传统秸秆还田加稻田养鱼可行性研究

罗雨聪，王忍，黄璜

(湖南农业大学农学院，长沙 410128)

我国大米生产过程中化肥农药的使用已经超过国家粮食安全标准，化肥利用率远低于美国、德国、丹麦等发达国家[1]。据统计，2016 年湖南省农业生产化肥使用总量为839.67 万t，其中复合肥使用量逐年递增。我国水稻生产中每季的氮肥平均使用量为180 kg/hm2，比全球平均水平高约75%。但是，稻田中氮肥的吸收利用率低于40%，比发达国家低20%左右[2]。虽然化肥和农药的大量使用保证了粮食的高产，但其缺点也日益突出，主要表现为化肥使用过多导致超量的氮和磷进入水体，河水富营养化。在降低肥料使用量的基础上，如何提高土壤肥力，同时提高水稻产量，是现代化农业面临的一项挑战。中国传统的耕作方式可能为现代集约化农业提供新的视角。

本文介绍秸秆还田模式对土壤肥力和水稻群体生长特性的影响，分析稻田养鱼的优缺点，最后在稻田养鱼的基础上，加入这两种还田技术，形成了一种新的稻田生态种养模式，为农业的可持续发展提供一个方法。

1 秸秆还田对水稻生长和土壤肥力的影响

1.1 紫云英还田对稻田土壤理化性质的影响

以前，农民在冬闲田上种植油菜和土豆以及紫云英，充分利用闲置农田，有利于来年的粮食生产。冬种紫云英还田可以改善土壤肥力，减少化肥的使用，促进水稻的生长发育。杨曾平等[3]的实验表明，紫云英还田加双季稻处理土壤中营养物质输送和储存能力最强，因此紫云英还田是农田培肥的有效措施之一。冬季紫云英种植有利于土壤有机质的积累[4]，并增强了土壤氮的利用率。

1.2 紫云英还田对水稻群体生长特性的影响

近些年，对紫云英的研究多集中于对土壤肥力的影响上，对水稻群体生长特性的研究相对较少。水稻干物质积累是产量提高的前提，土壤中有机物有助于干物质的积累，生物量较高也是水稻增产的前提[5，6]。前人研究证实，只要不超过水稻对氮的需求量，紫云英与氮肥的结合就能调和水稻个体和群体之间的矛盾，有效提高水稻对氮的吸收量，也加速水稻干物质向水稻结实器官的转移[7，8]，从而提高水稻产量。高菊生等[9]研究表明，紫云英—双季稻处理下早稻年均增产率比油菜—双季稻处理和黑麦草—双季稻处理分别高40.60%和66.70%，晚稻年均增产率分别高30.20%和41.80%；紫云英—双季稻处理的早晚稻年平增产率分别高38.80%和60.30%。马艳芹等[10]研究表明，与冬闲田处理相比，冬天种植紫云英后比各处理早稻干物质量增长15.57%～ 6.21%，晚稻干物质量增长14.41%～4.89%，水稻吸收氮量2 年平均增长60.24%～93.04%；与紫云英还田相比，紫云英还田配施氮肥较各处理早稻干物质量增长20.14%～8.35%，晚稻干物质量增长14.79%～18.07%，水稻吸收氮量2年平均增长40.73%～69.53%。时元智等[11]研究表明，合理的紫云英还田可以有效地提高水稻叶片SPAD 值，并通过影响水稻叶面积指数，改善水稻冠层PAR 传输特性，进而提高水稻干物质含量，最终影响水稻产量。

1.3 秸秆还田对土壤理化性质的影响

研究表明，将秸秆还田可有效地降低表层土壤容重，提高土壤孔隙度，减少土壤大团粒的数量，改善土壤通气状况[12]。秸秆本身含有大量的养分元素，例如C、N、P、K 等。王晓波等[13]研究表明，秸秆还田与对照相比，土壤有机质平均增加4.45 g/kg，总氮含量增加0.13 g/kg。秸秆还田免耕条件下土壤有机质平均增加3.36 g/kg，总氮含量平均增加0.09 g/kg；秸秆还田在少耕条件下和粉碎秸秆增加黑土有机质和总氮含量的效果不显着。曾研华等[14]研究表明，稻草还田2 年后的土壤蔗糖酶活性比没有稻草还田和秸秆焚烧灰还田处理高，差异达到显着水平；土壤脲酶活性则低于后者。稻草还田后，土壤有机质含量比试验前增加了0.40～0.49 g/kg，比稻草烧灰和稻草不还田增加0.21～0.45 g/kg，但各处理间差异不明显。秸秆还田可增加土壤有机质含量[15]，从而改善土壤结构和提高土壤有机碳含量，有利于提高水稻的生产力。牛新胜等[16]的5 年玉米秸秆覆盖免耕定位试验表明，与其他处理相比较，免耕处理土壤含水量比其他处理增加5.56%～17.00%，在0～20 cm 土层，土壤全氮含量比其他处理增加10.60%～15.80%、碱解氮含量比清翻处理增加23.30%、有机质含量比其他处理增加29.00%～33.80%。在稻草腐烂的早期，微生物的分解过程会产生二氧化碳、有机酸和其他物质，会降低土壤pH 值，影响根系呼吸，不利于根系的正常生长发育[17]。

