梁玉剛, 陳奕沙, 陳 璐, 馬微微, 孟祥杰, 黃 璜**, 余政軍**

壟作稻-魚-雞共生對(duì)水稻莖稈倒伏、穗部性狀及產(chǎn)量的影響*

梁玉剛1,2, 陳奕沙3, 陳 璐1, 馬微微1, 孟祥杰1, 黃 璜1,2**, 余政軍1,2**

(1. 湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院 長(zhǎng)沙 410128; 2. 農(nóng)業(yè)農(nóng)村部華中地區(qū)作物栽培科學(xué)觀測(cè)試驗(yàn)站/湖南省稻田生態(tài)種養(yǎng)工程技術(shù)研究中心 長(zhǎng)沙 410128; 3. 湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)經(jīng)濟(jì)學(xué)院 長(zhǎng)沙 410128)

為了探究水稻壟作栽培和稻-魚-雞共生模式的結(jié)合對(duì)水稻莖稈倒伏、穗部性狀及產(chǎn)量的影響, 本文通過設(shè)計(jì)常規(guī)水稻壟作栽培(CK)、水稻壟作養(yǎng)魚(RF)、水稻壟作養(yǎng)雞(RC)和水稻壟作養(yǎng)雞養(yǎng)魚(RFC)的田間對(duì)比試驗(yàn), 研究壟作稻-魚-雞共生模式下水稻莖稈倒伏、穗部性狀和實(shí)際產(chǎn)量的變化。結(jié)果表明: 2年中4個(gè)處理的水稻株高、株鮮重、重心高度和節(jié)間長(zhǎng)的均值整體無(wú)顯著性差異。與CK處理相比, RFC和RC處理水稻莖稈節(jié)間外徑、節(jié)間壁厚、穗長(zhǎng)和穗鮮重雖呈增加趨勢(shì), 但均值整體也無(wú)顯著性差異; 水稻產(chǎn)量也保持穩(wěn)定。RF處理水稻莖稈節(jié)間外徑、壁厚、穗長(zhǎng)和穗鮮重均呈降低趨勢(shì), 且2019年穗鮮重達(dá)顯著降低(<0.05); 水稻產(chǎn)量2年平均降低為29.98% (<0.05), 其余均值整體無(wú)顯著性差異。2年中RFC和RC較CK處理水稻節(jié)間莖稈抗折力平均增加19.69%和8.10%, 且2年中RFC的第4和第5節(jié)間莖稈抗折力顯著增加(<0.05); 而RF處理莖稈抗彎截面模量和抗折力整體均呈降低趨勢(shì), 但均值整體變化不顯著。RFC和RC較CK處理水稻莖稈節(jié)間最大應(yīng)力均值降低為17.85%和15.08%, 倒伏指數(shù)均值降低為4.35%和4.26%, 但未達(dá)顯著水平; RF處理莖稈節(jié)間倒伏指數(shù)平均增加11.47%, 且2018年第3和2019年第2~5節(jié)間均達(dá)顯著性差異(<0.05)。綜上所述, 壟作稻-魚-雞共生和壟作稻-雞共生模式能夠提高水稻穗長(zhǎng)和穗鮮重, 穩(wěn)定水稻產(chǎn)量, 增加水稻莖稈節(jié)間外徑和壁厚, 提高莖稈抗折力和抗彎截面模量, 降低莖稈最大應(yīng)力和倒伏指數(shù), 從而具有一定的壯稈效應(yīng)和抗倒伏能力。

壟作栽培; 稻-魚-雞共生; 莖稈外徑; 莖稈抗折力; 倒伏指數(shù); 穗長(zhǎng)

我國(guó)水稻()常年種植面積約0.3億hm2, 總產(chǎn)量約占全國(guó)糧食總產(chǎn)量的40%, 約有65%的人口以稻米為主食, 保持水稻穩(wěn)產(chǎn)與增產(chǎn)對(duì)國(guó)家糧食安全與社會(huì)穩(wěn)定具有重要意義[1]。長(zhǎng)江中下游是稻作生產(chǎn)的主產(chǎn)區(qū), 近年水稻生育后期經(jīng)常受短時(shí)暴風(fēng)雨、雷陣雨等強(qiáng)對(duì)流天氣及臺(tái)風(fēng)等不利氣象條件的影響, 常致使水稻發(fā)生倒伏。水稻發(fā)生倒伏后嚴(yán)重影響籽粒灌漿和產(chǎn)量的提高, 已成為制約水稻穩(wěn)產(chǎn)或高產(chǎn)的重要因素之一[2-3]。水稻倒伏除與品種自身有關(guān)外, 還受栽培措施、水肥運(yùn)籌等的影響[4-5], 可分為根倒伏和莖倒伏, 其中移栽水稻多以莖倒伏為主[6], 并且多發(fā)生于水稻齊穗15 d后, 莖稈發(fā)生倒伏的位置一般發(fā)生在莖稈基部第2節(jié)間和第3節(jié)間[7-8]。水稻倒伏使得自然直立的莖稈傾斜甚至倒地匍匐, 呈疊壓狀態(tài), 植株群體結(jié)構(gòu)遭到破壞, 群體通風(fēng)透光條件變差, 加之稻田含水量高、空氣濕度大, 與地面接觸的葉片嚴(yán)重枯黃腐爛, 致使功能葉片有效光截獲面積急劇降低, 大大降低葉片的光合效率[9], 使得干物質(zhì)合成與轉(zhuǎn)運(yùn)受到影響, 籽粒飽實(shí)度降低, 同時(shí)也降低了水稻產(chǎn)量和品質(zhì), 并且收獲成本增加[10-11]。已有研究證實(shí), 水稻倒伏與植株高度、重心高度、莖稈基部節(jié)間長(zhǎng)度、節(jié)間外徑、節(jié)間壁厚、節(jié)間質(zhì)量等莖稈形態(tài)特征以及抗折力、彈性模量、彎曲力矩、抗彎剛度等力學(xué)性狀密切相關(guān)[12-13]。郭玉華等[14]研究表明, 水稻莖稈強(qiáng)度與倒伏呈顯著正相關(guān)關(guān)系, 莖稈強(qiáng)度的提高有利于降低植株倒伏。郭保衛(wèi)等[15]也認(rèn)為水稻莖稈基部節(jié)間粗壯、莖稈充實(shí)好、莖壁厚度大, 能增強(qiáng)超級(jí)粳稻抗倒伏能力。章秀福等[16]研究表明, 壟作栽培水稻株高矮于平作, 莖基部較為粗壯, 群體結(jié)構(gòu)好, 植株抗倒伏性強(qiáng)。因此, 選擇合理的栽培方式和管理措施, 不僅利于水稻產(chǎn)量的增加, 而且能夠改善莖稈形態(tài)特征, 提高莖稈強(qiáng)度, 增加抗折力, 降低植株發(fā)生倒伏的風(fēng)險(xiǎn)[17]。

