“两稻三鸭”共育模式对再生稻、土壤养分及有害生物影响分析

邵彩虹,李秋保,王国炜,谢建萍,谢芳腾,蒋 龙,谢金水,刘光荣,彭春瑞

(1.江西省农业科学院 土壤肥料与资源环境研究所,南昌 330200;2.赣州市农业科学研究所,江西赣州 341000;3.宁都县田头镇农业技术推广站,江西宁都 342816;4.宁都县会同乡农业技术推广站,江西宁都 342816)

稻田病虫草害是影响水稻产量及品质形成的重要因素[1-3],每年防控投入大量农药,造成“3R”(Residue残 留、Resistance抗 性、Resurgence)问题,带来农业生态环境的破坏,使稻米质量安全降低。稻鸭共育作为“种植和养殖”互惠农耕经典模式已在中国传承千年[4],是实现水稻“绿色、丰产、优质”的有效措施。近年来,中国很多地区根据水稻栽培的实际条件和需求,开展水稻绿色规模化生产模式下稻鸭共育模式的探索,众多研究者围绕稻鸭共育的生态效应、对水稻产量品质影响及病虫害防控效果等方面进行系统研究[5-7]。鸭子是杂食性水禽,对稻田有害生物稻飞虱、二化螟、纹枯病及杂草等具有显著的防控效果,稻鸭共育可减少稻田农药投入[8-9];通过鸭子田间活动可降低水稻分蘖峰值和无效分蘖,减少水稻植株养分消耗,延缓植株衰老,提高籽粒充实度,从而提高产量和米质[10-11];稻鸭共育模式下鸭子粪便是稻田养分补充的重要来源,多年稻鸭共育可较大程度改善土壤理化性状,提升有机质及其他养分含量,增加土壤微生物种群丰富度和多样性[12-14]。

已有的研究表明,稻鸭共育具有明确的生态优势,也为稻鸭共育模式的示范应用提供了坚实的理论依据和参考,但前人的研究主要基于一季稻-鸭模式开展相关研究,关于“两稻三鸭”(指头季稻-再生稻-冬闲或早稻-晚稻-冬闲模式下收获两季水稻共育三季四批鸭子,本研究指头季稻-再生稻-冬闲)对水稻产量品质、土壤养分及病虫害防控效应的研究尚未见报道。江西赣南红壤丘陵山区以再生稻种植模式为主,长期以来,该区域存在着田间福寿螺危害重、冬季气温高、越冬虫草基数高等农业生态问题。为此,基于赣南红壤丘陵山区头季稻-再生稻-冬闲种植模式,周年雨水充沛、田边山塘河流多可为鸭子提供嬉戏水域、农户临田而居便于稻鸭管理及区域田块适度规模连片的生态环境优势,以实现稻稻闲三季周年病虫草害防控为目标,开展“两稻三鸭”模式对再生稻双季产量品质、土壤肥料及稻田病虫草害防控影响研究,为推进“两稻三鸭”模式应用提供依据和参考。

1 材料与方法

1.1 试验时间与地点

试验于2019年3月-2020年3月在江西省宁都县会同乡鹧鸪村晓红家庭农场(粮丰再生稻示范基地)进行。

1.2 试验材料

供试再生稻品种为‘甬优4949’;鸭子品种为当地胡麻鸭。

1.3 试验方法

设“两稻三鸭”共育(RD)、再生稻-闲(CK)2个处理,每个处理区域面积0.667 hm2,共设3个重复,“两稻三鸭”处理重复间采用田间开放自由行不设围网,稻鸭共育区与稻-闲区用围网隔离。

1.4 田间管理

头季稻3月25日播种,4月15日移栽,移栽规格30 cm×14 cm。再生稻头季总施N量14 kg/667m2,N∶P2O5∶K2O为2∶1∶2,P肥作基肥一次性施用,N肥按基肥∶分蘖肥∶穗粒肥为5∶2∶3施用,K肥按基肥∶穗粒为7∶3施用;再生季总施N量10 kg/667m2,按保根促芽肥∶提苗肥为4∶6分两次各于头季稻收割前12 d、收割后3 d施用,K2O施用量按6 kg/667m2作提苗肥于头季收割后3 d一次性施用。头季田间常规水分管理,再生季采用干湿交替灌溉至成熟。

