油-稻輪作及鴨-稻共作等模式對土壤影響的 研究進(jìn)展

李海渤，郭小麗，溫曉彤，江 艷，馮慧敏

（1.韶關(guān)學(xué)院 英東生物與農(nóng)業(yè)學(xué)院/韶關(guān)市油菜新品種選育工程技術(shù)研究中心，廣東 韶關(guān) 512005； 2.臨汾市農(nóng)業(yè)農(nóng)村局，山西 臨汾 041000）

我國是世界上最大的水稻生產(chǎn)國，2020年稻谷產(chǎn)量為2.12億噸［1］. 除水稻單作外，油-稻輪作、鴨-稻共作均是我國傳統(tǒng)水稻生產(chǎn)模式. 油-稻輪作模式可利用水稻冬閑田種植油菜綠肥，與水稻輪作倒茬，可提高土壤肥力和改善土壤理化性質(zhì)、減少病蟲害、提高稻米產(chǎn)量和品質(zhì)［2-5］. 鴨-稻共作模式可追溯到明代洪武年間，當(dāng)時(shí)《渭崖文集》記載這一時(shí)期廣東地區(qū)蟛蜞泛濫而建立的鴨-稻共作、以鴨治蟲模式［6］，經(jīng)過后人的繼承和改良，在我國東北地區(qū)、長江中下游地區(qū)、華南地區(qū)等稻米產(chǎn)區(qū)示范較多［7-10］. 該技術(shù)通過鴨子在稻田間的活動，以鴨活水、捉蟲、鴨糞還田，從而實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)綠色有機(jī)大米. 油-鴨-稻模式在油-稻輪作基礎(chǔ)上，進(jìn)行稻田養(yǎng)鴨，增加了養(yǎng)鴨的收益，其在土壤改良、稻米提質(zhì)增收、增加稻田附加值、資源循環(huán)利用方面更具優(yōu)勢. 該模式下養(yǎng)殖出的鴨子肉質(zhì)鮮美、結(jié)實(shí)，熬出的湯濃稠地道、色香味俱全［11］.

筆者通過綜述油-稻輪作、鴨-稻共作和油-稻-鴨模式對土壤理化性質(zhì)、微生物及酶活性的影響程度，總結(jié)各模式的優(yōu)勢，為水稻的優(yōu)質(zhì)高效種植模式示范提供參考.

1 油-稻輪作對土壤理化性質(zhì)的影響

1.1 油-稻輪作對土壤pH的影響

土壤pH是衡量土壤質(zhì)量的重要指標(biāo)，對土壤微生物活性、礦物質(zhì)和有機(jī)質(zhì)的分解起重要作用. 長期施用化肥或有機(jī)肥缺失，會造成土壤酸化. 楊文葉等發(fā)現(xiàn)油菜綠肥翻壓2年后，pH有一定的降低［12］，也有研究結(jié)果與此一致［13-14］，可能因?yàn)橛筒司G肥還田后，經(jīng)過微生物的分解，影響了土壤pH［2］. 但也有報(bào)道，油-稻輪作土壤pH值高于單稻模式pH值［15］，連續(xù)冬種油菜綠肥8年后稻田土壤的pH比冬閑田要略高［5］.

1.2 油-稻輪作對土壤團(tuán)粒結(jié)構(gòu)的影響

油-稻輪作使得緊結(jié)態(tài)腐殖質(zhì)增加，而腐殖質(zhì)的增加有利于形成土壤的團(tuán)粒結(jié)構(gòu)［16］；通過28年冬季種植綠肥研究發(fā)現(xiàn)，長期冬種油菜綠肥形成了2~5 mm的水穩(wěn)性團(tuán)聚體［17］；與稻-稻-油菜相比，稻-稻休耕顯著減少了2~5 mm的水穩(wěn)性團(tuán)聚體；油-稻輪作模式，種植前土壤0.25~1 mm的微團(tuán)體含量是9.05%，種植后為12.95%，比種植前提高了3.90%［16］. 以上均說明油菜還田后，可以影響土壤團(tuán)粒結(jié)構(gòu)含量.

