稻蛙共作對土壤理化特性和水稻產(chǎn)量的影響

朱練峰 房偉平 莊雪浩 孔亞麗 范慧慧 吳傳意 石艷平徐青山 張露 朱春權(quán) 曹小闖 金千瑜 張均華

（1 中國水稻研究所，杭州 310006；2 長興縣水產(chǎn)與農(nóng)機中心，浙江 長興 313100；3 浙江長興稻蛙香農(nóng)業(yè)科技有限公司，浙江 長興 313103；4 杭州市富陽區(qū)富春街道辦事處，杭州 311400；5 嘉興市土肥植保與農(nóng)村能源總站，浙江 嘉興 314050）

水稻是我國重要的糧食作物之一，水稻生產(chǎn)與糧食安全和經(jīng)濟發(fā)展密切相關(guān)。為了滿足日益增長人口帶來的糧食需求，優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)水稻品種和配套栽培管理技術(shù)得以發(fā)展與應(yīng)用，水稻產(chǎn)量不斷提高[1-2]。但在傳統(tǒng)的水稻單一種植模式中往往施用大量化肥和農(nóng)藥，不僅導(dǎo)致水稻生產(chǎn)成本增加，稻米品質(zhì)和安全性降低，而且還造成稻田和周邊環(huán)境污染，使稻田雜草和害蟲抗藥性增強，防治難度不斷提高[3-4]。隨著經(jīng)濟社會發(fā)展和人民對美好生活的向往與追求，人們對稻米品質(zhì)和安全性的關(guān)注越來越高。稻田綜合種養(yǎng)因為在水稻種植過程中養(yǎng)殖禽類或水產(chǎn)品，不僅提高了單位面積稻田產(chǎn)出，還提高了稻米安全性，越來越受到農(nóng)戶的歡迎[5-7]。稻蛙共作是指在水稻的生長前期以共作方式在稻田養(yǎng)殖蛙類的一種綜合種養(yǎng)模式，通過蛙類活動和捕食降低了稻田病蟲害危害，而且蛙類排泄物還能為水稻生長提供養(yǎng)分，從而減少化學(xué)肥料和農(nóng)藥使用，增加種稻收益[8]。目前有關(guān)稻蛙共作的研究主要集中于種植模式探討、種養(yǎng)關(guān)鍵技術(shù)、水稻產(chǎn)量和種養(yǎng)效益分析等方面[9-11]，而有關(guān)稻蛙共作下不同黑斑蛙養(yǎng)殖密度對稻田土壤養(yǎng)分變化動態(tài)和水稻產(chǎn)量的影響研究相對較少。鑒于此，本文進(jìn)行了相關(guān)研究，以為稻蛙共作的推廣應(yīng)用提供參考。

1 材料與方法

1.1 試驗設(shè)計

試驗于2021 年浙江省長興縣城山鄉(xiāng)長興稻蛙香農(nóng)業(yè)科技有限公司基地（30°49′ N、119°55′ E，海拔5.51 m）進(jìn)行，試驗水稻品種為南粳46。試驗點土壤基本性狀：有機質(zhì)25.52 g/kg，全氮2.12 g/kg，堿解氮161.4 mg/kg，有效磷53.2 mg/kg，速效鉀85.2 mg/kg，pH值6.7。

試驗采用隨機區(qū)組設(shè)計，設(shè)常規(guī)種稻不養(yǎng)蛙處理（CK）、稻蛙共作低密度處理（每667 m2養(yǎng)蛙1.5 萬只，縮寫為DWL）和稻蛙共作高密度處理（每667 m2養(yǎng)蛙3.0 萬只，縮寫為DWH）。采用大區(qū)對比試驗，每個處理面積734 m2，3 次重復(fù)。所有處理水稻均于5 月18 日育秧，6 月14 日移栽，移栽行株距35 cm×35 cm，每叢插3~4 粒谷苗，11 月10 日收獲。稻蛙共作處理于5 月25 日放黑斑蛙，9 月20 日左右全部抓獲上市。

CK 肥料施用：每667 m2施發(fā)酵羊糞有機肥150 kg作基肥，有機肥中氮（純N）含量0.7%、磷（P2O5）含量0.5%、鉀（K2O）含量0.6%、有機質(zhì)25%。稻蛙共作處理水稻全生育期不施肥，所有處理均未防治病蟲草害，水分管理同當(dāng)?shù)馗弋a(chǎn)田。

1.2 測定項目與方法

分別在移栽前、分蘗期、孕穗期、灌漿期和成熟后取不同處理土壤混合樣品風(fēng)干后用于土壤理化性狀測定。土壤pH 值采用梅特勒SG8 便攜式pH 計測定，電導(dǎo)率由雷磁DDSJ-308A 電導(dǎo)率儀測定，全氮、全磷、堿解氮、速效磷和速效鉀含量用常規(guī)方法測定[12]。在成熟期各處理取5 叢代表性水稻風(fēng)干后用于室內(nèi)考種，各處理實割測產(chǎn)。

