鸭品种对稻鸭共生系统土壤理化性质、水稻产量及经济效益的影响

张 印，余政军，王 忍，吕广动，陈 灿，黄 璜，陈治锋

（1. 湖南农业大学 农学院，湖南 长沙 410128；2. 湖南省稻田生态种养工程技术研究中心，湖南 长沙 410128；3. 衡阳市农业科学院，湖南 衡阳 421100；4. 湖南省烟草公司长沙市公司，湖南 长沙 410011）

稻田生态种养，即在稻田中既种植水稻又养殖动物，利用动物和植物间生态位互补效应，创造时间维度和空间维度的双重耦合，达到“一水两用、一田双收、粮渔共赢”的效果，以实现农业的可持续发展。其中，稻鸭共生模式是稻田生态种养的典型模式，历史悠久。稻鸭共生模式具有较高的生态效益。研究表明，稻鸭共生模式可改善稻田土壤养分状况[1]，防控稻田病虫草害[2]，减缓全球增温潜势[3]，优化稻田土壤微生物的群落结构[4]。稻鸭共生模式也具有较高的经济效益。研究表明，稻鸭共生模式能通过增强水稻茎秆抗倒伏性能[5]、改善水稻根系生长状况[6]、优化水稻株型结构[7]进而稳定或提高水稻的生物量及产量[1]，同时由于鸭的产出，其利润远远高于水稻单作[8]。然而，纵观当前稻鸭共生相关研究，大部分主要集中于探究单一鸭品种，而且各研究间鸭品种表现出多样性，这可能是诸多同类研究表现出差异性结果的一个重要原因。研究表明，不同鸭品种在田间活动的运动能力[9]及食量存在差异。因此，有必要将鸭品种设为试验变量，研究不同鸭品种对稻鸭共生系统水稻产量及经济效益的影响。目前，此类研究极少，仅罗璇等[9]进行了鸭品种的比较研究，但其侧重点在于鸭行为学差异及产量，而未对土壤理化性质及综合效益进行研究。为此，选取常用鸭品种水鸭、洋鸭和绿头鸭，探究其对稻鸭共生系统土壤理化性质、水稻产量及经济效益的影响，以期为稻鸭共生系统鸭品种的选择及模式优化提供理论依据。

1 材料和方法

1.1 试验地概况

试验于2020 年7—10 月在湖南省浏阳市永安镇永和村（113°15′27″E、28°10′32″N）进行，永安镇属中亚热带季风湿润气候，热量充足，降水丰沛，光照较足，种植制度以烟稻轮作为主。本试验所在稻田前茬作物为烟草，烟草收获后取稻田土样，其基本理化性质如下：碱解氮含量63.70 mg/kg、速效磷含量17.13 mg/kg、速效钾含量403.33 mg/kg、全氮含量0.25 g/kg、全磷含量0.60 g/kg、全钾含量8.00 g/kg、有机质含量20.13 g/kg，pH值5.72。

供试水稻品种为H 优518，由湖南神农大丰种业科技有限责任公司提供；供试鸭苗均从永安镇养殖场购买，均已经注射过相关疫苗。

1.2 试验设计

试验采取随机区组设计，设水稻单作（CK）、稻水鸭共生（SY）、稻洋鸭共生（YY）和稻绿头鸭共生（LTY）共4 个处理，3 次重复，共12 个小区，每个小区333 m2，鸭养殖密度为300 只/hm2。各小区间有田埂以实现单独排灌，养鸭小区四周采用尼龙网包围以防鸭逃离和敌害进入，养鸭小区内靠近田埂处设置鸭棚供鸭栖息。

鸭下田前在室内养殖25 d，于水稻分蘖期（8月20 日）投放至稻田，下田时鸭平均体质量为0.5 kg。下田后每天早晚各进行一次投喂，饲料选用早稻谷，早晚投喂饲料量比为4∶6。根据3 种鸭食量差异，给予不同的投喂量，水鸭、绿头鸭和洋鸭分别为50 g/（只·d）、100 g/（只·d）和150 g/（只·d）。水稻抽穗后，根据鸭啄食稻穗情况适时收鸭，鸭在室内暂行养殖一段时间，待水稻收获后再次放入稻田。

