稻虾共作对稻田土壤耕作层养分的影响<br/>——基于益阳市南县的实证分析

稻虾共作对稻田土壤耕作层养分的影响
——基于益阳市南县的实证分析

2019-09-12易芙蓉杨天娇赵宇辰唐志伟傅志强

作物研究 2019年5期

易芙蓉，杨天娇，赵宇辰，唐志伟，傅志强

（湖南农业大学农学院／南方粮油作物协同创新中心，长沙410128）

当前，我国农业正面临着资源与环境约束加剧和农民增收难度加大的难题，稻虾生态种养高效模式的兴起，被誉为“现代农业的一次革命”［1］，对农业生产实现经济效益和生态效益的有机统一发挥了积极的作用。统计显示，截至2017年年底，全国稻田综合种养面积已达到160万公顷［2］，适宜稻虾种养模式的稻田面积高达450万公顷。稻虾种养模式面积逐年扩大，但国内外关于稻虾种养模式的研究多集中于对经济效益和技术情况的评估，而对稻田土壤耕作层养分变化的研究较少。本文以洞庭湖区典型稻虾共作地区——湖南省南县为研究对象，通过实地调研采样与室内实验检测，研究该模式下土壤耕作层养分的年际变化特征，以揭示稻虾共作模式土壤耕作层养分情况和变化规律，为稻虾共作模式改善土壤肥力与可持续发展提供理论基础和参考依据。

1 材料与方法

1.1 采样地概况

湖南省南县地处长江中下游，洞庭湖区腹地。地势自西向东南微倾，平均海拔28.8 m，属于典型的平原地形，境内气候适宜，属亚热带过渡到季风湿润气候类型。土壤为湖积物发育而成的潮土性水稻土。稻虾共作采用的水稻品种为黄华占，虾苗品种为克氏原螯虾。检测土样采集于南县茅草街镇、南洲镇、青树嘴镇的8个稻虾共作集中种养村。

1.2 研究方法

调查对象为南县“一季中稻+两季虾”模式，分别选择种养1年、2年、3年及以上的模式稻田，同时以种养年限相邻的中稻单作模式稻田为对照。

于2018年6月中下旬水稻种植前采样，对同一调查农户的中稻单作模式（MR）和稻虾共作模式（CR）稻田进行取样。稻虾共作实验组与中稻单作对照组各取27份土壤样本，根据种养年限划分为1年、2年、3年及以上三个层次，各不同年限下的样本均为9份，采用5点取样法采集。取样深度为0～25 cm的土壤耕作层，土样去除植物残根和石块并混匀后放置于常温室内自然风干，风干后过筛。

1.3 观测指标与方法

测定指标为土壤pH值、有机质、全氮、全磷、有效磷、速效钾和碱解氮。其中土壤pH值使用PHBJ-260型pH仪测定，有机质含量采用重铬酸钾容量法测定［3］，全氮、全磷含量采用AA3连续流动分析仪氮磷联测法测定［4］，有效磷含量采用石灰性土壤的碳酸氢钠-钼锑抗比色法测定［5］，速效钾含量采用中性NH4Ac浸提—火焰光度法测定［6］，碱解氮含量采用碱解扩散法测定［7］。

1.4 数据分析与统计

试验数据采用SPSS 19.0和Microsoft Excel 2010软件进行方差分析及计算。

2 结果与分析

2.1 土壤有机质和全量养分的变化

由表1可知，随着种养年数的增加，两种模式的有机质、全氮、全磷含量均呈增加的趋势。在稻虾共作模式下，土壤有机质含量以较快的速度逐年累积。实行稻虾共作模式1年的时间里，土壤的有机质含量较中稻单作模式少12.28%。但随着稻虾共作时间的增长，在2年和3年及以上的种养后，土壤有机质含量均高于中稻单作模式，较中稻单作模式增加29.39%和38.87%。各个种养年限中两种模式的有机质含量均差异显著。种养年限为1年时，两种模式的土壤全氮、全磷含量差异不显著，稻虾共作模式的全氮、全磷含量相较于中稻单作模式的增加幅度为18.33%、3.13%。当种养年限为2年和3年及以上时，稻虾共作模式全氮、全磷含量显著高于中稻单作模式，全氮的相对增加幅度为25.13%和35.05%，全磷的相对增加幅度为11.76%和25.71%。这表明长期稻虾共作模式显著提高了土壤有机质和全量养分含量。

2.2 土壤pH和速效养分的变化

由表2可知，随着种养年数的增加，中稻单作模式的土壤pH、速效钾的含量呈增加的趋势，但碱解氮和有效磷的含量波动降低。稻虾共作模式下，土壤pH、碱解氮、有效磷、速效钾的含量都呈增加趋势。在1年、2年、3年及以上的种养年限下，稻虾共作模式pH值较中稻单作模式增量显著，分别提高了8.95%、10.97%和11.42%。两种模式的土壤碱解氮含量在1年、2年的种养年限下差异不显著，稻虾共作模式相较于中稻单作模式的土壤碱解氮含量增加了5.42%和3.32%。当种养时间大于等于3年后，稻虾共作模式土壤碱解氮含量显著高于中稻单作模式，其增加幅度为22.22%。稻虾共作模式土壤有效磷含量在1年、2年、3年及以上的种养年限下均达显著差异，较中稻单作模式分别提高了29.94%、31.37%和34.12%。稻虾共作模式的土壤速效钾含量在种养年限为1年时与中稻单作模式差异不显著，在种养年限为2年、3年及以上时差异显著，较中稻单作模式的速效钾含量在3个种养年限下分别提高了8.89%、15.02%、8.74%。这表明长期稻虾共作模式显著提高了土壤的pH值和速效养分含量。

