稻-鳝综合种养氮肥减量效应研究

袁 泉，吕巍巍，黄伟伟，孙小淋，吕卫光，周文宗

(上海市农业科学院 生态环境保护研究所，上海 201403)

随着我国农业现代化的不断发展，农民对化肥的使用量和依赖程度越来越高。然而过度施肥和肥料利用率低下等问题，不仅对生态环境造成了一定的面源污染，而且也危害着农产品品质、农业产地环境、农产品产量[1]。大量研究表明，稻-渔综合种养是一种具有节肥减药、高品质、高生态可持续性等特点的新型农业模式[2-5]。Xie等[2]研究发现，稻鱼共生系统较水稻单作系统可减少化肥用量24%。胡亮亮[5]研究发现，稻-渔共作模式较水稻单作模式肥料投入量平均减少26.52%，其中稻-鳅模式减少24.83%。稻-渔共作系统化肥减量主要通过增加稻田有效养分、促进养分吸收、减少稻田养分损失等途径实现[6]。肥料是氮最主要的输入途径，稻谷是氮最主要的输出途径[7]，有关稻-渔共作系统中化肥的投入和利用率研究是当前稻-渔综合种养研究的焦点。

黄鳝(Monopterusalbus)作为一种穴居鱼类，广泛分布于稻田、水沟和浅水湖泊的沿岸带，是我国淡水名特优养殖品种之一，具有较高的经济价值，全国年产量可达38.77万t[8]。黄鳝因其独特的生理习性较适宜在稻田中生存，俗称稻田养殖中的“乡土物种”。随着网箱养鳝日益突出的环境问题、食品安全问题，稻田养鳝愈来愈受到市场欢迎，湖北、江苏等多地推广示范了稻-鳝生态综合种养模式。然而，有关稻-鳝共作方面的研究资料较缺乏，不利于产业的可持续发展。本文通过严格的田间小区控制试验探讨了稻-鳝共作模式下的氮肥减量效应，以期为稻-鳝共作技术推广提供参考。

1 材料与方法

1.1 试验材料

试验在上海市农业科学院庄行综合试验站稻-渔共作试验小区开展。该试验小区为2016年新开挖的试验小区，每个小区面积为20 m2，沟渠面积占总面积的10%，水稻种植面积占总面积的50%，其他为田埂面积。台田上方布有防鸟网，进水口设有40目(孔径0.425 mm)滤网，排水口设有用40目绢网制作的防逃网。供试水稻品种是上海市青浦区农业技术推广服务中心选育的“青香软梗”(沪农品审水稻2014第004号)。试验黄鳝为江苏常熟地区提供的黄鳝苗种。

1.2 试验设计与方法

试验设5个处理(表1)，其中CK1为无肥对照处理，CK2为常规施肥处理。施氮量按照上海地区常规用量300 kg/hm2(纯N)，施磷量按常规用量192 kg/hm2，每个处理3个重复，试验小区内随机排列。施肥时间集中在6月下旬至8月底。

表1 试验处理及肥料用量 kg/hm2

试验周期2年，其中水稻生长期为每年的6月下旬至10月下旬；黄鳝于每年的7月初前后投放，10月下旬或第二年的5月份捕捞。每个试验小区投放黄鳝苗种8尾，其全长为(58.51±0.01) mm，体重为(0.96±0.44) g；使用地笼捕捞试验小区黄鳝，黄鳝捕捞后用湿抹布擦除鱼体多余水分，测量每尾黄鳝全长(mm)和体重(g)。2019年试验期间内逐月对环沟水体水质进行监测，现场使用便携式水质分析仪(HACH HQ40d)测定水温(T)、溶解氧(DO)、电导率(Cond)、水深(WD)和pH值，并采集水样带回实验室，于24 h内根据《水和废水监测分析方法(第四版)》测量总氮(TN)、总磷(TP)、化学需氧量(COD)、氨氮(NH4+-N)、叶绿素a(Chla)，使用便携式浊度分析仪(HACH 2100Q)测量浊度。2019年试验期内，每隔2个月采集试验小区稻田土样，每3个重复稻田里的土样采集后混合为一个样品，风干过筛后于干燥阴凉处保存，依据鲁如坤[9]的方法分析土壤的pH值、有机质、全氮、全磷、速效氮和速效磷含量。

