不同作物+小龍蝦種養(yǎng)模式作物產(chǎn)量及氮、磷平衡分析

湯 偉，陳 燦，2，黃 璜，2，周天送，王 忍

（1.湖南農(nóng)業(yè)大學(xué) 農(nóng)學(xué)院，湖南 長(zhǎng)沙 410128；2.湖南省稻田生態(tài)種養(yǎng)工程技術(shù)研究中心，湖南 長(zhǎng)沙 410128）

生態(tài)循環(huán)農(nóng)業(yè)是一種綜合運(yùn)用自然生態(tài)科學(xué)、社會(huì)經(jīng)濟(jì)學(xué)和其他農(nóng)業(yè)相關(guān)科學(xué)原理的新發(fā)展模式[1]，能有效促進(jìn)農(nóng)業(yè)綠色發(fā)展。稻漁綜合種養(yǎng)作為一種生態(tài)循環(huán)農(nóng)業(yè)發(fā)展模式，通過對(duì)稻田進(jìn)行工程化改造，構(gòu)建稻漁共作輪作系統(tǒng)，依靠規(guī)模化開發(fā)、產(chǎn)業(yè)化經(jīng)營(yíng)、標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)等方法，做到了水稻穩(wěn)產(chǎn)、水產(chǎn)品新增，大幅提高了經(jīng)濟(jì)收入[2]。同時(shí)，稻田綜合種養(yǎng)技術(shù)不僅能提高土地與水資源的利用率、降低農(nóng)業(yè)生產(chǎn)成本、改善產(chǎn)品品質(zhì)，而且能激發(fā)農(nóng)民種糧積極性，為糧食安全提供了保障[3]。

在生態(tài)種養(yǎng)模式中，稻蝦能減少化肥、農(nóng)藥的使用，并具有減少環(huán)境污染的生態(tài)效應(yīng)[4]。蓮-小龍蝦和茭白-小龍蝦均屬于種養(yǎng)結(jié)合的生產(chǎn)模式，具有良好的生態(tài)循環(huán)效應(yīng)，與稻蝦一起受到廣大農(nóng)民的喜愛。目前，我國(guó)學(xué)者對(duì)稻蝦種養(yǎng)模式的研究主要集中于對(duì)土壤肥力[5]、蟲害[6]的影響和綜合效益[7]、生產(chǎn)技術(shù)[8]等方面，而蓮-小龍蝦和茭白-小龍蝦的研究主要集中于生產(chǎn)技術(shù)[9-10]等方面，對(duì)3 種生態(tài)種養(yǎng)模式尤其是蓮、茭白種養(yǎng)模式的氮、磷循環(huán)方面的研究尚未見報(bào)道。氮和磷是農(nóng)作物生長(zhǎng)所必需的大量營(yíng)養(yǎng)元素，但是其利用效率低，導(dǎo)致資源浪費(fèi)、流失，引起環(huán)境污染[11]。在農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)中，氮、磷的遷移循環(huán)途徑與利用率決定著該生態(tài)系統(tǒng)中生產(chǎn)力的高低。探明并掌握氮、磷的遷移路徑和循環(huán)規(guī)律，有利于對(duì)癥下藥，減少農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)的氮、磷流失，提高養(yǎng)分利用率，降低農(nóng)業(yè)污染風(fēng)險(xiǎn)，保證農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展[12]。水稻、子蓮、茭白是南方地區(qū)常見的作物，分布廣泛、栽培面積大。為此，研究水稻、子蓮、茭白+小龍蝦種養(yǎng)模式的氮、磷平衡狀況及作物產(chǎn)量，為合理調(diào)控生態(tài)種養(yǎng)養(yǎng)分循環(huán)和平衡、促進(jìn)農(nóng)田系統(tǒng)的可持續(xù)發(fā)展提供一定的理論依據(jù)。

1 材料和方法

1.1 試驗(yàn)地概況及試驗(yàn)材料

試驗(yàn)于2021 年4—11 月在湖南省長(zhǎng)沙市望城區(qū)烏山街道徐家橋社區(qū)試驗(yàn)基地（28°19′38"N、112°44′23"E）進(jìn)行。該地為亞熱帶季風(fēng)濕潤(rùn)氣候，年平均氣溫16～18 ℃，≥10 ℃有效積溫5 000～5 500 ℃，無霜期260～320 d，年降水量1 200～1 500 mm。土壤類型為第四紀(jì)紅色黏土發(fā)育的紅黃泥土，試驗(yàn)田為稻田、蓮田、茭田3 塊農(nóng)田，試驗(yàn)前0～20 cm 耕層土壤的養(yǎng)分含量見表1。

