基于稻蟹綜合種養(yǎng)的半干旱區(qū)水田水分管理模式對比研究

司昌亮 尚學靈 王旭立 于海榮

(吉林省水利科學研究院，吉林 長春 130022)

引言

隨著農(nóng)業(yè)種植結(jié)構(gòu)的變化，在北方水稻種植區(qū)稻蟹共生田的面積在逐年增加[1]。稻田綜合種養(yǎng)[2-7]是一種傳統(tǒng)的將植物種植和動物養(yǎng)殖相結(jié)合的復合系統(tǒng)[8]，在同一塊稻田同一個生長季節(jié)里，既種植水稻又養(yǎng)殖河蟹的一種生產(chǎn)方式[9]。該種植模式充分利用稻蟹之間的互利共生關(guān)系,利用河蟹在稻田覓食活動,翻動土壤，破壞水草幼苗，滅殺害蟲幼體,減少農(nóng)藥和除草劑使用[10]；同時，稻蟹共生[11,12]可以改善稻田水生態(tài)環(huán)境、增加土壤有效養(yǎng)分、促進水稻的生長發(fā)育，對提高資源利用率、改善種植結(jié)構(gòu)、增加農(nóng)民收入等起到了積極的作用[13]。實現(xiàn)生態(tài)大米和優(yōu)質(zhì)蟹苗雙豐收，具有顯著的經(jīng)濟效益、社會效益和生態(tài)效益[14]。而水分管理模式則是稻蟹綜合種養(yǎng)的核心技術(shù)，直接影響著稻蟹田的經(jīng)濟、社會、生態(tài)效益。因此，圍繞吉林省半干旱區(qū)的自然與社會條件，系統(tǒng)深入地開展稻蟹田水分管理模式研究，在提高單位面積稻蟹田的經(jīng)濟效益的同時，較大幅度地提高灌溉水生產(chǎn)率，進一步提升吉林省稻蟹綜合種養(yǎng)的科技含量，對實現(xiàn)吉林省農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的可持續(xù)發(fā)展具有十分重要的意義。

本文以稻蟹綜合種養(yǎng)技術(shù)為研究對象，根據(jù)水稻品種的生物學特性、土壤質(zhì)地與肥力、稻蟹田的氣象特征等，開展不同水分管理模式對比試驗，以節(jié)水和高產(chǎn)為目標，探索建立適合于稻蟹綜合種養(yǎng)技術(shù)模式的水分管理模式，以期為稻蟹綜合種養(yǎng)技術(shù)在吉林省半干旱區(qū)的進一步推廣提供理論基礎(chǔ)。

1 材料與方法

1.1 試驗區(qū)概況

本試驗的田間試驗資料來自于2016—2018年白城市到保鎮(zhèn)到保村水田試驗區(qū)的稻蟹綜合種養(yǎng)試驗。

水田試驗區(qū)位于吉林省的西北部，洮兒河流域，處于中緯度歐亞大陸東緣，屬中溫帶大陸性季風氣候，受大氣環(huán)流的影響，在冷暖氣團交替控制下，四季氣候變化明顯，春季干燥多風少雨，夏季短暫、炎熱多雨，秋季涼爽干燥，冬季嚴寒漫長，春秋兩季短促。多年平均降水量為415.4mm。降水量年內(nèi)分配不均，主要集中在6—9月，占全年降水總量84.1%。多年平均氣溫4.6℃，1月平均氣溫-17.1℃，7月平均氣溫23.2℃。常年風向以西風為主，平均風速33.7m·s-1，最大風速大40m·s-1。多年平均無霜期為157d左右，初霜最早出現(xiàn)在9月7日，最晚在10月14日，終霜最晚在5月16日。多年平均水面蒸發(fā)量為1836.2mm(20mm口徑蒸發(fā)皿)。多年平均日照時數(shù)為2924.5h。

1.2 方案設(shè)計

1.2.1 水分管理模式設(shè)計

根據(jù)項目的研究內(nèi)容，本試驗設(shè)3種水分管理模式，即常規(guī)灌溉(水層上限5cm)、淺水淹灌10cm、淺水淹灌15cm，并以附近農(nóng)戶稻蟹田為參照進行對比分析。3種水分管理模式均采取對雨水充分利用策略。

