尤溪聯(lián)合梯田稻作系統(tǒng)的田間綜合管理技術(shù)與系統(tǒng)穩(wěn)定性

樊榮榮, 王玉潔, 呂昭君, 鄭新宇, 王維奇, 閔慶文, 林瑞余

(1.福建農(nóng)林大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院，福建 福州 350002；2.福建師范大學(xué)地理科學(xué)學(xué)院，福建 福州 350007； 3.中國(guó)科學(xué)院地理科學(xué)與資源研究所，北京 100101)

中國(guó)具有一萬(wàn)多年的農(nóng)耕文明，積淀了豐富的農(nóng)耕經(jīng)驗(yàn)，形成了寶貴的農(nóng)業(yè)文化遺產(chǎn)，相關(guān)的農(nóng)耕技術(shù)可為當(dāng)前農(nóng)業(yè)生產(chǎn)提供寶貴經(jīng)驗(yàn)[1]。農(nóng)業(yè)文化遺產(chǎn)地保留下來(lái)的農(nóng)業(yè)技術(shù)遺產(chǎn)對(duì)維持生計(jì)與農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展具有重要借鑒價(jià)值[2]，哈尼梯田[3-6]、廣西龍脊梯田[7]、湖南新化的紫鵲界梯田[8]及江西崇義客家梯田[9]已有相關(guān)報(bào)道。聯(lián)合梯田位于福建省三明市尤溪縣聯(lián)合鎮(zhèn)，是我國(guó)南方典型的以稻作為主的山地農(nóng)業(yè)系統(tǒng)，2018年被列入全球重要農(nóng)業(yè)文化遺產(chǎn)地[10-11]。據(jù)考證，其開(kāi)鑿于1 300多年前，海拔高度落差700 m，形成“水源林—聚落—梯田—溪流”的垂直立體分布格局[12-14]。聯(lián)合梯田至今保存了豐富的傳統(tǒng)水稻種質(zhì)資源，以及作物復(fù)種輪作與間作、立體種養(yǎng)等多樣化的典型稻作模式[13-15]，具備良好的水土保持功能[16]，且維持良好的生產(chǎn)功能、抗災(zāi)能力與系統(tǒng)穩(wěn)定性，但稻作系統(tǒng)穩(wěn)定性的維持機(jī)制尚不明確。研究表明，梯田稻作系統(tǒng)穩(wěn)定性受氣候、地質(zhì)、田間管理等多種因素影響[17]。因此，為明確聯(lián)合梯田田間管理技術(shù)及其對(duì)稻作系統(tǒng)穩(wěn)定性的影響，本研究從田間綜合管理技術(shù)的角度分析當(dāng)?shù)靥萏锓€(wěn)定性、地力穩(wěn)定性、水稻生產(chǎn)穩(wěn)定性和生物多樣性，以期為聯(lián)合梯田的開(kāi)發(fā)和保護(hù)提供借鑒。

1 研究區(qū)概況與方法

1.1 研究區(qū)概況

聯(lián)合梯田位于三明市尤溪縣聯(lián)合鄉(xiāng)，梯田綿延8個(gè)行政村，界于北緯26°17′～26°24′，東經(jīng)118°08′～118°17′之間[15]。該梯田地處亞熱帶地區(qū)，屬亞熱帶季風(fēng)性濕潤(rùn)氣候，年均氣溫15.8～19.6 ℃，無(wú)霜期180 d，降雨主要集中在5—9月[15]，約220 d。以中低山地地形為主，開(kāi)墾于山坡上，坡度在15°～75°之間[10]，土質(zhì)優(yōu)良，土壤肥沃，耕地面積為918.73 hm2[13]。

1.2 研究方法

2015—2017年，通過(guò)實(shí)地考察和組織當(dāng)?shù)氐霓r(nóng)技站、文化站、水利站以及各村村委會(huì)主要成員召開(kāi)座談會(huì)等獲得聯(lián)合梯田稻作系統(tǒng)的田間管理技術(shù)相關(guān)資料，并查閱《尤溪縣縣志》[18]等。

2 結(jié)果與分析

2.1 稻作系統(tǒng)水分管理與梯田的穩(wěn)定性

梯田的修筑使當(dāng)?shù)氐奶锏仄露葴p小，在一定程度上減緩了水土流失，保障了田間的水土穩(wěn)定性；同時(shí)，田間修筑的田埂在一定程度上減少了水肥流失，合理的灌溉模式有助于防洪、減少土壤流失。當(dāng)?shù)匾陨巾斕烊簧譃樗畮?kù)，形成了“森林—梯田—村莊—河流”的空間格局[12]。除降雨外，地下徑流和山泉水是最主要的灌溉水源[12,19]，梯田水資源通過(guò)分級(jí)截流、分散蓄存及土壤下滲等實(shí)現(xiàn)了重新分配[20]。除此之外，聯(lián)合梯田根據(jù)不同稻作類(lèi)型實(shí)行水分差異化管理，具體措施見(jiàn)表1。

