廂作、平作下不同稻田生態(tài)種養(yǎng)模式對雜草群落及物種多樣性的影響

孟祥杰，梁玉剛，陳 璐，王 忍，龔向勝，張 印，馬微微，袁 嬌，黃 璜*，陳 燦*

(1.湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院，湖南 長沙 410128；2.湖南省農(nóng)業(yè)科學(xué)院水稻研究所，湖南 長沙 410128；3.湖南省稻田生態(tài)種養(yǎng)工程技術(shù)研究中心，湖南 長沙 410128)

【研究意義】農(nóng)田雜草是農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)的重要組成部分，具有生命力強(qiáng)、分布廣泛、抗逆性強(qiáng)、傳播能力強(qiáng)等特點(diǎn)，因雜草與栽培作物爭水、爭肥、爭光，減少田間的通風(fēng)性，引發(fā)病蟲害的發(fā)生，減少作物產(chǎn)量[1-2]。我國雜草的防控技術(shù)具有非化學(xué)控草技術(shù)及化學(xué)控草技術(shù)[3]，施用除草劑是化學(xué)防控的重要手段，但除草劑具有毒性及持久性，污染土地、水資源，雜草產(chǎn)生抗藥性，對生態(tài)環(huán)境有著重要的影響[4-5]。我國慢慢覺醒了農(nóng)田保護(hù)的意識，如何采用綠色手段實(shí)現(xiàn)對雜草的防控，是一個(gè)需要解決的重點(diǎn)問題。稻田養(yǎng)魚、稻田養(yǎng)鴨模式是一種將稻與魚、稻與鴨結(jié)合起來的綜合種養(yǎng)模式，通過鴨子和魚在田間的取食、活動、穿梭，對土壤環(huán)境、溫室氣體排放、水質(zhì)、水生動物及雜草等均具有影響，可形成巨大的經(jīng)濟(jì)效益、生態(tài)效益、社會效益[6-8]。【前人研究進(jìn)展】經(jīng)過長時(shí)間的探索發(fā)現(xiàn)，稻田養(yǎng)魚、稻田養(yǎng)鴨對稻田雜草及病蟲害具有一定的控制效果[9-11]，且稻田養(yǎng)魚及稻田養(yǎng)鴨可減少化肥、農(nóng)藥的施用，王寒等[12]研究表明，稻田養(yǎng)魚、稻田養(yǎng)魚對水稻紋枯病、稻飛虱、稻縱卷葉螟和雜草有明顯的控制效果；強(qiáng)潤等[13]也表明，稻田養(yǎng)鴨對雜草的防效高達(dá)96.67%。廂作是在田間按照一定的距離挖掘廂溝，使廂溝形成一個(gè)完整的排灌系統(tǒng)，有著蓄水的作用。有研究表明，廂作可提高水稻產(chǎn)量、節(jié)約生產(chǎn)成本，提高土壤中的養(yǎng)分含量及改善土壤微生物的組成[14-16]。【本研究切入點(diǎn)】近年來，關(guān)于廂作雜草研究較少，但關(guān)于生態(tài)種養(yǎng)的除草研究較多?！緮M解決的關(guān)鍵問題】本文通過調(diào)查平作養(yǎng)魚、平作養(yǎng)鴨，廂作養(yǎng)魚、廂作養(yǎng)鴨的雜草群落，明確雜草群落的變化與影響，為稻田雜草治理提供一個(gè)有效的解決方法。

1 材料與方法

1.1 供試材料

水稻品種為陸兩優(yōu)171。肥料為復(fù)合肥及尿素，復(fù)合肥養(yǎng)分含量mN∶mP2O5∶mK2O=15∶15∶15，總養(yǎng)分含量≥45%；尿素的含氮量≥46.5%。鴨子品種為綠頭鴨，是本地鴨與野鴨的雜交品種。魚的品種為草魚、鯽魚。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)及田間管理

試驗(yàn)在2020年4—7月于湖南省長沙市長沙縣明月村進(jìn)行，該地區(qū)位于湖南省東部，屬亞熱帶季風(fēng)氣候，年平均氣溫16～20 ℃，無霜期長，日照時(shí)數(shù)長，熱量充足，年均降水量多。2019年為水稻-水稻-冬閑田模式，早晚稻期間正常施用化肥農(nóng)藥，冬閑田處于自然狀態(tài)。2020年早晚稻翻耕，人工插秧，試驗(yàn)期間不施用任何除草劑、農(nóng)藥。

