫萍属和芜萍属较少	遗传多样性非常丰富，群体突变率较大，闽南地区高于闽北地区	[12]
海南	220	—	共4个属。青萍属分布最广泛，紫萍属次之	与海南北部比较，南部遗传多样性更高	[13]
浙江	6	—	共2个属。青萍属多于紫萍属，芜萍属未采集	—	[14]
江苏	68	农田、生活区和工业区	共4个属。青萍和紫萍属占比最高	—	[7]

区域	样本数量	采集环境	浮萍种类	遗传多样性	文献
贵州	41	9个地级行政区的多处河流中，在池塘、稻田等水域未采集到	共3个属。多为青萍属，存在少量紫萍属和少根紫萍属	群体突变率较大，遗传多样性丰富	[11]
长江中游地区（湖北、湖南和江西）	112	水稻田、水沟、池塘、湖泊等地	共4个属。多为青萍属和紫萍属，其次为少根紫萍属，少量芜萍属	遗传多样性比较丰富	[8]
吉林	41	城市周边，乡村稻田未见	共2个属，其中青萍属居多，紫萍属较少	遗传多样性较小	[6]
广东、江苏	59	—	广东仅1属，江苏共4个属。青萍属最多，其次为多根紫萍属	—	[1]
福建	119	—	共4个属。青萍属占比最高，其次为紫萍属，少根紫萍属和芜萍属较少	遗传多样性非常丰富，群体突变率较大，闽南地区高于闽北地区	[12]
海南	220	—	共4个属。青萍属分布最广泛，紫萍属次之	与海南北部比较，南部遗传多样性更高	[13]
浙江	6	—	共2个属。青萍属多于紫萍属，芜萍属未采集	—	[14]
江苏	68	农田、生活区和工业区	共4个属。青萍和紫萍属占比最高	—	[7]

影响因子	因子分类	浮萍种类	阈值	效应	文献
氮	营养盐类	青萍	7~84 mg/L，最适浓度28 mg/L	正	[55]
磷	营养盐类	青萍，少根紫萍	青萍3~45 mg/L；少根紫萍0.5~1.5 mg/L	正	[56]
乙烯合成前体（1-氨基环丙烷羧酸）和茉莉酸	激素类	青萍	≥2 mg/L	正	[57]
醋酸钙不动杆菌	微生物类	稀脉浮萍，青萍，紫萍	0.25~2.00 mg/L	正	[58]
短小芽孢杆菌、不动杆菌和黄褐假单胞菌	微生物类	青萍	—	正	[59]
低温和脱落酸	激素类	紫萍	1~50 µmol/L	负	[57]
乙烯合成抑制剂（氨氧乙基乙烯基甘氨酸）和脱落酸	激素类	青萍	0.5~10 µmol/L	负	[57]
3,5-二氯苯酚	有机污染物	青萍	2.910 mg/L	负	[60]
吡嘧磺隆、烟嘧磺隆和砜嘧磺隆	磺酰脲类除草剂	青萍，紫萍	0.01~0.204 mg/L	负	[61]
氟磺胺草醚	二苯醚类除草剂	青萍，紫萍，芜萍	≥250 g/L	负	[62]
双草醚	嘧啶水杨酸类除草剂	青萍，紫萍，芜萍	≥250 g/L	负	[62]
双氟磺草胺、	三唑并嘧啶磺酰胺类除草剂	青萍，紫萍，芜萍	≥50 g/L	负	[62]
异丙隆	取代脲类除草剂	青萍，紫萍，芜萍	≥50 g/L	负	[62]
吡虫啉	新烟碱类杀虫剂	青萍	≥2 g/L	负	[63]
阿维菌素	十六元大环内酯杀虫剂	青萍	≥2 g/L	负	[63]
马拉硫磷及其水解产物	有机磷杀虫剂	青萍	45.5~98.0 mg/L	负	[64]
双酚A	烷类化合物	青萍，紫萍	20 mg/L时为促进作用， 50 mg/L时表现为抑制效应	视浓度而定	[65]

影响因子	因子分类	浮萍种类	阈值	效应	文献
氮	营养盐类	青萍	7~84 mg/L，最适浓度28 mg/L	正	[55]
磷	营养盐类	青萍，少根紫萍	青萍3~45 mg/L；少根紫萍0.5~1.5 mg/L	正	[56]
乙烯合成前体（1-氨基环丙烷羧酸）和茉莉酸	激素类	青萍	≥2 mg/L	正	[57]
醋酸钙不动杆菌	微生物类	稀脉浮萍，青萍，紫萍	0.25~2.00 mg/L	正	[58]
短小芽孢杆菌、不动杆菌和黄褐假单胞菌	微生物类	青萍	—	正	[59]
低温和脱落酸	激素类	紫萍	1~50 µmol/L	负	[57]
乙烯合成抑制剂（氨氧乙基乙烯基甘氨酸）和脱落酸	激素类	青萍	0.5~10 µmol/L	负	[57]
3,5-二氯苯酚	有机污染物	青萍	2.910 mg/L	负	[60]
吡嘧磺隆、烟嘧磺隆和砜嘧磺隆	磺酰脲类除草剂	青萍，紫萍	0.01~0.204 mg/L	负	[61]
氟磺胺草醚	二苯醚类除草剂	青萍，紫萍，芜萍	≥250 g/L	负	[62]
双草醚	嘧啶水杨酸类除草剂	青萍，紫萍，芜萍	≥250 g/L	负	[62]
双氟磺草胺、	三唑并嘧啶磺酰胺类除草剂	青萍，紫萍，芜萍	≥50 g/L	负	[62]
异丙隆	取代脲类除草剂	青萍，紫萍，芜萍	≥50 g/L	负	[62]
吡虫啉	新烟碱类杀虫剂	青萍	≥2 g/L	负	[63]
阿维菌素	十六元大环内酯杀虫剂	青萍	≥2 g/L	负	[63]
马拉硫磷及其水解产物	有机磷杀虫剂	青萍	45.5~98.0 mg/L	负	[64]
双酚A	烷类化合物	青萍，紫萍	20 mg/L时为促进作用， 50 mg/L时表现为抑制效应	视浓度而定	[65]