壟作稻魚雞共生對水稻農(nóng)藝性狀和產(chǎn)量的影響

劉貴斌， 周江偉， 王 忍， 伍 佳， 黃 璜

(湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院/南方糧油作物協(xié)同創(chuàng)新中心，湖南長沙 410128)

稻田種養(yǎng)是我國農(nóng)業(yè)文明中的一種經(jīng)典農(nóng)業(yè)生產(chǎn)方式，具有悠久歷史，其中稻田養(yǎng)魚在2005年被聯(lián)合國糧農(nóng)組織選為首批全球重要農(nóng)業(yè)文化遺產(chǎn)之一[1-3]。稻田種養(yǎng)模式的核心是通過人工引入除水稻外的其他共生物種，合理安排各物種的生存空間和生態(tài)位，輔以人為調(diào)控，從而構(gòu)建一個穩(wěn)定的稻田生態(tài)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)內(nèi)部自循環(huán)，減少對外界的依賴[4-6]，如稻魚共生模式[7]、稻魚鴨共生模式[8]、稻魚萍共生模式[9]等。壟作稻魚雞共生模式主要依托水稻壟作梯式栽培方法[10]，該模式通過對坂田進(jìn)行規(guī)格起壟，在壟面上進(jìn)行階梯式水稻種植，并設(shè)置適宜移栽的株行距以實(shí)現(xiàn)壟頂養(yǎng)雞，壟與壟之間形成的水溝可以增大稻田蓄水容積，可進(jìn)行魚的養(yǎng)殖，從而實(shí)現(xiàn)稻魚雞共生種養(yǎng)；同時(shí)，與開溝式的稻田養(yǎng)魚相比，其水稻種植的平面面積沒有減少[11-12]。通過研究壟作稻魚雞共生模式、壟作稻魚共生模式對水稻農(nóng)藝性狀和產(chǎn)量性狀的影響，以及對2種模式的經(jīng)濟(jì)效益進(jìn)行分析，以期探明壟作種養(yǎng)模式的增產(chǎn)增效理論機(jī)制，并為該模式的推廣普及和后續(xù)發(fā)展提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地點(diǎn)

試驗(yàn)于2017年5—10月在湖南省安仁縣稻田公園水稻基地進(jìn)行，該地區(qū)屬于亞熱帶季風(fēng)濕潤氣候，年平均氣溫 17.7 ℃，年均降水量1 430 mm，年平均日照1 663.3 h，無霜期280 d。前茬作物為油菜。

1.2 供試材料

供試水稻品種為兆優(yōu)5431，由湖南省安仁縣農(nóng)業(yè)局提供；供試動物品種為本地土雞和鯉魚，購買自當(dāng)?shù)仞B(yǎng)殖戶。

1.3 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)采用隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)，設(shè)置壟作稻魚雞共生(RFC)、壟作稻魚共生(RRF)和水稻單作(CK)3個處理，每個處理3次重復(fù)，每個小區(qū)面積為200 m2(長20 m、寬10 m)。水稻移栽前，按N 45 kg/hm2、P2O522.5 kg/hm2、K2O 37.5 kg/hm2的標(biāo)準(zhǔn)施底肥，然后直接用起壟機(jī)在田面上進(jìn)行起壟操作，規(guī)格為壟寬1 m、壟高0.6 m、溝寬0.25 m。

2017年5月8日進(jìn)行大田播種育秧；2017年6月9日進(jìn)行試驗(yàn)小區(qū)秧苗移栽，每壟栽4行，株行距為20 cm×25 cm。RRF、RFC處理秧苗返青后每個小區(qū)投放150尾鯉魚苗(100 g/尾)，RFC處理小區(qū)另投放10羽雞苗(350 g/羽)。各小區(qū)之間設(shè)置防護(hù)網(wǎng)進(jìn)行隔離并實(shí)行單排單灌。RRF、RFC處理全程不施藥、不追肥；CK處理按照當(dāng)?shù)馗弋a(chǎn)栽培管理方法進(jìn)行管理。

1.4 測定指標(biāo)與方法

1.4.1 分蘗動態(tài) 水稻移栽5 d后，在每個小區(qū)定株標(biāo)記5穴水稻，每周記錄1次水稻分蘗數(shù)。

1.4.2 株高 分別于水稻分蘗期、孕穗期、齊穗期和成熟期隨機(jī)在每個小區(qū)選取5株水稻樣品，測定株高。

1.4.3 地上部干物質(zhì)積累 分別在水稻分蘗期、抽穗期和成熟期，按3點(diǎn)法于每個小區(qū)取0.5 m2水稻樣品，帶回實(shí)驗(yàn)室后剪下水稻樣品的各個器官，分袋裝好標(biāo)記，于烘箱內(nèi)105 ℃殺青30 min，之后80 ℃烘干至恒質(zhì)量，冷卻至室溫后稱質(zhì)量。

