“兩稻三鴨”共育模式對(duì)再生稻、土壤養(yǎng)分及有害生物影響分析

邵彩虹,李秋保,王國煒,謝建萍,謝芳騰,蔣 龍,謝金水,劉光榮,彭春瑞

(1.江西省農(nóng)業(yè)科學(xué)院 土壤肥料與資源環(huán)境研究所,南昌 330200;2.贛州市農(nóng)業(yè)科學(xué)研究所,江西贛州 341000;3.寧都縣田頭鎮(zhèn)農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣站,江西寧都 342816;4.寧都縣會(huì)同鄉(xiāng)農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣站,江西寧都 342816)

稻田病蟲草害是影響水稻產(chǎn)量及品質(zhì)形成的重要因素[1-3],每年防控投入大量農(nóng)藥,造成“3R”(Residue殘 留、Resistance抗 性、Resurgence)問題,帶來農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境的破壞,使稻米質(zhì)量安全降低。稻鴨共育作為“種植和養(yǎng)殖”互惠農(nóng)耕經(jīng)典模式已在中國傳承千年[4],是實(shí)現(xiàn)水稻“綠色、豐產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)”的有效措施。近年來,中國很多地區(qū)根據(jù)水稻栽培的實(shí)際條件和需求,開展水稻綠色規(guī)?；a(chǎn)模式下稻鴨共育模式的探索,眾多研究者圍繞稻鴨共育的生態(tài)效應(yīng)、對(duì)水稻產(chǎn)量品質(zhì)影響及病蟲害防控效果等方面進(jìn)行系統(tǒng)研究[5-7]。鴨子是雜食性水禽,對(duì)稻田有害生物稻飛虱、二化螟、紋枯病及雜草等具有顯著的防控效果,稻鴨共育可減少稻田農(nóng)藥投入[8-9];通過鴨子田間活動(dòng)可降低水稻分蘗峰值和無效分蘗,減少水稻植株養(yǎng)分消耗,延緩植株衰老,提高籽粒充實(shí)度,從而提高產(chǎn)量和米質(zhì)[10-11];稻鴨共育模式下鴨子糞便是稻田養(yǎng)分補(bǔ)充的重要來源,多年稻鴨共育可較大程度改善土壤理化性狀,提升有機(jī)質(zhì)及其他養(yǎng)分含量,增加土壤微生物種群豐富度和多樣性[12-14]。

已有的研究表明,稻鴨共育具有明確的生態(tài)優(yōu)勢(shì),也為稻鴨共育模式的示范應(yīng)用提供了堅(jiān)實(shí)的理論依據(jù)和參考,但前人的研究主要基于一季稻-鴨模式開展相關(guān)研究,關(guān)于“兩稻三鴨”(指頭季稻-再生稻-冬閑或早稻-晚稻-冬閑模式下收獲兩季水稻共育三季四批鴨子,本研究指頭季稻-再生稻-冬閑)對(duì)水稻產(chǎn)量品質(zhì)、土壤養(yǎng)分及病蟲害防控效應(yīng)的研究尚未見報(bào)道。江西贛南紅壤丘陵山區(qū)以再生稻種植模式為主,長期以來,該區(qū)域存在著田間福壽螺危害重、冬季氣溫高、越冬蟲草基數(shù)高等農(nóng)業(yè)生態(tài)問題。為此,基于贛南紅壤丘陵山區(qū)頭季稻-再生稻-冬閑種植模式,周年雨水充沛、田邊山塘河流多可為鴨子提供嬉戲水域、農(nóng)戶臨田而居便于稻鴨管理及區(qū)域田塊適度規(guī)模連片的生態(tài)環(huán)境優(yōu)勢(shì),以實(shí)現(xiàn)稻稻閑三季周年病蟲草害防控為目標(biāo),開展“兩稻三鴨”模式對(duì)再生稻雙季產(chǎn)量品質(zhì)、土壤肥料及稻田病蟲草害防控影響研究,為推進(jìn)“兩稻三鴨”模式應(yīng)用提供依據(jù)和參考。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)時(shí)間與地點(diǎn)

