油-稻輪作及鴨-稻共作等模式對土壤影響的 研究進展

李海渤，郭小麗，溫曉彤，江 艷，馮慧敏

（1.韶關學院 英東生物與農業學院/韶關市油菜新品種選育工程技術研究中心，廣東 韶關 512005； 2.臨汾市農業農村局，山西 臨汾 041000）

我國是世界上最大的水稻生產國，2020年稻谷產量為2.12億噸［1］. 除水稻單作外，油-稻輪作、鴨-稻共作均是我國傳統水稻生產模式. 油-稻輪作模式可利用水稻冬閑田種植油菜綠肥，與水稻輪作倒茬，可提高土壤肥力和改善土壤理化性質、減少病蟲害、提高稻米產量和品質［2-5］. 鴨-稻共作模式可追溯到明代洪武年間，當時《渭崖文集》記載這一時期廣東地區蟛蜞泛濫而建立的鴨-稻共作、以鴨治蟲模式［6］，經過后人的繼承和改良，在我國東北地區、長江中下游地區、華南地區等稻米產區示范較多［7-10］. 該技術通過鴨子在稻田間的活動，以鴨活水、捉蟲、鴨糞還田，從而實現生產綠色有機大米. 油-鴨-稻模式在油-稻輪作基礎上，進行稻田養鴨，增加了養鴨的收益，其在土壤改良、稻米提質增收、增加稻田附加值、資源循環利用方面更具優勢. 該模式下養殖出的鴨子肉質鮮美、結實，熬出的湯濃稠地道、色香味俱全［11］.

筆者通過綜述油-稻輪作、鴨-稻共作和油-稻-鴨模式對土壤理化性質、微生物及酶活性的影響程度，總結各模式的優勢，為水稻的優質高效種植模式示范提供參考.

1 油-稻輪作對土壤理化性質的影響

1.1 油-稻輪作對土壤pH的影響

土壤pH是衡量土壤質量的重要指標，對土壤微生物活性、礦物質和有機質的分解起重要作用. 長期施用化肥或有機肥缺失，會造成土壤酸化. 楊文葉等發現油菜綠肥翻壓2年后，pH有一定的降低［12］，也有研究結果與此一致［13-14］，可能因為油菜綠肥還田后，經過微生物的分解，影響了土壤pH［2］. 但也有報道，油-稻輪作土壤pH值高于單稻模式pH值［15］，連續冬種油菜綠肥8年后稻田土壤的pH比冬閑田要略高［5］.

1.2 油-稻輪作對土壤團粒結構的影響

油-稻輪作使得緊結態腐殖質增加，而腐殖質的增加有利于形成土壤的團粒結構［16］；通過28年冬季種植綠肥研究發現，長期冬種油菜綠肥形成了2~5 mm的水穩性團聚體［17］；與稻-稻-油菜相比，稻-稻休耕顯著減少了2~5 mm的水穩性團聚體；油-稻輪作模式，種植前土壤0.25~1 mm的微團體含量是9.05%，種植后為12.95%，比種植前提高了3.90%［16］. 以上均說明油菜還田后，可以影響土壤團粒結構含量.

1.3 油-稻輪作對土壤有機質的影響

冬季種植油菜可以提高稻田土壤的有機質［14］. 油-稻輪作土壤有機質比單稻模式相比可增長0.15%~9.78%［12，16-19］，甚至更高［20］；另外，連續3年及以上的油-稻輪作土壤有機質比麥-稻輪作高出40.7%［21］. 另據報道，甘藍型油菜油肥1號腐解后，土壤有機質含量顯著高于對照田塊的含量［22］. 此外，通過研究28年冬季種植綠肥發現，長期冬種油菜綠肥顯著增加了土壤有機碳含量，稻-稻-油菜、稻-稻-紫云英和稻-稻-黑麥草地塊的有機碳分別比水稻休閑地高8.0%、4.8%和6.7%，說明稻-稻-油菜處理提升土壤有機碳的效果更為顯著［17］. 但LI等的研究結果表明，土壤不穩定有機碳組分僅對上部土壤剖面變化敏感，連續實施NT（no-tillage）或NT與作物殘茬覆蓋的短期效應只會改善上部土壤剖面的土壤質量［5］. 也就是說耕層土壤有機碳受綠肥還田的影響更為顯著. 綜上，油-稻輪作在增加土壤有機質方面效果較為顯著.

