白娜玲，呂衛(wèi)光，鄭憲清，李雙喜，何 宇，張娟琴，張海韻，張翰林**

（1.上海市農(nóng)業(yè)科學(xué)院生態(tài)環(huán)境保護(hù)研究所，上海 201403；2.農(nóng)業(yè)農(nóng)村部上海農(nóng)業(yè)環(huán)境與耕地保育科學(xué)觀測(cè)試驗(yàn)站，上海201403；3.上海市農(nóng)業(yè)環(huán)境保護(hù)監(jiān)測(cè)站，上海 201403；4.上海市設(shè)施園藝技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，上海 201403；5.上海海洋大學(xué)海洋生態(tài)與環(huán)境學(xué)院，上海 201306）

農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)是人類(lèi)建立的最大限度產(chǎn)出有效產(chǎn)品的生態(tài)系統(tǒng)，傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)的單一生產(chǎn)模式受諸多自然條件限制，從而導(dǎo)致其生產(chǎn)工藝和經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)化效率不斷降低。農(nóng)牧分離、種養(yǎng)分離，導(dǎo)致原本互補(bǔ)的種植業(yè)和養(yǎng)殖業(yè)均成為環(huán)境污染的罪魁禍?zhǔn)住＾r(nóng)業(yè)面源污染問(wèn)題主要來(lái)源于種植業(yè)大量使用化學(xué)肥料造成氮（N）、磷（P）流失，養(yǎng)殖業(yè)產(chǎn)生并排放大量廢尾水。因此，基于立體農(nóng)業(yè)的種養(yǎng)復(fù)合生產(chǎn)模式逐步發(fā)展起來(lái)，并成為提升農(nóng)業(yè)效應(yīng)和改善生態(tài)環(huán)境的有效途徑[1?2]。

稻田種養(yǎng)模式已在世界范圍內(nèi)得到深入研究和廣泛推廣，主要有稻魚(yú)、稻蝦、稻鴨、稻蟹、稻鱉、稻蛙等，以及在此基礎(chǔ)上衍生的其它復(fù)合生態(tài)種養(yǎng)模式[3]。菜田立體種養(yǎng)模式將原本分離的旱地蔬菜種植、水產(chǎn)動(dòng)物養(yǎng)殖耦合在同一生態(tài)系統(tǒng)中，運(yùn)用現(xiàn)代生態(tài)農(nóng)業(yè)措施，集合發(fā)揮各生產(chǎn)因子優(yōu)勢(shì)，提高養(yǎng)分及資源利用效率，達(dá)到共同促進(jìn)與效益疊加的效果[4]。以往的菜田種養(yǎng)模式主要指水培蔬菜和水產(chǎn)動(dòng)物共生，蔬菜只能吸取水中養(yǎng)分，限制了蔬菜種植的種類(lèi)和生長(zhǎng)需求[5]。而水旱共作的菜田種養(yǎng)復(fù)合系統(tǒng)，擴(kuò)大了作物和水產(chǎn)動(dòng)物選擇范圍，防澇防旱，增產(chǎn)增收，植物?微生物?水產(chǎn)品生態(tài)關(guān)系可實(shí)現(xiàn)生態(tài)循環(huán)農(nóng)業(yè)的創(chuàng)新發(fā)展[6]。