1.2.1.1 常規(guī)灌溉

傳統(tǒng)上多采用有水層的淹水格田灌溉方式，其灌溉技術(shù)主要采用“淺深淺結(jié)合曬田”的方式。即水稻返青及分蘗前期淺灌，分蘗末期至拔節(jié)初期落干曬田，孕穗至抽穗開花期是水稻的需水高峰，耗水量大，加深水層，灌漿乳熟期耗水量下降，淺灌。黃熟后，田面保持濕潤或干干濕濕，以利收割。

1.2.1.2 淺水淹灌

通過合理的灌溉排水，使水稻各主要生育階段，保證田面無環(huán)溝處保持10～15cm淺水層，全生育期內(nèi)不曬田。在試驗過程中，養(yǎng)殖水的水溫超過35℃時，水深加高5cm。

1.2.1.3 農(nóng)戶稻蟹田

始終保持10cm以上水層，全生育期內(nèi)不曬田。

1.2.2 水稻與河蟹品種選擇

試驗水稻品種選用當?shù)刂魍频男×A稻香，4月18日播種育秧，5月23日移栽，10月7日收割，水稻本田期137d。水稻種植按照“大壟雙行”的栽培模式，寬行40cm，窄行20cm，穴距16cm，邊行加密，環(huán)溝與圍隔間平臺加密種植。

試驗蟹種為盤山縣河蟹技術(shù)研究所提供的遼河水系中華絨鰲蟹蟹種，平均規(guī)格為7.2g/只，放養(yǎng)密度為500～650只·667m-2，6月16日(水稻分蘗期)放仔蟹，收蟹時間為10月1日，河蟹與水稻的共生108d左右。

1.2.3 試驗設(shè)計

試驗設(shè)6種處理，每種處理3次重復，即18個試驗小區(qū)，每個小區(qū)面積為(40×20)m2。在各小區(qū)排列時從有利于消減土壤差異帶來的誤差的原則出發(fā)，各試驗小區(qū)相鄰，隨機排列，灌排水口均安裝計量設(shè)施，單灌單排。

稻蟹田與稻田均插秧前按900kg·hm-2標準施稻蟹田專用肥作為稻田土壤基肥，插秧后14d追施1次葉面肥，追肥2次：分蘗肥和穗肥；在水稻生長期間，均不使用除草劑和殺蟲劑，大型雜草人工拔除，害蟲采用性引誘劑誘殺為主；常規(guī)灌溉正常曬田，淺水淹灌全生育期內(nèi)不曬田；其他田間管理措施則與常規(guī)水稻種植管理方法相同。

水稻和河蟹的產(chǎn)量與價格采用3a試驗數(shù)據(jù)的平均值，以減少試驗誤差。利用WPS 2021和SPSS數(shù)據(jù)分析軟件進行分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同水分管理模式對水稻產(chǎn)量的影響

試驗處理分為稻田(A1Ii)、稻蟹田(A2Ii)和農(nóng)戶稻蟹田(對照)(CK)。

由表1可知，稻田中處理Ⅰ的產(chǎn)量與農(nóng)戶稻蟹田(對照)(CK)的產(chǎn)量大致相同，且沒有顯著性差異。

表1 不同水分管理模式下水稻產(chǎn)量統(tǒng)計表

同一養(yǎng)蟹方式內(nèi)，隨著水分管理水層厚度的增加，產(chǎn)量均呈遞減趨勢。其中，稻田內(nèi)處理Ⅰ和處理Ⅱ、處理Ⅱ和處理Ⅲ沒有顯著性差異，但處理Ⅰ和處理Ⅲ存在顯著性差異(P<0.05)，以稻田處理Ⅰ相比，處理Ⅱ、處理Ⅲ分別減產(chǎn)1.06%、2.02%；稻蟹田內(nèi)處理Ⅳ和處理Ⅴ沒有顯著性差異，均和處理Ⅵ存在顯著性差異(P<0.05)，與稻蟹田處理Ⅳ相比，處理Ⅴ、處理Ⅵ分別減產(chǎn)0.40%、1.85%。

