连年规模稻鸭共养对稻田土壤性状、稻米产量及品质的影响

纪 力，邵文奇，陈富平，董青君，章安康

（江苏徐淮地区淮阴农业科学研究所，江苏淮安 223001）

0 引言

常规水稻种植模式中化学性物质的长期使用，带来了稻田病虫草害的防治难题，也污染了农业生态环境，降低了农产品品质和稻田生态系统的稳定性。稻鸭共作种养是以水田为基础、种稻为中心、家鸭田间网养为特点的一种环保、生态、高效、综合的生态农业模式，具有可改善稻田土壤质量、降低水稻种植成本、提高农产品品质、减少农药化肥使用、降低环境污染等优点[1-3]。目前稻鸭共养种植的配套技术已经比较成熟，如宜选用分蘖力强、茎秆粗壮、熟期适中的大穗型水稻品种，水稻应适当稀植，以便于鸭子在田间穿行活动[4-7]；稻田放养鸭150～180只/hm2效果较好，既能为稻田提供较好的增肥、除草、除虫效果，也能较大限度降低鸭子活动对水稻植株造成的破坏作用[6-8]。同时，稻鸭共养对稻田土壤性状、稻田生态环境、稻米产量及品质等方面的影响也得到了较多研究，宋广鹏等[8]研究表明长期稻鸭能有效地改良土壤紧实度，调节土壤酸碱度，促进土壤有机质积累；禹盛苗等[9]研究表明稻鸭种养模式使土壤容重降低2.38%，土壤氧化还原电位提高31.7%，土壤有机质提高2.04 g/kg，能有效改善土壤结构，提升土壤肥力水平；刘欣等[10]、张锦等[11]研究都表明稻鸭共养能够刺激水稻生长、促进物质循环、控制病虫草害和改善稻田环境；张为强等[12]研究分析了稻鸭共作对稻米产量及品质的影响，认为从总体上看稻鸭共养能够显著提升稻米品质，但水稻产量差异性不明显；梁玉刚等[13]则认为稻鸭共育虽能显著增加穗粒数、结实率和千粒重等，但因为有效穗的降低水稻实际产量是减少的。前人研究表明稻鸭共养种植具有较好的生态环境效益和经济效益，但其研究结果也存在诸多不同之处。不同地区的气候、土壤、主栽水稻品种、农业生产方式、经济发展水平等存在较大差异，需要根据当地实际情况来具体研究并评价稻鸭共养对土壤性状、稻米产量及品质的影响。笔者在长江下游沿淮地区特定的稻鸭共养模式下，研究稻鸭共养的连续多年实施对稻田土壤性状、水稻产量及品质的影响，以期得到对稻鸭共养模式的准确评价，并以此为依据对稻鸭共养技术模式进行修正完善，为其在生产中顺利推广提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验条件

试验于2010—2019年在淮安市三河稻麦种植基地进行，实施地交通便利，水利条件优良，农业种植水平较高。地处江苏淮安，属北温带半湿润季风气候，兼有南北气候特征，年平均气温14.1～14.8℃，年日照时数在2100～2400 h，无霜期210～225天，年降水量900～1000 mm，土壤类型为黄棕壤土类，轮茬作物为小麦。土壤基础理化性质：有机质含量25.2 g/kg，全氮1.44 g/kg，速效磷17.1 mg/kg，速效钾117.1 mg/kg。灌溉水理化性质：pH 7.3，氯化物0.40 mg/L，化学需氧量28 mg/L，灌溉水等级为清洁。

1.2 试验设计

水稻品种为常规粳稻‘南粳9108’，鸭子品种选用大型肉蛋兼用型高邮麻鸭。设置稻鸭共养模式田(RD)和常规高产模式田(CK)2个处理，每个处理3个重复，选择连片平整稻田，用田埂隔出面积为3335 m2的6个小区。水稻秧苗6月初育苗并于6月底机插入田，10月下旬成熟收获，轮作作物为同一品种小麦，水稻及小麦秸秆均在收割时粉碎全量还田，于2010—2019年连续10年实施。

CK种植方法：按当地习惯种植方式，统一肥水管理，水稻栽插行距株距为25 cm×12 cm。施肥方法：总施肥量为氮肥（纯N）为200 kg/hm，N:P2O5:K2O为1:0.5:0.8。钾肥和磷肥一次性作基肥施用，氮肥按5:3:2比例分别在基肥、分蘖期和孕穗期施用。

