渔稻养作及其在涝渍地综合利用中的研究综述

李 伦，罗 强，吴士龙，詹忠国

(1. 武汉大学 水资源与水电工程科学国家重点实验室，武汉 430072；2. 湖北省荆门市水利科学研究所，湖北 荆门 448000)

0 前 言

涝渍灾害是一种地域性广泛的自然灾害，影响各个行业，尤其是在地势平坦或低洼地区，汛期暴雨频发，排水常受外江(湖)水位顶托，容易造成排水不畅，积水成灾。在全球气候变化的大背景下，极端气候的发生愈加频繁，降雨的时空分布不均匀呈加剧趋势，涝渍灾害发生的频率增大。据统计，全国现有易涝耕地2 440 万hm2，渍害田766.7 万hm2[1]。1978-2008年，我国平均每年水灾的受灾面积1 277 万hm2，成灾面积738 万hm2，其中成灾最多的一年为1991年，面积达1 461 万hm2[2]。1990年以来，我国年均洪涝灾害损失占同期GDP的1.5%左右，涝渍灾害已经成为威胁我国粮食安全的主要因素之一，迫切需要对其进行综合治理。

为综合减轻涝渍灾害，充分利用涝渍地以提高其经济价值，国内外学者针对平原湖区水资源丰富的特点，改变涝渍地单一作物种植的现状，引入了渔稻养作的涝渍地高效利用新模式，目前已在实践层面获得了良好的应用效果。本文针对渔稻养作及其在涝渍地综合利用中的国内外研究现状进行了综合分析，并对未来研究的走向进行了展望，以期为涝渍地的综合利用与发展提供参考。

1 涝渍地渔稻养作的生产模式

1.1 涝渍地治理的模式

涝渍地是介于旱地与浅水地之间的土地资源，其中作为种植利用的部分称为易涝易渍农田，属于中低产田的一种[3]。比较典型的涝渍地，一种是土壤透水性较好，但是地下水位长期过高；另一种是下部土壤黏性较重，积水滞留难以排出[4]。由此可见，地面积水形成涝，地下水位过高形成渍，涝渍都是针对土地种植的作物而言。

因此，传统涝渍地治理的基本思想，在于及时排出田间多余的水量，控制地下水位，以营造适宜作物生长的水土环境。根据这种思路，涝渍地治理的工程技术包括明渠排水、暗管排水、组合排水、控制排水等模式。明沟排水是传统的排水模式，具有投资少、容易建设的特点，但明沟加快了农田水分的运动，排水携带着从土壤中淋洗出来的化肥、农药以及盐分等化学物进入地表水体，成为接纳水体的污染源[5]。暗管排水可减少明沟的占地面积、管护简单、降渍效果好，但排地表水效果不如明沟，且工程建设投资较大，施工技术要求较高。受技术、经济、观念等限制，目前我国暗排技术发展还相对滞后，特别是施工机械发展的滞后成为现代化暗管排水技术应用推广的瓶颈[6]。农田控制排水在满足排涝除渍要求的同时，具有节水、增加雨水利用和减少农业污染物排放的综合效果，但缺少易操作的水位调控方法与设备[7]。

涝渍地治理的目标是提高涝渍地的综合利用效益，涝、渍是由于地面水层和地下水埋深无法满足作物种植的需求而产生的。因此，根据这类涝渍地的特点，充分利用稻田的浅水环境和保水特性，改变涝渍地的利用方式，是涝渍地治理的另一种思路，其典型实践模式为渔稻养作。渔稻养作已有悠久的历史。在一些土地资源紧张的偏远山区或者落后的乡村，为了提高家庭经济收入水平，许多个体农户都有进行稻田养殖的传统[8]。随着农业生产的机械化、自动化和产业化，稻田生产经营也逐步走向规模化，使得农田养殖的统一管理成为可能[9]。渔业养殖品种也逐步多样化，从最初单一的小龙虾、罗非鱼等发展到鱼虾混养[10]、鱼蟹共养[11]等，稻田小生态圈的构建更加完善，整个系统的空间位和生态位更加丰富。渔稻养作已经逐渐成为雨水丰富地区涝渍地综合利用的新模式。