試驗(yàn)共設(shè)6個(gè)處理，廂作養(yǎng)鴨(CP-D)、廂作養(yǎng)魚(CP-F)、廂作水稻(CP-R)平作養(yǎng)鴨(FP-D)、平作養(yǎng)魚(FP-F)、平作水稻單作(FP-R)，每個(gè)處理面積120 m2，大區(qū)實(shí)驗(yàn)，不設(shè)重復(fù)。廂作的廂面寬1.5 m，溝深0.4 m，寬0.4 m。CP-D、FP-D搭設(shè)鴨棚并放鴨，每個(gè)處理放鴨4只；CP-F、FP-F挖掘魚溝，魚溝深0.4 m，寬0.4 m，放養(yǎng)草魚及鯽魚，草魚20尾，鯽魚40尾。CP-R及FP-R不放鴨不放魚。每個(gè)處理間修建高0.3 m、寬0.4 m的田埂后覆膜，再用荷蘭網(wǎng)將各個(gè)處理圍住。

田間的水分管理根據(jù)水稻的需水狀況確定，做到寸水返青，淺水分蘗，有水抽穗，干濕灌漿，保證溝內(nèi)水分充足。肥料采用人工施用，水稻全生育期不施用任何除草劑、農(nóng)藥。鴨子采用早晚喂養(yǎng)，早晚喂養(yǎng)飼料比例為3∶7，總量為鴨子體重的5%。每日巡田，檢查田埂破損情況及鴨魚的生病情況，及時(shí)隔離。

水稻于4月27日手工插秧，行間距為24 cm×24 cm。鴨子于5月22日下田，下田鴨齡30日，平均體重200 g，6月22日收鴨，平均體重970 g。鯽魚、草魚在5月22日下田，鯽魚、草魚的平均體重為20 g，晚稻收獲后收魚。在4月23日施用350 kg/hm2復(fù)合肥作為基肥，5月24日施用100 kg/hm2尿素作為分蘗肥、6月10日施用150 kg/hm2復(fù)合肥作為孕穗肥。

1.3 調(diào)查指標(biāo)

調(diào)查時(shí)，將大區(qū)分成3個(gè)小區(qū)，每個(gè)小區(qū)選取3點(diǎn)具有代表性的樣方進(jìn)行取樣，每個(gè)樣方為0.25 m2。在放養(yǎng)前3 d、放養(yǎng)后10、20、30 d進(jìn)行雜草調(diào)查。調(diào)查的內(nèi)容包括雜草種類、雜草數(shù)量及植株干重。

根據(jù)雜草種類、數(shù)量計(jì)算單子葉、雙子葉、一年生、多年生、前期、中后期雜草的密度，根據(jù)雜草干物重及密度計(jì)算防效，根據(jù)雜草密度計(jì)算Simpson指數(shù)、Shannon-Wiener指數(shù)、Pielou均勻度及物種豐富度。雜草密度為每平方米雜草的株數(shù)；單子葉雜草的胚僅有一個(gè)子葉；雙子葉雜草又稱闊葉雜草，胚有兩片子葉；一年生雜草為生命周期少于一年，在生命周期內(nèi)，開花結(jié)果，種子繁殖；多年生雜草為在一生中可多次開花結(jié)實(shí)，從地下部吸收營養(yǎng)長出新的植株；前期雜草大多為單子葉雜草，有著發(fā)生早、發(fā)生量大、生長快的特點(diǎn)，水稻封行后即很少發(fā)生，對水稻為害也較大；中后期雜草是指陰生雙子葉雜草，發(fā)生期長，水稻封行后仍有發(fā)生。防效、Simpson指數(shù)、Shannon-Wiener指數(shù)、Pielou均勻度及物種豐富度的計(jì)算方法采用沈建凱[17]運(yùn)用的方法計(jì)算。

1.4 數(shù)據(jù)分析

雜草數(shù)據(jù)用Microsoft Excel 2010進(jìn)行整理，用DPS 7.05進(jìn)行多重比較分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同處理對稻田雜草密度的影響