N、P 養(yǎng)分是農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)物質(zhì)循環(huán)的重要組成部分，明確其循環(huán)與平衡特征有利于提高生態(tài)系統(tǒng)生產(chǎn)力與穩(wěn)定性。已有學(xué)者針對(duì)稻田種養(yǎng)復(fù)合模式下的養(yǎng)分循環(huán)與平衡狀況開(kāi)展了大量研究。李成芳等[7]指出，稻鴨、稻魚(yú)共作生態(tài)系統(tǒng)中鴨和魚(yú)的存在使系統(tǒng)N 輸出大于N 輸入，加速了土壤有機(jī)N 營(yíng)養(yǎng)周轉(zhuǎn)，顯著提高了水稻N 的輸出。而佀國(guó)涵等[8]發(fā)現(xiàn)稻蝦共作模式降低了N、P 的輸出/輸入比，促進(jìn)了土壤中N、P 累積，但增加了系統(tǒng)表觀損失量。因此，種養(yǎng)復(fù)合系統(tǒng)的N、P 循環(huán)特征可能與具體模式、水產(chǎn)動(dòng)物、施肥狀況等有關(guān)[9]。對(duì)于菜田種養(yǎng)復(fù)合系統(tǒng)而言，干旱與濕潤(rùn)并存的菜?鱔?蚓復(fù)合生態(tài)系統(tǒng)可提高單位面積產(chǎn)量50%以上，使水災(zāi)、病蟲(chóng)害造成的經(jīng)濟(jì)損失減少30%以上，實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)廢棄物（如秸稈）的100%回收再利用[10]。水旱共存可通過(guò)小氣候影響菜田種養(yǎng)復(fù)合系統(tǒng)內(nèi)物理化學(xué)反應(yīng)、植物生長(zhǎng)及土壤細(xì)菌的結(jié)構(gòu)和豐度[11]。此外，與稻田種養(yǎng)相比，菜田種養(yǎng)復(fù)合系統(tǒng)中水產(chǎn)動(dòng)物生長(zhǎng)在溝渠中，對(duì)陸地作物的擾動(dòng)作用相對(duì)較小。菜田種養(yǎng)復(fù)合系統(tǒng)內(nèi)的N、P 能量流動(dòng)規(guī)律、養(yǎng)分盈余與損失量是否會(huì)有差異，還未見(jiàn)研究報(bào)道。因此，本研究通過(guò)設(shè)置田間試驗(yàn)，研究菜田種養(yǎng)復(fù)合系統(tǒng)中N 和P 的輸入、輸出及平衡狀況，以期為菜田種養(yǎng)復(fù)合模式下科學(xué)合理的生產(chǎn)管理制度提供數(shù)據(jù)支撐。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地點(diǎn)

試驗(yàn)地點(diǎn)位于上海市崇明島西部的三星鎮(zhèn)（31°4l′15″N，121°54′00″E），具體為西新村菜田種養(yǎng)復(fù)合模式長(zhǎng)期定位試驗(yàn)田。崇明島平均海拔4m，屬北亞熱帶季風(fēng)氣候，盛行東南風(fēng)，溫暖濕潤(rùn)，夏季濕熱，冬季干冷。年均降水量1003.70mm，降水集中在4?9月，全年無(wú)霜期229d，年均氣溫15.3℃，≥10℃年均積溫2559.60℃·d。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

菜田復(fù)合種養(yǎng)田間試驗(yàn)始于2009年，種植制度為芋艿（崇明香酥芋）?花菜（臺(tái)松）輪作?；ú朔N植和收獲時(shí)間分別為2018年9月5日和2019年3月20日。設(shè)置兩個(gè)處理：（1）菜田種養(yǎng)復(fù)合模式（VE）：開(kāi)溝養(yǎng)水產(chǎn)動(dòng)物，同時(shí)水面上設(shè)有誘集燈以誘集飛蟲(chóng)作為水產(chǎn)動(dòng)物餌料；花菜收獲后莖葉取出，根部還田。（2）單一種植模式（對(duì)照，CK）：溝中有水，無(wú)水產(chǎn)動(dòng)物；花菜收獲后莖葉取出，根部還田。每個(gè)處理3 次重復(fù)，隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)。

試驗(yàn)田布局見(jiàn)圖1。每個(gè)處理小區(qū)分4 個(gè)菜畦，菜畦間水溝上寬為1.50m，下寬為0.50m，溝深為1.00m。小區(qū)總面積為 1744.00m2，陸地面積為1440.00m2，水體面積為304.00m2，水體面積占比為17.43%。耕作區(qū)深度按0.20m 計(jì)算，基本可反映土壤養(yǎng)分狀況；底泥和邊溝深度分別為0.20m和0.10m。蔬菜生育期內(nèi)不排水，期間需引水澆灌花菜?；ú苏麄€(gè)種植周期需引入灌溉水約40m3，灌溉水來(lái)自于就近河水。種植季和收獲季水溝中水深分別保持0.70m 和0.50m。

圖1 菜田種養(yǎng)復(fù)合系統(tǒng)（VE）的田間布局正面(a)和側(cè)面(b)示意圖Fig.1 Schematic top(a) and lateral(b) views of the integrated planting and breeding system of the vegetable field(VE)

