稻渔综合种养的生态效应研究进展

2020-12-16杨玲霞邱小琮

上海农业学报 2020年3期

杨玲霞,许兴*,邱小琮,杨涓，石伟

(1宁夏大学农学院，银川 750021；2宁夏大学生命科学学院，银川 750021；3宁夏银川市水产技术推广服务中心，银川 750001)

水稻是三大粮食作物之一，我国约有65%的人口以大米为主食，水稻生产是国家粮食安全的基石[1-3]。但在常规的粮食种植生产过程中，由于水稻是单一种植，稻作系统的稳定性与生产的可持续性都比较差，由此产生了一系列的负面效应，例如：环境受到污染、土壤板结、水稻病虫害加重、稻米品质变差等[4-6]。

中国亦是渔业生产大国，池塘集约化水产养殖在保障水产品供给、食物安全等方面发挥了重要作用。然而水产养殖也面临着诸多问题，如植物性营养元素氮、磷带来的外源污染，高密度、高投饵率、高换水率的养殖方式对环境产生的许多不良影响等[7-8]。

绿色发展是农业未来发展的主旋律。按照可持续发展的要求，不论是水稻种植还是水产养殖，在提高产量的同时要保证质量，又要注意环境保护，而稻渔综合种养正是近年来生态农业发展的杰出代表之一[4]。稻渔综合种养是将种稻业与渔业协调绿色发展，使农业从单一结构转变为复合结构，这对稳粮增收、促进农业结构调整和可持续发展具有重要意义。

1 稻渔综合种养内涵

稻渔综合种养是根据生态循环农业和生态经济学原理，将水稻种植与水产养殖有机结合，具有稳粮、促渔、增效、提质等功能，是一种复合型现代高效农业生态种养模式。它能够有效利用稻田独特的空间环境和水体资源，大幅度减少农药和化肥的使用，使稻田生态系统内的能量和物质资源进行良性循环，实现稻渔互利共生和安全生产[9-10]。其构成了比单一稻田生态系统更为复杂的食物链网络结构，整个生态系统更加稳定[11-12]。

2 稻渔综合种养的生态效应研究现状

2.1 稻渔综合种养对水稻生长和稻米品质的影响

采用稻渔综合种养模式的水稻，表现出了较好的共生效应，水稻的有效分蘖数、结穗率、有效穗数、千粒重、每穗实粒数较高[4,13-14]。与常规稻田相比，稻鳖共作水稻的千粒重和结实率分别提高了约 10.17%和0.77%，稻鱼共作水稻的结实率和有效穗数提高了约4.85%、0.06%。周江伟等[14]、徐敏[15]研究表明，在相同的水稻栽培密度下，养蟹稻田相对于常规稻田稻谷产量增加了大约11.5%，有效分蘖/穴增加0.17个，水稻生物量提高3.3%，养鱼稻田的水稻单株总根数在分蘖期比水稻单作增长了4.47%，根系干物质质量增加20.33%，产量增加13.22%。Tetsuya等[16]研究表明稻-鱼试验田的水稻产量比单一水稻试验田高出20%，其原因可能是鱼类排泄物可作为肥料，提高了水稻产量。杨勇等[17]研究表明稻渔综合种养能提高水稻叶面积指数和冠层叶片的面积，延缓后期功能叶片衰老，增大茎秆粗度，促进根系发育及伸长节上须根发生。肖向予等[13]研究表明，稻鳅共作水稻的分蘖率比水稻单作高4.13倍。也有研究认为综合种养水稻产量和水稻单作产量相比并没有达到显著性差异[18-19]，这可能与地区气候差异、水产动物品种、水稻品种、肥料种类有关[20]。

综合种养水稻的品质较好，与同播期的常规稻相比，其垩白度、直链淀粉含量分别降低了约4.4%、1.41%，有机稻蟹(不施用化肥、农药和除草剂)稻米的蛋白质与胶稠度比常规稻田(施用化肥、农药及除草剂)分别高8.14%、11.67%[21-23]。稻田垄作养殖泥鳅能降低稻米蒸煮品质中糊化温度、胶稠度。倪明理等[21]研究表明稻鱼生态种养模式下的稻米精米率、糙米率、碱消值较常规稻作模式分别平均提升了3.31%、2.54%、15.26%，垩白度、垩白粒率分别降低45.52%、33.26%，稻鳅种养模式下的稻米精米率、糙米率、碱消值分别提升了2.67%、2.35%、19.65%，垩白度、垩白粒率降低了16.5%、28.09%，稻米碾磨品质、外观品质、蒸煮食味品质均有所改善。

2.2 稻渔综合种养对水产动物的生长及品质的影响

目前国内外关于稻渔综合种养对水产动物的品质和产量影响的研究报道较少。由于养殖品种、养殖密度、养殖地区、水稻栽培模式的差异，水产品的产量存在很大的波动[17,19]。而稻渔综合种养能够提高水产动物的产量[17,21]，王武等[23]在盘山县总结出的“盘山模式”表明稻蟹综合种养下的河蟹规格更大、品质更优。

2.3 稻渔共作对土壤理化性状的影响

由于化肥农药的大量使用，传统稻田土壤污染严重，土壤肥力较低。研究表明，稻渔综合种养能使土壤肥力提高，土壤的有机质、全氮、全磷、全钾、速效氮等含量增加[24-26]。肖向予等[13]研究表明稻鳅共作可使土壤的pH趋于中性，碱解氮的含量增加，水稻对磷、钾元素的吸收增强。佀国涵等[27]研究表明稻虾共作模式改善了土壤结构，但增加了10cm以下土层潜育化的风险。陈飞星等[28]指出，稻田养蟹可降低土壤容重，增加土壤养分含量，有机质含量、速效磷含量、全氮含量分别增加10.5%、11.7%、10.6%，全钾含量不变。吴本丽等[29]对巢湖地区稻虾共作模式生产前后稻田土壤肥力进行监测，结果表明稻虾共作模式更有助于保持监测区域稻田土壤肥力。张承元等[30]研究表明，水稻田养鱼可以增大土壤的孔隙度，有利于肥料和氧气进入土壤深层。

