基于稻蟹综合种养的半干旱区水田水分管理模式对比研究

司昌亮 尚学灵 王旭立 于海荣

(吉林省水利科学研究院，吉林 长春 130022)

引言

随着农业种植结构的变化，在北方水稻种植区稻蟹共生田的面积在逐年增加[1]。稻田综合种养[2-7]是一种传统的将植物种植和动物养殖相结合的复合系统[8]，在同一块稻田同一个生长季节里，既种植水稻又养殖河蟹的一种生产方式[9]。该种植模式充分利用稻蟹之间的互利共生关系,利用河蟹在稻田觅食活动,翻动土壤，破坏水草幼苗，灭杀害虫幼体,减少农药和除草剂使用[10]；同时，稻蟹共生[11,12]可以改善稻田水生态环境、增加土壤有效养分、促进水稻的生长发育，对提高资源利用率、改善种植结构、增加农民收入等起到了积极的作用[13]。实现生态大米和优质蟹苗双丰收，具有显著的经济效益、社会效益和生态效益[14]。而水分管理模式则是稻蟹综合种养的核心技术，直接影响着稻蟹田的经济、社会、生态效益。因此，围绕吉林省半干旱区的自然与社会条件，系统深入地开展稻蟹田水分管理模式研究，在提高单位面积稻蟹田的经济效益的同时，较大幅度地提高灌溉水生产率，进一步提升吉林省稻蟹综合种养的科技含量，对实现吉林省农业生产的可持续发展具有十分重要的意义。

本文以稻蟹综合种养技术为研究对象，根据水稻品种的生物学特性、土壤质地与肥力、稻蟹田的气象特征等，开展不同水分管理模式对比试验，以节水和高产为目标，探索建立适合于稻蟹综合种养技术模式的水分管理模式，以期为稻蟹综合种养技术在吉林省半干旱区的进一步推广提供理论基础。

1 材料与方法

1.1 试验区概况

本试验的田间试验资料来自于2016—2018年白城市到保镇到保村水田试验区的稻蟹综合种养试验。

水田试验区位于吉林省的西北部，洮儿河流域，处于中纬度欧亚大陆东缘，属中温带大陆性季风气候，受大气环流的影响，在冷暖气团交替控制下，四季气候变化明显，春季干燥多风少雨，夏季短暂、炎热多雨，秋季凉爽干燥，冬季严寒漫长，春秋两季短促。多年平均降水量为415.4mm。降水量年内分配不均，主要集中在6—9月，占全年降水总量84.1%。多年平均气温4.6℃，1月平均气温-17.1℃，7月平均气温23.2℃。常年风向以西风为主，平均风速33.7m·s-1，最大风速大40m·s-1。多年平均无霜期为157d左右，初霜最早出现在9月7日，最晚在10月14日，终霜最晚在5月16日。多年平均水面蒸发量为1836.2mm(20mm口径蒸发皿)。多年平均日照时数为2924.5h。

1.2 方案设计

1.2.1 水分管理模式设计

根据项目的研究内容，本试验设3种水分管理模式，即常规灌溉(水层上限5cm)、浅水淹灌10cm、浅水淹灌15cm，并以附近农户稻蟹田为参照进行对比分析。3种水分管理模式均采取对雨水充分利用策略。

1.2.1.1 常规灌溉

传统上多采用有水层的淹水格田灌溉方式，其灌溉技术主要采用“浅深浅结合晒田”的方式。即水稻返青及分蘖前期浅灌，分蘖末期至拔节初期落干晒田，孕穗至抽穗开花期是水稻的需水高峰，耗水量大，加深水层，灌浆乳熟期耗水量下降，浅灌。黄熟后，田面保持湿润或干干湿湿，以利收割。

1.2.1.2 浅水淹灌

通过合理的灌溉排水，使水稻各主要生育阶段，保证田面无环沟处保持10～15cm浅水层，全生育期内不晒田。在试验过程中，养殖水的水温超过35℃时，水深加高5cm。

1.2.1.3 农户稻蟹田

始终保持10cm以上水层，全生育期内不晒田。

1.2.2 水稻与河蟹品种选择

试验水稻品种选用当地主推的小粒碱稻香，4月18日播种育秧，5月23日移栽，10月7日收割，水稻本田期137d。水稻种植按照“大垄双行”的栽培模式，宽行40cm，窄行20cm，穴距16cm，边行加密，环沟与围隔间平台加密种植。