目前, 有關(guān)水稻植株莖稈性狀和抗倒伏能力的研究, 主要集中在栽培方式、種植密度、肥料用量與種類和水分管理模式等方面[13-15,18-19], 而關(guān)于稻田綜合種養(yǎng)模式下水稻植株抗倒伏能力的相關(guān)研究, 多見報(bào)道于稻-鴨共育模式方面[20-21], 稻-鴨共育在水稻幼穗形成期、抽穗期和黃熟期的莖稈折斷力較對(duì)照分別提高 13.65%、33.51%和36.09%, 倒伏指數(shù)分別降低4.86%、5.42%和8.16%, 表明稻田養(yǎng)鴨的水稻抗倒伏能力得到提高[20]。壟作栽培作為我國(guó)農(nóng)業(yè)耕作上的兩大體系之一, 現(xiàn)已廣泛應(yīng)用于多種農(nóng)作物的生產(chǎn), 如小麥()、玉米()、馬鈴薯()、水稻、大豆()、油菜()等, 并獲得了較好的增產(chǎn)效果。眾多學(xué)者研究表明, 壟作栽培技術(shù)優(yōu)勢(shì)主要表現(xiàn)在: 培肥土壤、提高肥料利用率、增溫保濕、提高水分利用率、利于碳匯形成、提高光合能力、土水環(huán)境改善, 促進(jìn)作物生長(zhǎng), 莖基部較為粗壯, 增強(qiáng)了植株抗倒伏性能力, 利于作物穩(wěn)產(chǎn)及增產(chǎn)[17]。

已有研究證實(shí), 壟作稻-魚-雞共生模式作為一種新型的種養(yǎng)模式, 其優(yōu)勢(shì)主要表現(xiàn)為可將水稻移栽于壟兩側(cè), 壟溝蓄水且保持一定水位, 保持壟肩區(qū)域濕潤(rùn)無(wú)水狀態(tài), 為雞和魚的生長(zhǎng)開辟空間, 雞在壟肩捕食與活動(dòng), 能夠?qū)⑻镩g病蟲草害控制在較低的發(fā)生率, 在不施或少施農(nóng)藥的情況下穩(wěn)定水稻產(chǎn)量[22]。通過雞和魚排泄的糞便能夠直接還田, 顯著提高土壤有機(jī)質(zhì)、全量養(yǎng)分和速效養(yǎng)分的含量, 降低土壤容重, 增加土壤孔隙度, 進(jìn)而促進(jìn)水稻分蘗和地上部生物量的積累, 有利于水稻產(chǎn)量的形成, 同時(shí)產(chǎn)出的優(yōu)質(zhì)稻谷、雞和魚可顯著增加稻田的經(jīng)濟(jì)效益, 稻田效益可達(dá)30 340.88~39 318.62元?hm?2[23], 最終能夠?qū)崿F(xiàn)“一水多用, 一田多收”。但是有關(guān)水稻壟作栽培和稻-魚-雞共生結(jié)合下植株的莖稈倒伏和穗部特征, 尚少見報(bào)道。為此, 本研究通過開展常規(guī)水稻壟作栽培、壟作稻-魚-雞共生、壟作稻-雞共生和壟作稻-魚共生的田間對(duì)比試驗(yàn), 調(diào)查水稻齊穗15 d的株高、重心高度、節(jié)間長(zhǎng)、外徑、壁厚、穗長(zhǎng)、抗折力和實(shí)際產(chǎn)量等相關(guān)指標(biāo), 分析壟作稻-魚-雞共生對(duì)水稻莖稈倒伏、穗部性狀及產(chǎn)量的變化規(guī)律, 旨在探討壟作稻-魚-雞共生下植株抗倒伏能力的相關(guān)機(jī)理, 從而為水稻壟作栽培下開展養(yǎng)殖提供一定理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