1.3 數(shù)據(jù)處理與統(tǒng)計分析

采用Microsoft Excel 和SPSS 12.0.1 軟件處理和分析數(shù)據(jù)。

2 結(jié)果與分析

2.1 稻蛙共作對土壤pH 值和電導(dǎo)率的影響

從圖1 可知，種植前不同處理土壤pH 值在6.5~7.0 之間，種植水稻后pH 值略有降低，在分蘗期和孕穗期降至6.3~6.6，隨著生育期推進(jìn)pH 值又逐漸升高，至灌漿期3 個處理pH 值在6.4~6.8 之間，其中稻蛙共作處理土壤pH 值顯著高于相同生育期的CK，增幅為1.2%~6.6%，不同稻蛙共作密度處理間土壤pH 值差異不顯著。種植水稻顯著提高了土壤的電導(dǎo)率，在水稻生長期土壤電導(dǎo)率為187.5~396.0 μS/cm，在同一生育時期稻蛙共作處理土壤電導(dǎo)率明顯高于CK，增幅為17.1%~82.0%，稻蛙共作處理間隨著養(yǎng)蛙密度增加土壤電導(dǎo)率增加。

圖1 稻蛙共作對稻田土壤pH 值和電導(dǎo)率的影響

2.2 稻蛙共作對土壤全氮和全磷含量的影響

從圖2 可知，在試驗開始前3 個處理土壤全氮含量沒有明顯差異，但從分蘗期開始3 個處理全氮含量均隨生育期推進(jìn)呈先升高后降低趨勢，均是在孕穗期達(dá)到最大，同一生育時期CK 土壤全氮含量明顯高于稻蛙共作處理，增幅為8.3%~27.4%，稻蛙共作處理中黑斑蛙養(yǎng)殖密度高的全氮含量高。從圖2 可知，種植前稻蛙共作處理土壤全磷含量要高于CK，隨著生育推進(jìn)各處理均表現(xiàn)為先升高后降低的趨勢，CK 在分蘗期最高，而稻蛙共作處理是在孕穗期達(dá)到最大，在成熟期最低。

圖2 稻蛙共作對稻田土壤全氮和全磷含量的影響

2.3 稻蛙共作對土壤堿解氮和速效磷含量的影響

從圖3 可知，不同處理下土壤堿解氮和速效磷含量均隨著水稻生育進(jìn)程推進(jìn)逐漸降低。其中，土壤堿解氮的降幅相對較小，為21.2%~25.0%，同一生育時期均表現(xiàn)為稻蛙共作土壤堿解氮含量低于CK，降幅為0.5%~20.2%，同一生育時期DWH 處理比DWL 處理高5.4%~11.0%。從土壤速效磷含量看，CK 的土壤速效磷含量水稻全生育期變化不大，處于20.7~27.8 mg/kg 之間，同一生育時期稻蛙共作明顯提高了土壤速效磷含量，是CK 的1.5~3.0 倍，相比DWL 處理，DWH 處理的速效磷含量更高。

圖3 稻蛙共作對稻田土壤堿解氮和速效磷磷含量的影響

2.4 稻蛙共作對土壤速效鉀和有機質(zhì)含量的影響

從圖4 可知，各處理土壤速效鉀含量均隨水稻生育進(jìn)程的推進(jìn)而降低，同一生育時期CK 的土壤速效鉀含量均明顯高于稻蛙共作處理，在同一生育時期，DWL 和DWH 處理間差異不明顯。在種植前各處理間土壤有機質(zhì)含量基本相同，從分蘗期開始CK 表現(xiàn)為隨生育進(jìn)程推進(jìn)而降低，而稻蛙共作處理表現(xiàn)為先升高后降低，在孕穗期最高、成熟期最低。同一生育時期均表現(xiàn)為CK 最高，其次為DWH 處理，DWL 處理最低。

圖4 稻蛙共作對稻田土壤速效鉀和有機質(zhì)含量的影響

2.5 稻蛙共作對水稻產(chǎn)量及構(gòu)成因子的影響

從表1 可知，不同處理間產(chǎn)量差異較大，其中CK顯著高于DWL 處理12.0%，但與DWH 處理差異不顯著，增幅為3.1%。從產(chǎn)量構(gòu)成因子看，CK 主要是顯著提高了單位面積有效穗數(shù)從而獲得高產(chǎn)，而稻蛙共作有助于提高水稻結(jié)實率，其中DWH 處理結(jié)實率顯著高于CK，此外稻蛙共作還有助于水稻籽粒充實，提高了籽粒千粒重，但差異不顯著。

