馮香詔，田玉聰，高珍珍，王昊雯，劉章勇，朱 波

(長江大學(xué)/濕地生態(tài)與農(nóng)業(yè)利用教育部工程研究中心/主要糧食作物產(chǎn)業(yè)化湖北省協(xié)同創(chuàng)新中心，湖北 荊州 434025)

近年來，稻-蝦(水稻-克氏原螯蝦)模式因其較高的綜合效益在湖北省乃至全國得以迅速發(fā)展[1]。據(jù)我國水產(chǎn)技術(shù)推廣總站2018年發(fā)布的《中國小龍蝦產(chǎn)業(yè)發(fā)展報告》顯示，我國小龍蝦養(yǎng)殖面積超過1.12×106hm2，70%為稻-蝦綜合種養(yǎng)模式，其中湖北省稻-蝦綜合種養(yǎng)面積占比最高[2-3]。稻-蝦模式是在新形勢、新時期下產(chǎn)生的一種新興的稻田種養(yǎng)相結(jié)合的農(nóng)業(yè)生態(tài)化模式，在種植水稻的田間放養(yǎng)定量的小龍蝦，稻田中的雜草、水生生物等為小龍蝦提供飼料，同時水稻為小龍蝦提供良好的越夏環(huán)境；而小龍蝦捕食害蟲、雜草代替農(nóng)藥，蝦糞代替化肥[4]；稻、蝦兩者相互依存、相生相養(yǎng)，達(dá)到以田種稻養(yǎng)蝦、以蝦促稻、以稻護(hù)蝦，實現(xiàn)稻、蝦雙豐收[5]。水稻作為稻-蝦模式的主體，其穩(wěn)定的收益和產(chǎn)出降低了小龍蝦因價格波動為種養(yǎng)戶帶來的風(fēng)險，為生產(chǎn)者提供了基本收益保障。研究表明，稻-蝦模式水稻產(chǎn)量較常規(guī)稻田可增產(chǎn)4.6%～14.0%[6-7]，且可顯著降低稻米的堊白粒率和堊白度，改善稻米外觀品質(zhì)[8]。另外，稻-蝦模式可有效降低農(nóng)藥化肥使用，減少農(nóng)藥化肥殘留對稻米的影響，提高水稻的市場價值[9]。然而，隨著稻-蝦產(chǎn)業(yè)發(fā)展日趨成熟，影響該產(chǎn)業(yè)持續(xù)發(fā)展的問題逐漸顯現(xiàn)，諸如生產(chǎn)者重蝦輕稻[10]、種養(yǎng)效益不均衡等[11]，此類現(xiàn)象的產(chǎn)生原因為優(yōu)質(zhì)稻米品種的缺乏導(dǎo)致稻米附加值小，以及播期不合理致使水稻季的光熱資源潛力發(fā)揮不足。因此，通過協(xié)調(diào)水稻品種和播期來優(yōu)化稻-蝦種養(yǎng)模式資源配置，以建立資源高效利用的稻田綜合種養(yǎng)模式具有重要的現(xiàn)實意義。目前，關(guān)于水稻品種和播期對稻田資源利用效率影響的研究主要集中于玉-稻、雙季稻等稻田種植模式[12-13]，而對稻-蝦模式的相關(guān)研究尚未見報道。為此，研究水稻播期和品種對稻-蝦模式光溫水資源利用效率的影響，為建立資源高效利用的稻-蝦綜合種養(yǎng)模式提供理論依據(jù)。

1 材料和方法

1.1 試驗地概況

于2018年在位于湖北省荊州市公安縣斑竹垱鎮(zhèn)花園村(29°37′～30°19′N、111°48′～111°25′E)的長江大學(xué)試驗站開展大田試驗，該地屬亞熱帶季風(fēng)性氣候。試驗田為當(dāng)?shù)剞r(nóng)戶的稻-蝦農(nóng)田，稻-蝦田開始的時間為2016年。土壤類型為湖積物發(fā)育而成的潮土性水稻土。水稻生育期降水量和日均溫如圖1所示。土壤主要理化性質(zhì)如下：pH值7.72，有機質(zhì)含量17.86 g/kg、全氮含量2.67 g/kg、全磷含量0.44 g/kg、全鉀含量18.67 g/kg。

