馬微微，陳燦，2，黃璜，2，任勃，周晶，李桂香，王忍

（1.湖南農(nóng)業(yè)大學(xué) 農(nóng)學(xué)院，湖南 長沙 410128；2.湖南省稻田生態(tài)種養(yǎng)工程技術(shù)研究中心，湖南 長沙 410128；3.湖南農(nóng)業(yè)大學(xué) 資源環(huán)境學(xué)院，湖南 長沙 410128）

民以食為天，糧食安全已上升為國家戰(zhàn)略，糧食安全主要包括糧食產(chǎn)量安全和糧食質(zhì)量安全。近年來，我國稻谷年產(chǎn)量穩(wěn)定在2 億t 以上[1]，稻谷質(zhì)量安全備受人們關(guān)注。農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中長期大量農(nóng)藥化肥的使用，破壞了農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)平衡，嚴重制約水稻生產(chǎn)的良性循環(huán)發(fā)展[2]。如何在保障糧食產(chǎn)量安全的同時，降低農(nóng)業(yè)面源污染，成為現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的研究熱點。稻田生態(tài)種養(yǎng)作為水稻綠色生產(chǎn)模式，能夠節(jié)肥26.52%、減藥61.08%，達到穩(wěn)產(chǎn)增產(chǎn)效果[3]，是實現(xiàn)農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的一種重要途徑。稻鴨[4]、稻魚[5]是我國傳統(tǒng)稻田生態(tài)種養(yǎng)模式，稻田生態(tài)種養(yǎng)創(chuàng)新模式主要有稻魚雞[6]、稻鱉蝦[7]等。

土壤養(yǎng)分是土壤提供給植物生長所必需的營養(yǎng)元素，其中氮、磷、鉀是影響水稻生長的主要元素[8]。已有研究發(fā)現(xiàn)，稻田生態(tài)種養(yǎng)模式能顯著提高土壤中的全氮、全磷、有效磷、速效鉀等養(yǎng)分含量[9]，稻鴨模式能加速有機質(zhì)的分解[10]，稻魚模式能增加水中溶氧量[11]；稻田養(yǎng)殖中水產(chǎn)（放養(yǎng)）動物的餌料及排泄物能為水稻提供天然的營養(yǎng)物質(zhì)，稻鰍模式可增加水稻每穴分蘗數(shù)和成穗數(shù)[12]。而壟作栽培技術(shù)可解決稻田長年積水、還原性有毒物質(zhì)聚積、光溫水土資源利用率低等問題[13]，提高土壤水肥利用率[14]、協(xié)調(diào)作物的生長環(huán)境，利于作物穩(wěn)產(chǎn)增產(chǎn)[15-17]。目前，有關(guān)壟作稻魚雞共生對水稻的影響研究報道較少，主要集中于壟作稻魚雞共生對水稻生長發(fā)育及產(chǎn)量的影響方面，且多為同一田塊研究[18-19]，關(guān)于壟作栽培稻魚雞共生對土壤養(yǎng)分含量的影響研究尚未見報道。為此，在不同田塊進行2 a 的壟作稻魚雞共生試驗，研究壟作稻魚雞共生對土壤養(yǎng)分含量及水稻產(chǎn)量的影響，以期為壟作稻魚雞共生模式的發(fā)展和推廣提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料和方法

1.1 試驗區(qū)概況及試驗材料

試驗地位于湖南省長沙縣路口鎮(zhèn)明月村（113°29′48″E、28°40′38″N），于2018 年5—10 月進行第1年試驗，2019 年5—10 月在同一區(qū)域不同田塊進行第2 年試驗，該區(qū)屬亞熱帶濕潤氣候，年均氣溫16～18 ℃，全年無霜期260～300 d，日照時間1 600～1 800 h，年均降水量1 200～1 500 mm，年均蒸發(fā)量1 194.9 mm。土壤類型為紅黃泥水稻土，試驗前0～20 cm耕層土壤養(yǎng)分含量見表1。

