壟作稻魚雞共生對水稻農藝性狀和產量的影響

劉貴斌， 周江偉， 王 忍， 伍 佳， 黃 璜

(湖南農業大學農學院/南方糧油作物協同創新中心，湖南長沙 410128)

稻田種養是我國農業文明中的一種經典農業生產方式，具有悠久歷史，其中稻田養魚在2005年被聯合國糧農組織選為首批全球重要農業文化遺產之一[1-3]。稻田種養模式的核心是通過人工引入除水稻外的其他共生物種，合理安排各物種的生存空間和生態位，輔以人為調控，從而構建一個穩定的稻田生態系統，實現系統內部自循環，減少對外界的依賴[4-6]，如稻魚共生模式[7]、稻魚鴨共生模式[8]、稻魚萍共生模式[9]等。壟作稻魚雞共生模式主要依托水稻壟作梯式栽培方法[10]，該模式通過對坂田進行規格起壟，在壟面上進行階梯式水稻種植，并設置適宜移栽的株行距以實現壟頂養雞，壟與壟之間形成的水溝可以增大稻田蓄水容積，可進行魚的養殖，從而實現稻魚雞共生種養；同時，與開溝式的稻田養魚相比，其水稻種植的平面面積沒有減少[11-12]。通過研究壟作稻魚雞共生模式、壟作稻魚共生模式對水稻農藝性狀和產量性狀的影響，以及對2種模式的經濟效益進行分析，以期探明壟作種養模式的增產增效理論機制，并為該模式的推廣普及和后續發展提供科學依據。

1 材料與方法

1.1 試驗地點

試驗于2017年5—10月在湖南省安仁縣稻田公園水稻基地進行，該地區屬于亞熱帶季風濕潤氣候，年平均氣溫 17.7 ℃，年均降水量1 430 mm，年平均日照1 663.3 h，無霜期280 d。前茬作物為油菜。

1.2 供試材料

供試水稻品種為兆優5431，由湖南省安仁縣農業局提供；供試動物品種為本地土雞和鯉魚，購買自當地養殖戶。

1.3 試驗設計

試驗采用隨機區組設計，設置壟作稻魚雞共生(RFC)、壟作稻魚共生(RRF)和水稻單作(CK)3個處理，每個處理3次重復，每個小區面積為200 m2(長20 m、寬10 m)。水稻移栽前，按N 45 kg/hm2、P2O522.5 kg/hm2、K2O 37.5 kg/hm2的標準施底肥，然后直接用起壟機在田面上進行起壟操作，規格為壟寬1 m、壟高0.6 m、溝寬0.25 m。

2017年5月8日進行大田播種育秧；2017年6月9日進行試驗小區秧苗移栽，每壟栽4行，株行距為20 cm×25 cm。RRF、RFC處理秧苗返青后每個小區投放150尾鯉魚苗(100 g/尾)，RFC處理小區另投放10羽雞苗(350 g/羽)。各小區之間設置防護網進行隔離并實行單排單灌。RRF、RFC處理全程不施藥、不追肥；CK處理按照當地高產栽培管理方法進行管理。

1.4 測定指標與方法

1.4.1 分蘗動態 水稻移栽5 d后，在每個小區定株標記5穴水稻，每周記錄1次水稻分蘗數。

1.4.2 株高 分別于水稻分蘗期、孕穗期、齊穗期和成熟期隨機在每個小區選取5株水稻樣品，測定株高。

1.4.3 地上部干物質積累 分別在水稻分蘗期、抽穗期和成熟期，按3點法于每個小區取0.5 m2水稻樣品，帶回實驗室后剪下水稻樣品的各個器官，分袋裝好標記，于烘箱內105 ℃殺青30 min，之后80 ℃烘干至恒質量，冷卻至室溫后稱質量。

1.4.4 產量性狀 在水稻成熟期選取5 m2長勢均勻的區域，進行實際產量測定；采用5點取樣法于水稻成熟期各個小區取樣并考查有效穗數、每穗總粒數、每穗實粒數、結實率、千粒質量，進行理論產量計算。

1.4.5 經濟效益 經濟效益分析主要包括生產過程總投入、總產出、產投比以及總利潤等。生產投入主要包括肥料、農藥、機械、勞動力、種子、苗種、餌料以及圍網等；經濟產出主要包括稻谷、商品魚和雞等；產投比=經濟產出/生產投入；總利潤=經濟產出-生產投入。

