劉 麗，周 昆，鄧時銘，鄒 利，李金龍，何志剛，王冬武，黃志才

（1. 湖南省水產(chǎn)科學研究所，水生動物營養(yǎng)與品質(zhì)調(diào)控湖南省重點實驗室， 湖南 長沙 410153；2. 湖南省水稻研究所，湖南 長沙 410125）

生態(tài)綜合種養(yǎng)是一種將水稻栽培技術(shù)和動物養(yǎng)殖技術(shù)相結(jié)合的復合農(nóng)業(yè)生產(chǎn)方式，符合“低碳”農(nóng)業(yè)模式要求，是一種可持續(xù)發(fā)展的生態(tài)農(nóng)業(yè)模式。該模式一方面稻田中水稻為水產(chǎn)動物的生長提供豐富的天然餌料和舒適的棲息環(huán)境，有利于提高動物產(chǎn)品品質(zhì)；另一方面水產(chǎn)動物又可起到疏松土壤、捕蟲除草及增加土壤養(yǎng)分的作用，從而達到穩(wěn)糧、 促漁、 增收、 提質(zhì)的效果[1-2]。長期以來，我國水稻傳統(tǒng)種植主要依靠化肥、農(nóng)藥等化學物質(zhì)的大量施用來提高產(chǎn)量，從而導致稻田生態(tài)系統(tǒng)退化，土壤結(jié)構(gòu)變劣，土壤肥力下降[3]。研究表明，稻漁共生模式對土壤理化性質(zhì)改變、水稻產(chǎn)量以及經(jīng)濟效益提高等方面均具有重要影 響[4-6]。李廣茂等[7]研究發(fā)現(xiàn)，稻鴨復合生產(chǎn)模式可以有效提高土壤pH 值以及堿解氮、有效磷、速效鉀和有機質(zhì)的含量。然而，目前稻漁綜合種養(yǎng)模式仍停留在生產(chǎn)經(jīng)驗水平上，或重漁輕稻、或重稻輕漁，著重關(guān)注種養(yǎng)技術(shù)、模式升級、經(jīng)濟效益及高產(chǎn)高效的生態(tài)優(yōu)勢等方面[8-10]，而對于稻田土壤養(yǎng)分的動態(tài)變化較少關(guān)注，尤其是對稻龜生態(tài)種養(yǎng)模式鮮見報道，這使稻龜生態(tài)系統(tǒng)中的水稻增產(chǎn)增效機理缺乏相關(guān)科學依據(jù)。因此，了解和掌握土壤養(yǎng)分動態(tài)變化規(guī)律，對提高水稻產(chǎn)量和品質(zhì)，改善草龜肌肉品質(zhì)，減少農(nóng)藥和化肥用量，保護生態(tài)環(huán)境具有非常重要的意義。中華草龜（Chinemysreevesii）因具有較高的食用、藥用和寵物養(yǎng)殖價值而深受人們青睞[11-12]。為此，筆者以水稻和中華草龜為研究對象，通過比較3 種模式（即單種稻、單養(yǎng)龜和稻龜綜合種養(yǎng)模式）對土壤養(yǎng)分動態(tài)變化的影響，觀察不同模式下土壤養(yǎng)分的動態(tài)變化規(guī)律，以期為稻龜生態(tài)種養(yǎng)模式的生態(tài)評價和生產(chǎn)應(yīng)用提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

草龜來自湖南呈寶龜類繁養(yǎng)有限公司；水稻秧苗（品種為聯(lián)優(yōu)華占，2019 年5 月26 日播種）來自湖南省水稻研究所；藍色圓形塑料桶（r=98 cm、h=120 cm，s=3 m2）9 個；魚塘淤泥（用于塑料桶底層鋪設(shè)），淤泥pH 值為6.09，養(yǎng)分含量：全氮4.31 g/kg、全磷1.91 g/kg、全鉀20.6 g/kg、水解氮359 mg/kg、有效磷22.9 mg/kg、速效鉀370 mg/kg、有機質(zhì)55.3 g/kg。試驗在湖南省水產(chǎn)科學研究所試驗基地進行。

