梁玉刚, 陈奕沙, 陈 璐, 马微微, 孟祥杰, 黄 璜**, 余政军**

垄作稻-鱼-鸡共生对水稻茎秆倒伏、穗部性状及产量的影响*

梁玉刚1,2, 陈奕沙3, 陈 璐1, 马微微1, 孟祥杰1, 黄 璜1,2**, 余政军1,2**

(1. 湖南农业大学农学院 长沙 410128; 2. 农业农村部华中地区作物栽培科学观测试验站/湖南省稻田生态种养工程技术研究中心 长沙 410128; 3. 湖南农业大学经济学院 长沙 410128)

为了探究水稻垄作栽培和稻-鱼-鸡共生模式的结合对水稻茎秆倒伏、穗部性状及产量的影响, 本文通过设计常规水稻垄作栽培(CK)、水稻垄作养鱼(RF)、水稻垄作养鸡(RC)和水稻垄作养鸡养鱼(RFC)的田间对比试验, 研究垄作稻-鱼-鸡共生模式下水稻茎秆倒伏、穗部性状和实际产量的变化。结果表明: 2年中4个处理的水稻株高、株鲜重、重心高度和节间长的均值整体无显著性差异。与CK处理相比, RFC和RC处理水稻茎秆节间外径、节间壁厚、穗长和穗鲜重虽呈增加趋势, 但均值整体也无显著性差异; 水稻产量也保持稳定。RF处理水稻茎秆节间外径、壁厚、穗长和穗鲜重均呈降低趋势, 且2019年穗鲜重达显著降低(<0.05); 水稻产量2年平均降低为29.98% (<0.05), 其余均值整体无显著性差异。2年中RFC和RC较CK处理水稻节间茎秆抗折力平均增加19.69%和8.10%, 且2年中RFC的第4和第5节间茎秆抗折力显著增加(<0.05); 而RF处理茎秆抗弯截面模量和抗折力整体均呈降低趋势, 但均值整体变化不显著。RFC和RC较CK处理水稻茎秆节间最大应力均值降低为17.85%和15.08%, 倒伏指数均值降低为4.35%和4.26%, 但未达显著水平; RF处理茎秆节间倒伏指数平均增加11.47%, 且2018年第3和2019年第2~5节间均达显著性差异(<0.05)。综上所述, 垄作稻-鱼-鸡共生和垄作稻-鸡共生模式能够提高水稻穗长和穗鲜重, 稳定水稻产量, 增加水稻茎秆节间外径和壁厚, 提高茎秆抗折力和抗弯截面模量, 降低茎秆最大应力和倒伏指数, 从而具有一定的壮秆效应和抗倒伏能力。

