稻蝦共作對稻田土壤耕作層養(yǎng)分的影響
——基于益陽市南縣的實證分析

易芙蓉，楊天嬌，趙宇辰，唐志偉，傅志強

（湖南農業(yè)大學農學院／南方糧油作物協同創(chuàng)新中心，長沙410128）

當前，我國農業(yè)正面臨著資源與環(huán)境約束加劇和農民增收難度加大的難題，稻蝦生態(tài)種養(yǎng)高效模式的興起，被譽為“現代農業(yè)的一次革命”［1］，對農業(yè)生產實現經濟效益和生態(tài)效益的有機統一發(fā)揮了積極的作用。統計顯示，截至2017年年底，全國稻田綜合種養(yǎng)面積已達到160萬公頃［2］，適宜稻蝦種養(yǎng)模式的稻田面積高達450萬公頃。稻蝦種養(yǎng)模式面積逐年擴大，但國內外關于稻蝦種養(yǎng)模式的研究多集中于對經濟效益和技術情況的評估，而對稻田土壤耕作層養(yǎng)分變化的研究較少。本文以洞庭湖區(qū)典型稻蝦共作地區(qū)——湖南省南縣為研究對象，通過實地調研采樣與室內實驗檢測，研究該模式下土壤耕作層養(yǎng)分的年際變化特征，以揭示稻蝦共作模式土壤耕作層養(yǎng)分情況和變化規(guī)律，為稻蝦共作模式改善土壤肥力與可持續(xù)發(fā)展提供理論基礎和參考依據。

1 材料與方法

1.1 采樣地概況

湖南省南縣地處長江中下游，洞庭湖區(qū)腹地。地勢自西向東南微傾，平均海拔28.8 m，屬于典型的平原地形，境內氣候適宜，屬亞熱帶過渡到季風濕潤氣候類型。土壤為湖積物發(fā)育而成的潮土性水稻土。稻蝦共作采用的水稻品種為黃華占，蝦苗品種為克氏原螯蝦。檢測土樣采集于南縣茅草街鎮(zhèn)、南洲鎮(zhèn)、青樹嘴鎮(zhèn)的8個稻蝦共作集中種養(yǎng)村。

1.2 研究方法

調查對象為南縣“一季中稻+兩季蝦”模式，分別選擇種養(yǎng)1年、2年、3年及以上的模式稻田，同時以種養(yǎng)年限相鄰的中稻單作模式稻田為對照。

于2018年6月中下旬水稻種植前采樣，對同一調查農戶的中稻單作模式（MR）和稻蝦共作模式（CR）稻田進行取樣。稻蝦共作實驗組與中稻單作對照組各取27份土壤樣本，根據種養(yǎng)年限劃分為1年、2年、3年及以上三個層次，各不同年限下的樣本均為9份，采用5點取樣法采集。取樣深度為0～25 cm的土壤耕作層，土樣去除植物殘根和石塊并混勻后放置于常溫室內自然風干，風干后過篩。

1.3 觀測指標與方法

測定指標為土壤pH值、有機質、全氮、全磷、有效磷、速效鉀和堿解氮。其中土壤pH值使用PHBJ-260型pH儀測定，有機質含量采用重鉻酸鉀容量法測定［3］，全氮、全磷含量采用AA3連續(xù)流動分析儀氮磷聯測法測定［4］，有效磷含量采用石灰性土壤的碳酸氫鈉-鉬銻抗比色法測定［5］，速效鉀含量采用中性NH4Ac浸提—火焰光度法測定［6］，堿解氮含量采用堿解擴散法測定［7］。

