水稻播期和品种对稻-虾模式光温水资源利用效率的影响

冯香诏，田玉聪，高珍珍，王昊雯，刘章勇，朱 波

(长江大学/湿地生态与农业利用教育部工程研究中心/主要粮食作物产业化湖北省协同创新中心，湖北 荆州 434025)

近年来，稻-虾(水稻-克氏原螯虾)模式因其较高的综合效益在湖北省乃至全国得以迅速发展[1]。据我国水产技术推广总站2018年发布的《中国小龙虾产业发展报告》显示，我国小龙虾养殖面积超过1.12×106hm2，70%为稻-虾综合种养模式，其中湖北省稻-虾综合种养面积占比最高[2-3]。稻-虾模式是在新形势、新时期下产生的一种新兴的稻田种养相结合的农业生态化模式，在种植水稻的田间放养定量的小龙虾，稻田中的杂草、水生生物等为小龙虾提供饲料，同时水稻为小龙虾提供良好的越夏环境；而小龙虾捕食害虫、杂草代替农药，虾粪代替化肥[4]；稻、虾两者相互依存、相生相养，达到以田种稻养虾、以虾促稻、以稻护虾，实现稻、虾双丰收[5]。水稻作为稻-虾模式的主体，其稳定的收益和产出降低了小龙虾因价格波动为种养户带来的风险，为生产者提供了基本收益保障。研究表明，稻-虾模式水稻产量较常规稻田可增产4.6%～14.0%[6-7]，且可显著降低稻米的垩白粒率和垩白度，改善稻米外观品质[8]。另外，稻-虾模式可有效降低农药化肥使用，减少农药化肥残留对稻米的影响，提高水稻的市场价值[9]。然而，随着稻-虾产业发展日趋成熟，影响该产业持续发展的问题逐渐显现，诸如生产者重虾轻稻[10]、种养效益不均衡等[11]，此类现象的产生原因为优质稻米品种的缺乏导致稻米附加值小，以及播期不合理致使水稻季的光热资源潜力发挥不足。因此，通过协调水稻品种和播期来优化稻-虾种养模式资源配置，以建立资源高效利用的稻田综合种养模式具有重要的现实意义。目前，关于水稻品种和播期对稻田资源利用效率影响的研究主要集中于玉-稻、双季稻等稻田种植模式[12-13]，而对稻-虾模式的相关研究尚未见报道。为此，研究水稻播期和品种对稻-虾模式光温水资源利用效率的影响，为建立资源高效利用的稻-虾综合种养模式提供理论依据。

1 材料和方法

1.1 试验地概况

于2018年在位于湖北省荆州市公安县斑竹垱镇花园村(29°37′～30°19′N、111°48′～111°25′E)的长江大学试验站开展大田试验，该地属亚热带季风性气候。试验田为当地农户的稻-虾农田，稻-虾田开始的时间为2016年。土壤类型为湖积物发育而成的潮土性水稻土。水稻生育期降水量和日均温如图1所示。土壤主要理化性质如下：pH值7.72，有机质含量17.86 g/kg、全氮含量2.67 g/kg、全磷含量0.44 g/kg、全钾含量18.67 g/kg。

图1 水稻生育期日均温和降水量Fig.1 Mean daily temperature and rainfall during the growth period of rice

1.2 试验设计

试验采用随机区组设计，设置3个水稻播期：常规播期[6月15日(CK)]、提前播期[5月20日(M1)]、推迟播期[7月10日(M2)]；每个播期处理设置与之对应熟期的3个水稻品种，CK所选用的水稻品种为盛泰优018(STY018)、象牙香珍(XYXZ)、创宇9号(CY9)，M1处理所选用的水稻品种为甬优4949(YY4949)、两优121(LY121)、晶两优534(JLY534)，M2处理所选用的水稻品种为两优14(LY14)、中嘉早17(ZJZ17)、湘早籼45号(XZX45)。各水稻品种及生育期见表1，小区面积200 m2，3次重复。水稻的种植方式为人工湿直播，籼粳杂交稻播种量为22.5 kg/hm2，常规稻品种播种量为45.0 kg/hm2。试验田施肥量为N 150 kg/hm2、P2O575 kg/hm2、K2O 120 kg/hm2，所施肥料分别为鄂中仟金方-微生物生态复合肥料虾稻专用肥(N∶P2O5∶K2O为19-5-8)、尿素(含N 46%)、过磷酸钙(含P2O512%)、氯化钾(含K2O 60%)，N按照基肥∶蘖肥∶穗肥为5∶2∶3施用，P2O5和K2O用量分别用过磷酸钙和氯化钾补足；磷肥全部基施，钾肥50%作基肥施用，50%于幼穗分化期施用。其他水分和病虫害管理按照当地栽培管理模式进行。

表1 不同播期下不同水稻品种的主要生育时期Tab.1 Main growth stage of different rice varieties under different sowing date

1.3 稻-虾模式田间小龙虾管理措施

试验田四周为宽3～4 m、深1.5 m的回字形围沟，内埂高0.2～0.3 m、宽0.3～0.4 m。田间进、排水口均设置防逃设施。2016年于8月中旬投放虾苗，小龙虾品种为克氏原螯虾，之后每年根据实际情况补投适量亲虾。

