稻蛙共作对土壤理化特性和水稻产量的影响.pdf

稻蛙共作对土壤理化特性和水稻产量的影响朱练峰1房伟平2庄雪浩4孔亚丽1范慧慧2吴传意3石艳平5徐青山1张露1朱春权1曹小闯1金千瑜1张均华1（1中国水稻研究所，杭州 310006；2长兴县水产与农机中心，浙江 长兴 313100；3浙江长兴稻蛙香农业科技有限公司，浙江 长兴313103；4杭州市富阳区富春街道办事处，杭州 311400；5嘉兴市土肥植保与农村能源总站，浙江 嘉兴 314050）水稻是我国重要的粮食作物之一，水稻生产与粮食安全和经济发展密切相关。为了满足日益增长人口带来的粮食需求，优质高产水稻品种和配套栽培管理技术得以发展与应用，水稻产量不断提高1-2。但在传统的水稻单一种植模式中往往施用大量化肥和农药，不仅导致水稻生产成本增加，稻米品质和安全性降低，而且还造成稻田和周边环境污染，使稻田杂草和害虫抗药性增强，防治难度不断提高3-4。随着经济社会发展和人民对美好生活的向往与追求，人们对稻米品质和安全性的关注越来越高。稻田综合种养因为在水稻种植过程中养殖禽类或水产品，不仅提高了单位面积稻田产出，还提高了稻米安全性，越来越受到农户的欢迎5-7。稻蛙共作是指在水稻的生长前期以共作方式在稻田养殖蛙类的一种综合种养模式，通过蛙类活动和捕食降低了稻田病虫害危害，而且蛙类排泄物还能为水稻生长提供养分，从而减少化学肥料和农药使用，增加种稻收益8。目前有关稻蛙共作的研究主要集中于种植模式探讨、种养关键技术、水稻产量和种养效益分析等方面9-11，而有关稻蛙共作下不同黑斑蛙养殖密度对稻田土壤养分变化动态和水稻产量的影响研究相对较少。鉴于此，本文进行了相关研究，以为稻蛙共作的推广应用提供参考。1材料与方法1.1试验设计试验于 2021 年浙江省长兴县城山乡长兴稻蛙香农业科技有限公司基地（30毅49忆 N、119毅55忆 E，海拔5.51 m）进行，试验水稻品种为南粳 46。试验点土壤基本性状：有机质 25.52 g/kg，全氮 2.12 g/kg，碱解氮161.4 mg/kg，有效磷 53.2 mg/kg，速效钾 85.2 mg/kg，pH值 6.7。试验采用随机区组设计，设常规种稻不养蛙处理（CK）、稻蛙共作低密度处理（每 667 m2养蛙 1.5 万只，缩写为 DWL）和稻蛙共作高密度处理（每 667 m2养蛙3.0 万只，缩写为 DWH）。采用大区对比试验，每个处理面积 734 m2，3 次重复。所有处理水稻均于 5 月 18 日育秧，6 月 14 日移栽，移栽行株距 35 cm伊35 cm，每丛插 34 粒谷苗，11 月 10 日收获。稻蛙共作处理于 5 月25 日放黑斑蛙，9 月 20 日左右全部抓获上市。摘要：通过大田试验比较了常规种稻（CK）、稻蛙共作低密度养蛙（DWL）和稻蛙共作高密度养蛙（DWH）3 种模式对稻田土壤理化特性、养分含量变化动态及水稻产量的影响。结果表明，与 CK 相比，稻蛙共作提高了土壤 pH 值、电导率、全磷和速效磷含量，但降低了土壤全氮、碱解氮、速效钾和有机质含量，同一生育时期，DWH 处理土壤养分含量高于 DWL 处理；与 CK 相比，DWL 处理显著降低水稻产量 12.0%，DWH 处理降低水稻产量 3.1%，差异不显著。稻蛙共作导致水稻产量下降的主要原因是显著降低了水稻有效穗数。可见，在稻作系统下养殖适宜数量的黑斑蛙会导致水稻产量小幅下降，但稻谷安全性和黑斑蛙产出提高，不仅有助于增加单位面积稻田的经济效益，而且因为生产过程中不施化肥和农药，减少了对环境的污染，实现较好的生态效益。关键词：稻蛙共作；水稻；黑斑蛙；土壤理化特性；产量中图分类号：S511.047文献标识码：A文章编号：1006-8082（2023）05-0023-05专论与研究收稿日期：圆园23原06原23基金项目：浙江省水稻新品种选育重大科技专项（2021C02063-3）圆园23，29（5）：23-27DOI：10.3969/j.issn.1006-8082.2023.05.00523图 1 稻蛙共作对稻田土壤 pH 值和电导率的影响图 2 稻蛙共作对稻田土壤全氮和全磷含量的影响朱练峰等：稻蛙共作对土壤理化特性和水稻产量的影响圆园23，29（5）：23-27CK 肥料施用：每 667 m2施发酵羊粪有机肥 150 kg作基肥，有机肥中氮（纯 N）含量 0.7%、磷（P2O5）含量0.5%、钾（K2O）含量 0.6%、有机质 25%。稻蛙共作处理水稻全生育期不施肥，所有处理均未防治病虫草害，水分管理同当地高产田。1.2测定项目与方法分别在移栽前、分蘖期、孕穗期、灌浆期和成熟后取不同处理土壤混合样品风干后用于土壤理化性状测定。土壤 pH 值采用梅特勒 SG8 便携式 pH 计测定，电导率由雷磁 DDSJ-308A 电导率仪测定，全氮、全磷、碱解氮、速效磷和速效钾含量用常规方法测定12。