摘要為探明水稻和紅螯螯蝦綜合種養(yǎng)模式對土壤肥力的影響,選擇浙江省寧波市集士港鎮(zhèn)的2塊試驗田,跟蹤分析2塊試驗田在稻蝦共作之前及共作1年、2年、3年的土壤肥力變化情況。結(jié)果表明,在現(xiàn)行操作模式下,隨著種養(yǎng)年限的增加,1號試驗田土壤pH較之前提高了33.01%,有效磷含量提高了330.18%,速效鉀含量增加了30.91%,陽離子交換量增加了29.92%;土壤有機質(zhì)含量降低了3264%,全氮含量降低了33.05%,水解性氮含量降低了39.24%;總體上,pH、有效磷含量、全氮含量、水解性氮含量、有機質(zhì)含量的變化較為明顯,速效鉀含量、陽離子交換量變化不顯著;2號試驗田與1號試驗田顯示結(jié)果基本一致,但在顯著性方面差于1號基地?,F(xiàn)行的水稻和紅螯螯蝦綜合種養(yǎng)模式有利于提升土壤pH、有效磷含量、速效鉀含量及陽離子交換量,但可能會導(dǎo)致有機質(zhì)、全氮、水解性氮含量的下降,在后續(xù)推廣過程中應(yīng)對操作細(xì)則進行進一步的優(yōu)化調(diào)整。
關(guān)鍵詞水稻;紅螯螯蝦;綜合種養(yǎng);共作;土壤肥力
中圖分類號S158"文獻標(biāo)識碼A"文章編號0517-6611(2025)01-0094-04
doi:10.3969/j.issn.0517-6611.2025.01.019
開放科學(xué)(資源服務(wù))標(biāo)識碼(OSID):
EffectsofIntegratedCultivationModeofRice"Cheraxquadricarinatus"onSoilFertility
WANGKai"PANLing-jie"XUZhi-hao1etal
(1.NingboAgriculturalScienceResearchInstitute,Ningbo,Zhejiang315040;2.NingboHaishuDistrictAgriculturalTechnologyManagementServiceStation,Ningbo,Zhejiang315153)
AbstractInordertoinvestigatetheeffectsoftheintegratedcultivationmodeofrice"Cheraxquadricarinatus"onsoilfertility,twoexperimentalfieldswereselectedinJishigangTown,NingboCity,ZhejiangProvince,andthesoilfertilitychangesofthetwoexperimentalfieldsweretrackedbeforeandafter1year,2yearsand3yearsofriceandshrimpco-cropping.Theresultsshowedthatunderthecurrentoperationmode,withtheincreaseofplantingyears,thechangeofsoilpH,availablephosphorus,availablepotassiumandcationexchangecapacityincreasedby33.01%,330.18%,30.91%and29.92%respectively.Soilorganicmatterdecreasedby32.64%,totalnitrogendecreasedby33.05%andhydrolyzednitrogendecreasedby39.24%.Onthewhole,thechangesofpH,availablephosphorus,totalnitrogen,hydrolyzednitrogenandorganicmatterweresignificant,butthechangesofavailablepotassiumandcationexchangecapacitywerenotsignificant.TheresultsoftestfieldNo.2andtestfieldNo.1werebasicallythesame,butthesignificancewaslessthanthatoftestfieldNo.1.Thecurrentintegratedcultivationmodeofrice"Cheraxquadricarinatus"wasconducivetoimprovingsoilpH,availablephosphorus,availablepotassiumandcationexchangecapacity,butmayleadtothedeclineoforganicmatter,totalnitrogenandhydrolyzednitrogen.Theoperationrulesshouldbefurtheroptimizedandadjustedinthesubsequentpromotionprocess.
