稻虾共作模式不同水稻播期土壤还原性物质含量及经济效益分析

2020-08-11田玉聪冯香诏高珍珍

湖北农业科学 2020年11期

田玉聪冯香诏高珍珍

摘要：设置不同播期搭配不同生育期水稻品种，进而改变稻前土壤淹水时长，探讨稻虾共作模式下稻田耕作层土壤还原性状态，并采用投入产出法研究其经济效益情况。结果表明，在稻虾共作模式中，改变水稻播种时间，稻田耕作层土壤还原性物质总量并不会发生显著变化，但土壤活性还原性物质、活性有机还原性物质和Fe2+含量均会随着淹水时间延长而增加，特别是Fe2+含量增长达显著水平。水稻种植能明顯改善耕作层土壤还原性状态，并降低土壤Fe2+含量，水稻收获后，3个模式Fe2+含量趋于一致，彼此间差异不显著。随着播种时间的推后，水稻产值逐渐降低，稻虾共作成本增加，小龙虾产值大幅提高，稻虾共作模式综合产值上升，但稻虾综合产值上升空间随播期延迟逐渐降低。

关键词：稻虾共作模式;播期;还原性物质;经济效益;模式优化

Abstract： The different sowing date collocation with rice varieties of different growth stages was set to change the duration of soil flooding before planting rice.The soil reductive state of paddy field tillage was investigated，and the economic benefit of integrated rice-crayfish system was evaluated using the input-output method. The results showed that in integrated rice-crayfish system， changing rice sowing time， the total amount of soil reductive substances in paddy field did not change significantly， but the content of soil active reductive substances， active organic reductive substances and Fe2+all increased with the flooding time prolonged， especially the content of Fe2+ increased significantly. Rice cultivation could significantly improve the soil reductive state of the tillage layer and reduced the soil Fe2+ content. After rice harvesting， the Fe2+ content of the three models tended to be the same， with no significant difference among them.With the delay of sowing time， the output value of rice gradually decreased， the cost of integrated rice-crayfish system increased， but the output value of crayfish increased significantly， and the comprehensive output value of integrated rice-crayfish system increased. However， with the delay of sowing time， there was less room for increase in the comprehensive output value of integrated rice-crayfish system.

Key words： integrated rice-crayfish system; sowing time;reducing substances;economic benefit; mode optimization

稻虾共作是以涝渍田为基础，以一季水稻种植为主，水稻秸秆全量还田养虾，实现水稻与克氏原螯虾互利共生，提高农户收益的一种新型复合生态农业体系[1]。该模式在长江中下游地区十分普遍，极大地提高了农业资源利用率及农户的收益，被农业部誉为“现代农业发展的成功典范，现代农业的一次革命”[2]。据相关统计数据，截至2017年，仅湖北省稻虾共作面积就达27.78万hm2[3]。在稻虾共作系统中，小龙虾的掘穴习性对土壤起到了一定的翻耕作用，可增加土壤氧含量，有助于土壤好氧微生物、动物活动及水稻根系的生长[4]，进而改善土壤结构与理化状态;另外，小龙虾的取食行为可明显降低稻田杂草与昆虫丰富度[5-8]，小龙虾的排泄、脱壳及投喂的饲料残渣提高了土壤有机质含量，能显著改善土壤肥力，增加土壤碳库储备[1，9]。因此，稻虾模式可减少农药化肥的施用，降低土壤和水体中化学物质残留，产出的稻米及小龙虾也更符合绿色无公害食品要求[10]。同时虾壳中富含的壳聚糖有利于增加土壤水稳性团粒含量，改善土壤结构与稳定性[1]。然而，在稻虾模式带来诸多好处的同时，稻虾模式也存在自身的弊端。曹凑贵等[9]认为，稻虾共作提高土壤肥力的同时，也加剧了土壤次生潜育化，且小龙虾的高效益也引发了种养户“重虾轻稻、重虾弃稻”思想，造成大量种养户只养虾，而不收水稻或不种水稻等问题。因此，对于稻虾共作模式种养规范及模式优化改良研究已刻不容缓。