試驗(yàn)分別于2018年和2019年的5—10月在湖南省長(zhǎng)沙縣路口鎮(zhèn)明月村(28°40′38N, 113°29′48E)科研示范基地進(jìn)行。該地區(qū)屬于亞熱帶季風(fēng)濕潤(rùn)氣候, 雨水充沛, 無(wú)霜期長(zhǎng), 土壤相對(duì)肥沃。水稻品種為‘農(nóng)香32’, 由湖南省農(nóng)業(yè)科學(xué)院水稻研究所選育; 魚的為工程鯽魚, 雞為湖南本地麻雞?；?fù)合肥料養(yǎng)分含量(N∶P2O5∶K2O=15∶15∶15, 總養(yǎng)分≥45%); 追施尿素養(yǎng)分含量(總氮含量≥46.40%)。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)設(shè)常規(guī)水稻壟作栽培(CK)、水稻壟作養(yǎng)魚(RF)、水稻壟作養(yǎng)雞(RC)和水稻壟作養(yǎng)雞養(yǎng)魚(RFC) 4個(gè)處理, 3次重復(fù), 共12個(gè)小區(qū), 小區(qū)面積120 m2。水稻移栽前, 4個(gè)處理均采用起壟機(jī)起壟, 于起壟前基施復(fù)合肥料720 kg?hm?2。起壟前1 d, 稻田灌水, 水層保持2 cm左右。起壟規(guī)格為: 壟肩與壟肩之間的距離120 cm左右, 兩個(gè)壟底間寬20 cm左右, 壟高45 cm, 壟底寬100 cm左右。水稻移栽于壟溝兩側(cè)(壟溝一側(cè)肩上和中部各1行), 并保持株距為25 cm, 坡行距為20 cm, 每穴4株(圖1)。CK處理采用化學(xué)除草劑控制田間雜草, RF、RC和RFC處理均不噴施除草劑。CK處理除草劑噴施48 h后, 小區(qū)灌水(以不淹沒水稻心葉為宜), 同時(shí)10 d內(nèi)嚴(yán)防各小區(qū)串水。投放雞魚前7 d, 每小區(qū)追施尿素, 尿素用量為155 kg?hm?2。水稻整個(gè)生育期內(nèi), 肥料總用量為純N 180 kg?hm?2、P2O5108 kg?hm?2和K2O 108 kg?hm?2。水稻投放魚苗前, 溝中水位保持在15~20 cm左右; 投放魚苗后, 溝中水位整體保持在30 cm以上, 結(jié)合水稻分蘗實(shí)際情況適當(dāng)增減水位; 曬田及水稻收獲前7 d溝中水位保持在10 cm左右。水稻插秧15 d后, RFC和RF處理投放5~8 cm長(zhǎng)的鯽魚6000尾?hm?2, 配養(yǎng)草魚600尾?hm?2。RFC和RC處理投放30日齡個(gè)體重350 g左右的幼雞900只?hm?2。用尼龍網(wǎng)和竹竿圍住所有養(yǎng)雞和養(yǎng)魚處理, 且選取小區(qū)合理位置搭設(shè)雞棚以供雞休息和投喂食料。采取人工輔助喂食等方法引導(dǎo)雞在田中均勻作業(yè), 每天觀察雞、魚活動(dòng)情況以及檢查田間設(shè)施, 嚴(yán)防天敵的傷害和雞魚外逃。水稻收獲前將雞收回, 稻雞、稻魚共育時(shí)間約80 d左右。

1.3 測(cè)定項(xiàng)目與方法

2018年和2019年均于水稻齊穗15 d, 每個(gè)小區(qū)中隨機(jī)選取3蔸, 用取樣鏟挖出, 并保留部分泥巴和根系, 運(yùn)回室內(nèi)過程中保持水稻原有形態(tài)。每蔸取3個(gè)主莖, 剪掉根部, 用于莖稈形態(tài)特征相關(guān)指標(biāo)的測(cè)定。

1.3.1 莖稈形態(tài)性狀

1)水稻株高和重心高度: 用剪刀以齊泥的位置將水稻莖基部剪斷, 用卷尺測(cè)量株高(水稻基部至葉或穗的頂端); 株高測(cè)量后, 將其放于刀刃上尋找平衡點(diǎn), 量取水稻莖基部至平衡點(diǎn)的位置即為重心高度。

2)水稻基部節(jié)間長(zhǎng)度、節(jié)間外徑、莖壁厚度、節(jié)間鮮重: 去除水稻葉片, 用剪刀將水稻莖稈各節(jié)點(diǎn)剪斷, 由水稻基部向上, 將基部第1伸長(zhǎng)節(jié)間稱為第1節(jié)間(N1), 再向上依次分別為第2節(jié)間(N2)、第3節(jié)間(N3)、第4節(jié)間(N4)和第5節(jié)間(N5)。測(cè)定各節(jié)間抗折力后, 用塑料直尺測(cè)量各節(jié)間長(zhǎng)度和穗長(zhǎng); 同時(shí)使用電子游標(biāo)卡尺(可自動(dòng)顯數(shù))測(cè)定莖稈的長(zhǎng)軸外徑和短軸外徑(帶葉鞘), 取其平均值作為節(jié)間外徑; 測(cè)定長(zhǎng)軸和短軸與莖壁4個(gè)交點(diǎn)處的厚度, 取平均值作為節(jié)間壁厚; 莖稈節(jié)間內(nèi)徑為節(jié)間外徑與節(jié)間壁厚的差值; 測(cè)定完成后測(cè)量各個(gè)節(jié)間長(zhǎng)度和鮮重, 以各節(jié)間鮮重和穗鮮重之和為株鮮重。