表1 2018、2019年試驗田土壤養(yǎng)分含量Tab.1 The soil nutrient contents in the experimental fields in 2018 and 2019

供試水稻品種為常規(guī)中稻品種農(nóng)香32。供試雞為青腳黃麻雞，供試魚為工程鯽。

1.2 試驗設(shè)計

水稻采用壟作栽培。采用起壟機起壟，壟溝寬（相鄰兩壟底之間的距離）為0.3 m，深為0.4 m，壟基部寬為0.9 m，養(yǎng)殖田的四周開一條圍溝使各壟溝相連通，圍溝壟溝面積不超過總面積的10%。設(shè)置4個處理，即壟作稻魚雞處理（RFC）、壟作稻魚處理（RF）、壟作稻雞處理（RC）、壟作單稻處理（CK），每個處理3 個小區(qū)，小區(qū)面積60 m2。分別于2018 年6月10 日和2019 年5 月20 日播種，2018 年7 月5 日和2019 年6 月15 日移栽。水稻均移栽于壟的兩側(cè)，行距為15 cm，株距為30 cm，每穴4～5 苗。水稻移栽后10 d，壟肩放雞，壟溝放魚，稻魚和稻魚雞處理小區(qū)投放約8 cm 長、50 g 的工程鯽50 尾，稻雞和稻魚雞處理小區(qū)投放約0.5 kg的青腳黃麻雞10只。

1.3 田間管理

1.3.1 施肥、灌水 稻田起壟前施復(fù)合肥（15-15-15）600 kg/hm2；于水稻分蘗期放魚之前追施1 次尿素（含N 46%），用量為75 kg/hm2；于孕穗期和灌漿初期各噴1次5 g/L磷酸二氫鉀+10 g/L尿素，用量為300 L/hm2。試驗期間，稻魚、稻雞和稻魚雞小區(qū)均不噴施化學(xué)藥劑。水稻移栽后采取壟溝蓄水,壟上為半旱式浸潤灌溉。

1.3.2 魚的消毒、投放 魚苗投放之前用20～30 g/L的食鹽水浸泡3～5 min 進行消毒處理，并調(diào)節(jié)水溫，使運魚的袋裝水溫與稻田水溫差低于3 ℃。

1.3.3 放養(yǎng)動物的飼養(yǎng) 青腳黃麻雞放養(yǎng)初期進行人為馴食，引導(dǎo)雞全田活動、均勻作業(yè)。放養(yǎng)期間，養(yǎng)殖的魚和雞以昆蟲、浮游生物、雜草為食，根據(jù)生長情況，每天定時、定點、定量補充谷物飼料。保證稻魚雞共生時間達60 d以上。

1.3.4 防逃防鳥 小區(qū)周圍設(shè)置尼龍圍欄，在木樁上綁上彩帶并掛上氣味驅(qū)鳥劑。養(yǎng)魚小區(qū)進排水口設(shè)置攔魚柵，養(yǎng)雞小區(qū)于邊界搭建雞棚。

1.3.5 收獲 水稻灌漿期收獲雞；2018 年于10 月20 日收割水稻，2019 年于10 月6 日收割水稻；水稻收割前10 d收獲魚。

1.4 測定項目及方法

1.4.1 土壤養(yǎng)分含量 于水稻分蘗期、孕穗期、齊穗期、成熟期，每個小區(qū)采用5 點取樣法，采集0～20 cm 壟上土壤樣品，風(fēng)干后磨樣，過篩分裝用于土壤養(yǎng)分含量測定。其中，土壤有機質(zhì)含量采用重鉻酸鉀容量法測定，全氮、全磷含量采用濃硫酸消煮—流動分析儀法測定，全鉀含量采用濃硫酸消煮—火焰光度法測定，堿解氮含量采用堿解擴散法測定，速效磷含量采用0.05 mol/L HCl-0.025 mol/L（1/2 H2SO4）提取—可見分光光度計法測定，速效鉀含量采用乙酸銨浸提—火焰光度法測定。