表1 試驗(yàn)前土壤養(yǎng)分含量Tab.1 The soil nutrient content before experiment

供試水稻品種為常規(guī)稻黃華占，子蓮品種為太空蓮3號(hào)，茭白品種為浙茭七號(hào)，小龍蝦品種為克氏原螯蝦。供試肥料為復(fù)合肥1（N∶P2O5∶K2O=20∶8∶12，養(yǎng)分≥40%），作水稻單作基肥用；復(fù)合肥2（N∶P2O5∶K2O=20∶15∶15，養(yǎng)分≥50%），作子蓮兩處理基肥用；復(fù)合肥3（N∶P2O5∶K2O=25∶10∶16，養(yǎng)分≥51%），作子蓮兩處理追肥用；復(fù)合肥4（N∶P2O5∶K2O=15∶15∶15，養(yǎng)分≥45%），作茭白兩處理基肥用；尿素（含N 46%），作3 種作物追肥用；氯化鉀（含K2O 60%），作子蓮、茭白追肥用。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)設(shè)置6 個(gè)處理：稻蝦連作（RC）、水稻單作（R）、蓮蝦共作（LC）、子蓮單作（L）、茭蝦共作（ZC）、茭白單作（Z）。共6 個(gè)大區(qū)，每個(gè)大區(qū)面積216 m2，不設(shè)重復(fù)，每個(gè)大區(qū)9 次重復(fù)取樣。對(duì)養(yǎng)殖小龍蝦的農(nóng)田，在作物播種（或移栽）前，開挖寬0.5 m、深1 m 的環(huán)形蝦溝。不同處理均有獨(dú)立的進(jìn)、排水口。蝦溝外側(cè)田埂設(shè)置高0.6 m 的聚乙烯防逃膜，其中底部有0.2 m 埋入泥土中，每隔一段距離用竹竿、木樁等加固。

1.3 田間管理

1.3.1 稻田管理 水稻于2021 年6 月5 日直播，采用機(jī)械直播的方式，播種量為75 kg/hm2；9月下旬收割。稻蝦連作大區(qū)由于前季小龍蝦產(chǎn)生的糞便提供足量養(yǎng)分，采取不施肥措施。水稻單作大區(qū)6 月4 日整地施肥，N、P2O5、K2O 施用量分別為64.5、12、18 kg/hm2，磷肥與鉀肥一次性底施，氮肥47%底施、53%于分蘗盛期追施。

在稻蝦連作模式中，3 月中下旬投放9 g 大小的蝦苗1 416.67 kg/hm2。試驗(yàn)期間，除田間浮游動(dòng)物、底棲動(dòng)物、各類昆蟲及雜草等天然餌料外，根據(jù)小龍蝦生長(zhǎng)情況，適當(dāng)進(jìn)行人工投餌，人為投喂飼料為正大有限公司生產(chǎn)的小龍蝦專用飼料，按小龍蝦質(zhì)量的3%～5%進(jìn)行投喂；人工投喂做到定時(shí)、定位，前期上午、下午各投喂一次，后期主要在下午投喂，投喂時(shí)看天氣、溫度和蝦生長(zhǎng)等情況，以保證蝦的基本營(yíng)養(yǎng)和需求。4月下旬采用地籠捕撈全部成蝦。水稻收割后注水保持田間水位50～60 cm。

1.3.2 蓮田管理 蓮田4 月2 日整地施肥，4 月3 日栽植子蓮種莖，株行距為2 m×0.8 m，7 月中上旬至9月采收蓮蓬。蓮蝦共作模式和子蓮單作模式所有施肥措施一致，N、P2O5、K2O 施用量均分別為229.5、120、201 kg/hm2，氮肥52%底施，栽植后20～30 d、生長(zhǎng)旺盛期（栽植后約60 d）分別追施15%、33%；磷肥75%底施、25%于生長(zhǎng)旺盛期追施；鉀肥46%底施，栽植后20～30 d、生長(zhǎng)旺盛期分別追施31%、23%。

在蓮蝦共作模式中，投放蝦苗在5月中上旬，大田投放9 g 大小的蝦苗416.67 kg/hm2。蝦苗飼料投喂方法同稻田。6 月下旬開始用地籠捕撈全部成蝦。

1.3.3 茭田管理 茭田于6 月20 日整地施肥，6 月21 日移栽茭白，株行距為0.9 m×0.4 m，10 月下旬至11 月中上旬采收。茭蝦共作模式和茭白單作模式所有施肥措施一致，N、P2O5、K2O 施用量均分別為297、90、270 kg/hm2，氮肥施用比例為基肥∶提苗肥∶分蘗肥=3∶2.3∶4.7，磷肥全部作為基肥施入，鉀肥施用比例為基肥∶孕茭肥=3.3∶6.7。移栽前施基肥，定植后10 d 施提苗肥，栽后20～25 d 施分蘗肥，50%植株孕茭后施孕茭肥。

茭白生育期內(nèi)，茭蝦共作模式下茭白栽植后于6 月下旬大區(qū)投放9 g 大小的蝦苗416.67 kg/hm2，蝦苗飼料投喂方法同稻田。8 月中上旬捕撈全部成蝦。

