稻蝦共作模式不同水稻播期土壤還原性物質(zhì)含量及經(jīng)濟(jì)效益分析

田玉聰 馮香詔 高珍珍

摘要：設(shè)置不同播期搭配不同生育期水稻品種，進(jìn)而改變稻前土壤淹水時(shí)長，探討稻蝦共作模式下稻田耕作層土壤還原性狀態(tài)，并采用投入產(chǎn)出法研究其經(jīng)濟(jì)效益情況。結(jié)果表明，在稻蝦共作模式中，改變水稻播種時(shí)間，稻田耕作層土壤還原性物質(zhì)總量并不會(huì)發(fā)生顯著變化，但土壤活性還原性物質(zhì)、活性有機(jī)還原性物質(zhì)和Fe2+含量均會(huì)隨著淹水時(shí)間延長而增加，特別是Fe2+含量增長達(dá)顯著水平。水稻種植能明顯改善耕作層土壤還原性狀態(tài)，并降低土壤Fe2+含量，水稻收獲后，3個(gè)模式Fe2+含量趨于一致，彼此間差異不顯著。隨著播種時(shí)間的推后，水稻產(chǎn)值逐漸降低，稻蝦共作成本增加，小龍蝦產(chǎn)值大幅提高，稻蝦共作模式綜合產(chǎn)值上升，但稻蝦綜合產(chǎn)值上升空間隨播期延遲逐漸降低。

關(guān)鍵詞：稻蝦共作模式;播期;還原性物質(zhì);經(jīng)濟(jì)效益;模式優(yōu)化

Abstract： The different sowing date collocation with rice varieties of different growth stages was set to change the duration of soil flooding before planting rice.The soil reductive state of paddy field tillage was investigated，and the economic benefit of integrated rice-crayfish system was evaluated using the input-output method. The results showed that in integrated rice-crayfish system， changing rice sowing time， the total amount of soil reductive substances in paddy field did not change significantly， but the content of soil active reductive substances， active organic reductive substances and Fe2+all increased with the flooding time prolonged， especially the content of Fe2+ increased significantly. Rice cultivation could significantly improve the soil reductive state of the tillage layer and reduced the soil Fe2+ content. After rice harvesting， the Fe2+ content of the three models tended to be the same， with no significant difference among them.With the delay of sowing time， the output value of rice gradually decreased， the cost of integrated rice-crayfish system increased， but the output value of crayfish increased significantly， and the comprehensive output value of integrated rice-crayfish system increased. However， with the delay of sowing time， there was less room for increase in the comprehensive output value of integrated rice-crayfish system.

Key words： integrated rice-crayfish system; sowing time;reducing substances;economic benefit; mode optimization

稻蝦共作是以澇漬田為基礎(chǔ)，以一季水稻種植為主，水稻秸稈全量還田養(yǎng)蝦，實(shí)現(xiàn)水稻與克氏原螯蝦互利共生，提高農(nóng)戶收益的一種新型復(fù)合生態(tài)農(nóng)業(yè)體系[1]。該模式在長江中下游地區(qū)十分普遍，極大地提高了農(nóng)業(yè)資源利用率及農(nóng)戶的收益，被農(nóng)業(yè)部譽(yù)為“現(xiàn)代農(nóng)業(yè)發(fā)展的成功典范， 現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的一次革命”[2]。據(jù)相關(guān)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，截至2017年，僅湖北省稻蝦共作面積就達(dá)27.78萬hm2[3]。在稻蝦共作系統(tǒng)中，小龍蝦的掘穴習(xí)性對土壤起到了一定的翻耕作用，可增加土壤氧含量，有助于土壤好氧微生物、動(dòng)物活動(dòng)及水稻根系的生長[4]，進(jìn)而改善土壤結(jié)構(gòu)與理化狀態(tài);另外，小龍蝦的取食行為可明顯降低稻田雜草與昆蟲豐富度[5-8]，小龍蝦的排泄、脫殼及投喂的飼料殘?jiān)岣吡送寥烙袡C(jī)質(zhì)含量，能顯著改善土壤肥力，增加土壤碳庫儲(chǔ)備[1，9]。因此，稻蝦模式可減少農(nóng)藥化肥的施用，降低土壤和水體中化學(xué)物質(zhì)殘留，產(chǎn)出的稻米及小龍蝦也更符合綠色無公害食品要求[10]。同時(shí)蝦殼中富含的殼聚糖有利于增加土壤水穩(wěn)性團(tuán)粒含量，改善土壤結(jié)構(gòu)與穩(wěn)定性[1]。然而，在稻蝦模式帶來諸多好處的同時(shí)，稻蝦模式也存在自身的弊端。曹湊貴等[9]認(rèn)為，稻蝦共作提高土壤肥力的同時(shí)，也加劇了土壤次生潛育化，且小龍蝦的高效益也引發(fā)了種養(yǎng)戶“重蝦輕稻、重蝦棄稻”思想，造成大量種養(yǎng)戶只養(yǎng)蝦，而不收水稻或不種水稻等問題。因此，對于稻蝦共作模式種養(yǎng)規(guī)范及模式優(yōu)化改良研究已刻不容緩。