KeywordsRice;Cheraxquadricarinatus;Integratedcultivation;Co-cropping;Soilfertility
基金項目寧波市公益類科技計劃重點項目(2021S002)。
作者簡介王凱(1990—),男,安徽亳州人,經(jīng)濟師,碩士,從事農(nóng)業(yè)農(nóng)村經(jīng)濟研究。
*通信作者,高級工程師,從事農(nóng)村發(fā)展研究。
稻漁綜合種養(yǎng)模式實現(xiàn)了“一水兩用、一田雙收、穩(wěn)糧增收、一舉多贏”[1],能夠有效促進農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展[2-4],推進保障糧食安全[5-6],被譽為“現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的一次革命”[7]。據(jù)有關(guān)資料記載,我國是最早開始實行稻魚共作模式的國家[8]。近年來,稻漁綜合種養(yǎng)在我國蓬勃發(fā)展,根據(jù)《中國稻漁綜合種養(yǎng)產(chǎn)業(yè)發(fā)展報告(2022)》,2021年我國有稻漁綜合種養(yǎng)產(chǎn)業(yè)發(fā)展統(tǒng)計的?。▍^(qū)、市)26個,稻漁綜合種養(yǎng)面積264.408 hm 水產(chǎn)品產(chǎn)量355.69萬t,占全國淡水養(yǎng)殖產(chǎn)量的11.17%(不含港澳臺地區(qū)),其中,稻蝦綜合種養(yǎng)已經(jīng)成為稻漁共作的第一大模式,稻蝦占稻漁共作總面積的52.95%、總產(chǎn)量的6185%。通過稻蝦綜合種養(yǎng)小龍蝦占全國龍蝦養(yǎng)殖總面積的80.77%、總產(chǎn)量的83.54%。從現(xiàn)有研究看,目前的稻蝦共作是以水稻與克氏原螯蝦共作為主,養(yǎng)殖效益更高的紅螯螯蝦與水稻共作的研究均較少。紅螯螯蝦( Cherax quadricarinatus ),又稱澳洲淡水龍蝦,原產(chǎn)于澳大利亞,是淡水蝦中個體較大的種類之一,具有食性雜、生長速度快、適應(yīng)性強、含肉率高、肉質(zhì)好等特點[9]。紅螯螯蝦與海水龍蝦肉質(zhì)相似,出肉率平均可達 30% 左右,遠高于克氏原螯蝦(144%)[10-11]。近年來,水稻和紅螯螯蝦綜合種養(yǎng)在浙江、福建等地發(fā)展較快,水稻和紅螯螯蝦綜合種養(yǎng)模式具備較高的發(fā)展?jié)摿Α,F(xiàn)有研究集中在傳統(tǒng)的水稻與克氏原螯蝦共作模式,不同于克氏原螯蝦,紅螯螯蝦大部分時間生活在水稻環(huán)溝內(nèi),紅螯螯蝦的習(xí)性導(dǎo)致水稻和紅螯螯蝦綜合種養(yǎng)模式的特性。傳統(tǒng)的稻蝦綜合種養(yǎng)模式表明,稻蝦共作的土壤肥力普遍高于單作稻田,土壤中有機質(zhì)、全氮、全磷、全鉀含量及 pH 均有一定程度的提高,稻蝦共作模式改善了土壤結(jié)構(gòu)[12],促進了土壤中氮、磷、鉀元素的固定和轉(zhuǎn)化吸收[13-15],提升了土壤中有機物的降解程度[16-17]和土壤整體肥力[18-20]。關(guān)于水稻與紅螯螯蝦共作,有研究表明與稻-羅氏沼蝦共作模式相比,稻-紅螯螯蝦共作模式中有機氮的礦化作用更強[21];與水稻單種模式相比,在水稻整個生育期內(nèi),水稻-紅螯螯蝦共作模式土壤氨態(tài)氮和速效磷平均含量分別顯著增加了 24.16% 和48.10%( P <0.05),土壤的硝態(tài)氮、速效鉀含量分別降低了1.00% 、16.40%[22]??