RD种植方法：需对田埂加宽加高，并设置铁丝围网，田头设鸭棚，水稻栽插行距株距为25 cm×15 cm。水稻秧苗栽插入田10天后放入经过防疫、训水的15天左右鸭苗，按照180只/hm2进行鸭子投放，每天傍晚投喂一次绿色饲料（如玉米），水稻穗期时将鸭子取出至其他场地继续培育。施肥方法：稻鸭田为绿色生态种养模式，基肥施用菜籽饼(1500 kg/hm2)和有机肥(750 kg/hm2)，穗肥施用有机肥(750 kg/hm2)。后期一般不使用农药，如需要时则选择绿色生态农药。

1.3 测定项目

2019年于水稻成熟期分别采取0～10、10～20 cm耕层土壤样品，风干后磨样，按照NY/T 391—2013检测依据对土壤性状指标（包括土壤酸碱度、容重、有机质含量、全氮含量、有效磷含量、速效钾含量等）及重金属含量（包括镉、汞、砷、铅、铬、铜等）进行检测。每个处理选择长势一致水稻测量稻穗长度及质量，考察水稻产量结构性状并计算产量；稻谷收获后风干储藏后按照NY/T 419—2014测定品质性状（包括糙米率、精米率、垩白粒率、垩白度、蛋白质含量、赖氨酸含量、直链淀粉含量、胶稠度、糊化温度等）、重金属含量及农药残留等。使用Excel 2010和SPSS Statistics 21统计软件进行数据整理及统计分析，不同处理的差异显著性用T检验法。

2 结果与分析

2.1 对土壤性状的影响

经过连续多年稻鸭共养种植后，在水稻成熟期对2种种植方法的稻田土壤进行检测（表1）。与常规水稻高产种植田相比，稻鸭共养模式能有效降低土壤容重，尤其是表层土壤比常规田降低5.65%，差异性达显著水平（P＜0.05，下同），土壤酸碱度也有所改善，但差异不显著。多年稻鸭共养后10～20 cm耕层土壤中的有机质、全氮、速效磷和速效钾含量分别增加了2.34%、4.74%、3.79%和4.77%，0～10 cm耕层土壤则分别增加了8.71%、14.29%、9.68%和8.34%，较10～20 cm耕层土壤养分提高更为显著。结果表明，多年稻鸭共养种植后土壤物理结构得到了明显改善，土壤通透性和酸碱度都得到了有效调节，同时增加了土壤有机质积累，提升了土壤肥力水平，有利于减少化肥施用量。另外，稻鸭共养种植模式对不同耕层中的作用效果也存在差异性，对耕层上部土壤的影响更为明显。

表1 2种类型稻田不同深度耕层土壤理化性状

2.2 对水稻产量及稻米品质的影响

2.2.1 对水稻产量的影响 与常规水稻高产种植田相比，稻鸭共养模式显著提高了水稻穗粒数、结实率和千粒重，每穗可以增加13.1粒稻谷（提高11.3%），结实率和千粒重分别提高了2.9%和3.2%，有利于形成大穗（表2）。图1也表明稻鸭共养模式可以增加稻穗长度和稻穗质量，其中长度大于14.0 cm的稻穗比例为46.2%，质量大于3.0 g的稻穗比例为48.9%，明显高于常规田的32.5%和26.7%，与常规田相比，稻鸭田的单穗平均长度和单穗平均质量分别增加了6.0%和18.1%。但为便于鸭子在田间穿行，为鸭子活动提供空间，稻鸭共养稻田的水稻栽插密度较之常规稻田大幅下降，受到栽插密度以及鸭子活动破坏的影响，稻鸭田的有效穗数显著低于常规田，减少幅度达到32.8%，使最终水稻产量降低16.4%。结果表明，稻鸭共养种植可以促使形成大穗，提高穗粒数、结实率和千粒重等性状，但有效穗的减少使水稻产量较常规种植田显著降低。

