稻田綜合種養對長江中下游地區水稻產量和稻米品質影響的文獻研究

彭翔 戴林秀 李京詠 顏宇璐 徐崢 徐強 竇志 高輝

（江蘇省作物栽培生理重點實驗室/江蘇省作物遺傳生理重點實驗室/江蘇省糧食作物現代產業技術協同創新中心/ 揚州大學農學院/揚州大學水稻產業工程技術研究院，江蘇 揚州 225009；第一作者：940022694@qq.com；*通訊作者：qiangxu@yzu.edu.cn）

水稻是我國的主要糧食作物之一，總產約占世界總量的30%，居世界第一[1]。近年來，隨著人民生活水平的提高，人們對糧食的需求已經從“吃飽”向“吃好”轉變。然而，傳統水稻生產過分依賴化肥和農藥，長期過量施用所帶來的資源浪費、土壤退化、農產品品質下降、大氣和水體污染等問題日益突出[2]。因此，發展高產優質和環境效益友好的水稻種植模式對增加農產品產量、改善品質、保障國家糧食安全以及農業的可持續發展具有重要意義。

稻田綜合種養是一種利用稻田濕地資源在同一塊稻田里既種植水稻又養殖水生經濟動物（魚、蝦、蟹和鱉等）的生態循環農業發展模式[3]，廣泛分布于亞洲一些國家和地區[4-5]。近年來，稻田綜合種養發展迅猛，2020 年我國稻田綜合種養面積已達226.67 萬hm2，約占水稻種植總面積的7%[6]。稻田綜合種養對農藥化肥依賴小，基本可以實現不打藥，依靠食物鏈中生物間的捕食關系實現田間蟲害的防治，保持田間生態穩定和平衡。稻田綜合種養模式主要為稻蝦（占比47.70%）、稻魚（41.40%）和稻蟹共作（5.94%），稻鱉、稻蛙、稻螺和稻鰍等其他數十種模式總占比不足5%[7]。由于各地區氣候條件、土壤類型等存在差異，且稻田綜合種養模式眾多、水產動物的養殖密度、棲息地占田塊比例大小不同，使得稻田綜合種養對水稻產量及稻米品質的影響不盡相同[8-11]。已有研究結果間的分歧為稻田綜合種養的進一步推廣應用帶來了不確定性。目前，稻田綜合種養對區域上水稻產量和稻米品質的作用效果還缺乏定量化的文獻研究。

長江中下游是中國稻田綜合種養主要分布區，約有稻田綜合種養面積78.20 萬hm2。本文以長江中下游地區的湖北省、湖南省、江西省、安徽省、江蘇省、浙江省、上海市為研究對象，綜述了不同稻田綜合種養模式對水稻產量形成和稻米品質的影響，并探討其影響機理，以期為進一步推廣稻田綜合種養、發展優質綠色稻米提供參考。

1 數據來源與分析方法

1.1 數據來源

本研究基于已發表的文獻數據進行分析，從中國知網、百度文庫以及維基百科等文獻數據庫，通過設置“稻田 綜合 種養 ”“ 稻蝦”“稻 魚 ”“稻 鴨 ”“ 稻蟹”“稻 漁 共生”“水稻產量”和“稻米品質”等關鍵詞進行檢索，并根據以下條件進行文獻篩選：1）綜合種養是在長江中下游地區農田進行的（不包括盆栽和室內試驗），且研究對象為水稻，但品種不限；2）同一試驗必須同時包括常規水稻單作處理和稻田綜合種養處理，且有相應的水稻產量構成或稻米品質數據。3）每個處理至少有3 次重復；4）對于每個獨立試驗還需獲取以下相關信息：試驗點地理位置、試驗時間、供試水稻及養殖動物品種信息等。經篩選，符合條件的文獻共計19 篇，有效數據155 組。

1.2 數據分組與統計分析

本研究要求參與研究的每個試驗都是相互獨立的。因此，假設每個獨立試驗中的試驗地點、試驗條件、試驗品種及對照組都是獨立的。直接提取文獻中給出的對照組與處理組的樣本數據。水稻產量構成因素包括有效穗數、每穗粒數、結實率和千粒重；水稻品質大致分為外觀品質（長寬比、堊白度、堊白粒率）、加工品質（糙米率、精米率、整精米率）及營養和蒸煮品質（膠稠度、蛋白質含量、直鏈淀粉含量）。為比較不同單作與共作處理對水稻產量和品質的影響，分別對不同系統水稻產量構成和品質指標進行研究。采用Excel 2020軟件進行數據計算，采用GraphPad Prism 8 進行繪圖和數據差異性分析（配對T 檢驗）。

