稻漁綜合種養(yǎng)的生態(tài)效應(yīng)研究進(jìn)展

楊玲霞,許 興*,邱小琮,楊 涓，石 偉

(1寧夏大學(xué)農(nóng)學(xué)院，銀川 750021；2寧夏大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院，銀川 750021；3寧夏銀川市水產(chǎn)技術(shù)推廣服務(wù)中心，銀川 750001)

水稻是三大糧食作物之一，我國約有65%的人口以大米為主食，水稻生產(chǎn)是國家糧食安全的基石[1-3]。但在常規(guī)的糧食種植生產(chǎn)過程中，由于水稻是單一種植，稻作系統(tǒng)的穩(wěn)定性與生產(chǎn)的可持續(xù)性都比較差，由此產(chǎn)生了一系列的負(fù)面效應(yīng)，例如：環(huán)境受到污染、土壤板結(jié)、水稻病蟲害加重、稻米品質(zhì)變差等[4-6]。

中國亦是漁業(yè)生產(chǎn)大國，池塘集約化水產(chǎn)養(yǎng)殖在保障水產(chǎn)品供給、食物安全等方面發(fā)揮了重要作用。然而水產(chǎn)養(yǎng)殖也面臨著諸多問題，如植物性營養(yǎng)元素氮、磷帶來的外源污染，高密度、高投餌率、高換水率的養(yǎng)殖方式對環(huán)境產(chǎn)生的許多不良影響等[7-8]。

綠色發(fā)展是農(nóng)業(yè)未來發(fā)展的主旋律。按照可持續(xù)發(fā)展的要求，不論是水稻種植還是水產(chǎn)養(yǎng)殖，在提高產(chǎn)量的同時(shí)要保證質(zhì)量，又要注意環(huán)境保護(hù)，而稻漁綜合種養(yǎng)正是近年來生態(tài)農(nóng)業(yè)發(fā)展的杰出代表之一[4]。稻漁綜合種養(yǎng)是將種稻業(yè)與漁業(yè)協(xié)調(diào)綠色發(fā)展，使農(nóng)業(yè)從單一結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變?yōu)閺?fù)合結(jié)構(gòu)，這對穩(wěn)糧增收、促進(jìn)農(nóng)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整和可持續(xù)發(fā)展具有重要意義。

1 稻漁綜合種養(yǎng)內(nèi)涵

稻漁綜合種養(yǎng)是根據(jù)生態(tài)循環(huán)農(nóng)業(yè)和生態(tài)經(jīng)濟(jì)學(xué)原理，將水稻種植與水產(chǎn)養(yǎng)殖有機(jī)結(jié)合，具有穩(wěn)糧、促漁、增效、提質(zhì)等功能，是一種復(fù)合型現(xiàn)代高效農(nóng)業(yè)生態(tài)種養(yǎng)模式。它能夠有效利用稻田獨(dú)特的空間環(huán)境和水體資源，大幅度減少農(nóng)藥和化肥的使用，使稻田生態(tài)系統(tǒng)內(nèi)的能量和物質(zhì)資源進(jìn)行良性循環(huán)，實(shí)現(xiàn)稻漁互利共生和安全生產(chǎn)[9-10]。其構(gòu)成了比單一稻田生態(tài)系統(tǒng)更為復(fù)雜的食物鏈網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，整個(gè)生態(tài)系統(tǒng)更加穩(wěn)定[11-12]。