由圖1可知，放養(yǎng)后，雜草密度均有所下降，并趨于穩(wěn)定。放養(yǎng)后10 d，F(xiàn)P-D及FP-FD的雜草密度下降的速度高于CP-D及CP-F，雜草密度整體表現(xiàn)為CP-R>FP-R>CP-F>CP-D>FP-D>FP-F，隨著放養(yǎng)的時(shí)間的延長，各處理的雜草密度趨于穩(wěn)定。由此可知，水稻廂作中稻田養(yǎng)魚的雜草密度高于稻田養(yǎng)鴨，水稻平作中稻田養(yǎng)鴨的雜草密度高于稻田養(yǎng)魚。

2.2 不同處理對稻田雜草構(gòu)成的影響

由表1可知，稻田雜草共計(jì)12種，分布在7個(gè)科，以鴨舌草分布最為廣泛，陌上菜及稗草、雙穗雀稗分布次之。放養(yǎng)前3 d，F(xiàn)P的雜草密度比CP高，F(xiàn)P的雜草為稗草、雙穗雀稗、牛毛氈及鴨舌草，CP的雜草為稗草、雙穗雀稗、香附子、扁桿藨草及陌上菜。放養(yǎng)后10 d，F(xiàn)P-D雜草群落由稗草、雙穗雀稗、陌上菜、鴨舌草組成，F(xiàn)P-F由雙穗雀稗、陌上菜組成，F(xiàn)P-R由稗草、雙穗雀稗、牛毛氈、異型莎草等8種雜草組成，CP-D中有稗草、雙穗雀稗、牛毛氈、鴨舌草等7種雜草，CP-F中有稗草、扁桿藨草、鴨舌草及水花生等8種雜草，CP-R中有稗草、雙穗雀稗、扁桿藨草及鴨舌草等9種雜草。隨著放養(yǎng)時(shí)間的延長，在放養(yǎng)后30 d，F(xiàn)P-D中有雙穗雀稗及鴨舌草2種雜草；FP-F中有雙穗雀稗及鴨舌草2中雜草，F(xiàn)P-R中有稗草、雙穗雀稗、牛毛氈、鴨舌草等7種雜草，CP-D中有香附子、陌上菜、丁香蓼及鴨舌草4種雜草，CP-F中有千金子、牛毛氈、扁桿藨草、陌上菜及鴨舌草5種雜草，CP-R中有稗草、千金子、扁桿藨草、陌上菜及鴨舌草5種雜草?？傮w來看，雜草群落表現(xiàn)為CP-R>FP-R>CP-F>CP-D>FP-F>FP-D。

圖1 不同處理對稻田雜草密度的影響Fig.1 Effects of different treatments on weed density in paddy field

2.3 不同處理對稻田雜草群落組成的影響

由表2可知，在放養(yǎng)前3，F(xiàn)P的雜草主要由單子葉、一年生及中后期雜草構(gòu)成，CP的雜草群落主要由單子葉、多年生、前期雜草構(gòu)成，F(xiàn)P與CP間存在顯著性差異；在放養(yǎng)后10 d，單子葉、雙子葉、一年生、多年生、前期、中后期雜草均有分布，且均存在顯著性差異；放養(yǎng)后20 d，F(xiàn)P-D的雜草群落由單子葉、多年生、前期雜草構(gòu)成，F(xiàn)P-F的雜草群落由單子葉、一年生、前期、中后期雜草構(gòu)成，其他處理間均有單子葉、雙子葉、一年生、多年生、前期、中后期雜草的分布，且各處理間差異顯著；在放養(yǎng)后30 d，F(xiàn)P-D、FP-F及FP-R均由單子葉、一年生、多年生、前期及中后期雜草構(gòu)成，CP-D、CP-F及CP-R均有單子葉、雙子葉、一年生、多年生、前期、中后期雜草的分布。由此可知，水稻平作主要以單子葉、一年生、中后期雜草危害，水稻廂作主要以一年生、單子葉、前期雜草危害。FP-D的單子葉、一年生、多年生、前期及中后期雜草密度均高于FP-F，CP-F的單子葉、雙子葉、一年生、多年生、前期、中后期雜草密度均高于CP-D，說明稻田養(yǎng)魚、養(yǎng)鴨后，各類雜草的密度均有所下降，且CP-D的除草效果優(yōu)于CP-F的除草效果，F(xiàn)P-F的除草效果優(yōu)于FP-D。

