稻鱼生态系统对水稻产量及其构成因素的影响

谷 婕，吴 涛，王 忍，伍 佳，黄 璜*

（1怀化职业技术学院，湖南怀化418000；2湖南农业大学农学院／南方粮油作物协同创新中心，长沙410128）

我国是一个农业大国，水稻是我国种植面积最 广、单产量和总产量均最高的粮食作物［1］。据统计，2013～2016年我国居民人均年谷物消费量约129 kg，总消费近2亿吨，其中稻米是我国三分之二人口的主食，是主粮中的主粮［2］。而我国水稻种植面积呈下降趋势，人均耕地面积减少［3］，人们为了提高水稻产量，对化肥和农药的投入量逐年攀升，耕地受污染面积不断扩大，生态环境遭到破坏，稻米品质无法满足人们对有机、绿色、无污染的追求［4］。在此背景下，建立稻鱼生态系统是实现稳粮增收，为人们带来足够又安全农产品的一个不错选择［5，6］，其充分利用稻田的各种资源，以水稻为主体，在稻田中养殖鱼类［7］，丰富稻田的生物多样性，实现“一田两用、一水两用”，减少化肥和农药的投入，充分发挥稻田的最大潜力［8］。基于此，笔者在总结前人研究的基础上，以稻鱼生态系统（RF）为例，选择稻鱼鸡和稻鳅两种模式，并在系统中加入细绿萍，比较不同共生模式对水稻产量及其构成因素的影响，和其成熟期水稻干物质积累的差异，以期找到合适的稻鱼共生模式，促进粮食安全、减少环境污染、增加农民收益等。

1 试验材料与方法

1.1 试验地点

试验于2017年5～10月在湖南省浏阳市北盛镇乌龙社区湖南农业大学试验基地（28°28′75″N，113°42′63″E）进行。该地区为亚热带季风湿润气候，气候温和，四季分明，年平均气温16～18℃，≥10℃的年活动积温5000～5800℃，无霜期260～310 d，年降雨量1200～1700 mm。土壤类型为第四纪红色黏土发育的红黄泥水稻土，土壤有机质含量13.15±2.12 g／kg，全氮1.23±0.21 g／kg，全磷0.59±0.12 g／kg，土壤容重1.02±0.11 g／cm3。试验田前作为紫云英。

主要室内测试与分析在南方粮油作物协同创新中心进行。

1.2 试验材料

供试水稻品种为Y两优896，由袁隆平农业高科技股份有限公司生产；泥鳅为大鳞副泥鳅，鱼为鲤鱼和草鱼，鸡为三黄鸡，细绿萍、鳅、鱼、鸡均为当地养殖品种；尿素为总氮≥46.40%，粒径范围为0.85～2.80 mm，由重庆建峰化工股份有限公司生产；复合肥料为N∶P2O5∶K2O为20∶8∶12，总养分≥40%，由湖南省农科院生物资源所提供。

1.3 试验设计

试验共设计5个处理，每个处理设置3个重复。

稻鱼生态系统（RF）：“稻+鱼+鸡”生态系统（A），“稻+鱼+鸡+细绿萍”生态系统（B），“稻+鳅”生态系统（C），“稻+鳅+细绿萍”生态系统（D）。

常规稻作：水稻常规单一种植（CK）。

1.3.1 田间建设

供试总面积为1080 m2，用高约30 cm、宽约35 cm的田埂匀分为15个小区，每个小区规格为6 m×12 m。稻田设置防护设施，田埂用塑料膜包被，以防各小区之间肥水串灌，每个小区分别设一进水口和排水口，并设置拦污网和拦鱼栅。在稻鱼生态系统的小区，选用网孔大小为2 cm×2 cm的塑料网，用竹竿支起围住，并在竹竿顶端固定废弃光盘，用以防鸟；稻鱼生态系统的4个处理，在小区四周开设宽为40 cm，深为50 cm的围沟。在养鸡的小区，在田间利用稻田田埂合理搭设鸡棚，并在鸡棚中投放鸡饲料。

1.3.2 田间管理

2017年5月26日浸种催芽，5月28日播种，6月22日采用人工手插秧式移栽，每株插4根苗，插秧密度为20 cm×20 cm。水稻返青后，7月6日，放细绿萍的小区，分别均匀放入5 kg鲜萍。7月10日，在养鱼、鸡的小区，稻田中分别放入长约8 cm的鱼苗50尾，重约0.55 kg的鸡4只；养泥鳅的小区，分别放入5 cm的泥鳅共3 kg。9月28日，人工收鱼、泥鳅、鸡，鱼均长15 cm，泥鳅均长11 cm，鸡均重0.87 kg。10月10日，收获水稻。

5个处理均采用机耕翻地整田。A、B、C、D处理在插秧前2 d一次性施复合肥作为基肥，施用量为550 kg／hm2，后期均不再施用任何化肥和农药，试验期间人工连根拔除一次稗草。鱼、泥鳅均不投放饵料，养鸡小区依据具体情况适当在鸡棚里投放饲料，饲料为当地农民前年收获的稻谷。经常查看鸡的活动情况，用人工驱赶等办法引导鸡在田间活动。CK按照当地常规种植，根据水稻的生育长势，后期酌情追肥、喷施农药和除草剂等，和稻鱼生态系统的处理一样，在插秧前2 d施入550 kg／hm2复合肥作为基肥，后期追施1次尿素，施用量为120 kg／hm2，并在水稻返青期喷洒除草剂，在水稻分蘖期和孕穗期喷洒杀虫剂。

