稻鰍共生種養模式試驗研究*

李艷薔，晏 群

(1.湖北大學資源環境學院，武漢 430062；2.湖北省發改委區劃辦，武漢 430070)

0 引言

稻田養殖泥鰍是人工的稻鰍共生生態系統。稻田為泥鰍的生長提供了天然適宜的場所，而泥鰍在稻田中的除草、除蟲、造肥、增加水體溶解氧等作用促進了水稻的生長，水稻和泥鰍發揮共生互利的作用，從而獲得一地雙收[1]。該種養模式在我國水稻種植區應用普遍，各地結合當地生態環境總結了大量的生產經驗[2-5]。目前有關稻鰍共生技術生產性試驗較多，但有關稻鰍共生生理生態學機理的理論研究還很缺乏。為此，研究采用田間試驗方法，研究了不同泥鰍養殖密度下的稻鰍共生對水稻農藝特狀、土壤理化性質、稻田產出的影響，旨在為進一步評價稻鰍共生種養技術的生態效益和經濟效益提供科學依據。

1 材料與方法

1.1 供試材料

試驗地選擇在天門市四海集團沉湖基地。大氣、土壤、灌溉水等環境條件符合農產品安全質量和無公害水產品產地環境條件要求。年平均氣溫16.3℃，無霜期254d，沉湖擁有優質一級土壤，成土母質為湖沼沉積物和湖積沖積物，質地為均質中壤，養分含量高，具有良好的保肥供肥性能，耕性好。供試土壤基本肥力特征為有機質含量23.79g/kg，堿解氮105.15mg/kg，速效磷含量6.46mg/kg，速效鉀含量142.76mg/kg。

供試水稻品種為“鄂中5號”，常規秈稻，湖北天門四海生態科技有限公司提供種子。

供試泥鰍品種為大鱗副泥鰍，湖北天門四海生態科技有限公司提供人工繁殖鰍苗。

1.2 試驗設計

試驗設計不同養殖密度的稻鰍共生模式，以水稻單作種植為對照模式，共4個處理，即處理Ⅰ為水稻單作，處理Ⅱ為稻鰍共生①，處理Ⅲ為稻鰍共生②，處理Ⅳ為稻鰍共生③，處理Ⅱ、 Ⅲ、Ⅳ各放鰍種45萬尾/hm2、30萬尾/hm2、15萬尾/hm2，鰍苗規格為400尾/kg。每個處理3次重復，隨機排列。每個處理的稻田面積約為0.33hm2，稻田之間筑田埂，實行單排單灌。

水稻秧苗移栽時間為2016年6月11日，株行距30cm×15cm，每穴栽插4～5株。插秧前施生物有機肥600kg/hm2，水稻返青后追施尿素150kg/hm2。水稻的后期生長過程，不再施肥。10 月25 日水稻成熟， 11月5 日收割。

鰍苗投放時間為2016 年6 月27 日。鰍種按不同養殖密度放入后，處理Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ每天投喂2 次泥鰍專用配方餌料，分別在早上5： 30和下午18： 30，每次投喂量按泥鰍體重的5%～6%。9月17日捕撈泥鰍。

1.3 測定內容與方法

(1)稻田土壤理化性質測定

在水稻分蘗期和成熟期，分表層(0～10cm)和下層(10～20cm)分別采集各生態系統耕作層土壤。采用環刀法測定土壤容重，電位法(土水比為1： 2.5)測定土壤pH，重鉻酸鉀法測定有機質含量，擴散吸收法測定堿解氮，碳酸氫鈉法測定速效磷，火焰光度法測定速效鉀。

(2)水稻產量與產量構成

水稻成熟時分系統考種、測產、收獲。于成熟期從每小區中心選取5m2作為測產區，從測產區選取長勢均勻的10蔸考查穗數、每穗粒數、結實率和千粒重，其余單打單收，曬干，測定稻谷重量和含水量，再折算成含水量14%的實際產量。

