厢作、平作下不同稻田生态种养模式对杂草群落及物种多样性的影响

孟祥杰，梁玉刚，陈 璐，王 忍，龚向胜，张 印，马微微，袁 娇，黄 璜*，陈 灿*

(1.湖南农业大学农学院，湖南 长沙 410128；2.湖南省农业科学院水稻研究所，湖南 长沙 410128；3.湖南省稻田生态种养工程技术研究中心，湖南 长沙 410128)

【研究意义】农田杂草是农田生态系统的重要组成部分，具有生命力强、分布广泛、抗逆性强、传播能力强等特点，因杂草与栽培作物争水、争肥、争光，减少田间的通风性，引发病虫害的发生，减少作物产量[1-2]。我国杂草的防控技术具有非化学控草技术及化学控草技术[3]，施用除草剂是化学防控的重要手段，但除草剂具有毒性及持久性，污染土地、水资源，杂草产生抗药性，对生态环境有着重要的影响[4-5]。我国慢慢觉醒了农田保护的意识，如何采用绿色手段实现对杂草的防控，是一个需要解决的重点问题。稻田养鱼、稻田养鸭模式是一种将稻与鱼、稻与鸭结合起来的综合种养模式，通过鸭子和鱼在田间的取食、活动、穿梭，对土壤环境、温室气体排放、水质、水生动物及杂草等均具有影响，可形成巨大的经济效益、生态效益、社会效益[6-8]。【前人研究进展】经过长时间的探索发现，稻田养鱼、稻田养鸭对稻田杂草及病虫害具有一定的控制效果[9-11]，且稻田养鱼及稻田养鸭可减少化肥、农药的施用，王寒等[12]研究表明，稻田养鱼、稻田养鱼对水稻纹枯病、稻飞虱、稻纵卷叶螟和杂草有明显的控制效果；强润等[13]也表明，稻田养鸭对杂草的防效高达96.67%。厢作是在田间按照一定的距离挖掘厢沟，使厢沟形成一个完整的排灌系统，有着蓄水的作用。有研究表明，厢作可提高水稻产量、节约生产成本，提高土壤中的养分含量及改善土壤微生物的组成[14-16]。【本研究切入点】近年来，关于厢作杂草研究较少，但关于生态种养的除草研究较多。【拟解决的关键问题】本文通过调查平作养鱼、平作养鸭，厢作养鱼、厢作养鸭的杂草群落，明确杂草群落的变化与影响，为稻田杂草治理提供一个有效的解决方法。

1 材料与方法

1.1 供试材料

水稻品种为陆两优171。肥料为复合肥及尿素，复合肥养分含量mN∶mP2O5∶mK2O=15∶15∶15，总养分含量≥45%；尿素的含氮量≥46.5%。鸭子品种为绿头鸭，是本地鸭与野鸭的杂交品种。鱼的品种为草鱼、鲫鱼。

1.2 试验设计及田间管理

试验在2020年4—7月于湖南省长沙市长沙县明月村进行，该地区位于湖南省东部，属亚热带季风气候，年平均气温16～20 ℃，无霜期长，日照时数长，热量充足，年均降水量多。2019年为水稻-水稻-冬闲田模式，早晚稻期间正常施用化肥农药，冬闲田处于自然状态。2020年早晚稻翻耕，人工插秧，试验期间不施用任何除草剂、农药。

试验共设6个处理，厢作养鸭(CP-D)、厢作养鱼(CP-F)、厢作水稻(CP-R)平作养鸭(FP-D)、平作养鱼(FP-F)、平作水稻单作(FP-R)，每个处理面积120 m2，大区实验，不设重复。厢作的厢面宽1.5 m，沟深0.4 m，宽0.4 m。CP-D、FP-D搭设鸭棚并放鸭，每个处理放鸭4只；CP-F、FP-F挖掘鱼沟，鱼沟深0.4 m，宽0.4 m，放养草鱼及鲫鱼，草鱼20尾，鲫鱼40尾。CP-R及FP-R不放鸭不放鱼。每个处理间修建高0.3 m、宽0.4 m的田埂后覆膜，再用荷兰网将各个处理围住。

