彭翔 戴林秀 李京咏 颜宇璐 徐峥 徐强 窦志 高辉

（江苏省作物栽培生理重点实验室/江苏省作物遗传生理重点实验室/江苏省粮食作物现代产业技术协同创新中心/ 扬州大学农学院/扬州大学水稻产业工程技术研究院，江苏 扬州 225009；第一作者：940022694@qq.com；*通讯作者：qiangxu@yzu.edu.cn）

水稻是我国的主要粮食作物之一，总产约占世界总量的30%，居世界第一[1]。近年来，随着人民生活水平的提高，人们对粮食的需求已经从“吃饱”向“吃好”转变。然而，传统水稻生产过分依赖化肥和农药，长期过量施用所带来的资源浪费、土壤退化、农产品品质下降、大气和水体污染等问题日益突出[2]。因此，发展高产优质和环境效益友好的水稻种植模式对增加农产品产量、改善品质、保障国家粮食安全以及农业的可持续发展具有重要意义。

稻田综合种养是一种利用稻田湿地资源在同一块稻田里既种植水稻又养殖水生经济动物（鱼、虾、蟹和鳖等）的生态循环农业发展模式[3]，广泛分布于亚洲一些国家和地区[4-5]。近年来，稻田综合种养发展迅猛，2020 年我国稻田综合种养面积已达226.67 万hm2，约占水稻种植总面积的7%[6]。稻田综合种养对农药化肥依赖小，基本可以实现不打药，依靠食物链中生物间的捕食关系实现田间虫害的防治，保持田间生态稳定和平衡。稻田综合种养模式主要为稻虾（占比47.70%）、稻鱼（41.40%）和稻蟹共作（5.94%），稻鳖、稻蛙、稻螺和稻鳅等其他数十种模式总占比不足5%[7]。由于各地区气候条件、土壤类型等存在差异，且稻田综合种养模式众多、水产动物的养殖密度、栖息地占田块比例大小不同，使得稻田综合种养对水稻产量及稻米品质的影响不尽相同[8-11]。已有研究结果间的分歧为稻田综合种养的进一步推广应用带来了不确定性。目前，稻田综合种养对区域上水稻产量和稻米品质的作用效果还缺乏定量化的文献研究。

长江中下游是中国稻田综合种养主要分布区，约有稻田综合种养面积78.20 万hm2。本文以长江中下游地区的湖北省、湖南省、江西省、安徽省、江苏省、浙江省、上海市为研究对象，综述了不同稻田综合种养模式对水稻产量形成和稻米品质的影响，并探讨其影响机理，以期为进一步推广稻田综合种养、发展优质绿色稻米提供参考。

1 数据来源与分析方法

1.1 数据来源

本研究基于已发表的文献数据进行分析，从中国知网、百度文库以及维基百科等文献数据库，通过设置“稻田 综合 种养 ”“ 稻虾”“稻 鱼 ”“稻 鸭 ”“ 稻蟹”“稻 渔 共生”“水稻产量”和“稻米品质”等关键词进行检索，并根据以下条件进行文献筛选：1）综合种养是在长江中下游地区农田进行的（不包括盆栽和室内试验），且研究对象为水稻，但品种不限；2）同一试验必须同时包括常规水稻单作处理和稻田综合种养处理，且有相应的水稻产量构成或稻米品质数据。3）每个处理至少有3 次重复；4）对于每个独立试验还需获取以下相关信息：试验点地理位置、试验时间、供试水稻及养殖动物品种信息等。经筛选，符合条件的文献共计19 篇，有效数据155 组。

1.2 数据分组与统计分析

本研究要求参与研究的每个试验都是相互独立的。因此，假设每个独立试验中的试验地点、试验条件、试验品种及对照组都是独立的。直接提取文献中给出的对照组与处理组的样本数据。水稻产量构成因素包括有效穗数、每穗粒数、结实率和千粒重；水稻品质大致分为外观品质（长宽比、垩白度、垩白粒率）、加工品质（糙米率、精米率、整精米率）及营养和蒸煮品质（胶稠度、蛋白质含量、直链淀粉含量）。为比较不同单作与共作处理对水稻产量和品质的影响，分别对不同系统水稻产量构成和品质指标进行研究。采用Excel 2020软件进行数据计算，采用GraphPad Prism 8 进行绘图和数据差异性分析（配对T 检验）。

