連年規模稻鴨共養對稻田土壤性狀、稻米產量及品質的影響

紀 力，邵文奇，陳富平，董青君，章安康

（江蘇徐淮地區淮陰農業科學研究所，江蘇淮安 223001）

0 引言

常規水稻種植模式中化學性物質的長期使用，帶來了稻田病蟲草害的防治難題，也污染了農業生態環境，降低了農產品品質和稻田生態系統的穩定性。稻鴨共作種養是以水田為基礎、種稻為中心、家鴨田間網養為特點的一種環保、生態、高效、綜合的生態農業模式，具有可改善稻田土壤質量、降低水稻種植成本、提高農產品品質、減少農藥化肥使用、降低環境污染等優點[1-3]。目前稻鴨共養種植的配套技術已經比較成熟，如宜選用分蘗力強、莖稈粗壯、熟期適中的大穗型水稻品種，水稻應適當稀植，以便于鴨子在田間穿行活動[4-7]；稻田放養鴨150～180只/hm2效果較好，既能為稻田提供較好的增肥、除草、除蟲效果，也能較大限度降低鴨子活動對水稻植株造成的破壞作用[6-8]。同時，稻鴨共養對稻田土壤性狀、稻田生態環境、稻米產量及品質等方面的影響也得到了較多研究，宋廣鵬等[8]研究表明長期稻鴨能有效地改良土壤緊實度，調節土壤酸堿度，促進土壤有機質積累；禹盛苗等[9]研究表明稻鴨種養模式使土壤容重降低2.38%，土壤氧化還原電位提高31.7%，土壤有機質提高2.04 g/kg，能有效改善土壤結構，提升土壤肥力水平；劉欣等[10]、張錦等[11]研究都表明稻鴨共養能夠刺激水稻生長、促進物質循環、控制病蟲草害和改善稻田環境；張為強等[12]研究分析了稻鴨共作對稻米產量及品質的影響，認為從總體上看稻鴨共養能夠顯著提升稻米品質，但水稻產量差異性不明顯；梁玉剛等[13]則認為稻鴨共育雖能顯著增加穗粒數、結實率和千粒重等，但因為有效穗的降低水稻實際產量是減少的。前人研究表明稻鴨共養種植具有較好的生態環境效益和經濟效益，但其研究結果也存在諸多不同之處。不同地區的氣候、土壤、主栽水稻品種、農業生產方式、經濟發展水平等存在較大差異，需要根據當地實際情況來具體研究并評價稻鴨共養對土壤性狀、稻米產量及品質的影響。筆者在長江下游沿淮地區特定的稻鴨共養模式下，研究稻鴨共養的連續多年實施對稻田土壤性狀、水稻產量及品質的影響，以期得到對稻鴨共養模式的準確評價，并以此為依據對稻鴨共養技術模式進行修正完善，為其在生產中順利推廣提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 試驗條件

試驗于2010—2019年在淮安市三河稻麥種植基地進行，實施地交通便利，水利條件優良，農業種植水平較高。地處江蘇淮安，屬北溫帶半濕潤季風氣候，兼有南北氣候特征，年平均氣溫14.1～14.8℃，年日照時數在2100～2400 h，無霜期210～225天，年降水量900～1000 mm，土壤類型為黃棕壤土類，輪茬作物為小麥。土壤基礎理化性質：有機質含量25.2 g/kg，全氮1.44 g/kg，速效磷17.1 mg/kg，速效鉀117.1 mg/kg。灌溉水理化性質：pH 7.3，氯化物0.40 mg/L，化學需氧量28 mg/L，灌溉水等級為清潔。

1.2 試驗設計

水稻品種為常規粳稻‘南粳9108’，鴨子品種選用大型肉蛋兼用型高郵麻鴨。設置稻鴨共養模式田(RD)和常規高產模式田(CK)2個處理，每個處理3個重復，選擇連片平整稻田，用田埂隔出面積為3335 m2的6個小區。水稻秧苗6月初育苗并于6月底機插入田，10月下旬成熟收獲，輪作作物為同一品種小麥，水稻及小麥秸稈均在收割時粉碎全量還田，于2010—2019年連續10年實施。

CK種植方法：按當地習慣種植方式，統一肥水管理，水稻栽插行距株距為25 cm×12 cm。施肥方法：總施肥量為氮肥（純N）為200 kg/hm，N:P2O5:K2O為1:0.5:0.8。鉀肥和磷肥一次性作基肥施用，氮肥按5:3:2比例分別在基肥、分蘗期和孕穗期施用。

