稻鳅共生种养模式试验研究*

李艳蔷，晏 群

(1.湖北大学资源环境学院，武汉 430062；2.湖北省发改委区划办，武汉 430070)

0 引言

稻田养殖泥鳅是人工的稻鳅共生生态系统。稻田为泥鳅的生长提供了天然适宜的场所，而泥鳅在稻田中的除草、除虫、造肥、增加水体溶解氧等作用促进了水稻的生长，水稻和泥鳅发挥共生互利的作用，从而获得一地双收[1]。该种养模式在我国水稻种植区应用普遍，各地结合当地生态环境总结了大量的生产经验[2-5]。目前有关稻鳅共生技术生产性试验较多，但有关稻鳅共生生理生态学机理的理论研究还很缺乏。为此，研究采用田间试验方法，研究了不同泥鳅养殖密度下的稻鳅共生对水稻农艺特状、土壤理化性质、稻田产出的影响，旨在为进一步评价稻鳅共生种养技术的生态效益和经济效益提供科学依据。

1 材料与方法

1.1 供试材料

试验地选择在天门市四海集团沉湖基地。大气、土壤、灌溉水等环境条件符合农产品安全质量和无公害水产品产地环境条件要求。年平均气温16.3℃，无霜期254d，沉湖拥有优质一级土壤，成土母质为湖沼沉积物和湖积冲积物，质地为均质中壤，养分含量高，具有良好的保肥供肥性能，耕性好。供试土壤基本肥力特征为有机质含量23.79g/kg，碱解氮105.15mg/kg，速效磷含量6.46mg/kg，速效钾含量142.76mg/kg。

供试水稻品种为“鄂中5号”，常规籼稻，湖北天门四海生态科技有限公司提供种子。

供试泥鳅品种为大鳞副泥鳅，湖北天门四海生态科技有限公司提供人工繁殖鳅苗。

1.2 试验设计

试验设计不同养殖密度的稻鳅共生模式，以水稻单作种植为对照模式，共4个处理，即处理Ⅰ为水稻单作，处理Ⅱ为稻鳅共生①，处理Ⅲ为稻鳅共生②，处理Ⅳ为稻鳅共生③，处理Ⅱ、 Ⅲ、Ⅳ各放鳅种45万尾/hm2、30万尾/hm2、15万尾/hm2，鳅苗规格为400尾/kg。每个处理3次重复，随机排列。每个处理的稻田面积约为0.33hm2，稻田之间筑田埂，实行单排单灌。

水稻秧苗移栽时间为2016年6月11日，株行距30cm×15cm，每穴栽插4～5株。插秧前施生物有机肥600kg/hm2，水稻返青后追施尿素150kg/hm2。水稻的后期生长过程，不再施肥。10 月25 日水稻成熟， 11月5 日收割。

鳅苗投放时间为2016 年6 月27 日。鳅种按不同养殖密度放入后，处理Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ每天投喂2 次泥鳅专用配方饵料，分别在早上5： 30和下午18： 30，每次投喂量按泥鳅体重的5%～6%。9月17日捕捞泥鳅。

1.3 测定内容与方法

(1)稻田土壤理化性质测定

在水稻分蘖期和成熟期，分表层(0～10cm)和下层(10～20cm)分别采集各生态系统耕作层土壤。采用环刀法测定土壤容重，电位法(土水比为1： 2.5)测定土壤pH，重铬酸钾法测定有机质含量，扩散吸收法测定碱解氮，碳酸氢钠法测定速效磷，火焰光度法测定速效钾。

(2)水稻产量与产量构成

水稻成熟时分系统考种、测产、收获。于成熟期从每小区中心选取5m2作为测产区，从测产区选取长势均匀的10蔸考查穗数、每穗粒数、结实率和千粒重，其余单打单收，晒干，测定稻谷重量和含水量，再折算成含水量14%的实际产量。

