蔣巖 趙燦 劉光明 趙凌天 王維領 霍中洋

（農業(yè)農村部長江流域稻作技術創(chuàng)新中心/江蘇省作物栽培生理重點實驗室/江蘇省糧食作物現(xiàn)代產業(yè)技術協(xié)同創(chuàng)新中心/揚州大學 水稻產業(yè)工程技術研究院，江蘇 揚州225009；第一作者：mx120200671＠yzu.edu.cn；*通迅作者：huozy69＠163.com）

稻田綜合種養(yǎng)將水稻和水產（禽）人為的結合在一起，通過不同生態(tài)位的配置來達到充分利用稻田有限資源的目的，實現(xiàn)能量多級流動，充分利用種植業(yè)和養(yǎng)殖業(yè)的廢棄物，實現(xiàn)循環(huán)閉環(huán)式可持續(xù)生產，可緩解常規(guī)稻作所帶來的面源污染問題，提高稻作生產的經濟效益[1-3]。稻田種養(yǎng)的共生水產品有鴨、蝦、魚、鱉、泥鰍、牛蛙等[4-7]。隨著政策扶持、市場引導，我國稻田綜合種養(yǎng)呈“井噴式”發(fā)展，根據(jù)2020年發(fā)布的《中國稻漁綜合種養(yǎng)產業(yè)發(fā)展報告》可知，2019年全國稻漁綜合種養(yǎng)面積已達231.75萬hm2，較2018年增長14.26%。稻鴨共作繼承和創(chuàng)新了我國具有百年歷史的稻田養(yǎng)鴨模式，改早放晚收為階段共生，同時對水稻和鴨子諸如品種、數(shù)量、共生期等指標進行不斷探討而形成，是具有質的飛躍的新技術[8-9]。稻蝦共作對稻田進行工程改造，在溝中養(yǎng)殖小龍蝦（克氏原螯蝦），通過小龍蝦在田間的活動達到控蟲除草、渾水增氧、培肥土壤的作用，實現(xiàn)一水兩用、一水兩收、一水兩綠[10-11]。

由于水產（禽）的養(yǎng)殖收益遠大于水稻種植收益，不少從業(yè)者因片面追求經濟效益而出現(xiàn)“重漁輕稻”現(xiàn)象，這不僅違背稻田種養(yǎng)穩(wěn)糧增收的初衷，還威脅著我國糧食安全，如何平衡好稻與漁、錢與糧的關系成為稻漁產業(yè)發(fā)展的關鍵。另外，前人在稻鴨和稻蝦共作對水稻產量的影響上未形成一致結論。徐國春等[12]發(fā)現(xiàn)，稻鴨共作下水稻深層根占比高，根系活力強，產量較常規(guī)稻作增加2.43%。彭成林等[13]通過12年的稻蝦共作研究發(fā)現(xiàn)，長期稻蝦共作氮素利用率高，其產量水平較常規(guī)稻作增加16.3%，并通過擬合得出長期稻作模式氮肥合理用量較中稻單作降低26.6%。但也有研究表明，稻鴨共作和稻蝦共作對水稻產量影響較小或者導致減產[14-16]。針對上述問題，本研究在構建穩(wěn)稻綜合種養(yǎng)模式的基礎上，從群體生產力角度闡述水稻產量形成，討論了稻漁協(xié)調生產效益，以期為保障我國水稻安全、綠色生產提供理論基礎和實踐依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗地點

試驗于2019—2020年在揚州大學農學院姜堰試驗基地（32°35′N，120°07′E）進行，土壤類型為潴育型水稻土，質地黏性。0～20 cm土層含有機質31.72 g/kg、全氮1.96 g/kg、速效鉀165.26 mg/kg、速效磷62.54 mg/kg。水稻生長季節(jié)試驗地的平均溫度、日照時數(shù)和降雨量見圖1。