施肥情況?；ú朔N植施用N、P（P2O5）和K（K2O）肥分別為309.00、102.00 和102.00kg·hm?2。CK 處理中底肥為375.00kg·hm?2復(fù)合肥（17?17?17），返青肥為150.00kg·hm?2尿素，發(fā)棵肥為300.00kg·hm?2尿素，花球肥為225.00kg·hm?2復(fù)合肥。VE 處理中底肥以等氮量有機(jī)肥代替，不足部分用過(guò)磷酸鈣和硫酸鉀補(bǔ)足，其余時(shí)期施肥量與CK 處理一致。

水產(chǎn)動(dòng)物養(yǎng)殖情況。VE 模式中投入水產(chǎn)動(dòng)物幼苗（螃蟹37.50kg·hm?2、黃鱔 67.50kg·hm?2和魚(yú)45.00kg·hm?2）。水產(chǎn)動(dòng)物以誘集燈捕獲飛蟲(chóng)及水中營(yíng)養(yǎng)為食物，無(wú)需額外投加飼料。花菜收獲季時(shí)一并捕撈收集。

1.3 樣品采集與測(cè)定方法

土壤氮磷含量測(cè)定。分別于花菜種植前2018年8月28日和花菜收獲后2019年4月3日，依據(jù)“S”形五點(diǎn)采樣法采集耕作區(qū)（0.20m）、邊溝（0.10m）和底泥（0.20m）土樣。按照“四分法”取1kg 土壤于陰涼通風(fēng)處風(fēng)干，磨細(xì)過(guò)篩后置于干燥處保存待測(cè)。烘干稱(chēng)重法測(cè)定土壤樣品含水量。土壤總氮采用凱氏定氮法?自動(dòng)定氮儀測(cè)定，土壤總磷（以P2O5計(jì)）采用酸溶?鉬銻抗比色法測(cè)定。

水體中氮磷含量測(cè)定?；ú朔N植期間取灌溉水水樣1L，并分別于花菜種植前2018年8月28日和花菜收獲后2019年4月3日在水面下10～20cm 深度取水樣1L。水樣經(jīng)預(yù)先灼燒稱(chēng)重過(guò)的Whatman GF/F 玻璃纖維素膜（0.45μm）過(guò)濾，待測(cè)?？偟捎眠^(guò)硫酸鉀氧化?紫外分光光度計(jì)法測(cè)定，總磷采用過(guò)硫酸鉀氧化?鉬藍(lán)比色法測(cè)定[12]。

產(chǎn)品（包括花菜和水產(chǎn)動(dòng)物）中氮磷含量測(cè)定。收獲季節(jié)，選擇長(zhǎng)勢(shì)良好且一致的花菜5 株（水產(chǎn)動(dòng)物5 條）用于氮磷含量測(cè)定。在花菜成熟期取全株樣品，分別測(cè)定花球、莖葉、根部的氮磷含量。其中取根方法：以植株為圓心，以0.20m 為半徑，挖取深度為0.20m 的柱狀土塊，保證根的完整性，清洗干凈。水產(chǎn)動(dòng)物則需先饑餓處理使其體內(nèi)食物消化排泄而成空腹，清洗干凈。將植株不同部位和完整的螃蟹/黃鱔/魚(yú)在105℃殺青0.5h 后75℃烘干至恒重，粉碎過(guò)篩后采用硫酸?過(guò)氧化氫消煮，凱氏定氮法?自動(dòng)定氮儀測(cè)定全氮含量，酸溶?鉬銻抗比色法測(cè)定全磷含量[13]。烘干稱(chēng)重法測(cè)定各樣品含水量。花菜和水產(chǎn)動(dòng)物實(shí)收測(cè)產(chǎn)。

1.4 指標(biāo)計(jì)算

根據(jù)李丹丹等[14]對(duì)長(zhǎng)三角地區(qū)大氣N 沉降的研究結(jié)果，確定本試驗(yàn)期間N 沉降值為30kg·hm?2。

分析系統(tǒng)氮總量（TN）、磷總量（TP）平衡特征時(shí)，背景值為花菜種植前土壤和水體的TN/TP 起始量，現(xiàn)值為花菜收獲后土壤和水體的TN/TP 殘留量。TN/TP 輸入主要是肥料、花菜和水產(chǎn)動(dòng)物幼苗、灌溉水、大氣沉降等，輸出主要考慮花菜產(chǎn)量、水產(chǎn)動(dòng)物產(chǎn)量。