表1 不同种养年限下稻虾共作模式的土壤有机质和全量养分动态 g／kgTable 1 Dynamics of soil organic matter and total nutrients of rice and shrimp co-cropping patterns under different planting and breeding years

表2 不同种养年限下稻虾共作模式的土壤pH和速效养分含量比较Table 2 Comparison of soil pH and available nutrients of co-cropping patterns of rice and shrimp under different planting and breeding years

3 讨论

3.1 稻虾共作模式对土壤pH和有机质的影响

据杨忠芳等［8］研究，洞庭湖区的土壤受酸雨影响大多呈酸性，但以湖冲积物为成土母质的南县土壤表现出了较强的酸缓冲能力，其土壤为碱性。这合理地解释了本研究结果中两种模式的土壤都为碱性的原因，也表明南县的土壤条件适宜推广稻虾共作模式。胡敏等［9］研究认为，稻虾共作过程中使用的生石灰和小龙虾脱壳形成的含钙较多的壳灰、贝壳粉等施入农田可中和田间H+，引起土壤pH缓慢升高。佀国涵等［10］的研究表明，在0～40 cm土层，稻虾共作模式的土壤pH较中稻单作模式呈增加趋势。本研究表明，不同种养年限下，稻虾共作模式的pH值相较于中稻单作模式增加显著。

管勤壮［11］研究显示，中稻单作模式与稻虾共作模式的有机质含量均呈上升趋势，稻虾共作模式相较于中稻单作模式具有更高的有机质含量。蔡晨等［12］研究表明，土壤养分的累积在表层土壤表现更为明显。邵帅等［13］研究认为，种养过程中的残饵、排泄物等是土壤有机质增量的主要来源。安辉等［14］和管勤壮等［15］研究认为，稻虾共作会改变土壤中相关酶的活性，使土壤有机质含量增加。本研究结果表明，相较于中稻单作模式，长期稻虾共作模式显著提高了土壤耕作层的有机质含量。但在1年的短期种养时间内，稻虾共作模式的有机质含量少于中稻单作模式，导致差异的原因可能是稻虾共作模式早期田间开沟、建堤等工程改造，影响了稻田环境的稳定性，造成了有机质的流失。

3.2 稻虾共作模式对土壤全量养分和速效养分的影响

曹凑贵等［16］研究表明，稻虾共作可以增加土壤营养物质，如全氮、全磷的含量，有效改善土壤肥力。龚世飞［17］研究表明，长期稻虾共作模式显著提高了0～30 cm土层全氮含量。吴本丽等［18］研究显示，稻虾共作模式提高了土壤表层0～25 cm的速效钾、有效磷含量。佀国涵等［10］研究表明，相对于中稻单作模式，长期稻虾共作模式显著提高了0～40 cm土层碱解氮含量、0～30 cm土层全氮含量、0～10 cm土层全磷含量。于文［19］的研究认为，土壤中的细菌和放线菌在微碱性环境活性高，固氮作用增强。李华等［20］研究认为，少耕覆盖和秸秆全量还田可以提高土壤速效钾的含量。张华艳等［21］研究认为，秸秆还田可以提高土壤有机质、全氮、速效钾的含量。蔡景波等［22］研究表明，水体扰动会使底泥中的颗粒磷悬浮，增加磷向水体的释放，碱性环境也会使土壤磷释放的速率加快，导致了全磷含量减少。

本研究表明，长期稻虾共作模式显著提高了土壤耕作层全氮、全磷、碱解氮、有效磷、速效钾的含量，这与前人［10，16～18］的研究结果基本一致。长期稻虾共作模式的土壤有机质含量增加，有效补充和提高了土壤各养分含量。根据于文等［19～22］的研究可知，稻虾共作过程中只耕种一季水稻，实现少耕与秸秆还田，可进一步促进各养分含量的增加。但根据蔡景波等［22］的研究可知，稻虾共作模式的碱性土壤环境和小龙虾生命活动对土壤的扰动可能加速了土壤全磷对水体的释放。本研究结果表明，稻虾共作模式的土壤全磷含量增加与此不一致。导致差异的原因可能是全磷含量受局部的地形变化、土地利用、人为施肥等多重因素的影响［23］。另外，从调查取样地的特性分析，南县在稻虾共作过程中，水稻秸秆实现全量还田、稻田耕整前基肥施用量较大、水肥管控技术较成熟等因素也使稻虾共作模式下的稻田土壤养分供应充足，两种模式养分含量差距明显，稻虾共作模式土壤有机质和养分含量增加显著。