易芙蓉，楊天嬌，趙宇辰，唐志偉，傅志強(qiáng)

（湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院／南方糧油作物協(xié)同創(chuàng)新中心，長沙410128）

當(dāng)前，我國農(nóng)業(yè)正面臨著資源與環(huán)境約束加劇和農(nóng)民增收難度加大的難題，稻蝦生態(tài)種養(yǎng)高效模式的興起，被譽(yù)為“現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的一次革命”［1］，對(duì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)效益和生態(tài)效益的有機(jī)統(tǒng)一發(fā)揮了積極的作用。統(tǒng)計(jì)顯示，截至2017年年底，全國稻田綜合種養(yǎng)面積已達(dá)到160萬公頃［2］，適宜稻蝦種養(yǎng)模式的稻田面積高達(dá)450萬公頃。稻蝦種養(yǎng)模式面積逐年擴(kuò)大，但國內(nèi)外關(guān)于稻蝦種養(yǎng)模式的研究多集中于對(duì)經(jīng)濟(jì)效益和技術(shù)情況的評(píng)估，而對(duì)稻田土壤耕作層養(yǎng)分變化的研究較少。本文以洞庭湖區(qū)典型稻蝦共作地區(qū)——湖南省南縣為研究對(duì)象，通過實(shí)地調(diào)研采樣與室內(nèi)實(shí)驗(yàn)檢測，研究該模式下土壤耕作層養(yǎng)分的年際變化特征，以揭示稻蝦共作模式土壤耕作層養(yǎng)分情況和變化規(guī)律，為稻蝦共作模式改善土壤肥力與可持續(xù)發(fā)展提供理論基礎(chǔ)和參考依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 采樣地概況

湖南省南縣地處長江中下游，洞庭湖區(qū)腹地。地勢(shì)自西向東南微傾，平均海拔28.8 m，屬于典型的平原地形，境內(nèi)氣候適宜，屬亞熱帶過渡到季風(fēng)濕潤氣候類型。土壤為湖積物發(fā)育而成的潮土性水稻土。稻蝦共作采用的水稻品種為黃華占，蝦苗品種為克氏原螯蝦。檢測土樣采集于南縣茅草街鎮(zhèn)、南洲鎮(zhèn)、青樹嘴鎮(zhèn)的8個(gè)稻蝦共作集中種養(yǎng)村。

1.2 研究方法

調(diào)查對(duì)象為南縣“一季中稻+兩季蝦”模式，分別選擇種養(yǎng)1年、2年、3年及以上的模式稻田，同時(shí)以種養(yǎng)年限相鄰的中稻單作模式稻田為對(duì)照。

于2018年6月中下旬水稻種植前采樣，對(duì)同一調(diào)查農(nóng)戶的中稻單作模式（MR）和稻蝦共作模式（CR）稻田進(jìn)行取樣。稻蝦共作實(shí)驗(yàn)組與中稻單作對(duì)照組各取27份土壤樣本，根據(jù)種養(yǎng)年限劃分為1年、2年、3年及以上三個(gè)層次，各不同年限下的樣本均為9份，采用5點(diǎn)取樣法采集。取樣深度為0～25 cm的土壤耕作層，土樣去除植物殘根和石塊并混勻后放置于常溫室內(nèi)自然風(fēng)干，風(fēng)干后過篩。

1.3 觀測指標(biāo)與方法

測定指標(biāo)為土壤pH值、有機(jī)質(zhì)、全氮、全磷、有效磷、速效鉀和堿解氮。其中土壤pH值使用PHBJ-260型pH儀測定，有機(jī)質(zhì)含量采用重鉻酸鉀容量法測定［3］，全氮、全磷含量采用AA3連續(xù)流動(dòng)分析儀氮磷聯(lián)測法測定［4］，有效磷含量采用石灰性土壤的碳酸氫鈉-鉬銻抗比色法測定［5］，速效鉀含量采用中性NH4Ac浸提—火焰光度法測定［6］，堿解氮含量采用堿解擴(kuò)散法測定［7］。

1.4 數(shù)據(jù)分析與統(tǒng)計(jì)