田间的水分管理根据水稻的需水状况确定，做到寸水返青，浅水分蘖，有水抽穗，干湿灌浆，保证沟内水分充足。肥料采用人工施用，水稻全生育期不施用任何除草剂、农药。鸭子采用早晚喂养，早晚喂养饲料比例为3∶7，总量为鸭子体重的5%。每日巡田，检查田埂破损情况及鸭鱼的生病情况，及时隔离。

水稻于4月27日手工插秧，行间距为24 cm×24 cm。鸭子于5月22日下田，下田鸭龄30日，平均体重200 g，6月22日收鸭，平均体重970 g。鲫鱼、草鱼在5月22日下田，鲫鱼、草鱼的平均体重为20 g，晚稻收获后收鱼。在4月23日施用350 kg/hm2复合肥作为基肥，5月24日施用100 kg/hm2尿素作为分蘖肥、6月10日施用150 kg/hm2复合肥作为孕穗肥。

1.3 调查指标

调查时，将大区分成3个小区，每个小区选取3点具有代表性的样方进行取样，每个样方为0.25 m2。在放养前3 d、放养后10、20、30 d进行杂草调查。调查的内容包括杂草种类、杂草数量及植株干重。

根据杂草种类、数量计算单子叶、双子叶、一年生、多年生、前期、中后期杂草的密度，根据杂草干物重及密度计算防效，根据杂草密度计算Simpson指数、Shannon-Wiener指数、Pielou均匀度及物种丰富度。杂草密度为每平方米杂草的株数；单子叶杂草的胚仅有一个子叶；双子叶杂草又称阔叶杂草，胚有两片子叶；一年生杂草为生命周期少于一年，在生命周期内，开花结果，种子繁殖；多年生杂草为在一生中可多次开花结实，从地下部吸收营养长出新的植株；前期杂草大多为单子叶杂草，有着发生早、发生量大、生长快的特点，水稻封行后即很少发生，对水稻为害也较大；中后期杂草是指阴生双子叶杂草，发生期长，水稻封行后仍有发生。防效、Simpson指数、Shannon-Wiener指数、Pielou均匀度及物种丰富度的计算方法采用沈建凯[17]运用的方法计算。

1.4 数据分析

杂草数据用Microsoft Excel 2010进行整理，用DPS 7.05进行多重比较分析。

2 结果与分析

2.1 不同处理对稻田杂草密度的影响

由图1可知，放养后，杂草密度均有所下降，并趋于稳定。放养后10 d，FP-D及FP-FD的杂草密度下降的速度高于CP-D及CP-F，杂草密度整体表现为CP-R>FP-R>CP-F>CP-D>FP-D>FP-F，随着放养的时间的延长，各处理的杂草密度趋于稳定。由此可知，水稻厢作中稻田养鱼的杂草密度高于稻田养鸭，水稻平作中稻田养鸭的杂草密度高于稻田养鱼。