1.3.2 抗倒伏力性狀

1)水稻基部節(jié)間抗折力: 調(diào)整莖稈強(qiáng)度測(cè)定儀(型號(hào): YYD-1A)的標(biāo)尺, 標(biāo)尺相距4 cm, 將剪斷后的各節(jié)間平衡放于莖稈強(qiáng)度測(cè)定儀上, 測(cè)定莖稈節(jié)間抗折力(BR)。

2)彎曲力矩(BM, N?cm):

BM=節(jié)間基部至穗頂長(zhǎng)度(cm)×該節(jié)間基部至穗頂鮮質(zhì)量(g)×0.001×9.8 (1)

3)抗彎截面模量(t, cm3):

t=π×3/32×(1?4) (2)

式中:(cm)為水稻基部節(jié)間外徑;為莖稈內(nèi)徑與外徑的比值, 與莖稈外徑和莖稈壁厚有關(guān)。

4)斷面所受最大應(yīng)力(max, N?cm?2):

max=BM/t(3)

式中: BM為風(fēng)力和重力荷載下的彎矩, 與風(fēng)速、株高、鮮重等有關(guān)。

5)倒伏指數(shù)(LI):

LI=BM/BR×100 (4)

1.4 數(shù)據(jù)分析

采用Microsoft Excel 2007整理數(shù)據(jù)和繪圖, SPSS 22.0軟件進(jìn)行方差分析, LSD0.05法進(jìn)行多重比較。

2 結(jié)果與分析

2.1 壟作稻-魚-雞共生對(duì)株高、重心高度和株鮮重的影響

由表1可知, 2年中以RFC處理的水稻株高和株鮮重最大, CK處理的重心高度最大; 4個(gè)處理的株高和重心高度間的差異在2018年和2019年均未達(dá)顯著水平, RFC較其他3個(gè)處理的株鮮重在2018年呈顯著增加(<0.05), 但2019年未達(dá)顯著性差異。

表1 2018年和2019年不同栽培模式對(duì)水稻株高、重心高度和株鮮重的影響

RFC、RC、RF和CK分別表示水稻壟作養(yǎng)雞養(yǎng)魚、水稻壟作養(yǎng)雞、水稻壟作養(yǎng)魚和水稻壟作栽培處理; 同列數(shù)據(jù)后不同小寫字母表示不同處理間在<0.05水平差異顯著。RFC, RC, RF and CK represent ridge cultivation of rice combined with fish and chicken co-culture, ridge cultivation of rice-chicken co-culture, ridge cultivation of rice-fish co-culture and rice ridge cultivation. Different lowercase letters in the same column after data indicate significant differences among different treatments at<0.05 level.

2.2 壟作稻-魚-雞共生對(duì)水稻各級(jí)節(jié)間長(zhǎng)、外徑和壁厚的影響

由表2可知, 2年中4個(gè)處理的水稻各級(jí)節(jié)間長(zhǎng)雖有差異, 但整體未達(dá)顯著性差異。與CK處理相比, 2年中RFC和RC處理水稻各級(jí)節(jié)間莖稈外徑均呈增加趨勢(shì), 其中RFC處理的水稻各節(jié)間莖稈外徑在2018年和2019年的第1、第3和第5節(jié)間莖稈外徑均達(dá)顯著增加(<0.05), 而RC處理整體未達(dá)到顯著性差異; 2年中RF處理水稻第1~3節(jié)間莖稈外徑均值呈顯著降低(<0.05), 第4~5節(jié)呈增加趨勢(shì), 但整體未達(dá)到顯著性差異。與RF處理相比, 2年中RFC水稻第3和第4節(jié)間壁厚均呈顯著增加(<0.05), RC和CK處理第1~5節(jié)間壁厚整體未達(dá)顯著性差異。

表2 2018年和2019年不同栽培模式對(duì)水稻不同節(jié)間莖稈性狀的影響

RFC、RC、RF和CK分別表示水稻壟作養(yǎng)雞養(yǎng)魚、水稻壟作養(yǎng)雞、水稻壟作養(yǎng)魚和水稻壟作栽培處理; 節(jié)間排序?yàn)閺南孪蛏?。?shù)據(jù)后不同小寫字母表示不同處理之間在<0.05水平差異顯著。RFC, RC, RF and CK represent ridge cultivation of rice combined with fish and chicken co-culture, ridge cultivation of rice-chicken co-culture, ridge cultivation of rice-fish co-culture and rice ridge cultivation. The internodes are ranked upward from the base. Different lowercase letters after data indicate significant differences among different treatments at<0.05.

