稻田生態(tài)種養(yǎng)對農(nóng)田生態(tài)效應的影響

陳 璐，陳 燦，黃 璜，李桂香

（湖南農(nóng)業(yè)大學農(nóng)學院／南方糧油作物協(xié)同創(chuàng)新中心，長沙410128）

稻田生態(tài)種養(yǎng)是將水稻生產(chǎn)與水產(chǎn)（禽類）養(yǎng)殖相結(jié)合的、利用生物間的協(xié)同增效效應的稻田養(yǎng)殖復合生態(tài)系統(tǒng)，是保證食物安全、維持農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的有效途徑［1］。中國是世界上最早進行稻田養(yǎng)殖的國家，稻田種養(yǎng)最早可追溯到兩千多年前。稻田綜合種養(yǎng)模式經(jīng)過不斷的創(chuàng)新發(fā)展，由傳統(tǒng)的稻魚（鴨）模式發(fā)展到多種復合種養(yǎng)模式。稻田生態(tài)種養(yǎng)模式主要有：稻田養(yǎng)禽類（雞、鴨、鵝）、稻田養(yǎng)魚類（鰍、鱔）、稻田養(yǎng)甲殼類（蝦、蟹、螺）和稻田養(yǎng)兩棲類（鱉、蛙）等，以及在這些模式上發(fā)展起來的“稻—雞—螺”“稻—雞—魚”“稻—魚—萍”“稻—鴨—萍”“稻—魚—鴨”“稻—蝦—鱉”“稻—鱉—魚”“稻—螺—蝦—鱉”等復合生態(tài)種養(yǎng)模式［2］。多年實踐證明，稻田生態(tài)種養(yǎng)具有較好的生態(tài)、經(jīng)濟和社會效益。筆者就近年來國內(nèi)外稻田生態(tài)種養(yǎng)，如稻田養(yǎng)禽類（雞、鴨、鵝）、稻田養(yǎng)魚類（魚、鰍、鱔）、稻田養(yǎng)兩棲類（鱉、蛙）和稻田養(yǎng)甲殼類（蝦、蟹）對水稻群體結(jié)構和植株生長、水體環(huán)境、稻田土層、稻田雜草和水稻病蟲害等方面的農(nóng)田生態(tài)效應進行概述，旨在為更好地開展稻魚生態(tài)種養(yǎng)的研究與實踐提供參考。

1 生態(tài)種養(yǎng)對稻田水體環(huán)境的影響

稻田生態(tài)種養(yǎng)能提高水溫、水體溶解氧濃度、浮游生物數(shù)量和種類。水溫對水稻生長發(fā)育、品質(zhì)及產(chǎn)量都有很大影響。水溫過低，會影響水稻的吸水能力，降低根對營養(yǎng)物質(zhì)的吸收率；影響水稻的光合作用，導致生長發(fā)育遲緩，生理機能降低，最終降低產(chǎn)量。水溫每升高1℃，產(chǎn)量可提高3.75%。水體溶解氧濃度能通過影響土壤微生物活動、氧化還原電位、離子形態(tài)和土壤pH值而對土壤的N素轉(zhuǎn)化和水稻對N素的吸收利用產(chǎn)生影響；提高水體溶解氧濃度能提高水稻平均根長和增加根的條數(shù)，延緩根系和地上部分老化。稻田浮游植物能固定N、吸收P、提高土壤有機質(zhì)含量、促進水稻生長，是農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)中的重要生物類群［9］。

稻田共生動物的拱土覓食活動會提高水體含氧量［7，8］，增大稻田中下層水和上層水的對流效應，使水面頻繁波動和水體變混，增加透入水體的有效太陽輻射。混水中的懸體浮微粒吸收透入水面波紋的太陽輻射，光能轉(zhuǎn)化為熱能，提高稻田水體溫度，促進水稻根系有氧呼吸，加速有機物降解［7，10］。蔣艷萍等［11］研究表明，稻田養(yǎng)魚比普通稻田的水體平均溫度高0.5～1.0℃，提高水體溶解氧含量，使pH值明顯下降，提高水體N、P、K的含量。曾憲磊等［12］研究表明，稻田養(yǎng)中華絨螯蟹，浮游植物生物量顯著提高，蟹的活動會影響pH值和水體溶氧量，提高水體溫度和光照度，蟹的食物殘渣能增加水體N、P濃度。稻田養(yǎng)鴨的總N、總P、總K含量分別比常規(guī)稻田增加1.85～5.06倍、2.01～8.70倍和42.79%～109.18%；提高了有效肥力供應，提高了水體電導率、氧化還原電位、混濁度，降低表層水體的溫度和pH值，改善了水體物理和化學性質(zhì)［13］。