1.4 數據分析與統計

試驗數據采用SPSS 19.0和Microsoft Excel 2010軟件進行方差分析及計算。

2 結果與分析

2.1 土壤有機質和全量養(yǎng)分的變化

由表1可知，隨著種養(yǎng)年數的增加，兩種模式的有機質、全氮、全磷含量均呈增加的趨勢。在稻蝦共作模式下，土壤有機質含量以較快的速度逐年累積。實行稻蝦共作模式1年的時間里，土壤的有機質含量較中稻單作模式少12.28%。但隨著稻蝦共作時間的增長，在2年和3年及以上的種養(yǎng)后，土壤有機質含量均高于中稻單作模式，較中稻單作模式增加29.39%和38.87%。各個種養(yǎng)年限中兩種模式的有機質含量均差異顯著。種養(yǎng)年限為1年時，兩種模式的土壤全氮、全磷含量差異不顯著，稻蝦共作模式的全氮、全磷含量相較于中稻單作模式的增加幅度為18.33%、3.13%。當種養(yǎng)年限為2年和3年及以上時，稻蝦共作模式全氮、全磷含量顯著高于中稻單作模式，全氮的相對增加幅度為25.13%和35.05%，全磷的相對增加幅度為11.76%和25.71%。這表明長期稻蝦共作模式顯著提高了土壤有機質和全量養(yǎng)分含量。

2.2 土壤pH和速效養(yǎng)分的變化

由表2可知，隨著種養(yǎng)年數的增加，中稻單作模式的土壤pH、速效鉀的含量呈增加的趨勢，但堿解氮和有效磷的含量波動降低。稻蝦共作模式下，土壤pH、堿解氮、有效磷、速效鉀的含量都呈增加趨勢。在1年、2年、3年及以上的種養(yǎng)年限下，稻蝦共作模式pH值較中稻單作模式增量顯著，分別提高了8.95%、10.97%和11.42%。兩種模式的土壤堿解氮含量在1年、2年的種養(yǎng)年限下差異不顯著，稻蝦共作模式相較于中稻單作模式的土壤堿解氮含量增加了5.42%和3.32%。當種養(yǎng)時間大于等于3年后，稻蝦共作模式土壤堿解氮含量顯著高于中稻單作模式，其增加幅度為22.22%。稻蝦共作模式土壤有效磷含量在1年、2年、3年及以上的種養(yǎng)年限下均達顯著差異，較中稻單作模式分別提高了29.94%、31.37%和34.12%。稻蝦共作模式的土壤速效鉀含量在種養(yǎng)年限為1年時與中稻單作模式差異不顯著，在種養(yǎng)年限為2年、3年及以上時差異顯著，較中稻單作模式的速效鉀含量在3個種養(yǎng)年限下分別提高了8.89%、15.02%、8.74%。這表明長期稻蝦共作模式顯著提高了土壤的pH值和速效養(yǎng)分含量。

表1 不同種養(yǎng)年限下稻蝦共作模式的土壤有機質和全量養(yǎng)分動態(tài) g／kgTable 1 Dynamics of soil organic matter and total nutrients of rice and shrimp co-cropping patterns under different planting and breeding years

表2 不同種養(yǎng)年限下稻蝦共作模式的土壤pH和速效養(yǎng)分含量比較Table 2 Comparison of soil pH and available nutrients of co-cropping patterns of rice and shrimp under different planting and breeding years

3 討論

3.1 稻蝦共作模式對土壤pH和有機質的影響

據楊忠芳等［8］研究，洞庭湖區(qū)的土壤受酸雨影響大多呈酸性，但以湖沖積物為成土母質的南縣土壤表現出了較強的酸緩沖能力，其土壤為堿性。這合理地解釋了本研究結果中兩種模式的土壤都為堿性的原因，也表明南縣的土壤條件適宜推廣稻蝦共作模式。胡敏等［9］研究認為，稻蝦共作過程中使用的生石灰和小龍蝦脫殼形成的含鈣較多的殼灰、貝殼粉等施入農田可中和田間H+，引起土壤pH緩慢升高。佀國涵等［10］的研究表明，在0～40 cm土層，稻蝦共作模式的土壤pH較中稻單作模式呈增加趨勢。本研究表明，不同種養(yǎng)年限下，稻蝦共作模式的pH值相較于中稻單作模式增加顯著。