2 结果与分析

2.1 稻田综合种养对水稻产量构成的影响

从表1 可见，在17 条有关稻田综合种养对水稻产量影响的数据样本中，有10 条报道长江中下游地区稻田综合种养水稻产量低于水稻单作模式，减产范围为2.65%～12.20%；有7 条报道稻田综合种养水稻产量高于水稻单作，增幅为0.35%～12.2%。从产量构成因素看，多数文献表明，稻田综合种养水稻的有效穂数和穗粒数低于水稻单作，分别低1.59%～7.37%和0.04%～9.30%；仅有5 篇文献报道稻鸭共作模式水稻穗粒数比水稻单作模式高1.92%～22.93%。在17 条数据样本中，大多报道稻田综合种养的水稻结实率和千粒重比水稻单作高，分别高0.13%～5.33%和0.36%～5.75%；仅有1条报道稻鸭模式的水稻千粒重比水稻单作模式低1.70%。可见，稻田综合种养的水稻有效穂数和穗粒数普遍减少，而结实率和千粒重增加，这保证了稻田综合种养水稻一定的产量水平，说明其稳产效果尚可。

表1 稻田综合种养对水稻产量及其构成的影响

2.2 稻田综合种养对稻米品质的影响

2.2.1 对稻米加工品质的影响

总体来看，与水稻单作相比，稻田综合种养可以极显著提高稻米的糙米率、精米率和整精米率，平均增幅分别为0.72%、1.19%和2.74%（图1）。其中，稻虾和稻鸭共作的糙米率分别比水稻单作增加0.05%和2.77%，但不显著（图1 a）；而稻蟹和稻鱼共作模式的糙米率显著（p＜0.05）和极显著（p＜0.001）高于水稻单作，增幅分别为0.45%和0.13%。稻虾和稻鸭共作的精米率高于水稻单作，增幅为0.42%和2.82%，但不显著（图1 b）；而稻蟹和稻鱼共作的精米率分别显著（p＜0.05）和极显著（p＜0.001）高于水稻单作，增幅分别为1.62%和0.67%。稻虾、稻鸭和稻蟹共作的整精米率均高于单作，增幅分别为0.87%、1.4%和1.67%，但不显著（图1 c）；而稻鱼共作的整精米率极显著（p＜0.001）高于水稻单作，增幅为6.73%。由此可见，综合种养可明显改善长江中下游地区稻米的加工品质。

图1 不同生产系统稻米加工品质比较

2.2.2 对稻米外观品质的影响

外观品质是稻米商品价值的主要体现。由图2 可知，总体来看，综合种养稻米的垩白粒率和垩白度极显著低于水稻单作，降幅分别为13.78%和11.76%。垩白粒率方面，稻虾和稻鸭共作相比水稻单作分别下降13.06%和4.9%，但差异不显著；而稻蟹和稻鱼共作的降幅分别为5.15%和20.96%。稻鱼共作的垩白粒率明显高于其他共作系统（图2 a）。垩白度方面，稻虾和稻鱼共作与水稻单作相比分别下降13.92%和20.96%，但差异不显著；而稻鸭和稻蟹共作的垩白度分别极显著和显著低于水稻单作，降幅分别为9.11%和2.51%（图2 b）。由此可知，综合种养可显著改善长江中下游地区稻米的外观品质。

图2 不同生产系统稻米外观品质比较

2.2.3 对稻米蒸煮和营养品质的影响

蒸煮品质指稻米在蒸煮过程中所表现的各种理化特征和感官特性，主要包括直链淀粉含量和胶稠度。稻田综合种养的稻米胶稠度极显著高于水稻单作，增幅为2.11%（图3 a）。稻虾、稻鸭和稻鱼共作稻米胶稠度比水稻单作分别增加6.84%、4.92%和0.76%，但不显著；而稻蟹共作却显著（p＜0.05）低于水稻单作，降幅为3.91%。稻田综合种养的稻米直链淀粉含量极显著低于水稻单作，降幅为3.01%。稻虾、稻鸭和稻鱼共作与水稻单作相比分别下降1.85%、2.78%和7.17%，差异均不显著；稻蟹共作直链淀粉含量极显著低于水稻单作，下降 1.59%（图 3 b）。

稻米蛋白质是人体理想的植物蛋白，也是稻米重要的营养物质。由图3 c 可知，稻田综合种养的稻米蛋白质含量极显著低于水稻单作，降幅为6.67%；稻虾、稻鸭共作与水稻单作相比分别下降6.56%和6.37%，差异显著；稻蟹和稻鱼共作与水稻单作相比分别下降4.60%和8.37%，差异极显著。综上，稻田综合种养在一定程度上可以改善长江中下游地区稻米蒸煮和食味品质，但降低了营养品质。