试验蟹种为盘山县河蟹技术研究所提供的辽河水系中华绒鳌蟹蟹种，平均规格为7.2g/只，放养密度为500～650只·667m-2，6月16日(水稻分蘖期)放仔蟹，收蟹时间为10月1日，河蟹与水稻的共生108d左右。

1.2.3 试验设计

试验设6种处理，每种处理3次重复，即18个试验小区，每个小区面积为(40×20)m2。在各小区排列时从有利于消减土壤差异带来的误差的原则出发，各试验小区相邻，随机排列，灌排水口均安装计量设施，单灌单排。

稻蟹田与稻田均插秧前按900kg·hm-2标准施稻蟹田专用肥作为稻田土壤基肥，插秧后14d追施1次叶面肥，追肥2次：分蘖肥和穗肥；在水稻生长期间，均不使用除草剂和杀虫剂，大型杂草人工拔除，害虫采用性引诱剂诱杀为主；常规灌溉正常晒田，浅水淹灌全生育期内不晒田；其他田间管理措施则与常规水稻种植管理方法相同。

水稻和河蟹的产量与价格采用3a试验数据的平均值，以减少试验误差。利用WPS 2021和SPSS数据分析软件进行分析。

2 结果与分析

2.1 不同水分管理模式对水稻产量的影响

试验处理分为稻田(A1Ii)、稻蟹田(A2Ii)和农户稻蟹田(对照)(CK)。

由表1可知，稻田中处理Ⅰ的产量与农户稻蟹田(对照)(CK)的产量大致相同，且没有显著性差异。

表1 不同水分管理模式下水稻产量统计表

同一养蟹方式内，随着水分管理水层厚度的增加，产量均呈递减趋势。其中，稻田内处理Ⅰ和处理Ⅱ、处理Ⅱ和处理Ⅲ没有显著性差异，但处理Ⅰ和处理Ⅲ存在显著性差异(P<0.05)，以稻田处理Ⅰ相比，处理Ⅱ、处理Ⅲ分别减产1.06%、2.02%；稻蟹田内处理Ⅳ和处理Ⅴ没有显著性差异，均和处理Ⅵ存在显著性差异(P<0.05)，与稻蟹田处理Ⅳ相比，处理Ⅴ、处理Ⅵ分别减产0.40%、1.85%。

不同养蟹方式间，相同的水分管理模式下稻蟹田内的水稻产量明显高于稻田，且显著性高于稻田(P<0.05)。以农户稻蟹田(对照)(CK)为参照，处理Ⅰ至处理Ⅵ增(减)产分别为0.01%、-1.06%、-2.02%、1.79%、1.38%、-0.10%，处理Ⅳ增产幅度最大，为1.79%，处理Ⅴ次之。因此，从产量和显著性角度分析，养蟹田处理Ⅳ的增产幅度最大，处理Ⅴ次之。

2.2 不同水分管理模式对河蟹产量的影响

由表2可知，各处理中幼蟹放养数量均为9000只·hm-2左右，幼蟹的平均成活率一般随水层厚度的增加而提高，处理Ⅵ成活率最高为68.17%，处理Ⅴ67.83%次之，仅相差0.34%。然而，稻蟹田处理Ⅴ的水层厚度小于农户稻蟹田(对照)(CK)的水层厚度，但成活率更高，这可能与试验区饵料营养供应相对适宜、田间管护等农技农艺措施控制相对严格有关。

表2 不同水分管理模式下河蟹产量统计表

不同水分管理模式下，与处理Ⅴ的河蟹最终产量相比，处理Ⅵ没有显著性差异，但与CK、处理Ⅳ存在显著性差异(P<0.05)。

河蟹产量方面，与农户稻蟹田(对照)(CK)相比,稻蟹田处理Ⅳ减产10.10%，处理Ⅴ和处理Ⅵ分别增产8.62%、9.91%，随着水层厚度的变化，河蟹产量呈先减小后增加、并趋于稳定的趋势变化。因此，从河蟹成活率和产量角度分析，养蟹田处理Ⅵ较为适合稻蟹综合种养技术模式，处理Ⅴ次之。