不同養(yǎng)蟹方式間，相同的水分管理模式下稻蟹田內(nèi)的水稻產(chǎn)量明顯高于稻田，且顯著性高于稻田(P<0.05)。以農(nóng)戶稻蟹田(對照)(CK)為參照，處理Ⅰ至處理Ⅵ增(減)產(chǎn)分別為0.01%、-1.06%、-2.02%、1.79%、1.38%、-0.10%，處理Ⅳ增產(chǎn)幅度最大，為1.79%，處理Ⅴ次之。因此，從產(chǎn)量和顯著性角度分析，養(yǎng)蟹田處理Ⅳ的增產(chǎn)幅度最大，處理Ⅴ次之。

2.2 不同水分管理模式對河蟹產(chǎn)量的影響

由表2可知，各處理中幼蟹放養(yǎng)數(shù)量均為9000只·hm-2左右，幼蟹的平均成活率一般隨水層厚度的增加而提高，處理Ⅵ成活率最高為68.17%，處理Ⅴ67.83%次之，僅相差0.34%。然而，稻蟹田處理Ⅴ的水層厚度小于農(nóng)戶稻蟹田(對照)(CK)的水層厚度，但成活率更高，這可能與試驗區(qū)餌料營養(yǎng)供應相對適宜、田間管護等農(nóng)技農(nóng)藝措施控制相對嚴格有關(guān)。

表2 不同水分管理模式下河蟹產(chǎn)量統(tǒng)計表

不同水分管理模式下，與處理Ⅴ的河蟹最終產(chǎn)量相比，處理Ⅵ沒有顯著性差異，但與CK、處理Ⅳ存在顯著性差異(P<0.05)。

河蟹產(chǎn)量方面，與農(nóng)戶稻蟹田(對照)(CK)相比,稻蟹田處理Ⅳ減產(chǎn)10.10%，處理Ⅴ和處理Ⅵ分別增產(chǎn)8.62%、9.91%，隨著水層厚度的變化，河蟹產(chǎn)量呈先減小后增加、并趨于穩(wěn)定的趨勢變化。因此，從河蟹成活率和產(chǎn)量角度分析，養(yǎng)蟹田處理Ⅵ較為適合稻蟹綜合種養(yǎng)技術(shù)模式，處理Ⅴ次之。

2.3 不同水分管理模式下綜合經(jīng)濟效益對比分析

經(jīng)濟效益是驅(qū)動稻蟹共生的主要動力，獲得最大經(jīng)濟效益是確定試驗的主要目的之一[15]。

稻蟹綜合種養(yǎng)技術(shù)模式主要經(jīng)濟支出包括稻種、化肥、蟹苗、飼料、人工管理和田間設(shè)施建設(shè)等費用，主要經(jīng)濟收入包括稻谷、幼蟹。稻田養(yǎng)蟹由于不施(少施)農(nóng)藥，減少生產(chǎn)費用支出；使稻米品質(zhì)和口感明顯提高，其食用價值和經(jīng)濟價值均較普通稻米高，提高水稻價值。

由表3可知，稻蟹田凈收益較稻田增加44%～67%。同一養(yǎng)蟹方式下，在稻田種植中，隨著水分管理水層厚度的增加，凈收益減少，收益率降低，是因為水稻產(chǎn)量隨著水層厚度的增加而減少。與處理Ⅰ相比，處理Ⅱ、處理Ⅲ收益率分別降低3.22%、5.73%。

表3 不同水分管理模式下稻蟹經(jīng)濟效益統(tǒng)計表

在稻蟹田中，隨著水分管理淹灌水層厚度的增加，凈收益由處理Ⅳ的25915.46元·km-2上漲到處理Ⅴ的28538.01元·km-2，后降到處理Ⅵ的28160.32元·km-2，呈先增加后減少的單峰式趨勢變化。原因是隨著淹灌水層厚度的增加，水稻產(chǎn)量初期雖有降低但河蟹產(chǎn)量增加，且河蟹增收收益大于水稻減產(chǎn)損失，故從處理Ⅳ到處理Ⅴ凈收益增加。但隨著水層厚度的逐漸加深，水稻減產(chǎn)加劇，減產(chǎn)損失擴大，河蟹增收收益雖有所增加但已趨于穩(wěn)定，故凈收益總體上開始呈現(xiàn)下滑態(tài)勢。