表1 不同處理對稻田雜草密度的影響

續(xù)表1 Continued table 1

表2 不同處理對稻田雜草群落組成的影響

2.4 不同處理對稻田雜草生物多樣性的影響

由表3可知，放養(yǎng)前3 d，CP的物種豐富度顯著高于FP，放養(yǎng)后10 d，各處理的物種豐富度為CP-R>CP-F>CP-D>FP-R>FP-D>FP-F，廂作的物種豐富度顯著高于平作的物種豐富度；放養(yǎng)后20 d，CP-R及FP-R的物種豐富度高于其他處理，CP-F次之，F(xiàn)P-D最低，各處理間存在顯著性差異；放養(yǎng)后30 d，CP-F、CP-R、FP-R顯著高于其他處理，F(xiàn)P-D的物種豐富度高于FP-F；CP-F的物種豐富度高于CP-D。Simpon指數(shù)表明，放養(yǎng)前3 d，CP顯著高于FP，放養(yǎng)后10 d，F(xiàn)P-R、CP-D、CP-F與CP-R間不存在顯著性差異，但顯著高于FP-D及FP-F，放養(yǎng)后20 d，CP-D與CP-R間不存在顯著性差異，F(xiàn)P-D與FP-F 顯著低于其他處理，放養(yǎng)后30 d，CP-D、CP-F與CP-R不存在顯著性差異，但顯著高于FP-R及FP-D。Shannon-Wiener指數(shù)表明，放鴨后，Shannon-Wiener指數(shù)整體表現(xiàn)為FP-R、CP-R高于或顯著高于FP-F及FP-D、CP-D，說明稻田養(yǎng)魚稻田養(yǎng)鴨在一定程度上限制了雜草危害。Pielou均勻度指數(shù)表明，鴨魚入田后，優(yōu)勢種群降低，可有效抑制雜草。由此可知，稻田養(yǎng)鴨前期鴨子較小，食草能力較弱，踩踏能力較差，另外平作養(yǎng)魚田面一直淹水，雜草種子無法萌發(fā)，物種豐富度整體表現(xiàn)為稻田養(yǎng)鴨大于稻田養(yǎng)魚；水稻廂作中，廂面無法上水，無法實(shí)現(xiàn)以水控草，稻田養(yǎng)鴨的物種豐富度高于稻田養(yǎng)魚。

2.5 不同處理對稻田雜草防治效果的影響

由表4可知，放養(yǎng)后10 d，密度防效表現(xiàn)為FP-F>FP-D>CP-F>CP-D，干物重防效為FP-F>CP-F>FP-D>CP-D，F(xiàn)P-F的密度及干物重防治效果為96.55%及90.03%，CP-F防治效果為65.83%及81.78%；放養(yǎng)后20 d，密度防效表現(xiàn)為FP-D>FP-F>CP-D>CP-F，干物重防效為FP-F>FP-D>CP-D>CP-F；放養(yǎng)后30 d，F(xiàn)P-D的密度防效為70.83%，干物重防效為64.37%，CP-D中密度防效為88.00%，干物重防效為86.35%；FP-F的密度防效為95.83%，干物重防效為79.88%，CP-F密度防效為64.00%，干物重防效為54.96%。說明平作稻田養(yǎng)魚的防效優(yōu)于稻田養(yǎng)鴨的防效；廂作稻田養(yǎng)鴨的防效由于稻田養(yǎng)魚。