2 结果与分析

2.1 水稻农艺性状

水稻成熟时测定了株高、丛株数、丛穗数、地上和地下部分生物量以及根长等，试验结果见表1。试验表明，水稻的生长一定程度上受到泥鳅养殖的影响。各处理中水稻株高在129～134cm之间，其中处理Ⅳ(养殖密度为15万尾/hm2)与处理Ⅰ(水稻单作)中的水稻株高相当，约为130cm，处理Ⅱ(养殖密度为45万尾/hm2)和Ⅲ(养殖密度为30万尾/hm2)的水稻株高约为134cm，比前两者高出3%，表明水稻长势优于前两者。不同养殖密度的处理中水稻的有效分蘖率均在96%以上，比水稻单作高出8%～11%，但不同养殖密度的稻鳅生态系统之间的差异不明显。不同养殖密度的处理中水稻根长在16.0～19.3cm，比水稻单作高出8.8%～31.3%，其中处理Ⅱ中水稻根长最长。说明稻鳅共育模式下水稻根系较为发达。这是由于泥鳅在稻田中不断活动，起到了中耕松土、搅浑田水的作用，对水稻根系有着直接的刺激作用，既疏松了表土，又能增加田水和土壤中的含氧量，加快了水稻根际有害气体排出，提高了土壤通透性，促进了根系生长。

表1 不同处理水稻的农艺性状

处理丛株数(株)丛穗数(穗)有效分蘖率(%)株高(cm)根长(cm)地上部分(10株/g)根系(10株/g)Ⅰ26.023.088 13014.769.8411.45Ⅱ26.325.396 13419.367.7910.27Ⅲ22.021.799 13316.361.476.63Ⅳ23.322.396 12916.067.539.67

表2 不同处理土壤物理特性

处理容重(g/cm3)密度(g/cm3)孔隙度(%)Ⅰ1.132.5555.59Ⅱ0.892.4663.78Ⅲ1.032.5760.03Ⅳ1.05 2.50 57.87

2.2 土壤物理性状分析

由表2可知，不同养殖密度的处理土壤容重均小于对照，处理Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ分别比Ⅰ减少了21.2%、8.8%、7.1%，且养殖密度越大容重越小。不同养殖密度的处理土壤孔隙度也均大于对照，实验处理Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ分别比Ⅰ增加了14.7%、8.0%， 4.1%，且养殖密度越大孔隙度越大，表明稻鳅共生更有利于土壤结构的改善，有利于土壤通气性条件的改善。

2.3 土壤化学性质分析

(1)pH

试验期间各处理稻田内土壤pH的变化见图1。由图1可以看出，随水稻生长，不同处理的稻田表层土壤pH均略有升高，下层土壤pH均略有下降，且稻鳅共生的稻田土壤pH均低于水稻单作。分蘖期在0～10cm的土层中，处理Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ的pH在7.82～7.92之间，均为7.87，略小于处理Ⅰ的8.04。10～20cm土层中，处理Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ的pH在7.97～8.05之间，均值为8.01，略小于处理Ⅰ的8.11。水稻成熟期在0～10cm的土层中，处理Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ的pH在7.92～7.98之间，均值为7.96，略小于处理Ⅰ的8.09。10～20cm土层中，处理Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ的pH在7.93～7.98之间，均值为7.96，略小于处理Ⅰ的7.99。

(2)有机质

土壤有机质是土壤的重要组成部分，是土壤肥力的物质基础，对土壤肥力的影响很大，它不仅含有各种营养元素，而且还是土壤微生物生命活动的能源。由图2可以看出， 0～10cm土层中，养殖泥鳅的各处理组随水稻的生长，土壤有机质含量均略有上升，分别增加了7.1%、12.9%、3.5%，而水稻单作系统有机质含量降低了5.8%。10～20cm土层中，养殖泥鳅的各处理组随水稻的生长，土壤有机质含量也出现上升，且上升幅度较0～10cm土层更大，分别增加了26.5%、20.9%、22%，而水稻单作系统有机质含量降低了2.5%。