2 稻漁綜合種養(yǎng)的生態(tài)效應(yīng)研究現(xiàn)狀

2.1 稻漁綜合種養(yǎng)對水稻生長和稻米品質(zhì)的影響

采用稻漁綜合種養(yǎng)模式的水稻，表現(xiàn)出了較好的共生效應(yīng)，水稻的有效分蘗數(shù)、結(jié)穗率、有效穗數(shù)、千粒重、每穗實(shí)粒數(shù)較高[4,13-14]。與常規(guī)稻田相比，稻鱉共作水稻的千粒重和結(jié)實(shí)率分別提高了約 10.17%和0.77%，稻魚共作水稻的結(jié)實(shí)率和有效穗數(shù)提高了約4.85%、0.06%。周江偉等[14]、徐敏[15]研究表明，在相同的水稻栽培密度下，養(yǎng)蟹稻田相對于常規(guī)稻田稻谷產(chǎn)量增加了大約11.5%，有效分蘗/穴增加0.17個(gè)，水稻生物量提高3.3%，養(yǎng)魚稻田的水稻單株總根數(shù)在分蘗期比水稻單作增長了4.47%，根系干物質(zhì)質(zhì)量增加20.33%，產(chǎn)量增加13.22%。Tetsuya等[16]研究表明稻-魚試驗(yàn)田的水稻產(chǎn)量比單一水稻試驗(yàn)田高出20%，其原因可能是魚類排泄物可作為肥料，提高了水稻產(chǎn)量。楊勇等[17]研究表明稻漁綜合種養(yǎng)能提高水稻葉面積指數(shù)和冠層葉片的面積，延緩后期功能葉片衰老，增大莖稈粗度，促進(jìn)根系發(fā)育及伸長節(jié)上須根發(fā)生。肖向予等[13]研究表明，稻鰍共作水稻的分蘗率比水稻單作高4.13倍。也有研究認(rèn)為綜合種養(yǎng)水稻產(chǎn)量和水稻單作產(chǎn)量相比并沒有達(dá)到顯著性差異[18-19]，這可能與地區(qū)氣候差異、水產(chǎn)動物品種、水稻品種、肥料種類有關(guān)[20]。

綜合種養(yǎng)水稻的品質(zhì)較好，與同播期的常規(guī)稻相比，其堊白度、直鏈淀粉含量分別降低了約4.4%、1.41%，有機(jī)稻蟹(不施用化肥、農(nóng)藥和除草劑)稻米的蛋白質(zhì)與膠稠度比常規(guī)稻田(施用化肥、農(nóng)藥及除草劑)分別高8.14%、11.67%[21-23]。稻田壟作養(yǎng)殖泥鰍能降低稻米蒸煮品質(zhì)中糊化溫度、膠稠度。倪明理等[21]研究表明稻魚生態(tài)種養(yǎng)模式下的稻米精米率、糙米率、堿消值較常規(guī)稻作模式分別平均提升了3.31%、2.54%、15.26%，堊白度、堊白粒率分別降低45.52%、33.26%，稻鰍種養(yǎng)模式下的稻米精米率、糙米率、堿消值分別提升了2.67%、2.35%、19.65%，堊白度、堊白粒率降低了16.5%、28.09%，稻米碾磨品質(zhì)、外觀品質(zhì)、蒸煮食味品質(zhì)均有所改善。

2.2 稻漁綜合種養(yǎng)對水產(chǎn)動物的生長及品質(zhì)的影響

目前國內(nèi)外關(guān)于稻漁綜合種養(yǎng)對水產(chǎn)動物的品質(zhì)和產(chǎn)量影響的研究報(bào)道較少。由于養(yǎng)殖品種、養(yǎng)殖密度、養(yǎng)殖地區(qū)、水稻栽培模式的差異，水產(chǎn)品的產(chǎn)量存在很大的波動[17,19]。而稻漁綜合種養(yǎng)能夠提高水產(chǎn)動物的產(chǎn)量[17,21]，王武等[23]在盤山縣總結(jié)出的“盤山模式”表明稻蟹綜合種養(yǎng)下的河蟹規(guī)格更大、品質(zhì)更優(yōu)。