图3 不同生产系统稻米蒸煮和营养品质比较

3 讨论

3.1 稻田综合种养对水稻产量构成的影响

本研究综述了长江中下游地区稻田综合种养对水稻产量形成的影响，研究发现，在17 条数据中有7 条报道稻田综合种养水稻产量比水稻单作高0.3%～12.4%，另外10 条报道稻田综合种养水稻产量比水稻单作低2.7%～12.2%。增产的主要原因是：1）稻田综合种养可以明显改善田间小气候和通风透光性，并且水产（禽）动物在田间活动能提高水稻根系活力，尤其在生育后期，水稻群体根系的总吸收表面积和吸收活跃表面积的数量增加，这对籽粒的形成起到重要作用[20]；2）水产（禽）动物对稻飞虱、稻纵卷叶螟等害虫以及杂草的控制作用尤为显著，同时对水稻纹枯病也有较好的控制作用，有效减少田间病虫草害发生，进而提高水稻产量[21]；3）稻田综合种养能提高水稻中后期叶片的叶绿素含量，有利于籽粒的灌浆和充实[22]，从而提高结实率和千粒重；4）水产（禽）动物饲养过程中残余的饲料、粪便还田以及生长期蜕壳经矿化分解（如虾、蟹等），使稻田土壤肥力有较大提高，这样满足了籽粒灌浆时养分的需求和物质的高效转运，促进了水稻的每穗粒数、结实率和千粒重的增加[23-24]。而导致长江中下游地区稻田综合种养水稻减产的主要原因是：1）由于其水分管理不同于传统水旱轮作，长期的淹水、少搁田或是不搁田虽利于水产（禽）养殖，但是不利于水稻生长发育，致使水稻成熟期穗数减少、穗型减小；2）稻田综合种养中过度开垦的环沟会挤占部分水稻种植面积，直接导致水稻减产[25-26]；3）长期淹水导致田间湿度较大，稻曲病高发，致使水稻产量降低。然而，本研究文献综述结果表明多数稻田综合种养水稻产量超过7.5 t/hm2，符合稻渔综合种养技术规范对平原地区水稻产量的要求[27]，说明合理的稻田综合种养模式是可以保证水稻稳产的。

3.2 稻田综合种养对稻米品质的影响

温度是影响稻米品质最显著的因子之一，特别是在灌浆结实期，过高或过低均不利于优质米的形成[28]。稻田综合种养通常选用高秆茎粗抗倒的优质水稻品种，这种株型结构在水稻生长中后期，有利于群体的遮阴降温，同时也利于鱼、虾等生长。这种田间小气候的改善有利于水稻生长和稻米优良品质的形成。本研究结果表明，长江中下游地区稻田综合种养可以极显著提高稻米的糙米率、精米率和整精米率，平均增幅为0.7%～2.7%，稻米垩白粒率和垩白度比水稻单作分别降低了13.8%和11.8%，稻米的加工和外观品质均得到改善。另外，动物粪便增加了土壤锰、锌、铜、硅等微量元素含量，对整精米率的提高也有一定的促进作用[20]。陈灿等[30]研究表明，稻田综合种养中，由于养殖动物的代谢活动、残留饵料和粪便还田增加了土壤氮素含量，而通常认为稻米的垩白粒率和垩白度与施氮量显著负相关，氮素投入增加将显著减少稻米的垩白粒率及垩白度。本研究中，相比于水稻单作，稻田综合种养的稻米胶稠度增加2.1%，直链淀粉含量和蛋白质含量分别降低3.0%和6.7%，表明稻田综合种养在一定程度上可以改善长江中下游地区稻米的蒸煮和食味品质。这可能是由于稻田综合种养中，水稻栽培密度得到优化，田间通风透光条件得到改善所致。然而，稻田综合种养降低了稻米蛋白质含量，这主要是由于综合种养较低的氮肥投入所致。而土壤微生物及有机肥能增加稻米的胶稠度和直链淀粉含量，但千粒重的增加会提高稻米色素含量，从而导致直链淀粉含量下降，有利于改善稻米蒸煮和食味品质[31]。

4 结论与展望

相比水稻单作，长江中下游地区稻田综合种养的水稻穂数和穗粒数分别降低1.6%～7.4%和0.0%～9.3%，而水稻结实率和千粒重分别增加0.1%～5.1%和0.4%～5.4%。可见，稻田综合种养在一定程度上影响了水稻分蘖的发生，导致有效穗数偏低，但其结实率和千粒重的提高保证了一定的产量。然而，仍有59%的样本量表明稻田综合种养水稻产量低于水稻单作，这可能主要与深水灌溉、施肥用药少、沟坑占比过大、土壤基质的变化以及地区差异等因素有关，这说明稻田综合种养不能盲目扩张，在后续大面积推广时，应摸索配套技术、遵循规范操作，保证水稻稳产。此外，与水稻单作相比，稻田综合种养虽然降低了营养品质，但改善了稻米的加工、外观、蒸煮和食味品质。未来，稻田综合种养的进一步提档升级应更加注重田间养分管理和科学减氮，这不仅有助于综合种养模式下水稻的高产稳产，也有利于稻米营养品质和食味品质之间的平衡。