1.3 油-稻輪作對土壤有機(jī)質(zhì)的影響

冬季種植油菜可以提高稻田土壤的有機(jī)質(zhì)［14］. 油-稻輪作土壤有機(jī)質(zhì)比單稻模式相比可增長0.15%~9.78%［12，16-19］，甚至更高［20］；另外，連續(xù)3年及以上的油-稻輪作土壤有機(jī)質(zhì)比麥-稻輪作高出40.7%［21］. 另據(jù)報(bào)道，甘藍(lán)型油菜油肥1號腐解后，土壤有機(jī)質(zhì)含量顯著高于對照田塊的含量［22］. 此外，通過研究28年冬季種植綠肥發(fā)現(xiàn)，長期冬種油菜綠肥顯著增加了土壤有機(jī)碳含量，稻-稻-油菜、稻-稻-紫云英和稻-稻-黑麥草地塊的有機(jī)碳分別比水稻休閑地高8.0%、4.8%和6.7%，說明稻-稻-油菜處理提升土壤有機(jī)碳的效果更為顯著［17］. 但LI等的研究結(jié)果表明，土壤不穩(wěn)定有機(jī)碳組分僅對上部土壤剖面變化敏感，連續(xù)實(shí)施NT（no-tillage）或NT與作物殘茬覆蓋的短期效應(yīng)只會改善上部土壤剖面的土壤質(zhì)量［5］. 也就是說耕層土壤有機(jī)碳受綠肥還田的影響更為顯著. 綜上，油-稻輪作在增加土壤有機(jī)質(zhì)方面效果較為顯著.

1.4 油-稻輪作對土壤堿解氮的影響

據(jù)報(bào)道，連續(xù)冬種油菜綠肥8年后稻田土壤堿解氮含量高于冬閑田的［5］；與常規(guī)種植模式相比，油菜還田處理土壤堿解氮含量上升［18］. 油菜15.0 t·hm-2還田量處理，后茬水稻土的堿解氮含量比CK（對照組）增加16.1%［23］. 研究發(fā)現(xiàn)，油-稻輪作種植系統(tǒng)，油菜季結(jié)束后，與基礎(chǔ)土樣相比，油菜還田處理土壤堿解氮含量增加17.53%~47.63%［24］，另有報(bào)道，油-稻輪作土壤堿解氮含量較麥-稻輪作高25.1%［20］；而連續(xù)3年及以上的油-稻輪作土壤堿解氮會比麥-稻輪作高72.1%［21］. 劉新紅等研究發(fā)現(xiàn)，甘藍(lán)型油菜油肥1號腐解后，土壤水解性氮含量顯著高于對照田塊的. 因此，油-稻輪作可顯著增加土壤堿解氮的含量［22］.

1.5 油-稻輪作對土壤有效磷的影響

據(jù)報(bào)道，油-稻輪作種植后的土壤有效磷含量升高［15］，翻壓102 d后，無油菜綠肥添加的試驗(yàn)田有效磷含量是48.8 mg·kg-1，而添加油菜綠肥的試驗(yàn)田有效磷含量可達(dá)51.2 mg·kg-1［22］；另據(jù)報(bào)道，油菜 15.0 t·hm-2還田量處理，后茬水稻土的有效磷含量比CK增加55.0%［23］. 即，油-稻輪作也可提高有效磷含量. 但也有研究表明，油菜綠肥翻壓還田后，土壤有效磷會有一定的下降［5，25］.