圖1 水稻生育期日均溫和降水量Fig.1 Mean daily temperature and rainfall during the growth period of rice

1.2 試驗設(shè)計

試驗采用隨機區(qū)組設(shè)計，設(shè)置3個水稻播期：常規(guī)播期[6月15日(CK)]、提前播期[5月20日(M1)]、推遲播期[7月10日(M2)]；每個播期處理設(shè)置與之對應(yīng)熟期的3個水稻品種，CK所選用的水稻品種為盛泰優(yōu)018(STY018)、象牙香珍(XYXZ)、創(chuàng)宇9號(CY9)，M1處理所選用的水稻品種為甬優(yōu)4949(YY4949)、兩優(yōu)121(LY121)、晶兩優(yōu)534(JLY534)，M2處理所選用的水稻品種為兩優(yōu)14(LY14)、中嘉早17(ZJZ17)、湘早秈45號(XZX45)。各水稻品種及生育期見表1，小區(qū)面積200 m2，3次重復(fù)。水稻的種植方式為人工濕直播，秈粳雜交稻播種量為22.5 kg/hm2，常規(guī)稻品種播種量為45.0 kg/hm2。試驗田施肥量為N 150 kg/hm2、P2O575 kg/hm2、K2O 120 kg/hm2，所施肥料分別為鄂中仟金方-微生物生態(tài)復(fù)合肥料蝦稻專用肥(N∶P2O5∶K2O為19-5-8)、尿素(含N 46%)、過磷酸鈣(含P2O512%)、氯化鉀(含K2O 60%)，N按照基肥∶蘗肥∶穗肥為5∶2∶3施用，P2O5和K2O用量分別用過磷酸鈣和氯化鉀補足；磷肥全部基施，鉀肥50%作基肥施用，50%于幼穗分化期施用。其他水分和病蟲害管理按照當(dāng)?shù)卦耘喙芾砟Ｊ竭M(jìn)行。

表1 不同播期下不同水稻品種的主要生育時期Tab.1 Main growth stage of different rice varieties under different sowing date

1.3 稻-蝦模式田間小龍蝦管理措施

試驗田四周為寬3～4 m、深1.5 m的回字形圍溝，內(nèi)埂高0.2～0.3 m、寬0.3～0.4 m。田間進(jìn)、排水口均設(shè)置防逃設(shè)施。2016年于8月中旬投放蝦苗，小龍蝦品種為克氏原螯蝦，之后每年根據(jù)實際情況補投適量親蝦。

CK于 6月上旬水稻播種前收獲成熟小龍蝦；將未成熟的幼蝦隨田間排水遷移至蝦溝，然后進(jìn)行整田、播種、曬田控蘗，再次復(fù)水后幼蝦方可進(jìn)入稻田活動，水稻收割完畢后復(fù)水進(jìn)行下一輪養(yǎng)殖。M1 處理于 5月中旬水稻播種前收獲成熟小龍蝦，M2 處理于7月上旬水稻播種前收獲成熟小龍蝦，其余田間管理與CK一致。

1.4 測定項目及方法

1.4.1 氣象因子 從湖北省荊州市氣象站獲取試驗地的相關(guān)氣象數(shù)據(jù)，包括日均溫、降水量、太陽輻射日總量等指標(biāo)，計算水稻生育期間光合有效輻射、光能生產(chǎn)效率、有效積溫、溫度生產(chǎn)效率及水分利用率。

