论农田生态种养工程

2019-09-12傅志强刘小燕黄兴国戴振炎余政军廖晓兰郑华斌

作物研究 2019年5期

黄璜，傅志强，刘小燕，陈灿，黄兴国，王华，戴振炎，余政军，廖晓兰，张亚，郑华斌，龙攀，徐莹

（1湖南农业大学农学院，长沙410128；2湖南农业大学动物科学技术学院，长沙410128；3湖南农业大学资源环境学院，长沙410128；4湖南农业大学植物保护学院，长沙410128）

1 农田生态工程的框架与内涵

农田种养生态工程是以农田为平台，以丰产高效优质为目标，以市场和产业化为导向，农作物与水产、家禽进行立体生产的工程。农田生态种养工程遵循农田系统物质循环原理，以片区农田为单元，设计基于最优化，工艺采用分层多级利用，实现农作物与动物共生、农田持续高效生产、能量多功能利用、物质循环利用、减肥减药、环境自净。农田生态种养工程可分为稻田与旱地两类。

农田种养生态工程是一个基于农作物并吸纳其它动物、植物的系统，具有稳定性（农田的稳定性，作物与水产及禽类生产的稳定性，农产品供应的稳定性，农民的稳定性）、关联性、持续性。提供更多就业机会，产品高产、优质、高效、生态、安全。

与常规农作物生产、水产生产、家禽生产比较，农田生态种养工程优势明显，更强调由丘块扩展至一片农田；空间更强调由平田扩展至塘、垄、厢、沟、田埂；时间更强调由春、夏、秋扩展至全年；互作更强调由生物与环境间的关系扩展至生物与生物、生物与非生物。

实行农田种养生态工程，农作物生产转型升级：片为单元，塘田一体，四季生产；田方埂高，厢宽沟深，沟中有水；水中有鱼，水面有萍，水上有鸭；厢中有蚯蚓，厢面有秸秆，厢上有植物与动物；稻中有内生菌，稻表有护泥；冬季有豆科作物，早春有花，暮春有青果。

农田种养生态工程可以进一步挖掘作物生产时空潜力，解决农田生产、作物生产相对效益偏低、肥料利用不合理、灌溉用水与农药用量大、耕作强度与管理强度大的问题。同时也有助于解决水产、家禽生产爆发性疾病防控与过量使用药物的问题。

2 农田生态种养工程的背景与机遇

2.1 粮油产业需要农田生态种养工程

我国正大力推进乡村振兴，并把产业兴旺作为第一抓手。在南方，水稻生产是农业生产的大头，稻农无论经营规模大小，都有增加收入的强烈愿望。单纯的水稻生产，收入来源渠道单一，难以实现大幅度增收，而稻田生态种养工程可解决这一矛盾，促进稳粮增收。我国涉稻企业经营产品相对单一，主要是与水稻产前、产中、产后相关的农业生产资料和稻谷。依托稻田生态种养工程，在原有基础上增加水产产前、产中、产后相关农业生产资料、水产品的经营，经营量增加。种粮大户在极端天气概率增加的背景下，要确保粮食稳产有一定困难，通过稻田生态种养工程，稻农在极端气候条件下也可能有水产、家禽的收入，相当于为水稻生产提供了保障，有利于保护稻农的生产积极性。

2.2 水产行业需要稻田生态种养工程

为保护水库水质，各地正加大网箱上岸的力度。一方面要保持水产的产能，另一方面解决大批鱼离开水库暂养或长期饲养的问题。目前网箱上岸的主要品种为青、草、鲢、鳙等四大家鱼，除青鱼外，草、鲢、鳙鱼都很容易在稻田与水稻共生。在稻田建立鱼氹后也可养殖青鱼，而且还可实现多种鱼混养。此外，稻田养鱼可以有效解决池塘精养面临的尾水处理成本增加的问题，在正常密度下水稻可吸收水中富余养分，无需进行尾水处理，而且稻田能生产品质更高、价格更高的水产品。

2.3 作物生产需要农田生态种养工程

无论是水稻还是其它旱生作物，在生长过程中都需要水。农民为了应对可能遇到的干旱，会在农地蓄水，但蓄集的水并不能用在作物最需水时期。建设“稻+”农田生态种养工程，水稻生长过程中，可以适当深灌以蓄水，对稻田养鱼、养鸭、养蛙有利。对于旱地作物，则需排水以形成干燥环境，利于鸡的生长。与现有种植方式比较，农田生态种养工程适应不同区域、不同作物、不同生产方式的能力更强。