目前，關(guān)于稻蝦模式種養(yǎng)規(guī)范已有較多研究，但對于該模式下土壤還原性物質(zhì)含量方面的研究甚少。本研究就稻蝦模式設(shè)置不同播期搭配不同生育期水稻品種，探討各模式下土壤還原性狀態(tài)及經(jīng)濟(jì)效益情況，旨在為稻蝦模式優(yōu)化研究提供一定的理論依據(jù)及方向。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地概況

試驗(yàn)于湖北省荊州市公安縣斑竹垱鎮(zhèn)花園村進(jìn)行，位于東經(jīng)111°48′—112°25′、北緯29°37′—30°19′。年均降雨量1 125.2 mm，年均溫16.4 ℃，年均日照1 857.8 h，無霜期271 d。土壤有機(jī)質(zhì)含量為19.2 g/kg，全氮含量為1.25 g/kg，有效磷含量為14.80 mg/kg，速效鉀含量為92.50 mg/kg，pH 7.80。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)選用有2年種養(yǎng)年限的稻蝦田。采用不同水稻播期搭配不同生育期水稻品種，進(jìn)而造成稻蝦共作模式土壤淹水時(shí)長差異，探討不同水稻播期條件下，各稻蝦共作模式土壤還原性物質(zhì)含量及其經(jīng)濟(jì)效益。試驗(yàn)共設(shè)3個(gè)處理：①M(fèi)1，早播處理（5月20日播種）搭配長生育期（130～135 d）優(yōu)質(zhì)水稻品種甬優(yōu)4949; ②M2，常規(guī)播期處理（6月15日播種）搭配中生育期（110～120 d）優(yōu)質(zhì)水稻品種創(chuàng)宇9號;③M3，晚播處理（7月10日播種）搭配短生育期（90～95 d）優(yōu)質(zhì)水稻品種中嘉早17。每個(gè)小區(qū)面積200 m2，設(shè)3次重復(fù)。

1.3 田間改造與管理

各模式播種期前一周在原有蝦田基礎(chǔ)上開始蝦田改造。沿田塊外圍開挖寬4.0 m、深1.5 m的蝦溝，蝦溝外圍做外埂，高1 m，再用圍布做40 cm高圍欄，用竹竿固定，小區(qū)外圍做高40 cm、寬60 cm的內(nèi)埂，留40 cm寬的溝。在播種前2～3 d開始整田，并排干明水，以備水稻直播。各播期小龍蝦的投喂、捕獲以及蝦田滅菌、水質(zhì)、底質(zhì)改良等均按當(dāng)?shù)剞r(nóng)戶管理同期進(jìn)行。

各處理水稻播種均采用人力直播機(jī)，按行距27 cm進(jìn)行條直播方式播種。播種量按甬優(yōu)4949、創(chuàng)宇9號22.50 kg/hm2，中嘉早17.45 kg/hm2為準(zhǔn)。施肥按氮、磷、鉀肥1∶0.5∶0.8施用，其中氮素施肥量為150 kg/hm2（純氮），按基肥∶分蘗肥∶穗肥=5∶2∶3施用，磷、鉀肥作為基肥一次性施用，其他管理按稻蝦共作規(guī)范管理。

1.4 測定指標(biāo)

