厲寶仙，王保君，懷 燕，沈亞強(qiáng)，張紅梅，程旺大，*

(1.浙江省農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣中心，浙江 杭州 310020； 2.嘉興市農(nóng)業(yè)科學(xué)研究院 生態(tài)環(huán)境研究所，浙江 嘉興 314016)

水稻是我國(guó)第二大糧食作物，在確保國(guó)家糧食安全方面具有重要貢獻(xiàn)。但是，近幾年來(lái)我國(guó)稻谷最低收購(gòu)價(jià)格基本呈逐年降低趨勢(shì)，種糧效益日益低下，在一定程度上影響了農(nóng)民種糧的積極性。據(jù)統(tǒng)計(jì)，2019年全國(guó)水稻種植面積2 969.4萬(wàn)hm2，比2018年減少49.5萬(wàn)hm2，其中早稻面積減少34.1萬(wàn)hm2，中晚稻面積減少15.4萬(wàn)hm2[1]。近年來(lái)，隨著我國(guó)農(nóng)村土地流轉(zhuǎn)政策不斷明確，農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)化步伐加快，稻田規(guī)模經(jīng)營(yíng)成為可能，稻田綜合種養(yǎng)的穩(wěn)糧增效功能再次得到了各地重視。經(jīng)過(guò)這幾年的發(fā)展，稻漁綜合種養(yǎng)正逐步成為具有“穩(wěn)糧、促漁、增效、提質(zhì)、生態(tài)”等多方面功能的現(xiàn)代農(nóng)業(yè)發(fā)展新模式，掀起了新一輪發(fā)展的熱潮[2]。在當(dāng)前全面實(shí)施鄉(xiāng)村振興戰(zhàn)略背景下，稻漁綜合種養(yǎng)在推進(jìn)產(chǎn)業(yè)融合、帶動(dòng)當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)發(fā)展，促進(jìn)農(nóng)(漁)業(yè)增效和農(nóng)民增收具有積極的作用[3]。據(jù)統(tǒng)計(jì)，2018年，浙江省綜合種養(yǎng)面積已達(dá)2.03萬(wàn)hm2，遍布除舟山以外的10個(gè)市，發(fā)展勢(shì)頭強(qiáng)勁[4]。其中，稻蝦綜合種養(yǎng)模式面積為0.2萬(wàn)hm2，已經(jīng)逐步成為浙江省稻漁綜合種養(yǎng)典型模式之一，發(fā)展前景廣闊。

目前關(guān)于水稻-小龍蝦綜合種養(yǎng)對(duì)生態(tài)環(huán)境方面的報(bào)道較多。佀國(guó)涵等[5]研究發(fā)現(xiàn)，稻蝦共作模式可以改善土壤結(jié)構(gòu)，增加土壤養(yǎng)分；蔡晨等[6]研究發(fā)現(xiàn)，長(zhǎng)期稻蝦輪作有助于改善耕層土壤結(jié)構(gòu)，增強(qiáng)土壤緩沖能力，提高土壤養(yǎng)分；王蓉等[7]研究發(fā)現(xiàn)，稻蝦共作模式對(duì)微生物多樣性指數(shù)無(wú)顯著影響，但顯著增加了微生物豐富度指數(shù)；徐祥玉等[8]研究發(fā)現(xiàn)，在冬泡+稻草還田基礎(chǔ)上養(yǎng)蝦可以大幅度降低甲烷排放。紅鰲螯蝦(Cheraxquadriearinatus)，俗稱澳洲淡水龍蝦，原產(chǎn)于澳大利亞，是世界上最名貴的淡水經(jīng)濟(jì)蝦類之一。由于該蝦個(gè)體大，生長(zhǎng)速度快，適應(yīng)性強(qiáng)，營(yíng)養(yǎng)豐富，具有較大的發(fā)展前景[9]。而目前關(guān)于水稻-紅鰲螯蝦綜合種養(yǎng)對(duì)稻田土壤環(huán)境影響方面的研究卻相對(duì)較少。本研究通過(guò)水稻-紅鰲螯蝦共作系統(tǒng)對(duì)稻田土壤養(yǎng)分、碳庫(kù)，以及稻米品質(zhì)的影響，以期更好地促進(jìn)稻蝦綜合種養(yǎng)新模式的健康發(fā)展。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地概況