2.2 稻作系統(tǒng)肥田措施與地力穩(wěn)定性

2.2.1 傳統(tǒng)肥田 聯(lián)合梯田稻作系統(tǒng)保留了多種多樣的傳統(tǒng)肥田措施，主要包括：種植綠肥、放養(yǎng)紅萍、秸稈還田、施用廄肥與農(nóng)家肥以及種養(yǎng)結(jié)合等。(1)種植綠肥。水稻收割后在稻田中撒播紫云英種子，于盛花期翻犁。(2)放養(yǎng)紅萍。水稻收割后養(yǎng)植紅萍，于來(lái)年插秧后30～40 d，結(jié)合第2次中耕除草烤田時(shí)“倒萍”。(3)秸稈還田。利用水稻秸稈與冬天散養(yǎng)田間的牲畜糞便一起發(fā)酵用于肥田。(4)施用廄肥。將自制的廄肥撒施作基肥，結(jié)合中耕培土?xí)r施用，總施用量一般為1 500～2 000 kg·hm-2。(5)施用農(nóng)家肥。將堆積腐熟的人畜糞便與草木灰、泥炭、食用菌培養(yǎng)基混勻后或與菌肥混合后作為基肥。(6)種養(yǎng)結(jié)合。春季種植水稻后放養(yǎng)泥鰍、田螺和鯉魚(yú)等，秋季收獲后放養(yǎng)雞、鴨和羊等家禽家畜，利用所養(yǎng)殖動(dòng)物的糞便肥田。

表1 聯(lián)合梯田主要稻作類(lèi)型的水分管理措施Table 1 Water management measures of main rice types in Lianhe terrace fields

2.2.2 化肥施用 根據(jù)田塊的土壤肥力狀況、水稻品種特性與稻作類(lèi)型差異，聯(lián)合梯田稻田的化肥施用主要分為“基肥一道清”、“前促施肥”、“前促—中控—后保”和“前穩(wěn)—中攻—后補(bǔ)”。(1)“基肥一道清”主要適用于黏土、重壤土等保肥力強(qiáng)的稻田。在整地時(shí)將全部肥料用作基肥，一次性施入。(2)“前促施肥”主要適用于栽培生育期短的水稻品種。施肥水平不高或前期溫度較低、肥效發(fā)揮慢的稻田，在施足基肥的基礎(chǔ)上，早施和重施分蘗肥。一般基肥量占總施肥量的70%～80%，剩余肥料于秧苗返青后全部施入田間。(3)“前促—中控—后?！敝饕m用于供氮能力低的稻田。其中，“前促”指水稻移栽后2～3周施用速效肥促蘗，施用量占70%～80%；“中控”指在達(dá)到預(yù)期分蘗數(shù)后，采用擱田或烤田來(lái)控制氮素吸收；“后?！敝冈诘咎锔菜螅瑢?duì)葉色褪綠嚴(yán)重的稻株在孕穗期施用?；ǚ省?4)“前穩(wěn)—中攻—后補(bǔ)”主要適用于中熟、晚熟水稻品種與保肥性差、施肥量較低的稻田?！扒胺€(wěn)”包括促根、控葉、壯稈，“中攻”指在稻穗分化期重施促花肥等，“后補(bǔ)”指抽穗后看苗補(bǔ)施粒肥等。

2.2.3 稻作系統(tǒng)地力穩(wěn)定性 傳統(tǒng)肥田和化學(xué)肥田是聯(lián)合梯田維持地力穩(wěn)定性的重要因素。養(yǎng)植綠萍、紅萍與秸稈還田等可有效增強(qiáng)田間肥力，何艷明等[21]和沈世勝[22]研究表明，種植綠肥使田間化肥施用量減少20%左右，稻田增產(chǎn)30%。對(duì)南方雙季稻種植系統(tǒng)的研究發(fā)現(xiàn)，放養(yǎng)紅萍使一般稻谷增產(chǎn)4%～8%[23]。梁繼旺等[24]研究表明，秸稈還田可增加田間土壤有機(jī)質(zhì)，使早稻增產(chǎn)10%～13%、晚稻增產(chǎn)1.2%～2.5%。農(nóng)家肥、廄肥為梯田提供生態(tài)肥源，種養(yǎng)結(jié)合及種植田埂豆科作物有效減少水土流失、增強(qiáng)土壤氮肥。對(duì)貴州余慶縣稻田的研究表明，農(nóng)家肥可使水稻增產(chǎn)20%左右[25]。王育紅等[26]研究表明，稻鴨種養(yǎng)結(jié)合可使水稻增產(chǎn)約7%。因此，使用傳統(tǒng)肥田技術(shù)與化學(xué)肥田結(jié)合可提高稻作系統(tǒng)的產(chǎn)量，減少土壤污染。

