水稻-小龙虾共作模式是一种以潜育性稻田为基础，以种稻为中心，稻草还田养虾为特点的复合生态系统。近年来，该模式已发展成为我国长江中下游地区一种重要的稻田种养复合生态模式。2021 年，稻虾种养面积 140 万 hm²，占小龙虾养殖面积的 80.77%；作为稻渔综合种养的最主要模式，稻虾种养分别占全国稻渔综合种养面积及水产品产量的 52.95% 和 61.85%；主要分布在湖北、安徽、湖南、江苏、江西等长江中下游地区，且以湖北省的分布面积最大^[1]。稻虾共作模式能稳粮增效，但同时存在重虾轻稻的现象，部分稻虾共作模式忽视水稻的管理，导致水稻产量偏低，同时加剧了土壤次生潜育化^[2-3]。对于江汉平原水稻生产，有调查表明该区域水稻的水分管理中有近 39％的农户晒田过迟，加上不晒田的农户，在所有调查农户中晒田不合理的比例高达 60.8％^[4]。这不仅导致水稻无效分蘖增加、水分和养分的浪费，而且不利于促进根系发育和养分的吸收、使生长中心由蘖向穗转移，也不利于产量和品质的形成^[5-6]。工程排水措施（开挖排水沟或埋设暗沟、暗管等）可以显著降低稻田的潜育化程度、提高水稻的产量，是改良潜育化稻田最有效的方法，垄作、湿润灌溉、冬季晒垡等农业管理措施也是调控稻田水分、改善土壤氧化还原状况的重要措施^[7-13]。稻虾共作模式一般在稻田四周挖 4 m 宽、1.5 m 深的养殖沟，水稻生长期间田沟相通，稻虾共生，部分时间（晒田、收获等） 水稻田内搁干，小龙虾回到养殖沟^[2]。稻虾共作模式的工程改造措施会对稻田水分和养分的运移产生影响，目前关于稻虾共作生态系统中水肥管理主要集中在农田生态系统中养分平衡状况和优化施肥方面^[14-17]，而关于稻虾共作模式水分优化管理等方面的研究鲜有报道。本文通过设置 4 年田间定位试验，研究水分优化管理对稻虾共作模式稻田水稻产量及土壤还原性物质的影响，为该模式下水稻水分优化管理和土壤改良提供数据支撑，为减轻由于滞水潜育和不合理灌溉对土壤和水稻生产造成的不利影响提供科学依据。

1 材料与方法

1.1 材料与试验点概况

试验点位于湖北省潜江市后湖管理区，属江汉平原低湖区，北亚热带季风湿润气候，土壤类型为湖积物发育而成的潮土性水稻土，呈轻度潜育化。2018 年水稻播种或栽插前取基础土样，其土壤 pH 值 7.33，有机质含量 39.83 g/kg，碱解氮含量 113.57 mg/kg，有效磷含量 30.55 mg/kg，速效钾含量 256.94 mg/kg。2018—2020 年供试水稻品种为鄂香 2 号，为长粒香型优质晚粳稻新品种^[18]，2021 年供试水稻品种为虾稻 1 号，为早熟中籼高档优质稻品种^[19]。

稻虾共作模式为每年 10 月至次年 5 月，田面泡水养虾，水深 20～40 cm；6—9 月种植水稻，水稻秸秆全量还田。

1.2 试验设计

对于水稻，分别在直播和机插条件下设置水分常规管理和水分优化管理，共 4 个处理：（1）直播 + 水分常规管理，（2）直播 + 水分优化管理，（3） 机插 + 水分常规管理，（4）机插 + 水分优化管理。每个处理 3 次重复，小区面积为 240 m²。