RD和CK除头季稻移栽前1周田面喷施1次除草剂灭草外,后期大田均不喷施除草剂和杀虫剂,RD处理分别于头季稻移栽返青后(约10 d左右)、头季稻收割后15 d及再生稻收割后3 d投放15日龄雏鸭,稻鸭共育期投放密度8只/667m2,共育至齐穗期收鸭上岸或引导至水塘饲养,稻田追肥期间导引鸭子至田边水塘隔离3 d再放归田里共育;冬闲投放密度15只/667m2,养至鸭子上市,可共育两批;稻鸭共育期以田间采食为主,鸭子投喂量减少30%左右,上午入田和下午上岸后各投喂1次。

1.5 测定指标

1.5.1 叶绿素含量 分别测定RD、CK处理下头季稻分蘖期、齐穗期、灌浆期、成熟期及再生季齐穗期、成熟期功能叶叶绿素含量,用叶绿素仪(SPAD-502 Minolta Japan)测定水稻上部两片叶,避开叶脉测定叶片中断的SPAD值,连续测定10穴,记录平均值,每个处理测定5组数据。

1.5.2 再生稻双季产量与稻米品质 产量:双季稻收获前2 d每个处理取代表植株5穴,考种记录每穴有效穗、穗粒数、实粒数、空瘪粒数及千粒质量,计算理论产量和单穴实际产量;各小区实割测定产量,并根据取样产量和小区面积换算实际产量。

生物量:分别于水稻抽穗期和成熟期采集不同处理代表植株3穴,每个处理3次重复,将植株分为叶片、茎鞘、穗3个部分,105℃杀青30 min后80℃烘干到恒质量,测定各部分干物质量。

稻米品质:早晚稻各处理收获后脱粒,晾晒至稻谷含水量14%左右(籼稻稻谷入仓含水量),取2 kg送农业农村部稻米及制品质量监督检验测试中心测定稻米品质。

1.5.3 植株抗倒伏性 头季稻收割前5 d,取不同处理代表植株5穴,测定株高、基部第1和第2节间平均茎粗、重心高度和基部节间抗倒伏力。

1.5.4 土壤养分 于次年春耕前(3月15日)对不同处理土壤养分进行分析,采用“S”形5点采样法采集0～20 cm耕作层土壤,测定土壤p H、有机质、全N、全P、全K及速效N、P、K含量。

1.5.5 主要病虫草害防效 主要病虫害:选取代表田块3块,头季稻收获5 d前,调查田间纹枯病危害情况,调查采用5点取样法,每点连续调查5行,每行20穴,计算全田病害危害率;再生稻收获前5 d调查田间福寿螺成螺及卵块数量,田间调查采用5点计数法,每点50 m2,计算福寿螺成螺数量及卵块数量。

杂草:于再生稻收获前5 d对不同处理田间杂草数量进行计数调查,田间调查采用5点取样法,每点面积30 m2,计算田间杂草发生量;次年春耕前(3月15日)对不同处理田间杂草进行取样称量鲜质量和干质量,田间调查采用5点取样法,每点面积30 m2,计算不同处理田间杂草发生量。

1.6 数据分析及计算

采用DPS(V7.05)及Excel1.0数据分析系统对数据进行分析。

茎鞘、叶片干物质输出率及转化率计算:

器官干物质输出率=(抽穗期器官干质量-成熟期器官干质量)÷抽穗期器官干质量×100%

器官干物质转化率=(抽穗期器官干物质量-成熟期器官干物质量)÷(成熟期穗干质量-抽穗期穗干质量)×100%

2 结果与分析

2.1 “两稻三鸭”模式对再生稻双季产量影响

表1显示,稻鸭共育模式下鸭子田间活动踩踏及取食影响后期分蘖的生长,表现为两稻三鸭模式头季成熟期总有效穗较常规模式减少2.5%,但平均穗粒数及结实率较常规模式提高8.6%和3.7%,头季稻产量增加;鸭子田间活动可刺激植株茎杆、改善田间土壤,增强植株茎杆抗倒伏性和土壤通透性,促进再生季腋芽萌发,表现为再生季稻鸭共育处理茎蘖数显著高于常规处理,再生率提高7.4%,再生季平均穗粒数、结实率显著高于常规处理,再生季产量提高12.9%,双季增产5.9%。

2.2 “两稻三鸭”模式对再生稻双季干物质转运影响

表2显示,稻鸭共育模式下头季稻叶片、茎鞘的干物质输出率较常规模式分别低6.1%、14.0%,而干物质转化率无显著差异,这一结果表明,稻鸭共育延缓头季稻后期叶片、茎鞘物质输出,有利于植株保持较高的光合能力和活力;稻鸭模式下再生季叶片、茎鞘干物质输出率显著提高,分别较常规模式提高8.7%、9.0%,干物质转化率分别提高3.4%、41.4%。