光合有效輻射=∑太陽輻射日總量×生育期天數(shù)；

有效積溫=∑(日均溫-生物學(xué)下限溫度)×生育期天數(shù)；

溫度生產(chǎn)效率=籽粒產(chǎn)量/生育期間有效積溫；

光能生產(chǎn)效率=籽粒產(chǎn)量/光合有效輻射；

水分利用率=籽粒產(chǎn)量/總耗水量。

1.4.2 產(chǎn)量及其構(gòu)成因子 在水稻收獲期，每小區(qū)選取20株水稻，調(diào)查有效穗數(shù)、穗總粒數(shù)、穗實粒數(shù)、穗空粒數(shù)、穗癟粒數(shù)及千粒質(zhì)量，并計算結(jié)實率；另外，各小區(qū)選取生長均勻的5個樣方(1 m2)收獲水稻，脫粒，曬干后測定產(chǎn)量。

1.5 數(shù)據(jù)處理

采用Excel 2010處理試驗數(shù)據(jù)并作圖，用SAS 9.0統(tǒng)計軟件進(jìn)行方差分析，采用LSD法進(jìn)行多重比較。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同稻-蝦模式的水稻產(chǎn)量及其構(gòu)成因子

由表2可知，水稻產(chǎn)量隨著播期的推遲總體呈降低趨勢，不同生育期水稻品種產(chǎn)量存在顯著差異，介于7.4～13.0 t/hm2，具體表現(xiàn)為甬優(yōu)4949>兩優(yōu)121>晶兩優(yōu)534>盛泰優(yōu)018>創(chuàng)宇9號>象牙香珍>中嘉早17>湘早秈45號>兩優(yōu)14。不同播期處理間比較發(fā)現(xiàn)，M1處理產(chǎn)量顯著高于CK和M2處理，M2處理最低，M1處理產(chǎn)量較CK顯著提高20.0%，M2處理較CK顯著降低25.7%。從產(chǎn)量構(gòu)成看，M1處理3個品種平均有效穗數(shù)雖顯著低于CK和M2處理，但其穗總粒數(shù)和結(jié)實率卻顯著高于其他處理，因此，平均產(chǎn)量顯著高于其他處理；M2處理雖有效穗數(shù)優(yōu)勢明顯，但其平均結(jié)實率和穗總粒數(shù)總體均顯著低于CK和M1處理。對相同播期下的不同水稻品種進(jìn)行比較發(fā)現(xiàn)，M1處理以甬優(yōu)4949產(chǎn)量最高，CK以盛泰優(yōu)018產(chǎn)量最高，M2處理以中嘉早17產(chǎn)量最高。綜合分析發(fā)現(xiàn)，M1處理甬優(yōu)4949產(chǎn)量最高。

表2 不同稻-蝦模式的水稻產(chǎn)量及其構(gòu)成因子Tab.2 Yield and its components of rice under different rice-shrimp system

注：同列數(shù)據(jù)后不同小寫字母表示不同品種間差異達(dá)到5%顯著水平，同列數(shù)據(jù)后不同大寫字母表示不同播期間差異達(dá)到5%顯著水平，下同。

Note： The different lowercase letters after data within a column mean significant differences among different varieties at 0.05 level,different uppercase letters after data within a column mean significant differences among different sowing dates at 0.05 level,the same below.

2.2 不同稻-蝦模式的光溫水資源利用效率

2.2.1 光合有效輻射和光能生產(chǎn)效率 由于不同播期處理下水稻生育進(jìn)程不同，對光照資源的利用也表現(xiàn)出巨大的差異。由表3可知，隨水稻生育時期的推遲，水稻光合有效輻射呈下降趨勢，M1處理光合有效輻射平均為2 226.8 MJ/m2，CK平均為1 998.5 MJ/m2，M2處理平均為1 721.1 MJ/m2，處理間差異顯著。光能生產(chǎn)效率方面，CK與M1處理光能生產(chǎn)效率接近，均高于M2處理，但處理間差異不顯著。與CK相比，M1處理光能生產(chǎn)效率平均提高7.5%，M2處理平均降低15.1%。水稻品種間比較發(fā)現(xiàn)，M1處理以甬優(yōu)4949光能生產(chǎn)效率最高，CK以盛泰優(yōu)018光能生產(chǎn)效率最高，M2處理以中嘉早17光能生產(chǎn)效率最高。綜合分析發(fā)現(xiàn)，M1處理甬優(yōu)4949光能生產(chǎn)效率最高。