綜上所述，稻田生態(tài)種養(yǎng)能改善水體理化性質(zhì)，提高水體溫度、水體光照度、水體溶解氧濃度、浮游生物數(shù)量和種類，調(diào)節(jié)水體酸堿度，提高土壤有機質(zhì)含量，提高水體N、P、K濃度，促進水稻植株地下部分生長。

2 生態(tài)種養(yǎng)對稻田土層的影響

稻田生態(tài)種養(yǎng)可以改善土壤養(yǎng)分狀況，增加土壤速效N、速效P、速效K和土壤有機質(zhì)含量［14，15］；共生動物在覓食雜草、害蟲、水稻枯病老葉以及水稻揚花時飄落的禾花的過程中，產(chǎn)生出含有粗蛋白質(zhì)和N、P、K等主要元素的糞便，增加了土壤有機質(zhì)含量，加速肥料釋放速度，提高土壤肥力；對共生動物的投喂飼養(yǎng)也會產(chǎn)生大量的食物殘渣，可以為水稻生長提供養(yǎng)分［3～6］。林利紅等［16］研究表明，稻蟹種養(yǎng)模式能改善土壤理化性質(zhì)，顯著增加土壤N、P等養(yǎng)分含量?！暗绝喒采蹦軌蛱岣咄寥廊玃、全N含量，能增加土壤截存的P量，降低土壤P虧缺［65］。鄺雪梅等［17］研究表明，稻—金魚生態(tài)種養(yǎng)比常規(guī)稻田的土壤速效N、有效P、速效K、有機質(zhì)分別增加5.7%、6.4%、6.2%、7.5%。佀國涵等［18］研究表明，長期稻蝦輪作顯著提高了水稻土壤0～10 cm耕層的土壤速效K、全P含量，0～30 cm耕層的全N含量和0～40 cm耕層有機C、全K、堿解N含量，增加了土壤養(yǎng)分。連續(xù)3年稻蝦種養(yǎng)模式比常規(guī)中稻模式提高了稻田土壤中的全C、全N、硝態(tài)N含量［19，20］，對土壤C／N、土壤pH值及堿解N含量無顯著影響［20］。但陳萬明等［22］研究表明，稻蝦種養(yǎng)模式對土壤有機質(zhì)、全N、全P、全K含量及pH值均有一定程度的提高。蔡晨等［23］研究也表明，稻蝦生態(tài)模式會使土壤中的全N含量和pH隨種養(yǎng)年限增加而緩慢增加。稻蝦共作模式還能降低N和P輸出／輸入比，促進土壤中N和P的累積，同時也會增加系統(tǒng)N和P表觀損失量［21］。林海雁等［24］研究表明，蛙糞積累能促進稻田土壤酶活性和土壤養(yǎng)分提高，隨著虎紋蛙養(yǎng)殖時間延長，特別是在養(yǎng)殖90 d后，蛙的食量、體重和蛙糞排泄增加，虎紋蛙養(yǎng)殖區(qū)多種土壤酶活性及總N、總P和總K含量顯著高于常規(guī)稻田。

稻田種養(yǎng)結(jié)合可以改善土壤物理狀況，改善土壤透氣性和氧化還原電位，提高土壤團聚體和土壤結(jié)構系數(shù)，減小土壤容重，增大土壤總孔隙度和非毛管孔隙度［15，23，27～29］。鄺雪梅等［17］研究表明，稻—金魚共棲生態(tài)系統(tǒng)的稻田土壤比常規(guī)稻田土壤總孔隙度增加8.63%，土壤非毛管孔隙度增加0.01%，土壤容重降低0.11 g／cm3。長期稻蝦輪作會顯著提高土壤0～40 cm土層的總孔隙度、非毛管孔隙度和毛管孔隙度，降低其容重［30］；顯著降低0～10 cm土層還原性物質(zhì)總量，提高20～30 cm土層的土壤還原性物質(zhì)總量，顯著降低15～30 cm土壤層的土壤緊實度［18］。龔世飛［30］研究認為，稻蝦模式在一定時間內(nèi)能改善生物學活性和土壤理化性狀，但長期稻蝦共作會降低土壤養(yǎng)分含量、土壤酶活性和微生物量，加速土壤堿化。