表2 “两稻三鸭”模式下再生稻双季干物质转运情况Table2 First and ratooning crop rice dry matter translocation under“two-cropping rice with three duck”farming mode

2.3 “两稻三鸭”模式对再生稻双季稻米品质影响

表3显示,稻鸭共育对再生季稻米品质的影响大于头季稻,主要表现为头季稻不同处理间稻米品质无显著差异,再生季的稻米品质测定结果显示,稻鸭共育可提高稻米的胶稠度,降低垩白粒率和直连淀粉含量,处理间差异显著,食味品质提升,胶稠度、直链淀粉含量达到一级米指标;稻鸭共育提高再生季稻米垩白度、透明度,处理间差异显著,碱消值降低,处理间差异不显著,垩白度、碱消值达到一级米指标(参照NY/T83-2017),透明度达到二级米指标。

表3 “两稻三鸭”模式下再生稻双季稻米品质Table3 First and ratooning crop rice quality under“two-cropping rice with three duck”farming mode

2.4 “两稻三鸭”模式对头季稻植株茎杆抗倒伏性影响

头季稻生育后期茎杆的抗倒伏能力直接影响再生季腋芽的萌发,健康的茎杆是再生季有较多穗数的重要基础,茎杆后期抗倒伏能力与植株高度、重心高度、基部茎杆粗度(直径)、基部节间长度及基部节间抗倒伏力密切相关。稻鸭共育可显著增强头季稻后期茎杆抗倒伏能力,主要表现为植株高度降低2.3%,第一节间茎粗增加10.7%,重心高度降低4.4%,第1、第2节间长度分别缩短0.4 cm和0.6 cm,机械抗折能力分别提高10.5%和11.5%(表4)。

表4 “两稻三鸭”模式下头季稻茎杆抗倒伏性Table4 Lodging-resistant character in first crop rice under“two-cropping rice with three duck”farming mode

2.5 “两稻三鸭”模式对土壤肥力影响

在“两稻三鸭”技术模式下,通过稻-稻-闲3季共育4批胡麻鸭可显著改善土壤肥力,研究结果显示,稻鸭共育可有效中和土壤酸性,土壤p H提高0.37,促进了土壤养分释放,表现为土壤全量N、P显著降低,而土壤速效N、P、K含量显著升高,其中水解氮提高19.5%、有效磷提高37.5%、速效钾提高2.6%,处理间差异显著(表5)。

表5 “两稻三鸭”模式下土壤肥力Table5 Soil nutrient under“two-cropping rice with three duck”farming mode

2.6 “两稻三鸭”模式对再生稻双季病虫草害防控效应

图1显示,通过稻鸭共育可食灭当季87.6%福寿螺,减少74.5%杂草和65.3%螺卵块残留;冬闲共育鸭子对控制来年田间杂草有显著效果,田间杂草发生基数降低53.6%,尤其是成年杂草数量显著降低,表现为养鸭区杂草鲜干比较冬闲区降低15.9%(图2)。

纹枯病是侵害水稻基部茎杆进而引起茎杆倒伏、腋芽死亡的主要病害,是影响再生季丰产的重要因素。在“两稻三鸭”模式下,鸭子通过田间行走,踩踏基部枯叶和杂草,同时对植株茎杆的碰触有利于刺激水稻植株建立紧凑株型,进而增强田间通风透光,有效抑制纹枯病的发生,“两稻三鸭”模式下,头季稻田间纹枯病发生率降低84.4%,处理间差异显著(图3)。

3 讨论

3.1 “两稻三鸭”模式对再生稻双季产量及干物质转化影响

稻鸭共育作为一种经典的种养互利模式在中国应用历史悠久,此模式在不同稻区均有应用,在优化水稻农艺性状方面有显著效果。在本研究中,与稻稻闲模式相比,“两稻三鸭”模式下再生稻头季有效穗相对较低,但穗粒数、结实率和千粒质量显著高于稻稻闲模式,这与头季稻分蘖期至齐穗期通过鸭子田间活动踩踏和刺激稻桩,抑制头季稻后期无效分蘖的发生,建立紧凑株型、减少无效分蘖养分消耗有关,该模式延缓了头季稻后期叶片、茎鞘物质转运,维持叶片较高的叶绿素含量,保持植株光合能力,实现穗大粒多结实率高,从而形成高产,这与已有的研究一致[10,15];再生稻丰产潜力的发挥与头季稻植株农艺性状密切相关,健壮的植株是再生季有较高再生率的生理基础。本研究中,通过稻鸭共育可显著降低头季植株高度和重心高度、增加基部节间粗度、缩短基部节间长度、提升基部节间抗折力,头季稻植株农艺性状明显优化,再生季的产量构成表明,再生稻双季稻鸭共育可提升头季再生力,再生季叶片、茎鞘干物质转化率显著提升,表现为再生季有效穗、穗粒数、结实率及千粒质量均显著增加,从而实现丰产。

