李妹娟,周 念,章家恩,2,3**,向慧敏,梁開(kāi)明

(1.華南農(nóng)業(yè)大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院 廣州 510642; 2.廣東省現(xiàn)代生態(tài)農(nóng)業(yè)與循環(huán)農(nóng)業(yè)工程技術(shù)研究中心 廣州 510642; 3.農(nóng)業(yè)部華南熱帶農(nóng)業(yè)環(huán)境重點(diǎn)開(kāi)放實(shí)驗(yàn)室 廣州 510642; 4.廣東省農(nóng)業(yè)科學(xué)院水稻研究所 廣州 510640)

不同水稻品種混作養(yǎng)鴨對(duì)土壤養(yǎng)分動(dòng)態(tài)的影響*

李妹娟1,周 念1,章家恩1,2,3**,向慧敏1,梁開(kāi)明4

(1.華南農(nóng)業(yè)大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院 廣州 510642; 2.廣東省現(xiàn)代生態(tài)農(nóng)業(yè)與循環(huán)農(nóng)業(yè)工程技術(shù)研究中心 廣州 510642; 3.農(nóng)業(yè)部華南熱帶農(nóng)業(yè)環(huán)境重點(diǎn)開(kāi)放實(shí)驗(yàn)室 廣州 510642; 4.廣東省農(nóng)業(yè)科學(xué)院水稻研究所 廣州 510640)

鴨稻共作和水稻混種均可產(chǎn)生良好的生態(tài)效應(yīng),但能否將兩項(xiàng)技術(shù)結(jié)合起來(lái),即通過(guò)不同水稻品種混種與稻田養(yǎng)鴨的疊加,進(jìn)而產(chǎn)生“1+1＞2”的生態(tài)效應(yīng)和生產(chǎn)效益,是一項(xiàng)值得加以實(shí)踐和探討的課題。為探明多品種水稻混作養(yǎng)鴨這類(lèi)復(fù)合生物多樣性利用模式的應(yīng)用可行性,本試驗(yàn)設(shè)置了水稻單作常規(guī)種植(施藥施肥)、水稻單作養(yǎng)鴨、水稻單作空白對(duì)照(不養(yǎng)鴨不施肥藥)、水稻品種混作常規(guī)種植(施藥施肥)、水稻品種混作養(yǎng)鴨和水稻品種混作空白對(duì)照(不養(yǎng)鴨不施肥藥)6種種植模式開(kāi)展田間試驗(yàn),研究不同水稻品種混作養(yǎng)鴨對(duì)土壤養(yǎng)分動(dòng)態(tài)和稻米品質(zhì)的影響。結(jié)果表明: 種植雙季稻后,水稻品種混作養(yǎng)鴨處理下土壤有機(jī)質(zhì)含量顯著高于其他種植模式。早晚季水稻生長(zhǎng)期間水稻品種混作養(yǎng)鴨處理的土壤全氮含量低于水稻品種混作常規(guī)種植處理,但均顯著高于其他處理; 水稻品種混作養(yǎng)鴨處理的土壤堿解氮含量較其他處理顯著提高。各處理土壤速效磷含量以水稻單作空白對(duì)照處理的最高,總體上,混作處理比單作處理平均土壤速效磷含量高。種植雙季稻后,水稻品種混作養(yǎng)鴨種植模式的土壤全鉀和速效鉀含量均高于其他處理。水稻品種混作養(yǎng)鴨處理的稻米出糙率、精米率、直鏈淀粉含量和膠稠度較其他處理高,且堊白粒率較其他處理低。綜合表明,水稻品種混作養(yǎng)鴨模式更有利于改善田間土壤養(yǎng)分狀況,提高稻米的品質(zhì),故此模式可為優(yōu)質(zhì)健康稻米生產(chǎn)提供新途徑。

鴨稻共作; 水稻品種混作; 土壤養(yǎng)分動(dòng)態(tài); 稻米品質(zhì)

水稻(Oryza sativaL)是我國(guó)的主要糧食作物,利用多樣性栽培和復(fù)合種養(yǎng)來(lái)提高水稻單產(chǎn),改進(jìn)稻米品質(zhì)和增加抗性一直是當(dāng)前該領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)[1-2]。長(zhǎng)期以來(lái),為了追求糧食高產(chǎn)與經(jīng)濟(jì)利益,水稻種植大多以單一化和集約化方式進(jìn)行,少數(shù)高產(chǎn)或高經(jīng)濟(jì)價(jià)值的品種得到大面積推廣和栽培,水稻品種多樣性和農(nóng)田生物多樣性日趨單調(diào),易導(dǎo)致生態(tài)系統(tǒng)平衡的破壞以及病蟲(chóng)害的頻發(fā)[3-4]。同時(shí),為了防治農(nóng)業(yè)病蟲(chóng)害而大量使用農(nóng)藥,不僅會(huì)增加蟲(chóng)害的抗藥性,還會(huì)帶來(lái)環(huán)境污染以及農(nóng)產(chǎn)品的農(nóng)藥殘留等問(wèn)題[5]。因此,通過(guò)農(nóng)業(yè)物種的間套作或復(fù)合種養(yǎng)來(lái)增加農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)生物多樣性進(jìn)而控制或減輕病蟲(chóng)害的暴發(fā),最終減少化學(xué)農(nóng)藥的投入已成為近年來(lái)國(guó)內(nèi)外研究的熱點(diǎn)領(lǐng)域[6]。

