不同稻田綜合種養模式下水稻產量形成特點及其稻米品質和經濟效益差異

車 陽 程 爽 田晉鈺 陶 鈺 劉秋員 邢志鵬 竇 志 徐 強 胡雅杰 郭保衛 魏海燕 高 輝 張洪程

不同稻田綜合種養模式下水稻產量形成特點及其稻米品質和經濟效益差異

車 陽 程 爽 田晉鈺 陶 鈺 劉秋員 邢志鵬*竇 志 徐 強 胡雅杰 郭保衛 魏海燕 高 輝 張洪程*

揚州大學 / 江蘇省作物栽培生理重點實驗室 / 江蘇省糧食作物現代產業技術協同創新中心 / 水稻產業工程技術研究院, 江蘇揚州 225009

為探明不同稻田綜合種養模式下水稻產量、光合物質生產、品質和經濟效益特征及差異, 本研究于2018年和2019年以當地代表性優質水稻南粳9108為材料, 設置稻蝦(rice crayfish, RC)、稻鱉(rice turtle, RT)、稻鰍(rice loach, RL)、稻鯰魚(rice catfish, RF)、稻錦鯉(rice koi, RK)和稻鴨(rice duck, RD)等6種主流和當地特色的稻田綜合種養模式, 與稻麥兩熟模式下水稻生產(CK)進行對比, 系統研究多種類型稻田綜合種養模式對水稻產量及其構成、光合物質生產特征、稻米品質與經濟效益的影響。結果表明: 與CK相比, 稻田綜合種養模式水稻產量顯著降低3.66%~7.54%, 其中稻鴨模式減產最少, 稻錦鯉模式減少最多。稻田綜合種養水稻產量降低主要由于穗數和每穗粒數的減少導致群體穎花量顯著減少, 并且主要生育時期干物質積累量較低和葉面積指數偏小, 主要生育階段光合勢、群體生長率和凈同化率較低, 導致成熟期干物質積累量較少。稻田綜合種養模式較CK顯著降低稻米整精米率2.40%~4.37%, 顯著降低堊白度8.14%~11.14%, 增加直鏈淀粉含量9.35%~13.80%, 降低蛋白質含量6.29%~10.01%, 顯著提高食味值評分3.91%~11.69%, 其中稻鯰魚、稻蝦、稻鰍模式在提升稻米食味品質上的作用更明顯。稻田綜合種養模式下稻米淀粉RVA譜特征值峰值黏度、熱漿黏度、最終黏度以及崩解值較對照升高2.75%~12.65%、3.24%~19.63%和2.47%~14.79%、1.67%~5.78%, 消減值降低2.54%~15.15%, 稻米品質變優。稻田綜合種養模式經濟效益較CK提高80.93%~511.52%, 其效益增加主要源于水產(禽)養殖產品增收和稻米優質加價增收。綜上所述, 稻田綜合種養是一種穩產提質增效的稻作生產方式。

稻田綜合種養; 產量; 光合物質生產; 品質; 經濟效益

稻田綜合種養是我國生態循環農業的典型模式,具有悠久的歷史[1-2]。近年來在國家政策引領、市場導向和種養技術快速發展的影響下, 稻田綜合種養有了較快的推廣與應用, 不僅有效緩解了當前農業用地和養殖用地的矛盾, 而且有效解決了當前稻田集約化生產中的諸多問題, 如氮肥施用量大或過度施用, 氮素等養分利用率低, 養分流失嚴重造成面源污染增加, 生產成本升高而綜合收益低等問題[3-5]。這種種養模式既能產出稻谷供給口糧, 又能產出安全的水產(禽)動物產品滿足多元化消費, 同時具有顯著的生態、經濟、社會效益[6-7]。