2.3 壟作稻-魚-雞共生對(duì)水稻抗彎截面模量和彎曲力矩的影響

由表3可知, 2年中4個(gè)處理的水稻各級(jí)節(jié)間莖稈內(nèi)徑與外徑比值整體未達(dá)顯著水平。與CK處理相比, 2年中RFC和RC處理水稻各級(jí)節(jié)間莖稈抗彎截面模量均呈增加趨勢(shì); 其中RFC處理在2018年第3~5節(jié)間, 以及2019年第1和第3節(jié)間抗彎截面模量均達(dá)顯著性差異(<0.05); 而RC處理除在2019年第1節(jié)間達(dá)到顯著性差異(<0.05), 其余節(jié)間均未達(dá)顯著水平; 2年中RF處理水稻第1~4節(jié)間莖稈抗彎截面模量的均值呈降低趨勢(shì), 除在2018年第1節(jié)間達(dá)顯著性差異(<0.05), 其余節(jié)間均未達(dá)顯著水平, 第5節(jié)間呈增加趨勢(shì), 但未達(dá)顯著水平。2年中RFC和RC處理水稻各級(jí)節(jié)間莖稈彎曲力矩的均值相對(duì)較高, CK和RF處理相對(duì)較低, 且2018年中RFC處理均顯著高于RC、RF和CK處理(<0.05)。

表3 2018年和2019年不同栽培模式對(duì)水稻不同節(jié)間莖稈內(nèi)外徑比、抗彎截面模量和彎曲力矩的影響

RFC、RC、RF和CK分別表示水稻壟作養(yǎng)雞養(yǎng)魚、水稻壟作養(yǎng)雞、水稻壟作養(yǎng)魚和水稻壟作栽培處理; 節(jié)間排序?yàn)閺南孪蛏稀?shù)據(jù)后不同小寫字母表示不同處理之間在<0.05水平差異顯著。RFC, RC, RF and CK represent ridge cultivation of rice combined with fish and chicken co-culture, ridge cultivation of rice-chicken co-culture, ridge cultivation of rice-fish co-culture and rice ridge cultivation. The internodes are ranked upward from the base. Different lowercase letters after data indicate significant differences among different treatments at<0.05.

2.4 壟作稻-魚-雞共生對(duì)水稻最大應(yīng)力、抗折力和倒伏指數(shù)的影響

由表4可知, 2年中RFC和RC處理水稻各級(jí)節(jié)間莖稈最大應(yīng)力均值較CK處理降低, 且RFC與CK處理在2019年的第3節(jié)間達(dá)到顯著性差異(<0.05), 其余節(jié)間均未達(dá)顯著性水平; 2年中RF處理較CK處理水稻各級(jí)節(jié)間莖稈最大應(yīng)力均呈增加趨勢(shì), 且在2018年第1節(jié)間達(dá)顯著性差異(<0.05), 其余節(jié)間未達(dá)顯著水平。與RF處理相比, 2年中RFC、RC和CK處理水稻各級(jí)節(jié)間莖稈抗折力均值均呈增加趨勢(shì), 其中以RFC處理在2018年和2019年均達(dá)顯著性差異(<0.05), RC處理在2019年和2018年第1節(jié)間達(dá)顯著性差異(<0.05), CK處理除在2019年第2和第3節(jié)間達(dá)顯著性差異(<0.05), 其余節(jié)間均未達(dá)顯著水平。與CK處理相比, 2年中RFC和RC處理水稻各級(jí)節(jié)間莖稈倒伏指數(shù)均呈降低趨勢(shì), 且均未達(dá)顯著水平; 2年中RF處理水稻各級(jí)節(jié)間莖稈倒伏指數(shù)均呈增加趨勢(shì), 其中在2018年第3節(jié)間和2019年第2~5節(jié)間均達(dá)顯著性差異(<0.05)。

2.5 壟作稻-魚-雞共生對(duì)水稻穗長(zhǎng)和穗鮮重的影響

由圖2可知, 與CK處理相比, 2年中RFC、RC和RF處理水稻穗長(zhǎng)分別平均增加6.08%、0.32%和0.09%, 且RFC在2018年和2019年均達(dá)顯著性差異(<0.05), RC和RF處理均未達(dá)顯著水平; 2年中RFC和RC處理水稻平均穗重分別增加11.05% (<0.05)和4.92% (>0.05); 而RF處理平均降低2.39% (>0.05)。2年中RFC和RC處理水稻平均實(shí)際產(chǎn)量較CK處理均差異不顯著, RF較CK處理平均降低達(dá)29.98% (<0.05)。

表4 2018年和2019年不同處理對(duì)水稻不同節(jié)間莖稈最大應(yīng)力、抗折力和倒伏指數(shù)的影響

RFC、RC、RF和CK分別表示水稻壟作養(yǎng)雞養(yǎng)魚、水稻壟作養(yǎng)雞、水稻壟作養(yǎng)魚和水稻壟作栽培處理; 節(jié)間排序?yàn)閺南孪蛏?。?shù)據(jù)后不同小寫字母表示不同處理之間在<0.05水平差異顯著。RFC, RC, RF and CK ridge cultivation of rice combined with fish and chicken co-culture, ridge cultivation of rice-chicken co-culture, ridge cultivation of rice-fish co-culture and rice ridge cultivation. The internodes are ranked upward from the base. Different lowercase letters after data indicate significant differences among different treatments at<0.05.