近10多年來(lái),鴨稻共作已成為中國(guó)、日本和東南亞國(guó)家或地區(qū)廣泛推廣應(yīng)用的一項(xiàng)生態(tài)農(nóng)業(yè)技術(shù)。在我國(guó),許多科研人員圍繞鴨稻共作生產(chǎn)的效應(yīng)、效果及其內(nèi)在過(guò)程、作用機(jī)制等方面開(kāi)展了廣泛的應(yīng)用基礎(chǔ)理論與實(shí)踐研究。大量研究結(jié)果表明,鴨稻共作生產(chǎn)對(duì)稻田的養(yǎng)分循環(huán)[7-8]、病蟲(chóng)草害[9-10]、水體環(huán)境[11]、水稻生理生態(tài)[12]、溫室氣體排放[13-14]、稻米品質(zhì)[15]等各個(gè)方面均具有明顯效果。同時(shí),國(guó)內(nèi)外在農(nóng)作物的間作混種方面也開(kāi)展了較多的研究與實(shí)踐。混種(或混作)是指多品種(系)混合種植,即將生育期相近、相關(guān)農(nóng)藝性狀相似、抗性基因不同的品種(系)按一定的比例混播混栽[16]。研究表明,混種可增強(qiáng)株型和群體間的補(bǔ)償性,改善群體的受光狀態(tài),充分利用空間和自然資源,最終提高群體產(chǎn)量[17-20]; 混種還可通過(guò)生物多樣性及互補(bǔ)機(jī)制,控制和減輕病蟲(chóng)害的發(fā)生[21-22],有效地減少化學(xué)藥劑使用,降低農(nóng)藥對(duì)生態(tài)環(huán)境的負(fù)面影響。韓豪華等[23]將抗草潛力不同的水稻品種進(jìn)行混合種植,研究了該系統(tǒng)對(duì)稗草[Echinochloa crusgalli(L.) Beauv.]萌發(fā)和生長(zhǎng)的影響,其試驗(yàn)結(jié)果表明抗草性弱的品種與化感抗草性強(qiáng)的品種混合種植,其抗草性能得到提高,稗草可得到一定程度的控制。

由上可見(jiàn),鴨稻共作和水稻混種均可產(chǎn)生良好的生態(tài)效應(yīng),因此,能否將兩項(xiàng)技術(shù)嫁接起來(lái),即通過(guò)品種多樣性與物種多樣性的疊加(不同水稻品種混種+稻田養(yǎng)鴨),進(jìn)而產(chǎn)生“1+1＞2”的生態(tài)效應(yīng)和生產(chǎn)效益？是一項(xiàng)值得加以實(shí)踐和探討的課題。因此,本研究通過(guò)大田試驗(yàn),將兩個(gè)不同水稻品種混種同時(shí)在稻田養(yǎng)鴨,研究水稻品種混作、鴨稻共作方式能否通過(guò)改變環(huán)境因素和稻田土壤養(yǎng)分狀況,從而改善稻米品質(zhì),旨在進(jìn)一步探明多品種水稻混作養(yǎng)鴨這類(lèi)復(fù)合生物多樣性利用模式的應(yīng)用可行性,進(jìn)而提供一種適宜于在田間生產(chǎn)健康安全配方米的生態(tài)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)新技術(shù)。

1 材料與方法

1.1 研究地概況

本研究在廣東省廣州市增城區(qū)華南農(nóng)業(yè)大學(xué)增城教學(xué)科研基地進(jìn)行。該基地位于廣州市增城區(qū)的西南部,地處低山丘陵區(qū),屬南亞熱帶季風(fēng)濕潤(rùn)氣候,光照充足、氣候溫和、雨量充沛、熱量豐富,年平均氣溫 21.8 ℃,年無(wú)霜期長(zhǎng)達(dá) 335～360 d,年平均降雨量2 137 mm,年相對(duì)濕度78%。試驗(yàn)田為赤紅壤發(fā)育而成的水稻土,其基本理化性狀為: pH 6.0,堿解氮含量107.98 mg·kg-1,速效磷含量27.59 mg·kg-1,速效鉀含量25.32 mg·kg-1,全磷含量0.54 g·kg-1,全氮含量1.57 g·kg-1,全鉀含量18.27 g·kg-1,有機(jī)質(zhì)含量33.02 g·kg-1。