水稻于7 月20 日采用机插，株行距分别为15、20 cm，秧龄为20 d。稻田旋耕前，施用复合肥300 kg/hm2,N∶P2O5∶K2O 为20∶8∶12，之后不再进行追肥。8 月10 日，试验区喷施除草剂一次，之后无病虫草害防治药物喷施。水分管理同常规稻作田。水稻于10月28日收获。

1.3 测定项目及方法

1.3.1 土壤理化性质 分别于水稻分蘖期、孕穗期、齐穗期、灌浆期和成熟期，在每个小区采用五点取样法取耕作层（0～20 cm）土样，混合后阴干备用。土壤全氮、全磷含量采用浓硫酸消煮—流动分析仪法测定；土壤全钾含量采用浓硫酸消煮—火焰光度法测定；碱解氮含量采用碱解扩散法测定;速效磷含量采用0.05 mol/L HCl-0.025 mol/L（1/2H2SO4）法测定；速效钾含量采用NH4OAc 浸提—火焰光度法测定；pH 值采用电位法测定；有机质含量采用重铬酸钾容量法—稀释热法测定[10]。

1.3.2 水稻产量及其构成因素 于水稻成熟期，每小区随机选取3 点，每点连续选取5 株水稻测量有效穗数；并随机选取代表性植株5 蔸去除根部后分别装入网袋带回室内，脱粒，并用水选法将实粒和空瘪粒分开，计算穗总粒数和结实率。再从实粒中随机选出1 000粒，于80 ℃烘箱中烘干至恒质量，计算千粒质量，最后根据有效穗数、穗总粒数、结实率和千粒质量计算理论产量。与此同时，每小区随机选取3点，每点割取1 m2水稻，装入网袋带回室内脱粒，晒干后称质量，并测量含水率，由此计算出含水率14%的实际产量。

1.3.3 经济效益 经济效益由投入和产出两方面构成。投入包括水稻种植成本和鸭养殖成本两方面。水稻种植成本包括种子、肥料、农药、机械、人工费用等；鸭饲养成本包括鸭苗、饲料、设施、人工费用等。产出包括稻谷收入和鸭收入。所有成本和收入均按当年当地市场价计算。水稻种植成本：种子1 080 元/hm2、肥 料 及 农 药1 500 元/hm2、机 械3 000元/hm2、人工3 000 元/hm2，总计8 580 元/hm2；水鸭饲养成本：鸭苗1 500 元/hm2、饲料2 700 元/hm2、设 施 折 旧 费400 元/hm2、人 工300 元/hm2，总 计4 900元/hm2；洋鸭饲养成本：鸭苗4 500元/hm2、饲料8 100元/hm2、设施折旧费400元/hm2、人工300元/hm2，总计13 300 元/hm2；绿头鸭饲养成本：鸭苗4 500元/hm2、饲料5 400元/hm2、设施折旧费400 元/hm2、人工300 元/hm2，总计10 600 元/hm2。稻谷收入：按3元/kg 计算。鸭收入：水鸭收鸭时1.2 kg/只，售价25元/只；绿头鸭收鸭时1.65 kg/只，售价80 元/只；洋鸭收鸭时2.5 kg/只，售价50元/kg。