1.6 油-稻對土壤速效鉀的影響

據(jù)報(bào)道，連續(xù)3年及3年以上油-稻輪作的土壤速效鉀比麥-稻輪作相應(yīng)高出了52.6%［21］；研究發(fā)現(xiàn)，有油菜綠肥的田地土壤速效鉀含量顯著高于無油菜綠肥田塊的［22］. 油菜15.0 t·hm-2還田量處理，后茬水稻土的速效鉀含量比CK增加11.1%［23］. 因此，油-稻輪作可在一定程度上提高土壤速效鉀含量.

1.7 油-稻輪作對土壤微生物的影響

土壤微生物是衡量土壤質(zhì)量的又一指標(biāo)，其功能有分解有機(jī)質(zhì)、幫助合成土壤腐殖質(zhì)和形成土壤團(tuán)聚體、進(jìn)行生物固氮和病蟲害防治等. 研究表明，油-稻輪作方式有利于形成土壤團(tuán)粒結(jié)構(gòu)、增加土壤養(yǎng)分，進(jìn)而提高土壤微生物數(shù)量，改善土壤環(huán)境［13］.油菜15.0 t·hm-2還田土壤微生物碳源綜合代謝活性最強(qiáng)，生物多樣性較高，Shannon指數(shù)及均勻度指數(shù)均高于其他處理，土壤可培養(yǎng)微生物的A/F（放線菌與真菌數(shù)量比）、B/F（細(xì)菌與真菌數(shù)量比）值最高，F(xiàn)/T（真菌占可培養(yǎng)微生物總數(shù)比）值最低，更有利于土壤微生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定［23］. 據(jù)在油菜收獲后測定，根茬土的自生固氮菌、氨化細(xì)菌和亞硝酸細(xì)菌分別比休閑土高3.7倍、24.9倍和2.8倍，尤以氨化細(xì)菌最為明顯［26］. 油菜還田可以提高微生物含量［27］. 據(jù)報(bào)道，油菜還田可有效改善后茬麥田土壤細(xì)菌群落多樣性（大播量晚期還田細(xì)菌多樣性指數(shù)高于CK）及其群落組成（優(yōu)勢菌門為變形菌門、放線菌門、酸桿菌門等）、增加土壤有益菌群落數(shù)量（與土壤碳、氮代謝相關(guān)的細(xì)菌群落增加）［28］，油菜綠肥還為微生物提供了重要的能量和營養(yǎng)來源，激發(fā)土壤微生物數(shù)量的增加.

1.8 油-稻輪作對土壤酶活性的影響

土壤中的酶主要來源于微生物的活動、植物根系分泌物和動植物殘?bào)w腐解過程中釋放的酶，土壤酶對消除土壤中有毒物質(zhì)、促進(jìn)分解有機(jī)質(zhì)和土壤養(yǎng)分供給能力的提高有著重要作用［13］. 微生物的活動可以釋放酶活性，并加速油-稻輪作模式的發(fā)展［27］. 油-稻模式下，土壤的轉(zhuǎn)化酶含量顯著高于單-稻模式［13］. 因此，油-稻輪作可提高稻田土壤酶活性，促進(jìn)土壤養(yǎng)分的提高.

1.9 油-稻輪作對土壤動物的影響

土壤動物（蚯蚓等）是反映土壤質(zhì)量的又一重要指標(biāo). 據(jù)報(bào)道，蚯蚓產(chǎn)量、蚯蚓糞產(chǎn)量與土壤有機(jī)質(zhì)含量顯著正相關(guān)（P＜0.05），與冬季作物（油菜、紫云英）產(chǎn)量均呈極顯著正相關(guān)（P＜0.01）. 油-稻田塊的蚯蚓密度、蚯蚓及蚯蚓糞產(chǎn)量均高于冬閑田塊［29］. 這說明，油-稻輪作有助于增加蚯蚓的數(shù)量.