表1 不同處理下水稻產(chǎn)量及構(gòu)成因子

3 結(jié)論與討論

3.1 稻蛙共作對土壤理化特性的影響

稻田綜合種養(yǎng)可以改善稻田土壤結(jié)構(gòu)，增加土壤通氣狀況，與常規(guī)種稻不施肥相比能增加土壤養(yǎng)分含量[5-7,13]。易芙蓉等[14]研究表明，稻蝦共作較單一種稻提高了土壤pH 值和土壤耕作層的全量養(yǎng)分和速效養(yǎng)分含量，促進(jìn)了土壤氮、磷、鉀元素的固定和轉(zhuǎn)化吸收。徐敏等[15]研究也表明，稻蟹共生能調(diào)節(jié)土壤pH 值，顯著提高土壤有機質(zhì)和水稻生長后期土壤中的速效養(yǎng)分含量。本研究表明，與常規(guī)種稻施用有機肥處理相比，稻蛙共作能調(diào)節(jié)土壤pH 值和電導(dǎo)率，同一生育時期稻蛙共作處理pH 值和電導(dǎo)率均明顯高于單一種稻處理，不同黑斑蛙養(yǎng)殖密度處理間pH 值差異不大，但土壤電導(dǎo)率隨黑斑蛙養(yǎng)殖密度增加而增加，這可能與黑斑蛙在田間活動和排出大量糞便有關(guān)。本試驗中，稻蛙共作處理所有生育時期土壤全氮、堿解氮、速效鉀和有機質(zhì)含量均低于單一種稻施用有機肥處理，但在生育后期差異較小，這可能因為土壤基礎(chǔ)養(yǎng)分含量差異，其次是施入有機肥的養(yǎng)分補充，而在生育后期，因為黑斑蛙個體增大而糞便增加，使得常規(guī)種稻田和稻蛙共作田養(yǎng)分含量差異變小。劉志達(dá)等[16]研究表明，與常規(guī)種稻施肥田相比，稻田套養(yǎng)虎紋蛙會導(dǎo)致稻田不同形態(tài)無機磷含量下降，有效磷供應(yīng)不足。本試驗結(jié)果表明，在所有生育時期稻蛙共作田的全磷和速效磷含量均明顯高于常規(guī)種稻田，這可能是因為黑斑蛙糞便影響了土壤磷含量。

3.2 稻蛙共作對水稻產(chǎn)量的影響

稻蛙共作處理因為主要靠蛙的糞便作為水稻生長的主要養(yǎng)分供應(yīng)，通過蛙的活動和捕食來控制田間害蟲，與常規(guī)種稻處理相比大大減少了水稻生長期內(nèi)化學(xué)肥料和農(nóng)藥的施用，甚至不施用，極大提高了稻米安全和稻田環(huán)境安全[11]。但因為稻蛙共作田需要在田塊周圍留出不超過總面積10%的土地用于建設(shè)蛙的飼料投喂平臺，使得單位面積水稻基本苗減少，加上有效穗數(shù)減少最終降低了水稻產(chǎn)量。岳玉波等[17]研究表明，常規(guī)水稻種植處理水稻產(chǎn)量顯著高于全部施用有機肥的有機蛙稻共作處理和部分施用有機肥的綠色蛙稻共作處理。劉志達(dá)等[16]和郭天榮等[18]研究也表明，不施肥的稻蛙共作處理水稻產(chǎn)量顯著低于常規(guī)種稻處理，降幅達(dá)23.45%~28.16%。本試驗表明，施用有機肥的常規(guī)種稻處理水稻產(chǎn)量顯著高于全生育期不施肥打藥的稻蛙共作處理，增幅為3.1%~12.0%。從產(chǎn)量構(gòu)成因子看，稻蛙共作主要降低了水稻有效穗數(shù)從而導(dǎo)致產(chǎn)量下降。劉志達(dá)等[16]和郭天榮等[18]則認(rèn)為，稻蛙共作顯著降低了水稻有效穗數(shù)、穗粒數(shù)和結(jié)實率，導(dǎo)致水稻產(chǎn)量降低。這可能與不同試驗采用的水稻品種、蛙的養(yǎng)殖密度以及稻田基礎(chǔ)肥力等因子差異較大有關(guān)。

可見，與常規(guī)種稻施用有機肥處理相比，稻蛙共作下養(yǎng)殖適宜密度的黑斑蛙，水稻產(chǎn)量雖有降低，但降低幅度較小，而且稻蛙共作能提高稻谷安全性和黑斑蛙產(chǎn)出，有助于提高單位稻田的經(jīng)濟效益，而且因為不施用化肥和農(nóng)藥，也減少了對環(huán)境的污染，從而具有較好的生態(tài)效益。