由于各稻區資源稟賦、市場消費需求、歷史文化等差異, 生產上因地制宜形成了稻蝦、稻魚、稻鰍、稻鱉、稻鴨等多種類型的稻田綜合種養模式, 全國總面積已突破233萬公頃, 占據水稻種植面積的7%以上[8]。前人關于不同稻田綜合種養模式綜合效益的評價進行了大量的研究。楊志輝等[9]與佀國涵等[10]研究發現, 采用稻田綜合種養改善了土壤結構, 增加了土壤養分, 有效促進了水稻的生長發育。禹盛苗等[11]發現與對照相比, 采用稻鴨種養模式提高了水稻產量, 改善了植株的群體質量, 葉面積指數與成穗率以及根系活力等方面得到優化。羅衡[12]研究認為采用稻鱉種養模式在水稻生長中后期水體中營養物質濃度提升, 土壤中有機質、全氮等含量提高, 總生物量積累增加, 產量水平顯著大于對照田。但寇祥明等[13]發現, 采用稻蝦和稻魚等模式在一定程度上影響了水稻分蘗發生, 使產量有不同程度地降低。在稻米品質方面, 王強盛等[14]研究認為采用稻鴨共作改善了稻米的外觀、營養與食味品質, 尤其以降低堊白最為明顯。陳燦等[15]研究認為稻鰍綜合種養模式能顯著降低稻米堊白, 改善稻米外觀并提高了堿消值與蛋白質含量。在經濟效益方面, 鄭華斌等[16]與張苗苗等[17]研究發現, 稻田綜合種養相比水稻單作在勞動力及資金上投入增大, 但田間產出相應增加, 稻田的綜合經濟效益提高, 有利調動了稻農的生產積極性。綜合前人研究, 較為一致地認為稻田綜合種養具有美化稻田環境, 改善稻米品質, 提升收益的作用。而關于不同類型稻田綜合種養模式水稻產量和品質形成特征及差異, 經濟效益特征及差異, 特別是水稻光合物質生產形成特征及差異的研究相對較少, 更缺乏系統的比較研究。因此, 本研究在同一地點集中開展主要類型和地方特色稻田綜合種養模式的試驗研究, 與稻麥兩熟模式水稻生產為對照, 系統比較研究不同類型稻田綜合種養模式產量、光合物質生產、品質和經濟效益的特征及差異。其中稻蝦綜合種養模式在全國范圍內應用面積最大, 占比達49.67%, 具有強勁的發展勢頭, 小龍蝦市場熱銷; 稻鴨綜合種養模式是典型的傳統模式, 發展較為成熟, 具有田間工程簡單, 易于推廣復制等特點; 稻鱉、稻鰍和稻錦鯉綜合種養模式具有較強的市場潛力, 可滿足多元化消費需求。稻鯰魚綜合種養模式是當地特色, 并且鯰魚活動量大,較容易存活, 對水稻生長具有良好的促進作用。本試驗旨在為不同類型稻田綜合種養模式集成創新水稻提質豐產增效栽培技術提供數據支撐。

1 材料與方法

1.1 試驗地點與供試材料

供試材料為優質水稻遲熟中粳南粳9108。于2018—2019年, 在揚州大學校外試驗基地江蘇省泰州市姜堰區沈高鎮試驗基地進行, 該地屬亞熱帶季風氣候, 光照充足, 雨水充沛, 土壤為潴育型水稻土, 質地黏性。0~20 cm土壤含有機質含量31.72~40.13 g kg–1、全氮1.96~2.34 g kg–1、速效鉀163.02~175.26 mg kg–1、速效磷6.25~7.02 mg kg–1。

1.2 試驗設計

試驗設置稻蝦(rice crayfish, RC)、稻鴨(rice duck, RD)、稻鱉(rice turtle, RT)、稻鰍(rice loach, RL)、稻鯰魚(rice catfish, RF)和稻錦鯉(rice koi, RK)六種稻田綜合種養模式, 同時設置稻麥兩熟模式下水稻精確定量栽培為對照(CK)。根據農業農村部《SC/T 1135.1-2017稻漁綜合種養技術規范通則》要求及不同稻田綜合種養模式需求, 對稻蝦、稻鱉、稻鰍和稻錦鯉4種稻田綜合模式進行田間工程改造, 開挖養殖溝, 溝深1.5 m, 其中稻錦鯉溝深0.8 m。稻鯰魚綜合種養模式不進行稻田改造, 將稻田的進排水渠作為暫養區。稻鴨綜合種養模式不進行稻田改造, 稻田邊建立鴨舍。各稻田綜合種養模式的防逃等其他設施按高標準要求進行。對照田前茬小麥品種為鎮麥88, 產量為7.32 t hm–2。

各模式水稻均采用盤式塑料軟盤播種, 旱育壯秧, 于5月20日播種, 6月7日機插。機插行株距30 cm×10 cm, 基本苗為133.4×104hm–2。各模式處理下定5個點, 各點30 m2, 各小區于栽后定苗至每穴4株苗。

稻田綜合種養模式總施氮量為226.5 kg hm–2, 基肥施商品有機肥2250 kg hm–2(氮含量1%)和復合肥(氮含量28%) 300 kg hm–2, 計純氮106.5 kg hm–2; 分蘗肥分2次等量施用, 間隔7 d, 各施尿素56.25 kg hm–2, 計純氮51.75 kg hm–2; 穗肥施用復合肥(氮含量15%) 225 kg hm–2和75 kg hm–2尿素, 計純氮68.25 kg hm–2。對照田總施氮量為311.25 kg hm–2, 基肥施復合肥(氮含量28%) 375 kg hm–2, 純氮105 kg hm–2; 分蘗肥施用2次, 間隔7 d, 分別用150 kg hm–2和112.5 kg hm–2尿素, 計純氮120.75 kg hm–2; 穗肥施用復合肥(氮含量15%) 225 kg hm–2和112.5 kg hm–2尿素, 計純氮86.3 kg hm–2。

各模式均于水稻返青后放苗(雛)。稻蝦模式每公頃放5~10 g 每只的克氏原螯蝦450 kg; 稻泥鰍模式每公頃放3~5 cm每尾的臺灣紅90,000尾; 稻鯰魚每公頃投150~200 g每尾的革胡子鯰魚苗4500尾。稻錦鯉每公頃放150~200 g每尾的魚苗1200尾, 稻鱉模式每公頃放350~400 g每只的中華鱉苗750只, 上述模式根據各水稻生育階段植株高度保持田面以上10~30 cm水深, 至成熟前10 d田面落水。稻鴨每公頃放高郵雛鴨270只, 稻田水分管理在兼顧鴨生長的情況下參照對照以當地水稻高產栽培要求統一進行。