RFC、RC、RF和CK分別表示水稻壟作養(yǎng)雞養(yǎng)魚、水稻壟作養(yǎng)雞、水稻壟作養(yǎng)魚和水稻壟作栽培處理; 數(shù)據(jù)后不同小寫字母表示不同處理之間在<0.05水平差異顯著。RFC, RC, RF and CK represent ridge cultivation of rice combined with fish and chicken co-culture, ridge cultivation of rice-chicken co-culture, ridge cultivation of rice-fish co-culture and rice ridge cultivation. Different lowercase letters after data indicate significant differences among different treatments at<0.05.

3 討論

3.1 壟作稻-魚-雞共生對(duì)水稻莖稈形態(tài)性狀的影響

移栽稻的倒伏形式多以莖倒伏為主, 使得自然直立的莖稈發(fā)生錯(cuò)位或移位甚至倒地匍匐, 呈疊壓狀態(tài), 致使水稻群體葉片相互覆蓋與遮蔽, 稻田濕度相對(duì)較大, 易引起葉片變黃與腐爛, 光合作用降低[3], 影響光合產(chǎn)物的積累和向籽粒的運(yùn)輸[24], 不但降低水稻產(chǎn)量, 且導(dǎo)致稻米品質(zhì)變劣, 嚴(yán)重影響水稻生產(chǎn)力[25-26]。已有研究表明, 水稻倒伏與植株高度、重心高度、莖稈基部節(jié)間長(zhǎng)度、節(jié)間外徑、節(jié)間壁厚、節(jié)間質(zhì)量等莖稈形態(tài)性狀均密切相關(guān)[27-29]。本研究發(fā)現(xiàn), 與水稻壟作(CK)相比, 2年中水稻壟作養(yǎng)雞養(yǎng)魚(RFC)和水稻壟作養(yǎng)雞(RC)的水稻平均株高、重心高度、節(jié)間長(zhǎng)度無(wú)明顯差異, 而莖稈節(jié)間外徑、壁厚、穗長(zhǎng)、穗鮮重均呈增加趨勢(shì), 其中以節(jié)間外徑和壁厚增幅較大。一方面可能是水稻、雞和魚在田間共作期間, 雞和魚排泄的糞便能夠直接還田, 糞便結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單且含有豐富的碳、氮等營(yíng)養(yǎng)物質(zhì), 易被土壤微生物分解[30], 對(duì)土壤結(jié)構(gòu)和肥力起到調(diào)控、緩沖和促進(jìn)作用, 且通過改善土壤孔隙, 增加土壤溶液滯留時(shí)間, 減少土壤養(yǎng)分的流失[23], 加上飼養(yǎng)動(dòng)物在稻田捕食、穿梭等活動(dòng), 對(duì)水稻中下部莖稈和葉片能夠起到舒展和透風(fēng)透光的作用, 有利于水稻群體通風(fēng)透光和田間小氣候環(huán)境的改善, 進(jìn)而為水稻莖稈形態(tài)特征的改善起促進(jìn)作用[21]; 另一方面是平整的稻田改成壟和壟溝后, 增加了土壤表面積和作物的生長(zhǎng)空間[31], 為了便于雞的活動(dòng), 壟肩區(qū)域保持濕潤(rùn)無(wú)水狀態(tài), 利于水、肥、氣、熱等環(huán)境因子的協(xié)同, 土壤結(jié)構(gòu)和肥力均得到改善[32]; 同時(shí)壟肩區(qū)域保持干濕交替, 土壤處于還原、氧化交替變化過程, 有利于提高根系的碳氮代謝和養(yǎng)分吸收利用, 促進(jìn)強(qiáng)健根系形態(tài)的建成[33], 最終利于水稻生長(zhǎng)發(fā)育和莖稈形態(tài)特征的改善[16]。2年中水稻壟作養(yǎng)魚(RF)處理水稻莖稈外徑和壁厚出現(xiàn)降低趨勢(shì), 此種現(xiàn)象的發(fā)生主要是稻魚共生模式起壟完成后, 為了保障魚的活動(dòng)空間, 壟溝移栽的水稻在壟肩下部且呈梯度, 使得壟肩區(qū)域無(wú)法覆蓋灌溉水, 而壟肩保持濕潤(rùn)狀態(tài), 加上肥料基施和水稻前期因秧苗小無(wú)法封行, 此時(shí)雜草個(gè)體生長(zhǎng)空間相對(duì)較大, 利于雜草出土和生長(zhǎng), 因而雜草種類較多、密度高且危害較重[34]; 同時(shí)壟肩區(qū)域無(wú)法形成有效灌溉水, 致使田間投放的魚無(wú)法形成一定的控草效果, 最終導(dǎo)致壟作稻-魚共生模式出現(xiàn)草害。草害的發(fā)生嚴(yán)重影響水稻正常的生長(zhǎng)發(fā)育, 導(dǎo)致水稻莖稈形態(tài)、抗倒伏能力、穗部性狀和產(chǎn)量受到不同程度的影響。

