氮肥減施對(duì)稻田綜合種養(yǎng)水稻產(chǎn)量和品質(zhì)的影響

李京詠 戴林秀 彭翔 楊謙 徐強(qiáng) 竇志 高輝

（江蘇省作物栽培生理重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室/江蘇省作物遺傳生理重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室/江蘇省糧食作物現(xiàn)代產(chǎn)業(yè)技術(shù)協(xié)同創(chuàng)新中心/揚(yáng)州大學(xué)農(nóng)學(xué)院/水稻產(chǎn)業(yè)工程技術(shù)研究院，江蘇 揚(yáng)州 225009；第一作者：825623486@qq.com；*通信作者：gaohui@yzu.edu.cn）

水稻是我國(guó)最重要的糧食作物之一，其產(chǎn)量和品質(zhì)影響著我國(guó)農(nóng)產(chǎn)品量質(zhì)安全[1]。據(jù)聯(lián)合國(guó)糧食及農(nóng)業(yè)組織（FAO）預(yù)測(cè)，隨著世界人口持續(xù)增長(zhǎng)，到2050 年，全球糧食需求量將提高70%~100%，人類對(duì)作物蛋白質(zhì)的需求將增加110%[2]。氮肥是影響水稻產(chǎn)量和品質(zhì)形成的重要因素。過(guò)量施用氮肥不僅不利于水稻增產(chǎn)和品質(zhì)提升[3]，也加劇農(nóng)田土壤酸化、地下水污染和全球變暖等環(huán)境問(wèn)題[4-6]。前人關(guān)于氮肥施用對(duì)水稻產(chǎn)量和品質(zhì)影響的研究主要集中于傳統(tǒng)稻作模式[7-8]，較少關(guān)于稻田綜合種養(yǎng)模式的研究報(bào)道。

稻田綜合種養(yǎng)是亞洲地區(qū)應(yīng)用較為廣泛的一種生態(tài)稻作模式[9]，其以水稻種植為基礎(chǔ)，通過(guò)水產(chǎn)、禽類動(dòng)物田間活動(dòng)減少病蟲(chóng)草害發(fā)生，在有效減少施肥量的同時(shí)提高水稻產(chǎn)量和稻米品質(zhì)[10-11]。近年來(lái)，在我國(guó)應(yīng)用較多的是稻蝦、稻魚(yú)綜合種養(yǎng)模式，2020 年面積分別達(dá)126 萬(wàn)hm2和100 萬(wàn)hm2，兩者合計(jì)占比超過(guò)了88%[12]。前人研究發(fā)現(xiàn)，稻田綜合種養(yǎng)通過(guò)改變養(yǎng)分循環(huán)特征使得水稻養(yǎng)分吸收發(fā)生變化，從而影響產(chǎn)量和品質(zhì)形成，而氮素是最主要的因素之一[13]。研究表明，稻田綜合種養(yǎng)具有化肥減量效應(yīng)[14]，其所需施氮量一般比水稻單作低13%~44%[15]。彭成林等[16]在江漢平原地區(qū)研究發(fā)現(xiàn)，在相同施氮量下，稻蝦共作有助于促進(jìn)水稻增產(chǎn)。HU 等[17]研究發(fā)現(xiàn)，在稻蟹綜合種養(yǎng)模式下水稻可通過(guò)吸收飼料氮和螃蟹排泄物來(lái)達(dá)到氮素循環(huán)利用。YANG 等[18]在上海崇明島的研究發(fā)現(xiàn)，相比水稻單作，稻鴨綜合種養(yǎng)模式在同一施氮量下比水稻單作更能有效提高水稻有效穗數(shù)、結(jié)實(shí)率、千粒重和產(chǎn)量，而每穗粒數(shù)有所下降。但也有研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)?shù)咎锞C合種養(yǎng)施氮量比水稻單作低30%時(shí)，水稻有效穗數(shù)和每穗粒數(shù)減少，導(dǎo)致水稻產(chǎn)量降低[19]。在稻米品質(zhì)方面，ZHAO 等[20]在遼河三角洲的研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)?shù)拘肪C合種養(yǎng)模式下施氮量（純N 用量，下同）超過(guò)210 kg/hm2時(shí)，稻米精米率、蛋白質(zhì)含量和食味值下降，堊白粒率和堊白度上升。然而，另一項(xiàng)研究則發(fā)現(xiàn)，長(zhǎng)期稻魚(yú)共作能有效提高水稻糙米率和蛋白質(zhì)含量，降低直鏈淀粉含量[21]。而車(chē)陽(yáng)等[22]在長(zhǎng)江三角洲地區(qū)的研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)?shù)咎锞C合種養(yǎng)水稻施氮量低于水稻單作時(shí)，其糙米率、精米率和整精米率均有所降低。以上研究表明，施氮對(duì)于稻田綜合種養(yǎng)模式下水稻產(chǎn)量和稻米品質(zhì)的影響各不相同，這為稻田綜合種養(yǎng)在全國(guó)的推廣應(yīng)用帶來(lái)了挑戰(zhàn)。盡管水產(chǎn)、禽類動(dòng)物殘余的飼料和糞便還田對(duì)土壤的培肥效應(yīng)有助于提高水稻產(chǎn)量和稻米品質(zhì)，但相比于傳統(tǒng)水稻單作，稻田綜合種養(yǎng)通常會(huì)減少化肥（主要是氮肥）施用，這對(duì)于水稻產(chǎn)量和稻米品質(zhì)的影響存在一定矛盾。