3 农田生态种养工程的类型

农田生态种养工程分为稻田生态种养工程与旱地生态种养工程两类。以稻田生态种养工程为例，受地域、水源、气候等因素的制约，不能采用单一模式，而应因地制宜，因时制宜。在长期的实践中，我国稻农不断探索、创新，形成了同时具备产业化、市场化的稻田生态种养工程，北至黑龙江，南至海南，东至台湾，西至新疆，无论是规模还是单产、效益，都领先于世界，成为我国稻作的又一张新名片。稻田生态种养工程可分为稻+、稻田+、稻作+等3种。

（1）稻+模式主要利用水稻生育期间大部分时间可保留水层的优势，形成水产、鸭活动的环境，建立稻鸭共生、稻鱼共生、稻鸡共生、稻鱼鸭共生模式。一是耦合成稻+禾花鱼、稻+蟹、稻+小龙虾、稻+鸭、稻+青蛙、稻+泥鳅、稻+甲鱼、稻+鸡、稻+南美白对虾、稻+草鱼、稻+南美斑点叉尾鮰等；二是耦合成稻+多种水产、水禽，如稻+禾花鱼+鸭、稻+小龙虾+蟹+白鲢花鲢、稻+鳖+草鱼+白鲢花鲢+螺、稻+青蛙+泥鳅、稻+草鱼+鲫鱼+泥鳅等。

（2）稻田+模式主要利用稻田蓄水方便并具有一定的排水能力的优势，种植其它水生植物或旱生植物、养殖其它家禽。一是可以种植其它水生植物如莲、茭白、菱角等；二是可以在冬季种植油菜、蚕豆、豌豆等；三是可以在稻田形成垄沟式、厢沟式的旱作结构，垄、厢上种植水稻并养鸡，沟中养鱼。

（3）稻作+模式基于我国稻作源远流长、类型丰富，推广稻作文化。一是利用稻作的生态原料生产文化产品，稻田生态种养形成的稻谷可加工成鱼米（虾米）、米酒、糍粑、甜酒等，鱼、鸭、鸡可加工成休闲食品、发酵食品、节庆食品，稻草、荷叶可加工成工艺品、保健品；二是为旅游观光、生产体验、科普教育提供场所。此模式有八个特点：1）操作性强。只要有田，近郊乡村都可推广；2）娱乐性强。抓鲤鱼摸泥鳅，到手了收获满满，失手了留点遗憾；3）观赏性强。抓鱼的喜悦溢于言表，泥人的装束唯我独尊；4）挑战性强。收获既可以论大小，也可以论多少，还可论品种；5）参与性强。无论男女老少都可参加，有经验更好，没有经验更刺激；6）安全性强。水浅、埂低、稻矮，便于监护、观察；7）普适性强。门槛低，无论规模大小、无论有无经验，都可举办；8）稳定性强。不受气候影响，晴天可准备防晒工具，雨天可用防雨工具，只要下田，就有收获。

4 农田生态种养工程的形成与发展

由我国稻农创造的“稻鱼共生”“稻鱼鸭共生”两个模式分别于2005、2011年被联合国授予“全球重要农业文化遗产”，是典型的稻田生态种养工程。稻田生态种养经历了从模式向工程的转变，凝练稻作精华。我国江南一带稻农在漫长的实践中创造了稻田生态种养模式：在水稻生长过程中，将鱼苗、雏鸭、雏鸡或成鸭、成鸡放入稻田，共生互利，既为鱼、鸭、鸡提供活动场所，又为其提供昆虫、嫩草、田螺等饵料，动物的活动还可产生中耕、除草的作用。

初级阶段的稻鱼共生、稻鱼鸭共生模式，以稻为主，兼顾鱼、鸭、鸡，一水两用、一田两用，稻鱼双收。稻田生态种养工程则是针对稻田生态种养模式的优势与劣势，以生产商业化、产品市场化、产业特色化为目标，优化生产单元结构，增大已有功能，增加新的功能，在整体上进行改进，形成稳定性强、持续性强的生态工程，其最大的改进是设计上以片区稻田为单元，采用塘田结合、垄厢结合方式，既增加单位面积产出，又增强系统稳定性。

稻田生态种养工程是典型的立体型稻田种养复合生态系统，即在一片相邻的稻田，把种植水稻、前后茬作物与水产、禽类按一定结构组合在同一生态系统中，充分利用稻田的立体空间，实现光、热、水及生物资源的高效耦合，其关键点是提高稳定性，提高抗逆能力。同时增加稻田生态系统的能量产出、改善稻田环境、改善动物与植物产品品质。

