稻-鱔綜合種養氮肥減量效應研究

袁 泉，呂巍巍，黃偉偉，孫小淋，呂衛光，周文宗

(上海市農業科學院 生態環境保護研究所，上海 201403)

隨著我國農業現代化的不斷發展，農民對化肥的使用量和依賴程度越來越高。然而過度施肥和肥料利用率低下等問題，不僅對生態環境造成了一定的面源污染，而且也危害著農產品品質、農業產地環境、農產品產量[1]。大量研究表明，稻-漁綜合種養是一種具有節肥減藥、高品質、高生態可持續性等特點的新型農業模式[2-5]。Xie等[2]研究發現，稻魚共生系統較水稻單作系統可減少化肥用量24%。胡亮亮[5]研究發現，稻-漁共作模式較水稻單作模式肥料投入量平均減少26.52%，其中稻-鰍模式減少24.83%。稻-漁共作系統化肥減量主要通過增加稻田有效養分、促進養分吸收、減少稻田養分損失等途徑實現[6]。肥料是氮最主要的輸入途徑，稻谷是氮最主要的輸出途徑[7]，有關稻-漁共作系統中化肥的投入和利用率研究是當前稻-漁綜合種養研究的焦點。

黃鱔(Monopterusalbus)作為一種穴居魚類，廣泛分布于稻田、水溝和淺水湖泊的沿岸帶，是我國淡水名特優養殖品種之一，具有較高的經濟價值，全國年產量可達38.77萬t[8]。黃鱔因其獨特的生理習性較適宜在稻田中生存，俗稱稻田養殖中的“鄉土物種”。隨著網箱養鱔日益突出的環境問題、食品安全問題，稻田養鱔愈來愈受到市場歡迎，湖北、江蘇等多地推廣示范了稻-鱔生態綜合種養模式。然而，有關稻-鱔共作方面的研究資料較缺乏，不利于產業的可持續發展。本文通過嚴格的田間小區控制試驗探討了稻-鱔共作模式下的氮肥減量效應，以期為稻-鱔共作技術推廣提供參考。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

試驗在上海市農業科學院莊行綜合試驗站稻-漁共作試驗小區開展。該試驗小區為2016年新開挖的試驗小區，每個小區面積為20 m2，溝渠面積占總面積的10%，水稻種植面積占總面積的50%，其他為田埂面積。臺田上方布有防鳥網，進水口設有40目(孔徑0.425 mm)濾網，排水口設有用40目絹網制作的防逃網。供試水稻品種是上海市青浦區農業技術推廣服務中心選育的“青香軟梗”(滬農品審水稻2014第004號)。試驗黃鱔為江蘇常熟地區提供的黃鱔苗種。

1.2 試驗設計與方法

試驗設5個處理(表1)，其中CK1為無肥對照處理，CK2為常規施肥處理。施氮量按照上海地區常規用量300 kg/hm2(純N)，施磷量按常規用量192 kg/hm2，每個處理3個重復，試驗小區內隨機排列。施肥時間集中在6月下旬至8月底。

表1 試驗處理及肥料用量 kg/hm2

試驗周期2年，其中水稻生長期為每年的6月下旬至10月下旬；黃鱔于每年的7月初前后投放，10月下旬或第二年的5月份捕撈。每個試驗小區投放黃鱔苗種8尾，其全長為(58.51±0.01) mm，體重為(0.96±0.44) g；使用地籠捕撈試驗小區黃鱔，黃鱔捕撈后用濕抹布擦除魚體多余水分，測量每尾黃鱔全長(mm)和體重(g)。2019年試驗期間內逐月對環溝水體水質進行監測，現場使用便攜式水質分析儀(HACH HQ40d)測定水溫(T)、溶解氧(DO)、電導率(Cond)、水深(WD)和pH值，并采集水樣帶回實驗室，于24 h內根據《水和廢水監測分析方法(第四版)》測量總氮(TN)、總磷(TP)、化學需氧量(COD)、氨氮(NH4+-N)、葉綠素a(Chla)，使用便攜式濁度分析儀(HACH 2100Q)測量濁度。2019年試驗期內，每隔2個月采集試驗小區稻田土樣，每3個重復稻田里的土樣采集后混合為一個樣品，風干過篩后于干燥陰涼處保存，依據魯如坤[9]的方法分析土壤的pH值、有機質、全氮、全磷、速效氮和速效磷含量。