2.3 雜草防控與水稻生產(chǎn)穩(wěn)定性和生物多樣性

雜草是影響稻作系統(tǒng)水稻生產(chǎn)穩(wěn)定性和生物多樣性的因素之一。本調(diào)查表明，聯(lián)合梯田稻作系統(tǒng)的主要雜草有28種，主要包括：鴨跖草(Commelinacommunis)、莎草(Cyperusrotundus)、千金子(Leptochloachinensis)、鼠曲草(Gnaphaliumaffine)、羊蹄草(Emiliasonchifolia)、黃鵪菜(Youngiajaponica)、水蓼(Polygonumhydropiper)、過(guò)路黃(Lysimachiachristinae)、苣荬菜(Sonchusbrachyotus)、牛筋草(Eleusineindica)、狗尾草(Setariaviridis)、艾草(Artemisiaargyi)、薊(Cirsiumjaponicum)、車(chē)前草(Plantagodepressa)和積雪草(Centellaasiatica)等。雜草防控以種養(yǎng)結(jié)合和秸稈覆蓋措施為主，人工除草和化學(xué)除草為輔。其中，化學(xué)除草包括播前化除、種后化除以及補(bǔ)除措施，人工除草主要為中耕除草。(1)復(fù)種輪作。主要包括早稻—秋薯、春薯—晚稻、瓜稻輪作和煙稻輪作。(2)種養(yǎng)結(jié)合。水稻成活后每公頃放入鴨子45～100只，后期可增加至100～190只，讓鴨子在水田中覓食，啃食雜草。(3)秸稈覆蓋。在上茬作物收獲前進(jìn)行水稻直播，利用上茬作物收獲時(shí)產(chǎn)生的秸稈覆蓋稻田。(4)播前化除。夏收后于水稻播種前3～5 d用500 mL·hm-210%草甘膦水劑或80～100 mL·hm-225%克瑞蹤水劑清潔田園。(5)種后化除。種后化除包括一次化除和二次化除。①一次化除：水稻播種后1～3 d內(nèi)，在濕潤(rùn)無(wú)積水的條件下，搶晴用80 g·hm-240%芐嘧·丙草胺可濕性粉劑兌水30～50 kg均勻噴霧。②二次化除：水稻播種后2～3 d內(nèi)，先用100 mL·hm-290%殺草丹均勻噴霧，再在稻苗2～3葉期用30 g·hm-210%芐嘧磺隆濕性粉劑拌化肥均勻撒施。(6)中耕除草。水稻分蘗期對(duì)土壤淺層翻倒及疏松時(shí)進(jìn)行除草，一季作物中耕3～4次。

聯(lián)合梯田采用稻薯輪作、瓜稻輪作和稻煙輪作、秸稈覆蓋等減少田間草害發(fā)生、影響土壤理化性質(zhì)、改變土壤微生物含量與豐富土壤生物多樣性，而種養(yǎng)結(jié)合實(shí)現(xiàn)空間立體培養(yǎng)、減少草害發(fā)生、增加復(fù)種指數(shù)與維持稻作系統(tǒng)的生物多樣性。黃國(guó)勤等[27]研究發(fā)現(xiàn)，復(fù)種輪作可使稻田輪作系統(tǒng)的總初級(jí)生產(chǎn)力、光能利用率、輔助能利用率分別比連作系統(tǒng)提高17.47%、9.87%和5.0%。徐志軍等[28]研究發(fā)現(xiàn)，秸稈覆蓋的直播田雜草萌發(fā)比翻耕水田萌發(fā)遲4～7 d。林孝麗等[29]研究顯示，種養(yǎng)結(jié)合可使農(nóng)藥施用量比常規(guī)水稻種植模式減少40.17%。