RD種植方法：需對田埂加寬加高，并設置鐵絲圍網，田頭設鴨棚，水稻栽插行距株距為25 cm×15 cm。水稻秧苗栽插入田10天后放入經過防疫、訓水的15天左右鴨苗，按照180只/hm2進行鴨子投放，每天傍晚投喂一次綠色飼料（如玉米），水稻穗期時將鴨子取出至其他場地繼續培育。施肥方法：稻鴨田為綠色生態種養模式，基肥施用菜籽餅(1500 kg/hm2)和有機肥(750 kg/hm2)，穗肥施用有機肥(750 kg/hm2)。后期一般不使用農藥，如需要時則選擇綠色生態農藥。

1.3 測定項目

2019年于水稻成熟期分別采取0～10、10～20 cm耕層土壤樣品，風干后磨樣，按照NY/T 391—2013檢測依據對土壤性狀指標（包括土壤酸堿度、容重、有機質含量、全氮含量、有效磷含量、速效鉀含量等）及重金屬含量（包括鎘、汞、砷、鉛、鉻、銅等）進行檢測。每個處理選擇長勢一致水稻測量稻穗長度及質量，考察水稻產量結構性狀并計算產量；稻谷收獲后風干儲藏后按照NY/T 419—2014測定品質性狀（包括糙米率、精米率、堊白粒率、堊白度、蛋白質含量、賴氨酸含量、直鏈淀粉含量、膠稠度、糊化溫度等）、重金屬含量及農藥殘留等。使用Excel 2010和SPSS Statistics 21統計軟件進行數據整理及統計分析，不同處理的差異顯著性用T檢驗法。

2 結果與分析

2.1 對土壤性狀的影響

經過連續多年稻鴨共養種植后，在水稻成熟期對2種種植方法的稻田土壤進行檢測（表1）。與常規水稻高產種植田相比，稻鴨共養模式能有效降低土壤容重，尤其是表層土壤比常規田降低5.65%，差異性達顯著水平（P＜0.05，下同），土壤酸堿度也有所改善，但差異不顯著。多年稻鴨共養后10～20 cm耕層土壤中的有機質、全氮、速效磷和速效鉀含量分別增加了2.34%、4.74%、3.79%和4.77%，0～10 cm耕層土壤則分別增加了8.71%、14.29%、9.68%和8.34%，較10～20 cm耕層土壤養分提高更為顯著。結果表明，多年稻鴨共養種植后土壤物理結構得到了明顯改善，土壤通透性和酸堿度都得到了有效調節，同時增加了土壤有機質積累，提升了土壤肥力水平，有利于減少化肥施用量。另外，稻鴨共養種植模式對不同耕層中的作用效果也存在差異性，對耕層上部土壤的影響更為明顯。

表1 2種類型稻田不同深度耕層土壤理化性狀

2.2 對水稻產量及稻米品質的影響

2.2.1 對水稻產量的影響 與常規水稻高產種植田相比，稻鴨共養模式顯著提高了水稻穗粒數、結實率和千粒重，每穗可以增加13.1粒稻谷（提高11.3%），結實率和千粒重分別提高了2.9%和3.2%，有利于形成大穗（表2）。圖1也表明稻鴨共養模式可以增加稻穗長度和稻穗質量，其中長度大于14.0 cm的稻穗比例為46.2%，質量大于3.0 g的稻穗比例為48.9%，明顯高于常規田的32.5%和26.7%，與常規田相比，稻鴨田的單穗平均長度和單穗平均質量分別增加了6.0%和18.1%。但為便于鴨子在田間穿行，為鴨子活動提供空間，稻鴨共養稻田的水稻栽插密度較之常規稻田大幅下降，受到栽插密度以及鴨子活動破壞的影響，稻鴨田的有效穗數顯著低于常規田，減少幅度達到32.8%，使最終水稻產量降低16.4%。結果表明，稻鴨共養種植可以促使形成大穗，提高穗粒數、結實率和千粒重等性狀，但有效穗的減少使水稻產量較常規種植田顯著降低。