基于此，本研究收集了國(guó)內(nèi)2009—2021 年有關(guān)稻田綜合種養(yǎng)模式下水稻產(chǎn)量和稻米品質(zhì)的田間試驗(yàn)文獻(xiàn)數(shù)據(jù)，采用整合分析方法，系統(tǒng)分析了不同施氮量對(duì)各模式下水稻產(chǎn)量和稻米品質(zhì)的影響，闡明了在不影響水稻產(chǎn)量的前提下各綜合種養(yǎng)模式的合理減氮范圍，旨在為不同模式合理氮肥減施和促進(jìn)水稻增產(chǎn)提質(zhì)提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 數(shù)據(jù)來(lái)源

本研究基于已發(fā)表的文獻(xiàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，在中國(guó)知網(wǎng)（CNKI）和Web of Science 等文獻(xiàn)數(shù)據(jù)庫(kù)中通過(guò)設(shè)置“稻田綜合種養(yǎng)（integrated farming of rice and aquaculture animals）”“稻魚(yú)共作（rice-fish coculture）”“稻鰍共作（rice-loach coculture）”“稻蝦共作（rice-crayfish coculture）”“稻蟹共作（rice-crab coculture）”“稻鱉共作（rice-turtle coculture）”“稻蛙共作（rice-frog coculture）”“稻鴨共作（rice-duck coculture）”“水稻產(chǎn)量”和“稻米品質(zhì)”等關(guān)鍵詞進(jìn)行檢索，并根據(jù)以下條件進(jìn)行文獻(xiàn)篩選：