試驗(yàn)于2019年在嘉興市農(nóng)業(yè)科學(xué)研究院古塘試驗(yàn)園區(qū)(30°51′49.9″N，120°42′14.5″E )進(jìn)行，田間試驗(yàn)條件能代表當(dāng)?shù)匾话闵a(chǎn)水平。試驗(yàn)地屬亞熱帶季風(fēng)氣候，海拔10 m，年平均氣溫15.5 ℃，年均降水量1 194 mm，年均日照時(shí)間1 950 h，年輻射量462 kJ·cm-2，無(wú)霜期245 d。試驗(yàn)田土壤類型為長(zhǎng)三角地區(qū)典型的水稻青紫泥，0～20 cm土層土壤基本理化性狀：有機(jī)質(zhì)27.05 g·kg-1，全氮1.63 g·kg-1，全磷0.50 g·kg-1，全鉀20.45 g·kg-1，水解性氮121.65 mg·kg-1，pH 值6.45。2019年試驗(yàn)點(diǎn)月平均溫度和降水情況見圖1。

圖1 2019年試驗(yàn)點(diǎn)降水和氣溫變化Fig.1 Variation of monthly mean precipitation and temperature in 2019

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)設(shè)置水稻單作模式(CK)和水稻-紅鰲螯蝦共作模式(RS)2個(gè)處理，進(jìn)行大區(qū)試驗(yàn)。其中，水稻單一種植模式面積為0.1 hm2，按照當(dāng)?shù)爻Ｒ?guī)晚粳稻種植模式進(jìn)行；水稻-紅鰲螯蝦共作模式試驗(yàn)面積為0.2 hm2，在稻田四周開挖一條寬2 m，深1.5 m，坡比1∶1.5的環(huán)溝，作為紅鰲螯蝦棲息、活動(dòng)以及高溫避暑的場(chǎng)所，環(huán)溝面積占整個(gè)田塊總面積的10%左右。此外，在稻田四周做一條寬0.5 m，表面高出稻田面0.4 m的小田埂，便于減少翻耕、施肥等對(duì)紅鰲螯蝦的不利影響。

1.3 田間管理

本試驗(yàn)供試水稻品種為嘉興市農(nóng)科院選育的晚粳優(yōu)質(zhì)品種‘軟香2號(hào)’，該品種被浙江省農(nóng)業(yè)農(nóng)村廳評(píng)選為“2018浙江好稻米”十大金獎(jiǎng)產(chǎn)品之一。水稻單一種植模式于6月22日進(jìn)行人工移栽，移栽葉齡為5葉，移栽株行距為25 cm×16 cm，每穴2株。水稻-紅鰲螯蝦共作模式于5月28日投放1cm左右大小蝦苗，投放密度為22 500尾·hm-2，水稻移栽時(shí)間、方式和株行距同單一種植模式。供試氮肥為中顆粒尿素(N≥46%)，鉀肥為氯化鉀(K2O≥60%)，磷肥為粒狀過(guò)磷酸鈣(P2O5≥12%)。在施肥模式方面，水稻單一種植模式的施肥模式：氮肥施用量為210 kg·hm-2(以純氮計(jì))，按基肥、分蘗肥、穗肥用量比例4∶3∶3施用，移栽前一天施入基肥，7月15日施入分蘗肥，由于8月初外河水質(zhì)較差，水華暴發(fā)，避免稻蝦共生環(huán)溝水質(zhì)受到影響，穗肥推遲至8月30日施入，單一種植模式同水稻-紅鰲螯蝦共作模式保持一致；P、K肥全部作基肥施用，施用量分別為45 kg·hm-2和135 kg·hm-2。水稻-紅鰲螯蝦共作模式的施肥模式：根據(jù)“控磷減氮”原則，結(jié)合當(dāng)?shù)胤N養(yǎng)實(shí)情，磷肥、鉀肥未施用，僅施用86.25 kg·hm-2純氮，按分蘗肥和穗肥1∶1施入。在水分管理方面，水稻單作模式：根據(jù)當(dāng)?shù)爻Ｒ?guī)灌溉模式，移栽時(shí)水層深度為5 cm左右，薄水淺插，有效分蘗期露田與淺水灌溉交替，夠苗時(shí)及時(shí)排水?dāng)R田，至拔節(jié)前逐漸擱至田土沉實(shí)不陷腳，田中開細(xì)裂縫，抽穗揚(yáng)花期建立淺水層，灌漿結(jié)實(shí)期干濕交替，成熟前5～7 d停止灌水。水稻-紅鰲螯蝦共作模式：稻田水層深度要兼顧環(huán)溝紅鰲螯蝦養(yǎng)殖所需水層深度和水質(zhì)，移栽時(shí)稻田水層深度保持10 cm左右。7月份稻田水層深度保持20 cm左右，始終保持淹水狀態(tài)，8—9月份高溫階段灌深水，稻田水層深度為40～45 cm，10月初開始用地籠捕蝦，捕大留小，至11月10日干塘捕撈完。水稻-紅鰲螯蝦共作模式紅鰲螯蝦日常投喂管理：蝦苗于2019年5月28日投放，放苗第二天開始，早晨和傍晚投喂澳龍專用飼料，放苗初期投喂量控制在每萬(wàn)尾苗750～1 250 g，后期根據(jù)實(shí)際情況逐步增加飼料投喂量。兩處理均于11月21日進(jìn)行水稻收獲。