與農(nóng)戶稻蟹田(對照)(CK)相比,稻蟹田處理Ⅳ收益率降低2.51%，處理Ⅴ和處理Ⅵ收益率分別提高7.36%、5.94%。故同一養(yǎng)蟹方式下，處理Ⅴ收益率較高。

不同養(yǎng)蟹方式下，與稻田相比，稻蟹田處理Ⅳ(對應處理Ⅰ)、處理Ⅴ(對應處理Ⅱ)、處理Ⅵ(對應處理Ⅲ)的收益率分別提高44.41%、64.32%、66.46%，收益率均顯著提高，且處理Ⅳ至處理Ⅴ提高效果顯著，處理Ⅴ至處理Ⅵ則趨于平緩、穩(wěn)定。

因此，從收益率角度分析，養(yǎng)蟹田處理Ⅴ綜合收益率較好。

2.4 不同水分管理模式下灌溉水量及灌溉水分生產(chǎn)率分析

灌溉水生產(chǎn)效率是指單位灌溉水量的水稻產(chǎn)量(或河蟹產(chǎn)量)。

由表4可知，灌溉水量從多到少依次為CK>處理Ⅵ>處理Ⅲ>處理Ⅴ>處理Ⅱ>處理Ⅳ>處理Ⅰ。農(nóng)戶稻蟹田(對照)(CK)因管理較為粗放，水分管理模式缺失，導致灌溉水量偏大；同等水層厚度條件下，稻蟹田因長期建立水層，不進行曬田，灌溉水量均大于稻田(相對水層厚度)。

表4 不同水分管理模式下灌溉水生產(chǎn)率分析表

以農(nóng)戶稻蟹田(對照)(CK)為參照，處理Ⅰ～Ⅵ的田間節(jié)水率分別22.22%、17.49%、9.22%、21.02%、15.06%、4.62%，處理Ⅰ的田間節(jié)水效果最好，且稻田在相對水層厚度下比稻蟹田節(jié)水率高。

灌溉水生產(chǎn)效率從大到小依次為處理Ⅳ>處理Ⅴ>處理Ⅰ>處理Ⅱ>處理Ⅵ>CK>處理Ⅲ，處理Ⅳ的灌溉水生產(chǎn)率1.42kg·m-3效果最好，處理Ⅴ次之，處理Ⅰ與處理Ⅴ僅相差0.01kg·m-3。

以農(nóng)戶稻蟹田(對照)(CK)為參照，處理Ⅰ～Ⅵ灌溉水生產(chǎn)率(降低)提高分別18.32%、10.35%、-0.67%、27.69%、20.03%、5.58%，其中處理Ⅲ為降低，其他處理均為提高，而處理Ⅳ提高幅度最大，達到27.69%，處理Ⅴ次之。

因此，從田間節(jié)水角度分析，相對CK而言，處理Ⅰ的節(jié)水效果最好，處理Ⅳ次之；從灌溉水生產(chǎn)率角度分析，處理Ⅳ提高幅度最大，處理Ⅴ次之。

3 稻蟹田水分管理模式確定與淺析

3.1 稻蟹田水分管理模式確定

經(jīng)查閱文獻可知，國內(nèi)已有部分省份進行了稻蟹綜合種養(yǎng)(稻蟹共生)的相關(guān)研究，如黑龍江、遼寧、山東等地，并建立了稻蟹綜合種養(yǎng)體系。但針對吉林省尤其半干旱地區(qū)的稻蟹綜合種養(yǎng)的研究幾近空白。

本文重點針對吉林省半干旱氣候區(qū)，開展不同水分管理模式對比試驗，以節(jié)水和高產(chǎn)為目標，通過觀察稻、蟹的生長狀況，從水稻產(chǎn)量和顯著性、河蟹成活率和產(chǎn)量、收益率和灌溉水生產(chǎn)效率等角度綜合分析得出，處理Ⅴ(淺水淹灌10cm)的各項指標均表現(xiàn)良好，較為適合稻蟹綜合種養(yǎng)技術(shù)應用。與農(nóng)戶稻蟹田相比，該處理的應用可使水稻增產(chǎn)率為1.38%、河蟹增產(chǎn)8.62%、收益率提高7.36%、田間節(jié)水率15.06%、灌溉水生產(chǎn)效率提高20.03%。

