稻田綜合種養(yǎng)對長江中下游地區(qū)水稻產(chǎn)量和稻米品質(zhì)影響的文獻(xiàn)研究

彭翔 戴林秀 李京詠 顏宇璐 徐崢 徐強 竇志 高輝

（江蘇省作物栽培生理重點實驗室/江蘇省作物遺傳生理重點實驗室/江蘇省糧食作物現(xiàn)代產(chǎn)業(yè)技術(shù)協(xié)同創(chuàng)新中心/ 揚州大學(xué)農(nóng)學(xué)院/揚州大學(xué)水稻產(chǎn)業(yè)工程技術(shù)研究院，江蘇 揚州 225009；第一作者：940022694@qq.com；*通訊作者：qiangxu@yzu.edu.cn）

水稻是我國的主要糧食作物之一，總產(chǎn)約占世界總量的30%，居世界第一[1]。近年來，隨著人民生活水平的提高，人們對糧食的需求已經(jīng)從“吃飽”向“吃好”轉(zhuǎn)變。然而，傳統(tǒng)水稻生產(chǎn)過分依賴化肥和農(nóng)藥，長期過量施用所帶來的資源浪費、土壤退化、農(nóng)產(chǎn)品品質(zhì)下降、大氣和水體污染等問題日益突出[2]。因此，發(fā)展高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)和環(huán)境效益友好的水稻種植模式對增加農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)量、改善品質(zhì)、保障國家糧食安全以及農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展具有重要意義。

稻田綜合種養(yǎng)是一種利用稻田濕地資源在同一塊稻田里既種植水稻又養(yǎng)殖水生經(jīng)濟(jì)動物（魚、蝦、蟹和鱉等）的生態(tài)循環(huán)農(nóng)業(yè)發(fā)展模式[3]，廣泛分布于亞洲一些國家和地區(qū)[4-5]。近年來，稻田綜合種養(yǎng)發(fā)展迅猛，2020 年我國稻田綜合種養(yǎng)面積已達(dá)226.67 萬hm2，約占水稻種植總面積的7%[6]。稻田綜合種養(yǎng)對農(nóng)藥化肥依賴小，基本可以實現(xiàn)不打藥，依靠食物鏈中生物間的捕食關(guān)系實現(xiàn)田間蟲害的防治，保持田間生態(tài)穩(wěn)定和平衡。稻田綜合種養(yǎng)模式主要為稻蝦（占比47.70%）、稻魚（41.40%）和稻蟹共作（5.94%），稻鱉、稻蛙、稻螺和稻鰍等其他數(shù)十種模式總占比不足5%[7]。由于各地區(qū)氣候條件、土壤類型等存在差異，且稻田綜合種養(yǎng)模式眾多、水產(chǎn)動物的養(yǎng)殖密度、棲息地占田塊比例大小不同，使得稻田綜合種養(yǎng)對水稻產(chǎn)量及稻米品質(zhì)的影響不盡相同[8-11]。已有研究結(jié)果間的分歧為稻田綜合種養(yǎng)的進(jìn)一步推廣應(yīng)用帶來了不確定性。目前，稻田綜合種養(yǎng)對區(qū)域上水稻產(chǎn)量和稻米品質(zhì)的作用效果還缺乏定量化的文獻(xiàn)研究。

長江中下游是中國稻田綜合種養(yǎng)主要分布區(qū)，約有稻田綜合種養(yǎng)面積78.20 萬hm2。本文以長江中下游地區(qū)的湖北省、湖南省、江西省、安徽省、江蘇省、浙江省、上海市為研究對象，綜述了不同稻田綜合種養(yǎng)模式對水稻產(chǎn)量形成和稻米品質(zhì)的影響，并探討其影響機(jī)理，以期為進(jìn)一步推廣稻田綜合種養(yǎng)、發(fā)展優(yōu)質(zhì)綠色稻米提供參考。

