免耕“稻鳖鱼”共生模式的环境经济学分析

周江伟，刘贵斌，陈 灿，黄 璜

（湖南农业大学农学院，南方粮油作物协同创新中心，湖南 长沙 410128）

免耕“稻鳖鱼”共生模式的环境经济学分析

周江伟，刘贵斌，陈 灿，黄 璜

（湖南农业大学农学院，南方粮油作物协同创新中心，湖南 长沙 410128）

采用田间试验及环境经济学方法研究免耕“稻鳖鱼”共生模式的环境经济效益并提出相关对策。试验共设免耕稻鳖鱼（RTF），免耕稻鳖（RT）、免耕稻鱼（RF），免耕水稻单作（RM）4个处理。田间试验结果表明，RTF，RT，RF控草效果明显；孕穗期RTF病蔸率和病株率分别比RM低 71.1%和56.3%。RTF固碳量比RM增加8.7%，甲烷（CH4）排放总量减少39.9%。环境经济学分析结果表明，RTF、RT、RF的财务效益，比RM分别增加了52 450、24 500、23 940 元/hm2，RTF、RT、RF和RM环境经济效益分别为53 547、25 385、24 927和559 元/hm2；研究结果表明，免耕稻鳖鱼共生模式生态和经济效益高，具有良好的发展和推广前景，可作为农业供给侧结构性改革形势下精准扶贫的新模式。

免耕；稻鳖鱼共生；固碳减排；环境经济学；精准扶贫

保护性耕作已经成为现代农业发展过程中受世界关注的一项重要议题，免耕技术具有省工节本、保护土壤等显著优点[1]，同时也不可避免的带来了一些负面影响，例如稻田病虫草害的增加，导致农药与除草剂的过量使用，既增加了种植成本，又形成了农业面源污染[2-3]。

联合国粮农组织（FAQ）将中国“传统稻鱼共生农业系统”列为首批全球重要农业文化遗产[4]。随着农业政策的支持与技术上的突破，传统的稻田养鱼已经发展为广义上稻田养“鱼”，形成了稻鱼、稻鳖、稻虾、稻蟹等多种稻田生态种养模式[5]。近年来，国内关于稻田生态种养的理论研究与技术模式取得了长足进步，前人从化肥农药施用量[6]、病虫草害的防控[7]、温室气体的减排[8-9]、生态经济效益[10]等方面展开了大量细致的工作，对发挥稻田生态种养模式的优势和促进水稻绿色高效生产有重大意义。

稻田生态种养技术的关键在于人工模拟构建一个较为完整的稻田生态系统，从农业生产的角度上说，最为重要的是形成系统内物种间的互利共生并构建一个完整的食物链[11]。笔者从免耕栽培技术与稻田生态种养技术有机结合的角度，运用环境经济学理论分析了“稻鳖鱼”共生模式的环境经济学效益，旨在为“稻鳖鱼”模式的应用和稻田生态种养模式的创新提供科学理论依据（图1）。

1 材料与方法

1.1 试验地概况与材料

实验于2015年6～10月在湖南省浏阳市进行，该地区属于亚热带季风湿润气候，年平均气温16～18℃，≥10℃的有效积温5 000～5 500℃，年均降水量1 250～1 500 mm。土壤的类型为第四纪黏土发育的红黄泥土，土壤有机质45.90 g/kg，全氮1.76 g/kg，全磷1.02 g/kg，全钾14.58 g/kg。前茬作物是一季水稻，供试稻田已连续8 a免耕，并进行了3 a以上稻田生态种养。

图1免耕“稻鳖鱼”共生模式结构

供试水稻品种为农香32，湖南省水稻研究所研制生产；甲鱼品种为中华鳖，农场自行孵化繁育；鱼类分为本地草鱼和禾花鲤，鱼苗由湖南省新化县繁育；复合肥料N∶P2O5∶K2O（15∶15∶15），总养分≥45%，由江西正邦生物化工有限公司生产；尿素为总氮≥46.4%，重庆建峰化工股份有限公司生产。