表3 不同稻-蝦模式的光溫資源利用效率比較Tab.3 Comparison of light and temperature utilization efficiencies under different rice-shrimp system

2.2.2 有效積溫和溫度生產(chǎn)效率 由表3可知，不同播期處理有效積溫與光合有效輻射趨勢一致。不同播期下，3個水稻品種的平均有效積溫和溫度生產(chǎn)效率均表現(xiàn)為M1>CK>M2。M2處理水稻平均有效積溫為1 688 ℃· d，CK、M1處理分別較其提高23.7%、37.2%，差異達(dá)到顯著水平。其中，M1處理以晶兩優(yōu)534，CK以象牙香珍，M2處理以兩優(yōu)14、湘早秈45號的有效積溫最高。溫度生產(chǎn)效率方面，CK與M1處理間差異不顯著，均高于M2處理；與CK相比，M1處理溫度生產(chǎn)效率提高8.1%，M2處理降低8.5%。其中，M1處理以甬優(yōu)4949、CK以盛泰優(yōu)018、M2處理以中嘉早17的溫度生產(chǎn)效率最高。綜合分析發(fā)現(xiàn)，M1處理甬優(yōu)4949溫度生產(chǎn)效率最高。

2.2.3 水分利用率 由圖1可知，2018年水稻生育期降雨主要集中在5月至7月中旬，而7月中旬至8月底出現(xiàn)較嚴(yán)重的干旱。因此，M2處理水稻分蘗期進(jìn)行了補充灌溉。由表4可知，M1處理灌溉量整體少于CK和M2處理，分別較CK、M2處理降低10.3%、21.5%。不同播期間比較，水分利用率整體表現(xiàn)為CK>M1>M2。與CK相比，M1、M2處理平均水分利用率分別降低4.9%、19.9%。不同品種間比較，M1處理以甬優(yōu)4949、CK以盛泰優(yōu)018、M2處理以中嘉早17的水分利用率最高。綜合分析發(fā)現(xiàn)，CK的盛泰優(yōu)018水分利用率最高，其次為M1處理甬優(yōu)4949。

2.3 不同稻-蝦模式下的經(jīng)濟(jì)效益分析

從表5可以看出，播期處理經(jīng)濟(jì)效益表現(xiàn)為M2>CK>M1。從成本來看，M1、M2處理成本均低于CK，各處理間的成本差異主要來源于種子、飼料、農(nóng)藥等方面。比較發(fā)現(xiàn)，M1處理水稻產(chǎn)值最高，但小龍蝦產(chǎn)值最低；M2處理水稻產(chǎn)值最低，但小龍蝦產(chǎn)值最大。與CK相比，M1處理經(jīng)濟(jì)效益減少1.65萬元/hm2，而M2處理經(jīng)濟(jì)效益增加0.81萬元/hm2，增幅為10.7%。因此，從總體經(jīng)濟(jì)效益看，M2處理最優(yōu)。此外，M1處理中的甬優(yōu)4949、CK中的盛泰優(yōu)018、M2處理中的中嘉早17在相同播期下的產(chǎn)值最高。其中，中嘉早17有最高水稻產(chǎn)值的同時，也有最高的小龍蝦產(chǎn)值，故經(jīng)濟(jì)效益最高。

表4 不同稻-蝦模式水稻用水量和水分利用率Tab.4 Water input and use efficiency under different rice-shrimp system

表5 不同稻-蝦模式經(jīng)濟(jì)效益比較 萬元/hm2

3 結(jié)論與討論

本研究結(jié)果表明，不同播期處理中，M1處理水稻產(chǎn)值最高，但小龍蝦產(chǎn)值最低；M2處理水稻產(chǎn)值最低，但小龍蝦產(chǎn)值最大，最終3個播期處理的經(jīng)濟(jì)效益表現(xiàn)為M2>CK>M1。與CK相比，M1處理經(jīng)濟(jì)效益減少1.65萬元/hm2，而M2處理經(jīng)濟(jì)效益增加0.81萬元/hm2，增幅為10.7%?？梢?，與水稻提前播種處理相比，推遲播期至7月10日會在小龍蝦產(chǎn)值上彌補水稻產(chǎn)值的降低，其經(jīng)濟(jì)效益最高。其中，中嘉早17有最高水稻產(chǎn)值的同時，也有最高的小龍蝦產(chǎn)值，經(jīng)濟(jì)效益最高。

