蔣巖 趙燦 劉光明 趙凌天 王維領(lǐng) 霍中洋

（農(nóng)業(yè)農(nóng)村部長(zhǎng)江流域稻作技術(shù)創(chuàng)新中心/江蘇省作物栽培生理重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室/江蘇省糧食作物現(xiàn)代產(chǎn)業(yè)技術(shù)協(xié)同創(chuàng)新中心/揚(yáng)州大學(xué) 水稻產(chǎn)業(yè)工程技術(shù)研究院，江蘇 揚(yáng)州225009；第一作者：mx120200671＠yzu.edu.cn；*通迅作者：huozy69＠163.com）

稻田綜合種養(yǎng)將水稻和水產(chǎn)（禽）人為的結(jié)合在一起，通過(guò)不同生態(tài)位的配置來(lái)達(dá)到充分利用稻田有限資源的目的，實(shí)現(xiàn)能量多級(jí)流動(dòng)，充分利用種植業(yè)和養(yǎng)殖業(yè)的廢棄物，實(shí)現(xiàn)循環(huán)閉環(huán)式可持續(xù)生產(chǎn)，可緩解常規(guī)稻作所帶來(lái)的面源污染問(wèn)題，提高稻作生產(chǎn)的經(jīng)濟(jì)效益[1-3]。稻田種養(yǎng)的共生水產(chǎn)品有鴨、蝦、魚(yú)、鱉、泥鰍、牛蛙等[4-7]。隨著政策扶持、市場(chǎng)引導(dǎo)，我國(guó)稻田綜合種養(yǎng)呈“井噴式”發(fā)展，根據(jù)2020年發(fā)布的《中國(guó)稻漁綜合種養(yǎng)產(chǎn)業(yè)發(fā)展報(bào)告》可知，2019年全國(guó)稻漁綜合種養(yǎng)面積已達(dá)231.75萬(wàn)hm2，較2018年增長(zhǎng)14.26%。稻鴨共作繼承和創(chuàng)新了我國(guó)具有百年歷史的稻田養(yǎng)鴨模式，改早放晚收為階段共生，同時(shí)對(duì)水稻和鴨子諸如品種、數(shù)量、共生期等指標(biāo)進(jìn)行不斷探討而形成，是具有質(zhì)的飛躍的新技術(shù)[8-9]。稻蝦共作對(duì)稻田進(jìn)行工程改造，在溝中養(yǎng)殖小龍蝦（克氏原螯蝦），通過(guò)小龍蝦在田間的活動(dòng)達(dá)到控蟲(chóng)除草、渾水增氧、培肥土壤的作用，實(shí)現(xiàn)一水兩用、一水兩收、一水兩綠[10-11]。

由于水產(chǎn)（禽）的養(yǎng)殖收益遠(yuǎn)大于水稻種植收益，不少?gòu)臉I(yè)者因片面追求經(jīng)濟(jì)效益而出現(xiàn)“重漁輕稻”現(xiàn)象，這不僅違背稻田種養(yǎng)穩(wěn)糧增收的初衷，還威脅著我國(guó)糧食安全，如何平衡好稻與漁、錢(qián)與糧的關(guān)系成為稻漁產(chǎn)業(yè)發(fā)展的關(guān)鍵。另外，前人在稻鴨和稻蝦共作對(duì)水稻產(chǎn)量的影響上未形成一致結(jié)論。徐國(guó)春等[12]發(fā)現(xiàn)，稻鴨共作下水稻深層根占比高，根系活力強(qiáng)，產(chǎn)量較常規(guī)稻作增加2.43%。彭成林等[13]通過(guò)12年的稻蝦共作研究發(fā)現(xiàn)，長(zhǎng)期稻蝦共作氮素利用率高，其產(chǎn)量水平較常規(guī)稻作增加16.3%，并通過(guò)擬合得出長(zhǎng)期稻作模式氮肥合理用量較中稻單作降低26.6%。但也有研究表明，稻鴨共作和稻蝦共作對(duì)水稻產(chǎn)量影響較小或者導(dǎo)致減產(chǎn)[14-16]。針對(duì)上述問(wèn)題，本研究在構(gòu)建穩(wěn)稻綜合種養(yǎng)模式的基礎(chǔ)上，從群體生產(chǎn)力角度闡述水稻產(chǎn)量形成，討論了稻漁協(xié)調(diào)生產(chǎn)效益，以期為保障我國(guó)水稻安全、綠色生產(chǎn)提供理論基礎(chǔ)和實(shí)踐依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地點(diǎn)