1 數(shù)據(jù)來源與分析方法

1.1 數(shù)據(jù)來源

本研究基于已發(fā)表的文獻(xiàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，從中國知網(wǎng)、百度文庫以及維基百科等文獻(xiàn)數(shù)據(jù)庫，通過設(shè)置“稻田 綜合 種養(yǎng) ”“ 稻蝦”“稻 魚 ”“稻 鴨 ”“ 稻蟹”“稻 漁 共生”“水稻產(chǎn)量”和“稻米品質(zhì)”等關(guān)鍵詞進(jìn)行檢索，并根據(jù)以下條件進(jìn)行文獻(xiàn)篩選：1）綜合種養(yǎng)是在長江中下游地區(qū)農(nóng)田進(jìn)行的（不包括盆栽和室內(nèi)試驗），且研究對象為水稻，但品種不限；2）同一試驗必須同時包括常規(guī)水稻單作處理和稻田綜合種養(yǎng)處理，且有相應(yīng)的水稻產(chǎn)量構(gòu)成或稻米品質(zhì)數(shù)據(jù)。3）每個處理至少有3 次重復(fù)；4）對于每個獨立試驗還需獲取以下相關(guān)信息：試驗點地理位置、試驗時間、供試水稻及養(yǎng)殖動物品種信息等。經(jīng)篩選，符合條件的文獻(xiàn)共計19 篇，有效數(shù)據(jù)155 組。

1.2 數(shù)據(jù)分組與統(tǒng)計分析

本研究要求參與研究的每個試驗都是相互獨立的。因此，假設(shè)每個獨立試驗中的試驗地點、試驗條件、試驗品種及對照組都是獨立的。直接提取文獻(xiàn)中給出的對照組與處理組的樣本數(shù)據(jù)。水稻產(chǎn)量構(gòu)成因素包括有效穗數(shù)、每穗粒數(shù)、結(jié)實率和千粒重；水稻品質(zhì)大致分為外觀品質(zhì)（長寬比、堊白度、堊白粒率）、加工品質(zhì)（糙米率、精米率、整精米率）及營養(yǎng)和蒸煮品質(zhì)（膠稠度、蛋白質(zhì)含量、直鏈淀粉含量）。為比較不同單作與共作處理對水稻產(chǎn)量和品質(zhì)的影響，分別對不同系統(tǒng)水稻產(chǎn)量構(gòu)成和品質(zhì)指標(biāo)進(jìn)行研究。采用Excel 2020軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)計算，采用GraphPad Prism 8 進(jìn)行繪圖和數(shù)據(jù)差異性分析（配對T 檢驗）。

2 結(jié)果與分析

2.1 稻田綜合種養(yǎng)對水稻產(chǎn)量構(gòu)成的影響

從表1 可見，在17 條有關(guān)稻田綜合種養(yǎng)對水稻產(chǎn)量影響的數(shù)據(jù)樣本中，有10 條報道長江中下游地區(qū)稻田綜合種養(yǎng)水稻產(chǎn)量低于水稻單作模式，減產(chǎn)范圍為2.65%～12.20%；有7 條報道稻田綜合種養(yǎng)水稻產(chǎn)量高于水稻單作，增幅為0.35%～12.2%。從產(chǎn)量構(gòu)成因素看，多數(shù)文獻(xiàn)表明，稻田綜合種養(yǎng)水稻的有效穂數(shù)和穗粒數(shù)低于水稻單作，分別低1.59%～7.37%和0.04%～9.30%；僅有5 篇文獻(xiàn)報道稻鴨共作模式水稻穗粒數(shù)比水稻單作模式高1.92%～22.93%。在17 條數(shù)據(jù)樣本中，大多報道稻田綜合種養(yǎng)的水稻結(jié)實率和千粒重比水稻單作高，分別高0.13%～5.33%和0.36%～5.75%；僅有1條報道稻鴨模式的水稻千粒重比水稻單作模式低1.70%?？梢?，稻田綜合種養(yǎng)的水稻有效穂數(shù)和穗粒數(shù)普遍減少，而結(jié)實率和千粒重增加，這保證了稻田綜合種養(yǎng)水稻一定的產(chǎn)量水平，說明其穩(wěn)產(chǎn)效果尚可。