圖1 收獲期2種稻田的穗型比較

表2 2種類型稻田對水稻產量及構成因素的影響

2.2.2 對稻米品質的影響 經過連年稻鴨共養后，田間環境、外源養分供應、水稻群體結構等發生了較大變化，使稻米品質得到了明顯的改善（表3）。從加工品質和外觀品質來看，稻鴨田稻米的糙米率和精米率分別提高了4.8%和3.6%，堊白粒率和堊白度分別下降了11.0%和18.3%，與常規田相比均達差異顯著水平。蛋白質作為稻米主要營養物質來源，是衡量稻米品質重要指標之一，稻鴨田稻米的蛋白質含量提高了7.5%，顯著優于常規田，賴氨酸含量稍有下降，但沒有達到差異顯著水平，從營養品質來看，稻鴨田稻米營養品質得到了一定改善。稻米中直鏈淀粉含量和膠稠度是衡量稻米蒸煮品質的重要指標之一，稻鴨共養種植可以提高稻米直鏈淀粉含量，提高膠稠度，但與常規種植稻米差異不顯著，所以稻鴨田稻米的食味品質可以得到一些改善，但并不明顯。

表3 2種稻田類型對稻米品質的影響

2.3 對土壤及稻米質量安全的影響

對稻鴨田0～20 cm耕層土壤取樣，檢測其重金屬含量（表4），土壤中鎘、汞、砷、鉛、鉻和銅等元素含量均未超標，符合NY/T 391—2013《綠色食品產地環境質量》和NY/T 1054—2013《綠色食品產地環境調查、監測與評價規范》的相關要求，土壤質量優良，適宜發展綠色水稻種植。由于鴨稻共養種植少用或不用化學肥料農藥，經檢測，其稻鴨田所產稻米的鉛、鎘、砷、汞等重金屬元素均未超標，未檢出樂果等農藥殘留，符合NY/T 419—2014《綠色食品稻米》和NY/T 393—2013《綠色食品農藥使用準則》的綠色大米標準要求，其稻米衛生質量優于常規稻作。

表4 稻鴨田0～20 cm耕層土壤重金屬含量

3 結論

稻鴨共養是一種“種養結合、生態環?！钡霓r業生產方式，提供了動植物之間的共生環境。經過多年規模化稻鴨共養種植后，化學肥料農藥投入的減少和鴨群在田間的活動有效改善了土壤物理性狀，提升了土壤肥力，減輕了農業生態環境的壓力，同時能改善水稻產量構成因素并提升稻米品質，生產出優質大米。但需注意的是，稻鴨共養模式下水稻種植密度降低使稻田有效穗數減少，最終造成水稻減產，為糧食安全帶來隱患，同時，稻鴨共養種植面積的擴大，可能會造成所產農產品價格下行而影響經濟效益，應根據實際情況合理規劃種植規模。

表5 稻鴨田稻米重金屬含量及農藥殘留

4 討論

4.1 稻鴨共養種植對稻田土壤性狀的影響

稻鴨共養是種養結合生態環保的生產方式，通過稻鴨之間的共生環境和互相作用，能夠減少化肥和農藥使用，減輕了農業生態環境壓力，鴨子在稻田活動時的中耕渾水作用、肥料供應作用等也有效改善了土壤的理化性狀[14-15]。連續10年大田規模化稻鴨共養種植研究結果表明，和常規水稻高產栽培種植相比，稻鴨共養后土壤容重降低5.65%，pH有所下降，土壤結構和通透性得到改善，土壤中有機質、全氮、速效磷和速效鉀含量都得到了顯著增加，明顯提升了稻田土壤肥力，這與其他學者研究結果一致。張苗苗等[15]對常規稻田、轉換期稻鴨共作稻田和有機稻鴨共作稻田的土壤定位監測結果表明，有機稻鴨田在成熟期的土壤有機質、堿解氮、速效磷和速效鉀等養分指標遠高于常規稻田，朱金明[16]、楊志輝等[17]研究也顯示了同樣的結果。全國明等[18]認為通過鴨子在活動時產生的渾水效應，能夠降低稻田水體溫度與pH，改善水體理化性質,同時通過鴨子攪動勻肥效應能提高土壤養分含量。張軍等[19]研究發現稻鴨共養對表層土壤養分含量的提升作用相對于深層土壤更為顯著，本研究也得出了相似結果，稻鴨田10～20 cm耕層土壤中的有機質、全氮、速效磷和速效鉀含量比常規田分別增加了2.34%、4.74%、3.79%和4.77%，而0～10 cm耕層土壤則大幅增加了8.71%、14.29%、9.68%和8.34%，這可能是由于鴨子活動的勻肥效應及其排泄物釋放更多作用于表層土壤中，但對更深層土壤的影響效果較為有限有關。同時需要注意的是稻鴨共養綠色生產過程中通常少用或不施用化肥，但氮、磷等養分自持能力較差，對系統外輸入較為依賴，若外源肥料補充不恰當，經過多季鴨稻共養后也會造成土壤養分下降[17,19]。