1.2 試驗方法

試驗采用完全隨機設(shè)計，隨機分成3 組，分別為草龜單養(yǎng)組（TM 對照組，放養(yǎng)20 只草龜，密度為 4 500 只/667m2）、水稻單作組（RM 對照組，種植28株水稻）和稻龜綜合種養(yǎng)組（RT 試驗組，8 只草龜，密度為1 800 只/667m2，種植28 株水稻），每組重復3 次，共9 個處理，84 只草龜。試驗桶底層鋪設(shè)一層魚塘淤泥，其中TM 組高度為20 cm， RM 組和RT 組高度為40 cm。試驗于2019年6月26日移栽水稻秧苗，7 月3 日放養(yǎng)草龜，9 月16 日捕獲草龜，9 月26 日收獲水稻（龜?shù)竟采?4 d）。試驗設(shè)計如圖1。

圖1 試驗設(shè)計和采樣時間

1.3 日常管理

當水稻秧苗生根后，將84 只草龜分別放養(yǎng)至TM 組和RT 組，保持RM 組和RT 組的水深為10 cm，TM 組的水深為50 ～60 cm，且將水葫蘆移植到TM 組中，以減少氮、磷的富營養(yǎng)化污染；每周灌水一次，以保持各試驗桶水位一致，當RM 和RT 試驗桶內(nèi)水溫超過30℃時，加深水位至20 cm。龜飼料為膨化配方商業(yè)飼料（含42.59%粗蛋白、5.16%粗脂質(zhì)、10.85%粗灰分和8.68%水），按照草龜體重的3%投喂2 次/d（上午9：00 和下午5：00），且按“四定原則”（定質(zhì)、定量、定點和定時）進行日常管理，每天記錄水溫、攝食及死亡情況；在整個試驗期間，RM 組和RT組均未施用農(nóng)藥和肥料。

1.4 樣品采集與測量項目

在試驗開始前，草龜饑餓24 h 測量初始重量，試驗結(jié)束后，再饑餓24 h，測量草龜形態(tài)指標、體重、增重率、特定生長率、飼料轉(zhuǎn)化效率、肝臟指數(shù)和內(nèi)臟指數(shù)；取TM 組和RT 組各5 只草龜?shù)耐炔考∪鈹囁楹笱b于自封袋內(nèi)，并置于-20℃冰箱保存?zhèn)溆?；在水稻成熟時，采用收獲法測定各桶水稻產(chǎn)量，隨機選取RM 組和RT 組各桶內(nèi)的10 個代表性株系，測定其水稻形態(tài)指標、結(jié)實率和千粒重等。風干大米經(jīng)粉碎后過80 目篩儲存在自封袋內(nèi)備用。泥樣采集4 次，分別于水稻返青期（2019 年7 月3 日）、拔節(jié)孕穗期（2019 年8 月6 日）、灌漿期（2019 年8 月26 日）和成熟末期（2019 年9 月16 日）的上午8：00 采集泥樣樣品，風干粉碎后裝于自封袋內(nèi)備用。采樣時間如圖1，計算公式如下。

式中，WG 為體增重（%），SGR 為特定生長率，F(xiàn)CR 為飼料轉(zhuǎn)化效率，VSI 為內(nèi)臟指數(shù)；HSI 為肝臟指數(shù)，W0為初重 (g)；Wt為末重（g）；d 為投喂天數(shù)。

1.5 測定方法

泥樣的pH 值、全氮、水解氮、全磷、有效磷、全鉀、速效鉀和有機質(zhì)分別按照《NY/T 1121.2—2006 土壤檢測第2 部分：土壤pH 值的測定》、《LY/T 1228—2015 森林土壤氮的測定》、《GB/T 9837—1988 土壤全磷測定法》、《NY/T 1121.7—2014 土壤檢測第7 部分：土壤有效磷的測定》、《NY/T 87—1988 土壤全鉀測定法》、《NY/T 889—2004 土壤速效鉀和緩效鉀含量的測定》和《NY/T 1121.6—2006 土壤檢測第6 部分：土壤有機質(zhì)的測定》的方法進行測定。