1.4 油-稻輪作對土壤堿解氮的影響

據報道，連續冬種油菜綠肥8年后稻田土壤堿解氮含量高于冬閑田的［5］；與常規種植模式相比，油菜還田處理土壤堿解氮含量上升［18］. 油菜15.0 t·hm-2還田量處理，后茬水稻土的堿解氮含量比CK（對照組）增加16.1%［23］. 研究發現，油-稻輪作種植系統，油菜季結束后，與基礎土樣相比，油菜還田處理土壤堿解氮含量增加17.53%~47.63%［24］，另有報道，油-稻輪作土壤堿解氮含量較麥-稻輪作高25.1%［20］；而連續3年及以上的油-稻輪作土壤堿解氮會比麥-稻輪作高72.1%［21］. 劉新紅等研究發現，甘藍型油菜油肥1號腐解后，土壤水解性氮含量顯著高于對照田塊的. 因此，油-稻輪作可顯著增加土壤堿解氮的含量［22］.

1.5 油-稻輪作對土壤有效磷的影響

據報道，油-稻輪作種植后的土壤有效磷含量升高［15］，翻壓102 d后，無油菜綠肥添加的試驗田有效磷含量是48.8 mg·kg-1，而添加油菜綠肥的試驗田有效磷含量可達51.2 mg·kg-1［22］；另據報道，油菜 15.0 t·hm-2還田量處理，后茬水稻土的有效磷含量比CK增加55.0%［23］. 即，油-稻輪作也可提高有效磷含量. 但也有研究表明，油菜綠肥翻壓還田后，土壤有效磷會有一定的下降［5，25］.

1.6 油-稻對土壤速效鉀的影響

據報道，連續3年及3年以上油-稻輪作的土壤速效鉀比麥-稻輪作相應高出了52.6%［21］；研究發現，有油菜綠肥的田地土壤速效鉀含量顯著高于無油菜綠肥田塊的［22］. 油菜15.0 t·hm-2還田量處理，后茬水稻土的速效鉀含量比CK增加11.1%［23］. 因此，油-稻輪作可在一定程度上提高土壤速效鉀含量.

1.7 油-稻輪作對土壤微生物的影響

土壤微生物是衡量土壤質量的又一指標，其功能有分解有機質、幫助合成土壤腐殖質和形成土壤團聚體、進行生物固氮和病蟲害防治等. 研究表明，油-稻輪作方式有利于形成土壤團粒結構、增加土壤養分，進而提高土壤微生物數量，改善土壤環境［13］.油菜15.0 t·hm-2還田土壤微生物碳源綜合代謝活性最強，生物多樣性較高，Shannon指數及均勻度指數均高于其他處理，土壤可培養微生物的A/F（放線菌與真菌數量比）、B/F（細菌與真菌數量比）值最高，F/T（真菌占可培養微生物總數比）值最低，更有利于土壤微生態系統穩定［23］. 據在油菜收獲后測定，根茬土的自生固氮菌、氨化細菌和亞硝酸細菌分別比休閑土高3.7倍、24.9倍和2.8倍，尤以氨化細菌最為明顯［26］. 油菜還田可以提高微生物含量［27］. 據報道，油菜還田可有效改善后茬麥田土壤細菌群落多樣性（大播量晚期還田細菌多樣性指數高于CK）及其群落組成（優勢菌門為變形菌門、放線菌門、酸桿菌門等）、增加土壤有益菌群落數量（與土壤碳、氮代謝相關的細菌群落增加）［28］，油菜綠肥還為微生物提供了重要的能量和營養來源，激發土壤微生物數量的增加.

1.8 油-稻輪作對土壤酶活性的影響

土壤中的酶主要來源于微生物的活動、植物根系分泌物和動植物殘體腐解過程中釋放的酶，土壤酶對消除土壤中有毒物質、促進分解有機質和土壤養分供給能力的提高有著重要作用［13］. 微生物的活動可以釋放酶活性，并加速油-稻輪作模式的發展［27］. 油-稻模式下，土壤的轉化酶含量顯著高于單-稻模式［13］. 因此，油-稻輪作可提高稻田土壤酶活性，促進土壤養分的提高.

1.9 油-稻輪作對土壤動物的影響

土壤動物（蚯蚓等）是反映土壤質量的又一重要指標. 據報道，蚯蚓產量、蚯蚓糞產量與土壤有機質含量顯著正相關（P＜0.05），與冬季作物（油菜、紫云英）產量均呈極顯著正相關（P＜0.01）. 油-稻田塊的蚯蚓密度、蚯蚓及蚯蚓糞產量均高于冬閑田塊［29］. 這說明，油-稻輪作有助于增加蚯蚓的數量.

2 鴨-稻共作對土壤理化性質的影響

2.1 鴨-稻共作對土壤pH的影響

鴨-稻共作的優勢在于鴨糞可以還田，其腐解后產生的物質會影響土壤的酸堿性.鴨-稻共作土壤平均pH為7.19，略低于常規耕作的7.23，但兩者差異不大［30］；與單稻種植相比，鴨-稻共作的土壤深度 5~15 cm的pH增幅為0.26~0.31［31］. 因此，鴨-稻共作可在一定程度上調節土壤pH.