2.3 不同水分管理模式下综合经济效益对比分析

经济效益是驱动稻蟹共生的主要动力，获得最大经济效益是确定试验的主要目的之一[15]。

稻蟹综合种养技术模式主要经济支出包括稻种、化肥、蟹苗、饲料、人工管理和田间设施建设等费用，主要经济收入包括稻谷、幼蟹。稻田养蟹由于不施(少施)农药，减少生产费用支出；使稻米品质和口感明显提高，其食用价值和经济价值均较普通稻米高，提高水稻价值。

由表3可知，稻蟹田净收益较稻田增加44%～67%。同一养蟹方式下，在稻田种植中，随着水分管理水层厚度的增加，净收益减少，收益率降低，是因为水稻产量随着水层厚度的增加而减少。与处理Ⅰ相比，处理Ⅱ、处理Ⅲ收益率分别降低3.22%、5.73%。

表3 不同水分管理模式下稻蟹经济效益统计表

在稻蟹田中，随着水分管理淹灌水层厚度的增加，净收益由处理Ⅳ的25915.46元·km-2上涨到处理Ⅴ的28538.01元·km-2，后降到处理Ⅵ的28160.32元·km-2，呈先增加后减少的单峰式趋势变化。原因是随着淹灌水层厚度的增加，水稻产量初期虽有降低但河蟹产量增加，且河蟹增收收益大于水稻减产损失，故从处理Ⅳ到处理Ⅴ净收益增加。但随着水层厚度的逐渐加深，水稻减产加剧，减产损失扩大，河蟹增收收益虽有所增加但已趋于稳定，故净收益总体上开始呈现下滑态势。

与农户稻蟹田(对照)(CK)相比,稻蟹田处理Ⅳ收益率降低2.51%，处理Ⅴ和处理Ⅵ收益率分别提高7.36%、5.94%。故同一养蟹方式下，处理Ⅴ收益率较高。

不同养蟹方式下，与稻田相比，稻蟹田处理Ⅳ(对应处理Ⅰ)、处理Ⅴ(对应处理Ⅱ)、处理Ⅵ(对应处理Ⅲ)的收益率分别提高44.41%、64.32%、66.46%，收益率均显著提高，且处理Ⅳ至处理Ⅴ提高效果显著，处理Ⅴ至处理Ⅵ则趋于平缓、稳定。

因此，从收益率角度分析，养蟹田处理Ⅴ综合收益率较好。

2.4 不同水分管理模式下灌溉水量及灌溉水分生产率分析

灌溉水生产效率是指单位灌溉水量的水稻产量(或河蟹产量)。

由表4可知，灌溉水量从多到少依次为CK>处理Ⅵ>处理Ⅲ>处理Ⅴ>处理Ⅱ>处理Ⅳ>处理Ⅰ。农户稻蟹田(对照)(CK)因管理较为粗放，水分管理模式缺失，导致灌溉水量偏大；同等水层厚度条件下，稻蟹田因长期建立水层，不进行晒田，灌溉水量均大于稻田(相对水层厚度)。

表4 不同水分管理模式下灌溉水生产率分析表

以农户稻蟹田(对照)(CK)为参照，处理Ⅰ～Ⅵ的田间节水率分别22.22%、17.49%、9.22%、21.02%、15.06%、4.62%，处理Ⅰ的田间节水效果最好，且稻田在相对水层厚度下比稻蟹田节水率高。

灌溉水生产效率从大到小依次为处理Ⅳ>处理Ⅴ>处理Ⅰ>处理Ⅱ>处理Ⅵ>CK>处理Ⅲ，处理Ⅳ的灌溉水生产率1.42kg·m-3效果最好，处理Ⅴ次之，处理Ⅰ与处理Ⅴ仅相差0.01kg·m-3。

以农户稻蟹田(对照)(CK)为参照，处理Ⅰ～Ⅵ灌溉水生产率(降低)提高分别18.32%、10.35%、-0.67%、27.69%、20.03%、5.58%，其中处理Ⅲ为降低，其他处理均为提高，而处理Ⅳ提高幅度最大，达到27.69%，处理Ⅴ次之。