1.4.4 產(chǎn)量性狀 在水稻成熟期選取5 m2長勢均勻的區(qū)域，進(jìn)行實(shí)際產(chǎn)量測定；采用5點(diǎn)取樣法于水稻成熟期各個小區(qū)取樣并考查有效穗數(shù)、每穗總粒數(shù)、每穗實(shí)粒數(shù)、結(jié)實(shí)率、千粒質(zhì)量，進(jìn)行理論產(chǎn)量計(jì)算。

1.4.5 經(jīng)濟(jì)效益 經(jīng)濟(jì)效益分析主要包括生產(chǎn)過程總投入、總產(chǎn)出、產(chǎn)投比以及總利潤等。生產(chǎn)投入主要包括肥料、農(nóng)藥、機(jī)械、勞動力、種子、苗種、餌料以及圍網(wǎng)等；經(jīng)濟(jì)產(chǎn)出主要包括稻谷、商品魚和雞等；產(chǎn)投比=經(jīng)濟(jì)產(chǎn)出/生產(chǎn)投入；總利潤=經(jīng)濟(jì)產(chǎn)出-生產(chǎn)投入。

1.5 數(shù)據(jù)處理與統(tǒng)計(jì)分析

采用Excel 2007完成數(shù)據(jù)的計(jì)算和圖表制作；采用DPS軟件進(jìn)行不同處理指標(biāo)的方差分析；采用最小顯著差法(LSD)進(jìn)行顯著性檢驗(yàn)。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同處理對分蘗動態(tài)的影響

由圖1可知，在整個水稻分蘗時(shí)期，RFC、RRF處理的水稻分蘗數(shù)都要高于CK處理；在分蘗盛期，RFC、RRF處理分蘗數(shù)的增長速度均大于CK處理，并且二者都比CK具有更長的分蘗期，延長了約5 d，在CK處理的分蘗期結(jié)束后，RFC、RRF處理的分蘗數(shù)仍在緩慢地增長；在分蘗期結(jié)束后的無效分蘗死亡階段，CK處理的分蘗數(shù)減少量明顯大于RFC、RRF處理，RFC、RRF處理的分蘗數(shù)變化很小。RRF處理的分蘗數(shù)在分蘗前期低于RFC處理，在分蘗后期逐步增加并與RFC處理接近。

2.2 不同處理對水稻株高的影響

由圖2可知，RFC、RRF處理在4個生育時(shí)期的水稻株高均比CK高，且RFC處理與CK處理的株高在4個生育時(shí)期均達(dá)到極顯著差異水平；RRF處理與CK處理的株高在孕穗期、齊穗期和成熟期均達(dá)到極顯著差異水平，二者在分蘗期差異不顯著；RFC、RRF處理的株高在整個生育期都差異不顯著。在4個生育時(shí)期，RFC處理比CK處理的株高分別高 2.26、4.30、4.47、4.51 cm；而RRF處理分別高1.15、3.50、3.97、4.23 cm。由此可以看出，RFC、RRF處理能夠有效增加水稻生育期株高，尤其在水稻生育后期，且RFC處理的效果更明顯。

2.3 不同處理對水稻地上部干物質(zhì)積累的影響

由表1可知，在孕穗期不同處理的莖、葉干物質(zhì)質(zhì)量以及地上部分總干物質(zhì)質(zhì)量的大小關(guān)系為RFC>RRF>CK，其中RFC處理與CK處理的莖稈干物質(zhì)質(zhì)量達(dá)到極顯著差異水平，RRF處理與CK處理的莖稈干物質(zhì)質(zhì)量達(dá)顯著差異水平，而3個處理的葉片干物質(zhì)質(zhì)量差異不顯著；在抽穗期，RFC處理的莖稈、葉片干物質(zhì)質(zhì)量均極顯著高于CK處理，RRF處理的莖稈、葉片干物質(zhì)質(zhì)量均顯著高于CK，三者的穗部干物質(zhì)質(zhì)量均差異不顯著；在成熟期，RFC、RRF處理的莖、葉、穗的干物質(zhì)質(zhì)量差異不顯著，但二者的莖、穗的干物質(zhì)質(zhì)量均極顯著高于CK，同時(shí)與抽穗期相比，三者穗部干物質(zhì)質(zhì)量分別增加577.68、576.66、543.32 g/m2，表明RFC、RRF處理能改善灌漿效果，提升穗部性狀；在收獲指數(shù)方面，RFC處理與CK處理達(dá)到顯著差異水平，而RRF處理與CK處理差異不顯著。

