垄作稻鱼鸡共生对水稻农艺性状和产量的影响

刘贵斌， 周江伟， 王 忍， 伍 佳， 黄 璜

(湖南农业大学农学院/南方粮油作物协同创新中心，湖南长沙 410128)

稻田种养是我国农业文明中的一种经典农业生产方式，具有悠久历史，其中稻田养鱼在2005年被联合国粮农组织选为首批全球重要农业文化遗产之一[1-3]。稻田种养模式的核心是通过人工引入除水稻外的其他共生物种，合理安排各物种的生存空间和生态位，辅以人为调控，从而构建一个稳定的稻田生态系统，实现系统内部自循环，减少对外界的依赖[4-6]，如稻鱼共生模式[7]、稻鱼鸭共生模式[8]、稻鱼萍共生模式[9]等。垄作稻鱼鸡共生模式主要依托水稻垄作梯式栽培方法[10]，该模式通过对坂田进行规格起垄，在垄面上进行阶梯式水稻种植，并设置适宜移栽的株行距以实现垄顶养鸡，垄与垄之间形成的水沟可以增大稻田蓄水容积，可进行鱼的养殖，从而实现稻鱼鸡共生种养；同时，与开沟式的稻田养鱼相比，其水稻种植的平面面积没有减少[11-12]。通过研究垄作稻鱼鸡共生模式、垄作稻鱼共生模式对水稻农艺性状和产量性状的影响，以及对2种模式的经济效益进行分析，以期探明垄作种养模式的增产增效理论机制，并为该模式的推广普及和后续发展提供科学依据。

1 材料与方法

1.1 试验地点

试验于2017年5—10月在湖南省安仁县稻田公园水稻基地进行，该地区属于亚热带季风湿润气候，年平均气温 17.7 ℃，年均降水量1 430 mm，年平均日照1 663.3 h，无霜期280 d。前茬作物为油菜。

1.2 供试材料

供试水稻品种为兆优5431，由湖南省安仁县农业局提供；供试动物品种为本地土鸡和鲤鱼，购买自当地养殖户。

1.3 试验设计

试验采用随机区组设计，设置垄作稻鱼鸡共生(RFC)、垄作稻鱼共生(RRF)和水稻单作(CK)3个处理，每个处理3次重复，每个小区面积为200 m2(长20 m、宽10 m)。水稻移栽前，按N 45 kg/hm2、P2O522.5 kg/hm2、K2O 37.5 kg/hm2的标准施底肥，然后直接用起垄机在田面上进行起垄操作，规格为垄宽1 m、垄高0.6 m、沟宽0.25 m。

2017年5月8日进行大田播种育秧；2017年6月9日进行试验小区秧苗移栽，每垄栽4行，株行距为20 cm×25 cm。RRF、RFC处理秧苗返青后每个小区投放150尾鲤鱼苗(100 g/尾)，RFC处理小区另投放10羽鸡苗(350 g/羽)。各小区之间设置防护网进行隔离并实行单排单灌。RRF、RFC处理全程不施药、不追肥；CK处理按照当地高产栽培管理方法进行管理。

1.4 测定指标与方法

1.4.1 分蘖动态 水稻移栽5 d后，在每个小区定株标记5穴水稻，每周记录1次水稻分蘖数。

1.4.2 株高 分别于水稻分蘖期、孕穗期、齐穗期和成熟期随机在每个小区选取5株水稻样品，测定株高。

1.4.3 地上部干物质积累 分别在水稻分蘖期、抽穗期和成熟期，按3点法于每个小区取0.5 m2水稻样品，带回实验室后剪下水稻样品的各个器官，分袋装好标记，于烘箱内105 ℃杀青30 min，之后80 ℃烘干至恒质量，冷却至室温后称质量。

1.4.4 产量性状 在水稻成熟期选取5 m2长势均匀的区域，进行实际产量测定；采用5点取样法于水稻成熟期各个小区取样并考查有效穗数、每穗总粒数、每穗实粒数、结实率、千粒质量，进行理论产量计算。

1.4.5 经济效益 经济效益分析主要包括生产过程总投入、总产出、产投比以及总利润等。生产投入主要包括肥料、农药、机械、劳动力、种子、苗种、饵料以及围网等；经济产出主要包括稻谷、商品鱼和鸡等；产投比=经济产出/生产投入；总利润=经济产出-生产投入。