1) 試驗(yàn)地點(diǎn)位于我國(guó)境內(nèi)，研究對(duì)象僅為水稻；

2) 稻田綜合種養(yǎng)試驗(yàn)為室外進(jìn)行的大田試驗(yàn)，不包括盆栽、魚(yú)缸、帆布養(yǎng)殖池、水泥池、池塘等；

3) 試驗(yàn)必須包含對(duì)照處理（即水稻單作），施氮處理中必須有明確的施氮量；

4) 研究?jī)?nèi)容至少包含水稻產(chǎn)量及其構(gòu)成因素或稻米品質(zhì)指標(biāo)中的1 項(xiàng)。

從文獻(xiàn)中收集的主要信息包括：研究區(qū)地理位置，供試水稻品種和動(dòng)物類型，施氮量，水稻產(chǎn)量，產(chǎn)量構(gòu)成因素和稻米品質(zhì)各指標(biāo)。水稻產(chǎn)量構(gòu)成因素指標(biāo)主要包括有效穗數(shù)、每穗粒數(shù)、結(jié)實(shí)率和千粒重；稻米品質(zhì)指標(biāo)主要包括加工和外觀品質(zhì)（糙米率、精米率、整精米率、堊白粒率、堊白度）、蒸煮和營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)（蛋白質(zhì)含量、直鏈淀粉含量和膠稠度）。根據(jù)動(dòng)物類型將稻田綜合種養(yǎng)分為：1）甲殼類，供試動(dòng)物包括小龍蝦和大閘蟹；2）魚(yú)類，供試動(dòng)物包括泥鰍、鱔魚(yú)、鯽魚(yú)和鯰魚(yú)；3）兩棲類，供試動(dòng)物包括甲魚(yú)、虎紋蛙和青蛙；4）水禽類，供試動(dòng)物包括水鴨和麻鴨（表1）。經(jīng)篩選，符合條件的文獻(xiàn)共計(jì)111篇，其中水稻產(chǎn)量有效數(shù)據(jù)166 組，稻米品質(zhì)有效數(shù)據(jù)71 組。試驗(yàn)?zāi)攴菘缍葟?009 年至2021 年。由于稻田綜合種養(yǎng)大田試驗(yàn)地點(diǎn)主要分布于長(zhǎng)江中下游地區(qū)，本研究參照農(nóng)業(yè)農(nóng)村部水稻施肥指導(dǎo)意見(jiàn)（http://www.moa.gov.cn/xw/zxfb/202203/t20220329_6394524.htm）對(duì)施氮量進(jìn)行劃分，主要分為0~150、150~180 和>180 kg/hm23 個(gè)施氮區(qū)間。

表1 主要綜合種養(yǎng)類型、分布及樣本數(shù)

1.2 數(shù)據(jù)處理與統(tǒng)計(jì)分析

參照SC/T 1135.1-2017《稻漁綜合種養(yǎng)技術(shù)規(guī)范第1 部分：通則》[23]的要求，本研究設(shè)定稻田綜合種養(yǎng)水稻產(chǎn)量不低于7.5 t/hm2的限值條件，由此確定了在保證水稻產(chǎn)量的前提下，稻田綜合種養(yǎng)相比于水稻單作的適宜減氮范圍（圖2）。

本研究采用Excel 2016 處理數(shù)據(jù)，采用SPSS Statistics 23 對(duì)稻田綜合種養(yǎng)和水稻單作不同施氮區(qū)間下的水稻產(chǎn)量及其構(gòu)成因素和稻米品質(zhì)指標(biāo)進(jìn)行方差分析，采用GraphPad Prism 8 進(jìn)行繪圖和數(shù)據(jù)差異性分析（配對(duì)T 檢驗(yàn)）。

2 結(jié)果與分析

2.1 施氮對(duì)水稻產(chǎn)量及其構(gòu)成因素的影響

2.1.1 施氮對(duì)稻田綜合種養(yǎng)水稻產(chǎn)量及其構(gòu)成因素的影響

稻田綜合種養(yǎng)模式下的水稻有效穗數(shù)、每穗粒數(shù)、結(jié)實(shí)率、千粒重和產(chǎn)量均比水稻單作高（圖1 A-E），分別平均增加5.13%、1.12%、3.34%、2.57%和2.71%，水稻有效穗數(shù)、每穗粒數(shù)和結(jié)實(shí)率差異均不顯著，而千粒重和產(chǎn)量的差異達(dá)到極顯著水平。總體來(lái)看，相比于水稻單作，綜合種養(yǎng)的水稻產(chǎn)量及其構(gòu)成因素均有所提高，體現(xiàn)出一定的穩(wěn)糧效果。對(duì)施氮量和水稻產(chǎn)量及其構(gòu)成因素進(jìn)行線性擬合（圖1 F-J），水稻有效穗數(shù)、結(jié)實(shí)率、千粒重和產(chǎn)量均隨著施氮量的增加而增加，而每穗粒數(shù)則隨著施氮量的增加而降低。綜合種養(yǎng)水稻和水稻單作產(chǎn)量及其構(gòu)成因素各指標(biāo)的擬合方程交點(diǎn)均超過(guò)了314 kg/hm2，在此施氮量以內(nèi)，等氮用量下綜合種養(yǎng)水稻的增產(chǎn)潛力更大。