1.4.2 水稻產(chǎn)量 于水稻收獲前1 d，每個小區(qū)選取有代表性的水稻植株5株，進行考種，調(diào)查有效穗數(shù)、穗總粒數(shù)、穗實粒數(shù)、千粒質(zhì)量，計算結(jié)實率；在水稻收獲當(dāng)天，每個小區(qū)隨機割取3個1 m2的樣方，脫粒后曬干，計算產(chǎn)量。

1.5 數(shù)據(jù)處理

采用Excel 2013 整理數(shù)據(jù)，使用SPSS 23.0 進行統(tǒng)計分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 壟作稻魚雞共生對稻田土壤養(yǎng)分含量的影響

2.1.1 全量養(yǎng)分

2.1.1.1 全氮 由表2 可知，隨著水稻生育進程的推進，2 a 土壤全氮含量變化趨勢一致，均表現(xiàn)為孕穗期升高、齊穗期降低、成熟期再增加。分蘗期，2018 年土壤全氮含量以RF 處理最高，為1.57 g/kg，顯著高于CK、RC、RFC 處理，較CK 高出25.60%；而2019 年以CK 最高，為0.86 g/kg，與RF、RFC 處理差異均不顯著。孕穗期和齊穗期，2018 年土壤全氮含量均以RC 處理最高，齊穗期RC 處理顯著高于CK、RF、RFC 處理，較CK 提高34.44%；2019 年均以RF處理最高，分別較CK 顯著提高17.05%和19.28%。成熟期，2 a 土壤全氮含量均表現(xiàn)為RFC＞RC＞CK＞RF，RFC、RC 處理分別較CK 提高51.33%、38.94%和4.27%、1.71%，且2018 年達到顯著水平。與土壤全氮含量本底值1.46 g/kg（2018 年）、0.69 g/kg（2019年）相比，成熟期，RFC 和RC 處理土壤全氮含量均提高，2018 年分別提高了17.12%和7.53%，2019 年分別提高了76.81%和72.46%。

2.1.1.2 全磷 由表2 可知,分蘗期、孕穗期，2018年土壤全磷含量分別以RFC、RC 處理最高，2019 年則分別以RC、RF處理最高，但均與CK無顯著差異。齊穗期，2018 年土壤全磷含量以RFC 處理最高，RC處理次之，RFC、RC 處理分別較CK 顯著提高44.83%、24.14%；2019 年各處理均顯著低于CK，降幅為7.02%～12.28%。成熟期，2 a 土壤全磷含量均表現(xiàn)為RFC、RC 處理顯著高于CK，分別提高35.71%、14.29%和28.13%、26.56%。與土壤全磷含量本底值0.65 g/kg（2018 年）、0.54 g/kg（2019 年）相比，成熟期，2018 年各處理土壤全磷含量總體上均降低，但RFC 處理降幅最?。?019 年各處理土壤全磷含量均提高，其中RFC 和RC 處理提高幅度較大，分別為51.85%和50.00%。

2.1.1.3 全鉀 由表2 可知,2018 年分蘗期、孕穗期、齊穗期均以RFC 處理土壤全鉀含量最高，孕穗期和齊穗期較CK 分別顯著提高15.42%和26.35%，各處理成熟期土壤全鉀含量無顯著差異。與土壤全鉀含量本底值7.29 g/kg相比，成熟期，各處理均降低了土壤全鉀含量。2019年各處理土壤全鉀含量在各生育時期均無顯著差異，與土壤全鉀含量本底值5.22 g/kg相比，成熟期，各處理土壤全鉀含量均提高。

表2 不同處理土壤全量養(yǎng)分含量Tab.2 The soil total nutrient contents of different treatments g/kg