1.2 試驗(yàn)材料

試驗(yàn)選用兩個(gè)水稻品種: ①‘勝巴絲苗’,審定編號(hào): 粵審稻 2005002,早晚兼用型優(yōu)質(zhì)秈稻品種,早稻全生育期約125 d左右,晚稻109～115 d,植株稍高,株高為 106.7～109.8 cm,產(chǎn)量相對(duì)較低,高抗稻瘟病,感白葉枯病,除直鏈淀粉含量偏低外其他品質(zhì)良好; ②‘華梗秈 74’,審定編號(hào): 粵審稻 200002,早稻全生育期約130 d,晚稻約115 d,株高約為100 cm,為高產(chǎn)品種,高抗稻瘟病,高抗白葉枯病,直鏈淀粉含量相對(duì)其他品種較高。

1.3 試驗(yàn)設(shè)計(jì)與田間管理

1.3.1 混栽品種組合及試驗(yàn)小區(qū)

本試驗(yàn)采取田間小區(qū)試驗(yàn),設(shè)空白對(duì)照、常規(guī)栽培和鴨稻共作 3種生產(chǎn)方式。每種生產(chǎn)方式下設(shè)‘勝巴絲苗’單作處理、‘勝巴絲苗’和‘華梗秈74’兩品種混作處理(將兩種水稻種子按 1∶1比例充分混合均勻后播種育秧并移栽,以下簡(jiǎn)稱(chēng)“水稻混作”)兩種處理方式,組合形成 6個(gè)處理,每個(gè)處理 3次重復(fù),共18個(gè)處理小區(qū),小區(qū)面積為80 m2,各小區(qū)采取隨機(jī)區(qū)組布設(shè),保護(hù)行種植水稻品種為‘勝巴絲苗’。各種植方式下分別比較水稻單作養(yǎng)鴨、水稻混作以及兩模式套用效果。

1.3.2 田間管理

試驗(yàn)于2009年早、晚稻種植,水稻栽插規(guī)格株行距為28 cm×22 cm。所有小區(qū)均在秧苗移栽前施雞糞(每小區(qū)約50 kg),早稻和晚稻分別于3月15日和7月30日浸種,育秧20 d左右,分別于4月1日和8月15日犁地,4月5日和8月19日施基肥耕地、插秧?？瞻讓?duì)照處理區(qū)與鴨稻共作處理區(qū)在水稻整個(gè)生育期內(nèi)不施用化肥、農(nóng)藥和除草劑。水稻常規(guī)栽培處理的早稻和晚稻分別于4月12日和8月28日施用除草劑(50%草胺乳油),早稻于4月20日和5月20日、晚稻于9月15日和10月8日各噴施1次農(nóng)藥(50%樂(lè)果乳油); 在第 1次噴藥時(shí)施入復(fù)合肥(芭田牌1+1復(fù)合肥,18-8-15),每小區(qū)施肥量為4.0 kg。鴨稻共作處理區(qū)在插秧約 1周后圍網(wǎng)放鴨,且小區(qū)四周用高50 cm的尼龍網(wǎng)做成圍欄,以防鴨子外逃,每小區(qū)放雛鴨3只,齊穗期(早稻6月10日,晚稻10月 18日)將鴨子收回圈養(yǎng)。鴨稻共作田塊在共作期間保持田間水深6～8 cm,在鴨子收回圈養(yǎng)后使田間水體落干。所有處理烤田期間在收獲前 3周停止灌水,其余時(shí)間田間保持3～5 cm水層。試驗(yàn)田一年兩季種植水稻,每季水稻收獲后使稻草秸稈還田,耙茬備耕。

1.4 測(cè)定指標(biāo)及方法

1.4.1 土壤理化性質(zhì)的測(cè)定

土壤樣品采集分別于早、晚稻插秧后1周(返青期)和收鴨后1周(齊穗期)進(jìn)行,共4次,分別于4月20日、6月17日、9月1日和10月25日取樣。測(cè)定指標(biāo)包括土壤有機(jī)質(zhì)含量、土壤全氮含量、土壤堿解氮含量、土壤全磷含量、土壤速效磷含量、土壤全鉀含量、土壤速效鉀含量。采樣方法為: 使用土鉆進(jìn)行梅花狀5點(diǎn)取樣法,每個(gè)小區(qū)中分5點(diǎn)取樣,采集表層15 cm深的土柱,每點(diǎn)取樣約0.25 kg,混合均勻帶回實(shí)驗(yàn)室,通風(fēng)陰干,除去植物殘?bào)w和石塊、結(jié)核,采用四分法取適量土樣使之全部過(guò) 18目篩(供速效養(yǎng)分分析使用)或者100目篩(全量養(yǎng)分分析使用)。土壤理化性質(zhì)分析方法參照鮑士旦的《土壤農(nóng)化分析》[24]。土壤有機(jī)質(zhì)含量測(cè)定采用重鉻酸鉀容量法(稀釋熱法),土壤全氮含量測(cè)定采用凱氏定氮法,土壤全磷含量測(cè)定采用HClO4-H2SO4法,土壤全鉀含量測(cè)定采用NaOH熔融法、火焰光度法,土壤堿解氮含量測(cè)定采用堿解擴(kuò)散法,土壤速效磷含量測(cè)定采用 0.5 mol·L-1NaHCO3法,土壤速效鉀含量測(cè)定采用NH4OAc浸提的火焰光度法。