1.4 測(cè)定項(xiàng)目及方法

1.4.1 氮、磷含量

1.4.1.1 作物植株 在水稻成熟期，RC、R處理各大區(qū)選取9 株具有代表性的水稻（邊3 行不?。?；在蓮采收期，LC、L 處理各大區(qū)隨機(jī)選取9 株完整的子蓮；在茭白采收期，ZC、Z 處理各大區(qū)隨機(jī)選取9 株完整的茭白。將植株樣品根系、秸稈、產(chǎn)品（不同作物的產(chǎn)品不同，水稻為籽粒，子蓮為蓮蓬，茭白為凈茭）分開，于105 ℃下殺青30 min，然后80 ℃烘至恒質(zhì)量，測(cè)定干質(zhì)量。將植株樣品粉碎過篩后，采用H2SO4-H2O2法進(jìn)行消化，用荷蘭Skalar 公司的連續(xù)流動(dòng)分析儀（SAN++）測(cè)定水稻、子蓮、茭白植株全氮、全磷含量。

1.4.1.2 小龍蝦及其飼料 小龍蝦養(yǎng)殖試驗(yàn)結(jié)束后，捕撈田間全部小龍蝦，記錄成蝦總質(zhì)量。取成蝦和飼料測(cè)定含水量、全氮及全磷含量，全氮和全磷含量的測(cè)定方法同作物植株。

蝦殼質(zhì)量占蝦體質(zhì)量的比值一般為12.4%[13]，蝦殼中氮、磷含量參照佀國(guó)涵等[14]的結(jié)果，即蝦殼中氮、磷含量分別為51.8、8.9 g/kg。

1.4.1.3 灌溉水 記錄不同處理作物生育期內(nèi)的灌水量，每次灌水時(shí)在進(jìn)水口采集水樣，采用堿性過硫酸鉀氧化—紫外分光光度法測(cè)定水樣全氮含量，采用鉬酸銨分光光度法測(cè)定水樣全磷含量。

1.4.1.4 降雨 在試驗(yàn)期間，用山東仁科測(cè)控技術(shù)有限公司的雨量傳感器收集降雨信息，用潔凈干燥的聚乙烯塑料瓶采集混合均勻的降雨樣品，冷凍保存?zhèn)溆谩＝涤耆?、全磷含量的測(cè)定方法同灌溉水。

1.4.2 作物產(chǎn)量 所有作物產(chǎn)量計(jì)算均包括蝦溝占用面積。

1.4.2.1 水稻產(chǎn)量 水稻成熟后，各大區(qū)隨機(jī)選取9 個(gè)1 m2的樣方，測(cè)定有效穗數(shù)；同時(shí)采用5 點(diǎn)取樣法，每點(diǎn)選取長(zhǎng)勢(shì)均勻且具有代表性的連續(xù)30 穗，帶回室內(nèi)進(jìn)行考種，測(cè)定穗實(shí)粒數(shù)、穗空秕粒數(shù)，并稱取千粒質(zhì)量，計(jì)算結(jié)實(shí)率。另外，各大區(qū)選取有代表性的9 個(gè)1 m2樣方作為測(cè)產(chǎn)區(qū)，人工收割、脫粒，曬干，測(cè)量樣品質(zhì)量和含水量，再按標(biāo)準(zhǔn)含水量計(jì)算產(chǎn)量。

1.4.2.2 子蓮產(chǎn)量 子蓮采收期內(nèi)，各大區(qū)隨機(jī)選取9 個(gè)具有代表性的2 m×2 m 區(qū)域采收蓮蓬，記錄蓮蓬數(shù)。采收后，隨機(jī)選取15 個(gè)具有代表性的蓮蓬，測(cè)定每蓮蓬實(shí)粒數(shù)、空秕粒數(shù)和單粒蓮子質(zhì)量，計(jì)算結(jié)實(shí)率。另外，各大區(qū)選取有代表性的9 個(gè)2 m×2 m 區(qū)域作為測(cè)產(chǎn)區(qū)，人工采收，從第一個(gè)蓮蓬成熟開始采收，直到最后一個(gè)蓮蓬，測(cè)定蓮子總質(zhì)量，計(jì)算產(chǎn)量。

1.4.2.3 茭白產(chǎn)量 茭白成熟后，各大區(qū)隨機(jī)選取30根具有代表性的茭白，測(cè)定殼茭質(zhì)量、凈茭質(zhì)量、凈茭長(zhǎng)和凈茭粗。同時(shí)，各大區(qū)隨機(jī)選取有代表性的9 個(gè)2 m×2 m 區(qū)域作為測(cè)產(chǎn)區(qū)，人工采收后測(cè)定殼茭、凈茭產(chǎn)量。