2 結果與分析

2.1 稻田綜合種養對水稻產量構成的影響

從表1 可見，在17 條有關稻田綜合種養對水稻產量影響的數據樣本中，有10 條報道長江中下游地區稻田綜合種養水稻產量低于水稻單作模式，減產范圍為2.65%～12.20%；有7 條報道稻田綜合種養水稻產量高于水稻單作，增幅為0.35%～12.2%。從產量構成因素看，多數文獻表明，稻田綜合種養水稻的有效穂數和穗粒數低于水稻單作，分別低1.59%～7.37%和0.04%～9.30%；僅有5 篇文獻報道稻鴨共作模式水稻穗粒數比水稻單作模式高1.92%～22.93%。在17 條數據樣本中，大多報道稻田綜合種養的水稻結實率和千粒重比水稻單作高，分別高0.13%～5.33%和0.36%～5.75%；僅有1條報道稻鴨模式的水稻千粒重比水稻單作模式低1.70%。可見，稻田綜合種養的水稻有效穂數和穗粒數普遍減少，而結實率和千粒重增加，這保證了稻田綜合種養水稻一定的產量水平，說明其穩產效果尚可。

表1 稻田綜合種養對水稻產量及其構成的影響

2.2 稻田綜合種養對稻米品質的影響

2.2.1 對稻米加工品質的影響

總體來看，與水稻單作相比，稻田綜合種養可以極顯著提高稻米的糙米率、精米率和整精米率，平均增幅分別為0.72%、1.19%和2.74%（圖1）。其中，稻蝦和稻鴨共作的糙米率分別比水稻單作增加0.05%和2.77%，但不顯著（圖1 a）；而稻蟹和稻魚共作模式的糙米率顯著（p＜0.05）和極顯著（p＜0.001）高于水稻單作，增幅分別為0.45%和0.13%。稻蝦和稻鴨共作的精米率高于水稻單作，增幅為0.42%和2.82%，但不顯著（圖1 b）；而稻蟹和稻魚共作的精米率分別顯著（p＜0.05）和極顯著（p＜0.001）高于水稻單作，增幅分別為1.62%和0.67%。稻蝦、稻鴨和稻蟹共作的整精米率均高于單作，增幅分別為0.87%、1.4%和1.67%，但不顯著（圖1 c）；而稻魚共作的整精米率極顯著（p＜0.001）高于水稻單作，增幅為6.73%。由此可見，綜合種養可明顯改善長江中下游地區稻米的加工品質。

圖1 不同生產系統稻米加工品質比較

2.2.2 對稻米外觀品質的影響

外觀品質是稻米商品價值的主要體現。由圖2 可知，總體來看，綜合種養稻米的堊白粒率和堊白度極顯著低于水稻單作，降幅分別為13.78%和11.76%。堊白粒率方面，稻蝦和稻鴨共作相比水稻單作分別下降13.06%和4.9%，但差異不顯著；而稻蟹和稻魚共作的降幅分別為5.15%和20.96%。稻魚共作的堊白粒率明顯高于其他共作系統（圖2 a）。堊白度方面，稻蝦和稻魚共作與水稻單作相比分別下降13.92%和20.96%，但差異不顯著；而稻鴨和稻蟹共作的堊白度分別極顯著和顯著低于水稻單作，降幅分別為9.11%和2.51%（圖2 b）。由此可知，綜合種養可顯著改善長江中下游地區稻米的外觀品質。

圖2 不同生產系統稻米外觀品質比較

2.2.3 對稻米蒸煮和營養品質的影響

蒸煮品質指稻米在蒸煮過程中所表現的各種理化特征和感官特性，主要包括直鏈淀粉含量和膠稠度。稻田綜合種養的稻米膠稠度極顯著高于水稻單作，增幅為2.11%（圖3 a）。稻蝦、稻鴨和稻魚共作稻米膠稠度比水稻單作分別增加6.84%、4.92%和0.76%，但不顯著；而稻蟹共作卻顯著（p＜0.05）低于水稻單作，降幅為3.91%。稻田綜合種養的稻米直鏈淀粉含量極顯著低于水稻單作，降幅為3.01%。稻蝦、稻鴨和稻魚共作與水稻單作相比分別下降1.85%、2.78%和7.17%，差異均不顯著；稻蟹共作直鏈淀粉含量極顯著低于水稻單作，下降 1.59%（圖 3 b）。

稻米蛋白質是人體理想的植物蛋白，也是稻米重要的營養物質。由圖3 c 可知，稻田綜合種養的稻米蛋白質含量極顯著低于水稻單作，降幅為6.67%；稻蝦、稻鴨共作與水稻單作相比分別下降6.56%和6.37%，差異顯著；稻蟹和稻魚共作與水稻單作相比分別下降4.60%和8.37%，差異極顯著。綜上，稻田綜合種養在一定程度上可以改善長江中下游地區稻米蒸煮和食味品質，但降低了營養品質。