1.4.2 稻米品質(zhì)的測(cè)定

收獲后稻谷風(fēng)干儲(chǔ)藏3個(gè)月后用于品質(zhì)性狀的測(cè)定。糙米率、精米率、整精米率、長(zhǎng)寬比、堊白粒率的測(cè)定參照部頒標(biāo)準(zhǔn)《NY147—88米質(zhì)測(cè)定方法》(略有修改)。稻米直鏈淀粉含量和膠稠度用FOSS-TECATOR公司生產(chǎn)的近紅外谷物分析儀(Infratec1241 grain analyzer)進(jìn)行測(cè)定。

1.5 數(shù)據(jù)分析

所有試驗(yàn)數(shù)據(jù)均采用Microsoft Excel數(shù)據(jù)處理軟件和SPSS 17.0統(tǒng)計(jì)軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 水稻混作養(yǎng)鴨對(duì)土壤理化性質(zhì)的影響

2.1.1 對(duì)土壤有機(jī)質(zhì)含量的影響

從圖1可以看出,各處理的土壤有機(jī)質(zhì)含量變化趨勢(shì)一致,即先上升后下降再上升的趨勢(shì),種植雙季稻后土壤有機(jī)質(zhì)總量總體上有所上升。在早季收獲前(6月 20日),水稻混作養(yǎng)鴨處理和水稻單作養(yǎng)鴨處理下土壤有機(jī)質(zhì)含量顯著高于其他處理,其中比水稻單作常規(guī)種植、水稻混作常規(guī)種植和水稻單作空白對(duì)照、水稻混作空白對(duì)照處理分別高13.93%、7.45%和 17.35%、15.59%; 晚季水稻種植后到收獲前(9月1日—10月22日),水稻混作養(yǎng)鴨處理也顯著高于其他種植模式處理,表明水稻混作與鴨稻種植模式套用時(shí)可提高土壤有機(jī)質(zhì)含量。

圖1 不同水稻栽培模式下土壤有機(jī)質(zhì)含量的動(dòng)態(tài)變化Fig.1 Dynamic changes of soil organic matter contents under different farming treatments

2.1.2 對(duì)土壤全氮和堿解氮含量的影響

從不同處理對(duì)土壤全氮含量的變化來(lái)看(圖2A),可以看出,早晚稻各處理田間土壤全氮含量基本呈現(xiàn)出先下降后上升的趨勢(shì)。早季水稻種植后到收獲前的土壤全氮含量均是水稻混作常規(guī)種植處理＞水稻單作養(yǎng)鴨處理＞水稻單作常規(guī)種植處理＞水稻混作養(yǎng)鴨處理＞水稻混作空白對(duì)照處理＞水稻單作空白對(duì)照。種植雙季稻后,水稻混作常規(guī)種植和水稻混作養(yǎng)鴨處理之間的土壤全氮含量差異不顯著,但二者均顯著高于其他處理; 且相對(duì)空白對(duì)照處理而言,水稻混作空白對(duì)照處理也顯著高于水稻單作空白對(duì)照處理,這表明水稻品種混作和養(yǎng)鴨兩模式套用時(shí)更有助于穩(wěn)定稻田土壤的全氮含量。

圖2 不同水稻栽培模式下土壤全氮(A)和堿解氮(B)含量的動(dòng)態(tài)變化Fig.2 Dynamic changes of soil total nitrogen (A) and alkali-hydrolyzable nitrogen contents (B) under different farming treatments

從圖2B可以看出,水稻單作常規(guī)種植、水稻單作養(yǎng)鴨種植模式的土壤堿解氮含量呈持續(xù)上升趨勢(shì),空白對(duì)照種植模式則是先下降后上升再下降的趨勢(shì),而鴨稻種植模式則是先下降再上升的趨勢(shì)。種植兩季后,以水稻混作養(yǎng)鴨種植模式處理的土壤堿解氮含量最高; 同時(shí),與水稻單作養(yǎng)鴨模式、常規(guī)栽培方式、空白種植模式相比較,水稻混作養(yǎng)鴨比水稻單作養(yǎng)鴨處理顯著高 5.72%,水稻混作常規(guī)種植處理比水稻單作常規(guī)種植處理高 1.20%,水稻混作空白對(duì)照處理比水稻單作空白對(duì)照處理顯著高16.00%。這表明水稻混作種植模式有助于田間土壤堿解氮含量的增加,且與鴨稻模式套用時(shí),其效果則更好。

2.1.3 對(duì)土壤全磷含量和速效磷含量的影響

從圖3A中可以看出,早晚稻各處理田間土壤全磷含量均呈現(xiàn)出先下降后平緩上升的趨勢(shì)。在早稻種植前期,以水稻單作空白對(duì)照處理的田間土壤全磷含量最高,而早稻收獲后則以水稻混作空白對(duì)照處理的土壤全磷含量最高; 晚稻收獲后，常規(guī)種植模式下土壤全磷含量顯著低于其他處理。各處理田間土壤速效磷含量的動(dòng)態(tài)變化(圖3B)表現(xiàn)為先上升后下降的變化趨勢(shì),早稻收獲后,以水稻混作空白對(duì)照處理的土壤速效磷含量最高; 晚稻收獲后,水稻混作空白對(duì)照和水稻單作空白對(duì)照處理的土壤速效磷含量顯著高于其他處理,然而混作模式的土壤速效磷含量的平均值則略高于單作種植模式,這表明水稻混作種植模式在一定程度上有利于保持較高的土壤速效磷含量。