圖1 不同施氮量對(duì)水稻產(chǎn)量及其構(gòu)成因素的影響

從表2 可見(jiàn)，綜合種養(yǎng)和單作的水稻有效穗數(shù)、結(jié)實(shí)率、千粒重和產(chǎn)量在不同施氮區(qū)間下均具有極顯著差異，而每穗粒數(shù)的差異未達(dá)到顯著水平。各施氮區(qū)間下的綜合種養(yǎng)水稻產(chǎn)量分別為7.23、7.54 和8.51 t/hm2，分別比水稻單作增加10.21%、9.27%和3.65%。其中，水稻有效穗數(shù)和結(jié)實(shí)率受施氮的影響較大，各施氮區(qū)間下的綜合種養(yǎng)水稻有效穗數(shù)分別為246.83、270.59 和319.68 萬(wàn)/hm2，分別比水稻單作增加0.33%、8.67%和5.26%；各施氮區(qū)間下的綜合種養(yǎng)水稻結(jié)實(shí)率分別為79.26%、82.09%和87.84%，分別比水稻單作增加3.37%、3.42%和3.62%。通過(guò)對(duì)比發(fā)現(xiàn)，在0~150 和150~180 kg/hm2施氮區(qū)間時(shí)綜合種養(yǎng)對(duì)于水稻產(chǎn)量的增幅較大，在150~180 kg/hm2施氮區(qū)間綜合種養(yǎng)對(duì)于水稻有效穗數(shù)和結(jié)實(shí)率的增幅較大。可見(jiàn)，150~180 kg/hm2的施氮量更利于綜合種養(yǎng)水稻高產(chǎn)的形成。

表2 不同施氮量對(duì)綜合種養(yǎng)和單作下水稻產(chǎn)量及其構(gòu)成因素的影響

2.1.2 不同綜合種養(yǎng)模式下施氮對(duì)水稻產(chǎn)量及其構(gòu)成因素的影響

由圖2 可知，相比于水稻單作，甲殼類、魚(yú)類、兩棲類和水禽類綜合種養(yǎng)模式的減氮范圍上限分別是26.24%、21.64%、14.04%和41.94%，在此減氮范圍內(nèi)可確保水稻產(chǎn)量不低于7.5 t/hm2。具體來(lái)說(shuō)，甲殼類（圖3 E）和水禽類（圖3 T）綜合種養(yǎng)模式對(duì)水稻產(chǎn)量的促進(jìn)作用更大，分別平均增加9.27%和9.95%。除>180 kg/hm2施氮區(qū)間下魚(yú)類水稻產(chǎn)量（圖3 J）和150~180 kg/hm2施氮區(qū)間下兩棲類水稻產(chǎn)量（圖3 O）略低于水稻單作外，其他各綜合種養(yǎng)模式在3 個(gè)施氮區(qū)間的水稻產(chǎn)量均高于水稻單作，其中，在150~180 kg/hm2施氮區(qū)間下甲殼類和水禽類綜合種養(yǎng)模式水稻產(chǎn)量較水稻單作分別顯著增加19.00%和15.40%；在0~150 kg/hm2施氮區(qū)間下魚(yú)類綜合種養(yǎng)模式水稻產(chǎn)量較水稻單作極顯著增加27.00%；在>180 kg/hm2施氮區(qū)間下兩棲類綜合種養(yǎng)模式水稻產(chǎn)量較水稻單作顯著增加16.30%。

圖2 各稻田綜合種養(yǎng)模式相比于水稻單作的合理減氮范圍

圖3 施氮量對(duì)不同綜合種養(yǎng)模式下水稻產(chǎn)量及其構(gòu)成因素的影響

甲殼類綜合種養(yǎng)模式各施氮區(qū)間水稻有效穗數(shù)、每穗粒數(shù)和水稻單作相比均有一定程度的降低（除>180 kg/hm2的有效穗數(shù)外），而結(jié)實(shí)率和千粒重均有所提高（圖3 A-D），其中150~180 kg/hm2和>180 kg/hm2施氮區(qū)間下的結(jié)實(shí)率在不同稻作模式間的差異達(dá)到了顯著水平。魚(yú)類綜合種養(yǎng)模式不同施氮區(qū)間下水稻有效穗數(shù)和結(jié)實(shí)率均低于水稻單作，而千粒重卻有所增加，且在0~150 和>180 kg/hm2施氮量下差異達(dá)到顯著和極顯著水平（圖3 F-I）。兩棲類綜合種養(yǎng)模式不同施氮區(qū)間下的水稻有效穗數(shù)比水稻單作增加2.50%~6.30%，差異不顯著；0~150 kg/hm2和150~180 kg/hm2施氮區(qū)間下綜合種養(yǎng)水稻的每穗粒數(shù)、結(jié)實(shí)率和千粒重分別比水稻單作降低1.47%~9.77%、1.12%~5.37%和3.31%~8.22%，差異不顯著（圖3 K-N）；而>180 kg/hm2施氮區(qū)間下這3 個(gè)指標(biāo)卻有所提高，其中結(jié)實(shí)率和千粒重的差異達(dá)到顯著水平。水禽類綜合種養(yǎng)模式不同施氮區(qū)間下的水稻有效穗數(shù)、每穗粒數(shù)、結(jié)實(shí)率和千粒重均高于水稻單作，增幅分別為1.08%~13.65%、2.72%~9.62%、2.78%~12.07%和1.54%~2.01%，在150~180 kg/hm2區(qū)間的增幅最大。

