尤溪聯合梯田稻作系統的田間綜合管理技術與系統穩定性

樊榮榮, 王玉潔, 呂昭君, 鄭新宇, 王維奇, 閔慶文, 林瑞余

(1.福建農林大學生命科學學院，福建 福州 350002；2.福建師范大學地理科學學院，福建 福州 350007； 3.中國科學院地理科學與資源研究所，北京 100101)

中國具有一萬多年的農耕文明，積淀了豐富的農耕經驗，形成了寶貴的農業文化遺產，相關的農耕技術可為當前農業生產提供寶貴經驗[1]。農業文化遺產地保留下來的農業技術遺產對維持生計與農業可持續發展具有重要借鑒價值[2]，哈尼梯田[3-6]、廣西龍脊梯田[7]、湖南新化的紫鵲界梯田[8]及江西崇義客家梯田[9]已有相關報道。聯合梯田位于福建省三明市尤溪縣聯合鎮，是我國南方典型的以稻作為主的山地農業系統，2018年被列入全球重要農業文化遺產地[10-11]。據考證，其開鑿于1 300多年前，海拔高度落差700 m，形成“水源林—聚落—梯田—溪流”的垂直立體分布格局[12-14]。聯合梯田至今保存了豐富的傳統水稻種質資源，以及作物復種輪作與間作、立體種養等多樣化的典型稻作模式[13-15]，具備良好的水土保持功能[16]，且維持良好的生產功能、抗災能力與系統穩定性，但稻作系統穩定性的維持機制尚不明確。研究表明，梯田稻作系統穩定性受氣候、地質、田間管理等多種因素影響[17]。因此，為明確聯合梯田田間管理技術及其對稻作系統穩定性的影響，本研究從田間綜合管理技術的角度分析當地梯田穩定性、地力穩定性、水稻生產穩定性和生物多樣性，以期為聯合梯田的開發和保護提供借鑒。

1 研究區概況與方法

1.1 研究區概況

聯合梯田位于三明市尤溪縣聯合鄉，梯田綿延8個行政村，界于北緯26°17′～26°24′，東經118°08′～118°17′之間[15]。該梯田地處亞熱帶地區，屬亞熱帶季風性濕潤氣候，年均氣溫15.8～19.6 ℃，無霜期180 d，降雨主要集中在5—9月[15]，約220 d。以中低山地地形為主，開墾于山坡上，坡度在15°～75°之間[10]，土質優良，土壤肥沃，耕地面積為918.73 hm2[13]。

1.2 研究方法

2015—2017年，通過實地考察和組織當地的農技站、文化站、水利站以及各村村委會主要成員召開座談會等獲得聯合梯田稻作系統的田間管理技術相關資料，并查閱《尤溪縣縣志》[18]等。

2 結果與分析

2.1 稻作系統水分管理與梯田的穩定性

梯田的修筑使當地的田地坡度減小，在一定程度上減緩了水土流失，保障了田間的水土穩定性；同時，田間修筑的田埂在一定程度上減少了水肥流失，合理的灌溉模式有助于防洪、減少土壤流失。當地以山頂天然森林為水庫，形成了“森林—梯田—村莊—河流”的空間格局[12]。除降雨外，地下徑流和山泉水是最主要的灌溉水源[12,19]，梯田水資源通過分級截流、分散蓄存及土壤下滲等實現了重新分配[20]。除此之外，聯合梯田根據不同稻作類型實行水分差異化管理，具體措施見表1。

2.2 稻作系統肥田措施與地力穩定性

2.2.1 傳統肥田 聯合梯田稻作系統保留了多種多樣的傳統肥田措施，主要包括：種植綠肥、放養紅萍、秸稈還田、施用廄肥與農家肥以及種養結合等。(1)種植綠肥。水稻收割后在稻田中撒播紫云英種子，于盛花期翻犁。(2)放養紅萍。水稻收割后養植紅萍，于來年插秧后30～40 d，結合第2次中耕除草烤田時“倒萍”。(3)秸稈還田。利用水稻秸稈與冬天散養田間的牲畜糞便一起發酵用于肥田。(4)施用廄肥。將自制的廄肥撒施作基肥，結合中耕培土時施用，總施用量一般為1 500～2 000 kg·hm-2。(5)施用農家肥。將堆積腐熟的人畜糞便與草木灰、泥炭、食用菌培養基混勻后或與菌肥混合后作為基肥。(6)種養結合。春季種植水稻后放養泥鰍、田螺和鯉魚等，秋季收獲后放養雞、鴨和羊等家禽家畜，利用所養殖動物的糞便肥田。