試驗(yàn)于2019—2020年在揚(yáng)州大學(xué)農(nóng)學(xué)院姜堰試驗(yàn)基地（32°35′N(xiāo)，120°07′E）進(jìn)行，土壤類(lèi)型為潴育型水稻土，質(zhì)地黏性。0～20 cm土層含有機(jī)質(zhì)31.72 g/kg、全氮1.96 g/kg、速效鉀165.26 mg/kg、速效磷62.54 mg/kg。水稻生長(zhǎng)季節(jié)試驗(yàn)地的平均溫度、日照時(shí)數(shù)和降雨量見(jiàn)圖1。

圖1 2019年和2020年試驗(yàn)地水稻生長(zhǎng)季節(jié)平均溫度、日照時(shí)數(shù)和降雨量

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

隨機(jī)區(qū)組試驗(yàn)，設(shè)置穩(wěn)稻（產(chǎn)量＞7.5 t/hm2）綜合種養(yǎng)模式，即稻鴨共作-紫云英輪作（RD-Mv）和稻蝦輪作（R-C），同時(shí)設(shè)置稻麥輪作（R-W）為對(duì)照。供試品種為常規(guī)粳稻品種南粳9108和秈型雜交稻品種豐優(yōu)香占，鴨品種為肉蛋兼用型品種高郵麻鴨，蝦為克氏原鰲蝦（俗稱(chēng)小龍蝦）。2019年試驗(yàn)于5月27日播種，6月14日選長(zhǎng)勢(shì)整齊一致的秧苗移栽；2020年試驗(yàn)于5月28日播種，6月17日移栽。按不同類(lèi)型品種高產(chǎn)要求設(shè)置移栽規(guī)格，南粳9108移栽密度為27.75萬(wàn)叢/hm2，每叢4苗，株行距30 cm×12 cm；豐優(yōu)香占移栽密度為22.20萬(wàn)叢/hm2，每叢2苗，株行距30 cm×15 cm。RDMv于水稻移栽后10 d放雛鴨入田，270只/hm2，抽穗時(shí)收鴨，紫云英于2018年11月2日機(jī)械撒播，播量45 kg/hm2，于盛花期（4月上旬）翻壓。R-C所處稻田長(zhǎng)120 m，寬105 m，四周開(kāi)挖養(yǎng)殖溝，溝面寬1.5 m、溝底寬1.0 m、溝深1.0 m，溝坑占比約5.3%，冬季上水養(yǎng)蝦，夏季退水植稻，于每年3月投放200～400尾/kg的蝦苗150 kg/hm2，于6月前捕撈，按雌雄比3∶1留75 kg/hm2親蝦于蝦溝中繼續(xù)養(yǎng)殖，植稻期間不投喂餌料。RW于2018年11月1日和2019年11月2日機(jī)播小麥，播量為150 kg/hm2，生育期施氮210 kg/hm2，小麥栽培管理按當(dāng)?shù)馗弋a(chǎn)要求進(jìn)行。小區(qū)面積為120 m2，重復(fù)3次。水稻生產(chǎn)具體施肥方式：RD-Mv模式和R-C模式，每hm2施三安生物有機(jī)肥1 500 kg作基肥，施尿素（含純N 46%）150 kg作分蘗肥，施復(fù)合肥2（含純N、K2O分別為30%和8%）300 kg作穗肥；R-W模式，每hm2施復(fù)合肥1（含純N、P2O5、K2O均為15%）450 kg作基肥，施尿素150 kg作分蘗肥，施復(fù)合肥2計(jì)300 kg作穗肥。水分管理及病蟲(chóng)草害防治措施均按當(dāng)?shù)馗髯愿弋a(chǎn)栽培要求實(shí)施。