1.4 数据处理和分析

使用WPS 2019 进行数据整理与绘图，使用DPS 7.05 对数据进行方差分析，采用Duncan’s 新复极差法进行多重比较。

2 结果与分析

2.1 鸭品种对稻鸭共生系统土壤理化性质的影响

2.1.1 速效养分含量 由图1 可知，随着生育进程的推进，4 个处理土壤碱解氮含量均呈现出先增加后降低的趋势，在灌浆期达到最大值，CK、SY、YY、LTY 处理分别为92.6、89.4、80.7、88.4 mg/kg；在灌浆期 至 成 熟 期，YY 处 理（31.47%）和LTY 处 理（38.01%）土壤碱解氮含量的下降幅度明显大于CK（4.00%）和SY 处理（17.00%）。在分蘖期，LTY 处理土壤碱解氮含量显著高于CK、SY、YY 处理；孕穗期至灌浆期，均以YY 处理土壤碱解氮含量最低，CK和LTY 处理较高；在成熟期，SY、YY、LTY 处理土壤碱解氮含量均低于CK，分别降低16.54%、37.80%、38.36%，其中YY和LTY处理达到显著水平。

由图2 可知，4 个处理土壤速效磷含量均在分蘖期最大，CK、SY、YY、LTY 处理分别为22.5、17.5、15.0、21.3 mg/kg，CK 和LTY 处理显著高于SY 和YY处理。在孕穗期至灌浆期，4 个处理土壤速效磷含量变化不大，CK 土壤速效磷含量均显著高于SY、YY、LTY 处理；在成熟期，CK 土壤速效磷含量显著高于SY和YY处理，但和LTY处理无显著差异，LTY处理显著高于YY处理。

由图3 可知，分蘖期至成熟期，4 个处理土壤速效钾含量变化幅度均较小。在分蘖期至孕穗期，SY和LTY 处理土壤速效钾含量均显著高于CK 和YY处理；在齐穗期，SY、LTY、YY 处理土壤速效钾含量均显著高于CK，以SY处理最高；在灌浆期，YY处理土壤速效钾含量显著低于其他3个处理；在成熟期，土壤速效钾含量表现为SY＞LTY＞CK＞YY，SY 处理与CK差异显著。

2.1.2 全量养分含量 由表1 可知，随着生育进程的推进，CK、SY、YY 处理土壤全氮含量总体上呈先升高后降低的趋势，LTY 处理呈降低趋势。分蘖期至成熟期，SY、YY 和LTY 处理土壤全氮含量总体均低于CK，但差异均不显著。

表1 不同处理土壤全量养分含量Tab.1 Total nutrient content of soil under different treatmentsg/kg

续表1 不同处理土壤全量养分含量Tab.1（Continued） Total nutrient content of soil under different treatmentsg/kg

由表1 可知，随着生育进程的推进，CK 和SY 处理土壤全磷含量呈现先升后降的趋势，而YY 和LTY 处理土壤全磷含量呈现先升后降再升的趋势。在分蘖期，SY、YY 和LTY 处理的全磷含量均低于CK，但仅有SY 处理达到显著水平；在孕穗期、灌浆期和成熟期，SY、YY 和LTY 处理的全磷含量均显著低于CK，均以YY 处理最低，SY 处理次之，成熟期SY、YY、LTY 处理分别较CK 降低13.16%、17.11%、11.84%。

由表1 可知，随着生育进程的推进，CK 和LTY处理土壤全钾含量均呈现先升后降再升的趋势，SY和YY 处理土壤全钾含量均呈现先升后降的趋势。分蘖期至成熟期，各处理间全钾含量虽有差异，但总体上均未达到显著水平。在成熟期，全钾含量表现为YY＞CK＞SY＞LTY，与CK 相比，仅LTY 处理差异显著，降幅为3.67%。

2.1.3 有机质含量和pH 值 由表2 可知，4 个处理土壤有机质含量在分蘖期至成熟期变化幅度均不大，且处理间没有显著差异。

表2 不同处理土壤有机质含量Tab.2 Soil organic matter content under different treatmentsg/kg

由图4 可知，CK、YY 和LTY 处理土壤pH 值均呈现先升后降的趋势，而SY 处理土壤pH 值呈现先升后降再升的趋势。CK、SY 和YY 处理土壤pH 值均在孕穗期达到最大值，分别为6.11、6.48 和6.30，而LTY 处理土壤pH 值在灌浆期达到最大值，为6.42。在分蘖期至灌浆期，SY、YY 和LTY 处理土壤pH 值均显著高于CK。在成熟期，SY、YY 和LTY 处理土壤pH 值均高于CK，增幅分别为6.67%、1.17%和3.67%。其中，SY和LTY处理达到显著水平。