2 結果與分析

2.1 水稻農藝性狀

水稻成熟時測定了株高、叢株數、叢穗數、地上和地下部分生物量以及根長等，試驗結果見表1。試驗表明，水稻的生長一定程度上受到泥鰍養殖的影響。各處理中水稻株高在129～134cm之間，其中處理Ⅳ(養殖密度為15萬尾/hm2)與處理Ⅰ(水稻單作)中的水稻株高相當，約為130cm，處理Ⅱ(養殖密度為45萬尾/hm2)和Ⅲ(養殖密度為30萬尾/hm2)的水稻株高約為134cm，比前兩者高出3%，表明水稻長勢優于前兩者。不同養殖密度的處理中水稻的有效分蘗率均在96%以上，比水稻單作高出8%～11%，但不同養殖密度的稻鰍生態系統之間的差異不明顯。不同養殖密度的處理中水稻根長在16.0～19.3cm，比水稻單作高出8.8%～31.3%，其中處理Ⅱ中水稻根長最長。說明稻鰍共育模式下水稻根系較為發達。這是由于泥鰍在稻田中不斷活動，起到了中耕松土、攪渾田水的作用，對水稻根系有著直接的刺激作用，既疏松了表土，又能增加田水和土壤中的含氧量，加快了水稻根際有害氣體排出，提高了土壤通透性，促進了根系生長。

表1 不同處理水稻的農藝性狀

處理叢株數(株)叢穗數(穗)有效分蘗率(%)株高(cm)根長(cm)地上部分(10株/g)根系(10株/g)Ⅰ26.023.088 13014.769.8411.45Ⅱ26.325.396 13419.367.7910.27Ⅲ22.021.799 13316.361.476.63Ⅳ23.322.396 12916.067.539.67

表2 不同處理土壤物理特性

處理容重(g/cm3)密度(g/cm3)孔隙度(%)Ⅰ1.132.5555.59Ⅱ0.892.4663.78Ⅲ1.032.5760.03Ⅳ1.05 2.50 57.87

2.2 土壤物理性狀分析

由表2可知，不同養殖密度的處理土壤容重均小于對照，處理Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ分別比Ⅰ減少了21.2%、8.8%、7.1%，且養殖密度越大容重越小。不同養殖密度的處理土壤孔隙度也均大于對照，實驗處理Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ分別比Ⅰ增加了14.7%、8.0%， 4.1%，且養殖密度越大孔隙度越大，表明稻鰍共生更有利于土壤結構的改善，有利于土壤通氣性條件的改善。

2.3 土壤化學性質分析

(1)pH

試驗期間各處理稻田內土壤pH的變化見圖1。由圖1可以看出，隨水稻生長，不同處理的稻田表層土壤pH均略有升高，下層土壤pH均略有下降，且稻鰍共生的稻田土壤pH均低于水稻單作。分蘗期在0～10cm的土層中，處理Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ的pH在7.82～7.92之間，均為7.87，略小于處理Ⅰ的8.04。10～20cm土層中，處理Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ的pH在7.97～8.05之間，均值為8.01，略小于處理Ⅰ的8.11。水稻成熟期在0～10cm的土層中，處理Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ的pH在7.92～7.98之間，均值為7.96，略小于處理Ⅰ的8.09。10～20cm土層中，處理Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ的pH在7.93～7.98之間，均值為7.96，略小于處理Ⅰ的7.99。

(2)有機質

土壤有機質是土壤的重要組成部分，是土壤肥力的物質基礎，對土壤肥力的影響很大，它不僅含有各種營養元素，而且還是土壤微生物生命活動的能源。由圖2可以看出， 0～10cm土層中，養殖泥鰍的各處理組隨水稻的生長，土壤有機質含量均略有上升，分別增加了7.1%、12.9%、3.5%，而水稻單作系統有機質含量降低了5.8%。10～20cm土層中，養殖泥鰍的各處理組隨水稻的生長，土壤有機質含量也出現上升，且上升幅度較0～10cm土層更大，分別增加了26.5%、20.9%、22%，而水稻單作系統有機質含量降低了2.5%。