表1 聯合梯田主要稻作類型的水分管理措施Table 1 Water management measures of main rice types in Lianhe terrace fields

2.2.2 化肥施用 根據田塊的土壤肥力狀況、水稻品種特性與稻作類型差異，聯合梯田稻田的化肥施用主要分為“基肥一道清”、“前促施肥”、“前促—中控—后保”和“前穩—中攻—后補”。(1)“基肥一道清”主要適用于黏土、重壤土等保肥力強的稻田。在整地時將全部肥料用作基肥，一次性施入。(2)“前促施肥”主要適用于栽培生育期短的水稻品種。施肥水平不高或前期溫度較低、肥效發揮慢的稻田，在施足基肥的基礎上，早施和重施分蘗肥。一般基肥量占總施肥量的70%～80%，剩余肥料于秧苗返青后全部施入田間。(3)“前促—中控—后保”主要適用于供氮能力低的稻田。其中，“前促”指水稻移栽后2～3周施用速效肥促蘗，施用量占70%～80%；“中控”指在達到預期分蘗數后，采用擱田或烤田來控制氮素吸收；“后保”指在稻田覆水后，對葉色褪綠嚴重的稻株在孕穗期施用保花肥。(4)“前穩—中攻—后補”主要適用于中熟、晚熟水稻品種與保肥性差、施肥量較低的稻田。“前穩”包括促根、控葉、壯稈，“中攻”指在稻穗分化期重施促花肥等，“后補”指抽穗后看苗補施粒肥等。

2.2.3 稻作系統地力穩定性 傳統肥田和化學肥田是聯合梯田維持地力穩定性的重要因素。養植綠萍、紅萍與秸稈還田等可有效增強田間肥力，何艷明等[21]和沈世勝[22]研究表明，種植綠肥使田間化肥施用量減少20%左右，稻田增產30%。對南方雙季稻種植系統的研究發現，放養紅萍使一般稻谷增產4%～8%[23]。梁繼旺等[24]研究表明，秸稈還田可增加田間土壤有機質，使早稻增產10%～13%、晚稻增產1.2%～2.5%。農家肥、廄肥為梯田提供生態肥源，種養結合及種植田埂豆科作物有效減少水土流失、增強土壤氮肥。對貴州余慶縣稻田的研究表明，農家肥可使水稻增產20%左右[25]。王育紅等[26]研究表明，稻鴨種養結合可使水稻增產約7%。因此，使用傳統肥田技術與化學肥田結合可提高稻作系統的產量，減少土壤污染。