梢姡c傳統(tǒng)稻蝦共作相比,水稻與紅螯螯蝦共作對土壤肥力的影響不同。當(dāng)前,以共作時間為維度,分析水稻和紅螯螯蝦綜合種養(yǎng)模式對土壤肥力的研究鮮見報道。該研究選擇2個種養(yǎng)大戶的2塊試驗田,對2塊試驗田開展水稻和紅螯螯蝦綜合種養(yǎng)3年內(nèi)的土壤肥力變化進行研究,旨在為后續(xù)更加科學(xué)地推廣水稻和紅螯螯蝦綜合種養(yǎng)模式提供一定的理論支撐。
1材料與方法
1.1采樣地概況
第1塊試驗田記為FF,位于浙江省寧波市海曙區(qū)集士港鎮(zhèn)岳陽村(121°44′9.27″E、29°89′9.14″N);第2塊試驗田記為SF,位于浙江省寧波市海曙區(qū)集士港鎮(zhèn)雙銀村(121°40′69.36″E、29°89′91.95″N)。屬于亞熱帶季風(fēng)氣候,全年平均氣溫為18℃,年日照時數(shù)2100h,年降水量1300mm,年平均相對濕度80%,無霜期240d。試驗田土壤類型為青紫泥田土。試驗用蝦為紅螯螯蝦(Cheraxquadricarinatus),水稻品種為甬優(yōu)15。
1.2研究方法
1.2.1
田間管理要點。水稻-紅螯螯蝦共作模式試驗面積為3.3hm在水稻田四周開溝,其中一面留出一條機耕路,環(huán)溝寬3.0m,深1.8m,坡度比在1∶1.5左右,環(huán)溝面積不超過整體種養(yǎng)總面積的10%;養(yǎng)殖水草種植,對養(yǎng)殖溝進行清淤,在養(yǎng)殖環(huán)溝底部種植適量水草,或者水生蔬菜、漂浮植物等,起到凈化水質(zhì)以及遮陰的作用;養(yǎng)殖用水引入之前,需要在凈水池中進行沉淀,沉淀后的水引入稻養(yǎng)殖環(huán)溝中只有選擇漂白粉等對養(yǎng)殖溝進行消毒;安裝增氧設(shè)備,根據(jù)種養(yǎng)規(guī)模的大小,在養(yǎng)殖環(huán)溝中安放適量的爆氣增氧設(shè)備;減肥減藥,在蝦苗投放之后,水稻田中基本不使用化肥、農(nóng)藥,稻田施用羊糞等有機肥,減少農(nóng)業(yè)面源污染,給紅螯螯蝦提供良好生長環(huán)境。
1.2.2
取樣方法。選取2塊試驗田,每塊試驗田按照年份跟蹤取樣,分別在采用稻蝦共作模式之前取樣一次,共作1年、2年、3年后各取樣一次,采用五點取樣法,每塊試驗田共取土樣16份,總計土樣32份。取樣深度為0~20cm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、有機質(zhì)、全氮、水解性氮、有效磷、速效鉀、陽離子交換量,各項指標(biāo)檢測依據(jù)如下:pH依據(jù)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)NY/T1121.2—2006,有機質(zhì)含量依據(jù)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)NY/T1121.6—2006,水解性氮含量依據(jù)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)LY/T1228—2015,有效磷含量依據(jù)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)NY/T1121.7—2014中的氟化銨-鹽酸浸提法,速效鉀含量依據(jù)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)NY/T889—2004,全氮含量依據(jù)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)NY/T53—1987,陽離子交換量依據(jù)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)LY/T1243—1999。