在成熟期各处理取 5 丛代表性水稻风干后用于室内考种，各处理实割测产。1.3数据处理与统计分析采用 Microsoft Excel 和 SPSS 12.0.1 软件处理和分析数据。2结果与分析2.1稻蛙共作对土壤 pH 值和电导率的影响从图 1 可知，种植前不同处理土壤 pH 值在 6.57.0 之间，种植水稻后 pH 值略有降低，在分蘖期和孕穗期降至 6.36.6，随着生育期推进 pH 值又逐渐升高，至灌浆期 3 个处理 pH 值在 6.46.8 之间，其中稻蛙共作处理土壤 pH 值显著高于相同生育期的 CK，增幅为1.2%6.6%，不同稻蛙共作密度处理间土壤 pH 值差异不显著。种植水稻显著提高了土壤的电导率，在水稻生长期土壤电导率为 187.5396.0 滋S/cm，在同一生育时期稻蛙共作处理土壤电导率明显高于 CK，增幅为17.1%82.0%，稻蛙共作处理间随着养蛙密度增加土壤电导率增加。2.2稻蛙共作对土壤全氮和全磷含量的影响从图 2 可知，在试验开始前 3 个处理土壤全氮含量没有明显差异，但从分蘖期开始 3 个处理全氮含量均随生育期推进呈先升高后降低趋势，均是在孕穗期达到最大，同一生育时期 CK 土壤全氮含量明显高于稻蛙共作处理，增幅为 8.3%27.4%，稻蛙共作处理中黑斑蛙养殖密度高的全氮含量高。从图 2 可知，种植前稻蛙共作处理土壤全磷含量要高于 CK，随着生育推进各处理均表现为先升高后降低的趋势，CK 在分蘖期最高，而稻蛙共作处理是在孕穗期达到最大，在成熟期最低。CKDWLDWH移栽分蘖期孕穗期灌浆期成熟期7.507.006.506.005.505.00450.0360.0270.0180.090.00.0移栽分蘖期孕穗期灌浆期成熟期CKDWLDWHCKDWLDWHCKDWLDWH3.502.802.101.400.700.001.801.501.200.900.600.300.00移栽分蘖期孕穗期灌浆期成熟期移栽分蘖期孕穗期灌浆期成熟期24表 1 不同处理下水稻产量及构成因子同列数据后不同小写字母表示处理间差异在 0.05 水平显著。处理CKDWLDWH有效穗数/（伊104）1.88 a1.61 b1.68 b每穗粒数/粒116.4 a118.2 a119.5 a结实率/%91.3 b93.2 ab94.8 a千粒重/g26.05 a26.35 a26.47 a产量/（kg hm-2）7.06 a6.31 b6.85 a图 4 稻蛙共作对稻田土壤速效钾和有机质含量的影响图 3 稻蛙共作对稻田土壤碱解氮和速效磷磷含量的影响2.3稻蛙共作对土壤碱解氮和速效磷含量的影响从图 3 可知，不同处理下土壤碱解氮和速效磷含量均随着水稻生育进程推进逐渐降低。其中，土壤碱解氮的降幅相对较小，为 21.2%25.0%，同一生育时期均表现为稻蛙共作土壤碱解氮含量低于 CK，降幅为0.5%20.2%，同一生育时期 DWH 处理比 DWL 处理高5.4%11.0%。从土壤速效磷含量看，CK 的土壤速效磷含量水稻全生育期变化不大，处于 20.727.8 mg/kg 之间，同一生育时期稻蛙共作明显提高了土壤速效磷含量，是 CK 的 1.53.0 倍，相比 DWL 处理，DWH 处理的速效磷含量更高。2.4稻蛙共作对土壤速效钾和有机质含量的影响从图 4 可知，各处理土壤速效钾含量均随水稻生育进程的推进而降低，同一生育时期 CK 的土壤速效钾含量均明显高于稻蛙共作处理，在同一生育时期，DWL 和 DWH 处理间差异不明显。在种植前各处理间土壤有机质含量基本相同，从分蘖期开始 CK 表现为随生育进程推进而降低，而稻蛙共作处理表现为先升高后降低，在孕穗期最高、成熟期最低。同一生育时期均表现为 CK 最高，其次为 DWH 处理，DWL 处理最低。2.5稻蛙共作对水稻产量及构成因子的影响从表 1 可知，不同处理间产量差异较大，其中 CK显著高于 DWL 处理 12.0%，但与 DWH 处理差异不显著，增幅为 3.1%。从产量构成因子看，CK 主要是显著提高了单位面积有效穗数从而获得高产，而稻蛙共作有助于提高水稻结实率，其中 DWH 处理结实率显著CKDWLDWHCKDWLDWH移栽分蘖期孕穗期灌浆期成熟期移栽分蘖期孕穗期灌浆期成熟期90.072.054.036.018.00.0250.0200.0150.0100.050.00.0240.0200.0160.0120.080.040.00.040.032.024.016.08.00.0CKDWLDWHCKDWLDWH移栽分蘖期孕穗期灌浆期成熟期移栽分蘖期孕穗期灌浆期成熟期朱练峰等：稻蛙共作对土壤理化特性和水稻产量的影响圆园23，29（5）：23-2725高于 CK，此外稻蛙共作还有助于水稻籽粒充实，提高了籽粒千粒重，但差异不显著。3结论与讨论3.1稻蛙共作对土壤理化特性的影响稻田综合种养可以改善稻田土壤结构，增加土壤通气状况，与常规种稻不施肥相比能增加土壤养分含量5-7,13。