1.3 測(cè)定項(xiàng)目及方法

1.3.1 產(chǎn)量及產(chǎn)量構(gòu)成因子

在成熟期對(duì)各小區(qū)普查50叢，計(jì)算有效穗數(shù)，取5叢用于調(diào)查穗粒數(shù)、結(jié)實(shí)率和千粒重。成熟期每個(gè)小區(qū)割100叢，以去除養(yǎng)殖溝占比的實(shí)際植稻面積計(jì)算產(chǎn)量，最終千粒重和實(shí)產(chǎn)數(shù)據(jù)按14%含水量換算。

1.3.2 水稻葉片SPAD值

在分蘗中期、拔節(jié)期和抽穗期，用SPAD-502型葉綠素測(cè)定儀測(cè)定葉片SPAD值，根據(jù)葉長(zhǎng)平均分布3～5個(gè)測(cè)定點(diǎn)，計(jì)算平均值，在分蘗中期和拔節(jié)期測(cè)頂部第1張完全展開(kāi)葉，在抽穗期測(cè)劍葉。

1.3.3 葉面積指數(shù)和干物質(zhì)積累量

在分蘗中期、拔節(jié)期、抽穗期和成熟期，于各小區(qū)按平均莖蘗數(shù)取5叢具有代表性的植株，105℃下殺青30 min，80℃下烘干至恒質(zhì)量，測(cè)定干物質(zhì)積累量，并利用比重法測(cè)定葉面積，換算成葉面積指數(shù)。

1.3.4 數(shù)據(jù)計(jì)算與統(tǒng)計(jì)分析

使用Microsoft Excel 2019處理數(shù)據(jù)，SPSS 26.0軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，采用LSD法（Least Significant Different，最小顯著差數(shù)測(cè)驗(yàn)法）進(jìn)行多重比較，用Origin 2019作圖。光合勢(shì)=1/2（LAI1+LAI2）×（t2-t1），其中，LAI1和LAI2為前后2次測(cè)定所得葉面積，t2和t1為前后2次測(cè)定的時(shí)間。群體生長(zhǎng)率=（W2-W1）/（t2-t1），其中，W2和W1為前后2次測(cè)定所得干物質(zhì)積累量，t2和t1為前后2次測(cè)定的時(shí)間。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同模式下水稻產(chǎn)量及產(chǎn)量構(gòu)成因子

由表1可知，2年試驗(yàn)結(jié)果均表現(xiàn)為RD-Mv能顯著提高水稻產(chǎn)量，R-C與R-W產(chǎn)量相當(dāng)。在2019年，RD-Mv較R-W顯著增產(chǎn)7.26%，2020年增幅為7.08%。從水稻產(chǎn)量構(gòu)成上看，有效穗數(shù)表現(xiàn)為RDMv＞R-W＞R-C，不同模式間差異達(dá)顯著水平；每穗粒數(shù)以R-C最高，在豐優(yōu)香占上較R-W顯著提高13.02%，在南粳9108上RD-Mv較R-W顯著降低4.08%，在豐優(yōu)香占上RD-Mv則顯著提高3.47%；結(jié)實(shí)率在南粳9108上表現(xiàn)為RD-Mv＞R-C＞R-W，在豐優(yōu)香占上不同模式間差異?。磺ЯＶ匾訰-W最高。綜合考慮各因素可知，RD-Mv通過(guò)增穗增產(chǎn)，R-C通過(guò)增粒穩(wěn)產(chǎn)。

表1 不同稻作模式對(duì)水稻產(chǎn)量和構(gòu)成要素的影響

2.2 葉片SPAD值

由圖2可知，水稻葉片SPAD值在拔節(jié)期有所下降，在抽穗期回升，水稻劍葉SPAD值在稻田共作模式下均有提高。在南粳9108上，RD-Mv在拔節(jié)期和抽穗期的劍葉SPAD值均顯著高于R-C和R-W，增幅分別為4.49%～4.62%和7.05%～8.88%，R-C較R-W顯著提高4.20%和2.32%。在豐優(yōu)香占上表現(xiàn)為R-C＞RDMv＞R-W，R-C在 分 蘗 中 期 較RD-Mv顯 著 提 高6.98%，R-C和RD-Mv在分蘗中期和抽穗期均顯著高于R-W，增幅分別達(dá)7.07%～21.84%和5.30%～16.78%。