2.3 稻漁共作對土壤理化性狀的影響

由于化肥農(nóng)藥的大量使用，傳統(tǒng)稻田土壤污染嚴(yán)重，土壤肥力較低。研究表明，稻漁綜合種養(yǎng)能使土壤肥力提高，土壤的有機(jī)質(zhì)、全氮、全磷、全鉀、速效氮等含量增加[24-26]。肖向予等[13]研究表明稻鰍共作可使土壤的pH趨于中性，堿解氮的含量增加，水稻對磷、鉀元素的吸收增強(qiáng)。佀國涵等[27]研究表明稻蝦共作模式改善了土壤結(jié)構(gòu)，但增加了10cm以下土層潛育化的風(fēng)險(xiǎn)。陳飛星等[28]指出，稻田養(yǎng)蟹可降低土壤容重，增加土壤養(yǎng)分含量，有機(jī)質(zhì)含量、速效磷含量、全氮含量分別增加10.5%、11.7%、10.6%，全鉀含量不變。吳本麗等[29]對巢湖地區(qū)稻蝦共作模式生產(chǎn)前后稻田土壤肥力進(jìn)行監(jiān)測，結(jié)果表明稻蝦共作模式更有助于保持監(jiān)測區(qū)域稻田土壤肥力。張承元等[30]研究表明，水稻田養(yǎng)魚可以增大土壤的孔隙度，有利于肥料和氧氣進(jìn)入土壤深層。

2.4 稻漁綜合種養(yǎng)對水體理化性狀的影響

水體對于水稻的生長和水生動物的活動至關(guān)重要，綜合種養(yǎng)稻田的水體與單一稻田相比有一定的變化。李鳳博等[31]研究表明，與常規(guī)稻作相比，稻漁共作能顯著改善養(yǎng)殖水體，共作體系田水體中的NH4+-N含量和總氮含量顯著增加，其原因一方面在于水生動物的活動使水體的溶解氧濃度增加，土壤氧化還原狀況得到改善，稻田N的礦化作用加強(qiáng)，另一方面在于養(yǎng)殖的水生動物抑制了雜草和浮游生物的生長，減少了對NH4+-N的吸收。劉耀斌[32]研究表明，池塘種稻對水體基礎(chǔ)理化性質(zhì)具有顯著改善作用，稻魚共作可以降低水體氮磷養(yǎng)分含量，顯著增加水體N/P值，共作小區(qū)水體的化學(xué)需氧量、生化需氧量、總懸浮物含量、濁度、溶解氧、pH均顯著低于單養(yǎng)魚不種稻小區(qū)。秦琳等[33]研究指出，黃顙魚-水稻共作可使沉積物-水界面附近O2濃度下降速率減慢，O2滲透深度增加71.4%，界面 Eh值升高，塘底沉積物-水界面的厭氧狀況得到改善。劉元生等[34]研究表明，養(yǎng)魚田的水溶性N、P、K適宜，水質(zhì)環(huán)境條件的改善對水稻的生長和發(fā)育具有促進(jìn)作用。王昂等[35]研究表明，養(yǎng)蟹稻田的水體晝夜溶解氧均在2.0 mg/L以上，稻田環(huán)溝的存在有效地防止了高溫對河蟹的危害。王偉等[36]研究表明，‘南粳9108’水稻與中華絨螯蟹共作模式下，生長季內(nèi)水體溫度的變化范圍為7.70—31.19℃，溶解氧為2.66—5.72 mg/L，pH為7.40—8.23，NH4+-N含量為0.17—1.19 mg/L，H2S含量為0.040—0.176 mg/L。