稻田生态种养工程与稻田生态种养模式比较，其区别主要在以下几点：（1）设计尺度上变以一丘田为单元为一片田为单元；设计主体上变以单一生物独立作用为主为以多个生物协同作用为主，如养鸭主要是为水稻消灭害虫、中耕除草，遇连续低温阴雨或鸭苗过大或过小，不能满足中耕除草要求时，则可用个体重0.5 kg以上的草鱼或个体重0.2～0.5 kg以上的鸡代替；（2）设计结构上由粗放组织向精准控制转变，如由鸭子在稻田游牧向在单位面积上固定一定数量鸭子围栏养殖，如果鸭群数量过小则补入一定数量个体重0.2～0.5 kg以上的鸡；群体过大则调出；（3）设计功能上由单纯为水产、禽类提供活动场所向提高稻田利用的经济、生态、社会综合效益转变，如在不施用杀虫剂、除草剂的前提下，增加包括摸鱼体验、稻田观光、研学旅行等拓展，实现一二三产业融合。

5 农田生态种养工程的理论分析

5.1 社会适应性

不同农田生态种养模式的社会适应性不同，最重要的判断标准是风险控制能力。农田生态种养发展状况的一个重要标志是持续性。少部分经营者从事农田生态种养，以失败告终，究其原因是风险管控能力弱。经营大户从事农田生态种养，首要的是确定适宜的模式，而度量则是经营者本身控制风险的能力（表1）。

表1 稻鱼生态种养工程不同模式风险对比

5.2 物质利用分析

与作物单种、农田种养模式相比，农田生态种养工程在物质利用方面有更大的优势，主要体现在循环利用、形成食物链。以稻田为例，分析稻鱼生态种养工程的优势如表2。

表2 单种、稻鱼种养、稻鱼生态种养工程物质利用比较

5.3 投入辅助能分析

采用稻鱼生态种养工程，可减少辅助能投入，最显著的是减少农药的投入，其次是减少人力的投入。与单种水稻比较，采用稻鱼生态种养工程，显著减肥减药，显著减少辅助能（表3）。

表3 单种、稻鱼种养、稻鱼生态种养工程投入辅助能比较

5.4 能量消耗及转化

稻鱼种养生态工程可提高能量转化效率，变废为宝，其中转化过程中最具有生态学意义的是在水稻与生物之间，增加了鸡的生物环节，杂草、浮游动植物成为鱼的饵料（表4）。

表4 单种、稻鱼种养、稻鱼生态种养工程能量消耗及转化比较

5.5 空间与时间利用及空间与时间利用耦合

空间与时间利用及空间与时间利用耦合的状况见表5。

表5 单种、稻鱼种养、稻鱼生态种养工程空间与时间利用及其耦合

6 农田生态种养工程的功能与优势

采用农田生态种养工程，能发挥比常规作物生产、水产生产、家禽生产更大的功能。一是田更净。垄厢栽培后形成稳定的湿润区，有利于蚯蚓生长，在农田中更好发挥的净土作用；二是土更肥。冬季可栽培油菜、豆类，春、秋季有绿萍，鱼与家禽排泄物为稻田提供就地利用的优质有机肥，培肥土壤；三是田更大。采用垄厢栽培后，田表面积更大，蓄水量更大，提高了农田的生产率。

采用农田生态种养工程，形成水体区、湿生区、旱生区、过渡区，生物多样性增强，农作物抗逆能力增强，地下部活动空间增大，动物食物谱扩大、栖息范围扩大，适应极端气候能力增强，适应市场变化能力增强。

采用农田生态种养工程，满足现有社会需求。与农作物、水产、家禽常规生产比较，农田生态种养工程优势明显：一是调动种植业、养殖业大户生产积极性，保持生产能力；二是调动涉农企业经营的积极性、促进农产品流动的主动性；三是促进农作物面积稳定，为粮食安全出力，保障粮食持续增长。

农田生态种养工程满足经济需求有优势。我国农业产业提质升级正加速推进，实行生态种养，让普通农产品变优质产品、优质产品变精品、中档与低档产品变为高档产品。以稻鱼鸡鸭混合生态种养为例，水稻升值，田鱼成为珍品，鸡鸭成为礼品。

农田生态种养周年有鸡鸭活动，解决了免耕后杂草难控的问题，也解决了秸秆处理的问题；免施农药，少施化肥，不灌泡田水；水库鱼进田，工厂鸡下地，秸秆实时还田。

7 农田生态种养工程的方法与技术

在农作物、水产、家禽常规生产方法、技术基础上，进行改进，形成农田生态种养方法：高秆抗倒水稻品种与丰产抗逆水产品种结合，免耕与培土结合，禾本科与豆科结合，禾本科与十字花科结合，沟灌与雨灌结合，作物与鸡鸭鱼结合，秸秆还田与蚯蚓培育结合，化肥与有机肥结合，防草与治草结合，病虫防治与鸡鸭饲养结合。农田生态种养技术：水稻品种选择技术、水产与家禽品种选择技术、水稻抗倒技术、水产与家禽防天敌技术、土壤与水体培肥技术、机械开沟分厢与清沟散土技术、深沟养鱼与养螺技术、厢垄养鸡与养鸭技术、厢垄养殖蚯蚓技术、水稻机械旱直播技术、水稻机械丢秧技术、水稻施肥技术、病虫草害防控技术、冬季作物种植技术。