土壤微生物能促進土壤有機質(zhì)分解和養(yǎng)分轉(zhuǎn)化。周雪芳等［25］研究表明，稻蛙養(yǎng)殖能顯著提高土壤微生物數(shù)量和活度，使促進P分解的巨大芽孢桿菌數(shù)量增加，提高土壤P的供應能力。全生育期內(nèi)稻蟹種養(yǎng)田的細菌、放線菌、真菌總量分別為常規(guī)稻田的1.65、1.00、0.48倍；改變了微生物多樣性格局，增加主要微生物物種，細菌多樣性指數(shù)最高提早20 d出現(xiàn)［31］。

3 生態(tài)種養(yǎng)對稻田CH4排放的影響

水稻種植會排放大量CH4，稻田CH4排放量達到全球總排放量的5%～19%［27，32］。稻田生態(tài)種養(yǎng)中共生動物的活動，增加了土壤與大氣的接觸，對土壤氧化還原狀況進行了改善［32］，提高了稻田水體溶解氧濃度和甲烷氧化菌的活性［33］，減緩了稻田溫室氣體排放。稻鴨共作能夠降低20%～30%的CH4排放［34］，養(yǎng)鴨可降低稻田CH4排放高峰期60.7%的排放量［66］。周江偉等［67］試驗表明，免耕稻鱉魚全生育期的CH4排放量比免耕稻魚、免耕稻鱉、水稻單作分別減少21.6%、29.2%和39.9%。袁偉玲等［68］研究發(fā)現(xiàn)，稻田養(yǎng)鯽魚全生育期的CH4排放量比水稻單作減少12%～16%。蝦能啃食水稻枯枝敗葉和雜草，減少有機殘體在分解過程中產(chǎn)生的CH4，蝦的活動會增加水體溶解氧，加快CH4氧化速度［35］。徐祥玉等［36］研究也表明，長期養(yǎng)蝦可使深層土壤氧化還原狀況得到顯著改善，使稻田CH4排放量降低，CH4氧化量增加，養(yǎng)殖克氏原螯蝦還可抑制因秸稈還田所產(chǎn)生的CH4增排效應。

4 生態(tài)種養(yǎng)對稻田雜草的影響

稻田雜草危害性較大，全世界水稻產(chǎn)量可能由此減少10.8%［8］。稻田中比較常見的稗草、鴨舌草、假稻、慈姑、水莎草、異型莎草、眼子菜、水馬齒、千金子、牛毛氈、陌上菜、水莧菜、鱧腸、丁香蓼、節(jié)節(jié)菜等，發(fā)生數(shù)量占田間雜草的95%以上［37］。利用生物多樣性以及生物之間的相互作用能明顯控制雜草危害，實現(xiàn)除草劑減量增效［38，39］。

稻田養(yǎng)殖可以有效控制稻田雜草［40］。魚鴨在初期吃掉大部分幼嫩雜草，魚鴨的田間活動能使水體渾濁，減少水中透光率，抑制雜草發(fā)芽和生長［41］。稻田養(yǎng)鯉魚，鯉魚可以吃掉田中的雜草種子和雜草嫩芽［47］。小龍蝦以田間雜草、草籽和稻腳葉為食，蝦的活動會踩踏雜草，使雜草不能萌發(fā)生長，比人工除草更經(jīng)常、徹底［42～44］。稻蝦共作能控制85%以上的鴨舌草、雜草稗、異型莎草、水莧菜及陌上菜，與施用36%芐嘧磺隆·二氯喹啉酸WP270 g／hm2的防治效果相當［37］。稻蝦共作年限越長，雜草控制效果越好，但多年生雜草假稻或其他深水性雜草的危害可能會加重［37］。稻蝦共作2～3年時，比常規(guī)模式稻田雜草總密度降低52.92%、雙子葉闊葉雜草密度降低73.53%，單子葉禾本科雜草密度降低63.26%［43］。稻蟹生態(tài)種養(yǎng)中蟹的放養(yǎng)密度和蟹齡越大，對稻田雜草的抑制效果越好，蟹對闊葉雜草的防治效果優(yōu)于對單子葉禾本科雜草的防治效果，蟹對闊葉雜草的控草效果可達到 70.93% ～80.89%［45，46］。