1.4.1 土壤還原性物質(zhì) 于水稻播種前、收獲后按五點(diǎn)取樣法取耕作層土壤混合樣品，掰碎，去除石礫及根莖等雜物，于4 ℃冰箱保存，用于測定還原性物質(zhì)總量、活性還原性物質(zhì)、Fe2+、Mn2+及活性有機(jī)還原性物質(zhì)含量等。土壤還原性物質(zhì)由 Al2（SO4）3 浸提，還原性物質(zhì)總量采用重鉻酸鉀氧化法測定，活性還原性物質(zhì)含量采用高錳酸鉀滴定法測定，F(xiàn)e2+含量采用鄰菲羅啉比色法測定，Mn2+含量采用高碘酸鉀比色法測定[11]，活性有機(jī)還原性物質(zhì)含量為活性還原性物質(zhì)含量與Fe2+含量之差。

1.4.2 稻蝦模式經(jīng)濟(jì)效益 包括水稻產(chǎn)值、小龍蝦產(chǎn)值及水稻種子、肥料、人工、機(jī)械、蝦飼料、水稻和克氏原螯蝦所用農(nóng)藥、改底、改水等成本。水稻產(chǎn)值和克氏原螯蝦產(chǎn)值按實(shí)際水稻、蝦產(chǎn)量換算，水稻按2.4元/kg、小龍蝦按20元/kg計(jì)算，各成本費(fèi)用按實(shí)際使用計(jì)算。

1.5 數(shù)據(jù)處理與分析

相關(guān)數(shù)據(jù)使用Microsoft Excel 2013錄入和整理，用SPSS 21.0數(shù)據(jù)分析軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，采用最小顯著極差法（LSD）進(jìn)行處理間相關(guān)差異顯著性檢驗(yàn)，顯著水平為P = 0.05。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同稻蝦模式土壤還原性物質(zhì)含量分析

隨著稻蝦共作模式水稻播期的推遲，各模式稻前土壤淹水時(shí)間延長，土壤還原性物質(zhì)含量如表1所示。在水稻播種前，不同模式之間耕作層土壤還原性物質(zhì)總量以M1模式最高，達(dá)2.31 cmol/kg，M2模式最低，為1.75 cmol/kg，但3個(gè)模式間還原性物質(zhì)總量并無顯著差異。土壤活性還原性物質(zhì)、活性有機(jī)還原性物質(zhì)以及Fe2+含量隨著播期的推遲逐漸上升。其中，M3模式活性還原性物質(zhì)含量顯著高于M1、M2模式，活性有機(jī)還原性物質(zhì)含量顯著高于M1模式，而M1、M2模式間活性還原性物質(zhì)和活性有機(jī)還原性物質(zhì)含量并無顯著差異。3個(gè)模式間Fe2+含量均達(dá)到顯著差異，M1、M2、M3分別為26.19、33.46、50.82 mg/kg。Mn2+含量以M2模式最高，為60.85 mg/kg，顯著高于其他2種模式。

各稻蝦共作模式水稻種植后土壤還原性物質(zhì)總量比種植前均下降（圖1）。其中，M1模式還原性物質(zhì)總量顯著降低，降幅達(dá)44.59%，而M2、M3模式降幅雖達(dá)32.00%、18.37%，但差異并不顯著。水稻種植前、后土壤活性還原性物質(zhì)、活性有機(jī)還原性物質(zhì)和Fe2+含量在M1、M2模式下變化不大，M3模式變化差異較大，但土壤活性還原性物質(zhì)、活性有機(jī)還原性物質(zhì)含量在3個(gè)模式中均未達(dá)到顯著差異，而Fe2+含量在M3模式中顯著下降，降幅達(dá)44.84%。Mn2+含量在水稻種植后表現(xiàn)為M1模式中含量顯著增加，增幅達(dá)33.00%;M2模式顯著降低，降幅達(dá)44.29%;M3模式變化不顯著。