目前，关于稻虾模式种养规范已有较多研究，但对于该模式下土壤还原性物质含量方面的研究甚少。本研究就稻虾模式设置不同播期搭配不同生育期水稻品种，探讨各模式下土壤还原性状态及经济效益情况，旨在为稻虾模式优化研究提供一定的理论依据及方向。

1 材料与方法

1.1 试验地概况

试验于湖北省荆州市公安县斑竹垱镇花园村进行，位于东经111°48′—112°25′、北纬29°37′—30°19′。年均降雨量1 125.2 mm，年均温16.4 ℃，年均日照1 857.8 h，无霜期271 d。土壤有机质含量为19.2 g/kg，全氮含量为1.25 g/kg，有效磷含量为14.80 mg/kg，速效鉀含量为92.50 mg/kg，pH 7.80。

1.2 试验设计

试验选用有2年种养年限的稻虾田。采用不同水稻播期搭配不同生育期水稻品种，进而造成稻虾共作模式土壤淹水时长差异，探讨不同水稻播期条件下，各稻虾共作模式土壤还原性物质含量及其经济效益。试验共设3个处理：①M1，早播处理（5月20日播种）搭配长生育期（130～135 d）优质水稻品种甬优4949; ②M2，常规播期处理（6月15日播种）搭配中生育期（110～120 d）优质水稻品种创宇9号;③M3，晚播处理（7月10日播种）搭配短生育期（90～95 d）优质水稻品种中嘉早17。每个小区面积200 m2，设3次重复。

1.3 田间改造与管理

各模式播种期前一周在原有虾田基础上开始虾田改造。沿田块外围开挖宽4.0 m、深1.5 m的虾沟，虾沟外围做外埂，高1 m，再用围布做40 cm高围栏，用竹竿固定，小区外围做高40 cm、宽60 cm的内埂，留40 cm宽的沟。在播种前2～3 d开始整田，并排干明水，以备水稻直播。各播期小龙虾的投喂、捕获以及虾田灭菌、水质、底质改良等均按当地农户管理同期进行。

各处理水稻播种均采用人力直播机，按行距27 cm进行条直播方式播种。播种量按甬优4949、创宇9号22.50 kg/hm2，中嘉早17.45 kg/hm2为准。施肥按氮、磷、钾肥1∶0.5∶0.8施用，其中氮素施肥量为150 kg/hm2（纯氮），按基肥∶分蘖肥∶穗肥=5∶2∶3施用，磷、钾肥作为基肥一次性施用，其他管理按稻虾共作规范管理。

1.4 测定指标

1.4.1 土壤还原性物质于水稻播种前、收获后按五点取样法取耕作层土壤混合样品，掰碎，去除石砾及根茎等杂物，于4 ℃冰箱保存，用于测定还原性物质总量、活性还原性物质、Fe2+、Mn2+及活性有机还原性物质含量等。土壤还原性物质由 Al2（SO4）3 浸提，还原性物质总量采用重铬酸钾氧化法测定，活性还原性物质含量采用高锰酸钾滴定法测定，Fe2+含量采用邻菲罗啉比色法测定，Mn2+含量采用高碘酸钾比色法测定[11]，活性有机还原性物质含量为活性还原性物质含量与Fe2+含量之差。

1.4.2 稻虾模式经济效益包括水稻产值、小龙虾产值及水稻种子、肥料、人工、机械、虾饲料、水稻和克氏原螯虾所用农药、改底、改水等成本。水稻产值和克氏原螯虾产值按实际水稻、虾产量换算，水稻按2.4元/kg、小龙虾按20元/kg计算，各成本费用按实际使用计算。