1.5 數據處理與統計分析

采用Excel 2007完成數據的計算和圖表制作；采用DPS軟件進行不同處理指標的方差分析；采用最小顯著差法(LSD)進行顯著性檢驗。

2 結果與分析

2.1 不同處理對分蘗動態的影響

由圖1可知，在整個水稻分蘗時期，RFC、RRF處理的水稻分蘗數都要高于CK處理；在分蘗盛期，RFC、RRF處理分蘗數的增長速度均大于CK處理，并且二者都比CK具有更長的分蘗期，延長了約5 d，在CK處理的分蘗期結束后，RFC、RRF處理的分蘗數仍在緩慢地增長；在分蘗期結束后的無效分蘗死亡階段，CK處理的分蘗數減少量明顯大于RFC、RRF處理，RFC、RRF處理的分蘗數變化很小。RRF處理的分蘗數在分蘗前期低于RFC處理，在分蘗后期逐步增加并與RFC處理接近。

2.2 不同處理對水稻株高的影響

由圖2可知，RFC、RRF處理在4個生育時期的水稻株高均比CK高，且RFC處理與CK處理的株高在4個生育時期均達到極顯著差異水平；RRF處理與CK處理的株高在孕穗期、齊穗期和成熟期均達到極顯著差異水平，二者在分蘗期差異不顯著；RFC、RRF處理的株高在整個生育期都差異不顯著。在4個生育時期，RFC處理比CK處理的株高分別高 2.26、4.30、4.47、4.51 cm；而RRF處理分別高1.15、3.50、3.97、4.23 cm。由此可以看出，RFC、RRF處理能夠有效增加水稻生育期株高，尤其在水稻生育后期，且RFC處理的效果更明顯。

2.3 不同處理對水稻地上部干物質積累的影響

由表1可知，在孕穗期不同處理的莖、葉干物質質量以及地上部分總干物質質量的大小關系為RFC>RRF>CK，其中RFC處理與CK處理的莖稈干物質質量達到極顯著差異水平，RRF處理與CK處理的莖稈干物質質量達顯著差異水平，而3個處理的葉片干物質質量差異不顯著；在抽穗期，RFC處理的莖稈、葉片干物質質量均極顯著高于CK處理，RRF處理的莖稈、葉片干物質質量均顯著高于CK，三者的穗部干物質質量均差異不顯著；在成熟期，RFC、RRF處理的莖、葉、穗的干物質質量差異不顯著，但二者的莖、穗的干物質質量均極顯著高于CK，同時與抽穗期相比，三者穗部干物質質量分別增加577.68、576.66、543.32 g/m2，表明RFC、RRF處理能改善灌漿效果，提升穗部性狀；在收獲指數方面，RFC處理與CK處理達到顯著差異水平，而RRF處理與CK處理差異不顯著。

表1 不同處理對水稻地上部干物質積累的影響

注：同列數據后不同小寫字母、大寫字母分別表示處理間差異顯著(P<0.05)、極顯著(P<0.01)。表2同。

2.4 不同處理對水稻產量、產量性狀及飼養動物產量的影響

由表2可知，與CK相比，RFC、RRF處理的實際產量分別增加5.32%、4.77%，且二者與CK處理差異達極顯著水平。從產量構成來看，RFC處理與CK之間的產量差異主要是由單位面積有效穗數、結實率和千粒質量的差異造成，其中單位面積有效穗數和結實率達到極顯著差異水平，千粒質量達顯著差異水平；RRF處理與CK之間的產量差異主要是由單位面積有效穗數和結實率的差異造成，均達到極顯著差異水平。在動物產量方面，RFC處理的商品魚和雞的產量分別為1 725.86、356.43 kg/hm2；RRF處理的商品魚產量為 1 688.34 kg/hm2，較RFC處理少37.52 kg/hm2。

2.5 不同處理對水稻經濟效益的影響

由表3可知，從經濟總投入來看，RFC處理的經濟總投入為25 204.75元/hm2，其中購買苗種、餌料及勞動力的投入占總投入的82.54%；RRF處理的經濟總投入為 22 605.25元/hm2，其中購買飼養苗、餌料及勞動力投入占總投入的80.53%；CK處理經濟總投入為9 150.00元/hm2。RFC、RRF處理增加的投入主要是購買苗種、餌料及勞動力的費用。從經濟總產出來看，RFC處理的經濟總產出為 64 523.37元/hm2，魚和雞的收入占總收入的70.06%；RRF處理的經濟總產出為52 946.13元/hm2，魚的收入占總收入的63.77%；CK處理的經濟總產出為18 256.22元/hm2，只有稻谷產出。從產投比來看，RFC、RRF處理的產投比分別為2.56、2.34，均高于CK的2.00。從總利潤來看，RFC處理的總利潤為39 318.62元/hm2，RRF處理的總利潤為 30 340.88元/hm2，分別是CK處理(9 106.22元/hm2)的4倍、3倍。