3.2 壟作稻-魚-雞共生對(duì)水稻莖稈倒伏性狀的影響

影響水稻莖桿抗倒性能的因素有很多, 莖稈外徑和壁厚作為影響莖稈抗倒性能的主要因素之一, 決定著莖稈的截面形狀、截面積和抗折力的大小, 通常來(lái)說水稻莖稈的外徑和壁厚越大, 內(nèi)徑就越小, 其抗折力和抗倒伏性能就越好[35]。倒伏指數(shù)是衡量莖稈抗倒伏性能的重要參數(shù), 其大小由莖桿彎曲力矩和莖稈抗折力共同決定, 其中彎曲強(qiáng)度是指莖稈彎曲直至破裂或達(dá)到最大彎矩的最直觀的物理參數(shù),抗折力是衡量莖稈機(jī)械強(qiáng)度的重要指標(biāo), 一定程度可以反映水稻抵抗外力的強(qiáng)度和倒伏性能。水稻莖稈外徑和壁厚的增加, 可增大莖稈基部的抗彎截面模量, 增強(qiáng)倒伏能力。本研究發(fā)現(xiàn), 2年中RFC和RC較CK處理水稻各級(jí)節(jié)間莖稈抗彎截面模量均呈增加趨勢(shì), 水稻各級(jí)莖稈抗折力均值也呈增加趨勢(shì), 從而使得水稻各級(jí)節(jié)間莖稈倒伏指數(shù)呈降低趨勢(shì)。2年中RF較CK處理水稻各級(jí)節(jié)間莖稈抗彎截面模量和抗折力均呈降低趨勢(shì), 使得倒伏指數(shù)增加11.47%,與前人研究稻-鴨共育所得的結(jié)果較為一致[20-21]。姜照偉等[36]和楊世民等[37]研究均表明, 倒3和倒4節(jié)間是水稻最容易倒伏的部位, 并且倒伏指數(shù)200為倒伏發(fā)生的臨界值, 倒伏指數(shù)大于200時(shí)田間植株易發(fā)生倒伏。本研究發(fā)現(xiàn)4個(gè)處理水稻各級(jí)節(jié)間倒數(shù)指數(shù)均低于200, 尤其是RFC和RC處理水稻第1~4節(jié)間在2018年和2019年的倒伏指數(shù)均未超過120, 增強(qiáng)了水稻抗倒伏性能。

3.3 壟作稻-魚-雞共生對(duì)水稻穗部性狀和產(chǎn)量的影響

通常來(lái)說, 水稻齊穗后, 植株合成的有機(jī)物質(zhì)源源不斷向籽粒轉(zhuǎn)運(yùn), 使得穗鮮重明顯增加, 穗重心下降, 同時(shí)穗長(zhǎng)增加, 這些均加大了穗部的彎曲程度, 植株重心增高, 增加了莖稈倒伏風(fēng)險(xiǎn)。本研究發(fā)現(xiàn), 2年中RFC、RC和CK處理較RF處理水稻平均穗長(zhǎng)和穗重均呈增加趨勢(shì), 但倒伏指數(shù)并未增加, 表明控制住田間雜草, 水稻株高和重心高度無(wú)明顯差異下, 增加水稻莖稈外徑和壁厚, 有利于提高莖稈的抗折力和抗彎截面模量, 使得水稻壟作栽培、壟作稻-雞共生和壟作稻-魚-雞共生水稻產(chǎn)量提高的同時(shí), 降低水稻發(fā)生倒伏的風(fēng)險(xiǎn)。RF處理雖受壟肩區(qū)域田間雜草的脅迫, 導(dǎo)致水稻減產(chǎn), 一定程度影響經(jīng)濟(jì)效益, 但水稻壟作栽培模式下開展養(yǎng)魚, 通過魚在壟溝取食、穿梭等活動(dòng), 也可對(duì)壟溝水位以下田間雜草和蟲害起到防控作用, 另外魚排泄的糞便可直接還田, 對(duì)土壤結(jié)構(gòu)和肥力起到促進(jìn)作用。同時(shí)將水稻種植和魚養(yǎng)殖置于相同的時(shí)空內(nèi), 可充分利用土地、灌溉用水等資源, 降低化肥和農(nóng)藥投入量, 產(chǎn)出優(yōu)質(zhì)的農(nóng)產(chǎn)品, 增加經(jīng)濟(jì)效益。因此, 實(shí)際生產(chǎn)應(yīng)用中, 為穩(wěn)定水稻產(chǎn)量及進(jìn)一步提高稻作生產(chǎn)的經(jīng)濟(jì)效益, 壟作稻-魚共生模式應(yīng)結(jié)合合理的耕作制度、水肥管理等措施綜合治理雜草。

4 結(jié)論

壟作稻-魚-雞共生作為一種新型的稻田綜合種養(yǎng)模式, 實(shí)現(xiàn)了壟與壟溝兩側(cè)種植水稻, 壟肩養(yǎng)雞和壟溝養(yǎng)魚, 達(dá)到了“一水兩用, 一田多收”的目的。本文通過對(duì)水稻莖稈倒伏、穗部性狀及產(chǎn)量的研究發(fā)現(xiàn), 壟作稻-魚-雞共生和壟作稻-雞共生模式的水稻莖稈外徑、壁厚、抗折力和抗彎截面模量整體均高于常規(guī)水稻壟作栽培, 在水稻株高、株鮮重、重心高度和節(jié)間長(zhǎng)度無(wú)明顯差異外, 使得水稻莖稈最大應(yīng)力和倒伏指數(shù)均呈降低趨勢(shì), 并且增加了水稻穗長(zhǎng)和穗重, 穩(wěn)定水稻產(chǎn)量; 壟作稻-魚共生模式中除水稻株高、株鮮重、重心高度和節(jié)間長(zhǎng)度較常規(guī)水稻壟作栽培無(wú)明顯差異外, 水稻莖稈外徑、壁厚、抗折力、抗彎截面模量和產(chǎn)量均呈降低趨勢(shì), 莖稈最大應(yīng)力和倒伏指數(shù)均呈增加趨勢(shì), 增加了水稻倒伏的風(fēng)險(xiǎn)。