試驗(yàn)于2019年3月-2020年3月在江西省寧都縣會(huì)同鄉(xiāng)鷓鴣村曉紅家庭農(nóng)場(chǎng)(糧豐再生稻示范基地)進(jìn)行。

1.2 試驗(yàn)材料

供試再生稻品種為‘甬優(yōu)4949’;鴨子品種為當(dāng)?shù)睾轼啞?/p>

1.3 試驗(yàn)方法

設(shè)“兩稻三鴨”共育(RD)、再生稻-閑(CK)2個(gè)處理,每個(gè)處理區(qū)域面積0.667 hm2,共設(shè)3個(gè)重復(fù),“兩稻三鴨”處理重復(fù)間采用田間開放自由行不設(shè)圍網(wǎng),稻鴨共育區(qū)與稻-閑區(qū)用圍網(wǎng)隔離。

1.4 田間管理

頭季稻3月25日播種,4月15日移栽,移栽規(guī)格30 cm×14 cm。再生稻頭季總施N量14 kg/667m2,N∶P2O5∶K2O為2∶1∶2,P肥作基肥一次性施用,N肥按基肥∶分蘗肥∶穗粒肥為5∶2∶3施用,K肥按基肥∶穗粒為7∶3施用;再生季總施N量10 kg/667m2,按保根促芽肥∶提苗肥為4∶6分兩次各于頭季稻收割前12 d、收割后3 d施用,K2O施用量按6 kg/667m2作提苗肥于頭季收割后3 d一次性施用。頭季田間常規(guī)水分管理,再生季采用干濕交替灌溉至成熟。

RD和CK除頭季稻移栽前1周田面噴施1次除草劑滅草外,后期大田均不噴施除草劑和殺蟲劑,RD處理分別于頭季稻移栽返青后(約10 d左右)、頭季稻收割后15 d及再生稻收割后3 d投放15日齡雛鴨,稻鴨共育期投放密度8只/667m2,共育至齊穗期收鴨上岸或引導(dǎo)至水塘飼養(yǎng),稻田追肥期間導(dǎo)引鴨子至田邊水塘隔離3 d再放歸田里共育;冬閑投放密度15只/667m2,養(yǎng)至鴨子上市,可共育兩批;稻鴨共育期以田間采食為主,鴨子投喂量減少30%左右,上午入田和下午上岸后各投喂1次。

1.5 測(cè)定指標(biāo)

1.5.1 葉綠素含量 分別測(cè)定RD、CK處理下頭季稻分蘗期、齊穗期、灌漿期、成熟期及再生季齊穗期、成熟期功能葉葉綠素含量,用葉綠素儀(SPAD-502 Minolta Japan)測(cè)定水稻上部兩片葉,避開葉脈測(cè)定葉片中斷的SPAD值,連續(xù)測(cè)定10穴,記錄平均值,每個(gè)處理測(cè)定5組數(shù)據(jù)。

1.5.2 再生稻雙季產(chǎn)量與稻米品質(zhì) 產(chǎn)量:雙季稻收獲前2 d每個(gè)處理取代表植株5穴,考種記錄每穴有效穗、穗粒數(shù)、實(shí)粒數(shù)、空癟粒數(shù)及千粒質(zhì)量,計(jì)算理論產(chǎn)量和單穴實(shí)際產(chǎn)量;各小區(qū)實(shí)割測(cè)定產(chǎn)量,并根據(jù)取樣產(chǎn)量和小區(qū)面積換算實(shí)際產(chǎn)量。

生物量:分別于水稻抽穗期和成熟期采集不同處理代表植株3穴,每個(gè)處理3次重復(fù),將植株分為葉片、莖鞘、穗3個(gè)部分,105℃殺青30 min后80℃烘干到恒質(zhì)量,測(cè)定各部分干物質(zhì)量。

稻米品質(zhì):早晚稻各處理收獲后脫粒,晾曬至稻谷含水量14%左右(秈稻稻谷入倉含水量),取2 kg送農(nóng)業(yè)農(nóng)村部稻米及制品質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)測(cè)試中心測(cè)定稻米品質(zhì)。