表3 稻田雜草生物多樣性的影響

表4 不同處理對稻田雜草防治效果的影響

3 結(jié)論與討論

3.1 不同稻田生態(tài)種養(yǎng)模式對雜草防效的影響

稻田生態(tài)種養(yǎng)模式對稻田雜草密度及種類有重要的影響。李濤等[29]研究發(fā)現(xiàn)，稻鱔共生降低了物種豐富度、均勻度及多樣性，減輕了雜草的危害。稻鴨共作可有效控制節(jié)節(jié)菜、鴨舌草及陌上菜[30]。本研究通過平作養(yǎng)魚、平作養(yǎng)鴨、平作水稻及廂作養(yǎng)魚、廂作養(yǎng)鴨、廂作水稻進(jìn)行了雜草調(diào)查，發(fā)現(xiàn)稻田養(yǎng)魚、養(yǎng)鴨可降低雜草危害。廂作中，以稗草、鴨舌草的分布廣、密度大，而平作則以鴨舌草、扁桿藨草、稗草分布廣、密度大。周燕芝等[18]人通過對3種播種條件下的雜草進(jìn)行對比，發(fā)現(xiàn)旱直播田稗草、千金子等禾本科雜草發(fā)生嚴(yán)重，水直播和濕直播田水莎草、鴨舌草等水生性雜草發(fā)生嚴(yán)重，這與本研究結(jié)果基本一致。廂面比較干燥，有利于禾本科、莎草科等雜草生長，而平作田面濕潤，適合鴨舌草的生長。

大量研究發(fā)現(xiàn)，稻田養(yǎng)鴨及稻田養(yǎng)魚兩種模式下的雜草密度低于水稻單作的雜草密度；魚類主要食用幼嫩雜草及幼芽，通過覓食可以減少田間74%～87%的雜草[19]；而鴨子活動能力強(qiáng)，通過覓食、活動踩踏雜草，并將泥土翻出，可有效控制雜草的發(fā)生[20]，稻田養(yǎng)鴨對稻田中的鴨舌草、矮慈姑、異型莎草的防治效果達(dá)到95%[21]；沈建凱等[17]人研究發(fā)現(xiàn)，規(guī)?；咎镳B(yǎng)鴨的雜草密度顯著下降，對雜草的控效高達(dá)94%。由此可知，稻田養(yǎng)鴨、稻田養(yǎng)魚對雜草具有良好的控草效果，這與本試驗(yàn)的研究結(jié)果一致。本研究中，廂作養(yǎng)鴨的除草效果優(yōu)于廂作養(yǎng)魚，平作養(yǎng)魚的除草效果優(yōu)于平作養(yǎng)鴨，由此推測，廂作的魚的活動空間限定在廂溝之內(nèi)，水分管理也是干干濕濕，在一定程度上促進(jìn)了雜草生長，對雜草控制效果有限；綠頭鴨活動空間較廣，通過取食及踩踏，對雜草有良好的控制效果。水稻平作中，前期鴨子較小，活動能力有限，此時(shí)的溫度、水分含量也十分適合雜草生長，控草效果有限；但稻田養(yǎng)魚田中一直淹水，抑制了雜草的萌發(fā)及魚類對雜草采食，對雜草具有很好的防控，后隨著鴨魚的不斷生長、水稻的競爭能力增強(qiáng)，稻田養(yǎng)鴨的控草效果優(yōu)于稻田養(yǎng)魚。

3.2 不同稻田生態(tài)種養(yǎng)模式對雜草生態(tài)群落的影響

雜草作為農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)的組成成分，有著重要的生態(tài)功能。水田生態(tài)系統(tǒng)中的雜草具有減輕污染、保持水肥的很重要作用[28]，與雜草物種豐富度低的農(nóng)田相比，雜草物種豐富度越高蟲害的爆發(fā)可能性就越低[27]；由此可知，雜草的物種豐富度越高，農(nóng)田的穩(wěn)定性越高。本研究發(fā)現(xiàn)，水稻平作中，養(yǎng)鴨的Simpon指數(shù)、Shannon-Wiener指數(shù)、Pielou均勻度指數(shù)及物種豐富度均高于稻田養(yǎng)魚；廂作中，前期稻田養(yǎng)鴨的Simpon指數(shù)、Shannon-Wiener指數(shù)、Pielou均勻度指數(shù)及物種豐富度均高于稻田養(yǎng)魚，后期稻田養(yǎng)魚高于稻田養(yǎng)鴨；說明平作稻田養(yǎng)鴨的生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定性高于稻田養(yǎng)魚，廂作前期稻田養(yǎng)鴨的穩(wěn)定性優(yōu)于稻田養(yǎng)魚，后期反之，由此推測，鴨子入田時(shí)，鴨齡普遍偏小，對食物的需求量較小，覓食能力較弱，而稻田養(yǎng)魚田間一直淹水，水在抑制了雜草的生長的同時(shí)，萌發(fā)的雜草也被魚類食用，平作養(yǎng)鴨雜草種類減少速度低于平作養(yǎng)魚，平作養(yǎng)鴨的物種豐富度較高，導(dǎo)致了平作稻田養(yǎng)魚的穩(wěn)定性低于稻田養(yǎng)鴨的穩(wěn)定性；反觀廂作，鴨子的活動范圍廣泛，魚僅限定于廂溝內(nèi)，致使鴨子對雜草的影響程度高于稻田養(yǎng)魚，廂作中稻田養(yǎng)魚的穩(wěn)定性優(yōu)于稻田養(yǎng)鴨。