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Effect of rice-fish-chicken ridge cultivation on stem lodging resistance, panicle traits, and yield of rice*

LIANG Yugang1,2, CHEN Yisha3, CHEN Lu1, MA Weiwei1, MENG Xiangjie1, HUANG Huang1,2**, YU Zhengjun1,2**

(1. College of Agronomy, Hunan Agricultural University, Changsha 410128, China; 2. Observation Station of Crop Cultivation Science in Central China, Ministry of Agriculture and Rural Affairs / Hunan Rice Field Ecological Breeding Engineering Technology Research Center, Changsha 410128, China; 3. College of Economics, Hunan Agricultural University, Changsha 410128, China)

Based on previous studies of ridge cultivation, rice-fish co-culture, and rice-chicken co-culture, we proposed an integrated technology of ridge cultivation of rice combined with fish and chicken co-culture (RFC), and observed its’ obvious yield and economic benefits. The objective of this study was to determine the effects of RFC on stem lodging resistance, panicle traits, and grain yield in rice. Field experiments were conducted in 2018 and 2019 to compare the stem lodging resistance characteristics, panicle traits, and rice yield when grown under conventional ridge cultivation (CK), ridge cultivation of rice-fish co-culture (RF), ridge cultivation of rice-chicken co-culture (RC), and RFC. The results showed that the height, fresh weight, gravity center height, and internode length of rice plants differed among the treatments in both years, but the differences were not significant. RFC and RC had higher internode outer diameters and wall thicknesses, panicle lengths, and panicle fresh weights than CK, but the differences were not significant. RFC and RC produced similar rice yields as CK. RF had a lower internode outer diameter and wall thickness, panicle length, and panicle fresh weight than CK, but the differences were not significant except for the panicle fresh weight in 2019 (<0.05). RF produced a significantly higher grain yield than CK in both years (<0.05), with an average increase of 29.98%. RFC and RC had higher average stem-breaking resistances than CK by 19.69% and 8.10% in 2018 and 2019, respectively. In particular, the difference in stem-breaking resistance between RFC and CK was significant for the fourth and fifth internodes (<0.05). RF had a smaller stem cross-section modulus and lower stem-breaking resistance than CK, but the differences were not significant. RFC and RC had lower average maximum bending stress by 17.85% and 15.08%, respectively, and a lower average lodging index by 4.35% and 4.26%, respectively, than CK in 2018 and 2019, respectively, but the differences were not significant. RF had a higher average internode lodging index than CK by 11.47%, and the differences were significant for the third internode in 2018 and the second to the fifth internodes in 2019. In conclusion, RFC and RC increased the panicle length and panicle fresh weight of rice plants, stabilized the rice yield, increased the stem internode diameter and wall thickness, enhanced the stem-breaking resistance and cross-section modulus, and reduced the stem maximum bending stress and lodging index. Our study suggests that RFC and RC are preferable for developing strong stems and improving rice lodging resistance.

Ridge cultivation; Rice-fish-chicken co-cultivation; Stalk outer diameter; Stalk breaking-resistance strength; Lodging index; Ear length

10.13930/j.cnki.cjea.200438

梁玉剛, 陳奕沙, 陳璐, 馬微微, 孟祥杰, 黃璜, 余政軍. 壟作稻-魚-雞共生對(duì)水稻莖稈倒伏、穗部性狀及產(chǎn)量的影響[J]. 中國(guó)生態(tài)農(nóng)業(yè)學(xué)報(bào)(中英文), 2021, 29(2): 379-388

LIANG Y G, CHEN Y S, CHEN L, MA W W, MENG X J, HUANG H,YU Z J. Effect of rice-fish-chicken ridge cultivation on stem lodging resistance, panicle traits, and yield of rice[J]. Chinese Journal of Eco-Agriculture, 2021, 29(2): 379-388

S27

* 湘北水稻生態(tài)優(yōu)質(zhì)技術(shù)集成與示范(2018YFD0301003)和湖南省教育廳科學(xué)研究項(xiàng)目(18C0132)資助

黃璜, 主要研究方向?yàn)檗r(nóng)業(yè)生態(tài)信息, E-mail: hh863@126.com; 余政軍, 主要研究方向?yàn)樗靖弋a(chǎn)高效生態(tài)栽培理論與技術(shù)研究, E-mail: yuzhengjunkk@163.com

梁玉剛, 主要研究方向?yàn)樗靖弋a(chǎn)高效生態(tài)栽培理論與技術(shù)研究。E-mail: 1563224194@qq.com

2020-06-19

2020-08-24

* This study was supported by the Technology Integration and Demonstration Project of Ecological and High-Quality Rice Production in Northern Hunan (2018YFD0301003) and the Scientific Research Project of Hunan Education Department (18C0132).

HUANG Huang, E-mail: hh863@126.com; YU Zhengjun, E-mail: yuzhengjunkk@163.com

Jun. 19, 2020;

Aug. 24, 2020