黄鳝苗种投放后，未投放人工饲料。水稻分蘖前，稻田水位控制在10 cm，以促进水稻生根分蘖；水稻分蘖后，烤田期间水位在5～10 cm。在养殖过程中，经常加注新水，特别是在高温季节。草害防治采取人工除草，虫害防治选用高效低毒低残留的环境友好型农药如康宽、拿敌稳等，整个试验过程施农药2次。

1.3 数据处理与分析

所得数据用Excel 13.0和SPSS 23.0软件进行统计分析，使用Origin 9.0软件作图。各处理间进行单因素方差分析，使用新复极差检验(SSR检验)对不同处理进行多重比较，P<0.05表示差异显著。

肥满度和特定增长率计算公式：

K=W/L3×105

(1)

式(1)中K为肥满度，W为体重(g)，L为体长(cm)。

SGR=100×(lnWf-lnWi)/T

(2)

式(2)中SGR为特定增长率，Wi为初始体重，Wf为试验结束时体重，T为试验天数。

2 结果与分析

2.1 黄鳝、水稻收获特征

黄鳝捕捞收获特征如表2所示。单因素方差分析结果显示，黄鳝经过280 d养殖后，各处理组黄鳝捕捞体长、捕捞体重、肥满度和特定增长率均无显著性差异(P>0.05)。2019年，黄鳝经过130 d养殖后，CK1和T1组未捕捞到黄鳝，CK2和T2、T3组黄鳝的捕捞体长、捕捞体重和肥满度均无显著性差异(P>0.05)，但CK2组黄鳝的特定增长率显著高于T2和T3组(P<0.05)。黄鳝经过130 d和280 d的养殖周期后，具有明显不同的收获特征。相较于长周期养殖，短周期养殖的黄鳝具有相似的捕捞体长，偏低的捕捞体重和肥满度，以及相对较高的特定增长率。

表2 不同施肥处理黄鳝收获特征

水稻的收获特征如图1所示。2018年由于极端气候引起的病虫害等原因导致水稻大量减产，2019年水稻产量为试验小区正常生产水平。从图1可以看出，不同施肥处理水稻产量在2018年和2019年具有相似的变化规律。CK1组(无肥组)水稻产量最低，2019年CK1组水稻产量显著低于其他处理组(P<0.05)，CK2组(常规施肥组)水稻产量与氮肥减量各处理组无显著性差异，但要高于氮肥减量组。

图1 不同施肥处理水稻收获特征

2.2 环沟水体理化环境的变化特征

2019年各处理组环沟水体理化因子监测结果如图2所示。依据黄鳝的生活习性，试验小区环沟水位较浅，4、5月份为自然水位，从6月份开始加注新水，6～9月份水位保持在30 cm左右，至10月份又恢复至自然水位。6月12日之前监测的溶氧、pH值、浊度、总磷、COD、氨氮、叶绿素含量均较低，且无明显波动，说明水体水生生物量较少，水质偏瘦。自6月下旬投放黄鳝苗种及施肥等活动之后，随着水温的升高，7月份水体叶绿素含量明显上升，导致水体中溶氧和pH值均有了显著的升高。8月份随着水温达到峰值，水体总氮、总磷、氨氮含量也达到峰值，此时水体浊度较低。

图2 各处理组环沟水体理化环境变化特征

在水稻的生长季节(7～10月)，各处理组环沟水体溶氧含量、pH值、浊度和水深无显著性差异(P>0.05)。8月份，无肥处理组(CK1)水体总氮含量显著低于施肥处理组(P<0.05)；T1组氨氮含量显著高于CK1组(P<0.05)，与其他处理组无显著性差异，其平均氨氮含量达到8.9 mg/L；T2组总磷含量显著高于CK1和T3组(P<0.05)。仅7月份，T1组COD含量显著高于T2和T3组(P<0.05)，8月份各处理组COD含量无显著性差异，9、10月份各处理组所产生的COD含量差异可能与水深有关。

2.3 稻田土壤理化环境特征

如图3所示，试验小区土壤为弱碱性土壤，pH值变化范围为7.17～8.41，4月份土壤pH值呈现出随着氮肥减量的增加而降低的趋势，6月份经土壤翻整过后，各处理组间pH值无明显差异，均接近8.0，8～10月份，减氮30%处理组稻田土壤pH值最低。试验小区土壤总氮含量差异不大，土壤总氮含量在0.12%～0.14%。前3次检测的土壤总磷含量在0.09%～0.12%，各处理组差异不大，10月份无肥组土壤总磷含量显著低于施肥组。6～10月份，减氮50%组土壤有机质、总氮、速效氮含量均大于或等于常规施肥组。10月份，减氮10%和30%处理组速效磷含量分别高于常规施肥组31.81%和15.91%，总磷含量与常规施肥组相当。