2.3 雜草防控與水稻生產穩定性和生物多樣性

雜草是影響稻作系統水稻生產穩定性和生物多樣性的因素之一。本調查表明，聯合梯田稻作系統的主要雜草有28種，主要包括：鴨跖草(Commelinacommunis)、莎草(Cyperusrotundus)、千金子(Leptochloachinensis)、鼠曲草(Gnaphaliumaffine)、羊蹄草(Emiliasonchifolia)、黃鵪菜(Youngiajaponica)、水蓼(Polygonumhydropiper)、過路黃(Lysimachiachristinae)、苣荬菜(Sonchusbrachyotus)、牛筋草(Eleusineindica)、狗尾草(Setariaviridis)、艾草(Artemisiaargyi)、薊(Cirsiumjaponicum)、車前草(Plantagodepressa)和積雪草(Centellaasiatica)等。雜草防控以種養結合和秸稈覆蓋措施為主，人工除草和化學除草為輔。其中，化學除草包括播前化除、種后化除以及補除措施，人工除草主要為中耕除草。(1)復種輪作。主要包括早稻—秋薯、春薯—晚稻、瓜稻輪作和煙稻輪作。(2)種養結合。水稻成活后每公頃放入鴨子45～100只，后期可增加至100～190只，讓鴨子在水田中覓食，啃食雜草。(3)秸稈覆蓋。在上茬作物收獲前進行水稻直播，利用上茬作物收獲時產生的秸稈覆蓋稻田。(4)播前化除。夏收后于水稻播種前3～5 d用500 mL·hm-210%草甘膦水劑或80～100 mL·hm-225%克瑞蹤水劑清潔田園。(5)種后化除。種后化除包括一次化除和二次化除。①一次化除：水稻播種后1～3 d內，在濕潤無積水的條件下，搶晴用80 g·hm-240%芐嘧·丙草胺可濕性粉劑兌水30～50 kg均勻噴霧。②二次化除：水稻播種后2～3 d內，先用100 mL·hm-290%殺草丹均勻噴霧，再在稻苗2～3葉期用30 g·hm-210%芐嘧磺隆濕性粉劑拌化肥均勻撒施。(6)中耕除草。水稻分蘗期對土壤淺層翻倒及疏松時進行除草，一季作物中耕3～4次。

聯合梯田采用稻薯輪作、瓜稻輪作和稻煙輪作、秸稈覆蓋等減少田間草害發生、影響土壤理化性質、改變土壤微生物含量與豐富土壤生物多樣性，而種養結合實現空間立體培養、減少草害發生、增加復種指數與維持稻作系統的生物多樣性。黃國勤等[27]研究發現，復種輪作可使稻田輪作系統的總初級生產力、光能利用率、輔助能利用率分別比連作系統提高17.47%、9.87%和5.0%。徐志軍等[28]研究發現，秸稈覆蓋的直播田雜草萌發比翻耕水田萌發遲4～7 d。林孝麗等[29]研究顯示，種養結合可使農藥施用量比常規水稻種植模式減少40.17%。

2.4 病蟲害綜合防控與水稻生產穩定性和生物多樣性

病蟲害是影響稻作系統水稻生產穩定性和生物多樣性的一大因素。本調查表明，聯合梯田稻作系統的主要病害有17種、蟲害19種。病害包括：稻瘟病(Pyriculariagrisea)、細菌性條斑病(Xanthomonasoryzae)、矮縮病(Ricedwarfvirus)、稻曲病(Ustilaginoideaoryzae)、葉鞘腐敗病(Sarocladiumoryzae)、惡苗病(Fusariummoniliforme)和立枯病(Rhizoctoniasolani)等；蟲害包括：稻縱卷葉螟(Cnaphalocrocismedinalis)、褐飛虱(Nilaparvatalugens)、三化螟(Scirpophagaincertulas)、二化螟(Chilosuppressalis)、白背飛虱(Sogatellafurcifera)、灰飛虱(Laodelphaxstriatellus)、稻葉蟬(Nephotettixcincticeps)和稻苞蟲(Parnaraguttata)等。根據各病蟲害的發病特點及病源生物生理生化特性不同，聯合梯田病蟲害綜合防控分為人工防治、物理防治、化學防治、農業防治和生物防治。(1)人工防治。主要包括下田捉蟲、采卵塊、拔枯心苗、摘除病葉、病穗，可減少田間蟲卵數量，降低稻田發病率。(2)物理防治。主要包括點燈、燒火誘殺成蟲。(3)化學防治。使用稻瘟靈、異稻瘟凈、水胺硫磷、殺蟲雙、殺滅菊酯等農藥防治病蟲害。(4)農業防治。選用抗病蟲良種，播前曬種、浸種，實行淺水勤灌，早季提早灌水溶田；稻草漚肥；適時播種，使水稻抽穗避開雨季；提倡水旱輪作等。(5)生物防治。主要包括引入害蟲天敵，選擇抗性品種等。

