羅雨聰，王忍，黃璜

(湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院，長(zhǎng)沙 410128)

我國(guó)大米生產(chǎn)過程中化肥農(nóng)藥的使用已經(jīng)超過國(guó)家糧食安全標(biāo)準(zhǔn)，化肥利用率遠(yuǎn)低于美國(guó)、德國(guó)、丹麥等發(fā)達(dá)國(guó)家[1]。據(jù)統(tǒng)計(jì)，2016 年湖南省農(nóng)業(yè)生產(chǎn)化肥使用總量為839.67 萬t，其中復(fù)合肥使用量逐年遞增。我國(guó)水稻生產(chǎn)中每季的氮肥平均使用量為180 kg/hm2，比全球平均水平高約75%。但是，稻田中氮肥的吸收利用率低于40%，比發(fā)達(dá)國(guó)家低20%左右[2]。雖然化肥和農(nóng)藥的大量使用保證了糧食的高產(chǎn)，但其缺點(diǎn)也日益突出，主要表現(xiàn)為化肥使用過多導(dǎo)致超量的氮和磷進(jìn)入水體，河水富營(yíng)養(yǎng)化。在降低肥料使用量的基礎(chǔ)上，如何提高土壤肥力，同時(shí)提高水稻產(chǎn)量，是現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)面臨的一項(xiàng)挑戰(zhàn)。中國(guó)傳統(tǒng)的耕作方式可能為現(xiàn)代集約化農(nóng)業(yè)提供新的視角。

本文介紹秸稈還田模式對(duì)土壤肥力和水稻群體生長(zhǎng)特性的影響，分析稻田養(yǎng)魚的優(yōu)缺點(diǎn)，最后在稻田養(yǎng)魚的基礎(chǔ)上，加入這兩種還田技術(shù)，形成了一種新的稻田生態(tài)種養(yǎng)模式，為農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展提供一個(gè)方法。

1 秸稈還田對(duì)水稻生長(zhǎng)和土壤肥力的影響

1.1 紫云英還田對(duì)稻田土壤理化性質(zhì)的影響

以前，農(nóng)民在冬閑田上種植油菜和土豆以及紫云英，充分利用閑置農(nóng)田，有利于來年的糧食生產(chǎn)。冬種紫云英還田可以改善土壤肥力，減少化肥的使用，促進(jìn)水稻的生長(zhǎng)發(fā)育。楊曾平等[3]的實(shí)驗(yàn)表明，紫云英還田加雙季稻處理土壤中營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)輸送和儲(chǔ)存能力最強(qiáng)，因此紫云英還田是農(nóng)田培肥的有效措施之一。冬季紫云英種植有利于土壤有機(jī)質(zhì)的積累[4]，并增強(qiáng)了土壤氮的利用率。

1.2 紫云英還田對(duì)水稻群體生長(zhǎng)特性的影響

近些年，對(duì)紫云英的研究多集中于對(duì)土壤肥力的影響上，對(duì)水稻群體生長(zhǎng)特性的研究相對(duì)較少。水稻干物質(zhì)積累是產(chǎn)量提高的前提，土壤中有機(jī)物有助于干物質(zhì)的積累，生物量較高也是水稻增產(chǎn)的前提[5，6]。前人研究證實(shí)，只要不超過水稻對(duì)氮的需求量，紫云英與氮肥的結(jié)合就能調(diào)和水稻個(gè)體和群體之間的矛盾，有效提高水稻對(duì)氮的吸收量，也加速水稻干物質(zhì)向水稻結(jié)實(shí)器官的轉(zhuǎn)移[7，8]，從而提高水稻產(chǎn)量。高菊生等[9]研究表明，紫云英—雙季稻處理下早稻年均增產(chǎn)率比油菜—雙季稻處理和黑麥草—雙季稻處理分別高40.60%和66.70%，晚稻年均增產(chǎn)率分別高30.20%和41.80%；紫云英—雙季稻處理的早晚稻年平增產(chǎn)率分別高38.80%和60.30%。馬艷芹等[10]研究表明，與冬閑田處理相比，冬天種植紫云英后比各處理早稻干物質(zhì)量增長(zhǎng)15.57%～ 6.21%，晚稻干物質(zhì)量增長(zhǎng)14.41%～4.89%，水稻吸收氮量2 年平均增長(zhǎng)60.24%～93.04%；與紫云英還田相比，紫云英還田配施氮肥較各處理早稻干物質(zhì)量增長(zhǎng)20.14%～8.35%，晚稻干物質(zhì)量增長(zhǎng)14.79%～18.07%，水稻吸收氮量2年平均增長(zhǎng)40.73%～69.53%。時(shí)元智等[11]研究表明，合理的紫云英還田可以有效地提高水稻葉片SPAD 值，并通過影響水稻葉面積指數(shù)，改善水稻冠層PAR 傳輸特性，進(jìn)而提高水稻干物質(zhì)含量，最終影響水稻產(chǎn)量。