表1 不同處理對水稻地上部干物質(zhì)積累的影響

注：同列數(shù)據(jù)后不同小寫字母、大寫字母分別表示處理間差異顯著(P<0.05)、極顯著(P<0.01)。表2同。

2.4 不同處理對水稻產(chǎn)量、產(chǎn)量性狀及飼養(yǎng)動物產(chǎn)量的影響

由表2可知，與CK相比，RFC、RRF處理的實(shí)際產(chǎn)量分別增加5.32%、4.77%，且二者與CK處理差異達(dá)極顯著水平。從產(chǎn)量構(gòu)成來看，RFC處理與CK之間的產(chǎn)量差異主要是由單位面積有效穗數(shù)、結(jié)實(shí)率和千粒質(zhì)量的差異造成，其中單位面積有效穗數(shù)和結(jié)實(shí)率達(dá)到極顯著差異水平，千粒質(zhì)量達(dá)顯著差異水平；RRF處理與CK之間的產(chǎn)量差異主要是由單位面積有效穗數(shù)和結(jié)實(shí)率的差異造成，均達(dá)到極顯著差異水平。在動物產(chǎn)量方面，RFC處理的商品魚和雞的產(chǎn)量分別為1 725.86、356.43 kg/hm2；RRF處理的商品魚產(chǎn)量為 1 688.34 kg/hm2，較RFC處理少37.52 kg/hm2。

2.5 不同處理對水稻經(jīng)濟(jì)效益的影響

由表3可知，從經(jīng)濟(jì)總投入來看，RFC處理的經(jīng)濟(jì)總投入為25 204.75元/hm2，其中購買苗種、餌料及勞動力的投入占總投入的82.54%；RRF處理的經(jīng)濟(jì)總投入為 22 605.25元/hm2，其中購買飼養(yǎng)苗、餌料及勞動力投入占總投入的80.53%；CK處理經(jīng)濟(jì)總投入為9 150.00元/hm2。RFC、RRF處理增加的投入主要是購買苗種、餌料及勞動力的費(fèi)用。從經(jīng)濟(jì)總產(chǎn)出來看，RFC處理的經(jīng)濟(jì)總產(chǎn)出為 64 523.37元/hm2，魚和雞的收入占總收入的70.06%；RRF處理的經(jīng)濟(jì)總產(chǎn)出為52 946.13元/hm2，魚的收入占總收入的63.77%；CK處理的經(jīng)濟(jì)總產(chǎn)出為18 256.22元/hm2，只有稻谷產(chǎn)出。從產(chǎn)投比來看，RFC、RRF處理的產(chǎn)投比分別為2.56、2.34，均高于CK的2.00。從總利潤來看，RFC處理的總利潤為39 318.62元/hm2，RRF處理的總利潤為 30 340.88元/hm2，分別是CK處理(9 106.22元/hm2)的4倍、3倍。

表2 不同處理的水稻產(chǎn)量、產(chǎn)量性狀及飼養(yǎng)動物產(chǎn)量比較

表3 不同處理水稻的經(jīng)濟(jì)效益分析 元/hm2

注：稻谷的價(jià)格按2.6元/kg計(jì)算；勞動力工資為100元/d；餌料主要為玉米粉，價(jià)格為4元/kg；鯉魚苗和雞苗的價(jià)格分別為14、13元/kg；鯉魚和雞的商品價(jià)格分別為20、30元/kg。