聯合梯田采用人工防治控制卵生害蟲發生，有效減少田間蟲卵數量、降低稻田發病率；采用物理防治控制趨光性害蟲，有效控制害蟲種群數量與繁殖速度；采用生物防治可有效控制病蟲害，不造成藥物殘留；采用農業防治可長期有效控制病蟲害的發生。本調查顯示，在二化螟蟲卵孵化為成蟲前拔出傷株可有效消除大量幼蟲；稻田養鴨可有效防治稻飛虱；播種前曬種、浸種可有效殺除種子表面致病菌；鄒游興[30]研究發現，使用殺蟲燈誘捕方法可在100 m以內有效控制害蟲數量及其危害程度。因此，梯田通過綠色防控措施去除病蟲害，減少田間大量使用藥劑、保障水稻安全生長與保護生物多樣性。

3 討論與結論

3.1 聯合梯田稻作系統穩定性的維持機制及田間綜合管理技術的生態價值

稻作系統的田間綜合管理技術是影響水稻產量、品質及稻作系統穩定性的關鍵。當前，水稻的水分管理方式嚴重影響稻田草害等的發生，進而影響水稻產量[31]。近幾十年來，化肥、農藥及除草劑等大量施用的負面環境效應已逐漸顯現[31-34]，農藥殘留等問題已嚴重威脅土壤質量與人類健康，影響農田的使用。隨著氣候條件、水稻栽培方式、耕作制度的變化以及化學試劑的長期使用等，稻田雜草的優勢群落和種群以及病蟲害的發生頻率和強度等發生了很大的變化[34]，稻作系統的穩定性面臨嚴重威脅。

聯合梯田因地制宜采用相應的田間管理技術，保護梯田田間生態系統的多樣性，有效提高太陽能利用率與維持梯田的水土穩定、肥料穩定和生態系統穩定，對生態農業和循環農業的發展都具有重要借鑒價值。在水分管理上，梯田采用森林蓄水、梯田保水、流水串灌等途徑保證稻作系統水分的有效供給，形成符合水稻生長的灌溉模式，滿足其生長需求。通過修筑田埂、種植田埂豆等措施，增強梯田結構的穩定性、保障梯田不垮塌，實現梯田的保護和可持續利用。在肥田措施上，通過綠肥、秸稈、廄肥等的合理施用、種養結合、合理間作以及傳統施肥與化學施肥相結合等措施，提高廢棄物的利用價值、改善土壤理化性質與減少環境污染，為當今農業稻田肥料管理提供借鑒。采用復種輪作、種養結合、秸稈覆蓋、中耕除草來減少雜草的種類及數量，避免了化學除草帶來的危害，充分提高了聯合梯田的空間資源與能量資源的利用率，為稻作系統的高效生產及草害管理提供了解決方案。采用物理、化學、生物、農業防控為主，人工防控為輔的措施以及稻田養魚、養鴨等方式有效防止雜草生長和病蟲害發生，加速了物質循環和能量流動過程，并促進水稻及其他作物的生長，為可持續農業的發展提供重要參考。

3.2 聯合梯田稻作系統田間綜合管理技術傳承與保護建議

近年來，聯合梯田農藥、化肥及除草劑的大量使用造成稻作系統穩定性失衡；水體污染狀況日益嚴重；勞動力流失，導致梯田維護不到位，拋荒、崩塌現象日趨嚴重。這些問題威脅到聯合梯田稻作系統的可持續發展，田間綜合管理技術面臨瀕危，建議從政府與農民兩方面進行改進。政府應加大對農業文化遺產的保護力度，呼吁人們重視農耕文化的傳承，并積極鼓勵和大力支持大學生回鄉創業及就業；提出或制定保護傳統農耕文化的惠農政策，給予農民相關的政府補貼；大力發展農耕文化相關產業，如旅游業、農副產品加工業等，以解決農民生活及就業問題；組織相關學者及專家對農民進行定期的田間綜合管理技術及相關農業知識的培訓及指導；及時對梯田進行調研，制定相關政策制約梯田農藥使用量，鼓勵農民使用綠色肥料肥田。當地農民應積極響應政府制定的梯田保護政策；并以長遠的目光看待聯合梯田稻作系統的發展，愛護當地的傳統農耕文化；不斷提升自身的專業知識，更好地保護和傳承梯田文化。