1.6 數(shù)據(jù)處理

所有的測定值均進行 3 次平行重復，取平均值。所有數(shù)據(jù)經(jīng) Excel 2010 處理，試驗數(shù)據(jù)以平均值±標準差（Mean±SD）表示。采用SPSS 24.0 皮爾森相關(guān)系數(shù)檢驗（Pearson correlation test）來分析生長性狀與土壤養(yǎng)分之間的相關(guān)性（R2）。采用SPSS 24.0 統(tǒng)計軟件進行2 個獨立樣本的T 檢驗分析，P ＜0.05 為差異顯著。

2 結(jié)果與分析

2.1 水稻不同生育期土壤養(yǎng)分動態(tài)變化

2.1.1 土壤pH 值和有機質(zhì)動態(tài)變化 圖 2A 結(jié)果表明，從返青期、拔節(jié)孕穗期、灌漿期到成熟末期4 個時期，TM 和RT 組土壤pH 值變化不大，趨于穩(wěn)定狀態(tài)，而RM 組土壤的pH 值一直呈上升趨勢。圖2B 中，4 個時期中，TM 組的有機質(zhì)含量均高于RM 組和RT組，且隨著時間的推移呈上升的趨勢；其中，成熟末期TM 組的有機質(zhì)含量是RM 組1.97 倍，是RT 組的1.60 倍，且差異顯著（P ＜0.05）；而RM 組則從返青期到拔節(jié)孕穗期呈上升的趨勢，但從拔節(jié)孕穗期到成熟末期呈急劇下降的趨勢，只有RT 組的有機質(zhì)含量在4 個時期趨于穩(wěn)定狀態(tài)，差異不顯著（P ＞0.05）。

2.1.2 土壤全氮和水解氮動態(tài)變化 圖3A 結(jié)果顯示，從返青期、拔節(jié)孕穗期、灌漿期到成熟末期4 個時期，TM 組的全氮始終處于最高水平，與RM 組和RT 組差異顯著（P ＜0.05），其中，成熟末期時TM組的全氮含量分別是RM 組和RT 組的3.13 倍和1.60倍，3 組的全氮含量差異均顯著（P ＜0.05）；RM 組4 個時期的全氮含量一直呈下降趨勢且差異顯著（P＜0.05），而RT 組則是先下降后再上升趨于穩(wěn)定狀態(tài)（P ＞0.05）。圖3B 中4 個時期TM 組的水解氮均顯著高于其他2 個組（P ＜0.05），且呈上升趨勢，而RM組和RT組的水解氮卻呈顯著下降趨勢（P＜0.05）。

圖2 水稻不同生育期各試驗組土壤pH 值（A）和有機質(zhì)（B）的動態(tài)變化

圖3 水稻不同生育期各試驗組土壤全氮（A）和水解氮（B）的動態(tài)變化

2.1.3 土壤全磷和有效磷動態(tài)變化 圖4 結(jié)果表明，從返青期、拔節(jié)孕穗期、灌漿期到成熟末期4 個時期，TM 組、RM 組和RT 組3 個組的全磷和有效磷變化趨勢相一致，均表現(xiàn)為TM 組最高，且在土壤中呈不斷增加的趨勢，而RM 組和RT組4 個時期的全磷和有效磷均表現(xiàn)為不斷下降的趨勢（P ＜0.05）；其中，成熟末期TM 組的全磷含量分別是RM 組和RT 組的2.51 倍和2.21 倍，而有效磷含量是RM 組和RT 組的10.18 倍和8.15 倍，差異顯著（P＜0.05）。

