“水稻+”綜合種養(yǎng)模式研究進展

劉 全，付新華，3*，印文彪 (.浙江星秀農(nóng)業(yè)科技有限公司，浙江嘉興 34299；2.華中農(nóng)業(yè)大學(xué)植物科學(xué)技術(shù)學(xué)院，湖北武漢 430070；3.湖北省守望螢火蟲研究中心，湖北武漢 430070)

水稻是我國種植歷史最悠久，種植面積最大的作物之一，2020年種植面積達到3 007.6萬hm，總產(chǎn)量達到2.12億t。雖然種植面積和產(chǎn)量都高居前列，但由于近代以來的經(jīng)濟和社會的發(fā)展導(dǎo)致生產(chǎn)方式的極大改變，從而產(chǎn)生了嚴重的環(huán)境問題、空間利用問題、糧食和食品安全問題以及氣候問題等。

為了探索以上問題的解決方案，科學(xué)家們提出了“水稻+”的種養(yǎng)結(jié)合模式，來解決或緩解以上問題?！八?”種養(yǎng)模式是我國一種傳統(tǒng)的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)模式，最早出現(xiàn)的是2000多年前的“稻魚”種養(yǎng)模式，后來陸續(xù)出現(xiàn)“稻蝦”“稻蟹”“稻鴨”“稻鱉”“稻蛙”等，以及更為復(fù)雜的“稻魚雞”“稻蝦鱔”“稻魚螺”等模式。但目前對于“水稻+”種養(yǎng)模式推廣最廣、效益最好、研究最透徹的模式是“稻蝦”“稻魚”“稻蟹”“稻鱉”和“稻鴨”模式。

該研究分析以上幾種“水稻+”種養(yǎng)模式的研究進展，主要闡述這幾種種養(yǎng)模式對水稻生長及產(chǎn)量的影響，對稻田生態(tài)中的水質(zhì)、土壤的影響，對稻田生態(tài)系統(tǒng)生物多樣性(節(jié)肢動物、雜草、底棲動物、浮游動物)的影響，對稻田系統(tǒng)的溫室氣體排放的影響，以及對食品安全的影響，并提出相關(guān)的改進和實施建議。

1 “水稻+”種養(yǎng)模式對水稻生長及產(chǎn)量的影響

水稻種植是為了獲得高產(chǎn)，然而在水稻種植的空間內(nèi)進行相關(guān)的養(yǎng)殖，是否對水稻的生長和產(chǎn)量有影響，是科學(xué)家們非常關(guān)注的問題。為了明確其影響程度和影響機制，科學(xué)家們進行了大量的研究。

研究表明，“稻魚”共作模式在正常施肥以及施藥的條件下可以提高水稻的產(chǎn)量，“稻魚”共作模式在減少15%～30%氮肥的施用條件下，可保證水稻和常規(guī)高產(chǎn)田相同的產(chǎn)量，而周江偉等的研究顯示，“稻魚”共作模式下不使用農(nóng)藥也能是水稻產(chǎn)量增產(chǎn)。彭詩瑤等通過對湖南省辰溪縣“稻魚”共作模式的調(diào)查研究表明，辰溪縣“稻魚”共作模式的水稻產(chǎn)量比常規(guī)高產(chǎn)田增產(chǎn)5%～10%，同時農(nóng)藥減少用量達68%，肥料用量減少達24%，說明“稻魚”共作模式在正常管理模式下能普遍增加水稻產(chǎn)量。

對于“稻蝦”“稻蟹”共作模式，大部分研究表明能穩(wěn)產(chǎn)和增產(chǎn)，但需要合理使用氮肥，少量的研究表明存在減產(chǎn)現(xiàn)象。

然而，對“稻鴨”模式的研究表明存在較多減產(chǎn)的案例。減產(chǎn)的主要原因在于：種植過程中施肥不夠或者沒有使用農(nóng)藥，甚至是因為養(yǎng)鴨密度太高導(dǎo)致減產(chǎn)。部分研究表明，“稻鴨”共作可以穩(wěn)產(chǎn)和增產(chǎn)，但種植過程中必須使用足夠農(nóng)藥、化肥。

