稻－蟹复合生态种养系统氮磷平衡及经济效益研究

李丹丹，孟顺龙，胡庚东，陈家长，2，邴旭文，2

(1.中国水产科学研究院淡水渔业研究中心，江苏无锡214081;2.南京农业大学无锡渔业学院，江苏无锡214081)

近年来，在农业生产中，土地和水资源利用率低，农药的大量使用使水稻品质下降，已不能满足市民对食品安全的需求［1］。以低污染、低能耗为基础的生态农业模式成为现代农业的发展趋势，如稻蟹种养。稻蟹种养是根据稻养蟹、蟹养稻、稻蟹共生的理论，在稻蟹种养的环境内，蟹能以稻田中的杂草和害虫为食物，吃掉杂草和害虫，同时排泄物可以肥田，促进水稻生长;而水稻又为河蟹的生长提供丰富的天然饵料和良好的栖息条件，互惠互利，形成良性的生态循环［2－4］。研究稻蟹养殖过程中氮磷平衡及利用效率可以优化生产过程中肥料和饲料的投入，节约成本，同时研究氮素平衡是评价系统中氮肥投入对环境影响的主要方法之一［5］。研究表明，过量的氮素残留在土壤中，一部分会通过淋洗渗透到地下水中，一部分通过氨挥发和硝化反硝化进入大气中，这些散失的氮素，主要以活性氮形式存在环境中，是导致温室气体排放量增加、地下水污染、水体富营养化和土壤酸化的原因之一［6－8］。因此，为进一步了解并优化稻蟹共作系统，设计了不同密度的蟹与水稻共作试验，分析各共作系统中氮素平衡以及经济效益情况，为该生产模式的推广应用提供理论和实践依据。

1 材料与方法

1.1 试验设置

试验于2016年在江阴锦湖水产有限公司进行，共设置3个处理，选择中华绒螯蟹为养殖品种，构建蟹－稻复合生态种养系统，开展蟹－稻复合生态种养系统的基础设施改造。稻田平整与田埂加固:对水源充足、水质良好、黏质土壤的稻田进行平整，加高加固田埂，使稻田保持一定水位。蟹沟整挖与防逃围栏构筑［9］:田埂内侧挖蟹沟，稻田内的蟹沟相通，具体数据见表1。

表1 蟹－稻复合生态种养系统基本情况

3个处理田块分别放养相同密度的沙塘鳢、不同密度的蟹苗，1号田放养部分虾苗，2号田和3号田放养等量的草鱼。选择同一批次稻苗种植且水稻种植密度相同。种养情况见表2。

表2 稻－蟹复合生态种养系统种养量 kg

1.2 样品采集

稻苗移栽前，选择长势均匀的10株稻苗，清洗后装入信封袋并记录编号，在105℃烘箱中杀青30 min，后降至80℃烘干称质量，之后整株粉碎用于测定氮磷含量;杂草、水草及青苔选择1 m2的采样框，随机取样5次取平均值，采集的样品与稻苗做同样的烘干处理;鱼、虾、蟹苗随机抽样30尾称质量，计算其平均质量;氮、磷含量采用标准方法实验室测定，包括蟹产出量、水稻产出量(干质量)、杂草产出量(干质量)、投入品饲料、肥料量［10－12］。

1.3 数据处理

稻－蟹复合生态种养系统中氮磷平衡情况，其中系统氮磷输入包括化肥、饲料、鱼蟹苗带入、水稻苗带入的氮磷，另外有来自大气沉降的氮。根据参考文献江苏地区大气氮沉降研究结果［13］，定义本试验中稻蟹种养期内氮沉降值为30 kg/hm2。

氮(磷)盈余=氮(磷)总输入量－氮(磷)总输出量;化肥氮(磷)输入比=［化肥氮(磷)/氮(磷)总输入量］×100%;水稻氮(磷)输出比=水稻氮(磷)/氮(磷)总输出量］×100%。

稻蟹共作系统中氮磷循环如图1所示。

2 结果与分析

2.1 稻－蟹复合生态种养系统的产量及其效益

稻－蟹复合生态种养系统的产量如表3所示。结合表1中田块面积分析主要种养种类的产量，1号田沙塘鳢产量为290.32 kg/hm2，中华绒螯蟹产量为 350.82 kg/hm2，水稻产量为3 416.72 kg/hm2;2号田的沙塘鳢产量最高，而水稻产量最低，沙塘鳢产量为 666.88 kg/hm2，中华绒螯蟹产量为350.83 kg/hm2，水稻产量为 3 152.21 kg/hm2;3号田沙塘鳢产量为 586.48 kg/hm2，中华绒螯蟹产量为 350.84 kg/hm2，水稻产量为 3 273.40 kg/hm2。