圖4 水稻不同生育期各試驗組土壤全磷（A）和有效磷（B）的動態(tài)變化

2.1.4 土壤全鉀和速效鉀動態(tài)變化 從圖5A 中可以看出，返青期、拔節(jié)孕穗期、灌漿期到成熟末期4 個時期，TM 組和RT 組全鉀含量差異不顯著（P ＞0.05），而RM 組在灌漿期急劇下降，成熟末期又回升至返青期水平；其中，灌漿期TM 和RT 2 個組全鉀含量分別比RM 組高36.67%和37.00%（P ＜0.05）。圖5B結(jié)果表明，4 個時期TM 組的速效鉀與全鉀變化趨勢一致，顯著高于RM 組和RT 組（P ＜0.05），且呈先升后降再升趨勢，但組內(nèi)含量差異不顯著（P ＞0.05）。

2.2 水稻生產(chǎn)效果

圖5 水稻不同生育期各試驗組土壤全鉀（A）和速效鉀（B）的動態(tài)變化

2.3 稻田土壤養(yǎng)分動態(tài)變化與水稻生產(chǎn)效果的相關(guān)性

從表3 中可以看出，土壤養(yǎng)分之間存在一定的相關(guān)關(guān)系，水解氮與全氮、全磷和有機質(zhì)呈極顯著的正相關(guān)關(guān)系（相關(guān)系數(shù)分別為0.93、0.81 和0.91），全氮與全磷和有機質(zhì)也呈現(xiàn)出極顯著的正相關(guān)關(guān)系（相關(guān)系數(shù)分別為0.94 和0.99），與全鉀呈顯著的正相關(guān)關(guān)系（相關(guān)系數(shù)為0.50），有機質(zhì)也與全磷和全鉀呈極顯著（相關(guān)系數(shù)為0.94）和顯著（相關(guān)系數(shù)為0.56）的正相關(guān)關(guān)系。草龜增重與土壤養(yǎng)分的相關(guān)關(guān)系不顯著，且草龜增重與pH 值、水解氮、速效鉀、全氮、全磷、有機質(zhì)之間存在不顯著負相關(guān)關(guān)系，谷增重與pH 值、水解氮、全氮、全磷、有機質(zhì)之間存在不顯著正相關(guān)關(guān)系，且與速效鉀和全鉀存在極顯著的正相關(guān)關(guān)系（相關(guān)系數(shù)分別為0.70 和0.83）。這說明草龜增重與土壤養(yǎng)分的關(guān)系不大，而稻谷增重與土壤養(yǎng)分的關(guān)系密切。

表1 RM 組和RT 組水稻生長性狀比較

表2 TM 組和RT 組草龜生長性能比較

表3 土壤養(yǎng)分與水稻和草龜生長相關(guān)分析

3 結(jié)論與討論

3.1 池塘單養(yǎng)草龜?shù)耐寥鲤B(yǎng)分含量比水稻單作和稻龜綜合種養(yǎng)高

試驗結(jié)果表明，從返青期、拔節(jié)孕穗期、灌漿期到成熟末期，池塘單養(yǎng)龜組的全氮、全磷、全鉀、水解氮、有效磷和速效鉀含量始終處于最高水平，與水稻單作組和稻龜綜合種養(yǎng)組差異顯著，其中，池塘單養(yǎng)龜組各養(yǎng)分含量隨著水稻的生長一直呈上升的趨勢，而水稻單作組和稻龜綜合種養(yǎng)組隨著水稻的生長一直呈下降的趨勢（全氮和全鉀除外），但稻龜綜合種養(yǎng)組高于水稻單作組。池塘單養(yǎng)龜中，由于沒有水稻對氮、磷、鉀元素的吸收和利用，大量含有氮、磷、鉀營養(yǎng)成分的飼料殘渣和草龜糞便通過水體后沉積于底泥中，且隨著時間的推移而不斷的積累，導致其一直呈現(xiàn)上升的趨勢[13]。而稻龜綜合種養(yǎng)組中，大量的飼料殘渣和草龜糞便被水稻充分吸收和利用，故而其含量顯著低于池塘，但水稻單作組中，沒有進行施肥和補充養(yǎng)分，導致其含量低于稻龜綜合種養(yǎng)組。