1.5.3 植株抗倒伏性 頭季稻收割前5 d,取不同處理代表植株5穴,測(cè)定株高、基部第1和第2節(jié)間平均莖粗、重心高度和基部節(jié)間抗倒伏力。

1.5.4 土壤養(yǎng)分 于次年春耕前(3月15日)對(duì)不同處理土壤養(yǎng)分進(jìn)行分析,采用“S”形5點(diǎn)采樣法采集0～20 cm耕作層土壤,測(cè)定土壤p H、有機(jī)質(zhì)、全N、全P、全K及速效N、P、K含量。

1.5.5 主要病蟲草害防效 主要病蟲害:選取代表田塊3塊,頭季稻收獲5 d前,調(diào)查田間紋枯病危害情況,調(diào)查采用5點(diǎn)取樣法,每點(diǎn)連續(xù)調(diào)查5行,每行20穴,計(jì)算全田病害危害率;再生稻收獲前5 d調(diào)查田間福壽螺成螺及卵塊數(shù)量,田間調(diào)查采用5點(diǎn)計(jì)數(shù)法,每點(diǎn)50 m2,計(jì)算福壽螺成螺數(shù)量及卵塊數(shù)量。

雜草:于再生稻收獲前5 d對(duì)不同處理田間雜草數(shù)量進(jìn)行計(jì)數(shù)調(diào)查,田間調(diào)查采用5點(diǎn)取樣法,每點(diǎn)面積30 m2,計(jì)算田間雜草發(fā)生量;次年春耕前(3月15日)對(duì)不同處理田間雜草進(jìn)行取樣稱量鮮質(zhì)量和干質(zhì)量,田間調(diào)查采用5點(diǎn)取樣法,每點(diǎn)面積30 m2,計(jì)算不同處理田間雜草發(fā)生量。

1.6 數(shù)據(jù)分析及計(jì)算

采用DPS(V7.05)及Excel1.0數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。

莖鞘、葉片干物質(zhì)輸出率及轉(zhuǎn)化率計(jì)算:

器官干物質(zhì)輸出率=(抽穗期器官干質(zhì)量-成熟期器官干質(zhì)量)÷抽穗期器官干質(zhì)量×100%

器官干物質(zhì)轉(zhuǎn)化率=(抽穗期器官干物質(zhì)量-成熟期器官干物質(zhì)量)÷(成熟期穗干質(zhì)量-抽穗期穗干質(zhì)量)×100%

2 結(jié)果與分析

2.1 “兩稻三鴨”模式對(duì)再生稻雙季產(chǎn)量影響

表1顯示,稻鴨共育模式下鴨子田間活動(dòng)踩踏及取食影響后期分蘗的生長,表現(xiàn)為兩稻三鴨模式頭季成熟期總有效穗較常規(guī)模式減少2.5%,但平均穗粒數(shù)及結(jié)實(shí)率較常規(guī)模式提高8.6%和3.7%,頭季稻產(chǎn)量增加;鴨子田間活動(dòng)可刺激植株莖桿、改善田間土壤,增強(qiáng)植株莖桿抗倒伏性和土壤通透性,促進(jìn)再生季腋芽萌發(fā),表現(xiàn)為再生季稻鴨共育處理莖蘗數(shù)顯著高于常規(guī)處理,再生率提高7.4%,再生季平均穗粒數(shù)、結(jié)實(shí)率顯著高于常規(guī)處理,再生季產(chǎn)量提高12.9%,雙季增產(chǎn)5.9%。

2.2 “兩稻三鴨”模式對(duì)再生稻雙季干物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)影響

表2顯示,稻鴨共育模式下頭季稻葉片、莖鞘的干物質(zhì)輸出率較常規(guī)模式分別低6.1%、14.0%,而干物質(zhì)轉(zhuǎn)化率無顯著差異,這一結(jié)果表明,稻鴨共育延緩頭季稻后期葉片、莖鞘物質(zhì)輸出,有利于植株保持較高的光合能力和活力;稻鴨模式下再生季葉片、莖鞘干物質(zhì)輸出率顯著提高,分別較常規(guī)模式提高8.7%、9.0%,干物質(zhì)轉(zhuǎn)化率分別提高3.4%、41.4%。