图1 不同处理土壤pH的变化 图2 不同处理土壤有机质的变化

(3)土壤肥力

氮、磷、钾是肥力的三要素，土壤碱解氮、速效磷、速效钾是土壤供肥的强度指标，对土壤化学性质有重要影响。不同处理在水稻分蘖期和成熟期的肥分变化见图3。由图3可以看出，对于0～10cm土层，从分蘖期到成熟期，土壤有效养分都出现降低，但不同试验处理降低幅度不相同，稻鳅共生系统比水稻单作系统降低幅度要小，但不同养殖密度的稻鳅共生系统之间比较，降低幅度差异不大。对于10～20cm土层，从分蘖期到成熟期，水稻单作系统中土壤有效养分都出现降低，但降低幅度小于上层(0～10cm)，而稻鳅共生系统中土壤有效养分略有升高，但不同养殖密度的稻鳅共生系统之间比较，变化幅度差异不大。

图3 不同处理土壤碱解氮、速效磷和速效钾的变化

2.4 产量分析

稻鳅共生产品有稻谷和泥鳅，各处理的产量见表4。2016年9月17日开始捕捞泥鳅，泥鳅经过82d的生长，体长在12cm以上。在稻鳅共生生态系统中，泥鳅是次级生产者。泥鳅主要靠摄食饵料生长。泥鳅捕捞结果表明，随着鳅种投放密度增加，残饵越来越显得不足，泥鳅生长逐渐受到影响，单体重减少。但在一定密度范围内，鳅种投放密度大，泥鳅产量亦高，单体重亦小。投放鳅种45万尾/hm2时，泥鳅产量为3 375kg/hm2，每条泥鳅重14.1g； 投放鳅种30万尾/hm2时，泥鳅产量为2 325kg/hm2，每条泥鳅重16.4g； 投放鳅种15万尾/hm2时，泥鳅产量为1 725kg/hm2，每条泥鳅重15.9g(表3)。总的来看，泥鳅的单条重量偏低，这主要因为该次泥鳅的生长期82d偏短，如果延迟100d以上，泥鳅的产量还可以再提高。

2016年11 月5 日收割水稻，水稻的生长期为147d。由表3可见，处理Ⅲ和Ⅳ稻谷产量比处理Ⅰ提高了25%和5%，处理Ⅱ产量比处理Ⅰ略有减少。这主要因为生长后期处理Ⅱ稻穗出现绿霉。试验结果表明，稻鳅共生可提高水稻产量，泥鳅养殖密度为30万尾/hm2时，稻谷产量最高，达到7 500kg/hm2。

表3 不同处理的产品产量与规格

产品处理ⅠⅡⅢⅣ稻谷(kg/hm2)6 000 5 700 7 500 6 300 泥鳅(kg/hm2)—3 3752 3251 725泥鳅规格(尾/kg)—716163

2.5 水稻产量构成分析

在稻鳅共生生态系统中水稻是主体，是群体绝对优势的生物种群，是初级生产者。其为泥鳅提供了栖息和隐蔽场所，泥鳅粪便及一部分残余饵料又为水稻生长提供了营养物质，对增加有效穗数、穗长、穗粒数及产量有良好的作用。当泥鳅养殖密度达到一定程度，稻鳅共生模式增产水稻效果明显。由表4可以看出，对比水稻单作对照，处理Ⅲ在每穴有效穗数、穗长和穗粒数上分别高出16.3%、11.6%和44%，结实率和千粒重增加很小，但理论产量增产了69.3%。而处理Ⅱ理论产量略高于对照，而处理Ⅳ产量略低于对照，处理Ⅱ和Ⅳ在有效穗数和穗长上与对照差异非常小。这一结果与实际产量差异对比一致。泥鳅投放密度过多会导致水稻幼小分蘖的发生受阻，而适宜的投放密度可以促进水稻的有效分蘖。这是因为泥鳅在稻田土壤中的活动极易影响水稻幼苗根系固定，抑制其分蘖的发生，从而减少了水稻的高峰苗数和结实率。由于试验中处理Ⅱ在水稻成熟时部分稻穗发霉发黑，其他处理出现较少，因此处理Ⅱ中的每穗实粒数最低，从而出现减产。