土壤養(yǎng)分直接影響水稻的健康生長及產(chǎn)量，Schoenholtz 等[14]認為土壤pH 值、有機質(zhì)、全氮、水解氮、全磷、有效磷、全鉀和速效鉀等土壤養(yǎng)分指標是評價土壤肥力的重要指標[14]。近年來，國內(nèi)針對稻田綜合種養(yǎng)中土壤養(yǎng)分動態(tài)變化規(guī)律及經(jīng)濟效益進行了大量的研究[3-4,15-17]。佀國涵等[14]認為稻蝦共作模式改善了土壤結(jié)構(gòu)，增加了土壤養(yǎng)分，提高了水稻產(chǎn)量及經(jīng)濟效益。而徐敏等[16]研究發(fā)現(xiàn)，稻蟹共生模式可以調(diào)節(jié)土壤 pH 值，顯著提高土壤中有機質(zhì)的含量，但對土壤總氮含量影響不顯著，在水稻生長后期會顯著提高土壤中堿解氮、速效磷、有效鉀含量。有研究表明，與對常規(guī)稻田和轉(zhuǎn)換期稻鴨共作稻田相比，有機種植方式下稻鴨共作稻田土壤有機質(zhì)、堿解氮、速效磷和速效鉀含量在水稻整個生長期較為穩(wěn)定，這可能與秸稈還田及鴨子排泄的糞便對土壤養(yǎng)分狀況具有一定調(diào)控、緩沖和促進作用有關(guān)[17]。研究中發(fā)現(xiàn)，除pH 值外，池塘單養(yǎng)草龜組（TM 組）土壤中有機質(zhì)、全氮、水解氮、全磷、有效磷、全鉀和速效鉀等各養(yǎng)分含量均顯著高于水稻單作組（RM 組）和稻龜綜合種養(yǎng)組（RT 組），與水稻單作組相比，稻龜綜合種養(yǎng)組顯著增加了土壤中的有機質(zhì)、全氮、全磷和全鉀的積累。

土壤有機質(zhì)是由一系列存在于土壤中碳和氮的有機化合物組成的，有機質(zhì)對污染物的遷移轉(zhuǎn)化起著重要作用[18-19]，底泥有機質(zhì)富集導致底層缺氧，其主要原因是有機質(zhì)分解后將驅(qū)動營養(yǎng)物質(zhì)的釋放，導致底層厭氧狀態(tài)的形成，進而促進有毒有害物質(zhì)的產(chǎn)生和累積[20]。也有研究認為，土壤有機質(zhì)含量是衡量土壤肥力的主要標志和影響水稻產(chǎn)量的重要因素之一，這是因為土壤有機質(zhì)中含有水稻生長所必需的營養(yǎng)元素，對水稻生長具有促進作用[16]。該研究中，池塘單養(yǎng)龜模式中的有機質(zhì)含量均高于RM 組和RT 組，且隨著時間的推移呈上升的趨勢，成為了池塘污染物的源和匯，而RT 組的有機質(zhì)含量在4 個時期趨于穩(wěn)定狀態(tài)，差異不顯著，這是因為稻龜綜合種養(yǎng)可以充分利用有機質(zhì)中的營養(yǎng)物質(zhì)來促進水稻的生長，而常規(guī)水稻種植中，從返青期到拔節(jié)孕穗期呈上升的趨勢，但從拔節(jié)孕穗期到成熟末期呈急劇下降的趨勢，由于沒有草龜?shù)酿D料殘余和糞便補充，導致有機質(zhì)含量急劇下降的緣故。因此，稻龜綜合種養(yǎng)模式是一種生態(tài)可持續(xù)的農(nóng)業(yè)模式，既解決了池塘污染物的源與匯問題，又提高了稻田的綜合利用率。