圖3 不同水稻栽培模式下土壤全磷(A)和速效磷(B)含量的動(dòng)態(tài)變化Fig.3 Dynamic changes of soil total phosphorus (A) and available phosphorus (B) contents under different farming treatments

圖4 不同水稻栽培模式下土壤全鉀(A)和速效鉀(B)含量的動(dòng)態(tài)變化Fig.4 Dynamic changes of soil total potassium (A) and available potassium (B) contents under different farming treatments

2.1.4 對(duì)土壤全鉀和速效鉀含量的影響

從土壤全鉀含量動(dòng)態(tài)變化來(lái)看(圖4A),各處理的變化趨勢(shì)基本相似,即呈先上升再下降而后趨于穩(wěn)定變化的趨勢(shì)。早稻收獲后,水稻混作養(yǎng)鴨種植模式的土壤全鉀含量高于其他處理; 晚稻收獲后,土壤全鉀含量的變化趨勢(shì)與早稻的表現(xiàn)趨勢(shì)基本一致,即水稻混作養(yǎng)鴨處理＞水稻混作空白對(duì)照處理＞水稻單作空白對(duì)照處理＞水稻單作養(yǎng)鴨處理＞水稻混作常規(guī)種植處理＞水稻單作常規(guī)種植處理,且鴨稻共作方式、常規(guī)栽培方式、空白種植模式相比較,均以混作種植模式較高,這說(shuō)明混作更有利于提高稻田土壤全鉀含量,促進(jìn)水稻對(duì)鉀元素的吸收,為后期的抗倒伏提供了物質(zhì)基礎(chǔ),且最終提高水稻產(chǎn)量。從圖4B可以看出,各處理的田間土壤速效鉀含量均呈先下降后上升再下降的趨勢(shì),且其升降幅度基本一致(晚稻水稻單作常規(guī)種植處理除外)。早稻種植時(shí),水稻單作空白對(duì)照處理的田間土壤速效鉀含量顯著高于其他處理(水稻混作養(yǎng)鴨處理不顯著除外),但在早稻收獲后則以水稻單作養(yǎng)鴨處理的土壤速效鉀含量最高; 晚稻收獲后,水稻混作養(yǎng)鴨處理的田間速效鉀含量則顯著高于其他處理,其中水稻混作養(yǎng)鴨處理＞水稻單作養(yǎng)鴨處理＞水稻混作常規(guī)種植處理＞水稻混作空白對(duì)照處理＞水稻單作空白對(duì)照處理＞水稻單作常規(guī)種植處理,且鴨稻共作方式、常規(guī)栽培方式、空白種植模式相比較,均以混作種植模式較高,這表明混作種植模式可以更快、更持久地提高和保持田間速效鉀含量,為水稻的生長(zhǎng)發(fā)育提供可持續(xù)的鉀元素營(yíng)養(yǎng),若其與鴨稻種模式套用時(shí)則效果更好。

2.2 水稻混作養(yǎng)鴨對(duì)稻米品質(zhì)的影響

從表 1可以看出,經(jīng)過(guò)雙季稻種植養(yǎng)鴨和水稻混作種植后,水稻混作養(yǎng)鴨種植模式的糙米率和精米率最高,且與水稻單作空白對(duì)照和水稻單作常規(guī)種植相比較,均達(dá)到顯著水平,分別增加 2.03%、1.98%和 6.29%、5.85%; 混作種植模式與單作種植模式的整精米率相比均較高,尤其水稻混作養(yǎng)鴨種植模式顯著高于水稻單作空白對(duì)照種植模式; 水稻單作養(yǎng)鴨和水稻混作養(yǎng)鴨種植模式的長(zhǎng)寬比與其他各處理(水稻單作空白對(duì)照除外)相比均較高; 水稻混作養(yǎng)鴨種植模式與其他所有處理相比,其稻米堊白粒率最低。水稻混作養(yǎng)鴨的直鏈淀粉含量和膠稠度均較其他種植模式高,且相對(duì)水稻單作養(yǎng)鴨種植模式顯著提高,此結(jié)果表明水稻混作養(yǎng)鴨種植模式可以改善稻米的蒸煮品質(zhì)。

表1 不同水稻栽培模式對(duì)稻米品質(zhì)的影響Table 1 Effect of two rice varieties mix-cropping and duck raising together on the grains quality of rice