表2 “兩稻三鴨”模式下再生稻雙季干物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)情況Table2 First and ratooning crop rice dry matter translocation under“two-cropping rice with three duck”farming mode

2.3 “兩稻三鴨”模式對(duì)再生稻雙季稻米品質(zhì)影響

表3顯示,稻鴨共育對(duì)再生季稻米品質(zhì)的影響大于頭季稻,主要表現(xiàn)為頭季稻不同處理間稻米品質(zhì)無顯著差異,再生季的稻米品質(zhì)測(cè)定結(jié)果顯示,稻鴨共育可提高稻米的膠稠度,降低堊白粒率和直連淀粉含量,處理間差異顯著,食味品質(zhì)提升,膠稠度、直鏈淀粉含量達(dá)到一級(jí)米指標(biāo);稻鴨共育提高再生季稻米堊白度、透明度,處理間差異顯著,堿消值降低,處理間差異不顯著,堊白度、堿消值達(dá)到一級(jí)米指標(biāo)(參照NY/T83-2017),透明度達(dá)到二級(jí)米指標(biāo)。

表3 “兩稻三鴨”模式下再生稻雙季稻米品質(zhì)Table3 First and ratooning crop rice quality under“two-cropping rice with three duck”farming mode

2.4 “兩稻三鴨”模式對(duì)頭季稻植株莖桿抗倒伏性影響

頭季稻生育后期莖桿的抗倒伏能力直接影響再生季腋芽的萌發(fā),健康的莖桿是再生季有較多穗數(shù)的重要基礎(chǔ),莖桿后期抗倒伏能力與植株高度、重心高度、基部莖桿粗度(直徑)、基部節(jié)間長度及基部節(jié)間抗倒伏力密切相關(guān)。稻鴨共育可顯著增強(qiáng)頭季稻后期莖桿抗倒伏能力,主要表現(xiàn)為植株高度降低2.3%,第一節(jié)間莖粗增加10.7%,重心高度降低4.4%,第1、第2節(jié)間長度分別縮短0.4 cm和0.6 cm,機(jī)械抗折能力分別提高10.5%和11.5%(表4)。

表4 “兩稻三鴨”模式下頭季稻莖桿抗倒伏性Table4 Lodging-resistant character in first crop rice under“two-cropping rice with three duck”farming mode

2.5 “兩稻三鴨”模式對(duì)土壤肥力影響

在“兩稻三鴨”技術(shù)模式下,通過稻-稻-閑3季共育4批胡麻鴨可顯著改善土壤肥力,研究結(jié)果顯示,稻鴨共育可有效中和土壤酸性,土壤p H提高0.37,促進(jìn)了土壤養(yǎng)分釋放,表現(xiàn)為土壤全量N、P顯著降低,而土壤速效N、P、K含量顯著升高,其中水解氮提高19.5%、有效磷提高37.5%、速效鉀提高2.6%,處理間差異顯著(表5)。

表5 “兩稻三鴨”模式下土壤肥力Table5 Soil nutrient under“two-cropping rice with three duck”farming mode

2.6 “兩稻三鴨”模式對(duì)再生稻雙季病蟲草害防控效應(yīng)

圖1顯示,通過稻鴨共育可食滅當(dāng)季87.6%福壽螺,減少74.5%雜草和65.3%螺卵塊殘留;冬閑共育鴨子對(duì)控制來年田間雜草有顯著效果,田間雜草發(fā)生基數(shù)降低53.6%,尤其是成年雜草數(shù)量顯著降低,表現(xiàn)為養(yǎng)鴨區(qū)雜草鮮干比較冬閑區(qū)降低15.9%(圖2)。