圖1 2019年和2020年試驗地水稻生長季節(jié)平均溫度、日照時數(shù)和降雨量

1.2 試驗設計

隨機區(qū)組試驗，設置穩(wěn)稻（產量＞7.5 t/hm2）綜合種養(yǎng)模式，即稻鴨共作-紫云英輪作（RD-Mv）和稻蝦輪作（R-C），同時設置稻麥輪作（R-W）為對照。供試品種為常規(guī)粳稻品種南粳9108和秈型雜交稻品種豐優(yōu)香占，鴨品種為肉蛋兼用型品種高郵麻鴨，蝦為克氏原鰲蝦（俗稱小龍蝦）。2019年試驗于5月27日播種，6月14日選長勢整齊一致的秧苗移栽；2020年試驗于5月28日播種，6月17日移栽。按不同類型品種高產要求設置移栽規(guī)格，南粳9108移栽密度為27.75萬叢/hm2，每叢4苗，株行距30 cm×12 cm；豐優(yōu)香占移栽密度為22.20萬叢/hm2，每叢2苗，株行距30 cm×15 cm。RDMv于水稻移栽后10 d放雛鴨入田，270只/hm2，抽穗時收鴨，紫云英于2018年11月2日機械撒播，播量45 kg/hm2，于盛花期（4月上旬）翻壓。R-C所處稻田長120 m，寬105 m，四周開挖養(yǎng)殖溝，溝面寬1.5 m、溝底寬1.0 m、溝深1.0 m，溝坑占比約5.3%，冬季上水養(yǎng)蝦，夏季退水植稻，于每年3月投放200～400尾/kg的蝦苗150 kg/hm2，于6月前捕撈，按雌雄比3∶1留75 kg/hm2親蝦于蝦溝中繼續(xù)養(yǎng)殖，植稻期間不投喂餌料。RW于2018年11月1日和2019年11月2日機播小麥，播量為150 kg/hm2，生育期施氮210 kg/hm2，小麥栽培管理按當?shù)馗弋a要求進行。小區(qū)面積為120 m2，重復3次。水稻生產具體施肥方式：RD-Mv模式和R-C模式，每hm2施三安生物有機肥1 500 kg作基肥，施尿素（含純N 46%）150 kg作分蘗肥，施復合肥2（含純N、K2O分別為30%和8%）300 kg作穗肥；R-W模式，每hm2施復合肥1（含純N、P2O5、K2O均為15%）450 kg作基肥，施尿素150 kg作分蘗肥，施復合肥2計300 kg作穗肥。水分管理及病蟲草害防治措施均按當?shù)馗髯愿弋a栽培要求實施。

1.3 測定項目及方法

1.3.1 產量及產量構成因子

在成熟期對各小區(qū)普查50叢，計算有效穗數(shù)，取5叢用于調查穗粒數(shù)、結實率和千粒重。成熟期每個小區(qū)割100叢，以去除養(yǎng)殖溝占比的實際植稻面積計算產量，最終千粒重和實產數(shù)據(jù)按14%含水量換算。

1.3.2 水稻葉片SPAD值

在分蘗中期、拔節(jié)期和抽穗期，用SPAD-502型葉綠素測定儀測定葉片SPAD值，根據(jù)葉長平均分布3～5個測定點，計算平均值，在分蘗中期和拔節(jié)期測頂部第1張完全展開葉，在抽穗期測劍葉。

1.3.3 葉面積指數(shù)和干物質積累量

在分蘗中期、拔節(jié)期、抽穗期和成熟期，于各小區(qū)按平均莖蘗數(shù)取5叢具有代表性的植株，105℃下殺青30 min，80℃下烘干至恒質量，測定干物質積累量，并利用比重法測定葉面積，換算成葉面積指數(shù)。