垄作栽培; 稻-鱼-鸡共生; 茎秆外径; 茎秆抗折力; 倒伏指数; 穗长

我国水稻()常年种植面积约0.3亿hm2, 总产量约占全国粮食总产量的40%, 约有65%的人口以稻米为主食, 保持水稻稳产与增产对国家粮食安全与社会稳定具有重要意义[1]。长江中下游是稻作生产的主产区, 近年水稻生育后期经常受短时暴风雨、雷阵雨等强对流天气及台风等不利气象条件的影响, 常致使水稻发生倒伏。水稻发生倒伏后严重影响籽粒灌浆和产量的提高, 已成为制约水稻稳产或高产的重要因素之一[2-3]。水稻倒伏除与品种自身有关外, 还受栽培措施、水肥运筹等的影响[4-5], 可分为根倒伏和茎倒伏, 其中移栽水稻多以茎倒伏为主[6], 并且多发生于水稻齐穗15 d后, 茎秆发生倒伏的位置一般发生在茎秆基部第2节间和第3节间[7-8]。水稻倒伏使得自然直立的茎秆倾斜甚至倒地匍匐, 呈叠压状态, 植株群体结构遭到破坏, 群体通风透光条件变差, 加之稻田含水量高、空气湿度大, 与地面接触的叶片严重枯黄腐烂, 致使功能叶片有效光截获面积急剧降低, 大大降低叶片的光合效率[9], 使得干物质合成与转运受到影响, 籽粒饱实度降低, 同时也降低了水稻产量和品质, 并且收获成本增加[10-11]。已有研究证实, 水稻倒伏与植株高度、重心高度、茎秆基部节间长度、节间外径、节间壁厚、节间质量等茎秆形态特征以及抗折力、弹性模量、弯曲力矩、抗弯刚度等力学性状密切相关[12-13]。郭玉华等[14]研究表明, 水稻茎秆强度与倒伏呈显著正相关关系, 茎秆强度的提高有利于降低植株倒伏。郭保卫等[15]也认为水稻茎秆基部节间粗壮、茎秆充实好、茎壁厚度大, 能增强超级粳稻抗倒伏能力。章秀福等[16]研究表明, 垄作栽培水稻株高矮于平作, 茎基部较为粗壮, 群体结构好, 植株抗倒伏性强。因此, 选择合理的栽培方式和管理措施, 不仅利于水稻产量的增加, 而且能够改善茎秆形态特征, 提高茎秆强度, 增加抗折力, 降低植株发生倒伏的风险[17]。

目前, 有关水稻植株茎秆性状和抗倒伏能力的研究, 主要集中在栽培方式、种植密度、肥料用量与种类和水分管理模式等方面[13-15,18-19], 而关于稻田综合种养模式下水稻植株抗倒伏能力的相关研究, 多见报道于稻-鸭共育模式方面[20-21], 稻-鸭共育在水稻幼穗形成期、抽穗期和黄熟期的茎秆折断力较对照分别提高 13.65%、33.51%和36.09%, 倒伏指数分别降低4.86%、5.42%和8.16%, 表明稻田养鸭的水稻抗倒伏能力得到提高[20]。垄作栽培作为我国农业耕作上的两大体系之一, 现已广泛应用于多种农作物的生产, 如小麦()、玉米()、马铃薯()、水稻、大豆()、油菜()等, 并获得了较好的增产效果。众多学者研究表明, 垄作栽培技术优势主要表现在: 培肥土壤、提高肥料利用率、增温保湿、提高水分利用率、利于碳汇形成、提高光合能力、土水环境改善, 促进作物生长, 茎基部较为粗壮, 增强了植株抗倒伏性能力, 利于作物稳产及增产[17]。

已有研究证实, 垄作稻-鱼-鸡共生模式作为一种新型的种养模式, 其优势主要表现为可将水稻移栽于垄两侧, 垄沟蓄水且保持一定水位, 保持垄肩区域湿润无水状态, 为鸡和鱼的生长开辟空间, 鸡在垄肩捕食与活动, 能够将田间病虫草害控制在较低的发生率, 在不施或少施农药的情况下稳定水稻产量[22]。通过鸡和鱼排泄的粪便能够直接还田, 显著提高土壤有机质、全量养分和速效养分的含量, 降低土壤容重, 增加土壤孔隙度, 进而促进水稻分蘖和地上部生物量的积累, 有利于水稻产量的形成, 同时产出的优质稻谷、鸡和鱼可显著增加稻田的经济效益, 稻田效益可达30 340.88~39 318.62元∙hm−2[23], 最终能够实现“一水多用, 一田多收”。但是有关水稻垄作栽培和稻-鱼-鸡共生结合下植株的茎秆倒伏和穗部特征, 尚少见报道。为此, 本研究通过开展常规水稻垄作栽培、垄作稻-鱼-鸡共生、垄作稻-鸡共生和垄作稻-鱼共生的田间对比试验, 调查水稻齐穗15 d的株高、重心高度、节间长、外径、壁厚、穗长、抗折力和实际产量等相关指标, 分析垄作稻-鱼-鸡共生对水稻茎秆倒伏、穗部性状及产量的变化规律, 旨在探讨垄作稻-鱼-鸡共生下植株抗倒伏能力的相关机理, 从而为水稻垄作栽培下开展养殖提供一定理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料