3 結(jié)論與討論

水稻的分蘗狀況是對水稻產(chǎn)量影響很大的重要因素之一，它能夠直接影響水稻的有效穗數(shù)，且分蘗狀況與肥力水平密切相關(guān)[13]。吳敏芳等研究發(fā)現(xiàn)，稻魚共作處理的水稻分蘗要高于水稻單作處理，且成穗率也顯著高于單作處理[14]。本研究發(fā)現(xiàn)，在同等施肥水平下，分蘗前期RFC、RRF、CK處理的分蘗數(shù)差距不大；而隨著鯉魚和雞的群體生物量逐漸增加，它們在田間的活動強(qiáng)度加大，所以能更多更好地轉(zhuǎn)化稻田內(nèi)的物質(zhì)資源作為養(yǎng)分肥料滿足水稻的生長發(fā)育，并取得不間斷性施肥的效果，所以RFC、RRF處理的水稻分蘗期延長、分蘗數(shù)增加且增長速度加快；而CK處理由于后期肥分缺失、供應(yīng)不足，水稻分蘗數(shù)低于RFC、RRF處理，且分蘗數(shù)在后期迅速減少，因此CK處理的成穗率也低于RFC、RRF處理。水稻的株高和地上部干物質(zhì)積累是產(chǎn)量形成的基礎(chǔ)和先決條件，也間接反映了水稻的養(yǎng)分供應(yīng)情況[15]。高洪生研究表明，養(yǎng)魚稻田的水稻在分蘗期、孕穗期和抽穗期的株高均高于對照田，且在生育后期更加明顯[16]；李端富等研究發(fā)現(xiàn)，養(yǎng)魚稻田在水稻分蘗期、孕穗期和抽穗期的根、莖、葉干物質(zhì)質(zhì)量都高于對照田[17]。在本研究中，在4個生育時(shí)期RFC處理的株高比CK分別高2.26、4.30、4.47、4.51 cm，RRF處理的株高比CK分別高1.15、3.50、3.97、4.23 cm；在孕穗期、抽穗期和成熟期，各處理地上部干物質(zhì)積累的大小關(guān)系為RFC>RRF>CK，同時(shí)從抽穗期到成熟期，三者穗部干物質(zhì)質(zhì)量分別增加577.68、576.66、543.32 g/m2。從分蘗期以后，水稻開始拔節(jié)、長葉、長根、長穗等一系列生長發(fā)育活動以及各器官的干物質(zhì)積累，因此肥料養(yǎng)分的需求量開始加大[18]，此時(shí)雖然CK處理進(jìn)行了后期追肥，但RFC、RRF處理由于魚和雞的活動、排泄使得土壤養(yǎng)分增加，肥料分解更徹底，其有效化程度提高，并能充分地與土壤混合，減少了肥分流失，提高了養(yǎng)分利用率，從而更好地保證水稻后續(xù)生育期的生長發(fā)育。

水稻產(chǎn)量與其各生育時(shí)期的生長農(nóng)藝性狀息息相關(guān)，尤其與產(chǎn)量構(gòu)成因素關(guān)系更為緊密[19-21]。壟作種養(yǎng)模式能夠使水稻增產(chǎn)的原因主要是提高了單位面積有效穗數(shù)、結(jié)實(shí)率，RFC、RRF處理的產(chǎn)量都顯著高于CK。通過分析各產(chǎn)量構(gòu)成因素發(fā)現(xiàn)，RFC、RRF處理的有效穗數(shù)與CK處理達(dá)到極顯著差異，這是由于RFC、RRF處理經(jīng)歷了更長的有效分蘗期，為更高的有效穗數(shù)打下了基礎(chǔ)；RFC、RRF處理的結(jié)實(shí)率與CK處理也達(dá)到了極顯著差異，這可能是因?yàn)樵诠酀{期由于魚的作用使水稻葉片更好地進(jìn)行光合作用合成干物質(zhì)供灌漿需求，從而保證了較高的結(jié)實(shí)率。

農(nóng)民從事水稻生產(chǎn)的積極性主要取決于所獲得的經(jīng)濟(jì)效益。傳統(tǒng)水稻單作方式的利潤較低，導(dǎo)致農(nóng)民從事農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的積極性下降，大部分農(nóng)村勞動力轉(zhuǎn)向城市，從而使得許多農(nóng)田被閑置荒棄。一旦農(nóng)田被長時(shí)間閑置，由于長時(shí)間太陽曝曬和雨水沖刷，導(dǎo)致農(nóng)田土壤的物理結(jié)構(gòu)被破壞、化學(xué)性狀會改變，使得農(nóng)田不再適宜農(nóng)業(yè)生產(chǎn)[22]。壟作種養(yǎng)模式的經(jīng)濟(jì)效益要遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于單一種植水稻，所以該模式可能會調(diào)動農(nóng)民的生產(chǎn)積極性，讓閑置的農(nóng)田重新得到利用，為維護(hù)和保護(hù)耕地起到一定的作用。

壟作稻魚雞共生生態(tài)系統(tǒng)具備了穩(wěn)定的系統(tǒng)組成結(jié)構(gòu)和高效的物質(zhì)能量循環(huán)途徑，在有效減少化肥農(nóng)藥投入的前提下，水稻的分蘗生長、株高以及地上部干物質(zhì)積累等生長性狀均得到改善，單位面積有效穗數(shù)、結(jié)實(shí)率和千粒質(zhì)量等產(chǎn)量性狀顯著增加，產(chǎn)量相較水稻單作增加5.32%；在此基礎(chǔ)上，還能產(chǎn)出1 725.86 kg/hm2的商品魚和356.43 kg/hm2的雞，整體產(chǎn)值大幅上漲。因此，壟作稻魚雞種養(yǎng)模式的合理推廣普及在保障糧食安全和食品安全、推動農(nóng)業(yè)供給側(cè)結(jié)構(gòu)性改革、促進(jìn)農(nóng)村剩余勞動力就業(yè)、增加農(nóng)民收益、實(shí)現(xiàn)農(nóng)村農(nóng)民脫貧致富等方面將起到重要作用。