2.2 鸭品种对稻鸭共生系统水稻产量及其构成因素的影响

由表3可知，YY 和LTY 处理水稻理论产量和实际产量均无显著差异，但均显著高于CK 和SY 处理，SY 处理水稻理论产量和实际产量均与CK 无显著差异。YY 和LTY 处理水稻理论产量分别较CK提高18.53%和23.34%，实际产量分别较CK 提高21.92%和20.68%。在产量构成因素中，与CK 相比，YY 和LTY 处理均显著增加了水稻有效穗数，增幅均为16.31%，SY 处理水稻有效穗数无显著差异；YY 和LTY 处理均显著降低了水稻穗总粒数，降幅分别为18.86%和12.75%，SY 处理水稻穗总粒数无显著差异；YY 和LTY 处理均显著增加了水稻结实率，增幅分别为26.26%和21.64%，SY处理水稻结实率无显著差异；穗实粒数和千粒质量在4 个处理间均无显著差异。综上，YY 和LTY 处理通过显著增加有效穗数和结实率进而显著增加水稻产量，而SY处理则维持了水稻产量。

表3 不同处理水稻产量及其构成因素Tab.3 Yield and its component of rice under different treatments

2.3 鸭品种对稻鸭共生系统经济效益的影响

由表4 可知，SY、YY 和LTY 处理的总投入、总产出、纯利润和产投比均高于CK。SY、YY、LTY 处理的纯利润分别为7 610.3、31 720.7、20 756.0元/hm2，以YY 处理最高。SY、YY、LTY 处理的产投比分别为1.56、2.45、2.08，以YY处理最高，LTY处理次之。SY、YY 和LTY 处理虽然都增加了总投入，但最后通过稳定或增加稻谷产量、增加鸭子产出提高了稻田的经济效益。总之，3个稻鸭共生处理均提高了稻田的经济效益，以YY处理最优，LTY处理次之。

表4 不同处理稻田经济效益Tab.4 Economic benefits of paddy fields under different treatments

3 结论与讨论

3.1 稻鸭共生有利于促进水稻对土壤养分的吸收

土壤养分含量影响作物的生长发育。稻鸭共生可提高土壤养分含量[11-14]。张军等[11]研究发现，多年的稻鸭共作增加了稻田土壤有机质、全氮、铵态氮、硝态氮、速效磷和速效钾含量，有利于土壤培肥。禹盛苗等[12]研究发现，稻鸭种养模式增加了土壤速效养分和有机质含量。张帆等[13]研究发现，稻鸭共生能增加土壤全磷含量、土壤截存的磷量，有利于减少化学磷肥的投入。张苗苗等[14]研究发现，有机稻鸭共作有利于稻田土壤有机质、碱解氮、速效磷和速效钾等养分含量在整个水稻生长期相对稳定。然而，本研究结果表明，与CK 相比，3个稻鸭共生处理稻田土壤全氮、全磷、全钾、碱解氮和速效磷含量均降低，速效钾含量增加，有机质含量相对稳定。这可能是因为鸭在稻田的活动起到了浑水增氧、改善田间微生态的作用，同时刺激了水稻根系[6]、改善了株型[7]，有利于水稻对土壤养分的吸收，从而造成土壤养分短时间内降低；稻田养分的变化可能与稻田施肥结构有关，本研究仅施用了少量基肥，肥料总量较常规施肥大幅降低；稻田养分的变化还与种植制度有关，本试验前茬作物为烟草，烟草为喜钾作物，烟草季大量钾肥的施用提高了稻田中钾肥的含量，水稻季鸭在稻田的活动大大提高了钾肥的有效性，使速效钾含量较水稻单作田增加；稻鸭共生对土壤养分的影响还可能与种养年限和鸭养殖密度有关。因此，建议建立长久规范的稻鸭共生区，合理增加养殖密度，种植前适量多施基肥。

