傳統秸稈還田加稻田養魚可行性研究

羅雨聰，王忍，黃璜

(湖南農業大學農學院，長沙 410128)

我國大米生產過程中化肥農藥的使用已經超過國家糧食安全標準，化肥利用率遠低于美國、德國、丹麥等發達國家[1]。據統計，2016 年湖南省農業生產化肥使用總量為839.67 萬t，其中復合肥使用量逐年遞增。我國水稻生產中每季的氮肥平均使用量為180 kg/hm2，比全球平均水平高約75%。但是，稻田中氮肥的吸收利用率低于40%，比發達國家低20%左右[2]。雖然化肥和農藥的大量使用保證了糧食的高產，但其缺點也日益突出，主要表現為化肥使用過多導致超量的氮和磷進入水體，河水富營養化。在降低肥料使用量的基礎上，如何提高土壤肥力，同時提高水稻產量，是現代化農業面臨的一項挑戰。中國傳統的耕作方式可能為現代集約化農業提供新的視角。

本文介紹秸稈還田模式對土壤肥力和水稻群體生長特性的影響，分析稻田養魚的優缺點，最后在稻田養魚的基礎上，加入這兩種還田技術，形成了一種新的稻田生態種養模式，為農業的可持續發展提供一個方法。

1 秸稈還田對水稻生長和土壤肥力的影響

1.1 紫云英還田對稻田土壤理化性質的影響

以前，農民在冬閑田上種植油菜和土豆以及紫云英，充分利用閑置農田，有利于來年的糧食生產。冬種紫云英還田可以改善土壤肥力，減少化肥的使用，促進水稻的生長發育。楊曾平等[3]的實驗表明，紫云英還田加雙季稻處理土壤中營養物質輸送和儲存能力最強，因此紫云英還田是農田培肥的有效措施之一。冬季紫云英種植有利于土壤有機質的積累[4]，并增強了土壤氮的利用率。

1.2 紫云英還田對水稻群體生長特性的影響

近些年，對紫云英的研究多集中于對土壤肥力的影響上，對水稻群體生長特性的研究相對較少。水稻干物質積累是產量提高的前提，土壤中有機物有助于干物質的積累，生物量較高也是水稻增產的前提[5，6]。前人研究證實，只要不超過水稻對氮的需求量，紫云英與氮肥的結合就能調和水稻個體和群體之間的矛盾，有效提高水稻對氮的吸收量，也加速水稻干物質向水稻結實器官的轉移[7，8]，從而提高水稻產量。高菊生等[9]研究表明，紫云英—雙季稻處理下早稻年均增產率比油菜—雙季稻處理和黑麥草—雙季稻處理分別高40.60%和66.70%，晚稻年均增產率分別高30.20%和41.80%；紫云英—雙季稻處理的早晚稻年平增產率分別高38.80%和60.30%。馬艷芹等[10]研究表明，與冬閑田處理相比，冬天種植紫云英后比各處理早稻干物質量增長15.57%～ 6.21%，晚稻干物質量增長14.41%～4.89%，水稻吸收氮量2 年平均增長60.24%～93.04%；與紫云英還田相比，紫云英還田配施氮肥較各處理早稻干物質量增長20.14%～8.35%，晚稻干物質量增長14.79%～18.07%，水稻吸收氮量2年平均增長40.73%～69.53%。時元智等[11]研究表明，合理的紫云英還田可以有效地提高水稻葉片SPAD 值，并通過影響水稻葉面積指數，改善水稻冠層PAR 傳輸特性，進而提高水稻干物質含量，最終影響水稻產量。

1.3 秸稈還田對土壤理化性質的影響

研究表明，將秸稈還田可有效地降低表層土壤容重，提高土壤孔隙度，減少土壤大團粒的數量，改善土壤通氣狀況[12]。秸稈本身含有大量的養分元素，例如C、N、P、K 等。王曉波等[13]研究表明，秸稈還田與對照相比，土壤有機質平均增加4.45 g/kg，總氮含量增加0.13 g/kg。秸稈還田免耕條件下土壤有機質平均增加3.36 g/kg，總氮含量平均增加0.09 g/kg；秸稈還田在少耕條件下和粉碎秸稈增加黑土有機質和總氮含量的效果不顯著。曾研華等[14]研究表明，稻草還田2 年后的土壤蔗糖酶活性比沒有稻草還田和秸稈焚燒灰還田處理高，差異達到顯著水平；土壤脲酶活性則低于后者。稻草還田后，土壤有機質含量比試驗前增加了0.40～0.49 g/kg，比稻草燒灰和稻草不還田增加0.21～0.45 g/kg，但各處理間差異不明顯。秸稈還田可增加土壤有機質含量[15]，從而改善土壤結構和提高土壤有機碳含量，有利于提高水稻的生產力。牛新勝等[16]的5 年玉米秸稈覆蓋免耕定位試驗表明，與其他處理相比較，免耕處理土壤含水量比其他處理增加5.56%～17.00%，在0～20 cm 土層，土壤全氮含量比其他處理增加10.60%～15.80%、堿解氮含量比清翻處理增加23.30%、有機質含量比其他處理增加29.00%～33.80%。在稻草腐爛的早期，微生物的分解過程會產生二氧化碳、有機酸和其他物質，會降低土壤pH 值，影響根系呼吸，不利于根系的正常生長發育[17]。