3.3 稻田雜草綠色防控

由于雜草的生態(tài)適應(yīng)性廣，田間管理較為粗放，外加水稻種植方式多樣，導(dǎo)致雜草的大面積發(fā)生，進(jìn)而危害水稻的安全生產(chǎn)[18]，成為影響水稻產(chǎn)量的重要因素之一，明確雜草動態(tài)變化的趨勢和群落演替的規(guī)律是制定農(nóng)田雜草防除體系的重要方向[22]。本研究發(fā)現(xiàn)，稻田雜草主要以稗草、雙穗雀稗等禾本科雜草、牛毛氈、扁桿邊草等莎草科及雨久花科的鴨舌草為害。在生產(chǎn)中，一般采用除草劑對稻田雜草進(jìn)行控制，由于不恰當(dāng)?shù)氖┯贸輨瑫霈F(xiàn)藥害、雜草產(chǎn)生抗性等問題，進(jìn)而降低產(chǎn)量，影響品質(zhì)，破壞生態(tài)平衡[23]。綠水青山就是金山銀山，采用綠色防控手段是稻田控草的重要方向。稻田生態(tài)種養(yǎng)對稻田雜草有著良好的防控效果，是稻田綠色控草的手段之一。有研究表明，長期的稻田養(yǎng)鴨可以可加大農(nóng)田雜草種子庫輸出[24]，改變稻田雜草群落組成，降低稻田雜草密度[25]，維持稻田雜草的多樣性。曹旦[26]等人研究發(fā)現(xiàn)，淹水條件能降低雜草種子的發(fā)芽率，稻田養(yǎng)魚中稻田處于長期淹水的狀態(tài)，對于雜草生長有一定的防效。在本研究中，稻田養(yǎng)魚、稻田養(yǎng)鴨對稻田雜草有著良好的防控效果，減少農(nóng)藥的施用，降低了生態(tài)的投入成本；同時(shí)對水稻生長有著良好的促進(jìn)作用，水稻產(chǎn)量均有一定的提高，稻田養(yǎng)魚及稻田養(yǎng)鴨較水稻單作分別增產(chǎn)了10 500及4500元/hm2。

以上結(jié)果表明，水稻廂作的前期，主要以一年生、單子葉雜草為害，水稻平作的中后期，主要以單子葉、一年生雜草為害；水稻平作的控草效果優(yōu)于水稻廂作，平作養(yǎng)鴨及養(yǎng)魚的密度防效為90.28%及 98.61%，廂作養(yǎng)鴨及養(yǎng)魚的密度防效為88.00%及67.00%。廂作養(yǎng)鴨、養(yǎng)魚的Simpon指數(shù)、Shannon-Wiener指數(shù)、Pielou均勻度指數(shù)及物種豐富度高于平作；平作稻田養(yǎng)鴨的生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定性高于稻田養(yǎng)魚，廂作前期稻田養(yǎng)鴨的穩(wěn)定性優(yōu)于稻田養(yǎng)魚，后期稻田養(yǎng)魚的生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定性高于稻田養(yǎng)鴨。綜上，廂作養(yǎng)魚、廂作養(yǎng)鴨、平作養(yǎng)魚及平作養(yǎng)鴨對雜草群落均具有一定的影響，具有控草效果，減少了除草劑的投入，降低對環(huán)境的污染，有著較大的生態(tài)效益。