1.3.4 數(shù)據(jù)計算與統(tǒng)計分析

使用Microsoft Excel 2019處理數(shù)據(jù)，SPSS 26.0軟件進行統(tǒng)計分析，采用LSD法（Least Significant Different，最小顯著差數(shù)測驗法）進行多重比較，用Origin 2019作圖。光合勢=1/2（LAI1+LAI2）×（t2-t1），其中，LAI1和LAI2為前后2次測定所得葉面積，t2和t1為前后2次測定的時間。群體生長率=（W2-W1）/（t2-t1），其中，W2和W1為前后2次測定所得干物質積累量，t2和t1為前后2次測定的時間。

2 結果與分析

2.1 不同模式下水稻產量及產量構成因子

由表1可知，2年試驗結果均表現(xiàn)為RD-Mv能顯著提高水稻產量，R-C與R-W產量相當。在2019年，RD-Mv較R-W顯著增產7.26%，2020年增幅為7.08%。從水稻產量構成上看，有效穗數(shù)表現(xiàn)為RDMv＞R-W＞R-C，不同模式間差異達顯著水平；每穗粒數(shù)以R-C最高，在豐優(yōu)香占上較R-W顯著提高13.02%，在南粳9108上RD-Mv較R-W顯著降低4.08%，在豐優(yōu)香占上RD-Mv則顯著提高3.47%；結實率在南粳9108上表現(xiàn)為RD-Mv＞R-C＞R-W，在豐優(yōu)香占上不同模式間差異小；千粒重以R-W最高。綜合考慮各因素可知，RD-Mv通過增穗增產，R-C通過增粒穩(wěn)產。

表1 不同稻作模式對水稻產量和構成要素的影響

2.2 葉片SPAD值

由圖2可知，水稻葉片SPAD值在拔節(jié)期有所下降，在抽穗期回升，水稻劍葉SPAD值在稻田共作模式下均有提高。在南粳9108上，RD-Mv在拔節(jié)期和抽穗期的劍葉SPAD值均顯著高于R-C和R-W，增幅分別為4.49%～4.62%和7.05%～8.88%，R-C較R-W顯著提高4.20%和2.32%。在豐優(yōu)香占上表現(xiàn)為R-C＞RDMv＞R-W，R-C在 分 蘗 中 期 較RD-Mv顯 著 提 高6.98%，R-C和RD-Mv在分蘗中期和抽穗期均顯著高于R-W，增幅分別達7.07%～21.84%和5.30%～16.78%。

圖2 不同稻作模式對水稻劍葉SPAD值的影響（2019）

2.3 葉面積指數(shù)

由圖3可知，隨生育期推進，水稻葉面積指數(shù)呈先增后減的趨勢，在抽穗期達到最大值，RD-Mv和R-C模式較R-W均有所提高。在南粳9108上，RD-Mv和R-C各時期的葉面積指數(shù)均顯著高于R-W，增幅分別為9.97%～32.05%和20.10%～28.04%。其中，在抽穗期和成熟期，R-C較RD-Mv和R-W顯著提高6.36%和22.63%、16.44%和28.04%。在豐優(yōu)香占上，RD-Mv和R-C較R-W顯著提高了葉面積指數(shù)，RD-Mv在分蘗中期、拔節(jié)期、抽穗期、成熟期分別提高11.88%、22.90%、17.13%和33.45%，R-C則分別提高13.67%、33.14%、12.78%和39.78%。

圖3 不同稻作模式對水稻葉面積指數(shù)的影響（2019）

2.4 干物質積累量

由表2可知，與R-W相比，RD-Mv水稻地上部干物質積累量明顯提高，R-C在生育前期有所提高。RDMv在各時期的積累量均顯著高于R-W，在南粳9108和豐優(yōu)香占上的增幅分別達6.36%～26.63%和5.82%～11.52%。R-C在南粳9108的分蘗中期和拔節(jié)期較RW顯著提高17.80%和12.30%，在豐優(yōu)香占的分蘗中期、拔節(jié)期和成熟期較R-W分別顯著提高8.70%、10.07%和6.90%。從階段積累量來看，差異主要體現(xiàn)在播種至分蘗中期，RD-Mv在南粳9108上較R-C和RW分別提高26.63%和7.50%，達顯著水平，R-C較RW顯著提高17.80%。在豐優(yōu)香占上，RD-Mv和R-C在播種至分蘗中期的積累量較R-W分別顯著提高10.92%和8.70%。