图1 收获期2种稻田的穗型比较

表2 2种类型稻田对水稻产量及构成因素的影响

2.2.2 对稻米品质的影响 经过连年稻鸭共养后，田间环境、外源养分供应、水稻群体结构等发生了较大变化，使稻米品质得到了明显的改善（表3）。从加工品质和外观品质来看，稻鸭田稻米的糙米率和精米率分别提高了4.8%和3.6%，垩白粒率和垩白度分别下降了11.0%和18.3%，与常规田相比均达差异显著水平。蛋白质作为稻米主要营养物质来源，是衡量稻米品质重要指标之一，稻鸭田稻米的蛋白质含量提高了7.5%，显著优于常规田，赖氨酸含量稍有下降，但没有达到差异显著水平，从营养品质来看，稻鸭田稻米营养品质得到了一定改善。稻米中直链淀粉含量和胶稠度是衡量稻米蒸煮品质的重要指标之一，稻鸭共养种植可以提高稻米直链淀粉含量，提高胶稠度，但与常规种植稻米差异不显著，所以稻鸭田稻米的食味品质可以得到一些改善，但并不明显。

表3 2种稻田类型对稻米品质的影响

2.3 对土壤及稻米质量安全的影响

对稻鸭田0～20 cm耕层土壤取样，检测其重金属含量（表4），土壤中镉、汞、砷、铅、铬和铜等元素含量均未超标，符合NY/T 391—2013《绿色食品产地环境质量》和NY/T 1054—2013《绿色食品产地环境调查、监测与评价规范》的相关要求，土壤质量优良，适宜发展绿色水稻种植。由于鸭稻共养种植少用或不用化学肥料农药，经检测，其稻鸭田所产稻米的铅、镉、砷、汞等重金属元素均未超标，未检出乐果等农药残留，符合NY/T 419—2014《绿色食品稻米》和NY/T 393—2013《绿色食品农药使用准则》的绿色大米标准要求，其稻米卫生质量优于常规稻作。

表4 稻鸭田0～20 cm耕层土壤重金属含量

3 结论

稻鸭共养是一种“种养结合、生态环保”的农业生产方式，提供了动植物之间的共生环境。经过多年规模化稻鸭共养种植后，化学肥料农药投入的减少和鸭群在田间的活动有效改善了土壤物理性状，提升了土壤肥力，减轻了农业生态环境的压力，同时能改善水稻产量构成因素并提升稻米品质，生产出优质大米。但需注意的是，稻鸭共养模式下水稻种植密度降低使稻田有效穗数减少，最终造成水稻减产，为粮食安全带来隐患，同时，稻鸭共养种植面积的扩大，可能会造成所产农产品价格下行而影响经济效益，应根据实际情况合理规划种植规模。

表5 稻鸭田稻米重金属含量及农药残留

4 讨论

4.1 稻鸭共养种植对稻田土壤性状的影响

稻鸭共养是种养结合生态环保的生产方式，通过稻鸭之间的共生环境和互相作用，能够减少化肥和农药使用，减轻了农业生态环境压力，鸭子在稻田活动时的中耕浑水作用、肥料供应作用等也有效改善了土壤的理化性状[14-15]。连续10年大田规模化稻鸭共养种植研究结果表明，和常规水稻高产栽培种植相比，稻鸭共养后土壤容重降低5.65%，pH有所下降，土壤结构和通透性得到改善，土壤中有机质、全氮、速效磷和速效钾含量都得到了显著增加，明显提升了稻田土壤肥力，这与其他学者研究结果一致。张苗苗等[15]对常规稻田、转换期稻鸭共作稻田和有机稻鸭共作稻田的土壤定位监测结果表明，有机稻鸭田在成熟期的土壤有机质、碱解氮、速效磷和速效钾等养分指标远高于常规稻田，朱金明[16]、杨志辉等[17]研究也显示了同样的结果。全国明等[18]认为通过鸭子在活动时产生的浑水效应，能够降低稻田水体温度与pH，改善水体理化性质,同时通过鸭子搅动匀肥效应能提高土壤养分含量。张军等[19]研究发现稻鸭共养对表层土壤养分含量的提升作用相对于深层土壤更为显著，本研究也得出了相似结果，稻鸭田10～20 cm耕层土壤中的有机质、全氮、速效磷和速效钾含量比常规田分别增加了2.34%、4.74%、3.79%和4.77%，而0～10 cm耕层土壤则大幅增加了8.71%、14.29%、9.68%和8.34%，这可能是由于鸭子活动的匀肥效应及其排泄物释放更多作用于表层土壤中，但对更深层土壤的影响效果较为有限有关。同时需要注意的是稻鸭共养绿色生产过程中通常少用或不施用化肥，但氮、磷等养分自持能力较差，对系统外输入较为依赖，若外源肥料补充不恰当，经过多季鸭稻共养后也会造成土壤养分下降[17,19]。