1.3 測定項目與方法

1.3.1 產量及其構成因素 成熟期每小區普查100穴, 計算每公頃有效穗數; 各小區按平均有效穗數取10穴調查每穗粒數、結實率; 取各處理實粒樣本(稻谷)進行千粒重稱重, 各重復3次, 誤差在0.05 g以內。成熟期各小區去除邊行確定10 m2, 收割測產, 以14.5%含水量折算實際產量。

1.3.2 干物質重 各小區分別于栽后25 d、拔節期、抽穗期、成熟期, 根據平均莖蘗數取代表性植株5穴, 采用比重法進行葉面積指數測定, 樣本于105℃下殺青30 min, 80℃下烘干至恒重后, 測定干物質積累量。

1.3.3 稻米品質 各小區水稻收獲后進行脫粒, 自然曬干至含水量14%以下, 采用NP-4350型風選機進行風選, 按照國標《GB/T17891-2017優質稻谷》進行稻米的糙米率、精米率、整精米率、堊白粒率、堊白度等的測定。采用半微量凱氏定氮法測定稻米蛋白質含量, 采用碘藍比色法測定稻米直鏈淀粉含量。食味值及相關指標采用米飯食味儀(STA1A, 日本佐竹公司生產), 自動測定米飯的硬度、外觀、平衡度等相關指標及綜合評分值。

1.3.4 淀粉RVA特征譜 稻米淀粉黏滯特性采用澳大利亞Newport Scientific儀器公司生產的Super 3型RVA快速黏度分析儀測定, 采用配套軟件TWC進行分析測定。稱取含水量為12%的待測米粉樣品3.00 g, 置于與儀器配套的樣品桶中, 加蒸餾水25 mL, 攪動混勻, 使樣品分散。使樣品于50℃保持1 min, 以11.84℃ min–1的速度上升至95℃ (3.8 min)保持2.5 min, 再以11.84℃ min–1的速度下降至50℃并保持1.4 min。攪拌器的轉動速度在起始10 s內為960轉 min–1, 之后保持在160轉 min–1。用配套軟件TCW分析RVA譜特征參數。稻米RVA譜特性用最高黏度、熱漿黏度、最終黏度3個一級參數和崩解值(最高黏度與熱漿黏度之差)、消減值(最終黏度與最高黏度之差) 2個二級參數表示, 單位為cP (centiPoise)。

1.4 數據計算及統計分析

群體穎花量(×104hm–2) = 穗數×穗粒數。

結實期葉面積衰減率(LAI d–1) = |LAI2?LAI1| (t2?t1)–1。式中, LAI1和LAI2為抽穗期和成熟期2次測定的葉面積指數, t1和t2為前后2次測定的時間。

群體生長率[g (m2d)–1] = (W2?W1) (t2?t1)–1。式中, W1和W2為前后2次測定的干物質量, t1和t2為前后2次測定的時間。

凈同化率[g (m2d)–1] = [(ln LAI2?ln LAI1) (LAI2? LAI1)–1] × (W2?W1) (t2?t1)–1。式中, W1和W2為前后2次測定的干物質量, t1和t2為前后2次測定的時間, LAI1和LAI2為前后2次測定的葉面積指數。

采用Microsoft Excel 2013進行數據錄入計算, 用SPSS 16.0軟件進行統計分析。

2 結果與分析

2.1 產量及其構成因素

由表1可知, 2年間水稻產量均表現為CK>稻鴨>稻鯰魚>稻鱉>稻蝦>稻鰍>稻錦鯉。與對照相比, 水稻產量在稻蝦模式下降低4.95%~5.80%, 在稻錦鯉模式下降低7.11%~7.54%, 在稻鱉模式下降低4.71%~4.80%, 在稻鰍模式下降低5.23%~6.60%, 在稻鯰魚模式下降低4.34%~4.98%, 在稻鴨模式下降低3.66%~4.02%。稻錦鯉、稻鱉、稻蝦、稻鰍4種模式稻田開挖養殖溝比例在10%左右, 將產量進行折算, 4種模式的水稻產量也均超過了7500 kg hm–2。

表1 不同稻田綜合種養模式下水稻產量及其構成因素

標記不同小寫字母的數值在5%水平上差異顯著。

Values followed by different lowercase letters are significantly different at the 5% probability level; RC: rice crayfish; RT: rice turtle; RL: rice loach; RF: rice catfish; RK: rice koi; RD: rice duck.