1.4 测定项目及方法

1.4.1 水稻产量及产量构成因素

在水稻成熟时，各处理均随机取样3个点，每个点取样面积为1 m×1 m（边3行不取），人工收割和脱粒，自然晒干，称重，用电脑谷物水分计测量样品水分，以各处理的最小水分值为标准折算水稻实际产量。按平均取样法每小区取3穴样品（边3行不取），考察有效穗数，人工脱粒，晒干，随后采用水选法将实粒、空粒分开，晒干后确定每穗粒数和结实率。最后，将实粒于70℃的烘箱烘干3～5 d，随后取1000粒实粒样本3份，计算千粒重。

1.4.2 水稻成熟期植株的干物质重

10月10日水稻收割时，每小区随机取3株植株，叶、茎、穗分别装置于80℃恒温烘箱中，3 d后取出称重。

1.5 数据处理

采用Excel 2010和SPSS 19.0进行数据整理与统计分析，采用最小显著差异法（LSD）进行显著性检验。

2 结果与分析

2.1 稻鱼生态系统对水稻产量及产量构成的影响

由表1可知，A、B、C、D 4个处理的水稻实际产量均比CK高，且均达到显著性差异（p＜0.05），平均各处理的实际产量比CK多1021.30 kg／hm2，增产12.13%（6.93%～22.23%）。稻鱼生态系统中，稻鳅模式的水稻产量高于稻鱼鸡模式，平均增产31.54%。稻鱼鸡模式含萍处理与稻鱼鸡模式不含萍处理之间水稻实际产量差异不大，但稻鳅模式含萍处理与稻鳅模式不含萍处理的水稻实际产量出现显著性差异（p＜0.05）。D处理的水稻实际产量最高，达到了10 292.40 kg／hm2，CK处理的水稻实际产量最低，为8420.63 kg／hm2，两者之间相差1871.77 kg／hm2，其形成原因可能是泥鳅和细绿萍的双重作用。

与CK相比，A、B、C、D处理的单株实粒数、有效穗数和结实率均有所增加，分别增加17.50%（8.01%～24.97%）、8.42%（7016%～10.19%）、4.01%（0.06%～8.13%）。其中，稻鳅模式的有效穗数比稻鱼鸡模式多，含萍处理比不含萍处理有效穗数多，但差异都不显著（p＞0.05）。A、B、C、D处理的单株实粒数均比CK增多，B、C、D处理与CK有显著性差异（p＜0.05）。A、B、C、D处理的结实率均比CK高，各处理的千粒重则没有明显差异，CK的值相对偏小，但A处理的千粒重最低，含萍处理和不含萍的处理无明显差异（p＞0.05），前者的值相对高于后者。

表1 不同处理的水稻产量及产量构成因素比较Table 1 Comparison of rice yield and yield formation under different treatments

2.2 稻鱼生态系统对水稻成熟期植株干物质重的影响

由表2可以看出，A、B、C、D处理茎和穗的干物质重均高于CK，平均增幅分别为5.92%（0.06%～13.00%）、13.76%（8.38%～17.06%），而A、B、D处理叶的干物质重低于CK，平均减少了8.29%，只有C处理叶的干物质重高于CK，高出7.53%。但各处理的茎、叶、穗干物质重均没有明显差异（p＞0.05）。稻鱼生态系统中叶的干物质重相对较低，可能是因为稻鱼系统中鱼、鸡、鳅会一定程度地食用和破坏水稻叶片生长。

表2 不同处理的水稻成熟期植株干物质重 kg／hm2Table 2 Dry matter weight of rice plants in different treatments

3 结论与讨论

试验发现，稻鱼生态系统的A、B、C、D处理相比常规稻作CK 处理平均增产1021.30 kg／hm2（583.87 ～1871.77 kg／hm2），其 平 均 增 幅 为12.13%（6.93%～22.23%）。水稻增产的主要原因是水稻单株实粒数和有效穗数的增加。稻鳅和稻鳅萍处理的增产效果大于稻鱼鸡和稻鱼鸡萍处理，平均增产868.27 kg／hm2，增加31.54%；稻鳅萍和稻鱼鸡萍处理增产效果又大于稻鳅和稻鱼鸡处理，平均增产419.63 kg／hm2，增产4.55%。表明稻鱼生态系统可以较好地提高水稻的产量。稻鱼生态系统中，稻鳅模式的增产量大于稻鱼模式，在稻鱼系统中加入细绿萍的模式增产幅度高于不加入细绿萍的模式。

水稻的干物质重在一定程度上影响着水稻的产量，特别是水稻后期的干物质重［9］。从成熟期的茎、叶、穗的干物质重来说，稻鱼生态系统高于常规处理，特别是穗重平均提高了13.76%。表明在减少化肥、农药投入，且稻田因开沟而面积相对减少的情况下，稻鱼生态系统不仅没有降低水稻的产量，反而一定程度上提高了水稻的产量。