试验分别于2018年和2019年的5—10月在湖南省长沙县路口镇明月村(28°40′38N, 113°29′48E)科研示范基地进行。该地区属于亚热带季风湿润气候, 雨水充沛, 无霜期长, 土壤相对肥沃。水稻品种为‘农香32’, 由湖南省农业科学院水稻研究所选育; 鱼的为工程鲫鱼, 鸡为湖南本地麻鸡。基施复合肥料养分含量(N∶P2O5∶K2O=15∶15∶15, 总养分≥45%); 追施尿素养分含量(总氮含量≥46.40%)。

1.2 试验设计

试验设常规水稻垄作栽培(CK)、水稻垄作养鱼(RF)、水稻垄作养鸡(RC)和水稻垄作养鸡养鱼(RFC) 4个处理, 3次重复, 共12个小区, 小区面积120 m2。水稻移栽前, 4个处理均采用起垄机起垄, 于起垄前基施复合肥料720 kg∙hm−2。起垄前1 d, 稻田灌水, 水层保持2 cm左右。起垄规格为: 垄肩与垄肩之间的距离120 cm左右, 两个垄底间宽20 cm左右, 垄高45 cm, 垄底宽100 cm左右。水稻移栽于垄沟两侧(垄沟一侧肩上和中部各1行), 并保持株距为25 cm, 坡行距为20 cm, 每穴4株(图1)。CK处理采用化学除草剂控制田间杂草, RF、RC和RFC处理均不喷施除草剂。CK处理除草剂喷施48 h后, 小区灌水(以不淹没水稻心叶为宜), 同时10 d内严防各小区串水。投放鸡鱼前7 d, 每小区追施尿素, 尿素用量为155 kg∙hm−2。水稻整个生育期内, 肥料总用量为纯N 180 kg∙hm−2、P2O5108 kg∙hm−2和K2O 108 kg∙hm−2。水稻投放鱼苗前, 沟中水位保持在15~20 cm左右; 投放鱼苗后, 沟中水位整体保持在30 cm以上, 结合水稻分蘖实际情况适当增减水位; 晒田及水稻收获前7 d沟中水位保持在10 cm左右。水稻插秧15 d后, RFC和RF处理投放5~8 cm长的鲫鱼6000尾∙hm−2, 配养草鱼600尾∙hm−2。RFC和RC处理投放30日龄个体重350 g左右的幼鸡900只∙hm−2。用尼龙网和竹竿围住所有养鸡和养鱼处理, 且选取小区合理位置搭设鸡棚以供鸡休息和投喂食料。采取人工辅助喂食等方法引导鸡在田中均匀作业, 每天观察鸡、鱼活动情况以及检查田间设施, 严防天敌的伤害和鸡鱼外逃。水稻收获前将鸡收回, 稻鸡、稻鱼共育时间约80 d左右。

1.3 测定项目与方法

2018年和2019年均于水稻齐穗15 d, 每个小区中随机选取3蔸, 用取样铲挖出, 并保留部分泥巴和根系, 运回室内过程中保持水稻原有形态。每蔸取3个主茎, 剪掉根部, 用于茎秆形态特征相关指标的测定。

1.3.1 茎秆形态性状

1)水稻株高和重心高度: 用剪刀以齐泥的位置将水稻茎基部剪断, 用卷尺测量株高(水稻基部至叶或穗的顶端); 株高测量后, 将其放于刀刃上寻找平衡点, 量取水稻茎基部至平衡点的位置即为重心高度。