2.2 施氮對(duì)稻米品質(zhì)的影響

2.2.1 施氮對(duì)綜合種養(yǎng)水稻稻米品質(zhì)的影響

由圖4 可知，綜合種養(yǎng)模式下水稻糙米率、精米率、堊白粒率、堊白度、直鏈淀粉含量和蛋白質(zhì)含量分別比水稻單作低0.20%、0.15%、13.81%、9.22%、5.81%和2.44%，而整精米率和膠稠度分別比水稻單作高1.91%和8.96%。兩稻作模式間稻米直鏈淀粉含量差異顯著，膠稠度差異極顯著，其余指標(biāo)差異均不顯著。總體來(lái)看，相比于水稻單作，綜合種養(yǎng)水稻的稻米外觀、蒸煮和營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)均有所提高，體現(xiàn)出一定的促進(jìn)效果。進(jìn)一步對(duì)施氮量和稻米品質(zhì)指標(biāo)進(jìn)行線性擬合發(fā)現(xiàn)，稻米糙米率、精米率、整精米率和膠稠度均隨著施氮量的增加而增加，而堊白粒率、堊白度和蛋白質(zhì)含量均隨著施氮量的增加而降低（圖5）。從稻米加工品質(zhì)來(lái)看，綜合種養(yǎng)和水稻單作各指標(biāo)的擬合方程交點(diǎn)均超過(guò)了225 kg/hm2，在此施氮量以內(nèi)，等氮用量下綜合種養(yǎng)對(duì)稻米加工品質(zhì)的促進(jìn)作用更大。從稻米外觀品質(zhì)來(lái)看，綜合種養(yǎng)和單作水稻各指標(biāo)的擬合方程交點(diǎn)均超過(guò)301 kg/hm2，在此施氮量以內(nèi)，等氮用量下綜合種養(yǎng)對(duì)稻米外觀品質(zhì)的促進(jìn)作用更大。從稻米蒸煮和營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)來(lái)看，綜合種養(yǎng)和水稻單作各指標(biāo)的擬合方程交點(diǎn)均超過(guò)180 kg/hm2，在此施氮量以內(nèi)，等氮用量下綜合種養(yǎng)對(duì)稻米蒸煮和營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)的促進(jìn)作用更大。

圖5 施氮量對(duì)綜合種養(yǎng)和單作模式水稻主要稻米品質(zhì)指標(biāo)的影響

2.2.2 不同綜合種養(yǎng)模式下施氮量對(duì)稻米品質(zhì)的影響

由圖6 可知，與水稻單作相比，稻田綜合種養(yǎng)在3個(gè)施氮區(qū)間下稻米加工品質(zhì)都有不同程度提高，增幅為1.03%~5.21%；稻米外觀品質(zhì)則有不同程度減少，降幅為2.36%~9.69%；稻米蒸煮和營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)有不同程度增加，增幅分別為3.86%~7.52%。

圖6 施氮量對(duì)不同綜合種養(yǎng)模式與水稻單作稻米加工和外觀品質(zhì)的影響

甲殼類綜合種養(yǎng)模式各施氮區(qū)間糙米率、精米率和整精米率和水稻單作相比均有一定程度降低（除0~150 kg/hm2的整精米率外），而堊白粒率和堊白度隨施氮量的增加呈先降后增趨勢(shì)（圖6 A-E），其中在0~150和>180 kg/hm2施氮區(qū)間下兩模式間整精米率、堊白粒率和堊白度差異顯著。在>180 kg/hm2施氮區(qū)間下綜合種養(yǎng)的直鏈淀粉含量和蛋白質(zhì)含量均低于水稻單作，而膠稠度則高于水稻單作（圖7 A-C），兩模式間膠稠度的差異顯著。