2.2 不同处理对稻田杂草构成的影响

由表1可知，稻田杂草共计12种，分布在7个科，以鸭舌草分布最为广泛，陌上菜及稗草、双穗雀稗分布次之。放养前3 d，FP的杂草密度比CP高，FP的杂草为稗草、双穗雀稗、牛毛毡及鸭舌草，CP的杂草为稗草、双穗雀稗、香附子、扁杆藨草及陌上菜。放养后10 d，FP-D杂草群落由稗草、双穗雀稗、陌上菜、鸭舌草组成，FP-F由双穗雀稗、陌上菜组成，FP-R由稗草、双穗雀稗、牛毛毡、异型莎草等8种杂草组成，CP-D中有稗草、双穗雀稗、牛毛毡、鸭舌草等7种杂草，CP-F中有稗草、扁杆藨草、鸭舌草及水花生等8种杂草，CP-R中有稗草、双穗雀稗、扁杆藨草及鸭舌草等9种杂草。随着放养时间的延长，在放养后30 d，FP-D中有双穗雀稗及鸭舌草2种杂草；FP-F中有双穗雀稗及鸭舌草2中杂草，FP-R中有稗草、双穗雀稗、牛毛毡、鸭舌草等7种杂草，CP-D中有香附子、陌上菜、丁香蓼及鸭舌草4种杂草，CP-F中有千金子、牛毛毡、扁杆藨草、陌上菜及鸭舌草5种杂草，CP-R中有稗草、千金子、扁杆藨草、陌上菜及鸭舌草5种杂草。总体来看，杂草群落表现为CP-R>FP-R>CP-F>CP-D>FP-F>FP-D。

图1 不同处理对稻田杂草密度的影响Fig.1 Effects of different treatments on weed density in paddy field

2.3 不同处理对稻田杂草群落组成的影响

由表2可知，在放养前3，FP的杂草主要由单子叶、一年生及中后期杂草构成，CP的杂草群落主要由单子叶、多年生、前期杂草构成，FP与CP间存在显著性差异；在放养后10 d，单子叶、双子叶、一年生、多年生、前期、中后期杂草均有分布，且均存在显著性差异；放养后20 d，FP-D的杂草群落由单子叶、多年生、前期杂草构成，FP-F的杂草群落由单子叶、一年生、前期、中后期杂草构成，其他处理间均有单子叶、双子叶、一年生、多年生、前期、中后期杂草的分布，且各处理间差异显著；在放养后30 d，FP-D、FP-F及FP-R均由单子叶、一年生、多年生、前期及中后期杂草构成，CP-D、CP-F及CP-R均有单子叶、双子叶、一年生、多年生、前期、中后期杂草的分布。由此可知，水稻平作主要以单子叶、一年生、中后期杂草危害，水稻厢作主要以一年生、单子叶、前期杂草危害。FP-D的单子叶、一年生、多年生、前期及中后期杂草密度均高于FP-F，CP-F的单子叶、双子叶、一年生、多年生、前期、中后期杂草密度均高于CP-D，说明稻田养鱼、养鸭后，各类杂草的密度均有所下降，且CP-D的除草效果优于CP-F的除草效果，FP-F的除草效果优于FP-D。

表1 不同处理对稻田杂草密度的影响

续表1 Continued table 1

表2 不同处理对稻田杂草群落组成的影响

2.4 不同处理对稻田杂草生物多样性的影响

由表3可知，放养前3 d，CP的物种丰富度显著高于FP，放养后10 d，各处理的物种丰富度为CP-R>CP-F>CP-D>FP-R>FP-D>FP-F，厢作的物种丰富度显著高于平作的物种丰富度；放养后20 d，CP-R及FP-R的物种丰富度高于其他处理，CP-F次之，FP-D最低，各处理间存在显著性差异；放养后30 d，CP-F、CP-R、FP-R显著高于其他处理，FP-D的物种丰富度高于FP-F；CP-F的物种丰富度高于CP-D。Simpon指数表明，放养前3 d，CP显著高于FP，放养后10 d，FP-R、CP-D、CP-F与CP-R间不存在显著性差异，但显著高于FP-D及FP-F，放养后20 d，CP-D与CP-R间不存在显著性差异，FP-D与FP-F 显著低于其他处理，放养后30 d，CP-D、CP-F与CP-R不存在显著性差异，但显著高于FP-R及FP-D。Shannon-Wiener指数表明，放鸭后，Shannon-Wiener指数整体表现为FP-R、CP-R高于或显著高于FP-F及FP-D、CP-D，说明稻田养鱼稻田养鸭在一定程度上限制了杂草危害。Pielou均匀度指数表明，鸭鱼入田后，优势种群降低，可有效抑制杂草。由此可知，稻田养鸭前期鸭子较小，食草能力较弱，踩踏能力较差，另外平作养鱼田面一直淹水，杂草种子无法萌发，物种丰富度整体表现为稻田养鸭大于稻田养鱼；水稻厢作中，厢面无法上水，无法实现以水控草，稻田养鸭的物种丰富度高于稻田养鱼。