表3 稻－蟹复合生态种养系统总收获量 kg

稻－蟹复合生态种养系统的经济效益如表4所示。3个试 验 田 块 的 利 润 分 别 为 72 504.94、88 111.89、69 125.85元/hm2。其中放养河蟹密度最大的田块(2号田)利润最高，表明在本试验密度条件下可适当增加河蟹的放养量以提高利润。

表4 稻－蟹复合生态种养系统经济效益 元

2.2 稻－蟹复合生态种养系统的氮平衡情况

2.2.1 稻－蟹复合生态种养系统的氮输入 由图2可知，1号田氮总输入量为65.36 kg，其中通过稻苗输入4.81 kg，蟹苗输入 1.15 kg，肥料输入 32.79 kg，饲料输入 15.70 kg，大气沉降输入9.11 kg，其他少部分通过螺蛳、鱼虾以及进水输入，输入量为1.80 kg。2号田氮总输入量为66.06 kg，其中通过稻苗输入 5.23 kg，蟹苗输入 1.34 kg，肥料输入 32.79 kg，饲料输入15.70 kg，大气沉降输入9.44 kg，其他少部分通过螺蛳、鱼虾以及进水输入，输入量为1.56 kg。3号田氮总输入量为 64.79 kg，其中通过稻苗输入 4.81 kg，蟹苗输入1.60 kg，肥料输入 32.79 kg，饲料输入 14.30 kg，大气沉降输入9.68 kg，其他少部分通过螺蛳、鱼虾以及进水输入，输入量为 1.61 kg。

3个田块的氮总输入量差异不大，氮平均总输入量为65.40 kg，肥料和饲料是最主要的氮素输入来源，肥料输入氮素最多为32.79 kg，占氮素总投入量的50.14%，饲料输入氮素15.23 kg，占氮素总投入量的23.29%;大气沉降氮素为9.41 kg，占氮素总投入量的 14.39%(图 3)。

2.2.2 稻－蟹复合生态种养系统的氮输出 由于采用秸秆还田的种植模式，所以氮输出的方式包括稻谷产量、鱼虾蟹产量以及池塘排水，其他氮大部分都盈余在土壤中。1号田氮总输出量为23.75 kg，其中通过稻谷产量输出16.60 kg，鱼虾蟹输出 5.75 kg，排水输出 1.4 kg;2号田氮总输出量为25.36 kg，其中通过稻谷产量输出 15.87 kg，鱼虾蟹输出8.13 kg，排水输出 1.36 kg;3 号田总输出量为 26.69 kg，其中通过稻谷产量输出16.90 kg，鱼虾蟹输出8.20 kg，排水输出1.59 kg。3个田块氮总输出量均值为25.27 kg，最主要的输出途径是稻谷的输出，输出量为16.46 kg，占总输出量的65.14%，通过鱼虾蟹收获 输出 7.36 kg，占总输出量的29.13%，通过排水输出1.45 kg，占总输出量的5.74%(图4)。

2.3 稻－蟹复合生态种养系统的磷平衡情况

2.3.1 稻－蟹复合生态种养系统的磷输入 1号田磷总输入量为 28.49 kg，其中通过稻苗输入 0.62 kg，蟹苗输入0.09 kg，肥料输入22.50 kg，饲料输入5.10 kg，其他少部分通过螺蛳、鱼虾以及进水输入，输入量为0.18 kg。2号田磷总输入量为28.53 kg，其中通过稻苗输入0.67 kg，蟹苗输入0.11 kg，肥料输入22.50 kg，饲料输入5.10 kg，其他少部分通过螺蛳、鱼虾以及进水输入，输入量为0.15 kg。3号田磷总输入量为28.51 kg，其中通过稻苗输入0.64 kg，蟹苗输入0.11 kg，肥料输入22.50 kg，饲料输入5.10 kg，其他少部分通过螺蛳、鱼虾以及进水输入，输入量为0.16 kg(图5)。