試驗(yàn)數(shù)據(jù)采用SPSS 19.0和Microsoft Excel 2010軟件進(jìn)行方差分析及計(jì)算。

2 結(jié)果與分析

2.1 土壤有機(jī)質(zhì)和全量養(yǎng)分的變化

由表1可知，隨著種養(yǎng)年數(shù)的增加，兩種模式的有機(jī)質(zhì)、全氮、全磷含量均呈增加的趨勢(shì)。在稻蝦共作模式下，土壤有機(jī)質(zhì)含量以較快的速度逐年累積。實(shí)行稻蝦共作模式1年的時(shí)間里，土壤的有機(jī)質(zhì)含量較中稻單作模式少12.28%。但隨著稻蝦共作時(shí)間的增長，在2年和3年及以上的種養(yǎng)后，土壤有機(jī)質(zhì)含量均高于中稻單作模式，較中稻單作模式增加29.39%和38.87%。各個(gè)種養(yǎng)年限中兩種模式的有機(jī)質(zhì)含量均差異顯著。種養(yǎng)年限為1年時(shí)，兩種模式的土壤全氮、全磷含量差異不顯著，稻蝦共作模式的全氮、全磷含量相較于中稻單作模式的增加幅度為18.33%、3.13%。當(dāng)種養(yǎng)年限為2年和3年及以上時(shí)，稻蝦共作模式全氮、全磷含量顯著高于中稻單作模式，全氮的相對(duì)增加幅度為25.13%和35.05%，全磷的相對(duì)增加幅度為11.76%和25.71%。這表明長期稻蝦共作模式顯著提高了土壤有機(jī)質(zhì)和全量養(yǎng)分含量。

2.2 土壤pH和速效養(yǎng)分的變化

由表2可知，隨著種養(yǎng)年數(shù)的增加，中稻單作模式的土壤pH、速效鉀的含量呈增加的趨勢(shì)，但堿解氮和有效磷的含量波動(dòng)降低。稻蝦共作模式下，土壤pH、堿解氮、有效磷、速效鉀的含量都呈增加趨勢(shì)。在1年、2年、3年及以上的種養(yǎng)年限下，稻蝦共作模式pH值較中稻單作模式增量顯著，分別提高了8.95%、10.97%和11.42%。兩種模式的土壤堿解氮含量在1年、2年的種養(yǎng)年限下差異不顯著，稻蝦共作模式相較于中稻單作模式的土壤堿解氮含量增加了5.42%和3.32%。當(dāng)種養(yǎng)時(shí)間大于等于3年后，稻蝦共作模式土壤堿解氮含量顯著高于中稻單作模式，其增加幅度為22.22%。稻蝦共作模式土壤有效磷含量在1年、2年、3年及以上的種養(yǎng)年限下均達(dá)顯著差異，較中稻單作模式分別提高了29.94%、31.37%和34.12%。稻蝦共作模式的土壤速效鉀含量在種養(yǎng)年限為1年時(shí)與中稻單作模式差異不顯著，在種養(yǎng)年限為2年、3年及以上時(shí)差異顯著，較中稻單作模式的速效鉀含量在3個(gè)種養(yǎng)年限下分別提高了8.89%、15.02%、8.74%。這表明長期稻蝦共作模式顯著提高了土壤的pH值和速效養(yǎng)分含量。

表1 不同種養(yǎng)年限下稻蝦共作模式的土壤有機(jī)質(zhì)和全量養(yǎng)分動(dòng)態(tài) g／kgTable 1 Dynamics of soil organic matter and total nutrients of rice and shrimp co-cropping patterns under different planting and breeding years

表2 不同種養(yǎng)年限下稻蝦共作模式的土壤pH和速效養(yǎng)分含量比較Table 2 Comparison of soil pH and available nutrients of co-cropping patterns of rice and shrimp under different planting and breeding years

3 討論

3.1 稻蝦共作模式對(duì)土壤pH和有機(jī)質(zhì)的影響

據(jù)楊忠芳等［8］研究，洞庭湖區(qū)的土壤受酸雨影響大多呈酸性，但以湖沖積物為成土母質(zhì)的南縣土壤表現(xiàn)出了較強(qiáng)的酸緩沖能力，其土壤為堿性。這合理地解釋了本研究結(jié)果中兩種模式的土壤都為堿性的原因，也表明南縣的土壤條件適宜推廣稻蝦共作模式。胡敏等［9］研究認(rèn)為，稻蝦共作過程中使用的生石灰和小龍蝦脫殼形成的含鈣較多的殼灰、貝殼粉等施入農(nóng)田可中和田間H+，引起土壤pH緩慢升高。佀國涵等［10］的研究表明，在0～40 cm土層，稻蝦共作模式的土壤pH較中稻單作模式呈增加趨勢(shì)。本研究表明，不同種養(yǎng)年限下，稻蝦共作模式的pH值相較于中稻單作模式增加顯著。