紋枯病是侵害水稻基部莖桿進(jìn)而引起莖桿倒伏、腋芽死亡的主要病害,是影響再生季豐產(chǎn)的重要因素。在“兩稻三鴨”模式下,鴨子通過田間行走,踩踏基部枯葉和雜草,同時(shí)對(duì)植株莖桿的碰觸有利于刺激水稻植株建立緊湊株型,進(jìn)而增強(qiáng)田間通風(fēng)透光,有效抑制紋枯病的發(fā)生,“兩稻三鴨”模式下,頭季稻田間紋枯病發(fā)生率降低84.4%,處理間差異顯著(圖3)。

3 討論

3.1 “兩稻三鴨”模式對(duì)再生稻雙季產(chǎn)量及干物質(zhì)轉(zhuǎn)化影響

稻鴨共育作為一種經(jīng)典的種養(yǎng)互利模式在中國應(yīng)用歷史悠久,此模式在不同稻區(qū)均有應(yīng)用,在優(yōu)化水稻農(nóng)藝性狀方面有顯著效果。在本研究中,與稻稻閑模式相比,“兩稻三鴨”模式下再生稻頭季有效穗相對(duì)較低,但穗粒數(shù)、結(jié)實(shí)率和千粒質(zhì)量顯著高于稻稻閑模式,這與頭季稻分蘗期至齊穗期通過鴨子田間活動(dòng)踩踏和刺激稻樁,抑制頭季稻后期無效分蘗的發(fā)生,建立緊湊株型、減少無效分蘗養(yǎng)分消耗有關(guān),該模式延緩了頭季稻后期葉片、莖鞘物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn),維持葉片較高的葉綠素含量,保持植株光合能力,實(shí)現(xiàn)穗大粒多結(jié)實(shí)率高,從而形成高產(chǎn),這與已有的研究一致[10,15];再生稻豐產(chǎn)潛力的發(fā)揮與頭季稻植株農(nóng)藝性狀密切相關(guān),健壯的植株是再生季有較高再生率的生理基礎(chǔ)。本研究中,通過稻鴨共育可顯著降低頭季植株高度和重心高度、增加基部節(jié)間粗度、縮短基部節(jié)間長度、提升基部節(jié)間抗折力,頭季稻植株農(nóng)藝性狀明顯優(yōu)化,再生季的產(chǎn)量構(gòu)成表明,再生稻雙季稻鴨共育可提升頭季再生力,再生季葉片、莖鞘干物質(zhì)轉(zhuǎn)化率顯著提升,表現(xiàn)為再生季有效穗、穗粒數(shù)、結(jié)實(shí)率及千粒質(zhì)量均顯著增加,從而實(shí)現(xiàn)豐產(chǎn)。

3.2 “兩稻三鴨”模式對(duì)再生稻雙季稻米品質(zhì)影響

稻米品質(zhì)的形成受遺傳和生態(tài)環(huán)境調(diào)控雙重影響[16-17],其中整精米率是加工品質(zhì)的主要指標(biāo)內(nèi)容,直鏈淀粉含量、堿消值、膠稠度及蛋白質(zhì)含量是衡量稻米口感的重要指標(biāo),堊白度、堊白粒率是影響稻米外觀品質(zhì)的重要指標(biāo)。在本研究中,與稻稻閑模式相比,稻鴨共育主要影響再生季稻米的食味品質(zhì)和外觀品質(zhì),表現(xiàn)為稻鴨共育模式下再生季稻米的膠稠度提高、直連淀粉含量降低,堿消值稍有變差(堿消值6.5＞5.0,仍屬一級(jí)米范圍),處理間差異顯著,食味品質(zhì)顯著提升;稻鴨共育模式下再生季稻米堊白粒率顯著降低,透明度及堊白度上升,但透明度仍可達(dá)到二級(jí)米、堊白度達(dá)到一級(jí)米的指標(biāo)。