1.4數(shù)據(jù)分析與統(tǒng)計
試驗數(shù)據(jù)采用WPS2019和SPSS25.0軟件進行分析處理,并進行單因素方差分析(One-wayANOVA)。
2結(jié)果與分析
2.1土壤pH和有機質(zhì)的變化
由表1可知,該研究所選擇的2塊試驗田在開展水稻和紅螯螯蝦綜合種養(yǎng)之前,土壤pH為5.1呈酸性。隨著水稻和紅螯螯蝦綜合種養(yǎng)年限的增加,1號試驗田(FF)的pH呈現(xiàn)明顯增加的趨勢,在種養(yǎng)年限為1、2、3時,pH分別比種養(yǎng)前增加了0.34、1.14、1.69,第3年時pH達到6.8較之前提高了33.01%,達到中性土壤標(biāo)準(zhǔn);2號試驗田(SF)的pH無顯著性變化,盡管種養(yǎng)第3年時pH較第1年有所降低,但種養(yǎng)第1~3年的pH呈現(xiàn)上升趨勢,土壤仍為酸性。
開展綜合種養(yǎng)之前,2塊試驗基地中土壤有機質(zhì)含量均大于60.00g/kg,屬于極豐級別。隨著種養(yǎng)年限的增加,2塊試驗田中土壤有機質(zhì)含量總體均出現(xiàn)了不同程度的下降。其中,1號試驗田(FF)土壤有機質(zhì)含量從種養(yǎng)前的62.50g/kg顯著下降至42.10g/kg,降低了32.64%;2號試驗田(SF)土壤有機質(zhì)含量變化不顯著。在種養(yǎng)第3年時,2塊試驗田中土壤有機質(zhì)含量均在40.00g/kg以上,仍屬于極豐級別。
綜上所述,隨著水稻和紅螯螯蝦綜合種養(yǎng)的開展,土壤pH可能出現(xiàn)提高,但土壤有機質(zhì)含量可能會降低。
2.2土壤全氮和水解性氮的變化
由表2可知,該研究所選擇的2塊試驗田在開展水稻和紅螯螯蝦綜合種養(yǎng)之前,土壤全氮含量均不小于3.00g/kg,屬于極豐級別。隨著水稻和紅螯螯蝦綜合種養(yǎng)年限的增加,1號試驗田(FF)的土壤全氮含量呈現(xiàn)顯著降低的趨勢,在種養(yǎng)年限為1、2、3時,全氮含量分別比種養(yǎng)前下降了0.49、0.93、1.18g/kg,第3年時全氮含量仍大于2.00g/kg,屬于極豐級別,但較綜合種養(yǎng)之前降低了33.05%;2號試驗田(SF)土壤全氮含量無顯著性變化。
1號、2號試驗田在開展水稻和紅螯螯蝦綜合種養(yǎng)之前,土壤水解性氮含量分別為275.25、277.25mg/kg,均屬于極豐類別。隨著水稻和紅螯螯蝦綜合種養(yǎng)年限的增加,1號試驗田(FF)土壤水解性氮含量逐年下降,綜合種養(yǎng)第3年時為167.25mg/kg,顯著降低了39.24%,但綜合種養(yǎng)1~3年土壤水解性氮含量之間無顯著性變化。2號試驗田(SF)土壤水解性氮含量也呈現(xiàn)下降趨勢,綜合種養(yǎng)第3年時為234.00mg/kg,顯著降低了1560%,且綜合種養(yǎng)第3年較綜合種養(yǎng)第1、2年土壤水解性氮含量仍有顯著性變化。
