稻蝦共作模式不同水稻播期土壤還原性物質含量及經濟效益分析

田玉聰 馮香詔 高珍珍

摘要：設置不同播期搭配不同生育期水稻品種，進而改變稻前土壤淹水時長，探討稻蝦共作模式下稻田耕作層土壤還原性狀態，并采用投入產出法研究其經濟效益情況。結果表明，在稻蝦共作模式中，改變水稻播種時間，稻田耕作層土壤還原性物質總量并不會發生顯著變化，但土壤活性還原性物質、活性有機還原性物質和Fe2+含量均會隨著淹水時間延長而增加，特別是Fe2+含量增長達顯著水平。水稻種植能明顯改善耕作層土壤還原性狀態，并降低土壤Fe2+含量，水稻收獲后，3個模式Fe2+含量趨于一致，彼此間差異不顯著。隨著播種時間的推后，水稻產值逐漸降低，稻蝦共作成本增加，小龍蝦產值大幅提高，稻蝦共作模式綜合產值上升，但稻蝦綜合產值上升空間隨播期延遲逐漸降低。

關鍵詞：稻蝦共作模式;播期;還原性物質;經濟效益;模式優化

Abstract： The different sowing date collocation with rice varieties of different growth stages was set to change the duration of soil flooding before planting rice.The soil reductive state of paddy field tillage was investigated，and the economic benefit of integrated rice-crayfish system was evaluated using the input-output method. The results showed that in integrated rice-crayfish system， changing rice sowing time， the total amount of soil reductive substances in paddy field did not change significantly， but the content of soil active reductive substances， active organic reductive substances and Fe2+all increased with the flooding time prolonged， especially the content of Fe2+ increased significantly. Rice cultivation could significantly improve the soil reductive state of the tillage layer and reduced the soil Fe2+ content. After rice harvesting， the Fe2+ content of the three models tended to be the same， with no significant difference among them.With the delay of sowing time， the output value of rice gradually decreased， the cost of integrated rice-crayfish system increased， but the output value of crayfish increased significantly， and the comprehensive output value of integrated rice-crayfish system increased. However， with the delay of sowing time， there was less room for increase in the comprehensive output value of integrated rice-crayfish system.

Key words： integrated rice-crayfish system; sowing time;reducing substances;economic benefit; mode optimization

稻蝦共作是以澇漬田為基礎，以一季水稻種植為主，水稻秸稈全量還田養蝦，實現水稻與克氏原螯蝦互利共生，提高農戶收益的一種新型復合生態農業體系[1]。該模式在長江中下游地區十分普遍，極大地提高了農業資源利用率及農戶的收益，被農業部譽為“現代農業發展的成功典范， 現代農業的一次革命”[2]。據相關統計數據，截至2017年，僅湖北省稻蝦共作面積就達27.78萬hm2[3]。在稻蝦共作系統中，小龍蝦的掘穴習性對土壤起到了一定的翻耕作用，可增加土壤氧含量，有助于土壤好氧微生物、動物活動及水稻根系的生長[4]，進而改善土壤結構與理化狀態;另外，小龍蝦的取食行為可明顯降低稻田雜草與昆蟲豐富度[5-8]，小龍蝦的排泄、脫殼及投喂的飼料殘渣提高了土壤有機質含量，能顯著改善土壤肥力，增加土壤碳庫儲備[1，9]。因此，稻蝦模式可減少農藥化肥的施用，降低土壤和水體中化學物質殘留，產出的稻米及小龍蝦也更符合綠色無公害食品要求[10]。同時蝦殼中富含的殼聚糖有利于增加土壤水穩性團粒含量，改善土壤結構與穩定性[1]。然而，在稻蝦模式帶來諸多好處的同時，稻蝦模式也存在自身的弊端。曹湊貴等[9]認為，稻蝦共作提高土壤肥力的同時，也加劇了土壤次生潛育化，且小龍蝦的高效益也引發了種養戶“重蝦輕稻、重蝦棄稻”思想，造成大量種養戶只養蝦，而不收水稻或不種水稻等問題。因此，對于稻蝦共作模式種養規范及模式優化改良研究已刻不容緩。