2)水稻基部节间长度、节间外径、茎壁厚度、节间鲜重: 去除水稻叶片, 用剪刀将水稻茎秆各节点剪断, 由水稻基部向上, 将基部第1伸长节间称为第1节间(N1), 再向上依次分别为第2节间(N2)、第3节间(N3)、第4节间(N4)和第5节间(N5)。测定各节间抗折力后, 用塑料直尺测量各节间长度和穗长; 同时使用电子游标卡尺(可自动显数)测定茎秆的长轴外径和短轴外径(带叶鞘), 取其平均值作为节间外径; 测定长轴和短轴与茎壁4个交点处的厚度, 取平均值作为节间壁厚; 茎秆节间内径为节间外径与节间壁厚的差值; 测定完成后测量各个节间长度和鲜重, 以各节间鲜重和穗鲜重之和为株鲜重。

1.3.2 抗倒伏力性状

1)水稻基部节间抗折力: 调整茎秆强度测定仪(型号: YYD-1A)的标尺, 标尺相距4 cm, 将剪断后的各节间平衡放于茎秆强度测定仪上, 测定茎秆节间抗折力(BR)。

2)弯曲力矩(BM, N∙cm):

BM=节间基部至穗顶长度(cm)×该节间基部至穗顶鲜质量(g)×0.001×9.8 (1)

3)抗弯截面模量(t, cm3):

t=π×3/32×(1−4) (2)

式中:(cm)为水稻基部节间外径;为茎秆内径与外径的比值, 与茎秆外径和茎秆壁厚有关。

4)断面所受最大应力(max, N∙cm−2):

max=BM/t(3)

式中: BM为风力和重力荷载下的弯矩, 与风速、株高、鲜重等有关。

5)倒伏指数(LI):

LI=BM/BR×100 (4)

1.4 数据分析

采用Microsoft Excel 2007整理数据和绘图, SPSS 22.0软件进行方差分析, LSD0.05法进行多重比较。

2 结果与分析

2.1 垄作稻-鱼-鸡共生对株高、重心高度和株鲜重的影响

由表1可知, 2年中以RFC处理的水稻株高和株鲜重最大, CK处理的重心高度最大; 4个处理的株高和重心高度间的差异在2018年和2019年均未达显著水平, RFC较其他3个处理的株鲜重在2018年呈显著增加(<0.05), 但2019年未达显著性差异。

表1 2018年和2019年不同栽培模式对水稻株高、重心高度和株鲜重的影响

RFC、RC、RF和CK分别表示水稻垄作养鸡养鱼、水稻垄作养鸡、水稻垄作养鱼和水稻垄作栽培处理; 同列数据后不同小写字母表示不同处理间在<0.05水平差异显著。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 垄作稻-鱼-鸡共生对水稻各级节间长、外径和壁厚的影响

由表2可知, 2年中4个处理的水稻各级节间长虽有差异, 但整体未达显著性差异。与CK处理相比, 2年中RFC和RC处理水稻各级节间茎秆外径均呈增加趋势, 其中RFC处理的水稻各节间茎秆外径在2018年和2019年的第1、第3和第5节间茎秆外径均达显著增加(<0.05), 而RC处理整体未达到显著性差异; 2年中RF处理水稻第1~3节间茎秆外径均值呈显著降低(<0.05), 第4~5节呈增加趋势, 但整体未达到显著性差异。与RF处理相比, 2年中RFC水稻第3和第4节间壁厚均呈显著增加(<0.05), RC和CK处理第1~5节间壁厚整体未达显著性差异。

表2 2018年和2019年不同栽培模式对水稻不同节间茎秆性状的影响

RFC、RC、RF和CK分别表示水稻垄作养鸡养鱼、水稻垄作养鸡、水稻垄作养鱼和水稻垄作栽培处理; 节间排序为从下向上。数据后不同小写字母表示不同处理之间在<0.05水平差异显著。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 垄作稻-鱼-鸡共生对水稻抗弯截面模量和弯曲力矩的影响