表2 不同稻作模式對水稻階段干物質積累量的影響（2019） （單位：t·hm-2）

2.5 光合勢和群體生長率

由圖4可知，水稻群體光合勢從播種后呈增加趨勢，在抽穗至成熟期達到最大值。RD-Mv和R-C在各階段的光合勢均較R-W顯著提高，在南粳9108和豐優(yōu)香占上的增幅分別達13.42%～29.47%和20.10%～24.54%、11.88%～21.53%和13.67%～26.43%。此外，RDMv在南粳9108的抽穗至成熟期，豐優(yōu)香占的分蘗中期至拔節(jié)期較R-C顯著提高9.41%和6.16%。水稻群體生長率從播種后先增后降，在拔節(jié)至抽穗期階段達到峰值。在南粳9108上，RD-Mv和R-C在播種至分蘗中期的群體生長率為4.62和4.29 g/（m2·d），較R-W顯著提高26.63%和17.80%，RD-Mv較R-C提高7.50%。在豐優(yōu)香占上，RD-Mv和R-C播種至分蘗中期的群體生長率較R-W顯著提高。

圖4 不同稻作模式對光合勢和群體生長率的影響（2019）

3 討論

3.1 關于水稻、水產（禽）協(xié)調生產模式的探討

隨著我國稻田綜合種養(yǎng)的“井噴式”發(fā)展，全國約有8%的稻作面積用來稻漁共作，但水產（禽）帶來的高收益讓許多從業(yè)者更重視水產養(yǎng)殖而忽視水稻種植，“重漁輕稻”所帶來的溝坑占比過高、稻谷產量偏低等問題嚴重制約著稻漁產業(yè)發(fā)展，也威脅著我國糧食安全。為此，在2017年發(fā)布的行業(yè)標準《稻漁綜合種養(yǎng)技術規(guī)范 通則》中明確規(guī)定，養(yǎng)殖溝坑占比不得超過稻田面積的10%，平原地區(qū)水稻產量不得低于7.5 t/hm2。本文所構建的穩(wěn)稻綜合種養(yǎng)模式的產量兩年均在7.5 t/hm2以上，達預期結果。稻鴨共作-紫云英輪作水稻產量兩年平均較稻麥輪作增產7.17%，而稻蝦輪作在折算完溝占比后也能取得與稻麥輪作相當?shù)漠a量。進一步分析產量構成因素可知，稻鴨共作-紫云英輪作通過增穗增產，稻蝦輪作通過增粒穩(wěn)產。禹盛苗等[17]指出，稻鴨共作在化肥減氮30%的情況下仍能增產4.93%。王強盛等[18]在僅施基肥的條件下發(fā)現(xiàn)，來自鴨糞和飼料的有機養(yǎng)分可增產25.00%，但與當?shù)厮灸昃a量相比減產12.30%。這說明在適度減施氮肥的前提下稻鴨共作有提高水稻產量的潛力，但仍需注意肥料的均衡投入，適當追肥以滿足水稻生長。本研究中，稻麥輪作中化肥供氮226.5 kg/hm2，而稻鴨共作中化肥供氮159.0 kg/hm2，紫云英、鴨糞和有機肥等有機供氮約193.0 kg/hm2，通過有機養(yǎng)分替代，實現(xiàn)化肥減氮30%下的增產。侶國涵等[19]發(fā)現(xiàn)，在氮投入120 kg/hm2的條件下，稻蝦共作產量較同等氮投入的中稻單作增產9.50%。但車陽等[20]認為，在減氮27%下，稻蝦共作產量平均降低5.38%。由于克氏原螯蝦對水質要求較高，稻田化肥不宜投入過多，并且稻蝦共生的長期半深水也給水稻帶來生育脅迫，因而水稻產量一般較低。本文提出的穩(wěn)產稻蝦輪作在冬季上水養(yǎng)蝦，夏季退水植稻，蝦僅在溝中養(yǎng)殖，在緩解肥與蝦、水與稻的矛盾同時，可實現(xiàn)化肥減氮30%下的穩(wěn)產。由表3可知，在考慮周年效益的情況下，稻鴨共作-紫云英輪作和稻蝦輪作下兩品種平均凈利潤分別達28 779元/hm2和48 522元/hm2，而稻麥輪作僅25 941元/hm2。稻蝦輪作的產投比高達3.12，而稻鴨共作-紫云英輪作僅為2.29，低于稻麥輪作2.51的產投比。這說明稻鴨共作應通過合理安排鴨雛放養(yǎng)密度，適當調整冬季種植結構以提高周年經濟效益。由此可見，稻鴨共作-紫云英輪作能增產增收，但需適當調整來提高產投比，稻蝦輪作能在穩(wěn)產的同時提高周年經濟效益，兩種模式均能協(xié)調水稻、水產（禽）生產，稻谷和水產（禽）并重，糧食安全和經濟效益并舉。