圖1 不同處理土壤pH的變化 圖2 不同處理土壤有機質的變化

(3)土壤肥力

氮、磷、鉀是肥力的三要素，土壤堿解氮、速效磷、速效鉀是土壤供肥的強度指標，對土壤化學性質有重要影響。不同處理在水稻分蘗期和成熟期的肥分變化見圖3。由圖3可以看出，對于0～10cm土層，從分蘗期到成熟期，土壤有效養分都出現降低，但不同試驗處理降低幅度不相同，稻鰍共生系統比水稻單作系統降低幅度要小，但不同養殖密度的稻鰍共生系統之間比較，降低幅度差異不大。對于10～20cm土層，從分蘗期到成熟期，水稻單作系統中土壤有效養分都出現降低，但降低幅度小于上層(0～10cm)，而稻鰍共生系統中土壤有效養分略有升高，但不同養殖密度的稻鰍共生系統之間比較，變化幅度差異不大。

圖3 不同處理土壤堿解氮、速效磷和速效鉀的變化

2.4 產量分析

稻鰍共生產品有稻谷和泥鰍，各處理的產量見表4。2016年9月17日開始捕撈泥鰍，泥鰍經過82d的生長，體長在12cm以上。在稻鰍共生生態系統中，泥鰍是次級生產者。泥鰍主要靠攝食餌料生長。泥鰍捕撈結果表明，隨著鰍種投放密度增加，殘餌越來越顯得不足，泥鰍生長逐漸受到影響，單體重減少。但在一定密度范圍內，鰍種投放密度大，泥鰍產量亦高，單體重亦小。投放鰍種45萬尾/hm2時，泥鰍產量為3 375kg/hm2，每條泥鰍重14.1g； 投放鰍種30萬尾/hm2時，泥鰍產量為2 325kg/hm2，每條泥鰍重16.4g； 投放鰍種15萬尾/hm2時，泥鰍產量為1 725kg/hm2，每條泥鰍重15.9g(表3)。總的來看，泥鰍的單條重量偏低，這主要因為該次泥鰍的生長期82d偏短，如果延遲100d以上，泥鰍的產量還可以再提高。

2016年11 月5 日收割水稻，水稻的生長期為147d。由表3可見，處理Ⅲ和Ⅳ稻谷產量比處理Ⅰ提高了25%和5%，處理Ⅱ產量比處理Ⅰ略有減少。這主要因為生長后期處理Ⅱ稻穗出現綠霉。試驗結果表明，稻鰍共生可提高水稻產量，泥鰍養殖密度為30萬尾/hm2時，稻谷產量最高，達到7 500kg/hm2。

表3 不同處理的產品產量與規格

產品處理ⅠⅡⅢⅣ稻谷(kg/hm2)6 000 5 700 7 500 6 300 泥鰍(kg/hm2)—3 3752 3251 725泥鰍規格(尾/kg)—716163

2.5 水稻產量構成分析

在稻鰍共生生態系統中水稻是主體，是群體絕對優勢的生物種群，是初級生產者。其為泥鰍提供了棲息和隱蔽場所，泥鰍糞便及一部分殘余餌料又為水稻生長提供了營養物質，對增加有效穗數、穗長、穗粒數及產量有良好的作用。當泥鰍養殖密度達到一定程度，稻鰍共生模式增產水稻效果明顯。由表4可以看出，對比水稻單作對照，處理Ⅲ在每穴有效穗數、穗長和穗粒數上分別高出16.3%、11.6%和44%，結實率和千粒重增加很小，但理論產量增產了69.3%。而處理Ⅱ理論產量略高于對照，而處理Ⅳ產量略低于對照，處理Ⅱ和Ⅳ在有效穗數和穗長上與對照差異非常小。這一結果與實際產量差異對比一致。泥鰍投放密度過多會導致水稻幼小分蘗的發生受阻，而適宜的投放密度可以促進水稻的有效分蘗。這是因為泥鰍在稻田土壤中的活動極易影響水稻幼苗根系固定，抑制其分蘗的發生，從而減少了水稻的高峰苗數和結實率。由于試驗中處理Ⅱ在水稻成熟時部分稻穗發霉發黑，其他處理出現較少，因此處理Ⅱ中的每穗實粒數最低，從而出現減產。