对于机插水稻，水分优化管理参考水稻应变式肥水管理技术^[20]，即秧苗栽插后，田面保持浅水层（30 mm 左右）返青活苗，分蘖前 3～5 d 灌 1 次薄层（20 mm 左右）水；当苗数达到 270 万～300 万 /hm² 时，晒田 10～15 d；复水后，拔节至抽穗始期浅水勤灌，保持干干湿湿，每次灌溉的水层为 20～30 mm，待落干后再进行下次灌水；孕穗至扬花期深水灌溉，水层 40～50 mm； 灌浆期后至乳熟期湿润灌溉，每次灌 10 mm 薄层水，待落干后再灌，干湿交替，保持田面潮湿；黄熟期自然落干，直至收割前 5～7 d 彻底断水，做收割准备；其中分蘖后期和成熟期两次重晒田，晒田时将环形沟水位降到低于田面 20 cm 左右。水分常规管理处理分蘖后期晒田 7～10 d，复水后保持水层 40～50 mm，至黄熟期自然落干；其他时期与水分优化管理相同；其中分蘖后期和成熟期两次轻晒田，晒田时将环形沟水位降到低于田面 10 cm 左右。

对于直播水稻，从播种到 3 叶期要求控水保苗，出苗后及时排干厢面水分，有利于根系深扎； 分蘖中期及以后，水分优化管理与机插水稻水分优化管理相同，主要是分蘖后期和成熟期重晒田，晒田时将环形沟水位降到低于田面 20 cm 左右；水分常规管理与机插水稻水分常规管理相同，主要是分蘖后期和成熟期轻晒田，晒田时将环形沟水位降到低于田面 10 cm 左右。

1.3 样品采集及测定指标

（1）土壤样品：2018 年水稻整地前，依据 S 形 5 点采样法采集 0～20 cm 土层土样，采集土样去除植物残根和石块并混匀，风干过筛，分析土壤 pH 值、有机质、碱解氮、有效磷、速效钾含量。 2021 年分蘖期晒田时和收获后依据 S 形 5 点采样法取 0～10、10～20 cm 土层土样，当天送回实验室冷藏保存，3 d 内完成 Fe²⁺、Mn²⁺ 含量和还原性物质总量测定。

（2）植株样品：每年于水稻成熟期，直播处理取各小区有代表性稻株 0.25 m²，机插处理各小区取 5 蔸水稻用于考种。

1.4 样品分析测定方法与参数计算

（1）土壤及样品测定方法：土壤 pH 值采用土∶ 水 =1∶5 酸度计，土壤有机质采用重铬酸钾容量法测定，土壤碱解氮采用碱解扩散法测定，有效磷含量采用 Olsen 法测定，速效钾用中性 NH₄OAc 浸提-火焰光度法测定。土壤 Fe²⁺、Mn²⁺、还原性物质总量采用硫酸铝浸提容量法测定^[21-22]。

（2）水稻产量及其构成因素测定方法：各小区全部实收测产；水稻成熟期采集的植物样品，测定有效穗数、每穗总粒数、结实率和千粒质量。

1.5 数据统计分析

试验数据采用 DPS 18.10 软件进行二因素方差分析，差异显著性检验采用 LSD 法于 P <0.05 水平上进行；用 Excel 2010 进行其他数据的处理和计算。

2 结果与分析

2.1 水分管理对水稻产量的影响

由表1 可知，对于水稻实收产量，在直播条件下，水分优化管理相对于常规管理增产 2.8%～19.7%，平均增产 8.5%，增产效果达到显著水平；在机插条件下，水分优化管理相对于常规管理增产 2.7%～16.8%，平均增产 9.4%，增产效果也达到显著水平。2018—2020 年，鄂香 2 号在直播和机插条件下，水分优化管理相对于常规管理水稻分别增产 4.9% 和 7.0%；2021 年，虾稻 1 号在直播和机插条件下，水分优化管理相对于常规管理水稻平均增产 19.7% 和 16.8%。可见，稻虾共作模式下水分优化管理相对于常规管理有明显的增产效果，且在优质籼稻上的增产效果好于优质粳稻。此外，在水分常规管理和优化管理措施下，机插相对于直播水稻分别增产 4.7% 和 5.6%。