表1 稻田綜合種養(yǎng)對水稻產(chǎn)量及其構(gòu)成的影響

2.2 稻田綜合種養(yǎng)對稻米品質(zhì)的影響

2.2.1 對稻米加工品質(zhì)的影響

總體來看，與水稻單作相比，稻田綜合種養(yǎng)可以極顯著提高稻米的糙米率、精米率和整精米率，平均增幅分別為0.72%、1.19%和2.74%（圖1）。其中，稻蝦和稻鴨共作的糙米率分別比水稻單作增加0.05%和2.77%，但不顯著（圖1 a）；而稻蟹和稻魚共作模式的糙米率顯著（p＜0.05）和極顯著（p＜0.001）高于水稻單作，增幅分別為0.45%和0.13%。稻蝦和稻鴨共作的精米率高于水稻單作，增幅為0.42%和2.82%，但不顯著（圖1 b）；而稻蟹和稻魚共作的精米率分別顯著（p＜0.05）和極顯著（p＜0.001）高于水稻單作，增幅分別為1.62%和0.67%。稻蝦、稻鴨和稻蟹共作的整精米率均高于單作，增幅分別為0.87%、1.4%和1.67%，但不顯著（圖1 c）；而稻魚共作的整精米率極顯著（p＜0.001）高于水稻單作，增幅為6.73%。由此可見，綜合種養(yǎng)可明顯改善長江中下游地區(qū)稻米的加工品質(zhì)。

圖1 不同生產(chǎn)系統(tǒng)稻米加工品質(zhì)比較

2.2.2 對稻米外觀品質(zhì)的影響

外觀品質(zhì)是稻米商品價值的主要體現(xiàn)。由圖2 可知，總體來看，綜合種養(yǎng)稻米的堊白粒率和堊白度極顯著低于水稻單作，降幅分別為13.78%和11.76%。堊白粒率方面，稻蝦和稻鴨共作相比水稻單作分別下降13.06%和4.9%，但差異不顯著；而稻蟹和稻魚共作的降幅分別為5.15%和20.96%。稻魚共作的堊白粒率明顯高于其他共作系統(tǒng)（圖2 a）。堊白度方面，稻蝦和稻魚共作與水稻單作相比分別下降13.92%和20.96%，但差異不顯著；而稻鴨和稻蟹共作的堊白度分別極顯著和顯著低于水稻單作，降幅分別為9.11%和2.51%（圖2 b）。由此可知，綜合種養(yǎng)可顯著改善長江中下游地區(qū)稻米的外觀品質(zhì)。

圖2 不同生產(chǎn)系統(tǒng)稻米外觀品質(zhì)比較

2.2.3 對稻米蒸煮和營養(yǎng)品質(zhì)的影響

蒸煮品質(zhì)指稻米在蒸煮過程中所表現(xiàn)的各種理化特征和感官特性，主要包括直鏈淀粉含量和膠稠度。稻田綜合種養(yǎng)的稻米膠稠度極顯著高于水稻單作，增幅為2.11%（圖3 a）。稻蝦、稻鴨和稻魚共作稻米膠稠度比水稻單作分別增加6.84%、4.92%和0.76%，但不顯著；而稻蟹共作卻顯著（p＜0.05）低于水稻單作，降幅為3.91%。稻田綜合種養(yǎng)的稻米直鏈淀粉含量極顯著低于水稻單作，降幅為3.01%。稻蝦、稻鴨和稻魚共作與水稻單作相比分別下降1.85%、2.78%和7.17%，差異均不顯著；稻蟹共作直鏈淀粉含量極顯著低于水稻單作，下降 1.59%（圖 3 b）。