易芙蓉等14研究表明，稻虾共作较单一种稻提高了土壤 pH 值和土壤耕作层的全量养分和速效养分含量，促进了土壤氮、磷、钾元素的固定和转化吸收。徐敏等15研究也表明，稻蟹共生能调节土壤 pH 值，显著提高土壤有机质和水稻生长后期土壤中的速效养分含量。本研究表明，与常规种稻施用有机肥处理相比，稻蛙共作能调节土壤 pH 值和电导率，同一生育时期稻蛙共作处理 pH 值和电导率均明显高于单一种稻处理，不同黑斑蛙养殖密度处理间 pH 值差异不大，但土壤电导率随黑斑蛙养殖密度增加而增加，这可能与黑斑蛙在田间活动和排出大量粪便有关。本试验中，稻蛙共作处理所有生育时期土壤全氮、碱解氮、速效钾和有机质含量均低于单一种稻施用有机肥处理，但在生育后期差异较小，这可能因为土壤基础养分含量差异，其次是施入有机肥的养分补充，而在生育后期，因为黑斑蛙个体增大而粪便增加，使得常规种稻田和稻蛙共作田养分含量差异变小。刘志达等16研究表明，与常规种稻施肥田相比，稻田套养虎纹蛙会导致稻田不同形态无机磷含量下降，有效磷供应不足。本试验结果表明，在所有生育时期稻蛙共作田的全磷和速效磷含量均明显高于常规种稻田，这可能是因为黑斑蛙粪便影响了土壤磷含量。3.2稻蛙共作对水稻产量的影响稻蛙共作处理因为主要靠蛙的粪便作为水稻生长的主要养分供应，通过蛙的活动和捕食来控制田间害虫，与常规种稻处理相比大大减少了水稻生长期内化学肥料和农药的施用，甚至不施用，极大提高了稻米安全和稻田环境安全11。但因为稻蛙共作田需要在田块周围留出不超过总面积 10%的土地用于建设蛙的饲料投喂平台，使得单位面积水稻基本苗减少，加上有效穗数减少最终降低了水稻产量。岳玉波等17研究表明，常规水稻种植处理水稻产量显著高于全部施用有机肥的有机蛙稻共作处理和部分施用有机肥的绿色蛙稻共作处理。刘志达等16和郭天荣等18研究也表明，不施肥的稻蛙共作处理水稻产量显著低于常规种稻处理，降幅达 23.45%28.16%。本试验表明，施用有机肥的常规种稻处理水稻产量显著高于全生育期不施肥打药的稻蛙共作处理，增幅为 3.1%12.0%。从产量构成因子看，稻蛙共作主要降低了水稻有效穗数从而导致产量下降。刘志达等16和郭天荣等18则认为，稻蛙共作显著降低了水稻有效穗数、穗粒数和结实率，导致水稻产量降低。这可能与不同试验采用的水稻品种、蛙的养殖密度以及稻田基础肥力等因子差异较大有关。可见，与常规种稻施用有机肥处理相比，稻蛙共作下养殖适宜密度的黑斑蛙，水稻产量虽有降低，但降低幅度较小，而且稻蛙共作能提高稻谷安全性和黑斑蛙产出，有助于提高单位稻田的经济效益，而且因为不施用化肥和农药，也减少了对环境的污染，从而具有较好的生态效益。参考文献1YUAN L P.Development of hybrid rice to ensure food securityJ.Rice Science,2014,21(1):1-2.2ZHANG Z,DUAN Z,XU P,et al.Food security of China:The past,present and futureJ.Plant Omics,2010,3(6):183-189.3张子璐，刘峰，侯庭钰.我国稻田氮磷流失现状及影响因素研究进展J.应用生态学报，2019，30（10）：3 292-3 302.4何忠全，张志涛，陈志谊.我国水稻病虫害防治技术研究现状及发展策略J.西南农业学报，2004，17（1）：110-1145肖放，陈欣，成永旭援稻渔综合种养技术模式与案例 M.北京：中国农业出版社，2019：63-68援6全国水产技术推广总站.中国稻渔综合种养产业发展报告（2020）J.中国水产，2020（10）：12-19援7李嘉尧，常东，李柏年，等.不同稻田综合种养模式的成本效益分析J.水产学报，2014，38（9）：1 431-1 438.8李兴华，涂军明，陈展鹏，等.稻蛙绿色种养模式研究及其可持续发展策略J.农学学报，2020，10（12）：98-1039曾兵兵，赵和平.2 种不同稻田综合种养模式对比试验J.安徽农学通报，2020，26（22）：93-94.10 鲁艳红，廖育林，聂军，等.紫云英利用下有机稻蛙生产模式及其效应比较J.湖南农业科学，2017（8）：11-14.11 徐曼，邓正春，顾振华，等.稻蛙绿色生态种养技术及效益分析J.作物研究，2020，34（4）：384-387.12 鲁如坤.土壤农业化学分析方法M.北京：中国农业科学技术出版社，2000.13 禹盛苗，朱练峰，欧阳由男，等.稻鸭种养模式对稻田土壤理化性状、肥力因素及水稻产量的影响J.土壤通报，2014，45（1）：151-156.14 易芙蓉，杨天娇，赵宇辰，等.