（1）系統(tǒng)TN/TP 總輸入量

化肥：施肥量（kg·hm?2）×小區(qū)陸地面積（hm2）×N/P 含量（%）。

花菜幼苗：花菜幼苗鮮重（g·株?1）×種植密度（株·hm?2）×小區(qū)陸地面積（hm2）×[1?花菜幼苗含水量（%）]×花菜幼苗N/P 含量（g·kg?1）。

水產(chǎn)動(dòng)物幼苗：幼苗投放量（kg·hm?2）×小區(qū)水體面積（hm2）×[1?水產(chǎn)幼苗含水量（%）]×水產(chǎn)幼苗N/P 含量（g·kg?1）。

灌溉水：體積（m3）×密度（kg·m?3）×N/P 含量（mg·kg?1）。

大氣沉降：試驗(yàn)期間N 沉降值（kg·hm?2）×小區(qū)面積（hm2）。

（2）系統(tǒng)TN/TP 總輸出量

花菜：花菜各器官產(chǎn)量（kg·hm?2）×小區(qū)陸地面積（hm2）×[1?花菜各器官含水量（%）]×花菜各器官N/P 含量（g·kg?1）。

水產(chǎn)動(dòng)物：水產(chǎn)動(dòng)物產(chǎn)量（kg·hm?2）×小區(qū)水體面積（hm2）×[1?水產(chǎn)動(dòng)物含水量（%）]×水產(chǎn)動(dòng)物N/P 含量（g·kg?1）。

（3）其它指標(biāo)

土壤TN/TP 截留量：收獲季土壤TN/TP 量（kg）?種植前土壤TN/TP 量（kg）。

水體TN/TP 截留量：收獲季水體TN/TP 量（kg）?種植前水體TN/TP 量（kg）。

系統(tǒng)TN/TP 盈余量：系統(tǒng)TN/TP 輸入（kg）?系統(tǒng)TN/TP 輸出（kg）+土壤TN/TP 截留量（kg）+水體TN/TP 截留量（kg）+循環(huán)量（kg）[14]。

1.5 統(tǒng)計(jì)分析

試驗(yàn)數(shù)據(jù)采用SPSS 16.0 進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，應(yīng)用獨(dú)立樣本t?檢驗(yàn)對(duì)比分析兩組處理間的差異顯著性（P＜0.05）。

2 結(jié)果與分析

2.1 菜田種養(yǎng)復(fù)合系統(tǒng)的氮磷輸入量分析

2.1.1 花菜種植前土壤及水樣中TN/TP 背景值

花菜種植前分別對(duì)VE 和CK 模式耕作區(qū)土壤、底泥土壤、邊溝土壤和水體樣品中氮磷含量進(jìn)行測(cè)定，結(jié)果見(jiàn)表1。由表可知，VE 模式土壤TN/TP 總量分別為533.64kg 和537.20kg，CK 模式土壤TN/TP總量分別為551.35kg 和574.63kg，且CK 模式土壤TP 總量顯著高于VE 模式（P＜0.05），但不同處理間TN 總量無(wú)顯著差異。表2為各土壤區(qū)基本數(shù)據(jù)特征，花菜種植前水體深度為0.70m，計(jì)算可知水體體積為133.40m3，因此，VE 和CK 模式水體中TN/TP 總量分別為36.02、1.07g 和26.68、0.80g。

表1 花菜種植前種養(yǎng)復(fù)合系統(tǒng)（VE）與單一種植系統(tǒng)（CK）中TN/TP 背景值Table 1 The background values of TN/TP in the planting and breeding system(VE) and singly planting system(CK) before cauliflower plantation

表2 試驗(yàn)田各土壤區(qū)基本數(shù)據(jù)Table 2 The basic characteristics of each soil region in the vegetable field