由表3可知, 2年中4个处理的水稻各级节间茎秆内径与外径比值整体未达显著水平。与CK处理相比, 2年中RFC和RC处理水稻各级节间茎秆抗弯截面模量均呈增加趋势; 其中RFC处理在2018年第3~5节间, 以及2019年第1和第3节间抗弯截面模量均达显著性差异(<0.05); 而RC处理除在2019年第1节间达到显著性差异(<0.05), 其余节间均未达显著水平; 2年中RF处理水稻第1~4节间茎秆抗弯截面模量的均值呈降低趋势, 除在2018年第1节间达显著性差异(<0.05), 其余节间均未达显著水平, 第5节间呈增加趋势, 但未达显著水平。2年中RFC和RC处理水稻各级节间茎秆弯曲力矩的均值相对较高, CK和RF处理相对较低, 且2018年中RFC处理均显著高于RC、RF和CK处理(<0.05)。

表3 2018年和2019年不同栽培模式对水稻不同节间茎秆内外径比、抗弯截面模量和弯曲力矩的影响

RFC、RC、RF和CK分别表示水稻垄作养鸡养鱼、水稻垄作养鸡、水稻垄作养鱼和水稻垄作栽培处理; 节间排序为从下向上。数据后不同小写字母表示不同处理之间在<0.05水平差异显著。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 垄作稻-鱼-鸡共生对水稻最大应力、抗折力和倒伏指数的影响

由表4可知, 2年中RFC和RC处理水稻各级节间茎秆最大应力均值较CK处理降低, 且RFC与CK处理在2019年的第3节间达到显著性差异(<0.05), 其余节间均未达显著性水平; 2年中RF处理较CK处理水稻各级节间茎秆最大应力均呈增加趋势, 且在2018年第1节间达显著性差异(<0.05), 其余节间未达显著水平。与RF处理相比, 2年中RFC、RC和CK处理水稻各级节间茎秆抗折力均值均呈增加趋势, 其中以RFC处理在2018年和2019年均达显著性差异(<0.05), RC处理在2019年和2018年第1节间达显著性差异(<0.05), CK处理除在2019年第2和第3节间达显著性差异(<0.05), 其余节间均未达显著水平。与CK处理相比, 2年中RFC和RC处理水稻各级节间茎秆倒伏指数均呈降低趋势, 且均未达显著水平; 2年中RF处理水稻各级节间茎秆倒伏指数均呈增加趋势, 其中在2018年第3节间和2019年第2~5节间均达显著性差异(<0.05)。

2.5 垄作稻-鱼-鸡共生对水稻穗长和穗鲜重的影响

由图2可知, 与CK处理相比, 2年中RFC、RC和RF处理水稻穗长分别平均增加6.08%、0.32%和0.09%, 且RFC在2018年和2019年均达显著性差异(<0.05), RC和RF处理均未达显著水平; 2年中RFC和RC处理水稻平均穗重分别增加11.05% (<0.05)和4.92% (>0.05); 而RF处理平均降低2.39% (>0.05)。2年中RFC和RC处理水稻平均实际产量较CK处理均差异不显著, RF较CK处理平均降低达29.98% (<0.05)。

表4 2018年和2019年不同处理对水稻不同节间茎秆最大应力、抗折力和倒伏指数的影响

RFC、RC、RF和CK分别表示水稻垄作养鸡养鱼、水稻垄作养鸡、水稻垄作养鱼和水稻垄作栽培处理; 节间排序为从下向上。数据后不同小写字母表示不同处理之间在<0.05水平差异显著。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分别表示水稻垄作养鸡养鱼、水稻垄作养鸡、水稻垄作养鱼和水稻垄作栽培处理; 数据后不同小写字母表示不同处理之间在<0.05水平差异显著。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 讨论