2.4 病蟲(chóng)害綜合防控與水稻生產(chǎn)穩(wěn)定性和生物多樣性

病蟲(chóng)害是影響稻作系統(tǒng)水稻生產(chǎn)穩(wěn)定性和生物多樣性的一大因素。本調(diào)查表明，聯(lián)合梯田稻作系統(tǒng)的主要病害有17種、蟲(chóng)害19種。病害包括：稻瘟病(Pyriculariagrisea)、細(xì)菌性條斑病(Xanthomonasoryzae)、矮縮病(Ricedwarfvirus)、稻曲病(Ustilaginoideaoryzae)、葉鞘腐敗病(Sarocladiumoryzae)、惡苗病(Fusariummoniliforme)和立枯病(Rhizoctoniasolani)等；蟲(chóng)害包括：稻縱卷葉螟(Cnaphalocrocismedinalis)、褐飛虱(Nilaparvatalugens)、三化螟(Scirpophagaincertulas)、二化螟(Chilosuppressalis)、白背飛虱(Sogatellafurcifera)、灰飛虱(Laodelphaxstriatellus)、稻葉蟬(Nephotettixcincticeps)和稻苞蟲(chóng)(Parnaraguttata)等。根據(jù)各病蟲(chóng)害的發(fā)病特點(diǎn)及病源生物生理生化特性不同，聯(lián)合梯田病蟲(chóng)害綜合防控分為人工防治、物理防治、化學(xué)防治、農(nóng)業(yè)防治和生物防治。(1)人工防治。主要包括下田捉蟲(chóng)、采卵塊、拔枯心苗、摘除病葉、病穗，可減少田間蟲(chóng)卵數(shù)量，降低稻田發(fā)病率。(2)物理防治。主要包括點(diǎn)燈、燒火誘殺成蟲(chóng)。(3)化學(xué)防治。使用稻瘟靈、異稻瘟凈、水胺硫磷、殺蟲(chóng)雙、殺滅菊酯等農(nóng)藥防治病蟲(chóng)害。(4)農(nóng)業(yè)防治。選用抗病蟲(chóng)良種，播前曬種、浸種，實(shí)行淺水勤灌，早季提早灌水溶田；稻草漚肥；適時(shí)播種，使水稻抽穗避開(kāi)雨季；提倡水旱輪作等。(5)生物防治。主要包括引入害蟲(chóng)天敵，選擇抗性品種等。

聯(lián)合梯田采用人工防治控制卵生害蟲(chóng)發(fā)生，有效減少田間蟲(chóng)卵數(shù)量、降低稻田發(fā)病率；采用物理防治控制趨光性害蟲(chóng)，有效控制害蟲(chóng)種群數(shù)量與繁殖速度；采用生物防治可有效控制病蟲(chóng)害，不造成藥物殘留；采用農(nóng)業(yè)防治可長(zhǎng)期有效控制病蟲(chóng)害的發(fā)生。本調(diào)查顯示，在二化螟蟲(chóng)卵孵化為成蟲(chóng)前拔出傷株可有效消除大量幼蟲(chóng)；稻田養(yǎng)鴨可有效防治稻飛虱；播種前曬種、浸種可有效殺除種子表面致病菌；鄒游興[30]研究發(fā)現(xiàn)，使用殺蟲(chóng)燈誘捕方法可在100 m以?xún)?nèi)有效控制害蟲(chóng)數(shù)量及其危害程度。因此，梯田通過(guò)綠色防控措施去除病蟲(chóng)害，減少田間大量使用藥劑、保障水稻安全生長(zhǎng)與保護(hù)生物多樣性。

3 討論與結(jié)論

3.1 聯(lián)合梯田稻作系統(tǒng)穩(wěn)定性的維持機(jī)制及田間綜合管理技術(shù)的生態(tài)價(jià)值

稻作系統(tǒng)的田間綜合管理技術(shù)是影響水稻產(chǎn)量、品質(zhì)及稻作系統(tǒng)穩(wěn)定性的關(guān)鍵。當(dāng)前，水稻的水分管理方式嚴(yán)重影響稻田草害等的發(fā)生，進(jìn)而影響水稻產(chǎn)量[31]。近幾十年來(lái)，化肥、農(nóng)藥及除草劑等大量施用的負(fù)面環(huán)境效應(yīng)已逐漸顯現(xiàn)[31-34]，農(nóng)藥殘留等問(wèn)題已嚴(yán)重威脅土壤質(zhì)量與人類(lèi)健康，影響農(nóng)田的使用。隨著氣候條件、水稻栽培方式、耕作制度的變化以及化學(xué)試劑的長(zhǎng)期使用等，稻田雜草的優(yōu)勢(shì)群落和種群以及病蟲(chóng)害的發(fā)生頻率和強(qiáng)度等發(fā)生了很大的變化[34]，稻作系統(tǒng)的穩(wěn)定性面臨嚴(yán)重威脅。