1.2 渔稻养作模式的分类

不同地域渔稻养作所选择的水稻品种、养殖水产品的种类、对稻田的改造情况各不相同，依据以上特征，渔稻养作可以分为多种类型[12,13]。比如依据水稻的生育期来分，有单季(早、中、晚)稻田鱼稻共作和双季稻田渔稻共作连养[14]；而依据田间工程的不同又可以分为“垄稻沟鱼式”、“稻田沟凼结合式”和“流水沟式”等[15]，现今渔稻养作的稻田结构虽然又多了许多改进和创新，如“宽沟深凼”式等，但是大体仍可归为以上几种。候光炯[16]最先提出“垄稻沟鱼”的养殖模式，实践中以亩为单位对稻田进行改造，加固加高田埂至高宽各达到0.5 m左右后，在田埂内侧开挖围沟，再在田间开沟起垄，围沟宽深均在0.7 m左右，田间鱼沟宽深在0.4 m左右，垄面宽0.5～1.0 m[17]；一沟一垄、垄沟相间，沟中养殖水产，垄上种植水稻，该种模式在我国西南地区运用较多。而我国长江中下游地区，由于降水丰富，且地下水埋深较浅，一般“宽沟深凼”式田间工程运用较多，该模式在加固加高田埂后于田块一头开挖小凼(或于四周开挖宽沟)，沟凼深度在1.0 m以上，总面积约占稻田5%～10%[18]，可通过提高水位使鱼进入稻田，而需要在稻田内施肥、打药时则可降低水位让鱼回到沟凼内。“流水沟式”主要适用于水源充足、排灌方便的稻田，在引水口处修建鱼坑，鱼坑出口处衔接田间沟。田间沟一般宽0.8 m、深0.3 m，根据田块大小呈“十”字或“井”字布置[19]。该模式的主要特色在于通过持续引入活水实现了微流水养鱼。依据水生动物的种类及搭配，田间工程的具体布置情况稍有差异。目前全国有发展前景的稻田水产养殖模式主要有稻鱼、稻鳖、稻蟹、稻虾和稻鳅等[20]，以及在此基础上发展起来的稻鳖虾、稻鱼鸭复合模式等。

涝渍地一般只种植一季中稻，就工程上而言，“宽沟深凼”模式由于具有较大的水量容蓄能力，是比较适用于涝渍地的。在涝渍地利用中，采用渔稻养作的方式，集中连片、规模化种养，不仅能促进农民创收，而且构建了小范围的生态湿地，宽沟深凼的存在对于当地排涝也能起到一定的缓冲作用。

2 渔稻养作模式对水稻生长及其产量的影响

2.1 引入水生物对水稻生长及其产量的影响

把渔稻养作作为涝渍地综合利用的措施，主要是为了充分利用涝渍地的低洼地势、多水环境及其保水性强的特点，在兼顾水稻产量的前提下获取更多的水产品，同时起到保护环境的作用。稻田养殖水生生物对于水稻产量有怎样的影响，国内外学者进行了一系列的研究，但是并没有达成一致的结果。Lightfoot等认为这是由于所放养水生生物的种类、水稻的品种、所用肥料等因素的差异性导致的[21]，另外各地的天气气候、水质、田间管理方法的不同也是最终结果有所区别的原因。Gurung和Wagle[22]在尼泊尔的研究结论是，相对水稻单种，稻田养鱼情况下水稻产量会明显增加；Ahmed等[11]在孟加拉虾稻共作中发现，虾稻共作情况下，水稻产量也得到了提升；国内一些研究也表明，鱼稻共作能有效促进水稻增产，根据贵州实施生态渔业工程的实践，稻田进行生态养殖后水稻空壳率下降，干粒重提高，稻谷平均单位面积增产5%～15%，同时由于在养殖过程中主要使用有机肥，系统内土壤理化性状得到改善，所收获的稻米品质也得到了提高[23]。值得一提的是，稻田中鱼类的存在对田间害虫和野草的控制也卓有成效[24,25]，这也可能是水稻增产的原因之一。

Rothuis等[26]在湄公河浅水区域的鱼稻共作试验并没有发现水稻产量会在养殖鱼类时有显著增加，Berg[27]在2002对湄公河三角洲地区鱼稻共作的研究也是同样的结果；Vromant[28]在2002年也专门对此问题作了研究，4种不同的鱼类共作对水稻产量均没有影响；Li等[29]和吕东锋等[30]在蟹稻共生方面的研究也得出了一致的结论。而1995年Li等[31]在中国的研究发现渔稻共作情况下水稻的产量反而降低了4.3%。