1.2 试验设计

试验共设免耕稻鳖鱼（no-tillage rice-turtle-fish，简写为RTF）、免耕稻鳖（no-tillage rice-turtle，简写为RT）、免耕稻鱼（no-tillage rice-fish，简写为RF）和免耕水稻单一种植（no-tillage Mono-cropping rice，简写为RM）4个处理，每个处理面积0.1 hm2，共3次重复。RTF、RT、RF这3个处理均用石棉瓦搭建围栏，环绕稻田四周开挖围沟并在稻区边缘加修20 cm小田埂。RTF、RT的2个小区利用田埂区域搭建2个孵化棚，并在稻田中央设置2个晒背台，以便鳖的生活与繁殖。在每个处理设置1个CH4气体取样点，将铝制的回型底座（52 cm×52 cm，15 cm）固定于取样点上并搭好木桥，避免取样时人为干扰产生误差。

4个小区均采用移栽方式种植水稻，5月26日播种，6月25日移栽，10月5日收获。水稻移植前每个小区施加40 kg复合肥，20 kg尿素，整个生育期内4个处理均不施加任何农药和除草剂。水稻移植一周后RTF、RT模式投放60只中华鳖（250～400 g/只），两周后RTF、RF小区投放禾花鲤20 kg，草鱼200尾（10 cm/尾），并在围沟区域投放适量浮萍。RTF、RT、RF处理的田间水分管理均为水稻移植后全田灌水，前4周围沟水面不得高于稻区田埂，防止鱼类进入稻区影响水稻生长。两周后，可让鱼类进入稻田。收获前15 d，下降田间水位至稻区平面以下，饲养生物回到围沟，收获后立即灌水高于田面30 cm保持到下一季水稻移栽前。RM处理的水分管理根据传统水稻种植方式操作。RTF、RT、RF保持定期投喂，水稻生育期内围沟每月换水3次，每次换水量为围沟深度1/3。

1.3 试验方法

1.3.1 田间数据采集（1）稻田杂草数据采集。2015年6月25日～9月3日期间，每隔2周采用数测法调查小区田间杂草生长情况，每个小区定5个点，每个点1 m2，记录杂草数量。

（2）稻田病虫害数据采集。采取对角线5点取样法，每个小区定5个点，每个点取样20蔸，共计取样100蔸。调查记录分蘖期、孕穗期纹枯病的病蔸率、病株率。

（3）产量与固碳（C）价值的测定。10月5日水稻收获后，自然晒干，并用电脑谷物水分测定仪检测稻谷含水量，实际测产测定经济产量。稻田生态系统的固碳价值可以通过计算碳吸收量来核算，碳吸收量是指通过光合作用固定在生物体内的有机碳量，以碳税法（瑞典碳税1 000 Yuan/t）计算各生产系统的固碳价值。该试验中各个生产系统经济产量、秸秆、根以及总的碳吸收量的计算公式如下[12]：

式中：M为经济产量（kg）；w为经济产量的含水量；H为收获指数；R为根冠比系数；0.45为生物量与含C量的转化系数[13]；H和R参数分别为0.51、0.18[14]。

（4）稻田CH4排放的测定。试验采用静止箱技术测定CH4气体，箱底面积为51 cm×51 cm，箱高100 cm，在水稻返青期（饲养动物投放之前）、分蘖盛期、孕穗期、齐穗期、成熟期分别在每个小区的同一地点采样。每3 d取1次样，从8:00～18:00隔2 h采样1次。根据CH4样品浓度与时间的关系曲线计算CH4的排放通量，CH4排放总量为水稻各生育期排放量的总和[15-16]。

1.3.2 环境经济学分析环境经济学理论可以有效用于解决生态系统和经济系统所构成的复合系统中的种种问题，其主要内容包括财务分析与环境经济分析。财务分析，指以农户自身利益为出发点，根据市场价格计算农户的经济收支盈亏状况，其分析结果将直接决定农户的行为方式，继而影响到其行为的环境经济效果。环境经济分析，指以社会的角度为出发点，考察其效益和费用[17]。

（1）财务成本。财务成本包括直接生产成本、间接生产成本。“稻鳖鱼”共生模式的直接生产成本包括：种苗费用、围栏费用、种子费用、化肥费用、农机费用、劳力费用等；间接生产成本包括：稻田改造费用、固定资产折旧费用、土地流转费、销售管理费用等。

（2）环境经济成本。环境经济成本包括财务成本、环境成本、甲烷排放环境成本。

（3）财务净收益。财务纯收益＝产值－财务成本

（4）环境经济效益。环境经济效益＝产值＋环境效益－环境经济成本

1.4 数据来源与分析

数据来源于试验记录和实地调查，其中财务成本分析的直接生产成本来源于试验期间实际消耗费用统计，间接生产成本与环境成本参照湖南省一季稻平均生产成本与文献并结合生产实际得出，所得数据分别采用Word 2010制表，Origin 8.0软件制图。