2.1.2 花菜種植前系統(tǒng)外TN/TP 輸入值

系統(tǒng)外TN/TP 輸入主要由施用肥料、作物幼苗和水產(chǎn)動(dòng)物幼苗、灌溉水、大氣沉降等帶入。由表3可見(jiàn)，VE 和CK 模式肥料、花菜幼苗、灌溉水、大氣沉降等輸入量相同。種植花菜施用肥料帶入TN/TP總量分別為44.50kg 和14.69kg?；ú朔N植密度為27000 株·hm?2，幼苗平均單重為5.00g，故花菜幼苗總鮮重為135.00kg·hm?2，因此系統(tǒng)外帶入TN 總量為135.00kg·hm?2×1440m2×（1?87.00%）×38.70g·kg?1=97.80g。同理，系統(tǒng)外帶入TP 總量為12.26g?；ú苏麄€(gè)種植周期需引入灌溉水約為40m3，根據(jù)其氮磷含量分別為1.50mg·kg?1和0.20mg·kg?1計(jì)算，帶入的TN/TP 總量分別為60.00g 和8.00g。本試驗(yàn)田中氮沉降值為5.23kg。

與CK 模式不同，VE 模式還引入了螃蟹、黃鱔和魚(yú)幼苗，系統(tǒng)水體面積為304m2，利用表3中各自氮磷含量，得出水產(chǎn)動(dòng)物幼苗帶入的TN/TP 總量分別為58.98g 和15.47g。因此，VE 模式TN/TP 輸入總量分別為49.95kg 和14.73kg，CK 模式TN/TP 輸入總量分別為49.89kg 和14.71kg。

表3 花菜種植季種養(yǎng)復(fù)合系統(tǒng)（VE）與單一種植系統(tǒng)（CK）TN/TP 含量及輸入值Table 3 The TN/TP input in the planting and breeding system(VE) and singly planting system(CK) in cauliflower plantationseason

綜上所述，VE 模式系統(tǒng) TN/TP 背景值為533.68kg 和537.20kg；輸入值為49.95kg 和14.73kg。CK 模式系統(tǒng)TN/TP 背景值為551.38kg 和574.63kg；輸入值為49.89kg 和14.71kg?；ú朔N植季，CK 模式TP 背景值高出VE 模式6.95%（P＜0.05），兩種模式間TN 背景值、TN/TP 輸入總量無(wú)顯著差異。

2.1.3 系統(tǒng)外TN/TP 輸入占比

對(duì)于TN 輸入而言，化肥輸入44.50kg，分別占VE 模式和CK 模式總輸入量的89.09%和89.20%。相應(yīng)地，作物和水產(chǎn)動(dòng)物幼苗占比較小，僅分別占VE 模式和CK 模式總輸入量的0.31%和0.20%。對(duì)于TP 輸入而言，化肥輸入14.69kg，占VE 模式和CK 模式總輸入量的99.73%和99.86%。相應(yīng)地，作物和水產(chǎn)動(dòng)物幼苗的TP 總量分別占VE 模式和CK模式總輸入量的0.19%和0.08%。

2.2 菜田種養(yǎng)復(fù)合系統(tǒng)的氮磷輸出量分析

2.2.1 花菜收獲后土壤及水樣中TN/TP 現(xiàn)值

花菜收獲后分別對(duì)VE 和CK 模式耕作區(qū)土壤、底泥土壤、邊溝土壤和水體中氮磷含量進(jìn)行測(cè)定（表4）。由表4并結(jié)合表2中基本數(shù)據(jù)特征可知，VE 模式土壤TN/TP 總量分別為404.24kg 和520.73kg；而CK 模式土壤TN/TP 總量分別為386.59、533.71kg。種植季水體深度為0.50m，故其體積為86.56m3，VE和CK 模式水體TN/TP 總量現(xiàn)值分別為56.26、77.90g和54.53、48.47g。

表4 花菜收獲季種養(yǎng)復(fù)合系統(tǒng)（VE）與單一種植系統(tǒng)（CK）土壤和水體中TN/TP 現(xiàn)值Table 4 The N and P content in the planting and breeding system(VE) and singly planting system(CK) in the cauliflower harvest season

2.2.2 系統(tǒng)向外界TN/TP 輸出值

系統(tǒng)向外界TN/TP 輸出值包括花菜和水產(chǎn)動(dòng)物所輸出的TN/TP 量（表5）。按菜地面積1440m2計(jì)算，VE 模式中花球、莖葉輸出TN 總量分別為12.63、20.42kg，TP 分別為1.96、3.71kg；CK 模式中花球、莖葉輸出TN/TP 總量分別為12.74、20.56kg 和1.97、3.74kg。根部全量還田，參與系統(tǒng)養(yǎng)分循環(huán)，VE 模式和CK 模式根部TN/TP 總量分別為2.78、0.83kg和2.83、0.84kg。