在涝渍地中，水稻单种的情况下，国内一些研究结果表明，正常生长年份，中稻受涝渍影响平均减产16%～27%，单产减收1 302.0～2 167.5 kg/hm2[32]。涝渍地中采用渔稻养作模式情况下的水稻产量并没有相关研究，然而渔稻养作模式下，涝渍地原有的高地下水位问题将不再是影响水稻产量的主要问题，而且土壤的理化性质、水质情况发生变化等，这些都将成为涝渍地渔稻养作中影响水稻产量的因素。

2.2 田间水深控制对水稻生长及其产量的影响

稻田之所以能进行渔业养殖，主要在于其天生的浅水环境，然而水稻和渔业所需要的适宜水深并不相同，甚至不同的水稻品种、不同的水生生物所要求的水深水质都极具差异性。稻田养鱼的水层灌溉可以分为干干湿湿灌溉型、水层-湿润与晒田相结合型、浅-深-深灌溉型、深-浅-深灌溉型、因时灌溉型、长期水层灌溉型和长期水层与晒田相结合灌溉型等7种类型[33]。如何协调稻田水深，使得水层水深的管理既满足虾、蟹等的生长要求，又满足水稻各生育期的生长要求，国内外学者提出了一系列的措施。

在田间工程方面，候光炯等[16]研究认为，采用“垄稻沟鱼式”的田间工程类型，可以解决稻、鱼需水一深一浅的矛盾，同时沟凼的使用增厚了周围的耕作层，为水稻根系的生长提供了更多空间，降低了水稻的淹水深度，有利于种植水稻区域土壤性质的改善和肥力的提高，较低水位下，土壤中微生物的数量和活性也比深水位要高；采用“田字沟”和“日字沟”的形式对稻田进行改造具有和“垄稻沟鱼式”相类似的效果。Rothuis[34]指出，在稻田中养鱼，水层的深度应为正常稻田的2～3倍，以便能兼顾水稻和水生生物的生长需要。在种植模式方面，陈昌齐等提倡水旱轮作的方式，指出对长期渔稻共作的稻田进行适时的水旱轮作在减轻病虫草害、利于土壤养分充分发挥和改善土壤通透性方面均有显著效果[35]。

杨星星等比较研究了稻田水深15、20、25 cm对水稻和鱼的影响，结果表明，稻田水深控制在15～25 cm范围内时，水深对水稻分蘖、生长没有显著的影响，对田鱼的影响也不大[36]。杨勇等的研究表明，如果根据水生生物对水深和水温的需求来调节稻田水层深度，对水稻的产量形成而言，有利有弊。利主要表现在无效分蘖期水层的大幅度提高有利于控制无效分蘖的发生，减少植株养分消耗，同时水层加深扩大了水生动物的活动范围，在清除杂草和部分害虫方面更为有利，水稻的生育期在渔稻共作时的延长，有利于增加稻米的千粒重；但是深水条件对稻株的抗倒性等株型特征提出了更高的要求，并且长期处于深水条件之下会导致水稻根系活力下降，最终对水稻的分蘖、成穗产生不利影响[37]。在涝渍地中，由于降水、排水方面的不同，水深控制与正常情况下也会有差异，但大体情况是类似的，原先的研究资料都可以成为参考。

2.3 水稻种植密度和施肥制度对水稻生长及其产量的影响

由于要考虑水生生物的活动，渔稻养作的水稻种植密度和水稻单种情况不同，相关方面已有的研究均推荐“宽行窄株”式的稀疏种植管理模式[13,16,38]。国外也有一些相关的研究，Mustow[39]在对渔稻共作的研究中提出了水稻“边际栽培法”，水稻的种植密度的降低增强了田间的通透性，浮游生物能获得更好的生存空间，有更多的浮游生物作为养料，有利于水产品产量的提高，并且此种模式下，水稻产量未见明显降低。另一方面，稻田的水温、pH值、溶氧量与植株生长密度也是息息相关的，采取稀疏种植，使水稻叶片对阳光的遮挡减少，水体能受到更多的太阳辐射，水温提升的同时，水生植物的光合作用强度也得到提高，能增加水体溶氧量，溶氧量的增多能加强水中亚硝酸盐等化合物的氧化作用，改善水质，使水体pH值保持在适宜的水平[34]。