圖2 不同稻作模式對(duì)水稻劍葉SPAD值的影響（2019）

2.3 葉面積指數(shù)

由圖3可知，隨生育期推進(jìn)，水稻葉面積指數(shù)呈先增后減的趨勢(shì)，在抽穗期達(dá)到最大值，RD-Mv和R-C模式較R-W均有所提高。在南粳9108上，RD-Mv和R-C各時(shí)期的葉面積指數(shù)均顯著高于R-W，增幅分別為9.97%～32.05%和20.10%～28.04%。其中，在抽穗期和成熟期，R-C較RD-Mv和R-W顯著提高6.36%和22.63%、16.44%和28.04%。在豐優(yōu)香占上，RD-Mv和R-C較R-W顯著提高了葉面積指數(shù)，RD-Mv在分蘗中期、拔節(jié)期、抽穗期、成熟期分別提高11.88%、22.90%、17.13%和33.45%，R-C則分別提高13.67%、33.14%、12.78%和39.78%。

圖3 不同稻作模式對(duì)水稻葉面積指數(shù)的影響（2019）

2.4 干物質(zhì)積累量

由表2可知，與R-W相比，RD-Mv水稻地上部干物質(zhì)積累量明顯提高，R-C在生育前期有所提高。RDMv在各時(shí)期的積累量均顯著高于R-W，在南粳9108和豐優(yōu)香占上的增幅分別達(dá)6.36%～26.63%和5.82%～11.52%。R-C在南粳9108的分蘗中期和拔節(jié)期較RW顯著提高17.80%和12.30%，在豐優(yōu)香占的分蘗中期、拔節(jié)期和成熟期較R-W分別顯著提高8.70%、10.07%和6.90%。從階段積累量來(lái)看，差異主要體現(xiàn)在播種至分蘗中期，RD-Mv在南粳9108上較R-C和RW分別提高26.63%和7.50%，達(dá)顯著水平，R-C較RW顯著提高17.80%。在豐優(yōu)香占上，RD-Mv和R-C在播種至分蘗中期的積累量較R-W分別顯著提高10.92%和8.70%。

表2 不同稻作模式對(duì)水稻階段干物質(zhì)積累量的影響（2019） （單位：t·hm-2）

2.5 光合勢(shì)和群體生長(zhǎng)率

由圖4可知，水稻群體光合勢(shì)從播種后呈增加趨勢(shì)，在抽穗至成熟期達(dá)到最大值。RD-Mv和R-C在各階段的光合勢(shì)均較R-W顯著提高，在南粳9108和豐優(yōu)香占上的增幅分別達(dá)13.42%～29.47%和20.10%～24.54%、11.88%～21.53%和13.67%～26.43%。此外，RDMv在南粳9108的抽穗至成熟期，豐優(yōu)香占的分蘗中期至拔節(jié)期較R-C顯著提高9.41%和6.16%。水稻群體生長(zhǎng)率從播種后先增后降，在拔節(jié)至抽穗期階段達(dá)到峰值。在南粳9108上，RD-Mv和R-C在播種至分蘗中期的群體生長(zhǎng)率為4.62和4.29 g/（m2·d），較R-W顯著提高26.63%和17.80%，RD-Mv較R-C提高7.50%。在豐優(yōu)香占上，RD-Mv和R-C播種至分蘗中期的群體生長(zhǎng)率較R-W顯著提高。