1.4 測(cè)定內(nèi)容及方法

1.4.1 水稻產(chǎn)量和品質(zhì)的測(cè)定

水稻產(chǎn)量測(cè)定：水稻收獲前，在田間調(diào)查水稻有效穗數(shù)，每個(gè)處理按3點(diǎn)取樣法進(jìn)行取樣和測(cè)產(chǎn)，每個(gè)取樣點(diǎn)隨機(jī)采集20穴水稻植株，用網(wǎng)袋裝好，帶回室內(nèi)考種，主要考查穗粒數(shù)、結(jié)實(shí)率、千粒重等指標(biāo)。每個(gè)取樣點(diǎn)單獨(dú)收割25 m2進(jìn)行測(cè)產(chǎn)。

水稻品質(zhì)測(cè)定：成熟期收獲脫粒后，常溫儲(chǔ)藏3個(gè)月，待稻米理化性質(zhì)穩(wěn)定后，參照國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 17891—1999 《優(yōu)質(zhì)稻谷》測(cè)定整精米率、堊白度、膠稠度、堿消值等。精米中直鏈淀粉含量用碘比色法測(cè)定分析，蛋白質(zhì)含量利用凱氏定氮法測(cè)定[10]。

1.4.2 水稻土壤指標(biāo)測(cè)定

在水稻分蘗期(7月11日)、拔節(jié)期(7月30日)、齊穗期(9月6日)、灌漿期(9月23日)和成熟期(11月20日)對(duì)稻田土壤進(jìn)行取樣，用土鉆在試驗(yàn)田按S型路線隨機(jī)采集10個(gè)點(diǎn)的土樣，取樣深度為0～20 cm，混合后帶入實(shí)驗(yàn)室，剔除石塊和動(dòng)植物殘?bào)w等雜質(zhì)，測(cè)定土壤養(yǎng)分(包括有土壤速效磷、土壤速效鉀、土壤銨態(tài)氮和硝態(tài)氮)，測(cè)定土壤碳庫(kù)(包括水溶性有機(jī)碳、易氧化有機(jī)碳、土壤微生物碳)。其中速效磷采用碳酸氫鈉-鉬銻抗比色法測(cè)定[10]，速效鉀用火焰光度計(jì)比色法測(cè)定[10]，銨態(tài)氮采用靛酚藍(lán)比色法測(cè)定[10]，硝態(tài)氮采用紫外分光光度計(jì)測(cè)定[10]。土壤水溶性有機(jī)碳采用重鉻酸鉀外加熱氧化法測(cè)定[11]，土壤易氧化有機(jī)碳采用高錳酸鉀氧化比色法測(cè)定[12]。土壤微生物量碳采用氯仿熏蒸法測(cè)定[13]。