1.5 数据处理与统计分析

采用Excel 2007完成数据的计算和图表制作；采用DPS软件进行不同处理指标的方差分析；采用最小显著差法(LSD)进行显著性检验。

2 结果与分析

2.1 不同处理对分蘖动态的影响

由图1可知，在整个水稻分蘖时期，RFC、RRF处理的水稻分蘖数都要高于CK处理；在分蘖盛期，RFC、RRF处理分蘖数的增长速度均大于CK处理，并且二者都比CK具有更长的分蘖期，延长了约5 d，在CK处理的分蘖期结束后，RFC、RRF处理的分蘖数仍在缓慢地增长；在分蘖期结束后的无效分蘖死亡阶段，CK处理的分蘖数减少量明显大于RFC、RRF处理，RFC、RRF处理的分蘖数变化很小。RRF处理的分蘖数在分蘖前期低于RFC处理，在分蘖后期逐步增加并与RFC处理接近。

2.2 不同处理对水稻株高的影响

由图2可知，RFC、RRF处理在4个生育时期的水稻株高均比CK高，且RFC处理与CK处理的株高在4个生育时期均达到极显著差异水平；RRF处理与CK处理的株高在孕穗期、齐穗期和成熟期均达到极显著差异水平，二者在分蘖期差异不显著；RFC、RRF处理的株高在整个生育期都差异不显著。在4个生育时期，RFC处理比CK处理的株高分别高 2.26、4.30、4.47、4.51 cm；而RRF处理分别高1.15、3.50、3.97、4.23 cm。由此可以看出，RFC、RRF处理能够有效增加水稻生育期株高，尤其在水稻生育后期，且RFC处理的效果更明显。

2.3 不同处理对水稻地上部干物质积累的影响

由表1可知，在孕穗期不同处理的茎、叶干物质质量以及地上部分总干物质质量的大小关系为RFC>RRF>CK，其中RFC处理与CK处理的茎秆干物质质量达到极显著差异水平，RRF处理与CK处理的茎秆干物质质量达显著差异水平，而3个处理的叶片干物质质量差异不显著；在抽穗期，RFC处理的茎秆、叶片干物质质量均极显著高于CK处理，RRF处理的茎秆、叶片干物质质量均显著高于CK，三者的穗部干物质质量均差异不显著；在成熟期，RFC、RRF处理的茎、叶、穗的干物质质量差异不显著，但二者的茎、穗的干物质质量均极显著高于CK，同时与抽穗期相比，三者穗部干物质质量分别增加577.68、576.66、543.32 g/m2，表明RFC、RRF处理能改善灌浆效果，提升穗部性状；在收获指数方面，RFC处理与CK处理达到显著差异水平，而RRF处理与CK处理差异不显著。

表1 不同处理对水稻地上部干物质积累的影响

注：同列数据后不同小写字母、大写字母分别表示处理间差异显著(P<0.05)、极显著(P<0.01)。表2同。

2.4 不同处理对水稻产量、产量性状及饲养动物产量的影响

由表2可知，与CK相比，RFC、RRF处理的实际产量分别增加5.32%、4.77%，且二者与CK处理差异达极显著水平。从产量构成来看，RFC处理与CK之间的产量差异主要是由单位面积有效穗数、结实率和千粒质量的差异造成，其中单位面积有效穗数和结实率达到极显著差异水平，千粒质量达显著差异水平；RRF处理与CK之间的产量差异主要是由单位面积有效穗数和结实率的差异造成，均达到极显著差异水平。在动物产量方面，RFC处理的商品鱼和鸡的产量分别为1 725.86、356.43 kg/hm2；RRF处理的商品鱼产量为 1 688.34 kg/hm2，较RFC处理少37.52 kg/hm2。

2.5 不同处理对水稻经济效益的影响

由表3可知，从经济总投入来看，RFC处理的经济总投入为25 204.75元/hm2，其中购买苗种、饵料及劳动力的投入占总投入的82.54%；RRF处理的经济总投入为 22 605.25元/hm2，其中购买饲养苗、饵料及劳动力投入占总投入的80.53%；CK处理经济总投入为9 150.00元/hm2。RFC、RRF处理增加的投入主要是购买苗种、饵料及劳动力的费用。从经济总产出来看，RFC处理的经济总产出为 64 523.37元/hm2，鱼和鸡的收入占总收入的70.06%；RRF处理的经济总产出为52 946.13元/hm2，鱼的收入占总收入的63.77%；CK处理的经济总产出为18 256.22元/hm2，只有稻谷产出。从产投比来看，RFC、RRF处理的产投比分别为2.56、2.34，均高于CK的2.00。从总利润来看，RFC处理的总利润为39 318.62元/hm2，RRF处理的总利润为 30 340.88元/hm2，分别是CK处理(9 106.22元/hm2)的4倍、3倍。