耕作層土壤各還原性物質(zhì)之間存在顯著相關(guān)關(guān)系（表2）。土壤活性還原性物質(zhì)含量與活性有機(jī)還原性物質(zhì)、Fe2+含量呈極顯著正相關(guān)，活性有機(jī)還原性物質(zhì)含量與Fe2+含量之間也存在顯著正相關(guān)關(guān)系。播期與土壤還原性物質(zhì)總量和Mn2+含量不存在顯著相關(guān)性，而與活性還原性物質(zhì)和Fe2+含量呈極顯著正相關(guān)，與活性有機(jī)還原性物質(zhì)含量呈顯著正相關(guān)關(guān)系。這表明隨著播種時(shí)間的推遲，稻蝦田土壤淹水時(shí)長延長，土壤還原性物質(zhì)總量和Mn2+含量并未受到顯著影響，而活性還原性物質(zhì)、活性有機(jī)還原性物質(zhì)及Fe2+含量顯著增加。

2.2 不同稻蝦共作模式產(chǎn)量、產(chǎn)值差異分析

隨著播期的推遲，稻蝦共作模式水稻和克氏原螯蝦產(chǎn)量差異明顯（圖2）。3個(gè)稻蝦共作模式中，水稻產(chǎn)量依次為M1>M2>M3，產(chǎn)量依次為12.96、11.01、8.21 t/hm2，且3個(gè)模式間產(chǎn)量差異均達(dá)顯著水平（P<0.05）。隨著播期推遲，小龍蝦收獲時(shí)間延長，因此3個(gè)模式中，以M3模式小龍蝦產(chǎn)量最高，M1模式產(chǎn)量最低，各模式小龍蝦產(chǎn)量分別為2.24、3.41、4.13 t/hm2（因小龍蝦各重復(fù)一起收獲，故未作差異顯著性分析）。

3個(gè)模式中，M3模式的綜合經(jīng)濟(jì)效益最高（表3）。隨著播期推遲，各稻蝦共作模式投入成本逐漸增加，主要是由于克氏原螯蝦飼料投入成本增加。3個(gè)模式中水稻產(chǎn)值M1 模式最高，為3.11萬元/hm2，M3模式最低，而小龍蝦產(chǎn)值相反，以M3模式最高，為8.25萬元/hm2，M1模式最低。綜合經(jīng)濟(jì)效益為M3模式最高，M1模式最低，M3、M2和M1模式依次為8.29萬、7.59萬、5.79萬元/hm2。與常規(guī)模式M2相比，M1模式綜合經(jīng)濟(jì)效益降低了1.80萬元/hm2，降幅達(dá)23.72%;M3模式綜合經(jīng)濟(jì)效益增加了0.70萬元/hm2，增幅為9.22%。從產(chǎn)投比上看，3個(gè)模式產(chǎn)投比隨播期推遲逐漸增加，依次為4.23、5.08和5.30，說明在相同的資源投入下，M3模式播期下所能獲得的產(chǎn)值更高，經(jīng)濟(jì)效益更好。

3 討論

土壤還原性物質(zhì)是土壤氧化還原狀態(tài)的重要表征指標(biāo)，對耕作層土壤物理化學(xué)性質(zhì)影響顯著，是制約作物生長發(fā)育與產(chǎn)量的重要因素[12]。有研究表明，潛育化土壤還原性物質(zhì)總量、活性還原性物質(zhì)及Fe2+含量均要高于氧化性或潴育化型土壤[11]。曹湊貴等[9]認(rèn)為，稻蝦共作會(huì)導(dǎo)致土壤緊實(shí)度提高，加劇土壤次生潛育化。本研究發(fā)現(xiàn)隨著播期的延遲，稻蝦田土壤淹水時(shí)長增加，耕作層土壤還原性物質(zhì)總量播種前呈先降低后升高趨勢，但彼此間并未達(dá)到顯著變化，而土壤活性還原性物質(zhì)、活性有機(jī)還原性物質(zhì)和Fe2+含量均呈上升趨勢，且M3播期土壤活性還原性物質(zhì)、Fe2+含量較前2個(gè)模式顯著增加，這可能與土壤肥力狀況有關(guān)。同時(shí)相關(guān)性分析結(jié)果表明，淹水能顯著增加土壤活性還原性物質(zhì)，尤其是Fe2+含量，表明稻蝦田長期處于淹水狀態(tài)會(huì)增加稻田土壤Fe2+含量，土壤活性還原物質(zhì)含量的顯著增加也可能主要是Fe2+含量顯著增加的結(jié)果。佀國涵[13]的研究表明，稻蝦共作顯著提高了土壤0～20 cm Fe2+含量，這與本研究結(jié)果基本一致。同時(shí)，考慮目前較為普遍存在的“重蝦輕稻、養(yǎng)蝦棄稻”等問題[9，14]，本研究對比了水稻種植前、后土壤還原性物質(zhì)含量差異，探討水稻種植對稻蝦共作模式土壤還原性物質(zhì)的影響。研究發(fā)現(xiàn)，各模式水稻種植后，土壤還原性物質(zhì)總量均下降，且水稻生育期越長，還原性物質(zhì)總量下降越明顯。Fe2+是植物營養(yǎng)微量元素之一，但過量Fe2+會(huì)抑制水稻生長與根系發(fā)育，造成水稻代謝紊亂[15，16]。本研究結(jié)果表明，淹水時(shí)間越長，土壤Fe2+含量越高，而水稻種植對改善土壤Fe2+毒害效果越顯著。這說明從土壤還原性狀態(tài)角度，水稻種植是改善稻蝦共作模式土壤氧化還原性狀態(tài)的有效舉措。