管勤壯［11］研究顯示，中稻單作模式與稻蝦共作模式的有機(jī)質(zhì)含量均呈上升趨勢(shì)，稻蝦共作模式相較于中稻單作模式具有更高的有機(jī)質(zhì)含量。蔡晨等［12］研究表明，土壤養(yǎng)分的累積在表層土壤表現(xiàn)更為明顯。邵帥等［13］研究認(rèn)為，種養(yǎng)過程中的殘餌、排泄物等是土壤有機(jī)質(zhì)增量的主要來源。安輝等［14］和管勤壯等［15］研究認(rèn)為，稻蝦共作會(huì)改變土壤中相關(guān)酶的活性，使土壤有機(jī)質(zhì)含量增加。本研究結(jié)果表明，相較于中稻單作模式，長期稻蝦共作模式顯著提高了土壤耕作層的有機(jī)質(zhì)含量。但在1年的短期種養(yǎng)時(shí)間內(nèi)，稻蝦共作模式的有機(jī)質(zhì)含量少于中稻單作模式，導(dǎo)致差異的原因可能是稻蝦共作模式早期田間開溝、建堤等工程改造，影響了稻田環(huán)境的穩(wěn)定性，造成了有機(jī)質(zhì)的流失。

3.2 稻蝦共作模式對(duì)土壤全量養(yǎng)分和速效養(yǎng)分的影響

曹湊貴等［16］研究表明，稻蝦共作可以增加土壤營養(yǎng)物質(zhì)，如全氮、全磷的含量，有效改善土壤肥力。龔世飛［17］研究表明，長期稻蝦共作模式顯著提高了0～30 cm土層全氮含量。吳本麗等［18］研究顯示，稻蝦共作模式提高了土壤表層0～25 cm的速效鉀、有效磷含量。佀國涵等［10］研究表明，相對(duì)于中稻單作模式，長期稻蝦共作模式顯著提高了0～40 cm土層堿解氮含量、0～30 cm土層全氮含量、0～10 cm土層全磷含量。于文［19］的研究認(rèn)為，土壤中的細(xì)菌和放線菌在微堿性環(huán)境活性高，固氮作用增強(qiáng)。李華等［20］研究認(rèn)為，少耕覆蓋和秸稈全量還田可以提高土壤速效鉀的含量。張華艷等［21］研究認(rèn)為，秸稈還田可以提高土壤有機(jī)質(zhì)、全氮、速效鉀的含量。蔡景波等［22］研究表明，水體擾動(dòng)會(huì)使底泥中的顆粒磷懸浮，增加磷向水體的釋放，堿性環(huán)境也會(huì)使土壤磷釋放的速率加快，導(dǎo)致了全磷含量減少。

本研究表明，長期稻蝦共作模式顯著提高了土壤耕作層全氮、全磷、堿解氮、有效磷、速效鉀的含量，這與前人［10，16～18］的研究結(jié)果基本一致。長期稻蝦共作模式的土壤有機(jī)質(zhì)含量增加，有效補(bǔ)充和提高了土壤各養(yǎng)分含量。根據(jù)于文等［19～22］的研究可知，稻蝦共作過程中只耕種一季水稻，實(shí)現(xiàn)少耕與秸稈還田，可進(jìn)一步促進(jìn)各養(yǎng)分含量的增加。但根據(jù)蔡景波等［22］的研究可知，稻蝦共作模式的堿性土壤環(huán)境和小龍蝦生命活動(dòng)對(duì)土壤的擾動(dòng)可能加速了土壤全磷對(duì)水體的釋放。本研究結(jié)果表明，稻蝦共作模式的土壤全磷含量增加與此不一致。導(dǎo)致差異的原因可能是全磷含量受局部的地形變化、土地利用、人為施肥等多重因素的影響［23］。另外，從調(diào)查取樣地的特性分析，南縣在稻蝦共作過程中，水稻秸稈實(shí)現(xiàn)全量還田、稻田耕整前基肥施用量較大、水肥管控技術(shù)較成熟等因素也使稻蝦共作模式下的稻田土壤養(yǎng)分供應(yīng)充足，兩種模式養(yǎng)分含量差距明顯，稻蝦共作模式土壤有機(jī)質(zhì)和養(yǎng)分含量增加顯著。

4 小結(jié)

隨著種養(yǎng)時(shí)間的延長，稻蝦共作模式下的土壤pH值、有機(jī)質(zhì)、速效養(yǎng)分、全量養(yǎng)分均呈增加的趨勢(shì)，稻蝦共作模式土壤耕作層養(yǎng)分含量相較于中稻單作模式增加明顯，顯著提高了土壤肥力。