水稻產量構成上, 6種稻田綜合種養模式下水稻的結實率均高于CK, 差異不顯著; 千粒重較CK顯著提高3.49%~5.84%; 群體穎花量較CK顯著降低8.76%~16.09%。進一步分析水稻群體穎花量構成發現, 與CK相比, 6種稻田綜合種養模式下水稻的穗數和每穗粒數均顯著降低3.66%~7.54%和4.95%~9.34%。說明稻田綜合種養模式水稻產量降低與其穗數和每穗粒數減少導致群體穎花量顯著降低關系密切。各稻田綜合種養模式間水稻的結實率和千粒重無顯著差異, 群體穎花量表現為稻鴨最高, 稻錦鯉最低, 稻鯰魚、稻鱉、稻蝦、稻鰍模式居中。稻鴨模式下水稻的穗數和每穗粒數均高于其他模式, 其中每穗粒數于6種稻田綜合種養模式間差異不顯著。說明稻田綜合種養模式間水稻產量差異形成的原因可能主要由于穗數的不同。

2.2 葉面積指數及葉面積衰減率

由表2可知, 稻田綜合種養模式下水稻在栽后25 d、拔節期、抽穗期、成熟期的葉面積指數均顯著低于CK。6種稻田綜合種養模式在栽后 25 d、拔節期、抽穗期、成熟期的葉面積指數分別比CK降低3.5%~9.6%、3.3%~8.6%、1.6%~8.0%和4.1%~11.3%。各稻田綜合種養模式間相比, 稻鴨模式下的水稻葉面積指數最高、稻錦鯉最低, 其他模式居中。CK處理從抽穗至成熟期的葉面積衰減率大于6種稻田種養模式, 衰減幅度提高1.5%~ 6.7%。稻田綜合種養模式間, 稻鴨各主要時期的葉面積指數和抽穗至成熟期葉面積衰減率均高于其他綜合種養模式。抽穗期稻鴨和稻鯰魚模式的葉面積指數差異不顯著, 顯著高于其他模式, 成熟期稻錦鯉的葉面積指數顯著低于其他稻田綜合種養模式。

表2 不同稻田綜合種養模式下水稻主要生育時期葉面積指數及葉面積衰減率

縮略詞同表1。標記不同小寫字母的數值在5%水平差異顯著。

Abbreviations are the same those given in Table 1. Values followed by different lowercase letters are significantly different at the 5% probability level.

2.3 干物質積累

由表3可知, CK處理下水稻各主要生育時期干物質積累量均顯著高于稻田綜合種養模式, 并隨生育進程的推進干物質積累之間的差異呈增大趨勢。與CK相比, 稻田綜合種養模式水稻干物質積累量栽后25 d、拔節期、抽穗期、成熟期分別降低了5.77%~10.58%、6.90%~12.01%、5.15%~11.53%和5.51%~13.22%。稻田綜合種養模式水稻的收獲指數顯著高于CK處理6.64%~13.22%。稻田綜合種養模式間, 稻鴨模式下水稻各主要生育時期干物質積累量高于其他模式, 且差異隨生育進程推遲呈增大趨勢, 拔節期、抽穗期和成熟期差異顯著。在抽穗期和成熟期2年數據均表現為稻鴨>稻鯰魚>稻鱉>稻蝦>稻鰍>稻錦鯉。稻田綜合種養模式間水稻收獲指數無顯著差異。

2.4 各主要生育階段干物質積累量及其比例

由表4可知, 播種至拔節、拔節至抽穗、抽穗至成熟階段水稻干物質積累量均表現為CK顯著高于6種稻田綜合種養模式, 其中稻田綜合種養模式水稻拔節到抽穗期的干物質積累量降低了4.26%~12.65%, 抽穗到成熟期降低了6.07%~15.35%。稻田綜合種養模式間, 在抽穗到成熟階段干物質積累量上表現為稻鴨>稻鯰魚>稻鱉>稻蝦>稻鰍>稻錦鯉, 拔節至抽穗和抽穗至成熟階段稻鴨模式水稻干物質積累量顯著大于其他處理。積累比例上, 播種至拔節階段稻鴨模式最低, 其他處理年度間規律不明顯; 拔節至抽穗階段CK和稻鱉模式相對較低, 其他處理年度間規律不明顯; 抽穗到成熟階段, CK處理最高, 稻鴨其次, 稻鯰魚第三, 稻錦鯉最低, 稻蝦和稻鱉年度間規律不明顯。

表3 不同稻田綜合種養模式下水稻主要生育時期干物質積累量和收獲指數

縮略詞同表1。標記不同小寫字母的數值在5%水平差異顯著。

Abbreviations are the same as those given in Table 1. Values followed by different lowercase letters are significantly different at the 5% probability level.

表4 不同稻田綜合種養模式下水稻各主要生育階段干物質積累量及比例

縮略詞同表1。標記不同小寫字母的數值在5%水平差異顯著。

Abbreviations are the same as those given in Table 1. Values followed by different lowercase letters are significantly different at the 5% probability level.

2.5 光合勢、群體生長率及凈同化率

由表5可知, CK處理水稻主要生育階段光合勢、群體生長率和凈同化率均高于稻田綜合種養模式, 其中群體生長率和凈同化率差異顯著。抽穗至成熟階段, 水稻光合勢、群體生長率和凈同化率均表現為CK>稻鴨>稻鯰魚>稻鱉>稻蝦>稻鰍>稻錦鯉。與CK相比, 抽穗至成熟階段稻田綜合種養模式光合勢降低1.98%~8.86%, 群體生長率降低6.07%~15.93%, 凈同化率降低3.30%~7.25%。稻田綜合種養模式間, 稻鴨光合勢較大, 與CK無顯著差異; 稻錦鯉和稻鰍顯著小于其他模式。群體生長率和凈同化率方面, 稻鴨最高, 但顯著小于CK, 稻錦鯉和稻鰍小于其他模式, 部分處理間差異顯著, 年度間規律不明顯。