表4 不同处理的水稻产量构成

处理有效穗数(穗)穗长(cm)每穗实粒数(粒)结实率(%)千粒重(g)理论产量(kg/hm2)Ⅰ21.5025.8912581.9122.58 12 180Ⅱ21.5725.2411568.7822.4711 205Ⅲ25.0028.9018082.4722.8720 625Ⅳ21.7125.4315078.6521.7112 885

2.6 经济效益分析

不同处理的养殖生产投入与产出效益分析见表5。从表5可以看出，稻鳅共生系统增加了养殖泥鳅的成本，需要投放鳅苗、饵料、人工饲养费等，但稻鳅共生系统依靠泥鳅在稻田的活动可以一定程度上控制稻田病虫草，并提高土壤肥力，从而使得稻谷因为种植面积减少而产量下降的趋势降低，甚至有所提高。按2016年市场价格，普通稻谷售价为3.6元/kg，稻鳅共生稻谷的售价为5.2元/kg，泥鳅的售价为23元/kg，因此泥鳅产出效益较高，并随养殖密度的增大而增大。处理Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ的每公顷净收入分别比处理Ⅰ高出了1.441 5万元、1.912 5万元、1.558 5万元，经济效益分别提高了3.65倍、4.85倍、3.95倍。

表5 不同处理的经济效益分析

项目处理ⅠⅡⅢⅣ投入(元/hm2)谷种300300300300鳅苗031 50021 00010 500有机肥1 2001 2001 2001 200生物农药330330330330饲料030 00021 00015 000整田900900900900收割1 0501 0501 0501 050田租5 2505 2505 2505 250进排水电费450450450450插秧2 2502 2502 2502 250其他675675675675人工5 25015 00015 00015 000小计17 65588 90569 40552 905产出(元/hm2)稻谷21 60029 64039 00032 760泥鳅077 62553 47539 675小计216 00107 26592 47572 435净收入3 94518 36023 07019 530效益分析产投比1.221.211.331.37

3 讨论

3.1 稻鳅共生对水稻农艺性状和产量的影响

稻鳅共生对水稻生长有影响。稻鳅共生提高了水稻株高、有效分蘖率和根长，促进水稻的有效生长。但不同泥鳅养殖密度对水稻株高、有效分蘖率和根长影响差异不大，其中养殖密度45万尾/hm2的比其他两种养殖密度影响略大。稻鳅共生模式增产水稻效果明显。从水稻穗部性状来看，稻鳅共生增加了水稻的有效穗数、穗长、穗粒数，从而提高了水稻产量。泥鳅养殖密度为30万尾/hm2时，水稻理论产量最高7 500kg/hm2，比水稻单作提高了25%。由于稻鳅共生下的种养过程中为保证泥鳅的生长，没有施用化肥和化学杀虫剂，而是使用有机肥和低毒性生物杀虫剂，因此试验区域产出的稻米从稻米品质、农药残留物以及重金属污染物含量来看，稻米质量达到了绿色食品标准。陈灿[6]对稻田养鳅模式下的稻米品质研究表明，该种养模式能显著降低稻米垩白粒率、垩白度，有利于稻米外观品质的改善； 提高了蒸煮及营养品质中的碱消值，降低了稻米蛋白含量，从而改善了稻米的口感。

3.2 稻鳅共生对土壤理化性质的影响

土壤容重是衡量土质疏松程度的重要物理指标之一，受质地结构、松紧度和土壤有机质含量等影响而发生变化，影响土壤孔隙度与孔隙度大小分配和土壤的穿透阻力，进而影响到土壤水肥气热条件与作物根系在土壤中的穿插。容重小表示土壤疏松多孔，容重大则表明土壤紧实板硬，结构性较差。该研究中由于泥鳅在稻田钻动寻食，对稻田土壤起到中耕作用，有效疏松土壤，从而使得稻鳅共生的稻田土壤容重下降，孔隙度增大，土壤结构得到合理改善。稻鳅共生能够更好地满足水稻根系作为对土壤水分和空气的要求，有利于养分状况调节和植物根系伸展，促进水稻的生长发育。这和稻田养蟹、稻田养鸭、稻田养鱼对稻田土壤的容重影响类似[7-10]。