“稻鱉”共作的研究比較少，但是總體研究表明能夠提高產(chǎn)量，且可以不用施用農(nóng)藥。

2 “水稻+”種養(yǎng)模式水質(zhì)的影響

由于“水稻+”種養(yǎng)模式中養(yǎng)殖物種對水稻田中的草蟲害有一定的控制作用，因此這種模式在一定程度上能夠降低農(nóng)藥化肥的使用，提升生態(tài)的健康程度。夏新等研究表明，“稻蝦”種養(yǎng)模式能夠顯著降低農(nóng)藥化肥的使用，同時能夠顯著改善水稻田中水質(zhì)，減少環(huán)境污染的作用。

但是通過文獻分析發(fā)現(xiàn)，“稻魚”“稻蟹”“稻蝦”和“稻鴨”共作模式在養(yǎng)殖的過程中都存在水質(zhì)污染較常規(guī)種植嚴重的情況。在有養(yǎng)殖的情況下，一般水稻田的DO會下降，COD會升高，全氮、銨態(tài)氮和硝態(tài)氮顯著升高，從而導(dǎo)致水質(zhì)污染，甚至通過調(diào)查水中藻類和微生物發(fā)現(xiàn)，在“水稻+”種養(yǎng)結(jié)合的水稻田中藍藻、裸藻、枝角類和橈足類浮游生物增加，硅藻降低，這說明存在一定水質(zhì)變差的問題。

3 水稻+”種養(yǎng)模式對土壤理化性質(zhì)的影響

研究發(fā)現(xiàn)，采用“水稻+”種養(yǎng)模式，都能夠在一定程度上改善土壤的物理性狀、肥力養(yǎng)分、酶類以及微生物?！暗爵~”種養(yǎng)模式能夠提高土壤中脲酶、過氧化酶、蔗糖酶等的活性以及微生物，還能提高土壤中全量氮、全量鉀、全量磷含量，孫悅等研究發(fā)現(xiàn)，土壤中總碳和有機質(zhì)含量都得到提高。因此“稻魚”種養(yǎng)模式能夠提高土壤肥力，促進水稻生長。通過對“稻蝦”模式的研究基本得到跟“稻魚”模式相類似的結(jié)果，更為細致的研究包括：“稻蝦”模式能夠提高Cu、As、Mg、Mn等微量元素含量，降低Cd、Pb、Fe、Ca等金屬元素含量，還能降低土壤的緊實度、提高孔隙度、降低容重，從而改善土壤結(jié)構(gòu)?！暗绝啞狈N養(yǎng)模式研究土壤的內(nèi)容最多，“稻鱉”等其他的種養(yǎng)模式研究較少，但基本上所有的研究結(jié)果都和“稻魚”及“稻蝦”的相似。而孟祥杰等研究表明，以上幾種“水稻+”種養(yǎng)模式對土壤肥力提升效果為“稻蛙”>“稻鴨”>“稻蝦”>“稻魚”>“稻鱉”。

4 “水稻+”種養(yǎng)模式對生物多樣性的影響

研究發(fā)現(xiàn)，“水稻+”的模式能夠改變水稻生態(tài)系統(tǒng)中的生物多樣性?！暗绝啞蹦Ｊ侥軌蚝芎玫乜刂扑咎镏邪s草在內(nèi)的植物群落和昆蟲類的二化螟、稻飛虱、卷葉螟的群落，對紋枯病和稻瘟病等病蟲害也有一定的控制效果，影響天敵種群包括蜘蛛的多樣性及水體底棲動物的多樣性，“稻鴨”模式下生物多樣性有一定程度的下降。

而“稻魚”和“稻鱉”模式在病蟲草害的控制上都有一定的效果，但“稻魚”模式增加了水體中的浮游生物的密度和生物量，提高了多樣性。

“稻蝦”模式能夠一定程度上控制害蟲，但隨著耕種時間的增長，稻田中生物多樣性先下降，后增加，并達到一定的平衡，使害蟲危害不會更嚴重，同時稻田雜草的趨勢也是短期內(nèi)下降，隨著種植模式的延長雜草的多樣性增加，并形成新的雜草群落。相比來說，“稻蟹”模式由于幾乎是采用無農(nóng)藥和化肥模式種植，因此其稻田的生物多樣性顯著增加，其稻田蜘蛛數(shù)量顯著多于常規(guī)稻田。

