稻蝦共作模式下水分管理方式對生產效率的影響

徐榮 韓光明 楊婷 寇祥明 吳雷明,2 馬林杰,2 張誠信,2 王守紅

（1 江蘇里下河地區農業科學研究所，江蘇 揚州 225007；2 江蘇省生態農業工程技術研究中心，江蘇 揚州 225007；*通信作者：yzwish@126.com）

水稻-克氏原螯蝦（以下簡稱“稻蝦”）種養作為目前我國生態農業領域重要技術模式之一，可實現“一水兩用、一田雙收、循環可持續”目標，因而備受關注?！丁笆濉敝袊緷O綜合種養產業發展報告》指出，截止“十三五”末，全國稻蝦種養面積已達126.1 萬hm2，接近稻田綜合種養總面積的一半[1]，其中，江蘇省為20.0 萬hm2。種植與養殖的復合生產方式，決定了稻蝦共作過程具有較高的操作難度，其關鍵在于水分管理。稻季全程采取干濕交替方式提升了水稻根系活力、光合作用效率和氮肥利用效率，進而增加水稻產量和改善稻米品質，實現水稻綠色高效生產目標[2-4]。但干濕交替方式易造成田面悶熱高濕，降低了小龍蝦進田活動頻率，造成其不良應激反應，大大降低養殖效果。

因此，在稻蝦共作生產實際中，稻季采取長期深水灌溉方式，即秧苗移栽活棵后，逐步上深水并維持20~40 cm 田面水層，直至小龍蝦收獲前（8 月底至9 月初），可有效控制田面底泥和水體溫度，增加小龍蝦活動半徑，提升小龍蝦養殖效果，但相關研究較少，尤其是長期深水灌溉對稻穩產、蝦增效綜合目標的影響研究缺乏。因此，課題組采取下沉箱體設計可控小區，模擬稻蝦共作過程，開展相關研究工作。

1 材料與方法

1.1 供試地點與材料

試驗于2020—2021 年在江蘇省高郵市送橋鎮毛港村稻田綜合種養基地進行。該地屬亞熱帶濕潤季風氣候，供試土壤類型為蘇中勤泥土，土壤全氮1.10±0.02 g/kg（數據為“平均值±標準差”，下同）、銨態氮25.29±2.02 mg/kg、硝態氮15.01±1.36 mg/kg、全磷0.35±0.01 g/kg、有效磷4.54±1.39 mg/kg、全鉀10.22±0.19 g/kg、速效鉀131.65±3.15 mg/kg。參試水稻品種為雜交中秈豐優香占，小龍蝦為當地種苗。

1.2 試驗設計

試驗區采取下沉式設計（圖1），可有效緩解夏季高溫環境對種養過程影響。采取單因素對比試驗，設置深水灌溉（RS）和干濕交替（RC）2 個處理，每個處理3次重復。RS 處理：秧苗活棵后逐步灌深水，并維持20~40 cm 田面水層直至水稻收割前10 d 左右，落干待收；RC 處理：秧苗活棵后淺水灌溉促分蘗，當水稻群體莖蘗數達穗數80%時擱田控制無效分蘗，此后持續采取干濕交替的土壤水分管理方式直至水稻收獲。

圖1 試驗區設計圖

1.3 試驗方法

分別于2020 年6 月30 日和2021 年6 月11 日人工手插移栽，行株距30 cm×20 cm，秧齡28 d，分別于10 月15 日和9 月25 日收獲水稻；肥料用量195.0 kg/hm2，N∶P2O5∶K2O=195.0∶52.5∶105.0，其中氮肥（尿素，含N 46%）按照基肥∶返青肥=7∶3 施用，磷肥（過磷酸鈣，含P2O514%）、鉀肥（含K2O 50%）一次性基施。

分別于2020 年7 月10 日和2021 年6 月20 日投放蝦苗（規格為4.87±0.05 g），投放量300 kg/hm2，并按照小龍蝦體質量2%配置飼料進行環溝投喂，全程飼料用量為1 200 kg/hm2，分別于2020 年9 月23 日和2021 年9 月20 日一次性捕獲。