圖4 不同稻作模式對(duì)光合勢(shì)和群體生長(zhǎng)率的影響（2019）

3 討論

3.1 關(guān)于水稻、水產(chǎn)（禽）協(xié)調(diào)生產(chǎn)模式的探討

隨著我國(guó)稻田綜合種養(yǎng)的“井噴式”發(fā)展，全國(guó)約有8%的稻作面積用來(lái)稻漁共作，但水產(chǎn)（禽）帶來(lái)的高收益讓許多從業(yè)者更重視水產(chǎn)養(yǎng)殖而忽視水稻種植，“重漁輕稻”所帶來(lái)的溝坑占比過(guò)高、稻谷產(chǎn)量偏低等問(wèn)題嚴(yán)重制約著稻漁產(chǎn)業(yè)發(fā)展，也威脅著我國(guó)糧食安全。為此，在2017年發(fā)布的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《稻漁綜合種養(yǎng)技術(shù)規(guī)范 通則》中明確規(guī)定，養(yǎng)殖溝坑占比不得超過(guò)稻田面積的10%，平原地區(qū)水稻產(chǎn)量不得低于7.5 t/hm2。本文所構(gòu)建的穩(wěn)稻綜合種養(yǎng)模式的產(chǎn)量?jī)赡昃?.5 t/hm2以上，達(dá)預(yù)期結(jié)果。稻鴨共作-紫云英輪作水稻產(chǎn)量?jī)赡昶骄^稻麥輪作增產(chǎn)7.17%，而稻蝦輪作在折算完溝占比后也能取得與稻麥輪作相當(dāng)?shù)漠a(chǎn)量。進(jìn)一步分析產(chǎn)量構(gòu)成因素可知，稻鴨共作-紫云英輪作通過(guò)增穗增產(chǎn)，稻蝦輪作通過(guò)增粒穩(wěn)產(chǎn)。禹盛苗等[17]指出，稻鴨共作在化肥減氮30%的情況下仍能增產(chǎn)4.93%。王強(qiáng)盛等[18]在僅施基肥的條件下發(fā)現(xiàn)，來(lái)自鴨糞和飼料的有機(jī)養(yǎng)分可增產(chǎn)25.00%，但與當(dāng)?shù)厮灸昃a(chǎn)量相比減產(chǎn)12.30%。這說(shuō)明在適度減施氮肥的前提下稻鴨共作有提高水稻產(chǎn)量的潛力，但仍需注意肥料的均衡投入，適當(dāng)追肥以滿(mǎn)足水稻生長(zhǎng)。本研究中，稻麥輪作中化肥供氮226.5 kg/hm2，而稻鴨共作中化肥供氮159.0 kg/hm2，紫云英、鴨糞和有機(jī)肥等有機(jī)供氮約193.0 kg/hm2，通過(guò)有機(jī)養(yǎng)分替代，實(shí)現(xiàn)化肥減氮30%下的增產(chǎn)。侶國(guó)涵等[19]發(fā)現(xiàn)，在氮投入120 kg/hm2的條件下，稻蝦共作產(chǎn)量較同等氮投入的中稻單作增產(chǎn)9.50%。但車(chē)陽(yáng)等[20]認(rèn)為，在減氮27%下，稻蝦共作產(chǎn)量平均降低5.38%。由于克氏原螯蝦對(duì)水質(zhì)要求較高，稻田化肥不宜投入過(guò)多，并且稻蝦共生的長(zhǎng)期半深水也給水稻帶來(lái)生育脅迫，因而水稻產(chǎn)量一般較低。本文提出的穩(wěn)產(chǎn)稻蝦輪作在冬季上水養(yǎng)蝦，夏季退水植稻，蝦僅在溝中養(yǎng)殖，在緩解肥與蝦、水與稻的矛盾同時(shí)，可實(shí)現(xiàn)化肥減氮30%下的穩(wěn)產(chǎn)。由表3可知，在考慮周年效益的情況下，稻鴨共作-紫云英輪作和稻蝦輪作下兩品種平均凈利潤(rùn)分別達(dá)28 779元/hm2和48 522元/hm2，而稻麥輪作僅25 941元/hm2。稻蝦輪作的產(chǎn)投比高達(dá)3.12，而稻鴨共作-紫云英輪作僅為2.29，低于稻麥輪作2.51的產(chǎn)投比。這說(shuō)明稻鴨共作應(yīng)通過(guò)合理安排鴨雛放養(yǎng)密度，適當(dāng)調(diào)整冬季種植結(jié)構(gòu)以提高周年經(jīng)濟(jì)效益。由此可見(jiàn)，稻鴨共作-紫云英輪作能增產(chǎn)增收，但需適當(dāng)調(diào)整來(lái)提高產(chǎn)投比，稻蝦輪作能在穩(wěn)產(chǎn)的同時(shí)提高周年經(jīng)濟(jì)效益，兩種模式均能協(xié)調(diào)水稻、水產(chǎn)（禽）生產(chǎn)，稻谷和水產(chǎn)（禽）并重，糧食安全和經(jīng)濟(jì)效益并舉。