2.6 加工及外觀品質

由表6可知, 與CK相比, 稻田綜合種養模式下水稻糙米率顯著降低2.03%~3.33%, 精米率降低2.20%~4.17%, 整精米率顯著降低2.40%~4.37%, 加工品質變差。其中, 稻田綜合種養模式間的糙米率和精米率差異不顯著, 而整精米率以稻蝦和稻鯰魚相對較低。

稻田綜合種養模式較CK分別降低堊白粒率和堊白度7.87%~10.19%和8.14%~11.14%, 差異顯著, 外觀品質變優(表6)。稻田綜合種養模式間,稻蝦和稻鯰魚的堊白粒率和堊白度較低, 與稻鴨等模式差異顯著, 說明稻田綜合種養有利于稻米外觀品質的改善, 并且稻鯰魚與稻蝦模式下稻米外觀品質更優。

2.7 食味營養品質與食味值

由表7可知, 與CK相比, 稻田綜合種養模式水稻的直鏈淀粉含量方面顯著增加9.35%~13.80%, 蛋白質含量顯著降低6.29%~10.01%。與稻鱉、稻錦鯉、稻鴨模式相比, 稻鯰魚、稻蝦、稻鰍模式下稻米直鏈淀粉含量顯著增加, 蛋白質含量顯著降低。與CK處理相比, 稻田綜合種養稻米食味值顯著提高3.91%~11.69%, 外觀提高4.17%~18.06%, 硬度降低1.61%~11.29%, 黏度、平衡度分別提高4.23%~21.13%和2.74%~19.44%。稻鯰魚、稻蝦和稻鰍模式稻米食味值顯著高于稻鱉、稻錦鯉和稻鴨。

表5 不同稻田綜合種養模式下水稻主要生育階段光合勢、群體生長率及凈同化率

縮略詞同表1。標記不同小寫字母的數值在5%水平差異顯著。

Abbreviations are the same as those given in Table 1. Values followed by different lowercase letters are significantly different at the 5% probability level.

表6 不同稻田綜合種養模式下水稻加工和外觀品質

標記不同小寫字母的數值在5%水平差異顯著。

Values followed by different lowercase letters are significantly different at the 5% probability level; RC: rice crayfish; RT: rice turtle; RL: rice loach; RF: rice catfish; RK: rice koi; RD: rice duck; BR: brown rice rate; MR: milled rice rate; HMR: head milled rice rate; CP: chalkiness percentage; CD: chalkiness degree.

表7 不同稻田綜合種養模式下水稻直鏈淀粉含量、蛋白質含量和食味值

標記不同小寫字母的數值在5%水平差異顯著。

Values followed by different lowercase letters are significantly different at the 5% probability level. RC: rice crayfish; RT: rice turtle; RL: rice loach; RF: rice catfish; RK: rice koi; RD: rice duck; AC: amylose content; PC: protein content.

2.8 稻米淀粉RVA譜特征

與CK處理相比, 稻田綜合種養模式下稻米淀粉峰值黏度、熱漿黏度、最終黏度分別顯著提高2.75%~12.65%、3.24%~19.63%和2.47%~14.79%, 崩解值提高1.67%~5.78%, 消減值顯著降低2.54%~ 15.15%, 糊化溫度差異不顯著(表8)。說明稻田綜合種養模式下稻米蒸煮食味品質呈變優趨勢。年度間稻米淀粉峰值黏度均表現為稻鯰魚>稻蝦>稻鰍>稻鱉>稻錦鯉>稻鴨, 崩解值均表現為稻鰍>稻錦鯉>稻鱉>稻蝦>稻鯰魚>稻鴨, 消減值表現為稻蝦、稻鯰魚、稻鴨大于稻鱉、稻鰍、稻錦鯉的趨勢。

2.9 經濟效益

由表9可知, 稻田綜合種養模式經濟效益高于CK, 表現為稻鱉>稻蝦>稻鯰魚>稻鰍>稻鴨>稻錦鯉>CK。與CK相比, 稻鱉、稻蝦、稻鯰魚、稻鰍、稻鴨和稻錦鯉經濟效益, 分別提高511.52%、429.73%、223.41%、192.76%、126.43%和80.93%。稻田綜合種養模式投入品消耗明顯大于CK, 其成本增加主要來源于水產(禽)苗種費、飼料費、田間設施工程建設、田間管理勞工費等, 在化肥農藥方面由于使用量及使用次數的減少使其相對CK投入降低。與對照相比, 稻田綜合種養模式下稻米收益更高, 同時水產(禽)也可產生額外產值。產投比上, 稻田綜合種養模式較CK提高了14.30%~98.89%, 表現為稻蝦>稻鱉>稻鯰魚>稻鴨>稻鰍>稻錦鯉>CK。

表8 不同稻田綜合種養模式下稻米淀粉RVA譜特征值

縮略詞同表1。標記不同小寫字母的數值在5%水平差異顯著。

Abbreviations are the same as those given in Table 1. Values followed by different lowercase letters are significantly different at the 5% probability level.