2.3 水稻混作養(yǎng)鴨對(duì)稻米品質(zhì)與土壤理化性狀的相關(guān)性分析

直鏈淀粉含量屬于稻米品質(zhì)中的食味品質(zhì),直鏈淀粉含量低的大米蒸煮后表現(xiàn)為黏性大、米飯軟且有光澤,而含量高的大米蒸煮時(shí)會(huì)吸收較多的水分而不斷膨脹,飯粒干燥、蓬松且色暗。通過(guò)分析稻米品質(zhì)與土壤理化性狀的相關(guān)性(表2)得知,水稻混作養(yǎng)鴨處理的稻米品質(zhì)中直鏈淀粉含量與田間土壤中的全氮含量和堿解氮含量呈顯著負(fù)相關(guān),與土壤全磷、速效磷和全鉀含量呈顯著正相關(guān),與土壤有機(jī)質(zhì)含量和速效鉀含量呈負(fù)相關(guān)。這說(shuō)明田間土壤有機(jī)質(zhì)、全氮、堿解氮和速效鉀含量的增加更有利于稻米中的直鏈淀粉含量降低,進(jìn)而說(shuō)明了通過(guò)混作養(yǎng)鴨可提高田間的有機(jī)質(zhì)、全氮、速效磷和速效鉀含量,進(jìn)而有可能進(jìn)一步提高稻米的食味品質(zhì)。

3 討論與結(jié)論

水稻混作模式、稻田養(yǎng)鴨模式分別對(duì)土壤養(yǎng)分和水稻品質(zhì)的影響已有很多研究。但水稻混作養(yǎng)鴨復(fù)合模式對(duì)土壤養(yǎng)分和水稻品質(zhì)的影響研究尚少見(jiàn)報(bào)道。本試驗(yàn)結(jié)果發(fā)現(xiàn),種植雙季稻后,水稻混作養(yǎng)鴨處理的土壤有機(jī)質(zhì)含量顯著高于水稻混作常規(guī)種植和水稻混作空白對(duì)照處理。其原因在于,鴨糞是一種養(yǎng)分均衡、含量較高的優(yōu)質(zhì)有機(jī)肥,據(jù)相關(guān)研究結(jié)果,鮮鴨糞含有機(jī)質(zhì)含量 255.0 g·kg-1,全氮含量16.4 g·kg-1,全磷含量15.4 g·kg-1,全鉀含量8.5 g·kg-1,一只鴨子日平均產(chǎn)鮮糞100.0 g[25-26]。同時(shí)鴨子的活動(dòng)促進(jìn)了稻田水體和土壤與外界的氣體交換,有效地增加了土壤氧化還原電位和水體中的溶解氧含量,促使水稻秸稈粗有機(jī)質(zhì)的轉(zhuǎn)化,為水稻生長(zhǎng)提供了物質(zhì)基礎(chǔ)[27-28]。種植雙季稻后混作處理土壤有機(jī)質(zhì)含量顯著高于相應(yīng)的單作處理,特別地,當(dāng)水稻混作與鴨稻共作兩模式套用時(shí),種植一季水稻后土壤有機(jī)質(zhì)含量顯著增加。其原因可能是,在水稻混作養(yǎng)鴨處理中,水稻分蘗和生物量顯著高于其他處理,結(jié)果勢(shì)必增加該處理下水稻秸稈還田量[29]; 同時(shí),加上鴨子糞便的輸入,進(jìn)一步增加了土壤有機(jī)質(zhì)的物質(zhì)來(lái)源,即水稻混作和鴨稻共作模式套用使得對(duì)土壤有機(jī)質(zhì)累積的正向作用相互疊加,進(jìn)而導(dǎo)致土壤有機(jī)質(zhì)含量的增高。

表2 稻米品質(zhì)中直鏈淀粉含量與土壤養(yǎng)分指標(biāo)之間的相關(guān)性Table 2 Correlation coefficients between amylose content of rice grains and physicochemical properties of paddy soil

對(duì)土壤氮素含量而言,種植雙季稻后,水稻混作常規(guī)種植和水稻混作養(yǎng)鴨處理之間的土壤全氮含量差異不顯著,但二者均顯著高于其他處理; 同時(shí),鴨稻共作處理下土壤全氮含量和速效氮含量高于常規(guī)栽培方式和空白對(duì)照,其原因是由于鴨子在田間的排泄物可部分補(bǔ)充水稻正常生育所需的氮素[30],同時(shí)鴨子在稻叢間頻繁活動(dòng),能疏松表土,促進(jìn)土壤有機(jī)質(zhì)的礦化分解和養(yǎng)分釋放[31],促進(jìn)田間可利用氮素養(yǎng)分的積累。