因此，从田间节水角度分析，相对CK而言，处理Ⅰ的节水效果最好，处理Ⅳ次之；从灌溉水生产率角度分析，处理Ⅳ提高幅度最大，处理Ⅴ次之。

3 稻蟹田水分管理模式确定与浅析

3.1 稻蟹田水分管理模式确定

经查阅文献可知，国内已有部分省份进行了稻蟹综合种养(稻蟹共生)的相关研究，如黑龙江、辽宁、山东等地，并建立了稻蟹综合种养体系。但针对吉林省尤其半干旱地区的稻蟹综合种养的研究几近空白。

本文重点针对吉林省半干旱气候区，开展不同水分管理模式对比试验，以节水和高产为目标，通过观察稻、蟹的生长状况，从水稻产量和显著性、河蟹成活率和产量、收益率和灌溉水生产效率等角度综合分析得出，处理Ⅴ(浅水淹灌10cm)的各项指标均表现良好，较为适合稻蟹综合种养技术应用。与农户稻蟹田相比，该处理的应用可使水稻增产率为1.38%、河蟹增产8.62%、收益率提高7.36%、田间节水率15.06%、灌溉水生产效率提高20.03%。

浅水淹灌10cm的水分管理模式：通过合理的灌溉排水，使水稻的各生育阶段均保证田面无环沟处保持10cm左右的浅水层，全生育期内不晒田。在试验过程中，养殖水的水温超过35℃时，水深加高5cm。

3.2 稻蟹综合种养增产的原理浅析

在人工构建的稻蟹共生生态系统中，河蟹作为参与稻田环境的重要角色，可起到灭虫、疏松土壤、施肥等作用。河蟹摄入大量饵料后，经过消化吸收转化为代谢产物氨氮和排泄产物粪便，产物进入水体，水体中的氨氮可直接被水稻吸收利用，粪便则通过微生物分解代谢转化为可以被水稻吸收利用的氮磷，提供一定的有机肥料，从而使水稻长势更加良好，促进水稻的有效分蘖，构成了水稻增产的肥力基础。同时，因稻蟹田不施(少施)农药，也提高了水稻的品质。

4 结论

不同养蟹方式间，相同的水分管理模式下稻蟹田内的水稻产量明显高于稻田，且显著性高于稻田(P<0.05)。以农户稻蟹田(对照)(CK)为参照，稻蟹田处理Ⅳ(浅水淹灌5cm)的水分管理模式下水稻增产幅度最大，为1.79%，处理Ⅴ次之，为1.38。

与农户稻蟹田(对照)(CK)相比,稻蟹田处理Ⅳ(浅水淹灌5cm)的水分管理模式下河蟹减产10.10%，处理Ⅴ(浅水淹灌10cm)和处理Ⅵ(浅水淹灌15cm)的河蟹分别增产8.62%、9.91%，随着水层厚度的变化，河蟹产量呈先减小后增加,并趋于稳定的趋势变化。

与农户稻蟹田(对照)(CK)相比,稻蟹田处理Ⅳ(浅水淹灌5cm)的水分管理模式下收益率降低2.51%，处理Ⅴ(浅水淹灌10cm)和处理Ⅵ(浅水淹灌15cm)的收益率分别提高7.36%、5.94%，即浅水淹灌10cm收益率最高。

以农户稻蟹田(对照)(CK)为参照,稻蟹田处理Ⅳ(浅水淹灌5cm)的水分管理模式下灌溉水生产率提高幅度最大，达到27.69%，处理Ⅴ次之，为20.03%。

从水稻产量和显著性、河蟹成活率和产量、收益率和灌溉水生产效率等角度综合分析得出，处理Ⅴ(浅水淹灌10cm)的各项指标均表现良好，较为适合吉林省半干旱区稻蟹综合种养技术应用。与农户稻蟹田相比，该处理的应用可使水稻增产率为1.38%、河蟹增产8.62%、收益率提高7.36%、田间节水率15.06%、灌溉水生产效率提高20.03%。

本文仅运用3a试验结果分析，虽试验结果与现有文献相协调，但亦受试验管理措施、水文年、土壤肥力、灌溉条件及方式等因素影响，影响计算精度。故将开展多年试验，反复验证及试算，以提高浅水淹灌10cm水分管理模式在吉林省半干旱区稻蟹综合种养区的准确性、适应性和代表性。