CK于 6月上旬水稻播种前收获成熟小龙虾；将未成熟的幼虾随田间排水迁移至虾沟，然后进行整田、播种、晒田控蘖，再次复水后幼虾方可进入稻田活动，水稻收割完毕后复水进行下一轮养殖。M1 处理于 5月中旬水稻播种前收获成熟小龙虾，M2 处理于7月上旬水稻播种前收获成熟小龙虾，其余田间管理与CK一致。

1.4 测定项目及方法

1.4.1 气象因子 从湖北省荆州市气象站获取试验地的相关气象数据，包括日均温、降水量、太阳辐射日总量等指标，计算水稻生育期间光合有效辐射、光能生产效率、有效积温、温度生产效率及水分利用率。

光合有效辐射=∑太阳辐射日总量×生育期天数；

有效积温=∑(日均温-生物学下限温度)×生育期天数；

温度生产效率=籽粒产量/生育期间有效积温；

光能生产效率=籽粒产量/光合有效辐射；

水分利用率=籽粒产量/总耗水量。

1.4.2 产量及其构成因子 在水稻收获期，每小区选取20株水稻，调查有效穗数、穗总粒数、穗实粒数、穗空粒数、穗瘪粒数及千粒质量，并计算结实率；另外，各小区选取生长均匀的5个样方(1 m2)收获水稻，脱粒，晒干后测定产量。

1.5 数据处理

采用Excel 2010处理试验数据并作图，用SAS 9.0统计软件进行方差分析，采用LSD法进行多重比较。

2 结果与分析

2.1 不同稻-虾模式的水稻产量及其构成因子

由表2可知，水稻产量随着播期的推迟总体呈降低趋势，不同生育期水稻品种产量存在显著差异，介于7.4～13.0 t/hm2，具体表现为甬优4949>两优121>晶两优534>盛泰优018>创宇9号>象牙香珍>中嘉早17>湘早籼45号>两优14。不同播期处理间比较发现，M1处理产量显著高于CK和M2处理，M2处理最低，M1处理产量较CK显著提高20.0%，M2处理较CK显著降低25.7%。从产量构成看，M1处理3个品种平均有效穗数虽显著低于CK和M2处理，但其穗总粒数和结实率却显著高于其他处理，因此，平均产量显著高于其他处理；M2处理虽有效穗数优势明显，但其平均结实率和穗总粒数总体均显著低于CK和M1处理。对相同播期下的不同水稻品种进行比较发现，M1处理以甬优4949产量最高，CK以盛泰优018产量最高，M2处理以中嘉早17产量最高。综合分析发现，M1处理甬优4949产量最高。

表2 不同稻-虾模式的水稻产量及其构成因子Tab.2 Yield and its components of rice under different rice-shrimp system

注：同列数据后不同小写字母表示不同品种间差异达到5%显著水平，同列数据后不同大写字母表示不同播期间差异达到5%显著水平，下同。

Note： The different lowercase letters after data within a column mean significant differences among different varieties at 0.05 level,different uppercase letters after data within a column mean significant differences among different sowing dates at 0.05 level,the same below.

2.2 不同稻-虾模式的光温水资源利用效率

2.2.1 光合有效辐射和光能生产效率 由于不同播期处理下水稻生育进程不同，对光照资源的利用也表现出巨大的差异。由表3可知，随水稻生育时期的推迟，水稻光合有效辐射呈下降趋势，M1处理光合有效辐射平均为2 226.8 MJ/m2，CK平均为1 998.5 MJ/m2，M2处理平均为1 721.1 MJ/m2，处理间差异显著。光能生产效率方面，CK与M1处理光能生产效率接近，均高于M2处理，但处理间差异不显著。与CK相比，M1处理光能生产效率平均提高7.5%，M2处理平均降低15.1%。水稻品种间比较发现，M1处理以甬优4949光能生产效率最高，CK以盛泰优018光能生产效率最高，M2处理以中嘉早17光能生产效率最高。综合分析发现，M1处理甬优4949光能生产效率最高。

表3 不同稻-虾模式的光温资源利用效率比较Tab.3 Comparison of light and temperature utilization efficiencies under different rice-shrimp system

2.2.2 有效积温和温度生产效率 由表3可知，不同播期处理有效积温与光合有效辐射趋势一致。不同播期下，3个水稻品种的平均有效积温和温度生产效率均表现为M1>CK>M2。M2处理水稻平均有效积温为1 688 ℃· d，CK、M1处理分别较其提高23.7%、37.2%，差异达到显著水平。其中，M1处理以晶两优534，CK以象牙香珍，M2处理以两优14、湘早籼45号的有效积温最高。温度生产效率方面，CK与M1处理间差异不显著，均高于M2处理；与CK相比，M1处理温度生产效率提高8.1%，M2处理降低8.5%。其中，M1处理以甬优4949、CK以盛泰优018、M2处理以中嘉早17的温度生产效率最高。综合分析发现，M1处理甬优4949温度生产效率最高。