圖7 施氮量對(duì)不同綜合種養(yǎng)模式與水稻單作的稻米蒸煮和營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)的影響

魚(yú)類綜合種養(yǎng)模式在150~180 和>180 kg/hm2施氮區(qū)間的糙米率、精米率和整精米率分別比水稻單作增加0.25%~1.78%、0.94%~3.37%和1.41%~9.70%，而堊白粒率和堊白度分別比水稻單作降低4.91%~5.14%和2.83%~5.64%，但差異均不顯著（圖6 F-J）。直鏈淀粉含量和蛋白質(zhì)含量均低于水稻單作（除150~180 kg/hm2的蛋白質(zhì)含量外），而膠稠度則均高于水稻單作（圖7 D-F）。其中在150~180 kg/hm2施氮區(qū)間直鏈淀粉含量與水稻單作有顯著差異，在>180 kg/hm2施氮區(qū)間蛋白質(zhì)含量和膠稠度與水稻單作有極顯著差異。

兩棲類綜合種養(yǎng)模式在0~150 kg/hm2施氮區(qū)間的糙米率、精米率和整精米率分別顯著高于水稻單作4.09%、5.83%和1.62%（圖6 K-M）。在150~180 kg/hm2施氮區(qū)間的堊白粒率和堊白度均高于水稻單作，堊白度差異極顯著（圖6 N-O）。在各施氮區(qū)間稻米直鏈淀粉含量和蛋白質(zhì)含量均低于水稻單作（除150~180 kg/hm2的蛋白質(zhì)含量外），膠稠度則均高于水稻單作（圖7 G-I）。其中，在150~180 kg/hm2施氮區(qū)間直鏈淀粉含量和蛋白質(zhì)含量分別較水稻單作極顯著降低9.49%和極顯著提高4.67%；在>180 kg/hm2施氮區(qū)間膠稠度較水稻單作極顯著增長(zhǎng)4.86%。

水禽類綜合種養(yǎng)模式各施氮區(qū)間糙米率、精米率和整精米率均高于水稻單作，堊白粒率和堊白度則均低于水稻單作（圖6 P-T）。其中，在150~180 和>180 kg/hm2施氮區(qū)間糙米率和精米率較水稻單作分別顯著增加2.44%~5.70%和5.54%~5.88%。在各施氮區(qū)間稻米直鏈淀粉含量均低于水稻單作，而蛋白質(zhì)含量和膠稠度則均高于水稻單作（除150~180 kg/hm2的蛋白質(zhì)含量外）（圖7 J-L），其中，在150~180 kg/hm2施氮區(qū)間直鏈淀粉含量和蛋白質(zhì)含量較水稻單作分別顯著降低2.74%和10.24%。

3 討論

“十三五”期間，我國(guó)稻田綜合種養(yǎng)產(chǎn)業(yè)蓬勃發(fā)展，僅稻漁綜合種養(yǎng)面積即已突破256.3 萬(wàn)hm2。預(yù)計(jì)“十四五”期間，受耕地保護(hù)硬措施、有限水資源等的影響，稻田綜合種養(yǎng)產(chǎn)業(yè)規(guī)模將保持穩(wěn)定，向著穩(wěn)糧興漁與提質(zhì)增效方向發(fā)展。近年來(lái)，研究者分析了各綜合種養(yǎng)模式對(duì)水稻產(chǎn)量和品質(zhì)的影響[24]，然而缺乏大尺度視角下的施氮對(duì)綜合種養(yǎng)模式下水稻產(chǎn)量和品質(zhì)影響的研究。本研究定量分析了全國(guó)范圍內(nèi)氮肥施用對(duì)稻田綜合種養(yǎng)水稻產(chǎn)量及稻米品質(zhì)的影響，發(fā)現(xiàn)在一定施氮量范圍內(nèi)，等氮用量下綜合種養(yǎng)相比于單作對(duì)水稻增產(chǎn)提質(zhì)的作用更大，綜合種養(yǎng)模式下合理減施氮肥不會(huì)使水稻的產(chǎn)量和品質(zhì)受到威脅。