圖3 不同生產系統稻米蒸煮和營養品質比較

3 討論

3.1 稻田綜合種養對水稻產量構成的影響

本研究綜述了長江中下游地區稻田綜合種養對水稻產量形成的影響，研究發現，在17 條數據中有7 條報道稻田綜合種養水稻產量比水稻單作高0.3%～12.4%，另外10 條報道稻田綜合種養水稻產量比水稻單作低2.7%～12.2%。增產的主要原因是：1）稻田綜合種養可以明顯改善田間小氣候和通風透光性，并且水產（禽）動物在田間活動能提高水稻根系活力，尤其在生育后期，水稻群體根系的總吸收表面積和吸收活躍表面積的數量增加，這對籽粒的形成起到重要作用[20]；2）水產（禽）動物對稻飛虱、稻縱卷葉螟等害蟲以及雜草的控制作用尤為顯著，同時對水稻紋枯病也有較好的控制作用，有效減少田間病蟲草害發生，進而提高水稻產量[21]；3）稻田綜合種養能提高水稻中后期葉片的葉綠素含量，有利于籽粒的灌漿和充實[22]，從而提高結實率和千粒重；4）水產（禽）動物飼養過程中殘余的飼料、糞便還田以及生長期蛻殼經礦化分解（如蝦、蟹等），使稻田土壤肥力有較大提高，這樣滿足了籽粒灌漿時養分的需求和物質的高效轉運，促進了水稻的每穗粒數、結實率和千粒重的增加[23-24]。而導致長江中下游地區稻田綜合種養水稻減產的主要原因是：1）由于其水分管理不同于傳統水旱輪作，長期的淹水、少擱田或是不擱田雖利于水產（禽）養殖，但是不利于水稻生長發育，致使水稻成熟期穗數減少、穗型減小；2）稻田綜合種養中過度開墾的環溝會擠占部分水稻種植面積，直接導致水稻減產[25-26]；3）長期淹水導致田間濕度較大，稻曲病高發，致使水稻產量降低。然而，本研究文獻綜述結果表明多數稻田綜合種養水稻產量超過7.5 t/hm2，符合稻漁綜合種養技術規范對平原地區水稻產量的要求[27]，說明合理的稻田綜合種養模式是可以保證水稻穩產的。

3.2 稻田綜合種養對稻米品質的影響

溫度是影響稻米品質最顯著的因子之一，特別是在灌漿結實期，過高或過低均不利于優質米的形成[28]。稻田綜合種養通常選用高稈莖粗抗倒的優質水稻品種，這種株型結構在水稻生長中后期，有利于群體的遮陰降溫，同時也利于魚、蝦等生長。這種田間小氣候的改善有利于水稻生長和稻米優良品質的形成。本研究結果表明，長江中下游地區稻田綜合種養可以極顯著提高稻米的糙米率、精米率和整精米率，平均增幅為0.7%～2.7%，稻米堊白粒率和堊白度比水稻單作分別降低了13.8%和11.8%，稻米的加工和外觀品質均得到改善。另外，動物糞便增加了土壤錳、鋅、銅、硅等微量元素含量，對整精米率的提高也有一定的促進作用[20]。陳燦等[30]研究表明，稻田綜合種養中，由于養殖動物的代謝活動、殘留餌料和糞便還田增加了土壤氮素含量，而通常認為稻米的堊白粒率和堊白度與施氮量顯著負相關，氮素投入增加將顯著減少稻米的堊白粒率及堊白度。本研究中，相比于水稻單作，稻田綜合種養的稻米膠稠度增加2.1%，直鏈淀粉含量和蛋白質含量分別降低3.0%和6.7%，表明稻田綜合種養在一定程度上可以改善長江中下游地區稻米的蒸煮和食味品質。這可能是由于稻田綜合種養中，水稻栽培密度得到優化，田間通風透光條件得到改善所致。然而，稻田綜合種養降低了稻米蛋白質含量，這主要是由于綜合種養較低的氮肥投入所致。而土壤微生物及有機肥能增加稻米的膠稠度和直鏈淀粉含量，但千粒重的增加會提高稻米色素含量，從而導致直鏈淀粉含量下降，有利于改善稻米蒸煮和食味品質[31]。

4 結論與展望

相比水稻單作，長江中下游地區稻田綜合種養的水稻穂數和穗粒數分別降低1.6%～7.4%和0.0%～9.3%，而水稻結實率和千粒重分別增加0.1%～5.1%和0.4%～5.4%。可見，稻田綜合種養在一定程度上影響了水稻分蘗的發生，導致有效穗數偏低，但其結實率和千粒重的提高保證了一定的產量。然而，仍有59%的樣本量表明稻田綜合種養水稻產量低于水稻單作，這可能主要與深水灌溉、施肥用藥少、溝坑占比過大、土壤基質的變化以及地區差異等因素有關，這說明稻田綜合種養不能盲目擴張，在后續大面積推廣時，應摸索配套技術、遵循規范操作，保證水稻穩產。此外，與水稻單作相比，稻田綜合種養雖然降低了營養品質，但改善了稻米的加工、外觀、蒸煮和食味品質。未來，稻田綜合種養的進一步提檔升級應更加注重田間養分管理和科學減氮，這不僅有助于綜合種養模式下水稻的高產穩產，也有利于稻米營養品質和食味品質之間的平衡。