肥料是确保农作物良好生长的关键因素，然而在稻田中进行渔稻养作时，需要充分考虑肥料对水产品的负面作用。有机肥是渔稻养作的首选[35,40]。林忠华等[41]研究认为，有机肥对鱼虾蟹等毒害小，进入稻田后由于分解缓慢、肥效长，可以使水稻稳定生长，同时有防止土壤板结渗水的作用；另一方面，有机肥也是水生生物的食物之一。水生动物的排泄物是稻田肥料的另一个来源，Vromant等[42]的研究表明，稻田养鱼可增加水稻10%的生物量； Steffens[43]的研究指出，鱼排泄物中的氮元素由75%～85%都是以铵离子的形态存在，而铵离子是水稻氮的主要摄入形式；因此从某种程度上讲，鱼能将田间不能被水稻利用的有机氮转化为易于水稻吸收的铵态氮。吴敏芳等[44]的研究表明，稻田养鱼系统能有效利用鱼饲料转化成的有机肥，可以减少肥料施用量而保证水稻的稳产，并给出推荐优化模式为：水稻移栽密度为 30 cm × 30 cm，田鱼投苗9 000尾/hm2，复合肥施用量480 kg/hm2，能最大限度地的利用土地。

3 渔稻养作的生态环境效应

3.1 渔稻养作的生态效应

与自然生态系统不同，农业生态系统生物组分单一，生物主体是人工种植或养殖的生物，其他生物被控制在一定范围内[45]。在常规稻田的生物群落中，水稻作为生物主体，通过光合作用制造有机物，最终形成稻谷和稻草，而同时田间的杂草、浮游生物等，也同样在稻田生态系统中汲取养料，但是它们对农业生产而言是不利的，会对水稻形成竞争作用[14]。

相关研究表明，物种丰富的农作物系统，由于互相之间对资源的利用能够互补，因此常常会出现“超产”的现象[46,47]。但是随着现代化工业的进程，农作物系统生物多样性简化，农民大多只关注所种植或养殖生物的生长状况，而忽略生物之间的相互作用及效应[48]，在过去的半个多世纪里，以工业化为特征的现代农业虽然对粮食的增产作出了重要贡献，但是与此同时全机械化的生产、农药化肥的大量使用也带来了资源破坏、环境污染、生物多样性丧失等一系列的问题[49-51]。

渔稻养作模式是增加稻田物种多样性的重要途径。渔稻共作系统中，由于水稻能为各类浮游植物、水蜘蛛等昆虫、蚂蝗等水生动物以及藻类提供更适宜的生长环境，这些可以作为水产生物饵料的稻田初级消费者比其他养殖水体要多，而且由于水稻能起到隔离的作用，稻田鱼虾等发病一般轻微，因此鱼药的使用可以大幅度减少[16,52]。王玉堂等[38]的研究认为，稻田中鱼蟹的存在，促进了新的稻田生态系统的形成，在这种新系统中，稻、鱼、有益生物和有害生物共存，更加接近相互依存、相互制约的自然状态。在渔稻共作系统中，草鱼和青蛙能大量取食水稻害虫[53]。Xie等[24]的研究则发现鱼会将稻飞虱碰落水中从而取食，因此能减轻稻飞虱对水稻产量的影响。另外，鱼的游动和觅食活动被认为起到了疏松土层，释放土中养分，促进稻田养分物质循环的作用[8]。

Berg通过对越南120户农户的调查，表明稻鱼系统相对于水稻单作系统能减少43.8%的农药使用量[27]；根据胡亮亮的研究结果，渔稻养作模式与水稻单作模式相比，水稻增产2.98%，肥料(氮磷钾)平均投入量减少26.52%，农药使用量减少61.08%；不同渔稻模式之间水稻增产率，肥料和农药使用量的降低率没有显著性差异[54]。

涝渍地从实质上看属于湿地范畴，是湿地中作为农业利用的一种土地资源，可谓之农业湿地[3]。与暗管排水等涝渍地治理措施不同，把渔稻养作技术运用于涝渍地，最大限度地保留了涝渍地作为湿地的特性，服务于人类社会的同时又形成了小范围的湿地生态系统，从一定程度上讲，能起到保护生态的作用。