4.2 稻鴨共養種植對水稻產量及稻米品質的影響

鴨子的田間活動能有效控制水稻基部生態位的害蟲，并且能有效控制水稻無效分蘗，清除衰老病葉，改善田間通風透光條件，從而優化水稻大田群體結構[6,9-11,13]，同時鴨子田間活動能起到中耕渾水作用，促進土壤微生物活動，提高水稻根系活力，促進水稻對養分的吸收[14-17]，這些促使水稻產量性狀得到明顯改善。章家恩等[20]的相關研究表明，鴨稻共作有利于水稻地下部根系的發育，增強葉片光合作用，增加了有效穗數和成穗率，減少空（癟）粒數，提高稻穗實粒數和結實率，從而提高了水稻產量。王強盛等[21]的研究也表明，稻鴨共養對水稻具有明顯的壯稈效應，對水稻生長和群體結構有積極影響，有利于水稻高產的形成。本研究結果表明，與常規田相比，稻鴨共養有利于形成大穗，單穗平均長度和單穗平均質量分別增加了6.0%和18.1%，顯著提高了水稻穗粒數、結實率和千粒重等產量性狀。這與前人研究結論一致，但不同的是本研究表明稻鴨共養種植對水稻增產不利。原因可能是前人研究的各個處理大多采用了相同的水稻栽插密度，但在規模化稻鴨共養實際種植中，需考慮到為鴨子提供較為充分的活動空間，稻鴨共養田的水稻栽插密度較常規稻田會有大幅下降，本研究受到栽插密度下降以及鴨子活動的對水稻植株破壞的影響，稻鴨田的有效穗數減少幅度達到32.8%，使水稻產量較常規田降低16.4%。王強盛等[21]在研究中也提出鴨稻共養需注意水稻種植規格以及鴨子放養密度等因素，否則也會對水稻的生長和產量造成負面影響。

稻田生態環境的改善以及水稻群體結構的提升對稻米品質產生了積極影響。王強盛等[21]認為鴨稻共作使稻米的加工品質、外觀品質、營養品質及蒸煮品質得到改善，其中對降低堊白率效果最為明顯。全國明等[18]研究表明稻鴨共作能夠提高整精米率、減少堊白、增加粒寬，但對精米率、膠稠度和直鏈淀粉含量沒有顯著影響。本研究結果與前人結論基本一致，經過連年稻鴨共養后，與常規田相比，稻鴨田稻米的糙米率和精米率分別提高了4.8%和3.6%，堊白粒率和堊白度分別下降了11.0%和18.3%，蛋白質含量提高了7.5%，直鏈淀粉含量和膠稠度無明顯變化，稻鴨田稻米的加工品質和外觀品質得到提高，營養品質有所改善，食味品質無明顯變化。其他學者研究結果也表明[13,22-23]，稻鴨共養模式能夠降低田間病蟲害發生，改善田間通風效果，促進水稻群體結構優化，同時鴨子糞便是優質的有機肥，有助于改善了稻米品質。

4.3 稻鴨共養田的土壤及農產品質量安全情況

鴨稻共養采用綠色生態種養技術，生產過程中多使用綠色農藥和有機肥料，避免使用農藥和化學肥料，所產稻米的衛生質量通常要優于常規水稻種植方式[1-2]。研究發現，連續多年稻鴨種植后稻鴨田0～20 cm耕層土壤中重金屬含量均未超標，土壤質量優良，適宜發展綠色水稻種植；所產稻米的重金屬元素均未超標，也未檢出樂果等農藥殘留，符合綠色大米標準要求，其稻米衛生質量優于常規稻作。本研究中未對鴨肉品質進行檢測，但盧躍紅[24]、黃興國[25]等研究結果表明，稻鴨共養能生產出符合無公害食品標準要求的鴨肉，鴨的肉用性能得到提高，且鴨肉的某些食味得到一定的改善，從而從整體上提高了鴨肉品質。