表3 不同稻作模式周年經(jīng)濟(jì)效益

3.2 光合物質(zhì)生產(chǎn)差異與物質(zhì)積累特征

水稻產(chǎn)量形成實(shí)質(zhì)上是光合物質(zhì)生產(chǎn)同化的過(guò)程，光合生產(chǎn)能力和物質(zhì)同化能力決定著產(chǎn)量水平高低，通常可用SPAD值、葉面積指數(shù)、干物質(zhì)積累量、光合勢(shì)、群體生長(zhǎng)率來(lái)反映表觀光合生產(chǎn)同化能力[21-23]。禹盛苗等[17]指出，稻鴨共作下水稻葉面積指數(shù)和葉綠素含量后期降幅緩，枯葉、黃葉少，平均凈光合強(qiáng)度較常規(guī)稻作提高15.73%。章家恩等[24]也指出，稻鴨共作下水稻葉片后期衰老慢，葉綠素含量高，葉綠素a和葉綠素b以及葉綠素a/b均較常規(guī)稻作提高。王強(qiáng)盛等[25]指出，稻鴨共作下水稻莖稈粗、節(jié)間短、干物質(zhì)積累多、抗倒伏，水稻植株可溶性糖和淀粉含量較常規(guī)稻作顯著增加，增幅達(dá)4.35%～23.51%。侶國(guó)涵等[26]在研究了稻蝦共作下稻田的氮、磷循環(huán)后發(fā)現(xiàn)，稻蝦共作對(duì)水稻籽粒、莖稈和根系吸收氮、磷均有促進(jìn)作用。粱玉剛等[27]認(rèn)為，壟作稻魚(yú)雞共生有利于提高水稻物質(zhì)積累、群體生長(zhǎng)率和光合勢(shì)，有助于穩(wěn)產(chǎn)。但車(chē)陽(yáng)等[20]認(rèn)為，稻田種養(yǎng)因兼顧生產(chǎn)養(yǎng)殖，肥料投入少，便導(dǎo)致主要生育階段光合勢(shì)、群體生長(zhǎng)率較稻麥輪作有所下降。本研究結(jié)果表明，稻鴨共作-紫云英輪作和稻蝦輪作下水稻光合生產(chǎn)同化能力相當(dāng)，部分時(shí)期存在差異，兩者高于或與稻麥輪作相當(dāng)。兩模式下水稻葉面積指數(shù)和生育后期劍葉SPAD值顯著高于稻麥輪作，分蘗中期前干物質(zhì)積累量高于稻麥輪作，分蘗中期后的干物質(zhì)積累與稻麥輪作持平，并未降低，這與前人研究結(jié)果一致。此外，稻鴨共作-紫云英輪作和稻蝦輪作下水稻光合勢(shì)高，前期群體生長(zhǎng)率有所提高，后期與稻麥輪作持平。這些主要得益于綠肥和休耕等農(nóng)藝措施以及多元的肥料投入，稻麥輪作依賴(lài)人工投入速效肥，相較于稻田種養(yǎng)模式下多元和持續(xù)性的有機(jī)養(yǎng)分輸入，稻麥輪作的養(yǎng)分輸入顯得單一且具階段性。稻田種養(yǎng)模式在化肥減氮飼養(yǎng)水產(chǎn)（禽）的同時(shí)通過(guò)有機(jī)養(yǎng)分替代穩(wěn)定水稻生長(zhǎng)，提高光合生產(chǎn)同化能力，從而實(shí)現(xiàn)增產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)。