2 鴨-稻共作對土壤理化性質(zhì)的影響

2.1 鴨-稻共作對土壤pH的影響

鴨-稻共作的優(yōu)勢在于鴨糞可以還田，其腐解后產(chǎn)生的物質(zhì)會影響土壤的酸堿性.鴨-稻共作土壤平均pH為7.19，略低于常規(guī)耕作的7.23，但兩者差異不大［30］；與單稻種植相比，鴨-稻共作的土壤深度 5~15 cm的pH增幅為0.26~0.31［31］. 因此，鴨-稻共作可在一定程度上調(diào)節(jié)土壤pH.

2.2 鴨-稻共作對土壤顆粒組成的影響

鴨-稻共作對土壤顆粒組成有一定的影響. 據(jù)報(bào)道，鴨-稻共作下水稻生育期間土壤中0.2~1 mm的砂粒平均含量高于常規(guī)耕作的12.5%，0.02~0.2 mm黏粒平均含量比常規(guī)耕作高2.3%，小于0.002 mm黏粒含量下降，是常規(guī)耕作的73%［30］；另據(jù)報(bào)道，與常規(guī)耕作相比，鴨-稻共作模式下土壤中大于0.25 mm團(tuán)聚體增加2.65%~3.12%，小于0.001 mm微團(tuán)聚體減少0.75%~1.75%［32］. 因此，鴨-稻共作時(shí)，土壤顆粒組成發(fā)生改變，水穩(wěn)性團(tuán)聚體數(shù)量增多，團(tuán)聚化程度加強(qiáng)，起到了疏松土質(zhì)的作用、改善了土壤結(jié)構(gòu).

2.3 鴨-稻共作對土壤有機(jī)質(zhì)的影響

鴨稻共作有助于土壤有機(jī)質(zhì)含量的增加［32-33］. 鴨-稻共作3季后土壤有機(jī)質(zhì)含量增加了33.7%，比常規(guī)耕作高出12.3%［34］. 另外，種植雙季稻后，水稻品種混作養(yǎng)鴨處理下土壤有機(jī)質(zhì)含量顯著高于其他模式［35］. 因此，鴨-稻共作有助于提升土壤肥力.

2.4 鴨-稻共作對土壤堿解氮的影響

據(jù)報(bào)道，鴨-稻共作土壤堿解氮含量在水稻收獲后達(dá)到了187.45 mg·kg-1，比常規(guī)耕作高了3.68%［33］；鴨-稻共作土壤中堿解氮含量在抽穗期、灌漿期和乳熟期比常規(guī)耕作分別提高了13.74%，15.97%和5.83%［36］. 而鴨-稻共作3季模式下土壤堿解氮增加了50%，共作3季堿解氮含量比常規(guī)耕作高出38.9%［34］；水稻品種混作養(yǎng)鴨處理的土壤堿解氮顯著高于水稻單作模式［35］. 因此，鴨-稻共作可以提高稻田土壤中堿解氮含量.

2.5 鴨-稻共作對土壤有效磷的影響

據(jù)報(bào)道，鴨-稻共作土壤有效磷含量比常規(guī)耕作增加了3.8%~9.7%［32］；并且水稻收獲后土壤有效磷比常規(guī)高5.94%［33］；而鴨-稻共作3季的土壤有效磷增加了200.9%，3季平均含量比常規(guī)高118.9%［34］. 水稻品種混作養(yǎng)鴨處理的土壤有效磷顯著高于水稻單作模式［35］. 所以，鴨-稻共作可以增加土壤有效磷含量.

2.6 鴨-稻共作對土壤速效鉀的影響

據(jù)報(bào)道，鴨-稻共作的水稻收獲后，土壤速效鉀比常規(guī)耕作高5.61%［33］；也有報(bào)道，鴨-稻共作3季的土壤速效鉀增加了57.4%，平均含量比常規(guī)高17.9%［34］；與單稻相比，鴨-稻共作模式的速效鉀增加23.4%~27.3%［31］；而水稻品種混作養(yǎng)鴨處理的土壤速效鉀較水稻單作顯著提高［35］. 因此，鴨-稻共作可以增加土壤中的速效鉀含量.