3.2 稻鸭共生有利于改善土壤酸化

土壤酸化是一个严重的环境问题，很大程度上制约作物生产。稻田养鸭对稻田土壤和水体pH 值有一定影响[4，11，15-18]。廖咏梅等[4]和张军等[11]研究发现，稻田养鸭一定程度上降低了稻田土壤pH 值。沈建凯等[15]研究表明,稻田养鸭使水稻根际和根表土壤pH值上升。全国明等[16]研究发现，稻鸭共生一定程度上降低了稻田水体的pH 值。李成芳等[17]研究发现，稻田养鸭使稻田水体pH 值上升。本研究结果与前人[15，17]研究结果一致，3个稻田养鸭处理均使稻田土壤pH 值上升，在一定程度上缓解了土壤酸化，其中，稻田养殖水鸭和稻田养殖绿头鸭处理达到显著水平。水稻根系一般处在铵态氮-硝态氮混合营养中，但仍然以吸收和利用土壤中的铵态氮为主，根系在吸收大量铵态氮的同时，向土壤迅速释放H+导致根表pH 值下降[18]，吸收硝态氮向土壤释放OH-致使土壤pH 值升高[15]。在稻鸭共生系统中，鸭在稻田活动有浑水增氧的效果，更有利于硝化作用的进行，使水稻对硝态氮吸收增多，释放出更多OH-[19-20]，使pH值上升。本研究发现，水鸭和绿头鸭的运动能力明显强于洋鸭，故其浑水增氧效果更好，进而pH值上升幅度更大。

3.3 稻鸭共生有利于实现水稻稳产或增产

稻鸭共生是稻田生态种养的一种经典模式，具有稳产[3]或增产[21]的效果，主要表现为提高水稻有效穗数[22]、千粒质量[23]和结实率[24]等。本研究发现，稻鸭共生对产量的影响与养殖的鸭品种有关，YY和LTY 处理显著提高了水稻产量，而SY 处理水稻产量虽然有所提高，但与CK 无显著差异。YY 和LTY 处理水稻有效穗数和结实率显著增加，而穗总粒数显著降低。本研究发现，3 种鸭的行为特征存在明显差异，绿头鸭运动能力强、食量和个头适中，洋鸭食量和个头大、运动能力弱，水鸭运动能力适中、食量和个头小。因此，推测洋鸭凭借其大个头增加对水稻的有利刺激，加之其相对大的排粪量提供更多的养分，促进了水稻的生长发育和产量形成；绿头鸭凭借其强大的运动能力在田间穿梭，刺激水稻的同时也刺激了土壤和水体，提高了土壤和水体中氧含量，有利于土壤养分的释放和水稻对养分的吸收，进而促进了水稻的生长发育和产量形成；而水鸭相关优势比不上前两者，对水稻产量影响不大。在水稻灌浆期，试验地遭遇持续低温天气，严重影响了水稻籽粒充实，致使试验区产量均低于往年平均产量，但稻鸭共生的稳产和增产效果依然明显。

3.4 稻鸭共生有利于提升稻田经济效益

稻鸭共生在保障正常粮食生产的同时增加了鸭的产出，而且由于化肥和农药的大幅减量，稻米[25-26]和鸭肉品质[27-28]得到明显改善，市场优势明显，使得该模式具备较水稻单作更高的经济效益[8，14]。本研究结果表明，与CK 相比，3 个稻鸭共生处理的经济效益均提高，表现为YY＞LTY＞SY＞CK。此外，本研究发现，当遭遇严重气候灾害时（如本试验灌浆期遇到的持续低温），水稻产量大幅降低，水稻单作田的效益明显下降，而稻鸭共生处理由于鸭产品的增加，均能提高效益，说明稻鸭共生具有一定的抗风险能力。稻鸭共生具有良好的经济效益，不需要复杂的田间改造，种养管理相对较简便。因此，可以作为乡村集体产业的一大抓手，融合一二三产业，助力乡村振兴。