3.2 “两稻三鸭”模式对再生稻双季稻米品质影响

稻米品质的形成受遗传和生态环境调控双重影响[16-17],其中整精米率是加工品质的主要指标内容,直链淀粉含量、碱消值、胶稠度及蛋白质含量是衡量稻米口感的重要指标,垩白度、垩白粒率是影响稻米外观品质的重要指标。在本研究中,与稻稻闲模式相比,稻鸭共育主要影响再生季稻米的食味品质和外观品质,表现为稻鸭共育模式下再生季稻米的胶稠度提高、直连淀粉含量降低,碱消值稍有变差(碱消值6.5＞5.0,仍属一级米范围),处理间差异显著,食味品质显著提升;稻鸭共育模式下再生季稻米垩白粒率显著降低,透明度及垩白度上升,但透明度仍可达到二级米、垩白度达到一级米的指标。

3.3 “两稻三鸭”模式对土壤肥力影响

种植模式是引起土壤理化性质改变的一个重要因素[18]。本研究中,与稻稻闲模式相比,稻鸭共育模式促进土壤速效养分释放,表现为土壤全氮、全磷含量分别下降15.1%和81.8%,而水解氮及有效磷含量显著增加,分别增加19.5%和37.4%,速效钾稍有上升,与前人研究结果一致[13-14,19-20],但本研究中土壤全量氮磷下降幅度及速效氮磷增加幅度要明显高于前人的结果,应与传统稻鸭共育多为一季稻模式,鸭子田间活动为60 d左右,而本研究中“两稻三鸭”模式下鸭子田间活动时间长达220 d以上,共育过程中通过鸭子长期田间觅食、踩踏、翻动土壤等活动改善土壤的通气状况,加速田间杂草、秸秆等腐解释放养分(图3),鸭子排泄物富含微生物和速效养分[21],促进土壤微生物的活动,从而加速土壤养分的活化进而提高土壤有效养分含量有关。

鸭子粪便偏碱性,据测算1只鸭子日平均产鲜粪0.14 kg,每667 m2稻田围养鸭子15只,在一季水稻田中生活60 d,可排鲜粪126 kg[21],从而引起土壤p H变化。本研究中,“两稻三鸭”模式下鸭子在田间活动时间长(220 d以上),土壤的p H由4.69上升到5.06,对改善土壤酸碱度具有积极作用。有研究显示,一季稻鸭共作(60 d左右)会降低土壤p H[13],可能与不同水稻种植模式下田间肥水管理不同、稻草还田量差异、稻鸭共作时间不同及取样时期差异有关。本研究也将持续对“两稻三鸭”模式下土壤p H年际变化进行研究。

3.4 “两稻三鸭”对病虫草害防控效应

稻鸭共育对水稻病虫草害有明显的抑制作用[22]。本研究结果显示,与稻稻闲模式相比,“两稻三鸭”模式下头季稻田间纹枯病发病率降低84.4%,应与鸭子的田间活动加速基部枯黄叶脱落,改善水稻群体下部通风透光,从而减轻纹枯病的发生有关;鸭子的杂食性对田间福寿螺和杂草控制效果非常显著,“两稻三鸭”模式下,田间福寿螺及螺卵块分别减少87.6%和65.3%,再生稻当季杂草及来年春耕前田间杂草分别降低74.5%和53.6%,尤其是成年越冬杂草数量显著降低,表现为养鸭区杂草鲜干比较冬闲区降低15.9%。这一结果表明,“两稻三鸭”模式下冬季田间共育1～2批鸭子,通过鸭子田间活动取食草籽抑制次年早春杂草萌发效果显著。

4 结论

优化传统稻鸭共育模式为“两稻三鸭”模式,增加冬闲田-鸭共育,一方面可以优化水稻农艺性状,提升再生稻产量和品质,同时由于鸭子田间活动时间的延长(周年共育220 d以上),可明显改善土壤理化性状,有利于培肥地力,改善酸化;另一方面“两稻三鸭”模式对田间有害生物具有显著的防控效果,减少田间纹枯病和福寿螺危害,鸭子冬闲田间活动也加速当年秸秆腐解,减少田间杂草、稻桩等害虫越冬场所的残留,对抑制次年杂草及虫口基数均具有积极的作用,“两稻三鸭”模式可作为南方双季稻区绿色生产、实现农业可持续发展的一种重要模式。