2.5 稻漁綜合種養(yǎng)對稻田病、蟲、草害的影響

稻漁綜合生態(tài)種養(yǎng)共生系統(tǒng)與單一的稻作相比，其生境系統(tǒng)發(fā)生了重要改變。研究表明，稻漁綜合種養(yǎng)對病蟲草害具有較好的防控作用[37-38]。范進(jìn)凱[38]研究表明，與單作稻田相比，稻蟹共育田植株稻飛虱發(fā)生率降低40%左右，縱卷葉螟發(fā)生率降低50%左右，其原因在于稻蟹共作能夠?qū)Φ究v卷葉螟幼蟲和成蟲密度有一定的控制作用，同時(shí)稻田中所養(yǎng)殖的河蟹在水稻生長期間能夠攝食雜草、消滅害蟲，其排泄物亦可充當(dāng)肥料，使水稻群體的生態(tài)環(huán)境得以改善。同時(shí)水稻紋枯病的發(fā)病率也顯著降低，其原因可能是水生動物的活動破壞了紋枯病菌菌核的萌發(fā)，也可能是水生動物直接吞食掉了一部分菌核。李小榮等[39]認(rèn)為稻魚共生稻田相比常規(guī)稻田，其二化螟為害株率明顯降低，同時(shí)生態(tài)控害效果明顯。周江偉等[40]試驗(yàn)結(jié)果顯示，稻漁綜合種養(yǎng)控草效果明顯，其孕穗期病蔸率和病株率分別比水稻單作低71.1%和56.3%。胡小軍[41]研究表明，稻漁共作稻田的病害輕于常規(guī)稻作，其病害程度由重到輕依次為三化螟、條紋葉枯病、稻飛虱及稻縱卷葉螟，草害一般不發(fā)生。楊勇等[17]的研究結(jié)果顯示，共作水稻的紋枯病具有發(fā)生遲、上升慢、發(fā)生輕的特點(diǎn)，而條紋葉枯病表現(xiàn)出發(fā)病早、發(fā)病重的特征，稻瘟病、稻曲病、草害等的發(fā)生均輕于常規(guī)稻田。

2.6 稻漁綜合種養(yǎng)對稻田土壤微生物和水生生物的影響

稻漁綜合種養(yǎng)是一個(gè)稻-漁共生互促系統(tǒng)，該系統(tǒng)對土壤微生物及水生生物有明顯的改善作用。研究表明，稻漁綜合種養(yǎng)能夠提高土壤的微生物數(shù)量、微生物活性、群落功能多樣性[27,42]。羅衡[4]研究表明，稻鱉共作稻田土壤中固氮菌的多樣性及豐富度較高，土壤當(dāng)中固氮微生物的活性也較高。郭文嘯等[42]研究表明，蛙稻共作可以改良土壤的微生物特性，顯著提高稻田土壤微生物碳、氮、熵和土壤可培養(yǎng)微生物的數(shù)量。曾憲磊等[43]研究表明，養(yǎng)蟹稻田的浮游植物生物量明顯高于常規(guī)稻作。張劍等[44]研究表明稻魚共作系統(tǒng)中田魚主要從4類水生生物(青萍、紫萍、浮游植物和田螺)處取食，其中浮游植物對田魚的食物貢獻(xiàn)率最高。李巖[45]研究表明，在水稻揚(yáng)花期和成熟期，高密度(30 ind/m2)養(yǎng)蟹稻田會顯著降低底棲動物的種類數(shù)、密度和多樣性，增加稻田底棲動物的均勻度，而低密度(10 ind/m2)養(yǎng)蟹稻田底棲動物的種類數(shù)和密度降低，底棲動物的多樣性變化不大，同時(shí)養(yǎng)蟹稻田對浮游植物的多樣性有較大的促進(jìn)作用。袁偉玲等[46]研究表明稻漁綜合種養(yǎng)可以使稻田水體浮游植物的多樣性指數(shù)提高，在降低硅藻和藍(lán)藻優(yōu)勢度的同時(shí)增加綠藻和裸藻的優(yōu)勢度。

2.7 稻漁綜合種養(yǎng)對環(huán)境的影響

稻漁綜合種養(yǎng)可以減少農(nóng)藥、化肥、除草劑等的使用，改善稻田環(huán)境[27,47-48]。陳飛星等[28]研究表明，養(yǎng)蟹稻田除草劑、化肥的使用量明顯少于水稻單作田，且每年可削減非點(diǎn)源N污染負(fù)荷6.375 kg/hm2。王強(qiáng)盛等[49]研究表明，稻田綜合種養(yǎng)能改善農(nóng)田生態(tài)環(huán)境，控制溫室氣體排放，具有減緩溫室效應(yīng)的作用。袁偉玲等[46]指出，稻魚共作能夠有效抑制溫室氣體的排放，養(yǎng)魚稻田整個(gè)生育期的CH4年平均排放通量比水稻單作減少了1.21—1.88 mg/(m2·h)。劉某承等[50]研究表明,稻田養(yǎng)魚在減少用藥的情況下也能有效控制稻田的病蟲草害，減少CH4的排放。劉長妹等[51]調(diào)查顯示,共作稻田的化肥使用量、農(nóng)藥使用量分別比水稻單作減少了15.21%和40.17%。