表9 不同稻田綜合種養模式的經濟效益

對照稻谷價格2.6元 kg–1, 稻田綜合種養模式下稻谷價格4元 kg–1, 共生品市場出售價(2年市場價均值): 蝦38元 kg–1, 錦鯉30元 kg–1, 鱉160元 kg–1, 泥鰍20元 kg–1, 鯰魚10元 kg–1, 鴨50元只–1; 產量(2年均值): 蝦2100 kg hm–2, 鯰魚3675 kg hm–2, 鱉675 kg hm–2, 錦鯉750 kg hm–2, 泥鰍4200 kg hm–2, 鴨270只 hm–2, 其他主要包括水電費300元 hm–2, 圍欄等450元 hm–2, 殺蟲燈等338元 hm–2等。

The rice price of CK is 2.6 Yuan kg–1, the rice price of modes of comprehensive planting-breeding in paddy fields is 4 Yuan kg–1, and the market selling price of aquatic products (poultry) (average market price for 2 years): crayfish 38 Yuan kg–1, koi 30 Yuan kg–1, turtle 160 Yuan kg–1, loach 20 Yuan kg–1, catfish 10 Yuan kg–1, duck 50 Yuan each; Yield (2-year average): crayfish 2100 kg hm–2, catfish 3675 kg hm–2, turtle 675 kg hm–2, koi 750 kg hm–2, loach 4200 kg hm–2, ducks 270 hm–2, Other expenses mainly include water and electricity costs of 300 Yuan hm–2, fences and other 450 Yuan hm–2, and insecticidal lamps of 338 Yuan hm–2. Abbreviations are the same as those given in Table 1.

3 討論

3.1 產量

關于稻田綜合種養模式是否能提高水稻產量, 前人已有較多研究。禹盛苗等[18]研究表明, 采用稻鴨綜合種養由于鴨的“役禽”效應刺激了水稻的健壯生育, 使稻田后期無效分蘗減少, 穗型增大, 實粒數與千粒重增加, 使得最終產量較對照增加, 但較常規高產稻作田產量降低。寇祥明等[13]研究表明, 采用稻蝦、稻鴨、稻魚三種稻田綜合種養模式一定程度上影響了水稻分蘗, 使得產量較對照有不同程度降低, 這與本研究結果基本一致。Frei和Becker[19]研究發現稻魚綜合種養中魚類的存在抑制了藻類的生長, 降低了水稻與水生雜草生物間的競爭, 最終提高了水稻的產量。這也被認為是水稻產量得到提高的機制之一[20]。章家恩等[21]研究表明, 采用稻田綜合種養提高了水稻中后期的光合作用效率, 增加了每穗粒數, 使得產量提高。常培恩等[22]研究認為,稻鱉綜合種養由于鱉不間斷的排泄物以及多余餌料為水稻提供了充足的氮素供應, 有利于有效穗數及每穗粒數的增加。本研究中稻田綜合種養模式下水稻產量低于稻麥兩熟模式下水稻產量, 其產量降低的原因是穗數與每穗粒數的降低致群體穎花量顯著降低, 其主要生育時期葉面積指數和干物質積累量均顯著下降, 主要生育階段光合勢、群體生長率和凈同化率顯著降低。這可能與稻田綜合種養模式要兼顧水產(禽)養殖和生態安全, 其全生育期肥料投入少于稻麥兩熟模式, 且多采用有機肥代替化肥基施, 減少了水稻干物質生產與積累有關。并且其水分管理不同于稻麥兩熟模式, 長期的淹水、少擱田或不擱田雖有利于水產(禽)養殖, 但不利于水稻生長發育, 致使水稻成熟期穗數減少、穗型減小。但稻田綜合種養模式水稻的千粒重更大, 說明稻谷的充實更好, 有利于稻米品質改善。試驗中6種稻田綜合種養模式水稻產量均超過了8250 kg hm–2, 多數模式水稻產量超過9000 kg hm–2, 說明稻田綜合種養模式是可以保持水稻穩產的。若進行開挖養殖溝折算來看, 各模式水稻產量也超過了7500 kg hm–2。因此, 筆者認為稻田綜合種養是一種能夠實現稻谷穩產的生產方式。試驗周期內, 稻鴨模式水稻產量較高, 更接近稻麥兩熟模式水稻產量, 可能由于其在水分管理上更接近稻麥兩熟模式下水分管理,并且鴨子在稻田內的活動改善了稻田小氣候利于促進水稻生長, 鴨糞留田也可通過多道工序轉化供水稻利用, 還可培肥地力, 因而減少了穗數和每穗粒數因肥料施用少和偏重養殖水分管理產生的損失, 同時可提高結實率與千粒重。稻鯰魚模式下不需對稻田進行工程改造, 除魚類排泄物及剩余飼料為水稻生長提供了養分外, 田間觀測到鯰魚在稻田內活動量較大, 可提高水體溶氧量并對根系發育及活力具有促進作用, 利于水稻產量形成。稻蝦、稻錦鯉、稻鱉和稻鰍模式要兼顧水產養殖, 對水稻穗數和每穗粒數的影響較大。其中稻錦鯉模式可能由于錦鯉對水分、溫度等環境條件的變化相對敏感, 稻田需保持一定水位以維持其穩定生活環境, 這樣的水分管理對水稻生長是不利的, 這可能是其產量偏低的原因。