2.5 不同处理对稻田杂草防治效果的影响

由表4可知，放养后10 d，密度防效表现为FP-F>FP-D>CP-F>CP-D，干物重防效为FP-F>CP-F>FP-D>CP-D，FP-F的密度及干物重防治效果为96.55%及90.03%，CP-F防治效果为65.83%及81.78%；放养后20 d，密度防效表现为FP-D>FP-F>CP-D>CP-F，干物重防效为FP-F>FP-D>CP-D>CP-F；放养后30 d，FP-D的密度防效为70.83%，干物重防效为64.37%，CP-D中密度防效为88.00%，干物重防效为86.35%；FP-F的密度防效为95.83%，干物重防效为79.88%，CP-F密度防效为64.00%，干物重防效为54.96%。说明平作稻田养鱼的防效优于稻田养鸭的防效；厢作稻田养鸭的防效由于稻田养鱼。

表3 稻田杂草生物多样性的影响

表4 不同处理对稻田杂草防治效果的影响

3 结论与讨论

3.1 不同稻田生态种养模式对杂草防效的影响

稻田生态种养模式对稻田杂草密度及种类有重要的影响。李涛等[29]研究发现，稻鳝共生降低了物种丰富度、均匀度及多样性，减轻了杂草的危害。稻鸭共作可有效控制节节菜、鸭舌草及陌上菜[30]。本研究通过平作养鱼、平作养鸭、平作水稻及厢作养鱼、厢作养鸭、厢作水稻进行了杂草调查，发现稻田养鱼、养鸭可降低杂草危害。厢作中，以稗草、鸭舌草的分布广、密度大，而平作则以鸭舌草、扁杆藨草、稗草分布广、密度大。周燕芝等[18]人通过对3种播种条件下的杂草进行对比，发现旱直播田稗草、千金子等禾本科杂草发生严重，水直播和湿直播田水莎草、鸭舌草等水生性杂草发生严重，这与本研究结果基本一致。厢面比较干燥，有利于禾本科、莎草科等杂草生长，而平作田面湿润，适合鸭舌草的生长。

大量研究发现，稻田养鸭及稻田养鱼两种模式下的杂草密度低于水稻单作的杂草密度；鱼类主要食用幼嫩杂草及幼芽，通过觅食可以减少田间74%～87%的杂草[19]；而鸭子活动能力强，通过觅食、活动踩踏杂草，并将泥土翻出，可有效控制杂草的发生[20]，稻田养鸭对稻田中的鸭舌草、矮慈姑、异型莎草的防治效果达到95%[21]；沈建凯等[17]人研究发现，规模化稻田养鸭的杂草密度显著下降，对杂草的控效高达94%。由此可知，稻田养鸭、稻田养鱼对杂草具有良好的控草效果，这与本试验的研究结果一致。本研究中，厢作养鸭的除草效果优于厢作养鱼，平作养鱼的除草效果优于平作养鸭，由此推测，厢作的鱼的活动空间限定在厢沟之内，水分管理也是干干湿湿，在一定程度上促进了杂草生长，对杂草控制效果有限；绿头鸭活动空间较广，通过取食及踩踏，对杂草有良好的控制效果。水稻平作中，前期鸭子较小，活动能力有限，此时的温度、水分含量也十分适合杂草生长，控草效果有限；但稻田养鱼田中一直淹水，抑制了杂草的萌发及鱼类对杂草采食，对杂草具有很好的防控，后随着鸭鱼的不断生长、水稻的竞争能力增强，稻田养鸭的控草效果优于稻田养鱼。