1.3 秸稈還田對(duì)土壤理化性質(zhì)的影響

研究表明，將秸稈還田可有效地降低表層土壤容重，提高土壤孔隙度，減少土壤大團(tuán)粒的數(shù)量，改善土壤通氣狀況[12]。秸稈本身含有大量的養(yǎng)分元素，例如C、N、P、K 等。王曉波等[13]研究表明，秸稈還田與對(duì)照相比，土壤有機(jī)質(zhì)平均增加4.45 g/kg，總氮含量增加0.13 g/kg。秸稈還田免耕條件下土壤有機(jī)質(zhì)平均增加3.36 g/kg，總氮含量平均增加0.09 g/kg；秸稈還田在少耕條件下和粉碎秸稈增加黑土有機(jī)質(zhì)和總氮含量的效果不顯著。曾研華等[14]研究表明，稻草還田2 年后的土壤蔗糖酶活性比沒有稻草還田和秸稈焚燒灰還田處理高，差異達(dá)到顯著水平；土壤脲酶活性則低于后者。稻草還田后，土壤有機(jī)質(zhì)含量比試驗(yàn)前增加了0.40～0.49 g/kg，比稻草燒灰和稻草不還田增加0.21～0.45 g/kg，但各處理間差異不明顯。秸稈還田可增加土壤有機(jī)質(zhì)含量[15]，從而改善土壤結(jié)構(gòu)和提高土壤有機(jī)碳含量，有利于提高水稻的生產(chǎn)力。牛新勝等[16]的5 年玉米秸稈覆蓋免耕定位試驗(yàn)表明，與其他處理相比較，免耕處理土壤含水量比其他處理增加5.56%～17.00%，在0～20 cm 土層，土壤全氮含量比其他處理增加10.60%～15.80%、堿解氮含量比清翻處理增加23.30%、有機(jī)質(zhì)含量比其他處理增加29.00%～33.80%。在稻草腐爛的早期，微生物的分解過程會(huì)產(chǎn)生二氧化碳、有機(jī)酸和其他物質(zhì)，會(huì)降低土壤pH 值，影響根系呼吸，不利于根系的正常生長(zhǎng)發(fā)育[17]。

1.4 秸稈還田對(duì)水稻生長(zhǎng)及產(chǎn)量的影響

目前，秸稈還田的主要方法是將秸稈粉碎或者漚肥還田[18，19]。粉碎秸稈是適應(yīng)現(xiàn)代機(jī)械化操作，而漚肥還田在農(nóng)村最常見。大多數(shù)研究表明，秸稈還田會(huì)抑制水稻的早期生長(zhǎng)，特別是幼苗期[20]，促進(jìn)中期和后期的水稻生長(zhǎng)。秸稈還田后，早期水稻無法直接利用秸稈養(yǎng)分。由于秸稈的高C/N，通常為60～80[21]，秸稈腐爛過程中，會(huì)消耗氮和氧，產(chǎn)生還原性物質(zhì)并降低土壤pH，土壤微生物與水稻爭(zhēng)搶養(yǎng)分、氧氣，不利于根系呼吸，從而影響水稻正常生長(zhǎng)發(fā)育。根系發(fā)育不良，黃色根增加，分蘗期推遲，幼苗矮小。稻草還田能改善土壤的肥力，促進(jìn)水稻中后期的生長(zhǎng)發(fā)育，提高水稻產(chǎn)量，有效提高秸稈資源的利用率。研究表明，秸稈還田可增加水稻抽穗期和成熟期水稻各個(gè)器官必需礦物質(zhì)的含量[22]，從而增加水稻的產(chǎn)量。葉文培等[23]研究表明，施肥條件下，秸稈還田可以使早稻增產(chǎn)10.03%～12.88%，但晚稻產(chǎn)量?jī)H增加1.33%～2.61%。成臣等[24]研究表明，與翻耕秸稈還田處理相比，翻耕秸稈不還田處理和免耕秸稈還田處理早稻平均產(chǎn)量降低了3.50%和5.20%，晚稻平均產(chǎn)量降低了3.6%和6.4%，其中，免耕秸稈還田處理的晚稻產(chǎn)量明顯低于翻耕秸稈還田處理(P<0.05)。

2 稻田養(yǎng)魚的優(yōu)缺點(diǎn)