淺水淹灌10cm的水分管理模式：通過合理的灌溉排水，使水稻的各生育階段均保證田面無環(huán)溝處保持10cm左右的淺水層，全生育期內(nèi)不曬田。在試驗過程中，養(yǎng)殖水的水溫超過35℃時，水深加高5cm。

3.2 稻蟹綜合種養(yǎng)增產(chǎn)的原理淺析

在人工構(gòu)建的稻蟹共生生態(tài)系統(tǒng)中，河蟹作為參與稻田環(huán)境的重要角色，可起到滅蟲、疏松土壤、施肥等作用。河蟹攝入大量餌料后，經(jīng)過消化吸收轉(zhuǎn)化為代謝產(chǎn)物氨氮和排泄產(chǎn)物糞便，產(chǎn)物進入水體，水體中的氨氮可直接被水稻吸收利用，糞便則通過微生物分解代謝轉(zhuǎn)化為可以被水稻吸收利用的氮磷，提供一定的有機肥料，從而使水稻長勢更加良好，促進水稻的有效分蘗，構(gòu)成了水稻增產(chǎn)的肥力基礎(chǔ)。同時，因稻蟹田不施(少施)農(nóng)藥，也提高了水稻的品質(zhì)。

4 結(jié)論

不同養(yǎng)蟹方式間，相同的水分管理模式下稻蟹田內(nèi)的水稻產(chǎn)量明顯高于稻田，且顯著性高于稻田(P<0.05)。以農(nóng)戶稻蟹田(對照)(CK)為參照，稻蟹田處理Ⅳ(淺水淹灌5cm)的水分管理模式下水稻增產(chǎn)幅度最大，為1.79%，處理Ⅴ次之，為1.38。

與農(nóng)戶稻蟹田(對照)(CK)相比,稻蟹田處理Ⅳ(淺水淹灌5cm)的水分管理模式下河蟹減產(chǎn)10.10%，處理Ⅴ(淺水淹灌10cm)和處理Ⅵ(淺水淹灌15cm)的河蟹分別增產(chǎn)8.62%、9.91%，隨著水層厚度的變化，河蟹產(chǎn)量呈先減小后增加,并趨于穩(wěn)定的趨勢變化。

與農(nóng)戶稻蟹田(對照)(CK)相比,稻蟹田處理Ⅳ(淺水淹灌5cm)的水分管理模式下收益率降低2.51%，處理Ⅴ(淺水淹灌10cm)和處理Ⅵ(淺水淹灌15cm)的收益率分別提高7.36%、5.94%，即淺水淹灌10cm收益率最高。

以農(nóng)戶稻蟹田(對照)(CK)為參照,稻蟹田處理Ⅳ(淺水淹灌5cm)的水分管理模式下灌溉水生產(chǎn)率提高幅度最大，達到27.69%，處理Ⅴ次之，為20.03%。

從水稻產(chǎn)量和顯著性、河蟹成活率和產(chǎn)量、收益率和灌溉水生產(chǎn)效率等角度綜合分析得出，處理Ⅴ(淺水淹灌10cm)的各項指標均表現(xiàn)良好，較為適合吉林省半干旱區(qū)稻蟹綜合種養(yǎng)技術(shù)應用。與農(nóng)戶稻蟹田相比，該處理的應用可使水稻增產(chǎn)率為1.38%、河蟹增產(chǎn)8.62%、收益率提高7.36%、田間節(jié)水率15.06%、灌溉水生產(chǎn)效率提高20.03%。

本文僅運用3a試驗結(jié)果分析，雖試驗結(jié)果與現(xiàn)有文獻相協(xié)調(diào)，但亦受試驗管理措施、水文年、土壤肥力、灌溉條件及方式等因素影響，影響計算精度。故將開展多年試驗，反復驗證及試算，以提高淺水淹灌10cm水分管理模式在吉林省半干旱區(qū)稻蟹綜合種養(yǎng)區(qū)的準確性、適應性和代表性。