1.4 測定指標及方法

1.4.1 植株氮素含量

于成熟期依據小區平均莖蘗數挖取代表性稻株，洗凈后分揀出穗和秸稈，烘干稱重，后粉碎過篩，采用硫酸-雙氧水-靛酚藍比色法測定全氮含量。

1.4.2 水稻產量及構成因子

于成熟期每小區取3 叢水稻于室內懸掛晾干后，測定每叢穗數、每穗粒數、結實率和千粒重等，計算理論產量。水稻收獲時，各小區人工收割后單獨脫粒，測定實際產量。

1.4.3 氮肥利用效率

氮肥表觀利用率（%）=（施氮處理吸氮量-不施氮處理吸氮量）/施氮量×100%；

氮肥農學利用率（kg/kg）=（施氮處理產量-不施氮處理產量）/施氮量；

氮肥生理利用率（kg/kg）=（施氮處理產量-不施氮處理產量）/作物吸氮量；

氮素偏生產力（kg/kg）=施氮處理籽粒產量/施氮量；

氮素吸收效率（kg/kg）=作物吸氮量/施氮量；

氮收獲指數（%）=（稻谷吸氮量/作物吸氮量）×100%[5]。

1.4.4 稻米品質

水稻收獲后自然晾干至含水率14.0%以下，按照GB/T17891—2017 測定稻米的糙米率、精米率、整精米率、堊白粒率和堊白度；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，采用米飯食味儀（STA1A，日本佐竹公司生產）測定食味值及米飯的硬度、外觀、平衡度等相關指標及綜合評分值。

1.4.5 水稻淀粉RVA 特征譜

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稻米淀粉黏滯特性（最高黏度、熱漿黏度、最終黏度、崩解值和消減值），采用配套軟件TWC 進行分析。

1.4.6 小龍蝦產量及規格

小龍蝦稱重后，計算產量、個體質量及個體質量變異系數；按照單體質量＜20 g、20~35 g、35~50 g 及≥50 g分別統計產量。

1.5 數據計算與分析

數據方差分析采用Minitab 軟件，其中不同處理間顯著性差異比較選擇Fisher 法。

2 結果與分析

2.1 不同水分管理方式對氮肥利用效率的影響

如表1 所示，2020 年，RS 處理的氮肥生理利用率和收獲指數較RC 處理分別增加8.55%和10.01%，而氮肥表觀利用率、農學效率、偏生產力和吸收效率則較RC 處理分別下降30.00%、27.30%、6.20%和9.09%，差異均不顯著。2021 年，RS 處理表觀利用率、農學效率、偏生產力、生理利用率、吸收效率和收獲指數分別較RC 處理降低4.51%、33.38%、8.82%、32.10%、1.61%、4.09%，其中氮肥農學效率二者差異達到顯著水平。

表1 不同水分管理方式水稻氮肥利用率比較

2.2 不同水分管理方式對水稻產量及品質的影響

如表2 所示，2020 年，RS 處理每穗粒數、千粒重和理論產量較RC 處理分別增加12.40%、1.67%和1.00%，而有效穗數、結實率和實際產量則較RC 處理分別下降2.20%、1.93%和6.19%，差異均不顯著。2021年，RS 處理結實率較RC 處理增加0.54%，而有效穗數、每穗粒數、千粒重、理論產量和實際產量較RC 處理分別下降5.15%、4.17%、0.15%、9.17%和0.39%，差異均不顯著。

表2 不同水分管理方式水稻產量比較

如表3 所示，2020 年，RS 處理稻米外觀、加工品質指標均較RC 處理有所增加，其中堊白粒率、堊白度、糙米率、精米率、整精米率分別較RC 處理增加7.59%、16.01%、0.17%、1.44%、2.52%。2021 年，RS 處理的堊白粒率、堊白度、精米率和整精米率分別較RC 處理增加10.55%、3.27%、0.03%和1.33%，糙米率則較RC 處理下降0.04%，差異均不顯著。

表3 不同水分管理方式稻米外觀和加工品質比較

如表4 所示，2020 年，RS 處理的直鏈淀粉含量和蛋白質含量較RC 處理分別增加1.07%和1.30%，而外觀、口感及綜合評分則較RC 處理分別下降2.49%、3.20%和1.06%，差異均不顯著。2021 年，RS 處理的直鏈淀粉含量、蛋白質含量較RC 處理分別顯著增加7.81%和7.78%；而外觀、口感及綜合評分則較RC 處理分別下降2.94%、4.52%和2.05%，差異均不顯著。