綜上所述,隨著水稻和紅螯螯蝦綜合種養(yǎng)的開展,土壤全氮含量可能出現(xiàn)降低,土壤水解性氮含量會明顯降低。
2.3土壤有效磷、速效鉀和陽離子交換量的變化
由表3可知,該研究所選擇的1號、2號試驗田在開展水稻和紅螯螯蝦綜合種養(yǎng)之前,土壤有效磷含量分別為8.55、66.18mg/kg。隨著水稻和紅螯螯蝦綜合種養(yǎng)年限的增加,1號試驗田(FF)土壤有效磷含量快速增加,綜合種養(yǎng)第3年時達到了36.78mg/kg,較綜合種養(yǎng)開始之前顯著增加33018%,但綜合種養(yǎng)1~3年之間無顯著性變化。2號試驗田(SF)土壤有效磷含量變化不顯著,盡管種養(yǎng)第3年時較之前有所提高。
1號試驗田(FF)在開展水稻和紅螯螯蝦綜合種養(yǎng)之前,土壤速效鉀含量為148.00mg/kg,屬于中上類別;2號試驗田(SF)在開展水稻和紅螯螯蝦綜合種養(yǎng)之前,土壤速效鉀含量206.00mg/kg,屬于極豐類別。隨著水稻和紅螯螯蝦綜合種養(yǎng)年限的增加,1號試驗田土壤速效鉀含量呈現(xiàn)逐年升高的趨勢,種養(yǎng)第3年較綜合種養(yǎng)之前增加了30.91%,達到豐富類別;2號試驗田土壤速效鉀含量在種養(yǎng)1~3年呈現(xiàn)逐年升高的趨勢,第3年較之前增加了14.56%。但土壤中速效鉀的含量變化不顯著。
開展綜合種養(yǎng)之前,2塊試驗田中土壤陽離子交換量分別為19.05、16.98cmol/kg,保肥性能屬于中等。隨著種養(yǎng)年限的增加,2塊試驗田中土壤陽離子交換量呈現(xiàn)不同特征的增加趨勢,到第3年時,分別達到了24.75、21.83cmol/kg,較綜合種養(yǎng)之前分別增加了29.92%、28.56%,保肥性較強,但這一變化并不顯著。
綜上所述,隨著水稻和紅螯螯蝦綜合種養(yǎng)的開展,土壤有效磷、速效鉀含量可能出現(xiàn)升高,土壤陽離子交換量可能會增加。
3討論
3.1水稻-紅螯螯蝦共作對土壤pH和有機質(zhì)的影響
土壤pH即土壤酸堿度,一般來說,在土壤pH為6.5左右時,各種營養(yǎng)的有效度都較高,也適宜大多數(shù)作物的生長。有學(xué)者研究表明,0~40 cm土層中,稻蝦共作模式的土壤pH較中稻單作模式呈增加趨勢[23];在稻蝦共作過程中使用生石灰、蝦殼灰等會引起土壤pH緩慢升高[24]。該研究表明,在水稻和紅螯螯蝦綜合種養(yǎng)模式下,隨著種植年限的增加,土壤pH可能會出現(xiàn)增加的情況,與其他學(xué)者研究結(jié)論一致,經(jīng)過對基地負(fù)責(zé)人的訪談,研究認(rèn)為土壤中pH升高的最主要原因是在生產(chǎn)環(huán)節(jié)使用生石灰的緣故。
土壤有機質(zhì)是指存在于土壤中所有含碳的有機物質(zhì),這些有機物質(zhì)不僅能夠為作物提供各種營養(yǎng)元素,而且能夠通過影響土壤物理、化學(xué)和生物學(xué)性質(zhì)而改善土壤肥力特性。稻蝦共作模式相較于中稻單作模式具有更高的有機質(zhì)含量[25],長期稻蝦共作模式顯著提高了土壤耕作層的有機質(zhì)含量[26],種養(yǎng)過程中的殘餌、排泄物等是土壤有機質(zhì)增量的主要來源[27]。稻蝦共作會改變土壤中相關(guān)酶的活性[28-29],使土壤有機質(zhì)含量增加。該研究認(rèn)為水稻-紅螯螯蝦共作模式下有機質(zhì)的含量會降低,這可能是因為水稻-紅鰲螯蝦共作模式長期處于淹水狀態(tài),土壤通氣性較差,好氧性微生物活性減弱,有機質(zhì)分解速率相對緩慢[30]。此外,稻蝦共作模式早期田間開溝、建堤等工程改造,養(yǎng)殖尾水排放等,影響了稻田環(huán)境的穩(wěn)定性,造成了有機質(zhì)的流失。