研究表明，水稻生育期影響水稻產(chǎn)量形成及光溫資源利用[14]。目前，大多數(shù)研究認(rèn)為，在水稻正常成熟的條件下，水稻產(chǎn)量隨生育期的延長呈增加趨勢[15-17]。本研究選用的9個水稻品種在不同的播期條件下均能齊穗且正常成熟，與常規(guī)播期處理相比，提前播種處理水稻產(chǎn)量較其提高20.0%；而推遲播期處理水稻產(chǎn)量顯著降低25.7%。提前播種并與長生育期品種搭配對于提高水稻產(chǎn)量具有顯著效果；反之，推遲播種將使水稻生育期縮短，產(chǎn)量下降，這與譚義青等[18]研究結(jié)果相似。常規(guī)播期處理的稻-蝦模式由于其生態(tài)高效在湖北推廣面積不斷擴大，但該種植區(qū)域降雨量多集中于8月中下旬和9月中上旬，正值該處理水稻抽穗揚花和灌漿時期。盡管該處理水稻產(chǎn)量潛力比7月10日播期搭配的短生育期水稻高，但是播期6月15日搭配的中生育期水稻可能在該區(qū)域會面臨水稻倒伏[19]或水稻感染病害[20]等問題。供試品種象牙香珍在灌漿期受陰雨大風(fēng)天氣等多種影響導(dǎo)致倒伏，致使該品種結(jié)實率及產(chǎn)量較低、機械收獲成本增加。而播期為7月10日的短生育期水稻盡管后期也受到陰雨大風(fēng)的影響，但其灌漿期在9月下旬，較常規(guī)播期中生育期水稻灌漿期晚14 d左右，在一定程度上緩沖了陰雨大風(fēng)的危害。資源利用方面，與常規(guī)播種的中生育期水稻相比，提前播種所搭配的長生育期水稻光能生產(chǎn)效率、溫度生產(chǎn)效率分別平均提高7.5%、8.1%；而推遲播期所搭配的短生育期水稻分別平均降低15.1%、8.5%，這與前人[21-22]研究結(jié)果相似。可見推遲水稻播期對光熱資源產(chǎn)生了一定的浪費，故應(yīng)進(jìn)一步篩選產(chǎn)量、資源利用效率高的水稻品種。

在稻-蝦模式中，雖推遲播期水稻平均產(chǎn)量和光溫資源利用效率會逐步降低，但其小龍蝦產(chǎn)值顯著增加，2種因素共同作用產(chǎn)生相消現(xiàn)象，因此，各處理間水稻產(chǎn)量、光溫資源利用效率與經(jīng)濟(jì)效益非正相關(guān)。故在不影響小龍蝦產(chǎn)值的前提下，應(yīng)將水稻產(chǎn)量與光溫資源利用效率作為共同因素來判定稻-蝦模式水稻品種的優(yōu)劣。一般認(rèn)為，產(chǎn)量高且資源利用效率高的水稻品種最理想。因此，還需通過大田試驗進(jìn)一步篩選出生育期更加合適且產(chǎn)量更高的品種，進(jìn)而確保該稻-蝦綜合種養(yǎng)系統(tǒng)能實現(xiàn)高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)。針對公安縣適宜延長收蝦時間至7月初，可以在7月上旬進(jìn)行水稻播種或者移栽。同時根據(jù)該地區(qū)氣候特點，選育能夠在10月底安全成熟且產(chǎn)量、資源利用效率更高的水稻品種，實現(xiàn)經(jīng)濟(jì)效益和水稻產(chǎn)量潛力協(xié)同增長。