2.7 鴨-稻共作對土壤微生物的影響

鴨-稻共作土壤中細(xì)菌、放線菌、真菌數(shù)量比常規(guī)耕作分別增加963%、705%、262%［37］；鴨-稻共作土壤氨化細(xì)菌共作3季后的數(shù)量比常規(guī)耕作高每克3 104.38×104個［34］；細(xì)菌、真菌和放線菌在后期比水稻單作分別高130.9%、50.6%、114.2%［38］. 可知，鴨-稻共作可使土壤中的微生物數(shù)量增加.

2.8 鴨-稻共作對土壤酶活性的影響

土壤微生物的增加，再加上鴨糞的腐解，土壤酶活性也會發(fā)生一定的變化. 研究發(fā)現(xiàn)，鴨-稻共作孕穗期時(shí)土壤中過氧化氫酶活性比常規(guī)耕作高0.3 mL·g-1，而在成熟期時(shí)又比常規(guī)耕作低0.05 mL·g-1，多酚氧化平均酶活性比常規(guī)耕作低18.8%［34］；鴨-稻共作土壤過氧化氫酶活性比常規(guī)耕作高20.6%，土壤脲酶活性也顯著增加［38］，磷酸酶、蔗糖酶的活性也顯著高于對照.因此，鴨-稻共作能促進(jìn)或抑制土壤酶活性.

3 油-稻-鴨模式對土壤肥力影響的研究進(jìn)展

目前關(guān)于油-稻-鴨模式的研究報(bào)道較少，關(guān)于其對土壤肥力影響的報(bào)道則更少［40-42］. 據(jù)報(bào)道［40］，通過油-稻-鴨模式實(shí)行綠色生態(tài)農(nóng)業(yè)栽培，可以改善生態(tài)環(huán)境，且畜禽糞便利用率高達(dá)100%. 研究發(fā)現(xiàn)，油-稻-鴨農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)中，氮的盈虧量是118.43 kg·（hm2·年）-1，磷的盈虧量是68.52 kg·（hm2·年）-1，而鉀的 盈虧量則是-23.30 kg·（hm2·年）-1［42］. 可以看出，油-稻-鴨模式下可以提高氮磷含量，增加土壤肥力. 雖然有關(guān)于油-稻-鴨模式報(bào)道較少，但綜合油-稻輪作、鴨-稻共作各自對土壤肥力的貢獻(xiàn)分析，前茬種植油菜、水稻種植過程中養(yǎng)鴨的油-稻-鴨模式應(yīng)更有利于改善稻田土壤理化性質(zhì)， 但具體效果有待進(jìn)一步證明.

4 討論與小結(jié)

4.1 討論

4.1.1 油-稻輪作對土壤理化性質(zhì)的影響

綜上所述，油菜綠肥還田提高了后茬稻田土壤有機(jī)質(zhì)、堿解氮、速效鉀及團(tuán)粒結(jié)構(gòu)的含量，調(diào)節(jié)了土壤pH值及有效磷的含量，有益于土壤微生物、動物數(shù)量和酶活性的提高. 土壤有機(jī)質(zhì)是土壤固相的一個重要組成部分，影響著土壤一系列特性［43］，土壤有機(jī)質(zhì)的增加可以增加土壤團(tuán)聚體的數(shù)量［44］，有助于改善土壤物理結(jié)構(gòu)，為土壤微生物、動物生存提供有利的環(huán)境條件及碳源，因此可以增加土壤微生物和動物的數(shù)量. 土壤微生物生物量碳與有機(jī)碳、全氮、有效氮呈顯著正相關(guān)（P＜0.05）［45］，部分呈極顯著正相關(guān)（P＜ 0.01）［46］，而化肥減量配施有機(jī)肥（40%化肥+60%有機(jī)肥處理）能夠顯著增加土壤有機(jī)質(zhì)含量，并改善土壤微生物群落結(jié)構(gòu)，降低綠彎菌門相對豐度，增加擬桿菌門、子囊菌門和擔(dān)子菌門相對豐度［47］. 蚯蚓能分解有機(jī)質(zhì)、提高土壤肥力，促進(jìn)土壤團(tuán)粒結(jié)構(gòu)的形成，改善土壤物理性質(zhì)［29］，改善土壤結(jié)構(gòu)［48］、活化土壤養(yǎng)分［49］、優(yōu)化土壤微生物群落結(jié)構(gòu)［50］，而高地力水平下的土壤有機(jī)質(zhì)含量較高，有利于蚯蚓種群的增長［51］；油菜還田田塊的蚯蚓數(shù)量也顯著高于空閑田；而油菜根系分泌物及油菜綠肥的腐解，以及蚯蚓的活動及其糞便分解，也在一定程度上調(diào)節(jié)了稻田土壤pH值和酶活性.