對(duì)土壤磷素含量而言,晚稻收獲后以水稻混作養(yǎng)鴨種植模式的土壤全磷含量最高,且顯著高于水稻單作常規(guī)種植處理和水稻混作常規(guī)種植處理。同時(shí),水稻混作種植模式土壤堿解氮含量平均要高于單作處理。在水稻生長(zhǎng)初期需磷量較小,故而其含量在滿(mǎn)足水稻生長(zhǎng)外仍有富余,隨著水稻生育期的推進(jìn),因有機(jī)肥分解導(dǎo)致剩余量減少,且在中后期由于水稻的快速生長(zhǎng)和產(chǎn)量形成,對(duì)土壤磷素的需求量大,結(jié)果勢(shì)必導(dǎo)致土壤有效磷含量下降。各處理間全磷含量差異不大,但全磷量有所下降,可能與人為因素,如深耕、栽培方式、施肥方式等的影響有關(guān)。對(duì)土壤鉀素含量而言,種植雙季稻后,各處理間土壤全鉀含量差異不顯著,這可能與水稻秸稈還田密切相關(guān)。由于水稻生長(zhǎng)發(fā)育對(duì)速效鉀養(yǎng)分的吸收,經(jīng)兩季種植水稻后,各處理的土壤速效鉀含量均有所下降,但鴨稻共作處理下,由于鴨子在田間攪動(dòng)泥水改善土壤通氣狀況,加速了鉀元素的有效轉(zhuǎn)化[32],使得土壤速效鉀含量仍顯著高于其他處理。同時(shí),混作處理下,兩個(gè)水稻品種存在株型差異,使得水稻群體透氣性增強(qiáng),也會(huì)促進(jìn)鉀素養(yǎng)分的有效化,故混作處理下土壤速效鉀含量也會(huì)顯著高于兩單作處理。同時(shí),在種植雙季稻后,混作和鴨稻共作模式套用處理的土壤速效鉀含量比水稻混作常規(guī)種植和水稻混作空白對(duì)照模式高,這可能是兩模式套用對(duì)土壤鉀素含量正向作用的疊加效應(yīng)所致,相關(guān)機(jī)制有待于進(jìn)一步研究。

稻米品質(zhì)的優(yōu)劣不僅受遺傳因素的影響,而且還與水稻生長(zhǎng)期間的環(huán)境條件[33-34]和栽培技術(shù)[35]有密切聯(lián)系,品質(zhì)的形成是品種遺傳特性與環(huán)境生態(tài)條件綜合作用的結(jié)果[36]。在水稻遺傳因素固定的情況下,稻米品質(zhì)與水稻生長(zhǎng)期間的環(huán)境條件和栽培技術(shù)密切相關(guān)。本研究表明,鴨稻共作處理有效改良了稻米的加工品質(zhì),水稻混作養(yǎng)鴨處理的糙米率、精米率和整精米率均較其他處理高,這與王強(qiáng)盛等[37]研究結(jié)果相類(lèi)似,其研究認(rèn)為鴨稻共作是通過(guò)鴨的活動(dòng)及其糞便作為生物有機(jī)肥料來(lái)源來(lái)改善稻米品質(zhì)。空白對(duì)照區(qū)僅在生長(zhǎng)前期施用了有機(jī)肥,但由于該對(duì)照處理未采取任何病蟲(chóng)害防治措施,田間有害病、蟲(chóng)、草等危害頻發(fā),從而降低了稻米品質(zhì),如水稻紋枯病、稻飛虱等可使秸稈枯死而導(dǎo)致子粒結(jié)實(shí)不飽滿(mǎn),進(jìn)而引起稻米品質(zhì)下降; 水稻混作處理與單作處理相比,由于兩品種的協(xié)調(diào)互補(bǔ)作用,其病蟲(chóng)害發(fā)生率有所降低,因而該處理下稻米品質(zhì)有所改善,這與桑海旭等[38]和朱有勇等[39]的研究結(jié)果相類(lèi)似。水稻混作與鴨稻共作兩模式套用時(shí),比其他模式處理的稻米堊白率顯著降低,其原因在于,鴨稻共作系統(tǒng)中鴨子能清除水稻老葉、枯葉以及菌核菌絲等,通過(guò)促進(jìn)群體通風(fēng)透光,改良土壤通氣性能,改善水稻生長(zhǎng)環(huán)境達(dá)到改良稻米品質(zhì)的效果,這與王強(qiáng)盛等[37]的研究結(jié)果相似。同時(shí),水稻混作養(yǎng)鴨模式的直鏈淀粉含量和膠稠度在品質(zhì)較好的范圍內(nèi)均較高,其原因可能與混作時(shí)兩水稻品種對(duì)養(yǎng)分的吸收較為均衡和互補(bǔ),因而有利于稻米品質(zhì)的改良。根據(jù)稻米品質(zhì)中的直鏈淀粉含量與土壤理化性狀的相關(guān)性分析的結(jié)果得知,稻米中直鏈淀粉含量與田間土壤有機(jī)質(zhì)、全氮、堿解氮和速效鉀含量呈負(fù)相關(guān)。直鏈淀粉含量的變化與自身遺傳和多種環(huán)境因素有關(guān),如播期、種植密度、田間水分以及肥料等。

根據(jù)上述結(jié)果分析得知,水稻混作養(yǎng)鴨可以提高田間土壤有機(jī)質(zhì)、全氮和堿解氮的含量,同時(shí)降低了稻米的直鏈淀粉含量,從而進(jìn)一步改善了稻米的食味品質(zhì)。綜合而言,水稻混作養(yǎng)鴨可生產(chǎn)較好的生態(tài)效應(yīng)與經(jīng)濟(jì)效益(提高稻米品質(zhì)而增值),故可開(kāi)展一定范圍的示范與推廣應(yīng)用。