表2 不同处理的水稻产量、产量性状及饲养动物产量比较

表3 不同处理水稻的经济效益分析 元/hm2

注：稻谷的价格按2.6元/kg计算；劳动力工资为100元/d；饵料主要为玉米粉，价格为4元/kg；鲤鱼苗和鸡苗的价格分别为14、13元/kg；鲤鱼和鸡的商品价格分别为20、30元/kg。

3 结论与讨论

水稻的分蘖状况是对水稻产量影响很大的重要因素之一，它能够直接影响水稻的有效穗数，且分蘖状况与肥力水平密切相关[13]。吴敏芳等研究发现，稻鱼共作处理的水稻分蘖要高于水稻单作处理，且成穗率也显著高于单作处理[14]。本研究发现，在同等施肥水平下，分蘖前期RFC、RRF、CK处理的分蘖数差距不大；而随着鲤鱼和鸡的群体生物量逐渐增加，它们在田间的活动强度加大，所以能更多更好地转化稻田内的物质资源作为养分肥料满足水稻的生长发育，并取得不间断性施肥的效果，所以RFC、RRF处理的水稻分蘖期延长、分蘖数增加且增长速度加快；而CK处理由于后期肥分缺失、供应不足，水稻分蘖数低于RFC、RRF处理，且分蘖数在后期迅速减少，因此CK处理的成穗率也低于RFC、RRF处理。水稻的株高和地上部干物质积累是产量形成的基础和先决条件，也间接反映了水稻的养分供应情况[15]。高洪生研究表明，养鱼稻田的水稻在分蘖期、孕穗期和抽穗期的株高均高于对照田，且在生育后期更加明显[16]；李端富等研究发现，养鱼稻田在水稻分蘖期、孕穗期和抽穗期的根、茎、叶干物质质量都高于对照田[17]。在本研究中，在4个生育时期RFC处理的株高比CK分别高2.26、4.30、4.47、4.51 cm，RRF处理的株高比CK分别高1.15、3.50、3.97、4.23 cm；在孕穗期、抽穗期和成熟期，各处理地上部干物质积累的大小关系为RFC>RRF>CK，同时从抽穗期到成熟期，三者穗部干物质质量分别增加577.68、576.66、543.32 g/m2。从分蘖期以后，水稻开始拔节、长叶、长根、长穗等一系列生长发育活动以及各器官的干物质积累，因此肥料养分的需求量开始加大[18]，此时虽然CK处理进行了后期追肥，但RFC、RRF处理由于鱼和鸡的活动、排泄使得土壤养分增加，肥料分解更彻底，其有效化程度提高，并能充分地与土壤混合，减少了肥分流失，提高了养分利用率，从而更好地保证水稻后续生育期的生长发育。

水稻产量与其各生育时期的生长农艺性状息息相关，尤其与产量构成因素关系更为紧密[19-21]。垄作种养模式能够使水稻增产的原因主要是提高了单位面积有效穗数、结实率，RFC、RRF处理的产量都显著高于CK。通过分析各产量构成因素发现，RFC、RRF处理的有效穗数与CK处理达到极显著差异，这是由于RFC、RRF处理经历了更长的有效分蘖期，为更高的有效穗数打下了基础；RFC、RRF处理的结实率与CK处理也达到了极显著差异，这可能是因为在灌浆期由于鱼的作用使水稻叶片更好地进行光合作用合成干物质供灌浆需求，从而保证了较高的结实率。

农民从事水稻生产的积极性主要取决于所获得的经济效益。传统水稻单作方式的利润较低，导致农民从事农业生产的积极性下降，大部分农村劳动力转向城市，从而使得许多农田被闲置荒弃。一旦农田被长时间闲置，由于长时间太阳曝晒和雨水冲刷，导致农田土壤的物理结构被破坏、化学性状会改变，使得农田不再适宜农业生产[22]。垄作种养模式的经济效益要远远高于单一种植水稻，所以该模式可能会调动农民的生产积极性，让闲置的农田重新得到利用，为维护和保护耕地起到一定的作用。

垄作稻鱼鸡共生生态系统具备了稳定的系统组成结构和高效的物质能量循环途径，在有效减少化肥农药投入的前提下，水稻的分蘖生长、株高以及地上部干物质积累等生长性状均得到改善，单位面积有效穗数、结实率和千粒质量等产量性状显著增加，产量相较水稻单作增加5.32%；在此基础上，还能产出1 725.86 kg/hm2的商品鱼和356.43 kg/hm2的鸡，整体产值大幅上涨。因此，垄作稻鱼鸡种养模式的合理推广普及在保障粮食安全和食品安全、推动农业供给侧结构性改革、促进农村剩余劳动力就业、增加农民收益、实现农村农民脱贫致富等方面将起到重要作用。