3.3 “兩稻三鴨”模式對(duì)土壤肥力影響

種植模式是引起土壤理化性質(zhì)改變的一個(gè)重要因素[18]。本研究中,與稻稻閑模式相比,稻鴨共育模式促進(jìn)土壤速效養(yǎng)分釋放,表現(xiàn)為土壤全氮、全磷含量分別下降15.1%和81.8%,而水解氮及有效磷含量顯著增加,分別增加19.5%和37.4%,速效鉀稍有上升,與前人研究結(jié)果一致[13-14,19-20],但本研究中土壤全量氮磷下降幅度及速效氮磷增加幅度要明顯高于前人的結(jié)果,應(yīng)與傳統(tǒng)稻鴨共育多為一季稻模式,鴨子田間活動(dòng)為60 d左右,而本研究中“兩稻三鴨”模式下鴨子田間活動(dòng)時(shí)間長達(dá)220 d以上,共育過程中通過鴨子長期田間覓食、踩踏、翻動(dòng)土壤等活動(dòng)改善土壤的通氣狀況,加速田間雜草、秸稈等腐解釋放養(yǎng)分(圖3),鴨子排泄物富含微生物和速效養(yǎng)分[21],促進(jìn)土壤微生物的活動(dòng),從而加速土壤養(yǎng)分的活化進(jìn)而提高土壤有效養(yǎng)分含量有關(guān)。

鴨子糞便偏堿性,據(jù)測(cè)算1只鴨子日平均產(chǎn)鮮糞0.14 kg,每667 m2稻田圍養(yǎng)鴨子15只,在一季水稻田中生活60 d,可排鮮糞126 kg[21],從而引起土壤p H變化。本研究中,“兩稻三鴨”模式下鴨子在田間活動(dòng)時(shí)間長(220 d以上),土壤的p H由4.69上升到5.06,對(duì)改善土壤酸堿度具有積極作用。有研究顯示,一季稻鴨共作(60 d左右)會(huì)降低土壤p H[13],可能與不同水稻種植模式下田間肥水管理不同、稻草還田量差異、稻鴨共作時(shí)間不同及取樣時(shí)期差異有關(guān)。本研究也將持續(xù)對(duì)“兩稻三鴨”模式下土壤p H年際變化進(jìn)行研究。

3.4 “兩稻三鴨”對(duì)病蟲草害防控效應(yīng)

稻鴨共育對(duì)水稻病蟲草害有明顯的抑制作用[22]。本研究結(jié)果顯示,與稻稻閑模式相比,“兩稻三鴨”模式下頭季稻田間紋枯病發(fā)病率降低84.4%,應(yīng)與鴨子的田間活動(dòng)加速基部枯黃葉脫落,改善水稻群體下部通風(fēng)透光,從而減輕紋枯病的發(fā)生有關(guān);鴨子的雜食性對(duì)田間福壽螺和雜草控制效果非常顯著,“兩稻三鴨”模式下,田間福壽螺及螺卵塊分別減少87.6%和65.3%,再生稻當(dāng)季雜草及來年春耕前田間雜草分別降低74.5%和53.6%,尤其是成年越冬雜草數(shù)量顯著降低,表現(xiàn)為養(yǎng)鴨區(qū)雜草鮮干比較冬閑區(qū)降低15.9%。這一結(jié)果表明,“兩稻三鴨”模式下冬季田間共育1～2批鴨子,通過鴨子田間活動(dòng)取食草籽抑制次年早春雜草萌發(fā)效果顯著。

4 結(jié)論

優(yōu)化傳統(tǒng)稻鴨共育模式為“兩稻三鴨”模式,增加冬閑田-鴨共育,一方面可以優(yōu)化水稻農(nóng)藝性狀,提升再生稻產(chǎn)量和品質(zhì),同時(shí)由于鴨子田間活動(dòng)時(shí)間的延長(周年共育220 d以上),可明顯改善土壤理化性狀,有利于培肥地力,改善酸化;另一方面“兩稻三鴨”模式對(duì)田間有害生物具有顯著的防控效果,減少田間紋枯病和福壽螺危害,鴨子冬閑田間活動(dòng)也加速當(dāng)年秸稈腐解,減少田間雜草、稻樁等害蟲越冬場(chǎng)所的殘留,對(duì)抑制次年雜草及蟲口基數(shù)均具有積極的作用,“兩稻三鴨”模式可作為南方雙季稻區(qū)綠色生產(chǎn)、實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的一種重要模式。