2.2 鴨-稻共作對土壤顆粒組成的影響

鴨-稻共作對土壤顆粒組成有一定的影響. 據報道，鴨-稻共作下水稻生育期間土壤中0.2~1 mm的砂粒平均含量高于常規耕作的12.5%，0.02~0.2 mm黏粒平均含量比常規耕作高2.3%，小于0.002 mm黏粒含量下降，是常規耕作的73%［30］；另據報道，與常規耕作相比，鴨-稻共作模式下土壤中大于0.25 mm團聚體增加2.65%~3.12%，小于0.001 mm微團聚體減少0.75%~1.75%［32］. 因此，鴨-稻共作時，土壤顆粒組成發生改變，水穩性團聚體數量增多，團聚化程度加強，起到了疏松土質的作用、改善了土壤結構.

2.3 鴨-稻共作對土壤有機質的影響

鴨稻共作有助于土壤有機質含量的增加［32-33］. 鴨-稻共作3季后土壤有機質含量增加了33.7%，比常規耕作高出12.3%［34］. 另外，種植雙季稻后，水稻品種混作養鴨處理下土壤有機質含量顯著高于其他模式［35］. 因此，鴨-稻共作有助于提升土壤肥力.

2.4 鴨-稻共作對土壤堿解氮的影響

據報道，鴨-稻共作土壤堿解氮含量在水稻收獲后達到了187.45 mg·kg-1，比常規耕作高了3.68%［33］；鴨-稻共作土壤中堿解氮含量在抽穗期、灌漿期和乳熟期比常規耕作分別提高了13.74%，15.97%和5.83%［36］. 而鴨-稻共作3季模式下土壤堿解氮增加了50%，共作3季堿解氮含量比常規耕作高出38.9%［34］；水稻品種混作養鴨處理的土壤堿解氮顯著高于水稻單作模式［35］. 因此，鴨-稻共作可以提高稻田土壤中堿解氮含量.

2.5 鴨-稻共作對土壤有效磷的影響

據報道，鴨-稻共作土壤有效磷含量比常規耕作增加了3.8%~9.7%［32］；并且水稻收獲后土壤有效磷比常規高5.94%［33］；而鴨-稻共作3季的土壤有效磷增加了200.9%，3季平均含量比常規高118.9%［34］. 水稻品種混作養鴨處理的土壤有效磷顯著高于水稻單作模式［35］. 所以，鴨-稻共作可以增加土壤有效磷含量.

2.6 鴨-稻共作對土壤速效鉀的影響

據報道，鴨-稻共作的水稻收獲后，土壤速效鉀比常規耕作高5.61%［33］；也有報道，鴨-稻共作3季的土壤速效鉀增加了57.4%，平均含量比常規高17.9%［34］；與單稻相比，鴨-稻共作模式的速效鉀增加23.4%~27.3%［31］；而水稻品種混作養鴨處理的土壤速效鉀較水稻單作顯著提高［35］. 因此，鴨-稻共作可以增加土壤中的速效鉀含量.

2.7 鴨-稻共作對土壤微生物的影響

鴨-稻共作土壤中細菌、放線菌、真菌數量比常規耕作分別增加963%、705%、262%［37］；鴨-稻共作土壤氨化細菌共作3季后的數量比常規耕作高每克3 104.38×104個［34］；細菌、真菌和放線菌在后期比水稻單作分別高130.9%、50.6%、114.2%［38］. 可知，鴨-稻共作可使土壤中的微生物數量增加.

2.8 鴨-稻共作對土壤酶活性的影響

土壤微生物的增加，再加上鴨糞的腐解，土壤酶活性也會發生一定的變化. 研究發現，鴨-稻共作孕穗期時土壤中過氧化氫酶活性比常規耕作高0.3 mL·g-1，而在成熟期時又比常規耕作低0.05 mL·g-1，多酚氧化平均酶活性比常規耕作低18.8%［34］；鴨-稻共作土壤過氧化氫酶活性比常規耕作高20.6%，土壤脲酶活性也顯著增加［38］，磷酸酶、蔗糖酶的活性也顯著高于對照.因此，鴨-稻共作能促進或抑制土壤酶活性.