稻虾共作对稻田土壤耕作层养分的朱练峰等：稻蛙共作对土壤理化特性和水稻产量的影响圆园23，29（5）：23-2726Research Progress on the Planting Model of Multiple Cropping of Grain and OilYE Tiancheng,CHEN Huizhe,XIANG Jing,ZHANG Yikai,WANG Yaliang,WANG Zhigang,XIONG Jiahuan,SUN Kaixuan,GAOYizhuo,ZHANG Yuping*(China National Rice Research Institute/State Key Laboratory of Rice Biology and Breeding,Hangzhou 311400,China;1st author:;*Corresponding author:)Abstract:In recent years,there have been frequent occurrences of adverse weather conditions worldwide,agricultural production facesmore severe environmental conditions,ensuring food security is particularly challenging.Multiple cropping is a traditional cultivationmode in China,which is beneficial to balance utilization of soil nutrients,improve the physical and chemical properties of soil andregulate the fertilizer to increase crop yield and farmers income.China is a vast country with different climates and environments.Selecting crop rotation technology according to local condition can effectively ensure crop yield.This paper summarized the globalresearch progress of rotation system in multi-cropping,focusing on the change of soil nutrients,physical and chemical properties,microbial community change,crop yield improvement and other aspects brought by crop rotation,discussed the advantages anddisadvantages of rice-soybean rotation with other rotations in order to improve land use efficiency and crop yield,provided theoreticalguidance for the popularization and application of rice-soybean rotation.Key words:rice;soybean;rotation;crop yield;soil nutrients;microbialEffects of Rice-frog Co-cultivation on the Physicochemical Characteristics of the Soil andGrain YieldZHU Lianfeng1,FANG Weiping2,ZHUAN Xuehao4,KONG Yali1,FAN Huihui2,WU Chuanyi3,SHI Yanping5,XU Qingshan1,ZHANGLu1,ZHU Chunquan1,CAO Xiaochuang1,JIN Qianyu1,ZHANG Junhua1（1China National Rice Research Institute,Hangzhou 310006,China;2Aquatic Products and Agricultural Machinery Center of Changxing County,Changxing,Zhejiang 313100,China;3Changxing Rice Frog Agricultural Technology Co.,Ltd,Changxing,Zhejiang 313103,China;4FuchunSubdistricts,Fuyang District,Hangzhou 