1.5 數(shù)據(jù)處理與分析

試驗(yàn)數(shù)據(jù)用SPSS 25.0軟件進(jìn)行獨(dú)立樣本t檢驗(yàn)，試驗(yàn)水稻品質(zhì)相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行雷達(dá)圖分析，用Graphpad Prism 8.0和 Microsoft Office Excel 2010軟件進(jìn)行作圖制表。

2 結(jié)果與分析

2.1 水稻-紅鰲螯蝦共作對(duì)土壤養(yǎng)分的影響

2.1.1 土壤氨態(tài)氮含量的動(dòng)態(tài)變化

2.1.2 土壤硝態(tài)氮含量的動(dòng)態(tài)變化

2.1.3 土壤速效鉀含量的動(dòng)態(tài)變化

RS和CK處理速效鉀含量變化趨勢(shì)高度一致，均呈“先增—后降—再增”趨勢(shì)，各處理最低峰值均出現(xiàn)在齊穗期，最大峰值均出現(xiàn)在成熟期。在水稻整個(gè)生育期內(nèi)，RS處理的土壤速效鉀含量均低于CK處理，且在水稻成熟期時(shí)顯著(P<0.05)低于CK處理。RS土壤中速效鉀的平均含量為74.73 mg·kg-1，較CK處理減少了16.40%(圖2-C)。

*、**分別表示處理之間差異達(dá)到顯著(P<0.05)或極顯著(P<0.01)水平。*， ** represented the difference among different treatments was significant at the level of 0.05 or 0.01， respectively.圖2 水稻-紅鰲螯蝦共作對(duì)土壤養(yǎng)分的影響Fig.2 Soil nutrients in integrated rice-redclaw crayfish farming system

2.1.4 土壤速效磷含量的動(dòng)態(tài)變化

隨著水稻生育期的推進(jìn)，土壤速效磷含量均表現(xiàn)為“先增后降”的趨勢(shì)。RS的速效磷含量的最大峰值出現(xiàn)在齊穗期，而CK的速效磷含量的最大峰值出現(xiàn)在拔節(jié)期。在水稻整個(gè)生育期內(nèi)，RS處理的速效磷含量均高于CK處理，且在水稻齊穗期、灌漿期和成熟期的土壤速效磷含量均顯著(P<0.05)高于CK處理。RS土壤中速效磷的平均含量為19.43 mg·kg-1，較CK處理顯著(P<0.05)增加了48.10%(圖2-D)。

2.2 水稻-紅鰲螯蝦共作對(duì)土壤碳庫(kù)的影響

2.2.1 土壤易氧化有機(jī)碳含量的動(dòng)態(tài)變化

RS和CK處理的土壤易氧化有機(jī)碳含量的最大值均出現(xiàn)在水稻成熟期。隨著水稻生育期的推進(jìn)，RS的易氧化有機(jī)碳含量呈逐漸上升趨勢(shì)。在水稻整個(gè)生育期內(nèi)，RS處理在拔節(jié)期的易氧化有機(jī)碳含量顯著(P<0.05)高于CK處理。RS易氧化有機(jī)碳的平均含量為3.51 g·kg-1，較CK減少了3.93%(圖3-A)。

2.2.2 土壤可溶性有機(jī)碳含量的動(dòng)態(tài)變化

RS的土壤可溶性有機(jī)碳含量的最大峰值出現(xiàn)在灌漿期，而CK處理的最大峰值出現(xiàn)在水稻成熟期。在水稻整個(gè)生育期內(nèi)，RS處理在水稻拔節(jié)期、齊穗期和成熟期土壤的可溶性有機(jī)碳含量低于CK處理。RS可溶性有機(jī)碳的平均含量為96.80 mg·kg-1，較CK減少了16.59%，差異不顯著(圖3-B)。

2.2.3 土壤微生物量碳含量的動(dòng)態(tài)變化

RS和CK處理的土壤微生物量碳含量的最小峰值均出現(xiàn)在水稻灌漿期。在水稻整個(gè)生育期內(nèi)，除水稻分蘗期外，RS的微生物量碳含量均低于CK處理。RS微生物量碳的平均含量為67.01 mg·kg-1，較CK處理減少了52.80%(圖3-C)。