管勤壯［11］研究顯示，中稻單作模式與稻蝦共作模式的有機質含量均呈上升趨勢，稻蝦共作模式相較于中稻單作模式具有更高的有機質含量。蔡晨等［12］研究表明，土壤養(yǎng)分的累積在表層土壤表現更為明顯。邵帥等［13］研究認為，種養(yǎng)過程中的殘餌、排泄物等是土壤有機質增量的主要來源。安輝等［14］和管勤壯等［15］研究認為，稻蝦共作會改變土壤中相關酶的活性，使土壤有機質含量增加。本研究結果表明，相較于中稻單作模式，長期稻蝦共作模式顯著提高了土壤耕作層的有機質含量。但在1年的短期種養(yǎng)時間內，稻蝦共作模式的有機質含量少于中稻單作模式，導致差異的原因可能是稻蝦共作模式早期田間開溝、建堤等工程改造，影響了稻田環(huán)境的穩(wěn)定性，造成了有機質的流失。

3.2 稻蝦共作模式對土壤全量養(yǎng)分和速效養(yǎng)分的影響

曹湊貴等［16］研究表明，稻蝦共作可以增加土壤營養(yǎng)物質，如全氮、全磷的含量，有效改善土壤肥力。龔世飛［17］研究表明，長期稻蝦共作模式顯著提高了0～30 cm土層全氮含量。吳本麗等［18］研究顯示，稻蝦共作模式提高了土壤表層0～25 cm的速效鉀、有效磷含量。佀國涵等［10］研究表明，相對于中稻單作模式，長期稻蝦共作模式顯著提高了0～40 cm土層堿解氮含量、0～30 cm土層全氮含量、0～10 cm土層全磷含量。于文［19］的研究認為，土壤中的細菌和放線菌在微堿性環(huán)境活性高，固氮作用增強。李華等［20］研究認為，少耕覆蓋和秸稈全量還田可以提高土壤速效鉀的含量。張華艷等［21］研究認為，秸稈還田可以提高土壤有機質、全氮、速效鉀的含量。蔡景波等［22］研究表明，水體擾動會使底泥中的顆粒磷懸浮，增加磷向水體的釋放，堿性環(huán)境也會使土壤磷釋放的速率加快，導致了全磷含量減少。

本研究表明，長期稻蝦共作模式顯著提高了土壤耕作層全氮、全磷、堿解氮、有效磷、速效鉀的含量，這與前人［10，16～18］的研究結果基本一致。長期稻蝦共作模式的土壤有機質含量增加，有效補充和提高了土壤各養(yǎng)分含量。根據于文等［19～22］的研究可知，稻蝦共作過程中只耕種一季水稻，實現少耕與秸稈還田，可進一步促進各養(yǎng)分含量的增加。但根據蔡景波等［22］的研究可知，稻蝦共作模式的堿性土壤環(huán)境和小龍蝦生命活動對土壤的擾動可能加速了土壤全磷對水體的釋放。本研究結果表明，稻蝦共作模式的土壤全磷含量增加與此不一致。導致差異的原因可能是全磷含量受局部的地形變化、土地利用、人為施肥等多重因素的影響［23］。另外，從調查取樣地的特性分析，南縣在稻蝦共作過程中，水稻秸稈實現全量還田、稻田耕整前基肥施用量較大、水肥管控技術較成熟等因素也使稻蝦共作模式下的稻田土壤養(yǎng)分供應充足，兩種模式養(yǎng)分含量差距明顯，稻蝦共作模式土壤有機質和養(yǎng)分含量增加顯著。

4 小結

隨著種養(yǎng)時間的延長，稻蝦共作模式下的土壤pH值、有機質、速效養(yǎng)分、全量養(yǎng)分均呈增加的趨勢，稻蝦共作模式土壤耕作層養(yǎng)分含量相較于中稻單作模式增加明顯，顯著提高了土壤肥力。