本研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)施氮量<314 kg/hm2時(shí)，等氮用量下稻田綜合種養(yǎng)比水稻單作更能促進(jìn)水稻增產(chǎn)。有研究表明，稻蝦共作模式單位面積碳足跡、單位產(chǎn)值碳足跡和單位NDU 碳足跡均低于水稻單作[25]，NH3揮發(fā)量也較低[26]，氮素在土壤中沉積，使得綜合種養(yǎng)模式下土壤全氮和速效氮含量均有所提升，同時(shí)也增加了土壤微生物多樣性，有助于促進(jìn)水稻增產(chǎn)[27]。長(zhǎng)期綜合種養(yǎng)還可以增加土壤中總有機(jī)碳[28]、顆粒有機(jī)碳以及水溶性有機(jī)碳含量，提高土壤微生物碳庫(kù)容[29]。GUO 等[15]研究表明，稻田綜合種養(yǎng)投入的飼料僅有一小部分被動(dòng)物消耗，而大部分會(huì)被土壤微生物分解，釋放氮素供水稻吸收。此外，在本研究中，綜合種養(yǎng)與單作模式均表現(xiàn)為水稻每穗粒數(shù)隨施氮量增加而減少，原因可能是由于產(chǎn)量構(gòu)成因素間的相互制約[30]，也可能是不同水稻品種間氮素利用率差異等原因所致[31]。

不同施氮量對(duì)不同綜合種養(yǎng)模式下水稻產(chǎn)量及其構(gòu)成因素的影響不同。甲殼類綜合種養(yǎng)模式會(huì)使得水稻有效穗數(shù)和每穗粒數(shù)減少，這可能是因?yàn)轲B(yǎng)殖甲殼類動(dòng)物需要深水環(huán)境，致使水稻分蘗數(shù)降低，從而導(dǎo)致有效穗數(shù)和每穗粒數(shù)減少[22]，但該模式可通過(guò)提高結(jié)實(shí)率和千粒重來(lái)提高水稻產(chǎn)量，在150~180 kg/hm2施氮區(qū)間下的促進(jìn)作用最大。HU 等[17]研究發(fā)現(xiàn)，相比水稻單作，稻蟹共作由于殘余螃蟹飼料以及螃蟹排泄物積累，使得該模式下土壤和水中含氮量提高，可在減少化肥投入量的同時(shí)促進(jìn)水稻增產(chǎn)。魚(yú)類綜合種養(yǎng)模式會(huì)使得水稻有效穗數(shù)和結(jié)實(shí)率減少[32]，這同樣可能是因?yàn)樯钏h(huán)境帶來(lái)的影響，但該模式可通過(guò)提高千粒重來(lái)提高產(chǎn)量，在0~150 kg/hm2施氮區(qū)間下的促進(jìn)作用最大。前人研究發(fā)現(xiàn)，在稻魚(yú)共作中，當(dāng)肥料氮∶飼料氮=3∶1 時(shí)，其氮素利用率達(dá)到90%以上，能有效促進(jìn)水稻增產(chǎn)[33]。兩棲類綜合種養(yǎng)模式可通過(guò)提高水稻有效穗數(shù)來(lái)提高水稻產(chǎn)量，在>180 kg/hm2施氮區(qū)間可促進(jìn)水稻每穗粒數(shù)、結(jié)實(shí)率和千粒重來(lái)提高水稻產(chǎn)量[34]。水禽類綜合種養(yǎng)模式在3 個(gè)施氮區(qū)間下對(duì)水稻產(chǎn)量構(gòu)成因素均有所促進(jìn)，從而可有效提高水稻產(chǎn)量[18]。