2 结果与分析

2.1 杂草变化情况

对稻田杂草数量的调查数据显示，在相同起点，RTF，RT和RF模式呈下降趋势。RTF和RF模式移植后2周杂草迅速减少，至9月3日杂草基本消除。RT模式杂草数量减少，但下降速度缓慢。通过对这3种模型的比较发现，鱼比鳖能更好地控制杂草，它们的联合作用效果更为显著。而在RM模式中，杂草数量移植后由于没有使用除草剂迅速增加（图2）。

2.2 水稻病害情况

对水稻病害的调查数据表明，病蔸率和病株率从分蘖期到孕穗期由于没有农药使用明显增加。孕穗期RTF、RT和RF病蔸率比RM分别低71.1%、59.1%和68.2%，病株率分别低56.3%、35.3%和43.8%。且RTF模式水稻稻瘟病的发生率显著低于RT和RF（表1）。因此，稻田生态种养能有效地提高水稻抗病性，且多品种养殖效果优于单一种养模式。

图2不同处理杂草变化趋势

表1不同处理下分蘖期和孕穗期纹枯病的比较（%）

2.3 产量与固碳（C）价值

RTF、RT、RF模式的固碳效率均高于RM模式，且RTF模式的固碳效率比RT和RF模式的分别高6.9%和5.2%。虽然生态种养使稻田面积减少，由于养殖生物的排泄物提高土壤肥力和控制杂草、病虫害的优势，总体上，RTF、RT和RF模式和RM模式在水稻经济产量上基本一致，不会造成水稻的减产，甚至略有增加（表2）。

表2不同处理的经济产量与固碳效应

2.4 甲烷排放情况

不同阶段CH4排放数据表明，CH4排放的高峰在分蘖期始期到分蘖盛期，而后CH4排放量减少。该研究在最佳温度和光照条件下种植水稻，总CH4排放量相对较高。从整个生育期看，RTF模式的CH4排放比RM、RF和RT分别下降9.32、5.03和6.80 g/m2，分别减少39.9%、21.6%和29.2%。（图3）

2.5 财务分析结果

财务分析的结果显示RTF、RT和RF财务净收益明显高于RM模型，分别增加52 450、24 500和23 940 元/hm2。从财务成本来看，在肥料成本，机械、土地流转费用方面，这4种模式基本一致，但成本在工程、种苗和人工方面，RTF、RT和RF明显高于RM模式。在一定条件下，财务成本与财务净收益成正比关系，但财务成本的增加给生产带来了不确定的风险（表3）。

图3不同处理各生育期CH4排放情况

2.6 环境经济效益分析结果

除了与农民直接相关的财务分析外，该研究还对4种模式进行了环境经济学分析。向平安[18]估计在洞庭湖周围地区稻田CH4排放的成本为1 604 元/hm2，所以以RTF、RT和RF的CH4排放成本分别为964、1 257和1 135 元/hm2。根据瑞典C税，核算了4种不同模式的固碳效益。环境成本的计算基于水稻种植在华南地区的平均环境成本[19]（1.127元/kg）。根据这4种模式的财务分析方法和环境经济学分析，RTF、RT、RF和RM的的经济经济效益分别为53 547、25 385、24 927和559 元/hm2，RTF、RT和RF模型有一个显著的生态经济效益（表4）。

表3不同模式的财务收益分析

表4不同模式的环境经济效益分析

3 讨 论

3.1 少免耕与“稻鳖鱼”共生模式的有机结合

少免耕是目前国内采取的主要保护性耕作方式之一，但是少免耕关键技术创新研究不够。“稻鳖鱼”共生模式是一种利用生态位原理、食物链原理、构建的复合生态种养模式，这种模式能够与当前的少免耕技术实现有机结合。一方面，对于“稻鳖鱼”模式来说，大型机械翻耕、农药化肥过量使用容易对鳖、鱼等生物造成致命伤害，带来极大的经济损失；另一方面，“稻鳖鱼”模式自身形成了一个较为完善的农田生态系统，杂草、病虫成为饲养动物食物来源之一，而饲养动物的排泄物又为水稻生长增加肥料，实现了病虫害的有效防控，显著减少了化肥农药的施用量。