表4 不同水分管理方式稻米直鏈淀粉含量、蛋白質含量和食味值比較

如表5 所示，2020 年，RS 處理的峰值黏度、熱漿黏度、最終黏度、消減值及糊化溫度較RC 處理分別增加12.40%、1.67%、1.67%、7.86%和1.67%，而崩解值則較RC 處理下降2.20%，差異均不顯著。2021 年，RS 處理的峰值黏度、熱漿黏度、最終黏度、消減值和糊化溫度較RC 處理分別增加3.40%、5.65%、4.02%、8.11%和0.11%，而崩解值較RC 處理下降0.56%，差異均不顯著。

表5 不同水分管理方式稻米淀粉RVA 譜特征值比較

2.3 不同處理對小龍蝦產量及規格分布的影響

如表6 所示，2020 年，RS 處理小龍蝦的個體質量和產量較RC 處理分別顯著增加34.18%和115.56%；個體質量變異系數則較RC 處理下降4.84%，差異不顯著。2021 年，RS 處理小龍蝦的個體質量和產量較RC處理分別顯著增加42.64%和112.51%；個體平均質量變異系數則較RC 處理下降32.37%，差異不顯著。

表6 不同處理小龍蝦個體質量及產量比較

如表7 所示，2020 年，RS 處理4 種規格小龍蝦產量較RC 處理分別增加15.15%、5.36%、47.97%和544.15%，其中≥50 g 規格水龍蝦產量兩處理間差異達到顯著水平。2021 年，RS 處理[5,20）g 規格區間小龍蝦產量為0（RC 處理為24.76 kg/hm2）；[20,35）g 規格區間小龍蝦產量較RC 處理下降28.27%，[35,50）g 區間、≥50 g 規格小龍蝦產量較RC 處理分別增加216.40%和316.36%，且[35,50）g 規格區間小龍蝦產量間兩處理間差異達到顯著水平。

表7 不同處理各規格區間小龍蝦產量比較

如表7 所示，2020 年，RS 處理≥50 g 規格小龍蝦產量占比為52.30%，[35,50）g 和[20,35）g 規格區間占比分別為24.65%和19.94%，[5,20）g 規格區間占比僅3.11%；RC 處理[20,35）g 規格區間小龍蝦產量占比40.79%，[35,50）g 規格區間占比35.89%，≥50 g 規格占比17.50%，[5,20）g 規格區間占比僅5.82%。2021年，RS 處理 [35,50）g 規格區間小龍蝦產量占比為57.21%，≥50g 規格占比28.07%，[20,35）g 規格區間占比14.72%；RC 處理 [20,35）g 規格區間小龍蝦產量占比為40.99%，[35,50）g 規格區間占比36.12%，≥50 g規格占比13.47%，[5,20）g 規格區間占比僅9.42%。

3 討論

采取干濕交替水分管理方式，可保障稻田土壤良好通氣狀況，增加土壤有機養分礦化速率，提升土壤有效供肥能力；可保證水稻根系活力，提升根系內源激素合成強度及葉片氮代謝酶活性[6]，綜合提高水稻氮素利用效率及產量[7-8]。本研究2 年試驗數據表明，相較于干濕交替處理，長期深水灌溉處理降低了水稻氮素利用效率，且在第2 年時，其農學利用效率顯著降低。水稻產量方面亦存在相同趨勢，其可能原因在于長期深水灌溉方式下，小龍蝦在田面及稻株攀附活動頻率增加，破壞了水稻外層分蘗，促使其有效穗數低于干濕交替處理，但二者實際產量差異并未達到顯著水平，且深水灌溉處理2 年水稻產量（8.03 t/hm2和7.61 t/hm2）均達到國家《稻漁綜合種養技術規范通則》要求，其對水稻產量負面影響可控。