注：同列不同小写字母表示在 0.05 水平上差异显著。下同。

2.2 水分管理对水稻产量构成因子的影响

不同水分管理对水稻产量构成因子的影响见表2。在直播条件下，水分优化管理较常规管理水稻有效穗数平均增加 3.4%，每穗粒数平均增加 1.4%，结实率平均增加 0.7%，千粒质量平均增加 0.4%；在机插条件下，相对于常规管理，水分优化管理水稻有效穗数平均增加 1.5%，每穗粒数平均增加 2.0%，结实率平均增加 0.2%，千粒质量平均增加 0.4%。总体而言，水分优化管理相对于常规管理对有效穗数和每穗粒数的正效应大于结实率和千粒质量。此外，无论是水分优化管理还是常规管理，直播相对于机插总体表现出“穗多粒少”的趋势，即有效穗数增多，每穗粒数减少。

2.3 水分管理对土壤还原性物质的影响

由表3 可知，随着土壤深度的增加，分蘖后期晒田后土壤亚铁、亚锰含量和还原性物质总量均呈增加趋势。在直播条件下，与水分常规管理相比，水分优化管理 0～10 cm 土层亚铁含量降低了 40.8%，0～10 和 10～20 cm 土层还原性物质总量分别降低了 52.5% 和 40.2%，差异均达到显著水平。在机插条件下，与水分常规管理相比，水分优化管理显著增加了 0～20 cm 土层亚锰含量，但显著降低了土壤 0～20 cm 土层亚铁含量和还原性物质总量，其中 0～10 和 10～20 cm 土层亚铁含量分别减少了 41.8% 和 17.1%，还原性物质总量分别减少了 42.7% 和 47.5%。可见，水分优化管理相对于常规管理水稻分蘖后期 0～10 cm 土层亚铁含量下降 40.8%～41.8%，0～20 cm 土层还原性物质总量下降 45.1%～46.4%，从而缓解土壤潜育化程度。

由表4 可知，随着土壤深度的增加，水稻成熟期晒田后土壤亚铁、亚锰含量和还原性物质总量均呈增加趋势。在直播条件下，与水分常规管理相比，水分优化管理土壤还原性物质总量在 0～10 cm 土层显著增加，在 10～20 cm 土层差异不大。在机插条件下，与水分常规管理相比，水分优化管理中土壤还原性物质总量在 0～10 和 10～20 cm 土层分别降低了 30.7% 和 59.6%。在水分常规管理条件下，机插水稻相对于直播水稻还原性物质总量在 0～10 和 10～20 cm 土层分别增加了 41.6% 和 65.7%。在水分优化管理条件下，机插水稻相对于直播水稻还原性物质总量在 0～10 和 10～20 cm 土层分别降低了 33.5% 和 28.9%。与分蘖后期（表3）相比，水稻收获后 0～20 cm 土层亚铁和还原性物质总量总体呈降低趋势。

3 结论与讨论

3.1 稻虾共作模式土壤次生潜育化原因

潜育化水稻土是我国面积最大的低产水稻土类型，存在渍、冷、烂、闭、毒及缺素等障碍因素，长期渍水是导致稻田潜育化的最主要原因。因此，减少稻田积水、降低地下水位和增加土壤通气性是改良潜育化稻田最有效的方法^[23-26]。稻虾共作适合在地下水位高的低湖田、落河田，要求养殖沟常年有水，且水资源充足。但由于稻虾共作模式采取冬泡养虾，稻田长期处于淹水状态，土壤通气性较差，而且由于存在重虾轻稻的现象而忽视对水稻的管理，增加了土壤（特别是 10 cm 以下土层）次生潜育化的风险^[2-3]。可见，对于采用稻虾共作模式的潜育化稻田，由于冬春季几乎一直处于泡水养虾的状态，此期间土壤渍水潜育的问题难以避免，因此，水稻生长季节加强水分管理显得尤为重要。