稻米蛋白質(zhì)是人體理想的植物蛋白，也是稻米重要的營養(yǎng)物質(zhì)。由圖3 c 可知，稻田綜合種養(yǎng)的稻米蛋白質(zhì)含量極顯著低于水稻單作，降幅為6.67%；稻蝦、稻鴨共作與水稻單作相比分別下降6.56%和6.37%，差異顯著；稻蟹和稻魚共作與水稻單作相比分別下降4.60%和8.37%，差異極顯著。綜上，稻田綜合種養(yǎng)在一定程度上可以改善長江中下游地區(qū)稻米蒸煮和食味品質(zhì)，但降低了營養(yǎng)品質(zhì)。

圖3 不同生產(chǎn)系統(tǒng)稻米蒸煮和營養(yǎng)品質(zhì)比較

3 討論

3.1 稻田綜合種養(yǎng)對水稻產(chǎn)量構(gòu)成的影響

本研究綜述了長江中下游地區(qū)稻田綜合種養(yǎng)對水稻產(chǎn)量形成的影響，研究發(fā)現(xiàn)，在17 條數(shù)據(jù)中有7 條報道稻田綜合種養(yǎng)水稻產(chǎn)量比水稻單作高0.3%～12.4%，另外10 條報道稻田綜合種養(yǎng)水稻產(chǎn)量比水稻單作低2.7%～12.2%。增產(chǎn)的主要原因是：1）稻田綜合種養(yǎng)可以明顯改善田間小氣候和通風(fēng)透光性，并且水產(chǎn)（禽）動物在田間活動能提高水稻根系活力，尤其在生育后期，水稻群體根系的總吸收表面積和吸收活躍表面積的數(shù)量增加，這對籽粒的形成起到重要作用[20]；2）水產(chǎn)（禽）動物對稻飛虱、稻縱卷葉螟等害蟲以及雜草的控制作用尤為顯著，同時對水稻紋枯病也有較好的控制作用，有效減少田間病蟲草害發(fā)生，進(jìn)而提高水稻產(chǎn)量[21]；3）稻田綜合種養(yǎng)能提高水稻中后期葉片的葉綠素含量，有利于籽粒的灌漿和充實[22]，從而提高結(jié)實率和千粒重；4）水產(chǎn)（禽）動物飼養(yǎng)過程中殘余的飼料、糞便還田以及生長期蛻殼經(jīng)礦化分解（如蝦、蟹等），使稻田土壤肥力有較大提高，這樣滿足了籽粒灌漿時養(yǎng)分的需求和物質(zhì)的高效轉(zhuǎn)運，促進(jìn)了水稻的每穗粒數(shù)、結(jié)實率和千粒重的增加[23-24]。而導(dǎo)致長江中下游地區(qū)稻田綜合種養(yǎng)水稻減產(chǎn)的主要原因是：1）由于其水分管理不同于傳統(tǒng)水旱輪作，長期的淹水、少擱田或是不擱田雖利于水產(chǎn)（禽）養(yǎng)殖，但是不利于水稻生長發(fā)育，致使水稻成熟期穗數(shù)減少、穗型減??；2）稻田綜合種養(yǎng)中過度開墾的環(huán)溝會擠占部分水稻種植面積，直接導(dǎo)致水稻減產(chǎn)[25-26]；3）長期淹水導(dǎo)致田間濕度較大，稻曲病高發(fā)，致使水稻產(chǎn)量降低。然而，本研究文獻(xiàn)綜述結(jié)果表明多數(shù)稻田綜合種養(yǎng)水稻產(chǎn)量超過7.5 t/hm2，符合稻漁綜合種養(yǎng)技術(shù)規(guī)范對平原地區(qū)水稻產(chǎn)量的要求[27]，說明合理的稻田綜合種養(yǎng)模式是可以保證水稻穩(wěn)產(chǎn)的。