稻蝦共作模式經(jīng)濟(jì)效益顯著[17]。大量研究表明，稻田養(yǎng)蝦較一般單作模式能起到穩(wěn)產(chǎn)增效的作用，并明顯提高農(nóng)戶收益[1，5，9，17-21]。本試驗(yàn)結(jié)果表明，雖然隨著播期推遲，水稻產(chǎn)值下降，投入成本也越來越高，但小龍蝦的生長收獲時(shí)間延長，小龍蝦產(chǎn)值大幅提升，稻蝦綜合效益也越來越高。在本研究中，晚播處理稻蝦經(jīng)濟(jì)效益達(dá)到8.29萬元/hm2，較早播處理、常規(guī)播期處理分別提高了2.50萬、0.70萬元/hm2。楊天嬌等[18]、易芙蓉等[19]認(rèn)為，稻蝦共作模式較常規(guī)稻作模式產(chǎn)投比提高0.5～1.0;佀國涵等[1]研究中稻蝦模式產(chǎn)投比達(dá)4.20。本研究中，隨著播期延遲，稻蝦模式產(chǎn)投比逐漸升高，3個(gè)播期依次為4.23、5.08、5.30。與常規(guī)播期模式M2相比，早播模式M1產(chǎn)投比下降了0.85，晚播模式M3上升了0.22。隨著播期的延遲，稻蝦模式產(chǎn)投比雖在增加，但其增長速率明顯降低，表明稻蝦模式經(jīng)濟(jì)效益并不會(huì)隨著播期推遲而持續(xù)增高。

綜上可知，在本研究中，改變稻蝦共作模式水稻播期并不會(huì)對稻田耕作層土壤還原性物質(zhì)總量造成顯著影響，但會(huì)增加土壤活性還原性物質(zhì)，特別是Fe2+含量。水稻種植能明顯改善耕作層土壤還原性狀態(tài)，降低土壤Fe2+含量。推遲稻蝦共作模式水稻播期，使水稻產(chǎn)值降低，稻蝦共作成本增加，小龍蝦產(chǎn)值提高，稻蝦綜合產(chǎn)值上升空間降低。由此可知，適當(dāng)推遲稻蝦模式水稻播期，有助于提高稻蝦共作模式經(jīng)濟(jì)效益。

參考文獻(xiàn)：

[1] 佀國涵， 彭成林， 徐祥玉， 等.? 稻蝦共作模式對澇漬稻田土壤理化性狀的影響[J].? 中國生態(tài)農(nóng)業(yè)學(xué)報(bào)， 2017， 25（1）： 61-68.

[2] 秦尊文.? 以“蝦稻共作”模式為抓手推進(jìn)體制機(jī)制創(chuàng)新——潛江市全國中小城市綜合改革的觀察與思考[J].? 中國發(fā)展，2016， 16（6）：51-56.

[3] 湖北省水產(chǎn)局.? 2017 年湖北小龍蝦產(chǎn)業(yè)綜合產(chǎn)值超過800 億元[J].? 漁業(yè)致富指南， 2018（ 2）：3-4.