聯(lián)合梯田因地制宜采用相應(yīng)的田間管理技術(shù)，保護(hù)梯田田間生態(tài)系統(tǒng)的多樣性，有效提高太陽(yáng)能利用率與維持梯田的水土穩(wěn)定、肥料穩(wěn)定和生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定，對(duì)生態(tài)農(nóng)業(yè)和循環(huán)農(nóng)業(yè)的發(fā)展都具有重要借鑒價(jià)值。在水分管理上，梯田采用森林蓄水、梯田保水、流水串灌等途徑保證稻作系統(tǒng)水分的有效供給，形成符合水稻生長(zhǎng)的灌溉模式，滿(mǎn)足其生長(zhǎng)需求。通過(guò)修筑田埂、種植田埂豆等措施，增強(qiáng)梯田結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性、保障梯田不垮塌，實(shí)現(xiàn)梯田的保護(hù)和可持續(xù)利用。在肥田措施上，通過(guò)綠肥、秸稈、廄肥等的合理施用、種養(yǎng)結(jié)合、合理間作以及傳統(tǒng)施肥與化學(xué)施肥相結(jié)合等措施，提高廢棄物的利用價(jià)值、改善土壤理化性質(zhì)與減少環(huán)境污染，為當(dāng)今農(nóng)業(yè)稻田肥料管理提供借鑒。采用復(fù)種輪作、種養(yǎng)結(jié)合、秸稈覆蓋、中耕除草來(lái)減少雜草的種類(lèi)及數(shù)量，避免了化學(xué)除草帶來(lái)的危害，充分提高了聯(lián)合梯田的空間資源與能量資源的利用率，為稻作系統(tǒng)的高效生產(chǎn)及草害管理提供了解決方案。采用物理、化學(xué)、生物、農(nóng)業(yè)防控為主，人工防控為輔的措施以及稻田養(yǎng)魚(yú)、養(yǎng)鴨等方式有效防止雜草生長(zhǎng)和病蟲(chóng)害發(fā)生，加速了物質(zhì)循環(huán)和能量流動(dòng)過(guò)程，并促進(jìn)水稻及其他作物的生長(zhǎng)，為可持續(xù)農(nóng)業(yè)的發(fā)展提供重要參考。

3.2 聯(lián)合梯田稻作系統(tǒng)田間綜合管理技術(shù)傳承與保護(hù)建議

近年來(lái)，聯(lián)合梯田農(nóng)藥、化肥及除草劑的大量使用造成稻作系統(tǒng)穩(wěn)定性失衡；水體污染狀況日益嚴(yán)重；勞動(dòng)力流失，導(dǎo)致梯田維護(hù)不到位，拋荒、崩塌現(xiàn)象日趨嚴(yán)重。這些問(wèn)題威脅到聯(lián)合梯田稻作系統(tǒng)的可持續(xù)發(fā)展，田間綜合管理技術(shù)面臨瀕危，建議從政府與農(nóng)民兩方面進(jìn)行改進(jìn)。政府應(yīng)加大對(duì)農(nóng)業(yè)文化遺產(chǎn)的保護(hù)力度，呼吁人們重視農(nóng)耕文化的傳承，并積極鼓勵(lì)和大力支持大學(xué)生回鄉(xiāng)創(chuàng)業(yè)及就業(yè)；提出或制定保護(hù)傳統(tǒng)農(nóng)耕文化的惠農(nóng)政策，給予農(nóng)民相關(guān)的政府補(bǔ)貼；大力發(fā)展農(nóng)耕文化相關(guān)產(chǎn)業(yè)，如旅游業(yè)、農(nóng)副產(chǎn)品加工業(yè)等，以解決農(nóng)民生活及就業(yè)問(wèn)題；組織相關(guān)學(xué)者及專(zhuān)家對(duì)農(nóng)民進(jìn)行定期的田間綜合管理技術(shù)及相關(guān)農(nóng)業(yè)知識(shí)的培訓(xùn)及指導(dǎo)；及時(shí)對(duì)梯田進(jìn)行調(diào)研，制定相關(guān)政策制約梯田農(nóng)藥使用量，鼓勵(lì)農(nóng)民使用綠色肥料肥田。當(dāng)?shù)剞r(nóng)民應(yīng)積極響應(yīng)政府制定的梯田保護(hù)政策；并以長(zhǎng)遠(yuǎn)的目光看待聯(lián)合梯田稻作系統(tǒng)的發(fā)展，愛(ài)護(hù)當(dāng)?shù)氐膫鹘y(tǒng)農(nóng)耕文化；不斷提升自身的專(zhuān)業(yè)知識(shí)，更好地保護(hù)和傳承梯田文化。