目前，關于稻蝦模式種養規范已有較多研究，但對于該模式下土壤還原性物質含量方面的研究甚少。本研究就稻蝦模式設置不同播期搭配不同生育期水稻品種，探討各模式下土壤還原性狀態及經濟效益情況，旨在為稻蝦模式優化研究提供一定的理論依據及方向。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

試驗于湖北省荊州市公安縣斑竹垱鎮花園村進行，位于東經111°48′—112°25′、北緯29°37′—30°19′。年均降雨量1 125.2 mm，年均溫16.4 ℃，年均日照1 857.8 h，無霜期271 d。土壤有機質含量為19.2 g/kg，全氮含量為1.25 g/kg，有效磷含量為14.80 mg/kg，速效鉀含量為92.50 mg/kg，pH 7.80。

1.2 試驗設計

試驗選用有2年種養年限的稻蝦田。采用不同水稻播期搭配不同生育期水稻品種，進而造成稻蝦共作模式土壤淹水時長差異，探討不同水稻播期條件下，各稻蝦共作模式土壤還原性物質含量及其經濟效益。試驗共設3個處理：①M1，早播處理（5月20日播種）搭配長生育期（130～135 d）優質水稻品種甬優4949; ②M2，常規播期處理（6月15日播種）搭配中生育期（110～120 d）優質水稻品種創宇9號;③M3，晚播處理（7月10日播種）搭配短生育期（90～95 d）優質水稻品種中嘉早17。每個小區面積200 m2，設3次重復。

1.3 田間改造與管理

各模式播種期前一周在原有蝦田基礎上開始蝦田改造。沿田塊外圍開挖寬4.0 m、深1.5 m的蝦溝，蝦溝外圍做外埂，高1 m，再用圍布做40 cm高圍欄，用竹竿固定，小區外圍做高40 cm、寬60 cm的內埂，留40 cm寬的溝。在播種前2～3 d開始整田，并排干明水，以備水稻直播。各播期小龍蝦的投喂、捕獲以及蝦田滅菌、水質、底質改良等均按當地農戶管理同期進行。

各處理水稻播種均采用人力直播機，按行距27 cm進行條直播方式播種。播種量按甬優4949、創宇9號22.50 kg/hm2，中嘉早17.45 kg/hm2為準。施肥按氮、磷、鉀肥1∶0.5∶0.8施用，其中氮素施肥量為150 kg/hm2（純氮），按基肥∶分蘗肥∶穗肥=5∶2∶3施用，磷、鉀肥作為基肥一次性施用，其他管理按稻蝦共作規范管理。

1.4 測定指標

1.4.1 土壤還原性物質 于水稻播種前、收獲后按五點取樣法取耕作層土壤混合樣品，掰碎，去除石礫及根莖等雜物，于4 ℃冰箱保存，用于測定還原性物質總量、活性還原性物質、Fe2+、Mn2+及活性有機還原性物質含量等。土壤還原性物質由 Al2（SO4）3 浸提，還原性物質總量采用重鉻酸鉀氧化法測定，活性還原性物質含量采用高錳酸鉀滴定法測定，Fe2+含量采用鄰菲羅啉比色法測定，Mn2+含量采用高碘酸鉀比色法測定[11]，活性有機還原性物質含量為活性還原性物質含量與Fe2+含量之差。

1.4.2 稻蝦模式經濟效益 包括水稻產值、小龍蝦產值及水稻種子、肥料、人工、機械、蝦飼料、水稻和克氏原螯蝦所用農藥、改底、改水等成本。水稻產值和克氏原螯蝦產值按實際水稻、蝦產量換算，水稻按2.4元/kg、小龍蝦按20元/kg計算，各成本費用按實際使用計算。

1.5 數據處理與分析

相關數據使用Microsoft Excel 2013錄入和整理，用SPSS 21.0數據分析軟件進行統計分析，采用最小顯著極差法（LSD）進行處理間相關差異顯著性檢驗，顯著水平為P = 0.05。