表3 不同稻作模式周年經濟效益

3.2 光合物質生產差異與物質積累特征

水稻產量形成實質上是光合物質生產同化的過程，光合生產能力和物質同化能力決定著產量水平高低，通?？捎肧PAD值、葉面積指數(shù)、干物質積累量、光合勢、群體生長率來反映表觀光合生產同化能力[21-23]。禹盛苗等[17]指出，稻鴨共作下水稻葉面積指數(shù)和葉綠素含量后期降幅緩，枯葉、黃葉少，平均凈光合強度較常規(guī)稻作提高15.73%。章家恩等[24]也指出，稻鴨共作下水稻葉片后期衰老慢，葉綠素含量高，葉綠素a和葉綠素b以及葉綠素a/b均較常規(guī)稻作提高。王強盛等[25]指出，稻鴨共作下水稻莖稈粗、節(jié)間短、干物質積累多、抗倒伏，水稻植株可溶性糖和淀粉含量較常規(guī)稻作顯著增加，增幅達4.35%～23.51%。侶國涵等[26]在研究了稻蝦共作下稻田的氮、磷循環(huán)后發(fā)現(xiàn)，稻蝦共作對水稻籽粒、莖稈和根系吸收氮、磷均有促進作用。粱玉剛等[27]認為，壟作稻魚雞共生有利于提高水稻物質積累、群體生長率和光合勢，有助于穩(wěn)產。但車陽等[20]認為，稻田種養(yǎng)因兼顧生產養(yǎng)殖，肥料投入少，便導致主要生育階段光合勢、群體生長率較稻麥輪作有所下降。本研究結果表明，稻鴨共作-紫云英輪作和稻蝦輪作下水稻光合生產同化能力相當，部分時期存在差異，兩者高于或與稻麥輪作相當。兩模式下水稻葉面積指數(shù)和生育后期劍葉SPAD值顯著高于稻麥輪作，分蘗中期前干物質積累量高于稻麥輪作，分蘗中期后的干物質積累與稻麥輪作持平，并未降低，這與前人研究結果一致。此外，稻鴨共作-紫云英輪作和稻蝦輪作下水稻光合勢高，前期群體生長率有所提高，后期與稻麥輪作持平。這些主要得益于綠肥和休耕等農藝措施以及多元的肥料投入，稻麥輪作依賴人工投入速效肥，相較于稻田種養(yǎng)模式下多元和持續(xù)性的有機養(yǎng)分輸入，稻麥輪作的養(yǎng)分輸入顯得單一且具階段性。稻田種養(yǎng)模式在化肥減氮飼養(yǎng)水產（禽）的同時通過有機養(yǎng)分替代穩(wěn)定水稻生長，提高光合生產同化能力，從而實現(xiàn)增產穩(wěn)產。