黃鱔苗種投放后，未投放人工飼料。水稻分蘗前，稻田水位控制在10 cm，以促進水稻生根分蘗；水稻分蘗后，烤田期間水位在5～10 cm。在養殖過程中，經常加注新水，特別是在高溫季節。草害防治采取人工除草，蟲害防治選用高效低毒低殘留的環境友好型農藥如康寬、拿敵穩等，整個試驗過程施農藥2次。

1.3 數據處理與分析

所得數據用Excel 13.0和SPSS 23.0軟件進行統計分析，使用Origin 9.0軟件作圖。各處理間進行單因素方差分析，使用新復極差檢驗(SSR檢驗)對不同處理進行多重比較，P<0.05表示差異顯著。

肥滿度和特定增長率計算公式：

K=W/L3×105

(1)

式(1)中K為肥滿度，W為體重(g)，L為體長(cm)。

SGR=100×(lnWf-lnWi)/T

(2)

式(2)中SGR為特定增長率，Wi為初始體重，Wf為試驗結束時體重，T為試驗天數。

2 結果與分析

2.1 黃鱔、水稻收獲特征

黃鱔捕撈收獲特征如表2所示。單因素方差分析結果顯示，黃鱔經過280 d養殖后，各處理組黃鱔捕撈體長、捕撈體重、肥滿度和特定增長率均無顯著性差異(P>0.05)。2019年，黃鱔經過130 d養殖后，CK1和T1組未捕撈到黃鱔，CK2和T2、T3組黃鱔的捕撈體長、捕撈體重和肥滿度均無顯著性差異(P>0.05)，但CK2組黃鱔的特定增長率顯著高于T2和T3組(P<0.05)。黃鱔經過130 d和280 d的養殖周期后，具有明顯不同的收獲特征。相較于長周期養殖，短周期養殖的黃鱔具有相似的捕撈體長，偏低的捕撈體重和肥滿度，以及相對較高的特定增長率。

表2 不同施肥處理黃鱔收獲特征

水稻的收獲特征如圖1所示。2018年由于極端氣候引起的病蟲害等原因導致水稻大量減產，2019年水稻產量為試驗小區正常生產水平。從圖1可以看出，不同施肥處理水稻產量在2018年和2019年具有相似的變化規律。CK1組(無肥組)水稻產量最低，2019年CK1組水稻產量顯著低于其他處理組(P<0.05)，CK2組(常規施肥組)水稻產量與氮肥減量各處理組無顯著性差異，但要高于氮肥減量組。

圖1 不同施肥處理水稻收獲特征

2.2 環溝水體理化環境的變化特征

2019年各處理組環溝水體理化因子監測結果如圖2所示。依據黃鱔的生活習性，試驗小區環溝水位較淺，4、5月份為自然水位，從6月份開始加注新水，6～9月份水位保持在30 cm左右，至10月份又恢復至自然水位。6月12日之前監測的溶氧、pH值、濁度、總磷、COD、氨氮、葉綠素含量均較低，且無明顯波動，說明水體水生生物量較少，水質偏瘦。自6月下旬投放黃鱔苗種及施肥等活動之后，隨著水溫的升高，7月份水體葉綠素含量明顯上升，導致水體中溶氧和pH值均有了顯著的升高。8月份隨著水溫達到峰值，水體總氮、總磷、氨氮含量也達到峰值，此時水體濁度較低。

圖2 各處理組環溝水體理化環境變化特征

在水稻的生長季節(7～10月)，各處理組環溝水體溶氧含量、pH值、濁度和水深無顯著性差異(P>0.05)。8月份，無肥處理組(CK1)水體總氮含量顯著低于施肥處理組(P<0.05)；T1組氨氮含量顯著高于CK1組(P<0.05)，與其他處理組無顯著性差異，其平均氨氮含量達到8.9 mg/L；T2組總磷含量顯著高于CK1和T3組(P<0.05)。僅7月份，T1組COD含量顯著高于T2和T3組(P<0.05)，8月份各處理組COD含量無顯著性差異，9、10月份各處理組所產生的COD含量差異可能與水深有關。

2.3 稻田土壤理化環境特征

如圖3所示，試驗小區土壤為弱堿性土壤，pH值變化范圍為7.17～8.41，4月份土壤pH值呈現出隨著氮肥減量的增加而降低的趨勢，6月份經土壤翻整過后，各處理組間pH值無明顯差異，均接近8.0，8～10月份，減氮30%處理組稻田土壤pH值最低。試驗小區土壤總氮含量差異不大，土壤總氮含量在0.12%～0.14%。前3次檢測的土壤總磷含量在0.09%～0.12%，各處理組差異不大，10月份無肥組土壤總磷含量顯著低于施肥組。6～10月份，減氮50%組土壤有機質、總氮、速效氮含量均大于或等于常規施肥組。10月份，減氮10%和30%處理組速效磷含量分別高于常規施肥組31.81%和15.91%，總磷含量與常規施肥組相當。