2.1.2 速效養(yǎng)分

2.1.2.1 堿解氮 由圖1 可知，2018 年RC 處理土壤堿解氮含量在分蘗期至成熟期均高于CK，增幅為12.22%～57.98%，除孕穗期外均達到顯著水平；成熟期，土壤堿解氮含量表現(xiàn)為RFC＞RC＞RF＞CK，其中RFC、RC 處理顯著高于CK、RF 處理，較CK 分別增加了56.36%、47.05%。2019年RFC、RC處理土壤堿解氮含量在分蘗期至成熟期均顯著高于CK，增幅分別為11.23%～18.54%、4.07%～13.75%；與土壤堿解氮含量本底值115.15 mg/kg 相比，成熟期，各處理土壤堿解氮含量均提高，其中RFC、RC 處理增幅分別為28.68%、20.28%。

2.1.2.2 速效磷 從圖2 可知，2 a 土壤速效磷含量無明顯變化規(guī)律。2 a 齊穗期土壤速效磷含量均以RC 處理最高，分別較CK、RFC、RF 處理提高52.71%、85.41%、90.03%。2 a 成熟期土壤速效磷含量總體上均以RC、RFC 處理顯著高于CK 和RF 處理，分別較CK 提高37.22%、31.45% 和29.43%、41.14%。與土壤速效磷含量本底值24.82 mg/kg（2018 年）和20.10 mg/kg（2019 年）相比，成熟期，RC、RFC 處理土壤速效磷含量均增加，增幅分別為79.45%、71.92%和51.39%、65.07%。

2.1.2.3 速效鉀 從圖3 可以看出，2 a 分蘗期土壤速效鉀含量均以RF、RFC處理顯著高于CK和RF處理，分別較CK 提高18.58%、17.40% 和44.44%、14.78%。2 a 齊穗期土壤速效鉀含量均以RFC 處理最高，分別為167.00 mg/kg 和90.00 mg/kg，顯著高于CK、RC、RF 處理。2018 年成熟期土壤速效鉀含量以RC 處理最高，為84.67 mg/kg，顯著高于其他處理，2019 年各處理間無顯著差異。與土壤速效鉀含量本底值相比，成熟期，2 a 各處理土壤速效鉀含量均降低。

2.1.3 有機質(zhì) 如圖4 所示，2018 年，分蘗期土壤有機質(zhì)含量表現(xiàn)為RF＞RFC＞RC＞CK，差異顯著，RF處理為25.14 g/kg，較CK 處理提高18.19%；孕穗期，RF 處理顯著高于RFC、CK、RC處理，增幅為15.95%、12.44%、10.32%；成熟期，土壤有機質(zhì)含量表現(xiàn)為RFC＞RC＞RF＞CK，差異顯著，RFC、RC、RF處理分別較CK 提高18.69%、16.93%、2.47%。與土壤有機質(zhì)含量本底值24.52 g/kg 相比，成熟期，各處理土壤有機質(zhì)含量均增加，以RFC、RC處理增幅較大。2019 年，分蘗期、成熟期土壤有機質(zhì)含量均表現(xiàn)為RFC＞RC＞RF＞CK，RFC 處理顯著高于其他處理，RC、RF處理均顯著高于CK，RFC處理分別為34.62、36.56 g/kg，分別較CK 提高18.28%、21.46%；孕穗期、齊穗期RF 處理土壤有機質(zhì)含量顯著高于CK 和RC 處理，分別較CK 提高10.67%、12.97%，齊穗期RFC 處理土壤有機質(zhì)含量顯著高于CK 和RC 處理，較CK 提高16.37%。與土壤有機質(zhì)含量本底值24.23 g/kg 相比，成熟期，各處理土壤有機質(zhì)含量均增加。