1.5 數(shù)據(jù)分析

試驗(yàn)數(shù)據(jù)均采用Excel 2010軟件進(jìn)行整理和統(tǒng)計(jì)分析，采用SPSS 22.0軟件進(jìn)行差異顯著性檢驗(yàn)。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同作物+小龍蝦種養(yǎng)模式作物產(chǎn)量及其構(gòu)成因素

對(duì)水稻產(chǎn)量及其構(gòu)成因素進(jìn)行分析（表2）發(fā)現(xiàn)，與R處理相比，RC處理有效穗數(shù)顯著降低，穗總粒數(shù)顯著增加，結(jié)實(shí)率和千粒質(zhì)量無顯著差異，產(chǎn)量顯著降低15.77%，若不計(jì)算蝦溝占用面積，2個(gè)處理間產(chǎn)量差異不顯著。

表2 不同處理水稻產(chǎn)量及其構(gòu)成因素Tab.2 Rice yield and its components of different treatments

對(duì)子蓮產(chǎn)量及其構(gòu)成因素進(jìn)行分析（表3）發(fā)現(xiàn)，與L 處理相比，LC 處理蓮蓬總粒數(shù)顯著增加，結(jié)實(shí)率顯著降低，蓮蓬個(gè)數(shù)、單粒蓮子質(zhì)量雖有增加但差異不顯著，子蓮產(chǎn)量差異也不顯著。

表3 不同處理子蓮產(chǎn)量及其構(gòu)成因素Tab.3 Yield and its components of seed lotus of different treatments

對(duì)茭白產(chǎn)量性狀進(jìn)行分析（表4）發(fā)現(xiàn)，與Z 處理相比，ZC 處理凈茭粗顯著增加了10.51%，凈茭長(zhǎng)、凈茭質(zhì)量、殼茭質(zhì)量均無顯著差異，凈茭產(chǎn)量無顯著差異，殼茭產(chǎn)量顯著增加了22.55%。

表4 不同處理茭白的產(chǎn)量性狀Tab.4 Yield characters ofZizania latifoliaof different treatments

2.2 不同作物+小龍蝦種養(yǎng)模式作物的氮、磷吸收情況

不同作物最終收獲的產(chǎn)品不同，水稻為籽粒，子蓮為蓮蓬，茭白為凈茭。由表5可知，同一作物不同處理間的作物產(chǎn)品、秸稈、根系的全氮和全磷含量均無顯著差異。與R處理相比，RC處理水稻籽粒干質(zhì)量和磷吸收量分別顯著減少15.77% 和17.02%，籽粒的氮吸收量及秸稈和根系的干質(zhì)量、氮吸收量、磷吸收量均無顯著差異。子蓮植株各部位的干質(zhì)量、氮吸收量、磷吸收量在LC 和L 處理間均無顯著差異。凈茭作為茭白的可食用部位，含水量極高，在93%及以上，干質(zhì)量為烘干后的質(zhì)量，故凈茭的干質(zhì)量較低，但是ZC處理和Z處理間差異不顯著。凈茭和茭白秸稈的氮吸收量方面，ZC處理較Z處理分別顯著增加了31.47%和21.16%，磷吸收量在2個(gè)處理間無顯著差異；其他茭白部位的干質(zhì)量、磷吸收量在2個(gè)處理間均無顯著差異。

表5 不同處理作物的氮、磷吸收量Tab.5 Nitrogen and phosphorus absorption of crops of different treatments

2.3 不同作物+小龍蝦種養(yǎng)模式氮、磷循環(huán)特征及平衡狀況

2.3.1 氮循環(huán)特征及平衡狀況

2.3.1.1 氮循環(huán) 不同處理的氮循環(huán)與平衡狀況詳見表6。由表6可知，R 處理中，氮輸入項(xiàng)是化肥、降雨、灌溉水，其中化肥為主要輸入途徑，其氮輸入量占總氮輸入量的70.88%；氮輸出項(xiàng)是籽粒，其氮輸出量為72.31 kg/hm2；循環(huán)的氮是秸稈、根系中的氮，其氮循環(huán)量共為86.52 kg/hm2，占總氮輸入量的94.91%。RC 處理中，由于小龍蝦的引入，氮的輸入量與輸出量均高于R處理。RC處理由于不施肥，無化肥的氮輸入。RC 處理小龍蝦養(yǎng)殖與水稻種植為接替進(jìn)行，小龍蝦生存空間相比LC、ZC 處理大大增加，投入的小龍蝦為另外2 種養(yǎng)蝦模式的3.4 倍，飼料為氮輸入的主要來源，飼料的氮含量為36.32 g/kg，飼料含水量為9.87%，投喂飼料總量為5 312.50 kg/hm2，飼料的氮輸入量為173.91 kg/hm2，占總氮輸入量的78.48%。RC 處理相比R 處理多了小龍蝦養(yǎng)殖季，且4、5 月降雨較多，高達(dá)533.4 mm，降雨的氮質(zhì)量濃度為3.44 mg/L，降雨的氮輸入量為26.17 kg/hm2，比R處理多18.35 kg/hm2。RC處理小龍蝦養(yǎng)殖季稻田水位處于40～60 cm，灌水量和排水量分別為7 000 m3/hm2和5 000 m3/hm2，氮質(zhì)量濃度分別為2.81 mg/L和3.03 mg/L，養(yǎng)蝦季灌溉水的氮輸入量為4.52 kg/hm2。RC 處理總氮輸出量為93.24 kg/hm2，其中，水稻籽粒的氮輸出量為64.87 kg/hm2，占總氮輸出量的69.57%；該處理成蝦產(chǎn)量為3 283.60 kg/hm2，成蝦氮含量為32.88 g/kg，含水量為73.72%，成蝦的氮輸出量為28.37 kg/hm2，占總氮輸出量的30.43%。RC 處理循環(huán)的氮是水稻秸稈、根系和蝦殼中的氮，其氮循環(huán)量分別占總氮循環(huán)量的67.82%、11.71%和20.47%。