2.2.3 水分利用率 由图1可知，2018年水稻生育期降雨主要集中在5月至7月中旬，而7月中旬至8月底出现较严重的干旱。因此，M2处理水稻分蘖期进行了补充灌溉。由表4可知，M1处理灌溉量整体少于CK和M2处理，分别较CK、M2处理降低10.3%、21.5%。不同播期间比较，水分利用率整体表现为CK>M1>M2。与CK相比，M1、M2处理平均水分利用率分别降低4.9%、19.9%。不同品种间比较，M1处理以甬优4949、CK以盛泰优018、M2处理以中嘉早17的水分利用率最高。综合分析发现，CK的盛泰优018水分利用率最高，其次为M1处理甬优4949。

2.3 不同稻-虾模式下的经济效益分析

从表5可以看出，播期处理经济效益表现为M2>CK>M1。从成本来看，M1、M2处理成本均低于CK，各处理间的成本差异主要来源于种子、饲料、农药等方面。比较发现，M1处理水稻产值最高，但小龙虾产值最低；M2处理水稻产值最低，但小龙虾产值最大。与CK相比，M1处理经济效益减少1.65万元/hm2，而M2处理经济效益增加0.81万元/hm2，增幅为10.7%。因此，从总体经济效益看，M2处理最优。此外，M1处理中的甬优4949、CK中的盛泰优018、M2处理中的中嘉早17在相同播期下的产值最高。其中，中嘉早17有最高水稻产值的同时，也有最高的小龙虾产值，故经济效益最高。

表4 不同稻-虾模式水稻用水量和水分利用率Tab.4 Water input and use efficiency under different rice-shrimp system

表5 不同稻-虾模式经济效益比较 万元/hm2

3 结论与讨论

本研究结果表明，不同播期处理中，M1处理水稻产值最高，但小龙虾产值最低；M2处理水稻产值最低，但小龙虾产值最大，最终3个播期处理的经济效益表现为M2>CK>M1。与CK相比，M1处理经济效益减少1.65万元/hm2，而M2处理经济效益增加0.81万元/hm2，增幅为10.7%。可见，与水稻提前播种处理相比，推迟播期至7月10日会在小龙虾产值上弥补水稻产值的降低，其经济效益最高。其中，中嘉早17有最高水稻产值的同时，也有最高的小龙虾产值，经济效益最高。

研究表明，水稻生育期影响水稻产量形成及光温资源利用[14]。目前，大多数研究认为，在水稻正常成熟的条件下，水稻产量随生育期的延长呈增加趋势[15-17]。本研究选用的9个水稻品种在不同的播期条件下均能齐穗且正常成熟，与常规播期处理相比，提前播种处理水稻产量较其提高20.0%；而推迟播期处理水稻产量显著降低25.7%。提前播种并与长生育期品种搭配对于提高水稻产量具有显著效果；反之，推迟播种将使水稻生育期缩短，产量下降，这与谭义青等[18]研究结果相似。常规播期处理的稻-虾模式由于其生态高效在湖北推广面积不断扩大，但该种植区域降雨量多集中于8月中下旬和9月中上旬，正值该处理水稻抽穗扬花和灌浆时期。尽管该处理水稻产量潜力比7月10日播期搭配的短生育期水稻高，但是播期6月15日搭配的中生育期水稻可能在该区域会面临水稻倒伏[19]或水稻感染病害[20]等问题。供试品种象牙香珍在灌浆期受阴雨大风天气等多种影响导致倒伏，致使该品种结实率及产量较低、机械收获成本增加。而播期为7月10日的短生育期水稻尽管后期也受到阴雨大风的影响，但其灌浆期在9月下旬，较常规播期中生育期水稻灌浆期晚14 d左右，在一定程度上缓冲了阴雨大风的危害。资源利用方面，与常规播种的中生育期水稻相比，提前播种所搭配的长生育期水稻光能生产效率、温度生产效率分别平均提高7.5%、8.1%；而推迟播期所搭配的短生育期水稻分别平均降低15.1%、8.5%，这与前人[21-22]研究结果相似。可见推迟水稻播期对光热资源产生了一定的浪费，故应进一步筛选产量、资源利用效率高的水稻品种。

在稻-虾模式中，虽推迟播期水稻平均产量和光温资源利用效率会逐步降低，但其小龙虾产值显著增加，2种因素共同作用产生相消现象，因此，各处理间水稻产量、光温资源利用效率与经济效益非正相关。故在不影响小龙虾产值的前提下，应将水稻产量与光温资源利用效率作为共同因素来判定稻-虾模式水稻品种的优劣。一般认为，产量高且资源利用效率高的水稻品种最理想。因此，还需通过大田试验进一步筛选出生育期更加合适且产量更高的品种，进而确保该稻-虾综合种养系统能实现高产稳产。针对公安县适宜延长收虾时间至7月初，可以在7月上旬进行水稻播种或者移栽。同时根据该地区气候特点，选育能够在10月底安全成熟且产量、资源利用效率更高的水稻品种，实现经济效益和水稻产量潜力协同增长。