311400,China;5Jiaxing Soil Fertilizer and Plant Protection and Rural Energy Master Station,Jiaxing,Zhejiang 314050）Abstract:A field trail was conducted to evaluate the effects of conventional cultivation and rice-frog co-cultivation on thephysicochemical characteristics and dynamic changes of nutrients of the soil and grain yield.The results showed that compared withCK,rice-frog co-culture increased the pH,electrical conductivity,total phosphorus and available phosphorus content of the soil,butdecreased soil total nitrogen,alkali hydrolyzable nitrogen,available potassium,and organic matter content of the soil.During the samegrowth stage of rice,the soil nutrient content of DWH treatment(rice-frog co-culture with higher density frog)was higher than DWLtreatment(rice-frog co-culture with low density frog).DWL treatment decreased rice yields significantly by 12.0%,while DWHtreatment decreased rice yields by 3.1%with no significant difference compared with CK.The main reason for the decrease in riceyield caused by rice-frog co-culture was that it significantly reduced the effective panicle number of rice.It can be seen thatcultivating an appropriate number of black spotted frogs under a rice cropping system will lead to a small decrease in rice yield,butimprove the safety of rice and the output of black spotted frogs.Not only does it help to increase the economic benefits of rice fieldsper unit area,but also reduces environmental pollution and achieves better ecological benefits because the absence of chemicalfertilizers and pesticides during production.Key words:rice-frog co-cultivation;rice;dark-spotted frog;physicochemical characteristics of soil;grain yield朱练峰等：稻蛙共作对土壤理化特性和水稻产量的影响圆园23，29（5）：23-27（上接第 22 页）影响基于益阳市南县的实证分析 J.作物研究，2019，33（5）：424-427.15 徐敏，王武，马旭洲.稻蟹共生系统不同水稻栽培模式土壤理化性状和有效养分的变化规律J.广东农业科学，2013，40（9）：53-57.16 刘志达，曹津桥，费加良，等.套养虎纹蛙对稻田不同形态无机磷含量及水稻产量的影响J.中国土壤与肥料，2022（1）：90-96.17 岳玉波，沙之敏，赵峥，等.不同水稻种植模式对氮磷流失特征的影响J.中国生态农业学报，2014，22（12）：1 424-1 432.18 郭天荣，刘瑞琪，曾晴，等.稻蛙种养对水稻功能叶片和籽粒养分含量及产量构成的影响J.分子植物育种，2021，20（15）：5 205-5 212.27