表6 不同處理的氮循環(huán)與平衡狀況Tab.6 Nitrogen cycle and balance of different treatments kg/hm2

子蓮的生長(zhǎng)對(duì)水量要求較大，子蓮的2 個(gè)處理較其他4 個(gè)處理的灌溉水總氮輸入量多，約為另外4個(gè)處理的2倍（表6）。L處理中，氮輸入項(xiàng)是化肥、降雨和灌溉水，其氮輸入量分別占總氮輸入量的77.58%、8.85%和13.57%；氮輸出項(xiàng)是蓮蓬，其氮輸出量為31.09 kg/hm2；循環(huán)的氮是子蓮秸稈、根系中的氮，其氮循環(huán)量共為19.61 kg/hm2，占總氮輸入量的6.63%。LC 處理中，氮輸入項(xiàng)主要是化肥、飼料，其中，化肥的氮輸入量占總氮輸入量的59.83%；飼料投喂總量為2 546.30 kg/hm2，其氮輸入量占總氮輸入量的21.73%；降雨、灌溉水的氮輸入量相對(duì)較少，分別為26.17、44.53 kg/hm2。LC 處理總氮輸出量為43.20 kg/hm2，蓮蓬的氮輸出量為35.16 kg/hm2，占總氮輸出量的81.39%；該處理成蝦產(chǎn)量為1 074.54 kg/hm2，成蝦氮含量為30.06 g/kg，含水量為75.12%，成蝦的氮輸出量為8.04 kg/hm2，占總氮輸出量的18.61%。LC 處理循環(huán)的氮是子蓮秸稈、根系和蝦殼中的氮，其氮循環(huán)量分別占總氮循環(huán)量（25.36 kg/hm2）的63.88%、8.91%和27.21%。

由表6 可知，Z 處理中，氮輸入項(xiàng)是化肥、降雨、灌溉水，其中，化肥為氮輸入的主要來源，其氮輸入量占總氮輸入量的92.30%；氮輸出項(xiàng)是凈茭，其氮輸出量為11.95 kg/hm2；循環(huán)的氮是茭白秸稈、根系中的氮，其氮循環(huán)量共為149.02 kg/hm2，占總氮輸入量的46.31%。ZC 處理中，小龍蝦生長(zhǎng)狀態(tài)不太理想，成蝦產(chǎn)量和飼料投喂量較LC 處理均有所減少，化肥和飼料是氮輸入的主要來源，其中，化肥的氮輸入量占總氮輸入量的77.34%；飼料投喂總量為1 815.97 kg/hm2，其氮輸入量占總氮輸入量的15.48%；降雨和灌溉水的氮輸入量相對(duì)較少。ZC處理總氮輸出量為23.28 kg/hm2，該處理成蝦產(chǎn)量為936.10 kg/hm2，成蝦氮含量為32.56g/kg，含水量為75.17%，成蝦氮輸出量為7.57 kg/hm2，占總氮輸出量的32.52%；凈茭氮輸出量為15.71 kg/hm2，占總氮輸出量的67.48%。ZC 處理循環(huán)的氮是茭白秸稈、根系、蝦殼中的氮，其氮循環(huán)量分別為132.98、36.59、6.01 kg/hm2，分別占總氮循環(huán)量的75.74%、20.84%、3.42%。

2.3.1.2 氮平衡 由表6 可知，RC、R、LC、L、ZC、Z處理的氮平衡分別為128.37、18.85、340.36、264.74、360.75、309.83 kg/hm2，表明6個(gè)處理氮素均盈余，其中ZC處理氮盈余量最大，R處理氮盈余量最小。