3.1 垄作稻-鱼-鸡共生对水稻茎秆形态性状的影响

移栽稻的倒伏形式多以茎倒伏为主, 使得自然直立的茎秆发生错位或移位甚至倒地匍匐, 呈叠压状态, 致使水稻群体叶片相互覆盖与遮蔽, 稻田湿度相对较大, 易引起叶片变黄与腐烂, 光合作用降低[3], 影响光合产物的积累和向籽粒的运输[24], 不但降低水稻产量, 且导致稻米品质变劣, 严重影响水稻生产力[25-26]。已有研究表明, 水稻倒伏与植株高度、重心高度、茎秆基部节间长度、节间外径、节间壁厚、节间质量等茎秆形态性状均密切相关[27-29]。本研究发现, 与水稻垄作(CK)相比, 2年中水稻垄作养鸡养鱼(RFC)和水稻垄作养鸡(RC)的水稻平均株高、重心高度、节间长度无明显差异, 而茎秆节间外径、壁厚、穗长、穗鲜重均呈增加趋势, 其中以节间外径和壁厚增幅较大。一方面可能是水稻、鸡和鱼在田间共作期间, 鸡和鱼排泄的粪便能够直接还田, 粪便结构简单且含有丰富的碳、氮等营养物质, 易被土壤微生物分解[30], 对土壤结构和肥力起到调控、缓冲和促进作用, 且通过改善土壤孔隙, 增加土壤溶液滞留时间, 减少土壤养分的流失[23], 加上饲养动物在稻田捕食、穿梭等活动, 对水稻中下部茎秆和叶片能够起到舒展和透风透光的作用, 有利于水稻群体通风透光和田间小气候环境的改善, 进而为水稻茎秆形态特征的改善起促进作用[21]; 另一方面是平整的稻田改成垄和垄沟后, 增加了土壤表面积和作物的生长空间[31], 为了便于鸡的活动, 垄肩区域保持湿润无水状态, 利于水、肥、气、热等环境因子的协同, 土壤结构和肥力均得到改善[32]; 同时垄肩区域保持干湿交替, 土壤处于还原、氧化交替变化过程, 有利于提高根系的碳氮代谢和养分吸收利用, 促进强健根系形态的建成[33], 最终利于水稻生长发育和茎秆形态特征的改善[16]。2年中水稻垄作养鱼(RF)处理水稻茎秆外径和壁厚出现降低趋势, 此种现象的发生主要是稻鱼共生模式起垄完成后, 为了保障鱼的活动空间, 垄沟移栽的水稻在垄肩下部且呈梯度, 使得垄肩区域无法覆盖灌溉水, 而垄肩保持湿润状态, 加上肥料基施和水稻前期因秧苗小无法封行, 此时杂草个体生长空间相对较大, 利于杂草出土和生长, 因而杂草种类较多、密度高且危害较重[34]; 同时垄肩区域无法形成有效灌溉水, 致使田间投放的鱼无法形成一定的控草效果, 最终导致垄作稻-鱼共生模式出现草害。草害的发生严重影响水稻正常的生长发育, 导致水稻茎秆形态、抗倒伏能力、穗部性状和产量受到不同程度的影响。

3.2 垄作稻-鱼-鸡共生对水稻茎秆倒伏性状的影响

影响水稻茎杆抗倒性能的因素有很多, 茎秆外径和壁厚作为影响茎秆抗倒性能的主要因素之一, 决定着茎秆的截面形状、截面积和抗折力的大小, 通常来说水稻茎秆的外径和壁厚越大, 内径就越小, 其抗折力和抗倒伏性能就越好[35]。倒伏指数是衡量茎秆抗倒伏性能的重要参数, 其大小由茎杆弯曲力矩和茎秆抗折力共同决定, 其中弯曲强度是指茎秆弯曲直至破裂或达到最大弯矩的最直观的物理参数,抗折力是衡量茎秆机械强度的重要指标, 一定程度可以反映水稻抵抗外力的强度和倒伏性能。水稻茎秆外径和壁厚的增加, 可增大茎秆基部的抗弯截面模量, 增强倒伏能力。本研究发现, 2年中RFC和RC较CK处理水稻各级节间茎秆抗弯截面模量均呈增加趋势, 水稻各级茎秆抗折力均值也呈增加趋势, 从而使得水稻各级节间茎秆倒伏指数呈降低趋势。2年中RF较CK处理水稻各级节间茎秆抗弯截面模量和抗折力均呈降低趋势, 使得倒伏指数增加11.47%,与前人研究稻-鸭共育所得的结果较为一致[20-21]。姜照伟等[36]和杨世民等[37]研究均表明, 倒3和倒4节间是水稻最容易倒伏的部位, 并且倒伏指数200为倒伏发生的临界值, 倒伏指数大于200时田间植株易发生倒伏。本研究发现4个处理水稻各级节间倒数指数均低于200, 尤其是RFC和RC处理水稻第1~4节间在2018年和2019年的倒伏指数均未超过120, 增强了水稻抗倒伏性能。