5 “水稻+”種養(yǎng)模式對碳排放的影響

由于農(nóng)業(yè)是人為排放溫室氣體(CH和NO)的主要來源之一，而水稻又是全球重要的糧食作物之一，我國2020年種植面積已達3 007.6萬hm，總產(chǎn)量達到2.12億t。因此，水稻種植的減排問題受到廣泛關(guān)注。

研究發(fā)現(xiàn)，“水稻+”種養(yǎng)模式能在總體上降低溫室氣體的排放，從而達到減排效果，但是不同模式之間存在一定的差異。例如，“稻鴨”模式能夠顯著降低甲烷的排放量，但是也顯著增加了氧化亞氮的排放量，兩者的綜合溫室效應(yīng)顯著低于常規(guī)稻田。而“稻魚”“稻蟹”模式能同時降低甲烷和氧化亞氮的排放量，達到減排效果。對于“稻蝦”的研究則發(fā)現(xiàn)，秸稈還田的情況下，甲烷的排放量比秸稈不還田稻田以及還田稻田下降顯著，而二氧化碳和氧化亞氮的排放量無顯著差異，但總體的減排效果顯著。

6 “水稻+”種養(yǎng)模式與食品安全

對于“水稻+”種養(yǎng)模式對食品安全的研究較少，公眾普遍認為這種模式是一種綠色高效的種植模式，因為減少了化肥和農(nóng)藥的投入。已有研究表明，“稻蝦”模式能夠保證大米中的重金屬含量不超標，同時小龍蝦體內(nèi)的重金屬含量符合無公害農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量要求；“稻鴨”種植模式能夠降低多菌靈、三環(huán)唑和噻嗪酮的含量；但是張敬衛(wèi)等對哈尼梯田中“稻魚”共作環(huán)境中農(nóng)藥殘留進行檢測，發(fā)現(xiàn)其水環(huán)境中含有12種有機氯農(nóng)藥，底泥中含有11種，且存在新的外源農(nóng)藥來源，說明存在一定的安全風(fēng)險。

7 總結(jié)及展望

從目前的研究結(jié)論可知，“水稻+”種養(yǎng)模式基本可以保證水稻正常生長及產(chǎn)量穩(wěn)定；總體上降低面源污染，提高水質(zhì)；增加土壤肥力及土壤微生物多樣性，降低碳排放，保證食品安全。但“稻魚”“稻蟹”“稻蝦”和“稻鴨”種養(yǎng)模式在養(yǎng)殖過程中存在一定的環(huán)境污染；且“稻鴨”模式對稻田生物多樣性影響較為嚴重。因此，在養(yǎng)殖過程中應(yīng)該注意控制水質(zhì)污染的擴散，合理規(guī)劃養(yǎng)殖密度。

顯然，目前的“水稻+”種養(yǎng)模式都是第一產(chǎn)業(yè)的融合，即將種植農(nóng)業(yè)與養(yǎng)殖農(nóng)業(yè)相結(jié)合，充分利用生態(tài)空間及資源，從而獲得更多的經(jīng)濟效益。且目前普遍存在養(yǎng)殖產(chǎn)業(yè)比種植產(chǎn)業(yè)獲得的效益更加可觀，造成重養(yǎng)殖、輕種植的現(xiàn)象。這種現(xiàn)象既不利于糧食生產(chǎn)，也可能因為重養(yǎng)殖而過度投喂導(dǎo)致環(huán)境污染。因此，在實施過程中應(yīng)該規(guī)范種養(yǎng)實施標準，保證糧食生產(chǎn)面積，避免過度養(yǎng)殖。

對于農(nóng)民和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)企業(yè)來說，“水稻+”種養(yǎng)模式獲得的經(jīng)濟效益和回報率并不是很高，且容易受到市場沖擊。隨著生活水平的提高，公眾對于旅游的需求也越來越旺盛，因此建議可以將“水稻+”種養(yǎng)模式再增加旅游服務(wù)，使經(jīng)濟價值進一步得到提升，使農(nóng)民和農(nóng)業(yè)企業(yè)進一步獲得更高的效益。