3.2 稻米品質

稻米品質除受水稻品種遺傳因素調控外, 其生育過程中的耕作、栽培、生態等措施均會對稻米品質產生較大影響, 稻米品質的評價指標主要有加工品質、外觀品質、營養品質、蒸煮與食味品質等。其中堊白、整精米率、直鏈淀粉等性狀都易受環境影響[23]。全國明等[24]研究表明, 采用稻鴨綜合種養相比對照提高了整精米率, 降低了堊白粒率與堊白度, 促進蛋白質含量下降, 但對糙米率、精米率等無明顯影響, 在一定程度上改善了稻米品質。陳燦等[25]研究表明, 采用稻鰍、稻鱉、稻蛙、稻鴨均顯著較低堊白粒率與堊白度, 同時蛋白質含量也不同程度降低。甄若宏等[26]研究表明, 稻鴨共作雖有效改善了稻米的整精米率, 堊白粒率等品質性狀, 但RVA譜特征值中崩解值、回復值改善不明顯。本研究中, 與稻麥兩熟模式相比, 稻田綜合種養模式降低了糙米率、精米率、整精米率, 加工品質趨劣; 減少了堊白粒率和堊白度, 外觀品質改善; 蛋白質含量降低, 營養品質下降; 直鏈淀粉含量升高, 米飯外觀變優, 硬度降低, 黏度和平衡度提升, 綜合食味評分顯著提高。這與前人研究有相似之處, 即稻田綜合種養模式可以優化部分稻米品質性狀, 特別是在改善稻米外觀品質和蒸煮與食味品質上研究的結果基本一致。其中稻鯰魚、稻蝦、稻鰍模式在提升稻米食味評分上的作用更明顯。前人較為一致的研究認為稻米淀粉具有較高的峰值黏度, 較大的崩解值和較低的消減值, 通常認為符合這些特征的稻米食味品質較好[27-28]。試驗中, 稻田綜合種養模式稻米淀粉RVA譜特征值峰值黏度高、崩解值大、消減值低, 說明采用稻田綜合種養模式能夠改善了稻米的食味品質, 與米飯食味值評分趨勢類似。由此來看, 稻田綜合種養是一種能提升稻米品質的稻米生產方式, 但仍需要配套栽培技術的改進, 在保證外觀品質和蒸煮與食味品質變優的情況下, 集成創新協同提升稻米加工和營養品質的栽培技術。

3.3 經濟效益

多數研究認為稻田綜合種養通過水產(禽)的養殖可以實現經濟效益的顯著提升。Berg[29]認為稻田綜合種養是一種可增收的替代水稻單作的方法。袁偉玲等[30]、劉小燕等[31]研究也表明, 采用稻鴨、稻魚等不同類型稻田綜合種養雖然增加了田間設施工程、飼養等投入, 但最終產出大于水稻單作, 經濟效益得到提高。也有研究認為稻田綜合種養能夠節約農藥化肥成本實現經濟效益顯著提升。王華等[32]表明采用稻田綜合種養節約了化肥農藥的用量, 從而降低了生產成本, 使最終收益增加。謝樂強等[33]研究表明, 稻鴨模式下不施農藥具有較高的純收入, 且病蟲害與雜草防治效果較好, 是節本增效的好方法。本研究中, 稻田綜合種養經濟效益顯著提高主要源于水產(禽)養殖產品獲得的經濟利益, 還有優質稻米加價出售獲得的經濟利益, 生產中選用了商品有機肥和生物農藥, 增加了成本投入。稻田綜合種養是勞動密集型產業, 生產中多道生產工序如追肥、投喂、捕撈等尚需投入大量的人工勞動, 無形中增加了成本投入, 特別是隨著經濟社會的發展和城鎮化的推進, 優質勞動力更少, 雇工成本更高, 無形中降低了生產效益。因此稻田綜合種養生產急需機械化輕簡化生產技術的集成創新以節本增效。但筆者也進行了調查, 并非所有的稻田綜合種養從業者能賺到錢, 很大一部分是平收或欠收, 這可能與技術掌握程度、投入成本高低、市場是否暢銷等關系密切。試驗中, 稻鱉具有最高的經濟效益, 但是鱉的銷售時間長, 當地市場需求量并沒有小龍蝦和鴨大, 因此仍存在如何延長成鱉養殖等問題, 同時受市場行情影響, 也存在是否能賺錢的風險。小龍蝦、鰍、鴨、鯰魚在當地通常具有較好的銷路, 市場接受度較好, 因此“貨架期”易實現較高的經濟效益。錦鯉作為觀賞魚類受市場需求的影響更大, 如何能通過營銷手段將錦鯉變成更大的經濟利益值得深入探索。因此發展稻田綜合種養一定要因資源稟賦制宜, 因市場需求制宜方可有增收的前提。試驗中采用了優質稻米, 稻田綜合種養模式更是改善了部分稻米品質性狀, 再加上稻田綜合種養的生態效應, 因此稻谷實現了加價銷售和增收。并且試驗地所在家庭農場, 開發稻田綜合種養稻谷, 形成品牌大米, 亦實現進一步增收。