1.4 秸稈還田對水稻生長及產量的影響

目前，秸稈還田的主要方法是將秸稈粉碎或者漚肥還田[18，19]。粉碎秸稈是適應現代機械化操作，而漚肥還田在農村最常見。大多數研究表明，秸稈還田會抑制水稻的早期生長，特別是幼苗期[20]，促進中期和后期的水稻生長。秸稈還田后，早期水稻無法直接利用秸稈養分。由于秸稈的高C/N，通常為60～80[21]，秸稈腐爛過程中，會消耗氮和氧，產生還原性物質并降低土壤pH，土壤微生物與水稻爭搶養分、氧氣，不利于根系呼吸，從而影響水稻正常生長發育。根系發育不良，黃色根增加，分蘗期推遲，幼苗矮小。稻草還田能改善土壤的肥力，促進水稻中后期的生長發育，提高水稻產量，有效提高秸稈資源的利用率。研究表明，秸稈還田可增加水稻抽穗期和成熟期水稻各個器官必需礦物質的含量[22]，從而增加水稻的產量。葉文培等[23]研究表明，施肥條件下，秸稈還田可以使早稻增產10.03%～12.88%，但晚稻產量僅增加1.33%～2.61%。成臣等[24]研究表明，與翻耕秸稈還田處理相比，翻耕秸稈不還田處理和免耕秸稈還田處理早稻平均產量降低了3.50%和5.20%，晚稻平均產量降低了3.6%和6.4%，其中，免耕秸稈還田處理的晚稻產量明顯低于翻耕秸稈還田處理(P<0.05)。

2 稻田養魚的優缺點

研究表明，稻田養殖模式中，飼喂魚餌料的殘渣和魚兒田間排泄的糞便，是田間土壤有機質的主要來源之一，可以有效增加土壤中的有機質含量和微生物數量[25]，生物量氮含量也顯著增加[26]。孫剛等[27]研究表明，與對照相比，養魚稻田土壤容重平均降低0.09 g/cm3，土壤總孔隙度平均提高9.15%，>0.25 mm 團聚體平均增加4.64%，土壤堿解氮、速效磷含量明顯高于對照，差異均達極顯著水平。王華等[28]研究表明，稻田養魚區早稻分蘗率為111%，比對照高20.30%，成穗率為71.30%，比對照高2.90%，每穗實粒數比對照多7.7 粒，空殼粒較對照低1.60%，實際產稻谷4 023 kg/hm2，比對照增產15.80%。稻田中魚類活動在一定程度上抑制了病蟲害和雜草的發生[25，28]，減少了肥料和農藥的使用。此外，稻田養魚的經濟效益要高于常規水稻種植，有利于提高農民的生產積極性。

稻田養魚模式的優勢顯著，通過魚類的活動來減少雜草和病蟲害的發生，用魚的排泄物及餌料殘渣來改善土壤肥力，促進水稻的生長發育。但是其缺點也很明顯[28]。由于魚的活動范圍有限，葉上的害蟲魚無法夠到，且魚對水的深度有要求，必須保持3～5 cm的水位。稻田養魚模式中，飼喂魚餌料的殘渣和魚田間排泄的糞便對土壤肥力的改善有限，主要還得依靠施肥。而紫云英和秸稈還田可有效的補充外源有機質，對改善土壤肥力有重要影響，可以有效減少氮素的使用，還可以充分利用冬閑田，達到四季常青的效果。

3 稻田生態種養的新模式展望

在了解紫云英和秸稈還田的優勢和稻田養魚的優缺點的基礎上，充分利用豆科綠肥和秸稈還田的好處，最大程度提高水稻的產量和改善土壤的肥力，減少化肥農藥使用，節約生產成本，優化田間環境，是一種稻田生態種養新模式。在這種模式中，水稻收割后秸稈粉碎直接還田，作為下一季水稻的肥料，并且在冬閑田種植紫云英，即晚稻收割后，在田間種植紫云英。紫云英于盛花期翻壓還田，還田量為20 t/hm2鮮草，種植水稻后在田間養殖魚類。這項新技術將傳統的稻田養魚和有機肥料還田結合在一起，可有效減少氮肥和農藥使用，提高土壤肥力，節約生產成本，同時生產出綠色、優質的大米和魚肉，提高了水稻的產量和質量，提高水稻生產的利潤，確保糧食安全。

4 結論

大米是世界上主要的口糧之一，對確保全球糧食安全有重要意義。中國傳統的稻田養魚技術為提高農田生產力、生產安全高品質大米、減少化學肥料和農藥使用等提供了新方法。在現代集約化農業條件下，進一步發展中國的水稻生產技術，具有較高的生態效益和經濟效益。秸稈還田加稻田養魚的新模式不僅為人們提供了綠色安全的大米，同時生產出高蛋白、高品質的魚肉，提高了稻田生產利潤，提高了大米的產量和品質，減少了化肥的使用。對傳統的稻田養魚技術進行創新，延續了中國傳統的水稻種植技術，更好的保護了農田生態系統，提高了土壤肥力，有利于農業生產的可持續生產，提高水稻生產的經濟價值和生態價值。