在稻米品質(zhì)方面，本研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)施氮量在150~180 kg/hm2范圍內(nèi)時(shí)，等氮用量下綜合種養(yǎng)比單作更能促進(jìn)稻米品質(zhì)提升。陳燦等[35]研究發(fā)現(xiàn)，綜合種養(yǎng)下土壤微生物的增加不僅能增加土壤酶的數(shù)量，養(yǎng)殖動(dòng)物在田間活動(dòng)還能提升酶活性，使得氮素更好轉(zhuǎn)換成可供水稻直接吸收的有效態(tài)，減少稻米堊白，提高稻米外觀品質(zhì)。LI 等[24]研究發(fā)現(xiàn)，稻田綜合種養(yǎng)對(duì)于稻米糙米率、精米率、整精米率和膠稠度的增幅分別為1.23%~3.40%、3.22%~5.68%、2.51%~4.87%和1.64%~5.42%，對(duì)于堊白粒率、堊白度和直鏈淀粉含量的降幅分別為4.46%~6.85%、6.58%~10.90%和2.17%~4.75%。同樣，馬亮等[36]研究也發(fā)現(xiàn)，稻田綜合種養(yǎng)能有效促進(jìn)稻米加工、外觀、蒸煮食味品質(zhì)。但隨著施氮量的增加，稻米蛋白質(zhì)含量并不一定隨之增加[37-38]。在本研究中也發(fā)現(xiàn)，兩稻作模式下稻米蛋白質(zhì)含量均與施氮量呈負(fù)相關(guān)，出現(xiàn)這一現(xiàn)象的原因還有待探究。

不同施氮量還對(duì)不同綜合種養(yǎng)模式下稻米品質(zhì)有不同的影響。甲殼類綜合種養(yǎng)模式在0~150 kg/hm2施氮區(qū)間對(duì)于稻米外觀品質(zhì)的促進(jìn)作用最大，在>180 kg/hm2施氮區(qū)間對(duì)于稻米蒸煮和營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)的促進(jìn)效果最佳。但也有研究表明，長(zhǎng)期稻蝦共作會(huì)顯著改善土壤理化性質(zhì)，可適當(dāng)減少氮肥投入以降低稻米蛋白質(zhì)含量，改善稻米食味品質(zhì)[39]。魚(yú)類綜合種養(yǎng)模式在>180 kg/hm2施氮區(qū)間能較好提高稻米加工、外觀、蒸煮和營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)。兩棲類綜合種養(yǎng)模式在0~150 kg/hm2施氮區(qū)間能有效改善稻米加工品質(zhì)，在150~180 和>180 kg/hm2施氮區(qū)間能更好改善稻米外觀、蒸煮和營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)。水禽類綜合種養(yǎng)模式在>180 kg/hm2施氮區(qū)間較好提升稻米加工品質(zhì)和外觀品質(zhì)，在0~150 和150~180 kg/hm2施氮區(qū)間則提升蒸煮和營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)。

4 結(jié)論

與水稻單作相比，在0~150 和150~180 kg/hm2施氮區(qū)間甲殼類和魚(yú)類綜合種養(yǎng)模式水稻有效穗數(shù)均有所下降，而兩棲類和水禽類綜合種養(yǎng)模式則均有提升。在此施氮區(qū)間，除兩棲類外，其余綜合種養(yǎng)模式水稻結(jié)實(shí)率和千粒重分別增加2.78%~12.07 和1.54%~2.01%。參照SC/T 1135.1-2017《稻漁綜合種養(yǎng)技術(shù)規(guī)范第1部分：通則》，相比于水稻單作，甲殼類、魚(yú)類、兩棲類和水禽類綜合種養(yǎng)模式減氮范圍的上限為26.24%、21.64%、14.04%和41.94%時(shí)，可確保水稻產(chǎn)量不低于7.5 t/hm2。在稻米品質(zhì)方面，除甲殼類加工品質(zhì)外，在0~150 kg/hm2施氮區(qū)間稻田綜合種養(yǎng)的稻米加工、外觀、蒸煮和營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)均有所提高；在150~180 和>180 kg/hm2施氮區(qū)間魚(yú)類和水禽類綜合種養(yǎng)模式稻米加工、外觀、蒸煮和營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)均得到一定提升，甲殼類和兩棲類綜合種養(yǎng)模式的稻米加工和外觀品質(zhì)均有所降低，蒸煮和營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)則有所升高。甲殼類和兩棲類綜合種養(yǎng)模式僅在>180 kg/hm2施氮區(qū)間能同時(shí)促進(jìn)水稻產(chǎn)量和稻米品質(zhì)提高。綜上，對(duì)稻田綜合種養(yǎng)水稻進(jìn)行合理的氮肥減施不會(huì)對(duì)水稻產(chǎn)量構(gòu)成威脅，且有助于促進(jìn)水稻提質(zhì)增效與生態(tài)環(huán)境友好。