2.3.2 磷循環(huán)特征及平衡狀況

2.3.2.1 磷循環(huán) 不同處理的磷循環(huán)與平衡狀況詳見表7。由表7 可知，R 處理中磷輸入項(xiàng)是化肥、降雨、灌溉水，其中，化肥為主要輸入途徑，其磷輸入量占總磷輸入量的90.29%；磷輸出項(xiàng)是水稻籽粒，其磷輸出量為11.46 kg/hm2；循環(huán)的磷是水稻秸稈、根系中的磷，磷循環(huán)量共為12.12 kg/hm2，占總磷輸入量的91.20%。RC 處理由于小龍蝦的引入，磷的輸入量與輸出量均高于R 處理。RC 處理無化肥的磷輸入，飼料為磷輸入的主要來源，飼料磷含量為9.32 g/kg，其磷輸入量占總磷輸入量的94.76%；降雨的磷質(zhì)量濃度為0.25 mg/L，其磷輸入量比R 處理多1.33 kg/hm2；小龍蝦養(yǎng)殖季灌水和排水的磷質(zhì)量濃度分別為0.25 mg/L 和0.42 mg/L，養(yǎng)蝦季灌溉水的磷輸入量為-0.35 kg/hm2。RC 處理總磷輸出量為16.40 kg/hm2，該處理成蝦磷含量為7.99 g/kg，成蝦的磷輸出量為6.89 kg/hm2，占總磷輸出量的42.01%，水稻籽粒磷輸出量占總磷輸出量的57.99%。RC 處理循環(huán)的磷是水稻秸稈、根系和蝦殼中的磷，其磷循環(huán)量分別占總磷循環(huán)量的67.17%、8.12%和24.71%。

表7 不同處理的磷循環(huán)與平衡狀況Tab.7 Phosphorus cycle and balance of different treatments kg/hm2

由表7 可知，L 處理的磷輸入項(xiàng)是化肥、降雨和灌溉水，其磷輸入量分別占總磷輸入量的97.23%、1.54%和1.23%；磷輸出項(xiàng)是蓮蓬，其磷輸出量為6.02 kg/hm2；循環(huán)的磷是子蓮秸稈、根系中的磷，其磷循環(huán)量共為4.14 kg/hm2，占總磷輸入量的3.35%。LC 處理中，磷輸入項(xiàng)主要是化肥和飼料，其磷輸入量分別占總磷輸入量的82.81%和14.76%。LC處理的總磷輸出量為10.21 kg/hm2，該處理成蝦磷含量為7.99 g/kg，成蝦磷輸出量為2.14 kg/hm2，占總磷輸出量的20.96%；蓮蓬的磷輸出量為8.07 kg/hm2，占總磷輸出量的79.04%。LC 處理循環(huán)的磷是子蓮秸稈、根系和蝦殼中的磷，其磷循環(huán)量分別占總磷循環(huán)量的67.91%、8.81%和23.28%。

由表7 可知，Z 處理中化肥為主要磷輸入來源，其磷輸入量占總磷輸入量的98.25%，降雨和灌溉水的磷輸入量較少；磷輸出項(xiàng)是凈茭，其磷輸出量為2.16 kg/hm2；循環(huán)的磷是茭白秸稈、根系中的磷，其磷循環(huán)量共為30.55 kg/hm2，占總磷輸入量的33.35%。ZC 處理中，磷輸入項(xiàng)主要是化肥和飼料，其磷輸入量分別占總磷輸入量的84.15% 和14.26%；總磷輸出量為4.60 kg/hm2，該處理成蝦磷含量為8.31 g/kg，成蝦的磷輸出量為1.93 kg/hm2，占總磷輸出量的41.96%，凈茭的磷輸出量占總磷輸出量的58.04%；循環(huán)的磷是茭白秸稈、根系和蝦殼中的磷，其磷循環(huán)量分別占總磷循環(huán)量的79.81%、16.89%和3.3%。

2.3.2.2 磷平衡 由表7 可知，RC、R、LC、L、ZC、Z處理的磷平衡分別為30.70、1.83、134.71、117.40、102.35、89.44 kg/hm2，表明6 個(gè)處理磷素均盈余，其中，LC處理磷盈余量最大，R處理磷盈余量最小。