3.2 不同稻田生态种养模式对杂草生态群落的影响

杂草作为农田生态系统的组成成分，有着重要的生态功能。水田生态系统中的杂草具有减轻污染、保持水肥的很重要作用[28]，与杂草物种丰富度低的农田相比，杂草物种丰富度越高虫害的爆发可能性就越低[27]；由此可知，杂草的物种丰富度越高，农田的稳定性越高。本研究发现，水稻平作中，养鸭的Simpon指数、Shannon-Wiener指数、Pielou均匀度指数及物种丰富度均高于稻田养鱼；厢作中，前期稻田养鸭的Simpon指数、Shannon-Wiener指数、Pielou均匀度指数及物种丰富度均高于稻田养鱼，后期稻田养鱼高于稻田养鸭；说明平作稻田养鸭的生态系统稳定性高于稻田养鱼，厢作前期稻田养鸭的稳定性优于稻田养鱼，后期反之，由此推测，鸭子入田时，鸭龄普遍偏小，对食物的需求量较小，觅食能力较弱，而稻田养鱼田间一直淹水，水在抑制了杂草的生长的同时，萌发的杂草也被鱼类食用，平作养鸭杂草种类减少速度低于平作养鱼，平作养鸭的物种丰富度较高，导致了平作稻田养鱼的稳定性低于稻田养鸭的稳定性；反观厢作，鸭子的活动范围广泛，鱼仅限定于厢沟内，致使鸭子对杂草的影响程度高于稻田养鱼，厢作中稻田养鱼的稳定性优于稻田养鸭。

3.3 稻田杂草绿色防控

由于杂草的生态适应性广，田间管理较为粗放，外加水稻种植方式多样，导致杂草的大面积发生，进而危害水稻的安全生产[18]，成为影响水稻产量的重要因素之一，明确杂草动态变化的趋势和群落演替的规律是制定农田杂草防除体系的重要方向[22]。本研究发现，稻田杂草主要以稗草、双穗雀稗等禾本科杂草、牛毛毡、扁杆边草等莎草科及雨久花科的鸭舌草为害。在生产中，一般采用除草剂对稻田杂草进行控制，由于不恰当的施用除草剂，会出现药害、杂草产生抗性等问题，进而降低产量，影响品质，破坏生态平衡[23]。绿水青山就是金山银山，采用绿色防控手段是稻田控草的重要方向。稻田生态种养对稻田杂草有着良好的防控效果，是稻田绿色控草的手段之一。有研究表明，长期的稻田养鸭可以可加大农田杂草种子库输出[24]，改变稻田杂草群落组成，降低稻田杂草密度[25]，维持稻田杂草的多样性。曹旦[26]等人研究发现，淹水条件能降低杂草种子的发芽率，稻田养鱼中稻田处于长期淹水的状态，对于杂草生长有一定的防效。在本研究中，稻田养鱼、稻田养鸭对稻田杂草有着良好的防控效果，减少农药的施用，降低了生态的投入成本；同时对水稻生长有着良好的促进作用，水稻产量均有一定的提高，稻田养鱼及稻田养鸭较水稻单作分别增产了10 500及4500元/hm2。

以上结果表明，水稻厢作的前期，主要以一年生、单子叶杂草为害，水稻平作的中后期，主要以单子叶、一年生杂草为害；水稻平作的控草效果优于水稻厢作，平作养鸭及养鱼的密度防效为90.28%及 98.61%，厢作养鸭及养鱼的密度防效为88.00%及67.00%。厢作养鸭、养鱼的Simpon指数、Shannon-Wiener指数、Pielou均匀度指数及物种丰富度高于平作；平作稻田养鸭的生态系统稳定性高于稻田养鱼，厢作前期稻田养鸭的稳定性优于稻田养鱼，后期稻田养鱼的生态系统稳定性高于稻田养鸭。综上，厢作养鱼、厢作养鸭、平作养鱼及平作养鸭对杂草群落均具有一定的影响，具有控草效果，减少了除草剂的投入，降低对环境的污染，有着较大的生态效益。