表4 不同處理的水稻產量構成

處理有效穗數(穗)穗長(cm)每穗實粒數(粒)結實率(%)千粒重(g)理論產量(kg/hm2)Ⅰ21.5025.8912581.9122.58 12 180Ⅱ21.5725.2411568.7822.4711 205Ⅲ25.0028.9018082.4722.8720 625Ⅳ21.7125.4315078.6521.7112 885

2.6 經濟效益分析

不同處理的養殖生產投入與產出效益分析見表5。從表5可以看出，稻鰍共生系統增加了養殖泥鰍的成本，需要投放鰍苗、餌料、人工飼養費等，但稻鰍共生系統依靠泥鰍在稻田的活動可以一定程度上控制稻田病蟲草，并提高土壤肥力，從而使得稻谷因為種植面積減少而產量下降的趨勢降低，甚至有所提高。按2016年市場價格，普通稻谷售價為3.6元/kg，稻鰍共生稻谷的售價為5.2元/kg，泥鰍的售價為23元/kg，因此泥鰍產出效益較高，并隨養殖密度的增大而增大。處理Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ的每公頃凈收入分別比處理Ⅰ高出了1.441 5萬元、1.912 5萬元、1.558 5萬元，經濟效益分別提高了3.65倍、4.85倍、3.95倍。

表5 不同處理的經濟效益分析

項目處理ⅠⅡⅢⅣ投入(元/hm2)谷種300300300300鰍苗031 50021 00010 500有機肥1 2001 2001 2001 200生物農藥330330330330飼料030 00021 00015 000整田900900900900收割1 0501 0501 0501 050田租5 2505 2505 2505 250進排水電費450450450450插秧2 2502 2502 2502 250其他675675675675人工5 25015 00015 00015 000小計17 65588 90569 40552 905產出(元/hm2)稻谷21 60029 64039 00032 760泥鰍077 62553 47539 675小計216 00107 26592 47572 435凈收入3 94518 36023 07019 530效益分析產投比1.221.211.331.37

3 討論

3.1 稻鰍共生對水稻農藝性狀和產量的影響

稻鰍共生對水稻生長有影響。稻鰍共生提高了水稻株高、有效分蘗率和根長，促進水稻的有效生長。但不同泥鰍養殖密度對水稻株高、有效分蘗率和根長影響差異不大，其中養殖密度45萬尾/hm2的比其他兩種養殖密度影響略大。稻鰍共生模式增產水稻效果明顯。從水稻穗部性狀來看，稻鰍共生增加了水稻的有效穗數、穗長、穗粒數，從而提高了水稻產量。泥鰍養殖密度為30萬尾/hm2時，水稻理論產量最高7 500kg/hm2，比水稻單作提高了25%。由于稻鰍共生下的種養過程中為保證泥鰍的生長，沒有施用化肥和化學殺蟲劑，而是使用有機肥和低毒性生物殺蟲劑，因此試驗區域產出的稻米從稻米品質、農藥殘留物以及重金屬污染物含量來看，稻米質量達到了綠色食品標準。陳燦[6]對稻田養鰍模式下的稻米品質研究表明，該種養模式能顯著降低稻米堊白粒率、堊白度，有利于稻米外觀品質的改善； 提高了蒸煮及營養品質中的堿消值，降低了稻米蛋白含量，從而改善了稻米的口感。

3.2 稻鰍共生對土壤理化性質的影響

土壤容重是衡量土質疏松程度的重要物理指標之一，受質地結構、松緊度和土壤有機質含量等影響而發生變化，影響土壤孔隙度與孔隙度大小分配和土壤的穿透阻力，進而影響到土壤水肥氣熱條件與作物根系在土壤中的穿插。容重小表示土壤疏松多孔，容重大則表明土壤緊實板硬，結構性較差。該研究中由于泥鰍在稻田鉆動尋食，對稻田土壤起到中耕作用，有效疏松土壤，從而使得稻鰍共生的稻田土壤容重下降，孔隙度增大，土壤結構得到合理改善。稻鰍共生能夠更好地滿足水稻根系作為對土壤水分和空氣的要求，有利于養分狀況調節和植物根系伸展，促進水稻的生長發育。這和稻田養蟹、稻田養鴨、稻田養魚對稻田土壤的容重影響類似[7-10]。