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Effect of rice varieties mixed-cropping with duck raising on nutrient dynamics in paddy soils*

LI Meijuan1,ZHOU Nian1,ZHANG Jia’en1,2,3**,XIANG Huimin1,LIANG Kaiming4
(1.College of Nature Resources and Environment,South China Agriculture University,Guangzhou 510642,China; 2.Guangdong Provincial Engineering Technology Research Center of Modern Eco-agriculture and Circular Agriculture,Guangzhou 510642,China; 3.Key Laboratory of Tropical Agro-Environment,Ministry of Agriculture,Guangzhou 510642,China; 4.Rice Research Institute of Guangdong Academy of Agricultural Sciences,Guangzhou 510640,China)

Rice-duck farming systems with different varieties of rice mixed-cropping could produce excellent ecologicaleffects.However,it is for now largely unclear whether the synergy of the two farming systems (rice-duck farming and rice varieties mixed-cropping) could improve ecological conditions and production efficiency to have “1+1＞2” effect when concurrently implemented.Because of large-scale rice monoculture with high application of pesticides and fertilizers,food and eco-environment security has increasingly worsened.To meet the demands for diverse taste and high-quality organic rice,and to further explore the feasibility of biodiversity model in different rice varieties mixed-cropping systems and duck-rice mixed-farming,an innovative double rice varieties mixed-cropping along with duck raising was set up and studied.To test the effects of the farming system on soil nutrient dynamics and rice quality,six different treatments were set up—including‘Shengbasimiao’ rice variety mono-cropping with conventional farming practice (SC),‘Shengbasimiao’ rice variety mono-cropping with duck raising (SD),‘Shengbasimiao’ rice variety mono-cropping (CK1),mixed-cropping of rice varieties of ‘Shengbasimiao’ and ‘Huajingxian 74’ with conventional farming practice (MC),combined rice varieties of‘Shengbasimiao’ and ‘Huajingxian 74’ mixed-cropping and duck raising (MD),and rice varieties of ‘Shengbasimiao’ and‘Huajingxian 74’ mixed-cropping (CK2).After early and late rice planting in the first year,organic matter content of paddy soils under treatment MD was significantly higher than that under the other treatments.Although soil total nitrogen content in early rice planting under treatment MD was significantly lower than that under treatment MC,it was significantly higher than that under other treatments.After early and late rice planting,it was noted that soil alkali-hydrolyzable nitrogen content under treatment MD was significantly increased compared with that under the other treatments.The content of soil available phosphorus under CK1 was the highest among all the treatments.Generally,the average content of soil available phosphorus under rice varieties mixed-cropping systems was higher than that under rice variety mono-cropping systems.After rice cropping for one year,the contents of soil total potassium and available potassium under treatment MD were higher than those under the other treatments.Rice brown rate,milled rice rate,amylase content and gel consistency under MD were higher than those under the other treatments.However,the rate of chalky rice under MD was lower than that under the other treatments.In conclusion,the integrated farming systems of rice varieties mixed-cropping and duck raising improved soil nutrient and rice quality.This successfully tried a new farming system that ensured ecological health,and high-quality and high-yield rice production.

Integrated rice-duck farming; Rice varieties mixed-cropping; Soil nutrient dynamics; Rice grain quality

S31

: A

: 1671-3990(2017)02-0211-10

10.13930/j.cnki.cjea.160484

李妹娟,周念,章家恩,向慧敏,梁開(kāi)明.不同水稻品種混作養(yǎng)鴨對(duì)土壤養(yǎng)分動(dòng)態(tài)的影響[J].中國(guó)生態(tài)農(nóng)業(yè)學(xué)報(bào),2017,25(2): 211-220

Li M J,Zhou N,Zhang J E,Xiang H M,Liang K M.Effect of rice varieties mixed-cropping with duck raising on nutrient dynamics in paddy soils[J].Chinese Journal of Eco-Agriculture,2017,25(2): 211-220

* 廣東省科技計(jì)劃項(xiàng)目(2015B090903077,2016A020210094)、廣州市科技計(jì)劃項(xiàng)目(201604020062)和廣東省現(xiàn)代農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)建設(shè)項(xiàng)目(2016LM1100)資助

** 通訊作者: 章家恩,主要研究方向?yàn)檗r(nóng)業(yè)生態(tài)學(xué)、入侵生態(tài)學(xué)與土壤生態(tài)學(xué)等方面的研究。E-mail: jeanzh@scau.edu.cn

李妹娟,主要研究方向?yàn)檗r(nóng)業(yè)生態(tài)學(xué)與土壤生態(tài)學(xué)等方面。E-mail: limeijuan028@163.com

2016-05-28 接受日期: 2016-11-23

* Founded by the Science and Technology Project of Guangdong Province (2015B090903077,2016A020210094),the Science and Technology Project of Guangzhou (201604020062),and the Innovation Team Construction Project of Modern Agricultural Industry Technology System in Guangdong Province (2016LM1100)

** Corresponding author,E-mail: jeanzh@scau.edu.cn

Received May 28,2016; accepted Nov.23,2016