4 結論

與稻麥兩熟模式下水稻種植相比, 稻田綜合種養模水稻產量下降, 但可實現7500 kg hm–2以上的穩產產量, 主要是由于稻田綜合種養減少了穗數和每穗粒數致群體穎花量降低, 并且與稻田綜合種養模式水稻主要生育時期干物質積累量少、葉面積指數偏小, 主要生育階段光合勢、群體生長率和凈同化率較低有關; 稻田綜合種養模式稻米加工品質趨劣, 外觀品質顯著變優, 營養品質降低, 蒸煮與食味品質顯著提升, 其中稻鯰魚、稻蝦、稻鰍模式稻米食味品質更優。同時稻田綜合種養模式能夠明顯增加稻田綜合效益, 其中以稻鱉效益最高, 稻蝦其次。但發展稻田綜合種養仍需要因資源稟賦制宜, 因市場需求制宜。綜上所述, 稻田綜合種養是一種穩產提質增效的稻作生產方式。

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Characteristics and differences of rice yield, quality, and economic benefits under different modes of comprehensive planting-breeding in paddy fields

CHE Yang, CHENG Shuang, TIAN Jin-Yu, TAO Yu, LIU Qiou-Yuan, XING Zhi-Peng*, DOU Zhi, XU Qiang, HU Ya-Jie, GUO Bao-Wei, WEI Hai-Yan, GAO Hui, and ZHANG Hong-Cheng*

Innovation Center of Rice Cultivation Technology in Yangtze Valley, Ministry of Agriculture / Jiangsu Key Laboratory of Crop Genetics and Physiology / Co-Innovation Center for Modern Production Technology of Grain Crops, Yangzhou University, Yangzhou 225009, Jiangsu, China

To explore the characteristics and differences in yield, photosynthetic matter production, quality and economic benefits of rice under different modes of comprehensive planting-breeding in paddy fields, six modes including rice crayfish (RC), rice turtle (RT), rice loach (RL), rice catfish (RF), rice koi (RK), and rice duck (RD) were arranged using Nanjing 9108 (a high-quality rice variety) as the experimental material in 2018 and 2019. Comparing these modes with rice cultivation under rice–wheat rotation (CK), the effects of different modes of comprehensive planting-breeding in paddy fields on quality, yield and yield component of rice, characteristics of photosynthetic matter production, and economic benefits were systematically investigated in this study. The results showed that, compared with CK, the rice yield of different modes of comprehensive planting-breeding in paddy fields was significantly decreased by 3.66%–7.54%, and the RD mode reduced the least, and the RK mode reduced the most. Compared with CK, the reduction of rice yield in different modes of comprehensive planting-breeding in paddy fields was mainly due to lower dry matter accumulation at maturity stage, which was resulted from the smaller leaf area index, lower photosynthetic potential, crop growth rate, and net assimilation rate in main growth stages; and due to less total number of spikelets, which was caused by significant decreasing in panicle number per hectare and number of spikelets per panicle. Compared with CK, the different modes of comprehensive planting-breeding in paddy fields significantly reduced the head milled rice rate by 2.40%–4.37%, decreased the chalkiness by 8.14%–11.14%, increased the amylose content by 9.35%–13.80%, reduced the protein content by 6.29%–10.01%, and raised the taste value by 3.91%–11.69%. Compared with CK, the peak viscosity, hot viscosity, final viscosity, and breakdown of RVA parameters of rice starch were increased by 2.75%–12.65%, 3.24%–19.63%, 2.47%–14.79%, and 1.67%–5.78%, respectively, while the setback was decreased by 2.54%–15.15%. The economic benefits of different modes of comprehensive planting-breeding in paddy fields were 80.93%–511.52% higher than CK, which was mainly due to the increase in the income of aquatic (poultry) breeding products and the increase in the price of rice quality. In conclusion, comprehensive planting-breeding in paddy fields was an alternative rice planting mode, that could guarantee a stable rice yield, improve rice quality, and increase the comprehensive benefits.

comprehensive planting–breeding in paddy fields; rice yield; characteristics of photosynthetic matter production; quality; economic benefit

10.3724/SP.J.1006.2021.02068

本研究由江蘇省重點研發計劃項目(BE2018355)，國家重點研發計劃項目(2018YFD0300804)，國家現代農業產業技術體系建設專項(CARS-01-27), 國家自然科學基金項目(31801293)和江蘇省高校優勢學科建設工程項目資助。

This study was supported by the Key Research and Development Program of Jiangsu Province (BE2018355), the National Key Research and Development Program of China (2018YFD0300804), the China Agricultural Research System (CARS-01-27), the National Natural Science Foundation of China (31801293), and the Priority Academic Program Development of Jiangsu Higher Education Institutions (PAPD).

張洪程, E-mail: hczhang@yzu.edu.cn; 邢志鵬, E-mail: zpxing@yzu.edu.cn

E-mail: cheyangde@foxmail.com

2020-10-17;

2021-03-19;

2021-03-31.

URL: https://kns.cnki.net/kcms/detail/11.1809.S.20210331.1317.006.html