3 油-稻-鴨模式對土壤肥力影響的研究進展

目前關于油-稻-鴨模式的研究報道較少，關于其對土壤肥力影響的報道則更少［40-42］. 據報道［40］，通過油-稻-鴨模式實行綠色生態農業栽培，可以改善生態環境，且畜禽糞便利用率高達100%. 研究發現，油-稻-鴨農田生態系統中，氮的盈虧量是118.43 kg·（hm2·年）-1，磷的盈虧量是68.52 kg·（hm2·年）-1，而鉀的 盈虧量則是-23.30 kg·（hm2·年）-1［42］. 可以看出，油-稻-鴨模式下可以提高氮磷含量，增加土壤肥力. 雖然有關于油-稻-鴨模式報道較少，但綜合油-稻輪作、鴨-稻共作各自對土壤肥力的貢獻分析，前茬種植油菜、水稻種植過程中養鴨的油-稻-鴨模式應更有利于改善稻田土壤理化性質， 但具體效果有待進一步證明.

4 討論與小結

4.1 討論

4.1.1 油-稻輪作對土壤理化性質的影響

綜上所述，油菜綠肥還田提高了后茬稻田土壤有機質、堿解氮、速效鉀及團粒結構的含量，調節了土壤pH值及有效磷的含量，有益于土壤微生物、動物數量和酶活性的提高. 土壤有機質是土壤固相的一個重要組成部分，影響著土壤一系列特性［43］，土壤有機質的增加可以增加土壤團聚體的數量［44］，有助于改善土壤物理結構，為土壤微生物、動物生存提供有利的環境條件及碳源，因此可以增加土壤微生物和動物的數量. 土壤微生物生物量碳與有機碳、全氮、有效氮呈顯著正相關（P＜0.05）［45］，部分呈極顯著正相關（P＜ 0.01）［46］，而化肥減量配施有機肥（40%化肥+60%有機肥處理）能夠顯著增加土壤有機質含量，并改善土壤微生物群落結構，降低綠彎菌門相對豐度，增加擬桿菌門、子囊菌門和擔子菌門相對豐度［47］. 蚯蚓能分解有機質、提高土壤肥力，促進土壤團粒結構的形成，改善土壤物理性質［29］，改善土壤結構［48］、活化土壤養分［49］、優化土壤微生物群落結構［50］，而高地力水平下的土壤有機質含量較高，有利于蚯蚓種群的增長［51］；油菜還田田塊的蚯蚓數量也顯著高于空閑田；而油菜根系分泌物及油菜綠肥的腐解，以及蚯蚓的活動及其糞便分解，也在一定程度上調節了稻田土壤pH值和酶活性.

油菜綠肥富含氮磷鉀元素，還田后，對土壤氮磷鉀養分有一定的提升效果，但不同研究報道的有所不同，如前所述的磷素有升、降兩種趨勢. 另有研究發現，油菜腐解過程中鉀的釋放率顯著高于氮和磷［52-53］，鉀以離子態存在，易溶于水，釋放最快；氮、磷以難分解的有機態為主，物理作用下不易分解，釋放較慢［54］. 同時土壤養分也影響到微生物的數量［55］，說明綠肥腐解釋放的磷素有益于微生物的生長.

4.1.2 鴨-稻共作對土壤理化性質的影響

稻鴨共作是典型的稻田生態農業模式之一. 在這種耕作制度下，鴨子可以通過日夜活動對土壤養分產生影響. 據報道，鮮鴨糞含有機質豐富，因此，稻田養鴨，不僅能有效減少水稻病蟲草害的發生，還能通過鴨糞增加土壤肥力［56］. 同時，稻田鴨能疏松表土，促進土壤有機質的礦化分解和養分釋放［57］，促進田間氮磷養分的積累. 由于鴨子在田間攪動泥水改善土壤通氣狀況，加速了鉀元素的有效轉化［58］，使其土壤速效鉀含量顯著高于其他模式［35］. 土壤有機質的增加和鴨糞的分解，為土壤微生物提供良好的生活環境，進一步增加了土壤微生物數量，調節了酶土壤活性. 這說明，鴨-稻共作模式有助于增加土壤肥力.

4.2 小結

綜上所述，油-稻輪作、鴨-稻共作，均可通過油菜還田或鴨糞還田不同程度地改善土壤質地、提高土壤的有機質、氮磷鉀等，還可以提高土壤中微生物的數量和酶活性. 而油-稻-鴨模式的報道較少，但該模式有助于土壤磷的積累.

值得一提的是，油-稻-鴨模式除具有土壤改良效果外，還利用了冬閑田，同時增加了菜薹銷售收入及養鴨收入，比油-稻輪作、鴨-稻共作模式經濟收益更高. 因此，我國南方地區可根據本地區的實際情況，在水稻主產區加大油-稻-鴨農業生產模式的推廣力度，提高冬閑的利用率，增加稻田副收益，美化鄉村環境.