[4] KRISTENSEN E，PENHA-LOPES G，DELEFOSSE M， et al. What is bioturbation？The need for a precise definition for fauna in aquatic sciences[J]. Marine ecology progress series，2012，446：285-302.

[5] 劉全科，周普國，朱文達(dá)， 等. 稻蝦共作模式對稻田雜草的控制效果及其經(jīng)濟(jì)效益[J]. 湖北農(nóng)業(yè)科學(xué)，2017，56（10）：1859-1862.

[6] 徐大兵，賈平安，彭成林， 等. 稻蝦共作模式下稻田雜草生長和群落多樣性的調(diào)查[J]. 湖北農(nóng)業(yè)科學(xué)，2015，54（22）：5599-5602.

[7] 肖求清.? 稻蝦共作對稻田生物多樣性的影響[D]. 武漢：華中農(nóng)業(yè)大學(xué)，2017.

[8] LI S S，WEI S H，ZUO R L， et al. Changes in the weed seed bank over 9 consecutive years of rice-duck farming[J]. Crop protection，2012，37：42-50.

[9] 曹湊貴， 江 洋， 汪金平， 等.? 稻蝦共作模式的“雙刃性”及可持續(xù)發(fā)展策略[J]. 中國生態(tài)農(nóng)業(yè)學(xué)報(bào)， 2017， 25（9）：1245-1253.

[10] 黃富強(qiáng)，米長生，王曉鵬， 等. 稻蝦共作種養(yǎng)模式的優(yōu)勢及綜合配套技術(shù)[J]. 北方水稻，2016，46（2）：43-45.

[11] 張 賡，李小坤，魯劍巍， 等. 不同措施對冷浸田土壤還原性物質(zhì)含量及水稻產(chǎn)量的影響[J]. 中國農(nóng)學(xué)通報(bào)，2014，30（27）：153-157.

[12] 金 鑫.? 秸稈還田對稻田土壤還原性物質(zhì)和水稻生長的影響[D]. 南京：南京農(nóng)業(yè)大學(xué)，2013.

[13] 佀國涵.? 長期稻蝦共作模式下稻田土壤肥力變化特征研究[D]. 武漢：華中農(nóng)業(yè)大學(xué)，2017.

[14] 張勝金戈，劉 佩，文志安， 等. 基于“稻蝦共作”模式的SWOT分析及可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略研究[J]. 中國水產(chǎn)，2018（2）：57-61.

[15] 陳正剛，徐昌旭，朱 青， 等. 不同類型冷浸田Fe2+對水稻生理酶活性的影響[J]. 中國農(nóng)學(xué)通報(bào)，2014，30（12）：63-70.

[16] 陳 娜.? 冷浸田亞鐵和還原態(tài)硫障礙因子致毒機(jī)理及治理初探[D]. 杭州：浙江大學(xué)，2014.

[17] 寇祥明，謝成林，韓光明， 等. 3種稻田生態(tài)種養(yǎng)模式對稻米品質(zhì)、產(chǎn)量及經(jīng)濟(jì)效益的影響[J]. 揚(yáng)州大學(xué)學(xué)報(bào)（農(nóng)業(yè)與生命科學(xué)版），2018，39（3）：70-74.

[18] 楊天嬌，易芙蓉，傅志強(qiáng). 稻蝦種養(yǎng)模式的經(jīng)濟(jì)效益評價(jià)及節(jié)本增效途徑分析——基于南縣的實(shí)證研究[J]. 作物研究，2019，33（5）：432-436.

[19] 易芙蓉，楊天嬌，林瑋詩， 等. 稻蝦輪作模式經(jīng)濟(jì)效益與技術(shù)需求分析[J]. 湖南農(nóng)業(yè)科學(xué)，2019（10）：73-76.

[20] 汪本福，楊志勇，張枝盛， 等. 基于稻蝦共作模式的水稻綠色生產(chǎn)技術(shù)[J]. 湖北農(nóng)業(yè)科學(xué)，2017，56（24）：4711-4713.

[21] 夏國鈞. 稻蝦共生高效生態(tài)種養(yǎng)模式及其效益分析[J]. 現(xiàn)代農(nóng)業(yè)科技，2016（19）：253-254.