表5 花菜收獲季種養(yǎng)復(fù)合系統(tǒng)（VE）與單一種植系統(tǒng)（CK）產(chǎn)量及TN/TP 輸出量Table 5 The production and TN/TP output in the planting and breeding system(VE) and singly planting system(CK) in the cauliflower harvest season

VE 模式引入了水產(chǎn)動(dòng)物，使得系統(tǒng)的TN 和TP總產(chǎn)出和平衡特征發(fā)生改變。VE 模式中螃蟹、黃鱔和魚(yú)的產(chǎn)量分別為187.50、262.50、135.00kg·hm?2；根據(jù)水體面積304m2計(jì)算，螃蟹輸出的TN/TP 分別為92.81g 和32.04g，黃鱔輸出的TN/TP 分別為208.20g 和88.62g，魚(yú)輸出的TN/TP 分別為115.58g和27.95g。因此，水產(chǎn)動(dòng)物輸出的TN/TP 總量分別為416.59g 和148.61g。

VE 模式系統(tǒng)TN/TP 現(xiàn)值分別為404.30kg 和520.81kg；產(chǎn)出（含根部）總量分別為36.25kg 和6.65kg。CK 模式系統(tǒng)TN/TP 現(xiàn)值分別為386.64kg和533.76kg；產(chǎn)出（含根部）總量分別為36.13kg 和6.55kg。收獲季節(jié)，兩種模式間TN/TP 現(xiàn)值、輸出總量均無(wú)顯著差異。

2.2.3 系統(tǒng)外TN/TP 輸出占比

對(duì)于TN 輸出而言，花菜花球占VE 模式和CK模式總輸出量（根部不計(jì)入）的37.74%和38.26%。相應(yīng)地，水產(chǎn)動(dòng)物占比較小，占VE 模式TN 總輸出量的1.24%。對(duì)于TP 輸出而言，花球占VE 模式和CK模式總輸出量（根部不計(jì)入）的33.69%和34.50%。相應(yīng)地，水產(chǎn)動(dòng)物占比較小，占VE 模式TP 總輸出量的2.55%。

2.3 菜田種養(yǎng)復(fù)合系統(tǒng)的氮磷平衡分析

2.3.1 水土環(huán)境中TN/TP 盈余分析

對(duì)于土壤TN/TP 截存量而言，應(yīng)以收獲后與種植前所測(cè)數(shù)據(jù)之差值計(jì)算（式8）。VE 模式和CK模式土壤TN/TP 截存量分別為?129.40、?16.47kg 和?164.76、?40.92kg。對(duì)于水體TN/TP 截存量而言，應(yīng)以收獲后與種植前所測(cè)數(shù)據(jù)之差計(jì)算（式9），因此，VE 模式和CK 模式水體TN/TP 截存量分別為20.24、76.83g 和27.85、47.67g。根據(jù)式（10）可得，VE 模式的系統(tǒng)TN/TP 盈余量分別為?110.12kg 和?6.65kg。由表6可知，CK 模式氮磷虧損顯著高于VE 模式（P＜0.05），說(shuō)明VE 模式有助于減少系統(tǒng)TN/TP 損失。

表6 種養(yǎng)復(fù)合系統(tǒng)（VE）與單一種植系統(tǒng)（CK）TN/TP 平衡分析Table 6 The analysis of the balance characteristics of TN/TP in the planting and breeding system(VE) and singly planting system(CK)