8 农田生态种养工程的农艺与条件

8.1 品种要求

水稻品种：高产优质、高秆抗倒、抗病抗虫、株型紧凑、耐非生物逆境（如镉低积累）、养分高效利用、适宜机械化（轻简化）、根系发达分布深。

豌豆品种：品质好，抗病虫，耐渍，早熟，高产，直立，秆略高，抗倒，株型紧凑。

蚕豆品种：生物量大，品质好，抗病虫，耐渍，早熟，高产，秆略高，抗倒，株型紧凑。

油菜品种：高产、高油酸、花艳、花期长、早熟、抗倒、秆略高。

紫云英品种：高产、半匍匐、花艳、花期长、早熟、易繁种。

鱼品种：适合浅水、生长周期适中、冬季耐低温、夏季耐高温、自然繁殖能力强、商品性好、商品弹性大、适合年轻群体消费。

禽品种：生长周期适中、耐湿、具有观赏性、商品性好、商品弹性大。

蚯蚓品种：高产、耐湿、繁殖系数大、非生物逆境抗性强。

8.2 管理策略

农田选择原则上以三低田为主，即低产田、低洼田、低温冷浸田。土壤要求不高，严重砂漏田可养殖泥鳅；如果养鱼，可沿田埂加防渗膜，少量投入即可解决漏水缺水问题。肥料以有机肥为主，冬季培肥与养鱼肥田为主，化肥为辅。蓄水为主，灌溉为辅，无泡田水。沟灌为主，不上厢面。投放中、大规格禽、鱼、螺，在田中轮捕轮放，尽量缩短生长周期以减少自然风险，提高商品率。蚯蚓在田中生长繁殖，注意防范天敌。植物保护以禽、鱼生物防控为主，物理诱杀为辅，原则上不采用化学防治。中、小型机械为主，半机械化为辅。开拓研学旅行市场、观光旅游市场、休闲体验市场，中、高端市场为主，团体市场为主，节庆市场为主。

8.3 技术策略

水稻生产：一季稻与双季稻相结合、机械直播与机械插秧相结合、水管与旱管相结合。

旱作生产：轮作与间作相结合、直播与移栽相结合、免耕与浅耕相结合、早播与早收结合、混种与轮种结合。

动物生产：中密度与循环水结合、自然饵料与辅助投饵结合、体验捕捞与生产捕捞结合。

产业融合：生产与观光结合、观花与采摘结合、科教旅游与休闲旅游结合、会议参观与团队旅游结合。

9 农田生态种养工程的结构

农田生态工程结构包括设施结构、生物结构。以稻田生态工程为例。要获得持续、稳定的稻田生态种养效益，设施结构必须具备较强的防洪防旱、周年均衡生产两种能力。要形成这些能力，生物结构的设计必须由稻+鱼、稻+鸭、稻+鸡向稻+N转变，即稻田中有多种水产、家禽品种混养；设施设计与实施的思路必须由盲目建设向因地制宜转变；设施设计与实施的单元必须由单丘田向一垅田、一片田转变；设施设计对象必须由水道向水道与鱼道结合转变；设施设计因素必须在生物、场地的基础上增加生态因素。在总结前人经验基础上，集成平板式、田氹式、垄沟式、塘田式的优点，提出塘田厢结构，即在一垅田和一片田中设计莲塘、田渠、垄沟、厢沟，并将其有机衔接、有序构建，形成持续、稳定的生产能力（图1～5）。

如图1～5所示：模拟的一片稻田，通过垅塘、田渠、垄沟、厢沟有机结合，产生3个作用，一是水的联通，1号田的莲鱼共生为塘的形式，可蓄积大量的水，供给其余的稻鱼（鸭）田，而且是抗旱的必需；二是防鱼在洪水时逃逸，在位置最低的16号田的下方设置防逃网，洪水时大量鱼会随水聚集在低处，16号田成为鱼的集中处；三是为池塘暂养的鱼进入稻田创造条件，暂养鱼苗或成鱼可在塘中活动，依托相邻的稻田，容易将鱼赶入稻田，并再进入其它稻田；四是塘田垄厢沟结构可实现植物多样性和动物多样性：水稻、油菜、莲藕、水草、鱼、蛙、鸡、鸭、蚯蚓在一片稻田中共生。