3.2水稻-紅螯螯蝦共作對土壤全氮和水解性氮的影響
土壤全氮是指土壤中各種形態(tài)氮素含量之和,包括有機態(tài)氮和無機態(tài)氮。土壤水解性氮亦稱土壤有效氮,包括銨態(tài)氮、硝態(tài)氮和部分有機物中易分解的、比較簡單的氨基酸氮、酰胺以及易水解蛋白質(zhì)氮。稻蝦共作可以增加土壤全氮、全磷的含量[31-32],長期稻蝦共作能夠顯著提高0~30 cm土層全氮含量。稻蝦共作模式中關(guān)于水解性氮的相關(guān)研究較少。該研究認(rèn)為,不同于傳統(tǒng)的稻蝦共作模式,水稻和紅螯螯蝦綜合種養(yǎng)模式中土壤全氮和水解性氮含量均明顯減少。土壤全氮和水解性氮含量處于動態(tài)變化之中,它的消長取決于氮的積累和消耗的相對多寡,特別是取決于土壤有機質(zhì)的生物積累和水解作用。主要有3方面的原因?qū)е逻@一結(jié)果,一是與有機質(zhì)流失的原因相同,受到了開溝、排水等因素的影響;二是為了保障水稻-紅螯螯蝦共作模式下稻米的品質(zhì)開展水稻和紅螯螯蝦綜合種養(yǎng)后不再施用氮肥,導(dǎo)致土壤中氮元素下降較快;三是全氮含量受人為施肥等其他因素的影響[33]。
3.3水稻-紅螯螯蝦共作對土壤有效磷、速效鉀和陽離子交換量的影響
土壤有效磷是指土壤中對作物有效或可被作物有效利用的磷,在一定程度上反映土壤中磷素的儲量和供應(yīng)能力。土壤速效鉀是指水溶性鉀和交換性鉀的總和,能被作物當(dāng)季吸收利用,是最能直接反映土壤供鉀能力的一個重要指標(biāo)。土壤速效磷和速效鉀是衡量土壤磷、鉀元素供應(yīng)能力的重要指標(biāo)[34]。傳統(tǒng)的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[35]。在整個水稻生育期內(nèi),水稻-紅鰲螯蝦共作模式的土壤速效鉀含量低于水稻單作模式,速效磷含量高于水稻單作模式[22]。該研究表明,水稻和紅螯螯蝦綜合種養(yǎng)模式下,有效磷、速效鉀含量較開展綜合種養(yǎng)之前均有所提升,但變化不顯著。雖然在水稻-紅螯螯蝦共作模式中未施用化肥,但有機肥的使用補充了有效磷、速效鉀含量。此外,在稻蝦共作模式下飼料投喂約占磷輸入總量的 29.4%[36],這也是磷主要輸入方式之一。
土壤陽離子交換量是指土壤所吸附的可交換形態(tài)的陽離子總量,是土壤具有緩沖性和保蓄養(yǎng)分能力的重要依據(jù)。水稻和紅螯螯蝦綜合種養(yǎng)模式下,針對土壤陽離子交換量變化的研究較少,該研究表明隨著種養(yǎng)年限的增加,不同試驗田中土壤陽離子交換量均有所提升,但這一變化并不顯著。在實際生產(chǎn)過程中,通過施用有機肥,能夠增加土壤有機膠體,從而能夠達到增加土壤陽離子交換量的目的。隨著種植年限的提升,該研究中所提到的1號試驗田土壤pH明顯升高,而土壤pH會影響到土壤膠體的導(dǎo)電性,因此,土壤陽離子交換量的變化也可能是pH升高所導(dǎo)致的。
4小結(jié)
水稻和紅螯螯蝦綜合種養(yǎng)模式下,隨著種養(yǎng)年限的增加,土壤pH、陽離子交換量、有效磷含量、速效鉀含量有所升高,pH變化最為明顯;土壤有機質(zhì)、全氮、水解性氮的含量會下降,其中全氮、水解性氮的含量下降較為明顯。
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