4.2 稻鸭共养种植对水稻产量及稻米品质的影响

鸭子的田间活动能有效控制水稻基部生态位的害虫，并且能有效控制水稻无效分蘖，清除衰老病叶，改善田间通风透光条件，从而优化水稻大田群体结构[6,9-11,13]，同时鸭子田间活动能起到中耕浑水作用，促进土壤微生物活动，提高水稻根系活力，促进水稻对养分的吸收[14-17]，这些促使水稻产量性状得到明显改善。章家恩等[20]的相关研究表明，鸭稻共作有利于水稻地下部根系的发育，增强叶片光合作用，增加了有效穗数和成穗率，减少空（瘪）粒数，提高稻穗实粒数和结实率，从而提高了水稻产量。王强盛等[21]的研究也表明，稻鸭共养对水稻具有明显的壮秆效应，对水稻生长和群体结构有积极影响，有利于水稻高产的形成。本研究结果表明，与常规田相比，稻鸭共养有利于形成大穗，单穗平均长度和单穗平均质量分别增加了6.0%和18.1%，显著提高了水稻穗粒数、结实率和千粒重等产量性状。这与前人研究结论一致，但不同的是本研究表明稻鸭共养种植对水稻增产不利。原因可能是前人研究的各个处理大多采用了相同的水稻栽插密度，但在规模化稻鸭共养实际种植中，需考虑到为鸭子提供较为充分的活动空间，稻鸭共养田的水稻栽插密度较常规稻田会有大幅下降，本研究受到栽插密度下降以及鸭子活动的对水稻植株破坏的影响，稻鸭田的有效穗数减少幅度达到32.8%，使水稻产量较常规田降低16.4%。王强盛等[21]在研究中也提出鸭稻共养需注意水稻种植规格以及鸭子放养密度等因素，否则也会对水稻的生长和产量造成负面影响。

稻田生态环境的改善以及水稻群体结构的提升对稻米品质产生了积极影响。王强盛等[21]认为鸭稻共作使稻米的加工品质、外观品质、营养品质及蒸煮品质得到改善，其中对降低垩白率效果最为明显。全国明等[18]研究表明稻鸭共作能够提高整精米率、减少垩白、增加粒宽，但对精米率、胶稠度和直链淀粉含量没有显著影响。本研究结果与前人结论基本一致，经过连年稻鸭共养后，与常规田相比，稻鸭田稻米的糙米率和精米率分别提高了4.8%和3.6%，垩白粒率和垩白度分别下降了11.0%和18.3%，蛋白质含量提高了7.5%，直链淀粉含量和胶稠度无明显变化，稻鸭田稻米的加工品质和外观品质得到提高，营养品质有所改善，食味品质无明显变化。其他学者研究结果也表明[13,22-23]，稻鸭共养模式能够降低田间病虫害发生，改善田间通风效果，促进水稻群体结构优化，同时鸭子粪便是优质的有机肥，有助于改善了稻米品质。

4.3 稻鸭共养田的土壤及农产品质量安全情况

鸭稻共养采用绿色生态种养技术，生产过程中多使用绿色农药和有机肥料，避免使用农药和化学肥料，所产稻米的卫生质量通常要优于常规水稻种植方式[1-2]。研究发现，连续多年稻鸭种植后稻鸭田0～20 cm耕层土壤中重金属含量均未超标，土壤质量优良，适宜发展绿色水稻种植；所产稻米的重金属元素均未超标，也未检出乐果等农药残留，符合绿色大米标准要求，其稻米卫生质量优于常规稻作。本研究中未对鸭肉品质进行检测，但卢跃红[24]、黄兴国[25]等研究结果表明，稻鸭共养能生产出符合无公害食品标准要求的鸭肉，鸭的肉用性能得到提高，且鸭肉的某些食味得到一定的改善，从而从整体上提高了鸭肉品质。