3.2 渔稻养作的环境效益

研究表明，水体自身环境退化(尤其是发展中国家)的一个重要原因就是水产养殖引起的水体污染[55,56]，而其中影响最大的污染物又以氮、磷和有机物为主[55,57]；在水稻集约化生产条件下，由于大量使用农药化肥，造成了大量的碳排放，同时氮磷流失造成的田间面源污染的问题也受到了越来越多的关注[58]。而渔稻养作模式下，水产动物养殖密度低、饲料投入少，对稻田的水土环境无显著性影响[59]；同时由于复合生态系统中的协同增效效应[60]，渔稻养作模式在一定程度上可以避免水稻集约化生产所带来的问题[61]。胡亮亮的研究结果表明，稻-鳖共作处理相对于水产动物单养，分别降低水体总N和COD 32.89%和29.23%，不过与水稻单种相比，稻-鱼、稻-鳖共作处理水体的总N、总P和COD未发现显著性差异[54]。

在涝渍地中采用传统的明沟排水、暗管排水等工程措施，虽然排水效果良好，但是在排水过程中，必然导致氮、磷的大量流失，降低土壤肥力的同时也造成了农业面源污染，采用渔稻养作的方法无疑是缓解该问题的有效途径，但是最终效果如何、相对于其他涝渍地治理方式和利用方法有何种优势仍需要进一步的研究。

4 研究展望

随着我国经济社会的迅速发展，对土地的依赖性日益增加。国家目前实施的相关政策，如人口政策、土地流转、集约化种植、美丽乡村建设、农业面源污染防治等，都对涝渍地这一重要土地资源的治理与综合利用提出了新的要求。渔稻养作作为涝渍地综合利用的有效模式，急需在应用以及基础理论方面展开进一步的研究。

(1)涝渍地生态养殖模式的研究。渔稻养作从传统的单一品种养殖发展到现今的多种水生生物复合养殖，丰富了生态位，提高了田间养分利用效率。然而现在对于不同种类水产品之间的互相影响、在生物链中的搭配比例，以及不同地域、气候、水文条件下的养殖模式选择研究较少。因此，未来涝渍地中渔稻养作模式的研究应该集中在：①根据稻田主养殖产品选择次养殖产品，合理搭配种类，以获得稻田单位面积最大效益；②根据采用稻田环境进行水产养殖这一客观现实，确定适宜该环境的养殖密度和比例；③结合混养种类的各生长发育阶段及生长期间的取食习惯，确定其互相之间无不利影响；④考虑农药化肥的最低施用量，实现渔稻养作的绿色健康发展。

(2)渔稻养作的关键灌排技术研究。在渔稻养作的理论基础研究方面薄弱，如在水稻生长期间，水稻和渔业(如小龙虾)对水层、水温、农药及化肥的需求是不一样的，急需通过试验观测与理论研究，揭示其耦合机理，在灌排方面为涝渍地的综合利用提供理论基础。在不破坏稻田目前环境的情况下，探索最佳的沟凼布局，以最大程度地发挥边际弥补效果来保证水稻产量的稳定，同时兼顾灌排系统机械化的发展方向。

(3)渔稻养作的减排机理研究。现有研究均表明渔稻养作系统对于减轻田间氮、磷、碳排放具有积极的意义，然而其内部的减排机理和转移过程还缺乏深入的研究。在稻田进行长期的渔稻养作之后，由于田间土壤理化性质的变化，土中微生物数量、种类及活性都将发生变化，各类水生浮游生物的种类、数量也会有明显变动，它们这些氮、磷、碳等元素的消费者，在减排过程中各自起到了怎样的作用，采取怎样的措施能进一步地提升减排效果等，这些都是需要解决的问题，以便为现代渔稻养作的良性发展、维持良好的稻田环境奠定理论基础。

(4)渔稻养作对区域排涝的影响研究。将渔稻养作应用于涝渍地，使得田间出现了大约10%的长期水面，再现甚至加强了涝渍地的湿地特性，宽沟深凼的存在减缓了该地区的产汇流速度，一定程度上起到了调蓄的作用，理论上讲必然会导致当地排涝模数的减小，但在具体功效方面缺乏定量的研究。

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