3.2 稻田綜合種養(yǎng)對稻米品質(zhì)的影響

溫度是影響稻米品質(zhì)最顯著的因子之一，特別是在灌漿結(jié)實期，過高或過低均不利于優(yōu)質(zhì)米的形成[28]。稻田綜合種養(yǎng)通常選用高稈莖粗抗倒的優(yōu)質(zhì)水稻品種，這種株型結(jié)構(gòu)在水稻生長中后期，有利于群體的遮陰降溫，同時也利于魚、蝦等生長。這種田間小氣候的改善有利于水稻生長和稻米優(yōu)良品質(zhì)的形成。本研究結(jié)果表明，長江中下游地區(qū)稻田綜合種養(yǎng)可以極顯著提高稻米的糙米率、精米率和整精米率，平均增幅為0.7%～2.7%，稻米堊白粒率和堊白度比水稻單作分別降低了13.8%和11.8%，稻米的加工和外觀品質(zhì)均得到改善。另外，動物糞便增加了土壤錳、鋅、銅、硅等微量元素含量，對整精米率的提高也有一定的促進(jìn)作用[20]。陳燦等[30]研究表明，稻田綜合種養(yǎng)中，由于養(yǎng)殖動物的代謝活動、殘留餌料和糞便還田增加了土壤氮素含量，而通常認(rèn)為稻米的堊白粒率和堊白度與施氮量顯著負(fù)相關(guān)，氮素投入增加將顯著減少稻米的堊白粒率及堊白度。本研究中，相比于水稻單作，稻田綜合種養(yǎng)的稻米膠稠度增加2.1%，直鏈淀粉含量和蛋白質(zhì)含量分別降低3.0%和6.7%，表明稻田綜合種養(yǎng)在一定程度上可以改善長江中下游地區(qū)稻米的蒸煮和食味品質(zhì)。這可能是由于稻田綜合種養(yǎng)中，水稻栽培密度得到優(yōu)化，田間通風(fēng)透光條件得到改善所致。然而，稻田綜合種養(yǎng)降低了稻米蛋白質(zhì)含量，這主要是由于綜合種養(yǎng)較低的氮肥投入所致。而土壤微生物及有機(jī)肥能增加稻米的膠稠度和直鏈淀粉含量，但千粒重的增加會提高稻米色素含量，從而導(dǎo)致直鏈淀粉含量下降，有利于改善稻米蒸煮和食味品質(zhì)[31]。

4 結(jié)論與展望

相比水稻單作，長江中下游地區(qū)稻田綜合種養(yǎng)的水稻穂數(shù)和穗粒數(shù)分別降低1.6%～7.4%和0.0%～9.3%，而水稻結(jié)實率和千粒重分別增加0.1%～5.1%和0.4%～5.4%?？梢?，稻田綜合種養(yǎng)在一定程度上影響了水稻分蘗的發(fā)生，導(dǎo)致有效穗數(shù)偏低，但其結(jié)實率和千粒重的提高保證了一定的產(chǎn)量。然而，仍有59%的樣本量表明稻田綜合種養(yǎng)水稻產(chǎn)量低于水稻單作，這可能主要與深水灌溉、施肥用藥少、溝坑占比過大、土壤基質(zhì)的變化以及地區(qū)差異等因素有關(guān)，這說明稻田綜合種養(yǎng)不能盲目擴(kuò)張，在后續(xù)大面積推廣時，應(yīng)摸索配套技術(shù)、遵循規(guī)范操作，保證水稻穩(wěn)產(chǎn)。此外，與水稻單作相比，稻田綜合種養(yǎng)雖然降低了營養(yǎng)品質(zhì)，但改善了稻米的加工、外觀、蒸煮和食味品質(zhì)。未來，稻田綜合種養(yǎng)的進(jìn)一步提檔升級應(yīng)更加注重田間養(yǎng)分管理和科學(xué)減氮，這不僅有助于綜合種養(yǎng)模式下水稻的高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)，也有利于稻米營養(yǎng)品質(zhì)和食味品質(zhì)之間的平衡。