1.5 数据处理与分析

相关数据使用Microsoft Excel 2013录入和整理，用SPSS 21.0数据分析软件进行统计分析，采用最小显著极差法（LSD）进行处理间相关差异显著性检验，显著水平为P = 0.05。

2 结果与分析

2.1 不同稻虾模式土壤还原性物质含量分析

随着稻虾共作模式水稻播期的推迟，各模式稻前土壤淹水时间延长，土壤还原性物质含量如表1所示。在水稻播种前，不同模式之间耕作层土壤还原性物质总量以M1模式最高，达2.31 cmol/kg，M2模式最低，为1.75 cmol/kg，但3个模式间还原性物质总量并无显著差异。土壤活性还原性物质、活性有机还原性物质以及Fe2+含量随着播期的推迟逐渐上升。其中，M3模式活性还原性物质含量显著高于M1、M2模式，活性有机还原性物质含量显著高于M1模式，而M1、M2模式间活性还原性物质和活性有机还原性物质含量并无显著差异。3个模式间Fe2+含量均达到显著差异，M1、M2、M3分别为26.19、33.46、50.82 mg/kg。Mn2+含量以M2模式最高，为60.85 mg/kg，显著高于其他2种模式。

各稻虾共作模式水稻种植后土壤还原性物质总量比种植前均下降（图1）。其中，M1模式还原性物质总量显著降低，降幅达44.59%，而M2、M3模式降幅虽达32.00%、18.37%，但差异并不显著。水稻种植前、后土壤活性还原性物质、活性有机还原性物质和Fe2+含量在M1、M2模式下变化不大，M3模式变化差异较大，但土壤活性还原性物质、活性有机还原性物质含量在3个模式中均未达到显著差异，而Fe2+含量在M3模式中显著下降，降幅达44.84%。Mn2+含量在水稻种植后表现为M1模式中含量显著增加，增幅达33.00%;M2模式显著降低，降幅达44.29%;M3模式变化不显著。

耕作层土壤各还原性物质之间存在显著相关关系（表2）。土壤活性还原性物质含量与活性有机还原性物质、Fe2+含量呈极显著正相关，活性有机还原性物质含量与Fe2+含量之间也存在显著正相关关系。播期与土壤还原性物质总量和Mn2+含量不存在显著相关性，而与活性还原性物质和Fe2+含量呈极显著正相关，与活性有机还原性物质含量呈显著正相关关系。这表明随着播种时间的推迟，稻虾田土壤淹水时长延长，土壤还原性物质总量和Mn2+含量并未受到显著影响，而活性还原性物质、活性有机还原性物质及Fe2+含量显著增加。

2.2 不同稻虾共作模式产量、产值差异分析

随着播期的推迟，稻虾共作模式水稻和克氏原螯虾产量差异明显（图2）。3个稻虾共作模式中，水稻产量依次为M1>M2>M3，产量依次为12.96、11.01、8.21 t/hm2，且3个模式间产量差异均达显著水平（P<0.05）。随着播期推迟，小龙虾收获时间延长，因此3个模式中，以M3模式小龙虾产量最高，M1模式产量最低，各模式小龙虾产量分别为2.24、3.41、4.13 t/hm2（因小龙虾各重复一起收获，故未作差异显著性分析）。

3个模式中，M3模式的综合经济效益最高（表3）。随着播期推迟，各稻虾共作模式投入成本逐渐增加，主要是由于克氏原螯虾饲料投入成本增加。3个模式中水稻产值M1 模式最高，为3.11万元/hm2，M3模式最低，而小龙虾产值相反，以M3模式最高，为8.25万元/hm2，M1模式最低。综合经济效益为M3模式最高，M1模式最低，M3、M2和M1模式依次为8.29万、7.59万、5.79万元/hm2。与常规模式M2相比，M1模式综合经济效益降低了1.80万元/hm2，降幅达23.72%;M3模式综合经济效益增加了0.70万元/hm2，增幅为9.22%。从产投比上看，3个模式产投比随播期推迟逐渐增加，依次为4.23、5.08和5.30，说明在相同的资源投入下，M3模式播期下所能获得的产值更高，经济效益更好。