2 結果與分析

2.1 不同稻蝦模式土壤還原性物質含量分析

隨著稻蝦共作模式水稻播期的推遲，各模式稻前土壤淹水時間延長，土壤還原性物質含量如表1所示。在水稻播種前，不同模式之間耕作層土壤還原性物質總量以M1模式最高，達2.31 cmol/kg，M2模式最低，為1.75 cmol/kg，但3個模式間還原性物質總量并無顯著差異。土壤活性還原性物質、活性有機還原性物質以及Fe2+含量隨著播期的推遲逐漸上升。其中，M3模式活性還原性物質含量顯著高于M1、M2模式，活性有機還原性物質含量顯著高于M1模式，而M1、M2模式間活性還原性物質和活性有機還原性物質含量并無顯著差異。3個模式間Fe2+含量均達到顯著差異，M1、M2、M3分別為26.19、33.46、50.82 mg/kg。Mn2+含量以M2模式最高，為60.85 mg/kg，顯著高于其他2種模式。

各稻蝦共作模式水稻種植后土壤還原性物質總量比種植前均下降（圖1）。其中，M1模式還原性物質總量顯著降低，降幅達44.59%，而M2、M3模式降幅雖達32.00%、18.37%，但差異并不顯著。水稻種植前、后土壤活性還原性物質、活性有機還原性物質和Fe2+含量在M1、M2模式下變化不大，M3模式變化差異較大，但土壤活性還原性物質、活性有機還原性物質含量在3個模式中均未達到顯著差異，而Fe2+含量在M3模式中顯著下降，降幅達44.84%。Mn2+含量在水稻種植后表現為M1模式中含量顯著增加，增幅達33.00%;M2模式顯著降低，降幅達44.29%;M3模式變化不顯著。

耕作層土壤各還原性物質之間存在顯著相關關系（表2）。土壤活性還原性物質含量與活性有機還原性物質、Fe2+含量呈極顯著正相關，活性有機還原性物質含量與Fe2+含量之間也存在顯著正相關關系。播期與土壤還原性物質總量和Mn2+含量不存在顯著相關性，而與活性還原性物質和Fe2+含量呈極顯著正相關，與活性有機還原性物質含量呈顯著正相關關系。這表明隨著播種時間的推遲，稻蝦田土壤淹水時長延長，土壤還原性物質總量和Mn2+含量并未受到顯著影響，而活性還原性物質、活性有機還原性物質及Fe2+含量顯著增加。

2.2 不同稻蝦共作模式產量、產值差異分析

隨著播期的推遲，稻蝦共作模式水稻和克氏原螯蝦產量差異明顯（圖2）。3個稻蝦共作模式中，水稻產量依次為M1>M2>M3，產量依次為12.96、11.01、8.21 t/hm2，且3個模式間產量差異均達顯著水平（P<0.05）。隨著播期推遲，小龍蝦收獲時間延長，因此3個模式中，以M3模式小龍蝦產量最高，M1模式產量最低，各模式小龍蝦產量分別為2.24、3.41、4.13 t/hm2（因小龍蝦各重復一起收獲，故未作差異顯著性分析）。

3個模式中，M3模式的綜合經濟效益最高（表3）。隨著播期推遲，各稻蝦共作模式投入成本逐漸增加，主要是由于克氏原螯蝦飼料投入成本增加。3個模式中水稻產值M1 模式最高，為3.11萬元/hm2，M3模式最低，而小龍蝦產值相反，以M3模式最高，為8.25萬元/hm2，M1模式最低。綜合經濟效益為M3模式最高，M1模式最低，M3、M2和M1模式依次為8.29萬、7.59萬、5.79萬元/hm2。與常規模式M2相比，M1模式綜合經濟效益降低了1.80萬元/hm2，降幅達23.72%;M3模式綜合經濟效益增加了0.70萬元/hm2，增幅為9.22%。從產投比上看，3個模式產投比隨播期推遲逐漸增加，依次為4.23、5.08和5.30，說明在相同的資源投入下，M3模式播期下所能獲得的產值更高，經濟效益更好。