2.2 壟作稻魚雞共生對水稻產(chǎn)量及其構(gòu)成因素的影響

由表3 可知，2018 年RF 處理水稻產(chǎn)量達到7.54 t/hm2，較CK 提高5.75%，但各處理間差異不顯著。2019 年水稻產(chǎn)量表現(xiàn)為RFC＞RC＞RF＞CK，其中，RFC 處理為7.21 t/hm2，RC 處理為7.07 t/hm2，RF處理為6.78 t/hm2，均顯著高于CK，分別較CK 提高16.29%、14.03%、9.35%。產(chǎn)量構(gòu)成因素中，2018 年各處理有效穗數(shù)無顯著差異，2019 年RF、RC、RFC處理有效穗數(shù)分別較CK顯著提高13.76%、10.64%、11.93%；2 a RC、RFC 處理穗總粒數(shù)均顯著高于CK，分別提高了6.93%、5.90%和5.04%、3.06%；除RF 處理結(jié)實率顯著低于CK 外，2 a 各處理結(jié)實率與CK均無顯著差異；2 a RFC 處理千粒質(zhì)量均顯著高于CK，分別提高9.64%和4.67%，2019 年RF、RC 處理也均顯著高于CK，分別較CK提高7.80%、1.46%。

表3 不同處理水稻產(chǎn)量及其構(gòu)成因素Tab.3 Rice yield and its components of different treatments

3 結(jié)論與討論

3.1 壟作稻魚雞共生對稻田土壤養(yǎng)分含量的影響

壟作栽培具有增溫效應(yīng)，能有效增強土壤微生物的活力和酶的活性，使土壤非腐殖質(zhì)轉(zhuǎn)化為腐殖質(zhì)，形成良好的土壤結(jié)構(gòu)[20]。稻田養(yǎng)雞、魚對土壤肥力的提升是綜合性的，雞在田間的啄食、踩踏和魚的游動、掘食，發(fā)揮了中耕松土的作用，同時兩者的排泄物和殘留飼料刺激土壤中的微生物將其轉(zhuǎn)化為可吸收態(tài)養(yǎng)分，補充了土壤養(yǎng)分[21]。高明等[22]研究結(jié)果表明，壟作栽培處理的0～20 cm 土層土壤全氮、全磷、全鉀、有效磷含量均高于平作處理。稻魚共生能有效提高土壤中的有機質(zhì)、全氮和速效養(yǎng)分含量[23-24]。本研究將壟作和稻田養(yǎng)殖兩者結(jié)合，結(jié)果表明，與CK 相比，水稻成熟期RC、RFC 處理土壤全氮、全磷含量總體均顯著提高，土壤全鉀含量無明顯變化規(guī)律。研究發(fā)現(xiàn)，壟作稻魚雞模式與壟作單稻模式相比，能顯著提高土壤速效氮、速效磷、速效鉀含量，分別提高22.01、3.04、1.81 mg/kg[21]。本研究結(jié)果表明，2 a RC、RFC 處理土壤堿解氮、速效磷含量均較CK 提高；2 a RFC 處理齊穗期土壤速效鉀含量均顯著高于CK。這與前人[21]研究結(jié)果一致，說明RC、RFC 處理能提高土壤堿解氮、速效磷和速效鉀含量。張志毅等[25]研究指出，壟作栽培提高了稻田土壤中活性有機碳和難解有機碳含量，促進了稻田土壤有機碳的累積。稻田養(yǎng)殖雞、魚對田間雜草等生物的轉(zhuǎn)化及其排泄物也提高了稻田土壤有機質(zhì)含量[21]。本研究結(jié)果表明，2 a RFC、RC、RF 處理土壤有機質(zhì)含量在分蘗期和成熟期均顯著高于CK，這與前人[21]研究結(jié)果一致。由此說明，稻田系統(tǒng)中引入的雞和魚減少了雜草、浮游生物等好氧生物對土壤養(yǎng)分的吸收，再加上雞和魚的糞便提高了土壤中的全氮、全磷和有機質(zhì)含量；雞和魚的覓食活動提高了土壤的速效養(yǎng)分含量，改善了土壤的通透性，增加了土壤中微生物數(shù)量進而促進了土壤有機質(zhì)的分解，加速土壤養(yǎng)分的轉(zhuǎn)化。綜合2 a 不同處理對土壤養(yǎng)分含量的影響發(fā)現(xiàn)，RC、RFC 處理由于雞群具有較強的活動性，且稻田中放養(yǎng)的雞相對較大，其抗干擾能力也較強，除蟲、除草、增加土壤養(yǎng)分含量效果較佳。而RF 處理土壤養(yǎng)分含量的增幅較RC、RFC處理低，出現(xiàn)這種現(xiàn)象的原因，一方面是投放魚苗時間為水稻移栽后10 d，此時水稻暫未封行，壟溝中的魚苗易被天敵捕食導(dǎo)致魚的數(shù)量減少；另一方面，壟側(cè)區(qū)域保持半干旱半濕潤狀態(tài)，導(dǎo)致雜草快速生長，繼而誘發(fā)病害和蟲害，而放養(yǎng)的魚無法有效防控壟側(cè)區(qū)域雜草，雜草與水稻爭水、肥、光等，使得RF 處理土壤養(yǎng)分含量的增幅降低。因此，壟作稻田養(yǎng)魚需要適當(dāng)加寬、加深壟溝，以保證養(yǎng)殖魚類安全越夏和避害；同時，選擇適宜的魚種以達到更佳的種養(yǎng)耦合效果。