圖3 不同試驗處理小區稻田土壤理化指標變化(混合樣本)

3 討論

3.1 化肥減量對水稻產量和黃鱔生長的影響

在無肥條件下，水稻產量顯著低于施肥處理組，氮肥減量組與常規施肥組水稻產量無顯著性差異，這與之前稻-鰍模式化肥減量研究結果一致[10]，說明即使在稻-漁綜合種養模式中，化肥對農作物的生長依然具有重要作用，但可實行化肥減量。從2018年和2019年水稻產量的結果可以看出，水稻產量均沒有隨著氮肥減量的增加而降低，說明在稻-鱔共作系統中實行化肥減量并不會導致水稻顯著減產，其中在2019年正常生產氣候條件下，減氮30%處理組水稻平均產量可達到732 kg/667 m2，與常規施肥組僅有30 kg/667 m2的差距。從本研究可以看出，化肥減量對水稻產量無顯著性影響，該結果驗證了諸多學者對稻-漁共作模式的研究結果，即稻-漁共作在不降低水稻產量的前提下，能夠降低化肥的使用[6,11]。

2018年的調查結果顯示，氮肥減量對黃鱔的體長、體重生長無顯著性影響；但2019年的調查結果顯示，常規施肥組黃鱔的收獲規格顯著高于氮肥減量組，化肥的常規施用量是否會促進水體環境餌料生物生長進而促進黃鱔的生長仍有待進一步研究。黃鱔的收獲規格與養殖周期長短有關。在本研究中，黃鱔苗種當年養成收獲，其規格平均增長1倍左右，次年收獲其規格平均增長2倍左右。邵乃麟[12]研究發現，黃鱔在稻田中投餌養殖情況下，當年養成收獲產量可翻1倍，假設本研究中產量翻至1倍的情況下，黃鱔成活率需要達到100%(由于試驗小區存在黃鱔逃逸情況，本文未統計其成活率數據)，這是比較難以實現的。本研究發現黃鱔在稻田中長周期養殖較短周期養殖具有較低的特定增長率和較高的肥滿度，說明黃鱔在冬春季節體重增長緩慢。黃鱔在稻田中不投餌養殖情況下，當年養成特定增長率為0.26%～0.52%，為網箱養殖黃鱔特定增長率的50%左右[13]。綜合分析認為，稻田養殖黃鱔宜通過適當投餌以增加黃鱔養成規格。

3.2 化肥減量對水體和土壤理化環境的影響

稻田施肥顯著增加了水體總氮、氨氮和總磷含量，尤其是在高溫季節，施肥組水體氮磷營養鹽含量相較于無肥組顯著增加。我國農田主要作物對氮肥的利用率僅占施肥量的30%～35%，大部分氮通過不同途徑損失于環境中[14]。氮磷是浮游藻類生長的主要限制因子[15]，未被作物利用的氮進入水體中可在一定程度上促進浮游植物的生長，這驗證了施肥組葉綠素a含量顯著高于無肥組的研究結果，而浮游植物的適宜增長可增加水體溶氧含量，有利于動物生長。不同氮肥減量處理水體各理化指標變化無明顯規律，常規施肥組和減氮10%處理組水體氨氮含量在8月份時偏高，過高的氨氮含量可能引起黃鱔苗種的急性應激反應[16-18]，生產中需加強高溫季節的水質管理。

稻-鱔共作系統實行化肥減量并不會導致土壤有機質和氮含量的降低，這與樓宇濤等[17]的研究結果一致，說明稻-鱔共作化肥的適度減量并不會影響土壤肥力，而黃鱔的活動可改善土壤通氣狀況促進水稻對養分的吸收[6,19]，這可能是減氮30%組水稻產量接近常規施肥組水稻產量的原因之一。研究表明，水稻產量受土壤有效磷、有機質和全氮含量的高低影響較小，而受土壤pH值的影響較大[20]。本研究中土壤pH值變化比較穩定，均呈弱堿性適宜水稻生長，關于稻-鱔共作對土壤pH值的長期影響還需進一步研究。