图3 不同试验处理小区稻田土壤理化指标变化(混合样本)

3 讨论

3.1 化肥减量对水稻产量和黄鳝生长的影响

在无肥条件下，水稻产量显著低于施肥处理组，氮肥减量组与常规施肥组水稻产量无显著性差异，这与之前稻-鳅模式化肥减量研究结果一致[10]，说明即使在稻-渔综合种养模式中，化肥对农作物的生长依然具有重要作用，但可实行化肥减量。从2018年和2019年水稻产量的结果可以看出，水稻产量均没有随着氮肥减量的增加而降低，说明在稻-鳝共作系统中实行化肥减量并不会导致水稻显著减产，其中在2019年正常生产气候条件下，减氮30%处理组水稻平均产量可达到732 kg/667 m2，与常规施肥组仅有30 kg/667 m2的差距。从本研究可以看出，化肥减量对水稻产量无显著性影响，该结果验证了诸多学者对稻-渔共作模式的研究结果，即稻-渔共作在不降低水稻产量的前提下，能够降低化肥的使用[6,11]。

2018年的调查结果显示，氮肥减量对黄鳝的体长、体重生长无显著性影响；但2019年的调查结果显示，常规施肥组黄鳝的收获规格显著高于氮肥减量组，化肥的常规施用量是否会促进水体环境饵料生物生长进而促进黄鳝的生长仍有待进一步研究。黄鳝的收获规格与养殖周期长短有关。在本研究中，黄鳝苗种当年养成收获，其规格平均增长1倍左右，次年收获其规格平均增长2倍左右。邵乃麟[12]研究发现，黄鳝在稻田中投饵养殖情况下，当年养成收获产量可翻1倍，假设本研究中产量翻至1倍的情况下，黄鳝成活率需要达到100%(由于试验小区存在黄鳝逃逸情况，本文未统计其成活率数据)，这是比较难以实现的。本研究发现黄鳝在稻田中长周期养殖较短周期养殖具有较低的特定增长率和较高的肥满度，说明黄鳝在冬春季节体重增长缓慢。黄鳝在稻田中不投饵养殖情况下，当年养成特定增长率为0.26%～0.52%，为网箱养殖黄鳝特定增长率的50%左右[13]。综合分析认为，稻田养殖黄鳝宜通过适当投饵以增加黄鳝养成规格。

3.2 化肥减量对水体和土壤理化环境的影响

稻田施肥显著增加了水体总氮、氨氮和总磷含量，尤其是在高温季节，施肥组水体氮磷营养盐含量相较于无肥组显著增加。我国农田主要作物对氮肥的利用率仅占施肥量的30%～35%，大部分氮通过不同途径损失于环境中[14]。氮磷是浮游藻类生长的主要限制因子[15]，未被作物利用的氮进入水体中可在一定程度上促进浮游植物的生长，这验证了施肥组叶绿素a含量显著高于无肥组的研究结果，而浮游植物的适宜增长可增加水体溶氧含量，有利于动物生长。不同氮肥减量处理水体各理化指标变化无明显规律，常规施肥组和减氮10%处理组水体氨氮含量在8月份时偏高，过高的氨氮含量可能引起黄鳝苗种的急性应激反应[16-18]，生产中需加强高温季节的水质管理。

稻-鳝共作系统实行化肥减量并不会导致土壤有机质和氮含量的降低，这与楼宇涛等[17]的研究结果一致，说明稻-鳝共作化肥的适度减量并不会影响土壤肥力，而黄鳝的活动可改善土壤通气状况促进水稻对养分的吸收[6,19]，这可能是减氮30%组水稻产量接近常规施肥组水稻产量的原因之一。研究表明，水稻产量受土壤有效磷、有机质和全氮含量的高低影响较小，而受土壤pH值的影响较大[20]。本研究中土壤pH值变化比较稳定，均呈弱碱性适宜水稻生长，关于稻-鳝共作对土壤pH值的长期影响还需进一步研究。