3.2 壟作稻魚雞共生對水稻產(chǎn)量及其構(gòu)成因素的影響

作物產(chǎn)量受土壤水分狀況、透氣性能和土壤養(yǎng)分含量的影響[26]。水稻壟作使稻株處在不同的平面上，有利于密植，且壟上稻株整體的通風(fēng)透光性好，有利于提高水稻的產(chǎn)量。研究發(fā)現(xiàn)，水稻壟作栽培能夠改善水稻生長的小環(huán)境，促使水稻各產(chǎn)量構(gòu)成因素達到較高水平的協(xié)調(diào)統(tǒng)一，從而實現(xiàn)水稻高產(chǎn)[20]。稻田生態(tài)種養(yǎng)能增強土壤的通透性、結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性和團聚化程度，加速土壤養(yǎng)分周轉(zhuǎn)，提高水稻氮素的輸出[23,27]。前人研究結(jié)果表明，水稻壟作栽培和稻魚共生均能有效提高水稻產(chǎn)量[28-30]，這與本研究結(jié)果一致。2018 年各處理水稻產(chǎn)量差異不顯著，2019 年RFC、RC、RF 處理水稻產(chǎn)量均顯著高于CK，分別較CK 提高16.29%、14.03%、9.35%。由此說明，稻魚雞共生系統(tǒng)中，魚和雞的攝食及排泄活動能夠向農(nóng)田土壤中輸入一定數(shù)量的氮、磷、鉀等養(yǎng)分，且隨著魚和雞的生長，其排泄物表現(xiàn)出不斷增加的趨勢，這種趨勢十分貼近水稻對養(yǎng)分的需求規(guī)律，保證了水稻對養(yǎng)分的吸收；魚在田中的取食、攪動等行為增加了稻田水體溶氧量，也保證了水稻根系的健壯發(fā)育，兩者共同為水稻獲得高產(chǎn)提供了較好的源、流條件。

綜上所述，將壟作和稻田養(yǎng)雞、魚結(jié)合，實現(xiàn)壟側(cè)種稻、壟上養(yǎng)雞、壟溝養(yǎng)魚，既能提高土壤養(yǎng)分含量，又能保證水稻的穩(wěn)產(chǎn)增產(chǎn)。其中，稻田養(yǎng)雞和稻田養(yǎng)魚、雞模式具有穩(wěn)定水稻產(chǎn)量和增加土壤養(yǎng)分含量的作用，在稻田生態(tài)種養(yǎng)中更具有推廣價值。壟作稻魚雞共生模式，充分利用稻田資源，實現(xiàn)稻田立體種養(yǎng)，一田多產(chǎn)，增強了稻田生產(chǎn)的抗風(fēng)險能力，且具有改造低產(chǎn)田、撂荒田、小微田的功效，既符合現(xiàn)代農(nóng)業(yè)生產(chǎn)要求，又加強了生態(tài)防控效果，還兼具糧食豐產(chǎn)與土壤培肥的作用，做到“藏糧于地，藏糧于技”，更值得推廣。