研究表明，稻田養(yǎng)殖模式中，飼喂魚餌料的殘?jiān)汪~兒田間排泄的糞便，是田間土壤有機(jī)質(zhì)的主要來源之一，可以有效增加土壤中的有機(jī)質(zhì)含量和微生物數(shù)量[25]，生物量氮含量也顯著增加[26]。孫剛等[27]研究表明，與對(duì)照相比，養(yǎng)魚稻田土壤容重平均降低0.09 g/cm3，土壤總孔隙度平均提高9.15%，>0.25 mm 團(tuán)聚體平均增加4.64%，土壤堿解氮、速效磷含量明顯高于對(duì)照，差異均達(dá)極顯著水平。王華等[28]研究表明，稻田養(yǎng)魚區(qū)早稻分蘗率為111%，比對(duì)照高20.30%，成穗率為71.30%，比對(duì)照高2.90%，每穗實(shí)粒數(shù)比對(duì)照多7.7 粒，空殼粒較對(duì)照低1.60%，實(shí)際產(chǎn)稻谷4 023 kg/hm2，比對(duì)照增產(chǎn)15.80%。稻田中魚類活動(dòng)在一定程度上抑制了病蟲害和雜草的發(fā)生[25，28]，減少了肥料和農(nóng)藥的使用。此外，稻田養(yǎng)魚的經(jīng)濟(jì)效益要高于常規(guī)水稻種植，有利于提高農(nóng)民的生產(chǎn)積極性。

稻田養(yǎng)魚模式的優(yōu)勢(shì)顯著，通過魚類的活動(dòng)來減少雜草和病蟲害的發(fā)生，用魚的排泄物及餌料殘?jiān)鼇砀纳仆寥婪柿Γ龠M(jìn)水稻的生長(zhǎng)發(fā)育。但是其缺點(diǎn)也很明顯[28]。由于魚的活動(dòng)范圍有限，葉上的害蟲魚無法夠到，且魚對(duì)水的深度有要求，必須保持3～5 cm的水位。稻田養(yǎng)魚模式中，飼喂魚餌料的殘?jiān)汪~田間排泄的糞便對(duì)土壤肥力的改善有限，主要還得依靠施肥。而紫云英和秸稈還田可有效的補(bǔ)充外源有機(jī)質(zhì)，對(duì)改善土壤肥力有重要影響，可以有效減少氮素的使用，還可以充分利用冬閑田，達(dá)到四季常青的效果。

3 稻田生態(tài)種養(yǎng)的新模式展望

在了解紫云英和秸稈還田的優(yōu)勢(shì)和稻田養(yǎng)魚的優(yōu)缺點(diǎn)的基礎(chǔ)上，充分利用豆科綠肥和秸稈還田的好處，最大程度提高水稻的產(chǎn)量和改善土壤的肥力，減少化肥農(nóng)藥使用，節(jié)約生產(chǎn)成本，優(yōu)化田間環(huán)境，是一種稻田生態(tài)種養(yǎng)新模式。在這種模式中，水稻收割后秸稈粉碎直接還田，作為下一季水稻的肥料，并且在冬閑田種植紫云英，即晚稻收割后，在田間種植紫云英。紫云英于盛花期翻壓還田，還田量為20 t/hm2鮮草，種植水稻后在田間養(yǎng)殖魚類。這項(xiàng)新技術(shù)將傳統(tǒng)的稻田養(yǎng)魚和有機(jī)肥料還田結(jié)合在一起，可有效減少氮肥和農(nóng)藥使用，提高土壤肥力，節(jié)約生產(chǎn)成本，同時(shí)生產(chǎn)出綠色、優(yōu)質(zhì)的大米和魚肉，提高了水稻的產(chǎn)量和質(zhì)量，提高水稻生產(chǎn)的利潤(rùn)，確保糧食安全。

4 結(jié)論

大米是世界上主要的口糧之一，對(duì)確保全球糧食安全有重要意義。中國(guó)傳統(tǒng)的稻田養(yǎng)魚技術(shù)為提高農(nóng)田生產(chǎn)力、生產(chǎn)安全高品質(zhì)大米、減少化學(xué)肥料和農(nóng)藥使用等提供了新方法。在現(xiàn)代集約化農(nóng)業(yè)條件下，進(jìn)一步發(fā)展中國(guó)的水稻生產(chǎn)技術(shù)，具有較高的生態(tài)效益和經(jīng)濟(jì)效益。秸稈還田加稻田養(yǎng)魚的新模式不僅為人們提供了綠色安全的大米，同時(shí)生產(chǎn)出高蛋白、高品質(zhì)的魚肉，提高了稻田生產(chǎn)利潤(rùn)，提高了大米的產(chǎn)量和品質(zhì)，減少了化肥的使用。對(duì)傳統(tǒng)的稻田養(yǎng)魚技術(shù)進(jìn)行創(chuàng)新，延續(xù)了中國(guó)傳統(tǒng)的水稻種植技術(shù)，更好的保護(hù)了農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)，提高了土壤肥力，有利于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的可持續(xù)生產(chǎn)，提高水稻生產(chǎn)的經(jīng)濟(jì)價(jià)值和生態(tài)價(jià)值。