3.2 稻龜綜合種養(yǎng)的水稻比單作水稻增產(chǎn)

試驗結(jié)果顯示，稻龜綜合種養(yǎng)組水稻的結(jié)實率、凈重、根重和稻谷產(chǎn)量均顯著高于水稻單作組，其中，稻谷產(chǎn)量比水稻單作增產(chǎn)24.48%（P＜ 0.05），表明稻龜種養(yǎng)能提高水稻生產(chǎn)性能，增加水稻產(chǎn)量，這與張劍等[21]的研究結(jié)果一致。草龜從飼料中獲取的營養(yǎng)，部分以排泄物的形式歸還給稻田后，被水稻充分吸收和利用，從而促進了水稻的生長，使得稻龜種養(yǎng)組水稻產(chǎn)量高于水稻單作組[21-22]。同時，稻龜綜合種養(yǎng)組草龜?shù)脑鲋芈?、特定生長效率顯著優(yōu)于池塘單養(yǎng)龜組，這可能與草龜在稻田環(huán)境中，相當于模擬野生生態(tài)環(huán)境，豐富的天然食物來源提高其生長性能。土壤養(yǎng)分與水稻和草龜產(chǎn)量的相關(guān)性分析結(jié)果表明，土壤養(yǎng)分與草龜?shù)纳L相關(guān)關(guān)系不顯著，但與水稻生長呈正相關(guān)關(guān)系，特別是全鉀和速效鉀，呈強正相關(guān)關(guān)系。這是因為草龜?shù)拇嬖诳梢约铀偻寥赖⒘?、鉀元素的周轉(zhuǎn)，提高水稻產(chǎn)量[23]。余經(jīng)緯[24]研究表明，稻-蝦-鴨生態(tài)復合種養(yǎng)模式中，鴨子和蝦排泄物的歸還增加了土壤養(yǎng)分庫的數(shù)量，顯著提高了土壤養(yǎng)分的有效性和保肥性，顯著提高了土壤中全氮、堿解氮、速效磷和速效鉀含量。徐敏等[16]研究也發(fā)現(xiàn)，河蟹的餌料和飼料中含有豐富的氮、磷、鉀元素，加上河蟹的覓食活動翻動了土壤，改善了土壤的通氣狀況，促進水稻對氮、磷、鉀元素的吸收，從而使得稻蟹共生種植模式的水稻產(chǎn)量比常規(guī)水稻種植模式高出11%～16%。

3.3 草龜增重與土壤養(yǎng)分無明顯相關(guān)關(guān)系，而水稻產(chǎn)量與土壤養(yǎng)分呈顯著或極顯著正相關(guān)關(guān)系

試驗結(jié)果表明，草龜增重與土壤養(yǎng)分的相關(guān)關(guān)系不顯著，且龜增重與pH 值、水解氮、速效鉀、全氮、有機質(zhì)等之間存在不顯著負相關(guān)關(guān)系，谷增重與pH值、水解氮、全氮、全磷、有機質(zhì)之間存在不顯著正相關(guān)關(guān)系，且與速效鉀和全鉀的正相關(guān)性極顯著（相關(guān)系數(shù)分別為0.70 和0.83）。這說明草龜養(yǎng)殖要盡量避免富營養(yǎng)的環(huán)境，因草龜自身能增加生境的有機質(zhì)，而水稻生長過程中能吸收有機養(yǎng)分，又被草龜控制了蟲害，因而稻龜綜合種養(yǎng)組的草龜生長性能優(yōu)于池塘單養(yǎng)草龜組，其水稻生長性能也優(yōu)于水稻單作組。

綜上所述，稻龜綜合種養(yǎng)可以提高土壤肥力，提高稻田利用附加值，具有良好的社會、經(jīng)濟和生態(tài)效益，是一種值得推廣的生態(tài)農(nóng)業(yè)新模式。