油菜綠肥富含氮磷鉀元素，還田后，對土壤氮磷鉀養(yǎng)分有一定的提升效果，但不同研究報(bào)道的有所不同，如前所述的磷素有升、降兩種趨勢. 另有研究發(fā)現(xiàn)，油菜腐解過程中鉀的釋放率顯著高于氮和磷［52-53］，鉀以離子態(tài)存在，易溶于水，釋放最快；氮、磷以難分解的有機(jī)態(tài)為主，物理作用下不易分解，釋放較慢［54］. 同時(shí)土壤養(yǎng)分也影響到微生物的數(shù)量［55］，說明綠肥腐解釋放的磷素有益于微生物的生長.

4.1.2 鴨-稻共作對土壤理化性質(zhì)的影響

稻鴨共作是典型的稻田生態(tài)農(nóng)業(yè)模式之一. 在這種耕作制度下，鴨子可以通過日夜活動對土壤養(yǎng)分產(chǎn)生影響. 據(jù)報(bào)道，鮮鴨糞含有機(jī)質(zhì)豐富，因此，稻田養(yǎng)鴨，不僅能有效減少水稻病蟲草害的發(fā)生，還能通過鴨糞增加土壤肥力［56］. 同時(shí)，稻田鴨能疏松表土，促進(jìn)土壤有機(jī)質(zhì)的礦化分解和養(yǎng)分釋放［57］，促進(jìn)田間氮磷養(yǎng)分的積累. 由于鴨子在田間攪動泥水改善土壤通氣狀況，加速了鉀元素的有效轉(zhuǎn)化［58］，使其土壤速效鉀含量顯著高于其他模式［35］. 土壤有機(jī)質(zhì)的增加和鴨糞的分解，為土壤微生物提供良好的生活環(huán)境，進(jìn)一步增加了土壤微生物數(shù)量，調(diào)節(jié)了酶土壤活性. 這說明，鴨-稻共作模式有助于增加土壤肥力.

4.2 小結(jié)

綜上所述，油-稻輪作、鴨-稻共作，均可通過油菜還田或鴨糞還田不同程度地改善土壤質(zhì)地、提高土壤的有機(jī)質(zhì)、氮磷鉀等，還可以提高土壤中微生物的數(shù)量和酶活性. 而油-稻-鴨模式的報(bào)道較少，但該模式有助于土壤磷的積累.

值得一提的是，油-稻-鴨模式除具有土壤改良效果外，還利用了冬閑田，同時(shí)增加了菜薹銷售收入及養(yǎng)鴨收入，比油-稻輪作、鴨-稻共作模式經(jīng)濟(jì)收益更高. 因此，我國南方地區(qū)可根據(jù)本地區(qū)的實(shí)際情況，在水稻主產(chǎn)區(qū)加大油-稻-鴨農(nóng)業(yè)生產(chǎn)模式的推廣力度，提高冬閑的利用率，增加稻田副收益，美化鄉(xiāng)村環(huán)境.