由于深水養蝦過程需求，具有高稈特點的雜交秈稻品種更適宜于稻蝦共作。研究表明，干濕交替管水方式有助于改善秈稻稻米的外觀、加工、蒸煮和食味品質[4]。本研究中，全量化肥施用條件下，相較于長期深水灌溉處理，干濕交替處理稻米僅加工品質下降，外觀、食味品質均得到提升，其中食味品質提升原因可能源自蛋白質含量降低[9]。相關研究表明，干濕交替方式可通過增強劍葉光合效率和根系活力，優化稻米淀粉RVA 譜相關指標，進而提升稻米食味值[10]。本研究中，干濕交替處理淀粉RVA 譜特征值綜合較長期深水灌溉處理有所增加。

本研究表明，深水灌溉處理提升了稻蝦共作中小龍蝦的養殖效果，小龍蝦平均規格和產量高，小龍蝦個體間規格穩定性也較高，有助于提高其商品率。分析認為，長期深水灌溉方式有助于水草培育，提升環溝及畦面水環境穩定性，降低由于夏季高溫所致小龍蝦應激反應強度；有利于拓展小龍蝦在稻田攝食、活動范圍，尤其是增加稻田畦面天然餌料的攝食概率，提升綜合養殖性能；此外，水稻“封行”后可為小龍蝦提供庇護場所，降低水鳥等天敵捕食風險，保障“稻中成蝦”生產安全性。

綜上，稻蝦共作過程采取長期深水灌溉方式，在不影響水稻穩產目標同時，顯著增強小龍蝦養殖效果，通過以規格成蝦銷售為主、優質稻米銷售為輔策略，將顯著提升稻蝦田經濟收益，但其一定程度上存在降低氮素利用效率及稻米品質趨勢。

相關研究表明，結實期是水稻產量及品質形成關鍵時期[11-12]；該時期稻田采取輕度干濕交替水分管理方式（土壤低水勢極限為-20 kPa），可改變根系乙烯合成前體物濃度，影響地上部蔗糖-淀粉代謝途徑關鍵酶的活性，最終提升稻米品質[10]。因此，為提升稻蝦種養模式的水稻氮素利用效率和稻米品質，并穩定產量，課題組提出并推廣了可實現水稻結實期干濕交替水分管理過程的“繁養分區”理念，即“稻前成蝦+稻中成蝦”種養面積與“苗種繁育”種養面積按照8∶2 設置。該理念縮短80%以上稻田畦面土壤周年水分過飽和周期，可保證“稻中成蝦”45 d 有效養成周期前提下，8 月中旬至9月初即可完成“稻中成蝦”養殖環節，促使結實期稻田畦面按照“干濕交替”水分管理方式進行，有助于營造相對良好根際生境，保障水稻養分主動吸收能力，并促進土壤有機養分礦化和土壤養分有效供應能力?！暗局谐晌r”養殖過程盡早結束，增加了水稻穗肥施用的可能性，有助于提升氮素利用效率。有機肥料適量替代化肥方式是實現常規稻作生產模式中氮素利用效率、品質提升的有效途徑[13]，若采取該供肥策略以替代本研究全量化肥處理，對長期深水灌溉方式下的水稻生產過程而言，可能是更為優化的供肥策略，但相關研究匱乏，有待驗證。

“稻前成蝦”養殖周期結束后，稻田畦面存在大量有機廢棄物（水草、殘餌等）還田過程，其長期培肥效應較強[14-16]；而在“繁養分區”理念下，“稻中成蝦”養殖過程中水稻結實期即可實現“干濕交替”水分管理過程，該過程顯著影響著有機廢棄物礦化分解速率和結實期水稻養分供應狀況[7]，但相關研究鮮見報道。下一步課題組將開展“繁養分區”理念下的稻蝦種養模式水肥運籌研究，重點探索在保障小龍蝦養殖效果前提下，水稻結實期水分管理方式變化對水稻養分利用效率、產量品質指標的影響，為稻蝦共作過程可持續發展提供技術借鑒。

4 結論

相較于干濕交替處理，長期深水灌溉處理雖存在降低水稻氮素利用效率和稻米品質的趨勢，但在2 年試驗中，水稻實際產量均高于7.5 t/hm2穩產目標，且與干濕交替處理產量差異未達到顯著水平；此外，長期深水灌溉處理可通過顯著增加小龍蝦個體質量，降低個體質量波動性，有效提升總產量和35 g 以上規格成蝦產量，有效保障稻蝦共作模式的經濟收益。