3 結(jié)論與討論

3.1 不同作物+小龍蝦種養(yǎng)模式作物產(chǎn)量差異

不同作物+小龍蝦種養(yǎng)模式的環(huán)形蝦溝占了一部分面積，所以作物種植面積均小于作物單作模式，稻蝦連作模式水稻產(chǎn)量較水稻單作處理顯著減少了15.77%；蓮蝦共作模式蓮子產(chǎn)量相比子蓮單作模式減少了10.25%，差異不顯著；茭蝦共作模式凈茭產(chǎn)量較茭白單作模式增加了19.54%，差異不顯著。倪明理等[15]研究發(fā)現(xiàn)，湖北省稻蝦產(chǎn)區(qū)的養(yǎng)殖溝占比（G）平均值為13.42%，而G 在一定程度上對(duì)水稻產(chǎn)量有所影響；若不考慮G，與傳統(tǒng)稻田單作相比，稻蝦種養(yǎng)模式的水稻產(chǎn)量提高了17.63%；當(dāng)G≤10%時(shí)，稻蝦種養(yǎng)模式的水稻產(chǎn)量略低于傳統(tǒng)水稻單作，兩者之間差異不顯著；但在10%＜G＜20%和G≥20%情況下，水稻產(chǎn)量分別顯著降低18.19%和34.81%。HU 等[16]對(duì)稻魚系統(tǒng)進(jìn)行研究得到類似結(jié)論，養(yǎng)殖溝占比不超過10%，同時(shí)水產(chǎn)動(dòng)物控制在稻田環(huán)境容納的閾值之內(nèi)時(shí)，水稻產(chǎn)量不會(huì)減少。本研究中，若不計(jì)算蝦溝占用面積，除稻蝦連作模式由于不施肥水稻產(chǎn)量略減少外，蓮蝦共作、茭蝦共作模式作物產(chǎn)量均增加。上述情況的發(fā)生可能一方面是因?yàn)橥段癸暳现械酿B(yǎng)分沒有被蝦充分利用，部分被作物吸收利用。XIE 等[17]的研究發(fā)現(xiàn)，在稻魚生態(tài)系統(tǒng)中，投喂的魚飼料中32%的氮被水稻吸收利用。MIRHAJ 等[18]研究發(fā)現(xiàn)，稻田種養(yǎng)模式中水稻與動(dòng)物之間的養(yǎng)分能夠互利互補(bǔ)，農(nóng)田中殘留的飼料可促進(jìn)水稻的生長(zhǎng)發(fā)育。另一方面是因?yàn)樾↓埼r在田間的活動(dòng)對(duì)作物養(yǎng)分吸收有影響。動(dòng)物在田間的頻繁活動(dòng)能改善土壤通氣狀況、影響氧化還原狀態(tài)等理化性狀，加快土壤養(yǎng)分的釋放[19]。另外，小龍蝦在農(nóng)田的蛻殼、排泄物等能改善土壤養(yǎng)分狀況。研究發(fā)現(xiàn)，稻蝦共作系統(tǒng)中小龍蝦在田間的蛻殼、排泄物等增加了土壤中全氮、全磷和全鉀含量，促進(jìn)了水稻對(duì)養(yǎng)分的吸收[20]。

3.2 不同作物+小龍蝦種養(yǎng)模式作物的氮、磷吸收情況

本研究結(jié)果表明，稻蝦連作模式水稻籽粒的磷吸收量較水稻單作模式顯著減少17.02%，茭蝦共作模式凈茭和茭白秸稈的氮吸收量比茭白單作模式分別顯著增加了31.47%和21.16%。水稻2 個(gè)模式間的水稻籽粒的全氮、全磷含量均無顯著差異，籽粒磷吸收量的顯著差異主要是由2個(gè)模式間籽粒干質(zhì)量的差異引起的。而前人[14，21]的研究結(jié)果均表明，稻蝦共作投食與水稻單作之間水稻籽粒的磷吸收量無顯著差異。這可能是因?yàn)楸驹囼?yàn)中稻蝦為連作模式，小龍蝦對(duì)水稻生長(zhǎng)無直接影響，同時(shí)稻蝦連作模式采取不施肥措施導(dǎo)致水稻生長(zhǎng)吸收的養(yǎng)分可能不足。茭白2個(gè)模式間的凈茭和茭白秸稈的全氮、全磷含量及干質(zhì)量均無顯著差異，凈茭和茭白秸稈氮吸收量的顯著差異可能是因?yàn)檐r共作模式的全氮含量及干質(zhì)量較茭白單作模式均增加，茭蝦共作模式中小龍蝦的引入不僅促進(jìn)了茭白對(duì)氮素的吸收，還有利于茭白的生長(zhǎng)發(fā)育。

3.3 不同作物+小龍蝦種養(yǎng)模式氮平衡狀況

科學(xué)合理的氮管理是生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)農(nóng)產(chǎn)品、減少氮污染以及實(shí)現(xiàn)可持續(xù)集約化生產(chǎn)的重要方面，而氮平衡則是其中的一個(gè)重要指標(biāo)[22]。農(nóng)田氮平衡反映氮在農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)的盈余或虧缺。本研究結(jié)果表明，稻蝦連作、蓮蝦共作、茭蝦共作模式在氮的輸入和輸出上均高于其相應(yīng)的單作模式，這主要是因?yàn)樾↓埼r的引入改變了農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)的養(yǎng)分循環(huán)，在氮輸入方面增加了飼料的輸入，在氮輸出方面增加了成蝦的輸出。從氮平衡來看，6 種模式的氮均盈余，其中茭蝦共作模式氮盈余量最大，水稻單作模式氮盈余量最小，且作物+小龍蝦種養(yǎng)模式較其對(duì)應(yīng)的作物單作模式增加了氮盈余量，盈余的氮進(jìn)入土壤中，利于土壤中氮的累積。