水稻植株在生長過程中吸收和利用養分，土壤肥力下降。試驗結果表明，水稻單作系統中隨著水稻的生長，稻田土壤有機質氧化分解被利用，有機質水平降低。而在稻鰍共生系統中，泥鰍排泄物和殘余餌料有利于稻田內有機質的累積，可以緩解有機質的下降。與下層土壤相比，上層土壤中有機質氧化分解而被根系吸收利用更多一些，因此下層土壤有機質累積效果更明顯。但泥鰍養殖密度對有機質影響差異不明顯。該研究表明，對于0～10cm土層，從分蘗期到成熟期，土壤有效養分都出現降低，但不同試驗處理降低幅度不相同，稻鰍共生系統比水稻單作系統降低幅度要小，但不同養殖密度的稻鰍共生系統之間比較，降低幅度差異不大。對于10～20cm土層，從分蘗期到成熟期，水稻單作系統中土壤有效養分都出現降低，但降低幅度小于上層(0～10cm)，而稻鰍共生系統中土壤有效養分略有升高，但不同養殖密度的稻鰍共生系統之間比較，變化幅度差異不大。這些變化結果與土壤質地、結構、組成、營養元素本身特性以及泥鰍的活動和糞便有關。稻鰍共生系統中，由于泥鰍在稻田的活動擾動了水體和土壤，改善了土壤的氧化還原狀態，不僅有效促進了土壤養分的釋放和水稻根系對養分的吸收，而且泥鰍的排泄物以及殘余餌料都一定程度地增加了土壤養分含量。投喂泥鰍的飼料含有38%的蛋白質，因此其排泄的糞便富含氮素。因而表層土壤堿解氮、速效磷、速效鉀含量減少，但減少幅度小于水稻單作。下層土壤受根系吸收影響小，出現養分一定程度的累積。

3.3 稻鰍共生對稻田經濟效益的影響

稻鰍共生模式提高了稻田的經濟效益。一方面稻鰍共生種養模式下減少了農藥和化肥的施用，稻米品質大大提升，進一步提高了其市場競爭力和銷售價格。另一方面，雖然稻鰍共生模式由于泥鰍苗種及其飼料、勞動力投入較多，但泥鰍的產出高，因此稻鰍共生模式下稻田經濟效益顯著提高。不同泥鰍養殖密度對比下，以養殖密度30萬尾/hm2時的稻鰍共生模式經濟效益最高，凈收入為2.307 0萬元/hm2，比單種水稻的凈收入提高4.85倍。

4 結論

(1)由于技術得當，稻田養鰍可以克服水稻和泥鰍相互之間的矛盾，形成相互有利、相互促進的共生環境條件，顯著提高了稻田生態系統的總體功能，提高稻田生產力。

(2)在水稻生長過程中，人工使大量泥鰍投加到稻田中，影響水稻種植面積、施肥種類和水量，以及病蟲害控制，因此泥鰍的投放密度必須適度，才能發揮兩種相輔相成的作用。該研究設計的3種泥鰍養殖密度中，從改善稻田生態環境和生產經濟效益來看，以30萬尾/hm2養殖泥鰍最優，泥鰍產量2 325kg/hm2，水稻產量7 500kg/hm2，總投入6.940 5萬元/hm2，產出9.247 5萬元/hm2， 凈收入2.307 0萬元/hm2。

(3)該研究初步證明了稻鰍共生種養模式良好的生態效益和經濟效益，但是存在農藥化肥使用量、病蟲害發生情況等方面的生態效益研究不足。泥鰍養殖時間過短，產量偏低，因此經濟效益計算有一定偏差。由于農民晾曬稻谷時，把所有試驗田的稻谷混在一起，導致無法比較水稻單作和稻鰍共生兩種不同生態系統產出大米的品質差異。雖然該試驗研究了不同養殖密度稻鰍共生對土壤理化性質的影響，研究結果顯示差異不顯著，這可能與試驗田面積過大(每塊田面積約0.33hm2)，而稻田的魚溝僅分布四周，泥鰍的活動可能很難影響到稻田的中部有關。因此下一階段將進一步改進試驗條件，更全面細致地研究稻鰍共生種養模式生態效益和經濟效益。

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