綜上所述，水稻田中養(yǎng)殖的魚類、禽類、甲殼類能通過活動、取食和踐踏抑制雜草萌發(fā)或生長，對雙子葉闊葉類雜草的防治效果優(yōu)于單子葉禾本科雜草的防治效果，能夠達到節(jié)藥增效的目的。

5 生態(tài)種養(yǎng)對稻田病蟲害的影響

水稻害蟲包括稻縱卷葉螟和稻飛虱。稻縱卷葉螟成蟲在田間一般停留在稻葉中上部，稻飛虱主要危害稻叢基部。水稻基部的害蟲會被稻田里的魚類、兩棲類和甲殼類動物吃掉，水稻中部和上部的害蟲會被稻田里的禽類吃掉［48］。黑斑蛙對水稻植株基部害蟲具有捕食作用，但不能有效控制稻田中上部的蟲害［49］。晚稻每公頃放養(yǎng)900只牛蛙和1500只牛蛙對稻飛虱的防控效果分別為56.5%和69.2%，表明稻田養(yǎng)蛙能有效防控稻飛虱［50］。盛瀛［51］研究表明，稻鱉共作30 d后，對稻飛虱的防控效果優(yōu)于施用化學藥物（30%吡蚜酮懸浮劑）且防控效果穩(wěn)定，可有效控制稻飛虱。江龍林［52］研究表明，放養(yǎng)規(guī)格3 cm左右的蝦苗（250～600只／kg）22.5萬尾／hm2或450～750 kg／hm2，可有效控制稻飛虱危害。鴨子能有效且穩(wěn)定地控制稻飛虱和稻縱卷葉螟成蟲種群在水稻分蘗至孕穗期的數(shù)量［2，53］。蜘蛛是水稻害蟲的重要天敵之一，數(shù)量大、種類多，均為捕食性［54］。研究表明，蜘蛛對水稻害蟲有跟隨現(xiàn)象，保護稻田蜘蛛能控制水稻害蟲數(shù)量［55，56］。馬曉慧等［54］共調(diào)查蜘蛛標本16 783頭（共31種，隸屬于11科，以園蛛科、狼蛛科、皿蛛科數(shù)量最多），發(fā)現(xiàn)稻蟹田蜘蛛個體數(shù)量顯著多于常規(guī)田。周華光等［57］研究表明，稻鴨共作20 d時稻飛虱數(shù)量減少45.9%，稻鴨共作50 d時稻飛虱數(shù)量減少66.8%；養(yǎng)殖鴨子的時間越長對稻飛虱的防治效果越好，而蜘蛛數(shù)量為非稻鴨田的1.6倍，大幅提高了蛛虱比，有利于控制稻飛虱。福壽螺由于其適應性強、食量大、繁殖力高，大量啃食水稻植株，能迅速在農(nóng)田擴散，對水稻危害嚴重［10，11，58］。研究表明，鴨子［59，60］、水龜和鯉魚能有效控制福壽螺的數(shù)量［61］，稻田養(yǎng)鴨密度為210只／公頃時，對稻田福壽螺的防控效果最佳［62］。

紋枯病、稻瘟病是水稻的主要病害。稻田生態(tài)種養(yǎng)中的共生動物取食稻田部分菌核、大量病原菌和枯老病葉，在田間的活動會促進稻田通風透光，營造不利于病害發(fā)生的環(huán)境，提高植株抗病能力，從而打亂病源滋生環(huán)境，減輕稻田發(fā)病幾率［63，64］。稻田養(yǎng)魚能攝食大部分老病葉鞘部分，有效根除病源，控制紋枯病的發(fā)病程度，能降低稻株的枯心率及白穗率［11，26］。

綜上所述，稻田生態(tài)種養(yǎng)能有效控制稻縱卷葉螟、稻飛虱和福壽螺對水稻的危害，顯著提高蛛虱比；減輕水稻紋枯病、稻瘟病的發(fā)病率。