佀國(guó)涵等[14]研究結(jié)果表明，稻蝦共作處理的氮輸出/氮輸入小于中稻單作處理，其土壤截存的氮量比中稻單作處理提高了49.2 kg/hm2，促進(jìn)了土壤中氮的累積。寇祥明等[23]研究發(fā)現(xiàn)，稻蝦共作模式生產(chǎn)過程中水稻為氮的主要利用者，除成蝦和稻谷產(chǎn)品輸出氮外，相當(dāng)部分的氮盈余未被當(dāng)季水稻和蝦吸收利用，盈余氮量占氮總輸入量的59%以上；而未被利用的氮會(huì)殘留在土壤中，或通過淋洗滲透等方式進(jìn)入地下水，還可通過氨揮發(fā)、硝化和反硝化進(jìn)入大氣中，這些散失的氮在環(huán)境中的存在形式主要為活性氮，可能導(dǎo)致溫室氣體排放的增加、地下水污染、水體富營(yíng)養(yǎng)化和土壤酸化等現(xiàn)象[24-25]。本研究中，大多模式的主要氮來源均為化肥，因此，為提高生態(tài)種養(yǎng)系統(tǒng)中的氮利用率，要適當(dāng)降低作物的化肥用量，減少氮的浪費(fèi)。

3.4 不同作物+小龍蝦種養(yǎng)模式磷平衡狀況

研究發(fā)現(xiàn)，養(yǎng)分平衡是衡量養(yǎng)分投入、農(nóng)田生產(chǎn)力、環(huán)境影響和土壤養(yǎng)分變化的最有效指標(biāo)[22]。農(nóng)田磷平衡反映磷在農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)的盈余或虧缺。本研究結(jié)果表明，不同作物+小龍蝦種養(yǎng)模式磷的輸入量、輸出量均高于同種作物的單作模式。本研究6種模式均表現(xiàn)為磷盈余，其中，蓮蝦共作模式磷盈余量最大，水稻單作模式磷盈余量最小，且不同作物+小龍蝦種養(yǎng)模式較同種作物的單作模式增加了磷盈余量。劉少君等[21]研究發(fā)現(xiàn)，稻蝦共作系統(tǒng)比常規(guī)水稻單作處理減少了農(nóng)田磷盈余量，而不投食處理的效果更明顯。稻蝦共作不投食處理主要是在減少飼料帶來的磷輸入的同時(shí)促進(jìn)農(nóng)田磷的循環(huán)利用，從而減少田間的磷盈余，以保證農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)磷的高效可持續(xù)利用。

覓食是農(nóng)田動(dòng)物活動(dòng)的主要目的，動(dòng)物的取食行為有利于農(nóng)田閑置資源的合理利用，使更多的養(yǎng)分被作物吸收。于赫男[26]研究發(fā)現(xiàn)，在饑餓脅迫條件下，蝦的活動(dòng)頻率和范圍將顯著擴(kuò)大。李聰?shù)萚27]研究發(fā)現(xiàn)，在克氏原螯蝦的食物來源中，飼料貢獻(xiàn)了38.0%～44.2%，浮游生物和有機(jī)碎屑分別貢獻(xiàn)了11.2%～14.4%和21.2%～23.4%，其他的食物來源主要是幼嫩植物、藻類等。由此可知，為減少農(nóng)田磷的不斷累積，要適當(dāng)減少飼料投喂，讓克氏原螯蝦充分利用農(nóng)田中的生物餌料資源，促進(jìn)農(nóng)田資源的循環(huán)利用。

綜上，不同作物+小龍蝦種養(yǎng)模式，除稻蝦連作模式因不施肥較水稻單作模式產(chǎn)量顯著減少外，蓮蝦共作、茭蝦共作模式產(chǎn)量與相應(yīng)作物的單作模式相比均無顯著差異。在作物的氮、磷吸收上，稻蝦連作模式水稻籽粒的磷吸收量較水稻單作模式顯著減少17.02%，茭蝦共作模式凈茭和茭白秸稈的氮吸收量較茭白單作模式分別顯著增加了31.47%和21.16%，其余相同作物的2種模式間作物的氮、磷吸收量均無顯著差異。同時(shí)，不同作物+小龍蝦種養(yǎng)模式較相應(yīng)作物的單作模式不僅提高了氮、磷的輸入量和輸出量，還增加了農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)的氮和磷盈余量。為提高農(nóng)田氮、磷利用率，減少氮、磷環(huán)境污染風(fēng)險(xiǎn)，需適當(dāng)減少農(nóng)田化肥和飼料的投入，以保證生態(tài)農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。