3.2 稻虾共作模式土壤次生潜育化阻控技术及应用前景

深沟抬田是改良次生潜育化水稻土的有效途径，能降低土壤地下水位，提高土壤温度，降低土壤中还原物质，消除毒害^[27]。目前，稻虾共作模式的稻田工程改造措施主要目的是养殖小龙虾，但改造后通过调节虾沟水位能够降低潜育化稻田的地下水水位、及时排出多余的积水，从而消除了引起稻田潜育化的最主要影响因素。本研究针对稻虾共作模式，在水稻生长期间，特别是在分蘖后期和成熟期晒田时，通过调节虾沟水位低于田面有可能实现“深沟抬田”的效果，能降低稻田地下水位，缓解水难排的问题，从而改善土壤水分状况。而土壤水分状况通过导致土壤通气状况、pH 值和可溶性物质数量的变化，调节微生物活性，促进或抑制有机碳的分解，改变土壤有机碳的组分分布，进而影响土壤的理化和生物学性质^[28]。还原性物质包括无机和有机体系两大类，前者主要有亚铁、亚锰和硫化物，后者则是一类成份复杂得多的有机还原性物质^[29]。土壤还原物质总量降低及养分状况改善减轻了还原物质对水稻根系发育的毒害，促进了作物对养分的吸收^[7，26]，这为提高水稻产量奠定了基础。本研究中，在直播和机插条件下，水分优化管理相对于常规管理平均增产率分别达到 8.5% 和 9.4%，能降低水稻控蘖晒田期和收获期土壤还原性物质，缓解土壤潜育化程度，这与此前相关的报道基本一致^[7-8，11]。这也说明，调节虾沟水位低于田面，特别是在分蘖后期和成熟期两次晒田时使虾沟水位低于田面 20 cm 左右，能实现“深沟抬田”的效果。这主要与湖区潜育化稻田自身的特点有关，湖区潜育化稻田潜在养分丰富、光热条件良好，造成低产障碍因子形成的主要因素是田间水分的过度累积，而一旦田间的积水排除、地下水位下降，潜育化稻田的障碍因子将得到明显缓解或直接消除^[11]。

本研究针对的稻虾共作模式是传统的稻虾种养环沟模式，小龙虾的养殖和捕捞主要集中在 3—5 月，6—9 月水稻种植期间田间的小龙虾密度很低且主要集中在环沟内，而养殖沟的深度一般 1.5 m 左右，两次晒田时使虾沟水位低于田面 20 cm 左右对小龙虾的生长不仅不会造成负面影响，反而有利于缓解土壤潜育化程度和水稻增产。本研究中的水分优化管理技术只需在排水时将养殖沟的排水管口适当降低，使管口低于田面 20 cm 左右，无需额外增加劳动力或特殊设施。由此可见，稻虾共作模式以水稻分蘖后期和成熟期两次重晒田等措施为主的水分优化管理技术具有较大的应用价值和推广前景。

3.3 水稻产量不高及水分管理对不同品种产量影响差异大的原因

本研究中，不同年份间水稻产量变化幅度较大，这与品种和试验区极端天气的出现频率增加有关；水稻产量不高，主要原因是试验采用的均为优质水稻品种。此外，本研究中水分优化管理的增产效果在优质籼稻上的表现要好于优质粳稻，这可能与籼稻和粳稻的根系特点有关，籼稻比粳稻对水分更敏感。籼稻与粳稻属于水稻的两个亚种，在长期的进化过程中，由于所处的生态环境不同，而形成了不同的形态特征。有研究表明，籼稻品种与粳稻品种的根系具有很大差异，籼稻主要表现为根数较少，根体积较大，根粗长，根系吸收面积和比表面积都较小，根冠比小，后期根系衰退快，抗衰老能力弱，根系衰老严重^[30]。

参考文献