3.2 “稻鳖鱼”共生模式具有显著财务收益

2013年中央1号文件首次提出家庭农场模式，而“稻鳖鱼”共生模式实现了55 620 元/hm2的财务纯收益，是一种适合于家庭农场发展的较为完善的生产模式。相比稻鳖、稻鱼等单一种养模式来说，“稻鳖鱼”模式分别增加财务纯收益27 590、28 150 元/hm2。随着“稻鳖鱼”模式的成熟，当农户掌握鳖种繁育关键技术后，一方面种苗与饲料的成本会大幅度降低，另一方面鳖苗的附加产值将显著提高，进一步提升“稻鳖鱼”共生模式的财务收益。

3.3 “稻鳖鱼”共生模式具有显著的生态经济效益

农业已经成为全球温室气体排放的一个主要来源，其中稻田甲烷排放占据了农业生产过程中甲烷排放的绝大部分。“稻鳖鱼”模式相对于单一水稻种植在整个水稻生育期内甲烷排放总量减少了9.32 g/m2，降低幅度达到了39.9%，对控制稻田甲烷排放有着重要作用。在农田固碳方面，“稻鳖鱼”模式相对于单一水稻种植、稻鳖和稻鱼模式分别增加了8.73%、6.92%和5.16%，具有较好的固碳作用。另外，“稻鳖鱼”共生模式构建了比较完善农田生态系统，丰富了农田生物多样性，对保护农田生态系统的可持续化具有重大意义。“稻鳖鱼”共生模式的环境经济效益达到了53 547 元/hm2，无论是相对于单一水稻种植，还是单一的生态种养模式，都具有显著的生态经济效益。

3.4 “稻鳖鱼”是农业供给侧结构性改革形势下精准扶贫新模式

农业供给侧结构性改革要求通过自身的努力调整，让农民生产出符合消费者需求的产品。“稻鳖鱼”共生模式作为传统农业文化遗产稻鱼共生系统的因地制宜衍生模式，既具有高财务收益，又具有显著的经济效益，农民乐于接受，稻田产出的优质稻米和水产品也广受消费者青睐。应当在稻鱼共生系统的基础上，加强技术指导，根据贫困地区种养条件和市场需求情况，科学合理搭配品种，衍生出更多类似于“稻鳖鱼”共生的稻田生态种养新模式，以点带面，集成示范，政府配合以相关政策，实现有效的精准扶贫。

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（责任编辑：肖彦资）

Environmental Economics Analysis of No-tillage Rice-turtle-fish Symbiosis Model

ZHOU Jiang-wei，LIU Gui-bin，CHEN Can，HUANG Huang
（College of Agronomy, Hunan Agricultural University, Collaborative Innovation Center of Paddy Crop and Oil Crops in Southern China, Changsha 410128, PRC）

This article has been studied the fi nancial and environmental economic bene fi ts of “no-tillage rice-turtle- fi sh” symbiotic model by fi eld experiment and environmental economic method. The fi eld experiment set up 4 kinds of treatment: no-tillage rice-turtle- fi sh(RTF), no-tillage rice-turtle(RT), no-tillage rice- fi sh(RF), no-tillage rice-monoculture(RM). The fi eld experiment showed that RTF, RT and RF model can control the weeds signi fi cantly; the diseased hills ratios and the diseased plant ratios of booting stage in RTF were lower than RM 71.1% and 56.3%, respectively. The C sequestration of RTF increased 8.7% than RM model, and total methane(CH4) emission of RTF was decreased by 39.9%. Environmental economic analysis showed that the fi nancial bene fi ts of RTF, RT, RF model increased by 52 450, 24 500, 23 940 CNY/hm2respectively compared with RM model, the environmental economic bene fi ts of RTF, RT, RF and RM model were 53 547, 25 385, 24 927 and 559 CNY/hm2respectively. It was concluded that the no tillage rice-turtle- fi sh symbiosis model with high fi nancial bene fi ts and high ecological and economic bene fi ts, being provided with good prospects for development and promotion.

no-tillage; RTF symbiosis model; environmental economics; take targeted measures in poverty alleviation

F326

：A

：1006-060X（2017）08-0098-05

10.16498/j.cnki.hnnykx.2017.008.025

2017-06-15

湖南省科技计划（201203081-2）；长江中游南部( 湖南)水稻丰产节水节肥技术集成与示范（2013BAD07B11）

作者信息：周江伟（1993-），男，湖南茶陵县人，硕士研究生，主要从事作物生态和生态农业研究。

黄 璜