水稻植株在生长过程中吸收和利用养分，土壤肥力下降。试验结果表明，水稻单作系统中随着水稻的生长，稻田土壤有机质氧化分解被利用，有机质水平降低。而在稻鳅共生系统中，泥鳅排泄物和残余饵料有利于稻田内有机质的累积，可以缓解有机质的下降。与下层土壤相比，上层土壤中有机质氧化分解而被根系吸收利用更多一些，因此下层土壤有机质累积效果更明显。但泥鳅养殖密度对有机质影响差异不明显。该研究表明，对于0～10cm土层，从分蘖期到成熟期，土壤有效养分都出现降低，但不同试验处理降低幅度不相同，稻鳅共生系统比水稻单作系统降低幅度要小，但不同养殖密度的稻鳅共生系统之间比较，降低幅度差异不大。对于10～20cm土层，从分蘖期到成熟期，水稻单作系统中土壤有效养分都出现降低，但降低幅度小于上层(0～10cm)，而稻鳅共生系统中土壤有效养分略有升高，但不同养殖密度的稻鳅共生系统之间比较，变化幅度差异不大。这些变化结果与土壤质地、结构、组成、营养元素本身特性以及泥鳅的活动和粪便有关。稻鳅共生系统中，由于泥鳅在稻田的活动扰动了水体和土壤，改善了土壤的氧化还原状态，不仅有效促进了土壤养分的释放和水稻根系对养分的吸收，而且泥鳅的排泄物以及残余饵料都一定程度地增加了土壤养分含量。投喂泥鳅的饲料含有38%的蛋白质，因此其排泄的粪便富含氮素。因而表层土壤碱解氮、速效磷、速效钾含量减少，但减少幅度小于水稻单作。下层土壤受根系吸收影响小，出现养分一定程度的累积。

3.3 稻鳅共生对稻田经济效益的影响

稻鳅共生模式提高了稻田的经济效益。一方面稻鳅共生种养模式下减少了农药和化肥的施用，稻米品质大大提升，进一步提高了其市场竞争力和销售价格。另一方面，虽然稻鳅共生模式由于泥鳅苗种及其饲料、劳动力投入较多，但泥鳅的产出高，因此稻鳅共生模式下稻田经济效益显著提高。不同泥鳅养殖密度对比下，以养殖密度30万尾/hm2时的稻鳅共生模式经济效益最高，净收入为2.307 0万元/hm2，比单种水稻的净收入提高4.85倍。

4 结论

(1)由于技术得当，稻田养鳅可以克服水稻和泥鳅相互之间的矛盾，形成相互有利、相互促进的共生环境条件，显著提高了稻田生态系统的总体功能，提高稻田生产力。

(2)在水稻生长过程中，人工使大量泥鳅投加到稻田中，影响水稻种植面积、施肥种类和水量，以及病虫害控制，因此泥鳅的投放密度必须适度，才能发挥两种相辅相成的作用。该研究设计的3种泥鳅养殖密度中，从改善稻田生态环境和生产经济效益来看，以30万尾/hm2养殖泥鳅最优，泥鳅产量2 325kg/hm2，水稻产量7 500kg/hm2，总投入6.940 5万元/hm2，产出9.247 5万元/hm2， 净收入2.307 0万元/hm2。

(3)该研究初步证明了稻鳅共生种养模式良好的生态效益和经济效益，但是存在农药化肥使用量、病虫害发生情况等方面的生态效益研究不足。泥鳅养殖时间过短，产量偏低，因此经济效益计算有一定偏差。由于农民晾晒稻谷时，把所有试验田的稻谷混在一起，导致无法比较水稻单作和稻鳅共生两种不同生态系统产出大米的品质差异。虽然该试验研究了不同养殖密度稻鳅共生对土壤理化性质的影响，研究结果显示差异不显著，这可能与试验田面积过大(每块田面积约0.33hm2)，而稻田的鱼沟仅分布四周，泥鳅的活动可能很难影响到稻田的中部有关。因此下一阶段将进一步改进试验条件，更全面细致地研究稻鳅共生种养模式生态效益和经济效益。

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