3 討論

土壤還原性物質是土壤氧化還原狀態的重要表征指標，對耕作層土壤物理化學性質影響顯著，是制約作物生長發育與產量的重要因素[12]。有研究表明，潛育化土壤還原性物質總量、活性還原性物質及Fe2+含量均要高于氧化性或潴育化型土壤[11]。曹湊貴等[9]認為，稻蝦共作會導致土壤緊實度提高，加劇土壤次生潛育化。本研究發現隨著播期的延遲，稻蝦田土壤淹水時長增加，耕作層土壤還原性物質總量播種前呈先降低后升高趨勢，但彼此間并未達到顯著變化，而土壤活性還原性物質、活性有機還原性物質和Fe2+含量均呈上升趨勢，且M3播期土壤活性還原性物質、Fe2+含量較前2個模式顯著增加，這可能與土壤肥力狀況有關。同時相關性分析結果表明，淹水能顯著增加土壤活性還原性物質，尤其是Fe2+含量，表明稻蝦田長期處于淹水狀態會增加稻田土壤Fe2+含量，土壤活性還原物質含量的顯著增加也可能主要是Fe2+含量顯著增加的結果。佀國涵[13]的研究表明，稻蝦共作顯著提高了土壤0～20 cm Fe2+含量，這與本研究結果基本一致。同時，考慮目前較為普遍存在的“重蝦輕稻、養蝦棄稻”等問題[9，14]，本研究對比了水稻種植前、后土壤還原性物質含量差異，探討水稻種植對稻蝦共作模式土壤還原性物質的影響。研究發現，各模式水稻種植后，土壤還原性物質總量均下降，且水稻生育期越長，還原性物質總量下降越明顯。Fe2+是植物營養微量元素之一，但過量Fe2+會抑制水稻生長與根系發育，造成水稻代謝紊亂[15，16]。本研究結果表明，淹水時間越長，土壤Fe2+含量越高，而水稻種植對改善土壤Fe2+毒害效果越顯著。這說明從土壤還原性狀態角度，水稻種植是改善稻蝦共作模式土壤氧化還原性狀態的有效舉措。

稻蝦共作模式經濟效益顯著[17]。大量研究表明，稻田養蝦較一般單作模式能起到穩產增效的作用，并明顯提高農戶收益[1，5，9，17-21]。本試驗結果表明，雖然隨著播期推遲，水稻產值下降，投入成本也越來越高，但小龍蝦的生長收獲時間延長，小龍蝦產值大幅提升，稻蝦綜合效益也越來越高。在本研究中，晚播處理稻蝦經濟效益達到8.29萬元/hm2，較早播處理、常規播期處理分別提高了2.50萬、0.70萬元/hm2。楊天嬌等[18]、易芙蓉等[19]認為，稻蝦共作模式較常規稻作模式產投比提高0.5～1.0;佀國涵等[1]研究中稻蝦模式產投比達4.20。本研究中，隨著播期延遲，稻蝦模式產投比逐漸升高，3個播期依次為4.23、5.08、5.30。與常規播期模式M2相比，早播模式M1產投比下降了0.85，晚播模式M3上升了0.22。隨著播期的延遲，稻蝦模式產投比雖在增加，但其增長速率明顯降低，表明稻蝦模式經濟效益并不會隨著播期推遲而持續增高。

綜上可知，在本研究中，改變稻蝦共作模式水稻播期并不會對稻田耕作層土壤還原性物質總量造成顯著影響，但會增加土壤活性還原性物質，特別是Fe2+含量。水稻種植能明顯改善耕作層土壤還原性狀態，降低土壤Fe2+含量。推遲稻蝦共作模式水稻播期，使水稻產值降低，稻蝦共作成本增加，小龍蝦產值提高，稻蝦綜合產值上升空間降低。由此可知，適當推遲稻蝦模式水稻播期，有助于提高稻蝦共作模式經濟效益。

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