3个田块的磷总输入量差异不大，平均总输入量为28.51 kg，肥料和饲料是最主要的磷素输入来源，肥料输入磷元素最多，为22.50 kg，占总投入量的78.92%，饲料输入磷元素5.10 kg，占总投入量的17.89%，通过蟹苗输入0.11 kg，占总投入的0.39%，通过稻苗输入 0.64 kg，占总投入的2.24%(图6)。2.3.2 稻－蟹复合生态种养系统的磷输出 1号田磷总输出量为7.12 kg，其中通过稻谷产量输出6.23 kg，鱼虾蟹输出0.74 kg，排水输出 0.15 kg;2 号田磷总输出量为 7.27 kg，其中通过稻谷产量输出5.95 kg，鱼虾蟹输出1.18 kg，排水输出0.14 kg;3号田磷总输出量为7.69 kg，其中通过稻谷产量输出 6.34 kg，鱼虾蟹输出1.18 kg，排水输出0.17 kg。3 个田块磷总输出量均值为7.36 kg，最主要的输出途径是稻谷的输出，输出量为6.17 kg，占总输出量的83.83%，通过鱼虾蟹收获输出 1.04 kg，占总输出量的 14.13%，通过排水输出0.15 kg，占总输出量的 2.04%(图 7)。

3 讨论与结论

3.1 稻－蟹复合生态种养系统经济效益

3个试验田块的利润分别为 72 504.94、88 111.89、69 125.85元/hm2。其中，放养河蟹密度最大的田块(2号田)利润最高，投放密度为238.40 kg/hm2，表明在本试验密度的条件下可适当增加河蟹的放养量以提高利润。但在实际生产中，应该从环境效益和经济效益2个方面对蟹－稻复合生态种养要素进行优化，研究确定蟹－稻复合生态种养系统中适宜的蟹－稻比例。本研究并没有对环境效益进行评估，因此在以后的工作中应该进行环境要素的研究，结合经济效益确定合适的稻蟹比例，为合理管理和生产，推广稻－蟹复合生态种养提供理论依据。

3.2 稻－蟹复合生态种养系统氮磷平衡

在农业现代化的进程中，随着农药、化肥的广泛使用，农产品质量下降、有机肥资源浪费以及环境污染等问题日益严重，对发展生态农业的需求日益强烈［14］。近年来，以低污染、低能耗为基础的稻蟹复合生态种养模式成为重要的养殖模式之一，相关研究主要集中在产量与经济效益等方面，而有关该系统的环境效益与优化生态种养密度方面的研究极少［15－16］。本研究设置不同密度的蟹与稻复合种养，分析该共作系统中氮磷平衡与经济效益情况，为进一步优化该生产模式提供了相应理论和实践依据。

本研究中氮总输出量均值为25.27 kg，最主要的输出途径是稻谷的输出，输出量为 16.46 kg，占总输出量的65.14%，磷总输出量均值为7.36 kg，最主要的输出途径是稻谷的输出，输出量为6.17 kg，占总输出量的83.83%，表明在生产过程中氮、磷元素的主要利用者是农作物。除了收获农产品输出氮、磷外，很大一部分氮磷元素盈余没有被当季农作物吸收利用，盈余的氮为 40.14 kg，占氮总输入量的61.36%，盈余的磷为 21.15 kg，占磷总输入量的 74.19%，大部分的氮磷都没有被农作物利用，剩余的氮、磷都残留在土壤中。过量的氮素残留在土壤中，或者通过淋洗渗透进入地下水，或者通过氨挥发和硝化反硝化进入到大气中，这些散失的氮素主要以活性氮形式存在环境中，是导致温室气体排放增加、地下水污染、水体富营养化和土壤酸化的原因之一［17－19］。中华绒螯蟹能对水稻生长期间的虫害和杂草发生进行有效控制，鱼虾蟹排泄物进入土壤中，为水稻生长提供营养，有利于氮磷吸收利用。为了进一步了解稻蟹养殖的环境效益，下一步应设置单养蟹和单种水稻的对照试验，分析稻蟹复合生态种养系统的环境效益［20－22］。本研究初步研究了该系统的氮磷平衡情况，应进一步研究氮磷循环的规律，从生态系统食物链及食物网水平研究物质的循环和能量流动规律，为优化生态种养系统提供理论依据，构建合理的投饵量、施肥量，减少资源浪费，减少温室气体排放，在产生经济效益的同时产生环境效益，形成产业的可持续发展［23－24］。