1.4 秸秆还田对水稻生长及产量的影响

目前，秸秆还田的主要方法是将秸秆粉碎或者沤肥还田[18，19]。粉碎秸秆是适应现代机械化操作，而沤肥还田在农村最常见。大多数研究表明，秸秆还田会抑制水稻的早期生长，特别是幼苗期[20]，促进中期和后期的水稻生长。秸秆还田后，早期水稻无法直接利用秸秆养分。由于秸秆的高C/N，通常为60～80[21]，秸秆腐烂过程中，会消耗氮和氧，产生还原性物质并降低土壤pH，土壤微生物与水稻争抢养分、氧气，不利于根系呼吸，从而影响水稻正常生长发育。根系发育不良，黄色根增加，分蘖期推迟，幼苗矮小。稻草还田能改善土壤的肥力，促进水稻中后期的生长发育，提高水稻产量，有效提高秸秆资源的利用率。研究表明，秸秆还田可增加水稻抽穗期和成熟期水稻各个器官必需矿物质的含量[22]，从而增加水稻的产量。叶文培等[23]研究表明，施肥条件下，秸秆还田可以使早稻增产10.03%～12.88%，但晚稻产量仅增加1.33%～2.61%。成臣等[24]研究表明，与翻耕秸秆还田处理相比，翻耕秸秆不还田处理和免耕秸秆还田处理早稻平均产量降低了3.50%和5.20%，晚稻平均产量降低了3.6%和6.4%，其中，免耕秸秆还田处理的晚稻产量明显低于翻耕秸秆还田处理(P<0.05)。

2 稻田养鱼的优缺点

研究表明，稻田养殖模式中，饲喂鱼饵料的残渣和鱼儿田间排泄的粪便，是田间土壤有机质的主要来源之一，可以有效增加土壤中的有机质含量和微生物数量[25]，生物量氮含量也显着增加[26]。孙刚等[27]研究表明，与对照相比，养鱼稻田土壤容重平均降低0.09 g/cm3，土壤总孔隙度平均提高9.15%，>0.25 mm 团聚体平均增加4.64%，土壤碱解氮、速效磷含量明显高于对照，差异均达极显著水平。王华等[28]研究表明，稻田养鱼区早稻分蘖率为111%，比对照高20.30%，成穗率为71.30%，比对照高2.90%，每穗实粒数比对照多7.7 粒，空壳粒较对照低1.60%，实际产稻谷4 023 kg/hm2，比对照增产15.80%。稻田中鱼类活动在一定程度上抑制了病虫害和杂草的发生[25，28]，减少了肥料和农药的使用。此外，稻田养鱼的经济效益要高于常规水稻种植，有利于提高农民的生产积极性。

稻田养鱼模式的优势显著，通过鱼类的活动来减少杂草和病虫害的发生，用鱼的排泄物及饵料残渣来改善土壤肥力，促进水稻的生长发育。但是其缺点也很明显[28]。由于鱼的活动范围有限，叶上的害虫鱼无法够到，且鱼对水的深度有要求，必须保持3～5 cm的水位。稻田养鱼模式中，饲喂鱼饵料的残渣和鱼田间排泄的粪便对土壤肥力的改善有限，主要还得依靠施肥。而紫云英和秸秆还田可有效的补充外源有机质，对改善土壤肥力有重要影响，可以有效减少氮素的使用，还可以充分利用冬闲田，达到四季常青的效果。

3 稻田生态种养的新模式展望

在了解紫云英和秸秆还田的优势和稻田养鱼的优缺点的基础上，充分利用豆科绿肥和秸秆还田的好处，最大程度提高水稻的产量和改善土壤的肥力，减少化肥农药使用，节约生产成本，优化田间环境，是一种稻田生态种养新模式。在这种模式中，水稻收割后秸秆粉碎直接还田，作为下一季水稻的肥料，并且在冬闲田种植紫云英，即晚稻收割后，在田间种植紫云英。紫云英于盛花期翻压还田，还田量为20 t/hm2鲜草，种植水稻后在田间养殖鱼类。这项新技术将传统的稻田养鱼和有机肥料还田结合在一起，可有效减少氮肥和农药使用，提高土壤肥力，节约生产成本，同时生产出绿色、优质的大米和鱼肉，提高了水稻的产量和质量，提高水稻生产的利润，确保粮食安全。

4 结论

大米是世界上主要的口粮之一，对确保全球粮食安全有重要意义。中国传统的稻田养鱼技术为提高农田生产力、生产安全高品质大米、减少化学肥料和农药使用等提供了新方法。在现代集约化农业条件下，进一步发展中国的水稻生产技术，具有较高的生态效益和经济效益。秸秆还田加稻田养鱼的新模式不仅为人们提供了绿色安全的大米，同时生产出高蛋白、高品质的鱼肉，提高了稻田生产利润，提高了大米的产量和品质，减少了化肥的使用。对传统的稻田养鱼技术进行创新，延续了中国传统的水稻种植技术，更好的保护了农田生态系统，提高了土壤肥力，有利于农业生产的可持续生产，提高水稻生产的经济价值和生态价值。