2.3 水稻-紅鰲螯蝦共作對(duì)水稻產(chǎn)量的影響

由表1可知，RS的千粒重顯著(P<0.05)低于CK處理，在水稻實(shí)際產(chǎn)量方面，RS的實(shí)際產(chǎn)量較CK處理降低了16.03%，但差異不顯著。

2.4 水稻-紅鰲螯蝦共作對(duì)水稻品質(zhì)的影響

根據(jù)方長(zhǎng)云等[14]和鄧祿軍等[15]雷達(dá)圖綜合評(píng)價(jià)方法，利用雷達(dá)圖對(duì)稻米堿消值、膠稠度、蛋白質(zhì)、直鏈淀粉、蛋白質(zhì)、整精米率和堊白度進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)。其中堿消值、膠稠度、整精米率為正向指標(biāo)，蛋白質(zhì)、直鏈淀粉為固定性指標(biāo)，堊白度為負(fù)向指標(biāo)，然后各項(xiàng)指標(biāo)進(jìn)行無(wú)量綱化處理，繪制雷達(dá)圖，最后采取雷達(dá)圖的平均周長(zhǎng)和平均面積作為特征向量構(gòu)建評(píng)價(jià)函數(shù)，對(duì)稻米品質(zhì)進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)。由圖4可見，RS處理有利于減少稻米堊白度，從而有利于提高外觀品質(zhì)?；诶走_(dá)圖對(duì)稻米堊白度、堿消值、膠稠度、支鏈淀粉和蛋白質(zhì)含量綜合評(píng)價(jià)可以看出，RS處理的稻米綜合品質(zhì)優(yōu)于CK處理，說(shuō)明稻蝦共生不僅有利于提高稻米外觀品質(zhì)，也有利于提高稻米綜合品質(zhì)。

圖4 水稻-紅鰲螯蝦共作對(duì)水稻品質(zhì)的影響Fig.4 Effect of integrated rice-redclaw crayfish farming system on rice quality

3 討論

土壤養(yǎng)分作為土壤肥力的重要表征。相關(guān)研究表明，稻蝦共作模式可以顯著提高0～10 cm土層中全氮和堿解氮含量[6]。本研究表明，隨著水稻生育期的推進(jìn)，水稻-紅鰲螯蝦共作和水稻單作模式的氨態(tài)氮含量均在水稻拔節(jié)期達(dá)到最大值，且共作模式顯著高于單作模式。在稻蝦共作模式中，氮肥施用和飼料投喂是土壤中氮素輸入的主要途徑[16]。因?yàn)樗旧L(zhǎng)前期耗氮量較少，施入氮肥部分會(huì)殘留在土壤中，增加土壤速效氮含量，所以水稻拔節(jié)期土壤氨態(tài)氮含量較高，與王士超等[17]研究結(jié)果一致。在水稻收獲前10 d左右，水稻-紅鰲螯蝦共作模式進(jìn)行干塘，原本處于淹水狀態(tài)的土壤氧氣含量增加，水稻成熟期稻田土壤的硝化作用加強(qiáng)[18]，土壤硝態(tài)氮含量增加。土壤速效磷和速效鉀是衡量土壤磷、鉀元素供應(yīng)能力的重要指標(biāo)[10，19]。本研究表明，在整個(gè)水稻生育期內(nèi)，水稻-紅鰲螯蝦共作模式的土壤速效鉀含量低于水稻單作模式。人為施肥活動(dòng)是影響土壤速效養(yǎng)分的重要因素[20]，由于在水稻-紅鰲螯蝦共作模式中未施用鉀肥，導(dǎo)致水稻整個(gè)生育期土壤的速效鉀含量均低于水稻單作模式。在2種種植模式下，土壤速效鉀含量的最低值均出現(xiàn)在水稻齊穗期，且在水稻整個(gè)生育期內(nèi)土壤速效鉀平均含量均低于100 mg·kg-1。根據(jù)全國(guó)第二次土壤普查養(yǎng)分分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)[21]可知，2種模式下稻田土壤的速效鉀含量均較缺乏，建議在水稻齊穗期適當(dāng)?shù)难a(bǔ)充鉀肥尤其是稻蝦共生模式，可以提高水稻產(chǎn)量和品質(zhì)。磷元素作為植物生長(zhǎng)的必需營(yíng)養(yǎng)元素，也是土壤養(yǎng)分的主要限制因子，在稻蝦共作模式下飼料投喂約占磷輸入總量的29.4%[16]，是磷主要輸入方式之一。本研究還表明，在水稻整個(gè)生育期內(nèi)，水稻-紅鰲螯蝦共作模式的速效磷含量高于水稻單作模式，且在水稻齊穗、灌漿和成熟期顯著高于單作模式[22]，可能于后期飼料投喂量有關(guān)，說(shuō)明稻蝦共生模式可適當(dāng)減少磷肥的施用量。