3.3 垄作稻-鱼-鸡共生对水稻穗部性状和产量的影响

通常来说, 水稻齐穗后, 植株合成的有机物质源源不断向籽粒转运, 使得穗鲜重明显增加, 穗重心下降, 同时穗长增加, 这些均加大了穗部的弯曲程度, 植株重心增高, 增加了茎秆倒伏风险。本研究发现, 2年中RFC、RC和CK处理较RF处理水稻平均穗长和穗重均呈增加趋势, 但倒伏指数并未增加, 表明控制住田间杂草, 水稻株高和重心高度无明显差异下, 增加水稻茎秆外径和壁厚, 有利于提高茎秆的抗折力和抗弯截面模量, 使得水稻垄作栽培、垄作稻-鸡共生和垄作稻-鱼-鸡共生水稻产量提高的同时, 降低水稻发生倒伏的风险。RF处理虽受垄肩区域田间杂草的胁迫, 导致水稻减产, 一定程度影响经济效益, 但水稻垄作栽培模式下开展养鱼, 通过鱼在垄沟取食、穿梭等活动, 也可对垄沟水位以下田间杂草和虫害起到防控作用, 另外鱼排泄的粪便可直接还田, 对土壤结构和肥力起到促进作用。同时将水稻种植和鱼养殖置于相同的时空内, 可充分利用土地、灌溉用水等资源, 降低化肥和农药投入量, 产出优质的农产品, 增加经济效益。因此, 实际生产应用中, 为稳定水稻产量及进一步提高稻作生产的经济效益, 垄作稻-鱼共生模式应结合合理的耕作制度、水肥管理等措施综合治理杂草。

4 结论

垄作稻-鱼-鸡共生作为一种新型的稻田综合种养模式, 实现了垄与垄沟两侧种植水稻, 垄肩养鸡和垄沟养鱼, 达到了“一水两用, 一田多收”的目的。本文通过对水稻茎秆倒伏、穗部性状及产量的研究发现, 垄作稻-鱼-鸡共生和垄作稻-鸡共生模式的水稻茎秆外径、壁厚、抗折力和抗弯截面模量整体均高于常规水稻垄作栽培, 在水稻株高、株鲜重、重心高度和节间长度无明显差异外, 使得水稻茎秆最大应力和倒伏指数均呈降低趋势, 并且增加了水稻穗长和穗重, 稳定水稻产量; 垄作稻-鱼共生模式中除水稻株高、株鲜重、重心高度和节间长度较常规水稻垄作栽培无明显差异外, 水稻茎秆外径、壁厚、抗折力、抗弯截面模量和产量均呈降低趋势, 茎秆最大应力和倒伏指数均呈增加趋势, 增加了水稻倒伏的风险。

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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

梁玉刚, 陈奕沙, 陈璐, 马微微, 孟祥杰, 黄璜, 余政军. 垄作稻-鱼-鸡共生对水稻茎秆倒伏、穗部性状及产量的影响[J]. 中国生态农业学报(中英文), 2021, 29(2): 379-388

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S27

* 湘北水稻生态优质技术集成与示范(2018YFD0301003)和湖南省教育厅科学研究项目(18C0132)资助

黄璜, 主要研究方向为农业生态信息, E-mail: hh863@126.com; 余政军, 主要研究方向为水稻高产高效生态栽培理论与技术研究, E-mail: yuzhengjunkk@163.com

梁玉刚, 主要研究方向为水稻高产高效生态栽培理论与技术研究。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