表2 不同處理的水稻產量、產量性狀及飼養動物產量比較

表3 不同處理水稻的經濟效益分析 元/hm2

注：稻谷的價格按2.6元/kg計算；勞動力工資為100元/d；餌料主要為玉米粉，價格為4元/kg；鯉魚苗和雞苗的價格分別為14、13元/kg；鯉魚和雞的商品價格分別為20、30元/kg。

3 結論與討論

水稻的分蘗狀況是對水稻產量影響很大的重要因素之一，它能夠直接影響水稻的有效穗數，且分蘗狀況與肥力水平密切相關[13]。吳敏芳等研究發現，稻魚共作處理的水稻分蘗要高于水稻單作處理，且成穗率也顯著高于單作處理[14]。本研究發現，在同等施肥水平下，分蘗前期RFC、RRF、CK處理的分蘗數差距不大；而隨著鯉魚和雞的群體生物量逐漸增加，它們在田間的活動強度加大，所以能更多更好地轉化稻田內的物質資源作為養分肥料滿足水稻的生長發育，并取得不間斷性施肥的效果，所以RFC、RRF處理的水稻分蘗期延長、分蘗數增加且增長速度加快；而CK處理由于后期肥分缺失、供應不足，水稻分蘗數低于RFC、RRF處理，且分蘗數在后期迅速減少，因此CK處理的成穗率也低于RFC、RRF處理。水稻的株高和地上部干物質積累是產量形成的基礎和先決條件，也間接反映了水稻的養分供應情況[15]。高洪生研究表明，養魚稻田的水稻在分蘗期、孕穗期和抽穗期的株高均高于對照田，且在生育后期更加明顯[16]；李端富等研究發現，養魚稻田在水稻分蘗期、孕穗期和抽穗期的根、莖、葉干物質質量都高于對照田[17]。在本研究中，在4個生育時期RFC處理的株高比CK分別高2.26、4.30、4.47、4.51 cm，RRF處理的株高比CK分別高1.15、3.50、3.97、4.23 cm；在孕穗期、抽穗期和成熟期，各處理地上部干物質積累的大小關系為RFC>RRF>CK，同時從抽穗期到成熟期，三者穗部干物質質量分別增加577.68、576.66、543.32 g/m2。從分蘗期以后，水稻開始拔節、長葉、長根、長穗等一系列生長發育活動以及各器官的干物質積累，因此肥料養分的需求量開始加大[18]，此時雖然CK處理進行了后期追肥，但RFC、RRF處理由于魚和雞的活動、排泄使得土壤養分增加，肥料分解更徹底，其有效化程度提高，并能充分地與土壤混合，減少了肥分流失，提高了養分利用率，從而更好地保證水稻后續生育期的生長發育。

水稻產量與其各生育時期的生長農藝性狀息息相關，尤其與產量構成因素關系更為緊密[19-21]。壟作種養模式能夠使水稻增產的原因主要是提高了單位面積有效穗數、結實率，RFC、RRF處理的產量都顯著高于CK。通過分析各產量構成因素發現，RFC、RRF處理的有效穗數與CK處理達到極顯著差異，這是由于RFC、RRF處理經歷了更長的有效分蘗期，為更高的有效穗數打下了基礎；RFC、RRF處理的結實率與CK處理也達到了極顯著差異，這可能是因為在灌漿期由于魚的作用使水稻葉片更好地進行光合作用合成干物質供灌漿需求，從而保證了較高的結實率。

農民從事水稻生產的積極性主要取決于所獲得的經濟效益。傳統水稻單作方式的利潤較低，導致農民從事農業生產的積極性下降，大部分農村勞動力轉向城市，從而使得許多農田被閑置荒棄。一旦農田被長時間閑置，由于長時間太陽曝曬和雨水沖刷，導致農田土壤的物理結構被破壞、化學性狀會改變，使得農田不再適宜農業生產[22]。壟作種養模式的經濟效益要遠遠高于單一種植水稻，所以該模式可能會調動農民的生產積極性，讓閑置的農田重新得到利用，為維護和保護耕地起到一定的作用。

壟作稻魚雞共生生態系統具備了穩定的系統組成結構和高效的物質能量循環途徑，在有效減少化肥農藥投入的前提下，水稻的分蘗生長、株高以及地上部干物質積累等生長性狀均得到改善，單位面積有效穗數、結實率和千粒質量等產量性狀顯著增加，產量相較水稻單作增加5.32%；在此基礎上，還能產出1 725.86 kg/hm2的商品魚和356.43 kg/hm2的雞，整體產值大幅上漲。因此，壟作稻魚雞種養模式的合理推廣普及在保障糧食安全和食品安全、推動農業供給側結構性改革、促進農村剩余勞動力就業、增加農民收益、實現農村農民脫貧致富等方面將起到重要作用。