2.3.2 菜田種養(yǎng)復(fù)合模式TN/TP 平衡特征

VE 模式與CK 模式的差異主要為水產(chǎn)動(dòng)物的輸入與輸出?；ú朔N植前，VE 模式水產(chǎn)動(dòng)物幼苗的TN輸入量為0.06kg；花菜收獲后，VE 模式中水產(chǎn)動(dòng)物TN 輸出量為0.42kg。因此，VE 模式中水產(chǎn)動(dòng)物的生長(zhǎng)輸出也是系統(tǒng)TN 的重要能量流向。VE 和CK模式系統(tǒng)TN 盈余量分別為?110.12kg 和?145.31kg，即表觀損失量分別為110.12kg 和145.31kg，說(shuō)明兩個(gè)模式中系統(tǒng)TN 總量均有損失。VE 和CK 模式系統(tǒng)TP 表觀損失量分別為6.65kg 和31.03kg，說(shuō)明兩系統(tǒng)中TP 總量均有損失。VE 模式中系統(tǒng)TN/TP 表觀損失低于 CK 模式，分別降低了 35.19kg 和24.38kg。

系統(tǒng)TN/TP 的輸出/輸入比可代表系統(tǒng)表觀養(yǎng)分利用情況[8]。VE 模式的TN/TP 輸出/輸入比分別為67.01%、39.51%，CK 模式分別為66.75%、38.82%，為了維持系統(tǒng)的穩(wěn)定產(chǎn)出與生態(tài)平衡，均需要額外添加N/P，且CK 模式需求比VE 模式多出0.26 個(gè)和0.69 個(gè)百分點(diǎn)。

3 討論與結(jié)論

3.1 討論

傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)以大量施用化肥、農(nóng)藥為特點(diǎn)，由此帶來(lái)了系列負(fù)面效應(yīng)，例如，土壤板結(jié)、面源污染、生物多樣性減少及產(chǎn)量不可持續(xù)性等問(wèn)題[15]。近年來(lái)，以低污染、低能耗為基礎(chǔ)的立體種養(yǎng)復(fù)合模式成為重要的生態(tài)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)模式，有利于系統(tǒng)內(nèi)生循環(huán)，在改善環(huán)境、提升農(nóng)產(chǎn)品品質(zhì)、提高農(nóng)業(yè)效益等方面優(yōu)勢(shì)顯著。但有關(guān)水旱共作的菜田種養(yǎng)復(fù)合系統(tǒng)的養(yǎng)分循環(huán)與平衡特征方面的研究報(bào)道極少。本研究中，TN/TP 主要輸出途徑是花球和莖葉部，表明初級(jí)生產(chǎn)在該系統(tǒng)N 和P 循環(huán)中十分重要。VE模式由于水產(chǎn)動(dòng)物的存在使其TN/TP 輸出均高于CK 模式，水產(chǎn)動(dòng)物輸出的TN/TP 分別為0.42kg 和0.15kg，分別占總輸出量的1.25%和2.58%。該模式中的水產(chǎn)動(dòng)物通過(guò)攝食小飛蟲(chóng)、系統(tǒng)中的浮游動(dòng)物、有機(jī)養(yǎng)分、碎屑等，將CK 模式中流失的物質(zhì)和能量截留并利用，從而提高系統(tǒng)輸出量，也有利于系統(tǒng)養(yǎng)分循環(huán)[16]。在以往稻田種養(yǎng)系統(tǒng)中也有類(lèi)似發(fā)現(xiàn)，稻鴨共作處理能夠維持系統(tǒng)養(yǎng)分平衡，該模式N、P歸還率是施用化肥處理的4.5 倍和3.7 倍[17]。孫琳琳等[18]指出，復(fù)合種養(yǎng)模式可避免傳統(tǒng)養(yǎng)殖模式下由飼料殘余引起的水體富營(yíng)養(yǎng)化；本試驗(yàn)中觀測(cè)到水體TN/TP 差異不大，有待于后續(xù)深入研究。