3 問題與建議

綜合國內(nèi)外研究報(bào)道，有關(guān)稻漁綜合種養(yǎng)的研究大多集中在水產(chǎn)動物對水稻生長、產(chǎn)量、品質(zhì)和稻田土壤的影響上，主要包括病蟲害防治、節(jié)水減肥控排等，而有關(guān)稻漁共作對水產(chǎn)動物的生長發(fā)育、肉質(zhì)品質(zhì)、繁殖性能以及系統(tǒng)中各營養(yǎng)元素的運(yùn)移特征等方面的研究較少，為促進(jìn)稻漁綜合種養(yǎng)的進(jìn)一步發(fā)展，建議從以下幾方面進(jìn)行研究：

3.1 稻漁綜合種養(yǎng)系統(tǒng)中的互利共生關(guān)系研究

稻漁綜合種養(yǎng)對水產(chǎn)動物的生長發(fā)育狀況、水產(chǎn)品品質(zhì)的影響需進(jìn)一步研究，明確稻對漁、漁對稻、不同稻漁之間的互利共生關(guān)系。

3.2 稻漁綜合種養(yǎng)中的營養(yǎng)元素運(yùn)移情況研究

氮、磷不僅是水生生態(tài)系統(tǒng)中的主要營養(yǎng)元素，也是作物所需的營養(yǎng)元素，其在土壤、水體中的含量和變化對作物乃至水體水質(zhì)和養(yǎng)殖的生物有著重要的影響，通過研究種養(yǎng)系統(tǒng)的氮、磷遷移轉(zhuǎn)化規(guī)律，可以了解生物對氮磷營養(yǎng)鹽的利用情況，進(jìn)而闡明稻漁綜合系統(tǒng)的物質(zhì)平衡、物質(zhì)循環(huán)特征。

3.3 稻漁綜合種養(yǎng)的各要素配比狀況

通過試驗(yàn)、調(diào)研，從系統(tǒng)生態(tài)效益、經(jīng)濟(jì)效益各方面進(jìn)行分析比較，明確合適的稻、漁比例及水產(chǎn)動物之間的比例。

4 展望

4.1 堅(jiān)持綠色安全的發(fā)展道路

“民以食為天”，食品安全問題一直是人們關(guān)注的重中之重，鄉(xiāng)村振興戰(zhàn)略的第一要務(wù)便是確保重要農(nóng)產(chǎn)品特別是糧食的供給，而稻漁綜合種養(yǎng)模式下的稻米、水產(chǎn)品均符合綠色有機(jī)標(biāo)準(zhǔn)，集高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)、安全于一體，在倡導(dǎo)生態(tài)、環(huán)保、可持續(xù)的發(fā)展理念下有著廣闊的發(fā)展前景。

4.2 進(jìn)一步提升農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量

魚類的活動及其排泄物的存在，能夠減少農(nóng)藥和化肥的使用；生物之間的食物鏈關(guān)系能有效的防控病蟲草害，促進(jìn)綠色有機(jī)稻、水產(chǎn)品的生產(chǎn)，提升農(nóng)產(chǎn)品的質(zhì)量，增加效益，進(jìn)而調(diào)動農(nóng)民的積極性。

4.3 綜合效益進(jìn)一步提升

當(dāng)前的水產(chǎn)養(yǎng)殖空間逐漸減少，而稻漁綜合種養(yǎng)能夠充分利用稻田的坑溝、空隙帶和冬閑田發(fā)展水產(chǎn)養(yǎng)殖，可有效保障水產(chǎn)品供給，促進(jìn)水產(chǎn)養(yǎng)殖發(fā)展。據(jù)測算，我國適于發(fā)展稻漁綜合種養(yǎng)的低洼水網(wǎng)稻田和冬閑田有將近667萬hm2，若能有效開發(fā)利用，其產(chǎn)生的社會、生態(tài)、經(jīng)濟(jì)效益不可估量。