3 讨论

土壤还原性物质是土壤氧化还原状态的重要表征指标，对耕作层土壤物理化学性质影响显著，是制约作物生长发育与产量的重要因素[12]。有研究表明，潜育化土壤还原性物质总量、活性还原性物质及Fe2+含量均要高于氧化性或潴育化型土壤[11]。曹凑贵等[9]认为，稻虾共作会导致土壤紧实度提高，加剧土壤次生潜育化。本研究发现随着播期的延迟，稻虾田土壤淹水时长增加，耕作层土壤还原性物质总量播种前呈先降低后升高趋势，但彼此间并未达到显著变化，而土壤活性还原性物质、活性有机还原性物质和Fe2+含量均呈上升趨势，且M3播期土壤活性还原性物质、Fe2+含量较前2个模式显著增加，这可能与土壤肥力状况有关。同时相关性分析结果表明，淹水能显著增加土壤活性还原性物质，尤其是Fe2+含量，表明稻虾田长期处于淹水状态会增加稻田土壤Fe2+含量，土壤活性还原物质含量的显著增加也可能主要是Fe2+含量显著增加的结果。佀国涵[13]的研究表明，稻虾共作显著提高了土壤0～20 cm Fe2+含量，这与本研究结果基本一致。同时，考虑目前较为普遍存在的“重虾轻稻、养虾弃稻”等问题[9，14]，本研究对比了水稻种植前、后土壤还原性物质含量差异，探讨水稻种植对稻虾共作模式土壤还原性物质的影响。研究发现，各模式水稻种植后，土壤还原性物质总量均下降，且水稻生育期越长，还原性物质总量下降越明显。Fe2+是植物营养微量元素之一，但过量Fe2+会抑制水稻生长与根系发育，造成水稻代谢紊乱[15，16]。本研究结果表明，淹水时间越长，土壤Fe2+含量越高，而水稻种植对改善土壤Fe2+毒害效果越显著。这说明从土壤还原性状态角度，水稻种植是改善稻虾共作模式土壤氧化还原性状态的有效举措。

稻虾共作模式经济效益显著[17]。大量研究表明，稻田养虾较一般单作模式能起到稳产增效的作用，并明显提高农户收益[1，5，9，17-21]。本试验结果表明，虽然随着播期推迟，水稻产值下降，投入成本也越来越高，但小龙虾的生长收获时间延长，小龙虾产值大幅提升，稻虾综合效益也越来越高。在本研究中，晚播处理稻虾经济效益达到8.29万元/hm2，较早播处理、常规播期处理分别提高了2.50万、0.70万元/hm2。杨天娇等[18]、易芙蓉等[19]认为，稻虾共作模式较常规稻作模式产投比提高0.5～1.0;佀国涵等[1]研究中稻虾模式产投比达4.20。本研究中，随着播期延迟，稻虾模式产投比逐渐升高，3个播期依次为4.23、5.08、5.30。与常规播期模式M2相比，早播模式M1产投比下降了0.85，晚播模式M3上升了0.22。随着播期的延迟，稻虾模式产投比虽在增加，但其增长速率明显降低，表明稻虾模式经济效益并不会随着播期推迟而持续增高。

综上可知，在本研究中，改变稻虾共作模式水稻播期并不会对稻田耕作层土壤还原性物质总量造成显著影响，但会增加土壤活性还原性物质，特别是Fe2+含量。水稻种植能明显改善耕作层土壤还原性状态，降低土壤Fe2+含量。推迟稻虾共作模式水稻播期，使水稻产值降低，稻虾共作成本增加，小龙虾产值提高，稻虾综合产值上升空间降低。由此可知，适当推迟稻虾模式水稻播期，有助于提高稻虾共作模式经济效益。

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