N、P 養(yǎng)分施入土壤后主要有三種去向，一是被作物吸收利用；二是以不同形態(tài)殘留在土壤中供下季作物利用；三是損失到大氣和水體造成環(huán)境污染，包括氨揮發(fā)、反硝化、淋溶與徑流損失等[19]。營(yíng)養(yǎng)元素很容易隨水流作用（灌溉、降雨等）直滲到地下或側(cè)滲到排水溝內(nèi)，從而導(dǎo)致N、P 損失引發(fā)面源污染[20]?；ú朔N植季，CK 模式系統(tǒng)土壤TP 背景值顯著高于VE 模式（P＜0.05），推測(cè)可能由于長(zhǎng)期施用化肥導(dǎo)致作物吸收障礙，從而造成P 素積累。本試驗(yàn)中，VE 模式和CK 模式系統(tǒng)TN/TP 盈余量分別為?110.12、?6.65kg 和?145.31、?31.03kg，即在花菜種植季兩種模式均有不同程度的TN/TP 表觀損失。VE 模式TN/TP 的總輸出/總輸入比分別為67.01%和39.51%，而CK 模式為66.75%和38.82%，表明系統(tǒng)輸入的TN/TP 除被收獲的農(nóng)產(chǎn)品（作物、水產(chǎn)動(dòng)物）吸收外，仍有部分養(yǎng)分盈余未被吸收利用，剩余氮磷殘留于土壤中或通過(guò)揮發(fā)、滲漏等方式流失[21?22]，同時(shí)表明VE 模式的系統(tǒng)養(yǎng)分利用效率高于CK 模式，這與前人研究結(jié)果一致[10]。

VE 模式下水產(chǎn)動(dòng)物的擾動(dòng)可疏松土壤，增加土壤孔隙度，改善土壤結(jié)構(gòu)，促進(jìn)養(yǎng)分循環(huán)，而CK 模式相對(duì)更易使養(yǎng)分流失到溝底（底泥）或者地下水中[11,23]。因此，有必要測(cè)定耕作區(qū)、底泥、邊溝等土壤N、P 含量變化，且取樣深度需要細(xì)化。本研究中，不同模式下的底泥深度均按0.1m 計(jì)算，但實(shí)際深度變化可能有一定偏差。VE 模式養(yǎng)殖的黃鱔、螃蟹喜在洞中潛伏，使水產(chǎn)動(dòng)物產(chǎn)量偏低。此外，其它因素也需考慮，例如，溝中水生植物的生物量未計(jì)入，將導(dǎo)致TN/TP 總量輸出偏低；0.2m 以下的耕作區(qū)也可能存在N、P 含量的波動(dòng)[24]等。

VE 模式創(chuàng)新性地將旱地種植與水產(chǎn)動(dòng)物養(yǎng)殖相耦合，擴(kuò)大了作物和水產(chǎn)選擇范圍，改善了飼料和化學(xué)肥料投入量大，以及系統(tǒng)單一造成的資源浪費(fèi)、收益低等問(wèn)題，從而最大限度保護(hù)生態(tài)環(huán)境，實(shí)現(xiàn)雙贏[9]。該模式能促進(jìn)資源合理利用[11,25]，提高系統(tǒng)自我穩(wěn)態(tài)與維持力，提升作物品質(zhì)。此外，VE模式中模仿野生條件養(yǎng)殖黃鱔、螃蟹，養(yǎng)殖密度低、單價(jià)高，適合訂單貿(mào)易[10,26]。計(jì)算可得[10]，本試驗(yàn)中VE 模式系統(tǒng)凈利潤(rùn)高出傳統(tǒng)模式（CK）27650元·hm?2，提高了64.59%，且底泥土壤可根據(jù)需求翻到陸地（菜地）中，從而起到肥田提質(zhì)和減少肥料施用的效果。但前期相關(guān)設(shè)施（誘集燈、防逃設(shè)施）、人工成本、技術(shù)知識(shí)等投入[27]使得復(fù)合生產(chǎn)模式成本較高，可能會(huì)降低農(nóng)民生產(chǎn)積極性。同時(shí)，應(yīng)對(duì)花菜及水產(chǎn)動(dòng)物的安全性指標(biāo)、品質(zhì)性狀指標(biāo)、商品性特征等進(jìn)一步評(píng)估與分析。

3.2 結(jié)論

養(yǎng)分輸入與支出間的平衡狀況是表征農(nóng)田養(yǎng)分管理是否可持續(xù)的重要指標(biāo)。菜田種養(yǎng)復(fù)合模式中的系統(tǒng)TN/TP 輸出/輸入比分別為67.01%和39.51%，均高于非種養(yǎng)單一種植模式的66.75%和38.82%；當(dāng)前投入水平下，兩種模式中系統(tǒng)TN/TP 盈余量均為負(fù)，菜田種養(yǎng)復(fù)合模式減少了系統(tǒng)N、P 表觀損失35.19kg 和24.38kg。兩種模式均需投入適量肥料以利于作物產(chǎn)出和系統(tǒng)平衡。