土壤碳庫(kù)是全球碳循環(huán)的重要組成部分。其中，土壤活性有機(jī)碳是反映土壤碳庫(kù)動(dòng)態(tài)變化的敏感性指標(biāo)，能夠反映施肥、灌溉等農(nóng)田管理措施引起土壤有機(jī)碳的微小變化[23]。本研究表明，在整個(gè)水稻生育期內(nèi)，水稻-紅鰲螯蝦共作模式的平均易氧化有機(jī)碳含量、可溶性有機(jī)碳含量以及土壤微生物量碳含量均低于水稻單作模式。這可能是因?yàn)樗?紅鰲螯蝦共作模式長(zhǎng)期處于淹水狀態(tài)，土壤通氣性較差，好氧性微生物活性減弱，有機(jī)質(zhì)分解速率相對(duì)緩慢[18]。此外，在水稻-紅鰲螯蝦共作模式中氮肥施入量較少，造成土壤C/N失衡，土壤微生物活性降低[24]。

水稻品質(zhì)的好壞由遺傳因素和環(huán)境因素共同決定。石世杰等[25]研究發(fā)現(xiàn)，在稻蝦共作模式下，隨著播期的推遲，水稻品種的精米率和整精米率逐漸升高，而堊白率和堊白度逐漸降低。本實(shí)驗(yàn)研究結(jié)果表明，稻田養(yǎng)殖紅鰲螯蝦后，水稻堊白度有所降低，稻米品質(zhì)有所改善?；趯?duì)稻米堊白度、堿消值、膠稠度、支鏈淀粉和蛋白質(zhì)含量綜合評(píng)價(jià)表明，水稻-紅鰲螯蝦共生模式不僅有利于提高稻米外觀品質(zhì)，也有利于提高稻米綜合品質(zhì)。在產(chǎn)量方面，水稻-紅鰲螯蝦模式下水稻的千粒重和實(shí)際產(chǎn)量有所下降，說(shuō)明在該模式下水稻處于長(zhǎng)期淹水狀態(tài)，不利于水稻后期籽粒灌漿發(fā)育，造成水稻產(chǎn)量下降[26]。在經(jīng)濟(jì)效益方面，根據(jù)2019年試驗(yàn)測(cè)算，水稻收入為3 507元·667m-2，紅鰲螯蝦收入為2 750元·667m-2，除去成本4 780元·667m-2外，水稻-紅鰲螯蝦共作模式綜合經(jīng)濟(jì)效益達(dá)1 477元·667m-2[27]，較水稻單種模式效益明顯提高。

4 結(jié)論

水稻-紅鰲螯蝦共作模式可以增加土壤中氨態(tài)氮和速效磷含量，而土壤速效鉀、硝態(tài)氮、易氧化有機(jī)碳、可溶性有機(jī)碳和微生物量碳含量降低。在水稻產(chǎn)量和品質(zhì)方面，水稻-紅鰲螯蝦共作模式的水稻實(shí)際產(chǎn)量有所降低，但有利于提高稻米品質(zhì)，尤其是外觀品質(zhì)明顯提高。此外，在該模式下綜合經(jīng)濟(jì)效益較水稻單種模式效益明顯提高。