2.4 稻渔综合种养对水体理化性状的影响

水体对于水稻的生长和水生动物的活动至关重要，综合种养稻田的水体与单一稻田相比有一定的变化。李凤博等[31]研究表明，与常规稻作相比，稻渔共作能显著改善养殖水体，共作体系田水体中的NH4+-N含量和总氮含量显著增加，其原因一方面在于水生动物的活动使水体的溶解氧浓度增加，土壤氧化还原状况得到改善，稻田N的矿化作用加强，另一方面在于养殖的水生动物抑制了杂草和浮游生物的生长，减少了对NH4+-N的吸收。刘耀斌[32]研究表明，池塘种稻对水体基础理化性质具有显著改善作用，稻鱼共作可以降低水体氮磷养分含量，显著增加水体N/P值，共作小区水体的化学需氧量、生化需氧量、总悬浮物含量、浊度、溶解氧、pH均显著低于单养鱼不种稻小区。秦琳等[33]研究指出，黄颡鱼-水稻共作可使沉积物-水界面附近O2浓度下降速率减慢，O2渗透深度增加71.4%，界面 Eh值升高，塘底沉积物-水界面的厌氧状况得到改善。刘元生等[34]研究表明，养鱼田的水溶性N、P、K适宜，水质环境条件的改善对水稻的生长和发育具有促进作用。王昂等[35]研究表明，养蟹稻田的水体昼夜溶解氧均在2.0 mg/L以上，稻田环沟的存在有效地防止了高温对河蟹的危害。王伟等[36]研究表明，‘南粳9108’水稻与中华绒螯蟹共作模式下，生长季内水体温度的变化范围为7.70—31.19℃，溶解氧为2.66—5.72 mg/L，pH为7.40—8.23，NH4+-N含量为0.17—1.19 mg/L，H2S含量为0.040—0.176 mg/L。

2.5 稻渔综合种养对稻田病、虫、草害的影响

稻渔综合生态种养共生系统与单一的稻作相比，其生境系统发生了重要改变。研究表明，稻渔综合种养对病虫草害具有较好的防控作用[37-38]。范进凯[38]研究表明，与单作稻田相比，稻蟹共育田植株稻飞虱发生率降低40%左右，纵卷叶螟发生率降低50%左右，其原因在于稻蟹共作能够对稻纵卷叶螟幼虫和成虫密度有一定的控制作用，同时稻田中所养殖的河蟹在水稻生长期间能够摄食杂草、消灭害虫，其排泄物亦可充当肥料，使水稻群体的生态环境得以改善。同时水稻纹枯病的发病率也显著降低，其原因可能是水生动物的活动破坏了纹枯病菌菌核的萌发，也可能是水生动物直接吞食掉了一部分菌核。李小荣等[39]认为稻鱼共生稻田相比常规稻田，其二化螟为害株率明显降低，同时生态控害效果明显。周江伟等[40]试验结果显示，稻渔综合种养控草效果明显，其孕穗期病蔸率和病株率分别比水稻单作低71.1%和56.3%。胡小军[41]研究表明，稻渔共作稻田的病害轻于常规稻作，其病害程度由重到轻依次为三化螟、条纹叶枯病、稻飞虱及稻纵卷叶螟，草害一般不发生。杨勇等[17]的研究结果显示，共作水稻的纹枯病具有发生迟、上升慢、发生轻的特点，而条纹叶枯病表现出发病早、发病重的特征，稻瘟病、稻曲病、草害等的发生均轻于常规稻田。

2.6 稻渔综合种养对稻田土壤微生物和水生生物的影响

稻渔综合种养是一个稻-渔共生互促系统，该系统对土壤微生物及水生生物有明显的改善作用。研究表明，稻渔综合种养能够提高土壤的微生物数量、微生物活性、群落功能多样性[27,42]。罗衡[4]研究表明，稻鳖共作稻田土壤中固氮菌的多样性及丰富度较高，土壤当中固氮微生物的活性也较高。郭文啸等[42]研究表明，蛙稻共作可以改良土壤的微生物特性，显著提高稻田土壤微生物碳、氮、熵和土壤可培养微生物的数量。曾宪磊等[43]研究表明，养蟹稻田的浮游植物生物量明显高于常规稻作。张剑等[44]研究表明稻鱼共作系统中田鱼主要从4类水生生物(青萍、紫萍、浮游植物和田螺)处取食，其中浮游植物对田鱼的食物贡献率最高。李岩[45]研究表明，在水稻扬花期和成熟期，高密度(30 ind/m2)养蟹稻田会显著降低底栖动物的种类数、密度和多样性，增加稻田底栖动物的均匀度，而低密度(10 ind/m2)养蟹稻田底栖动物的种类数和密度降低，底栖动物的多样性变化不大，同时养蟹稻田对浮游植物的多样性有较大的促进作用。袁伟玲等[46]研究表明稻渔综合种养可以使稻田水体浮游植物的多样性指数提高，在降低硅藻和蓝藻优势度的同时增加绿藻和裸藻的优势度。

2.7 稻渔综合种养对环境的影响

稻渔综合种养可以减少农药、化肥、除草剂等的使用，改善稻田环境[27,47-48]。陈飞星等[28]研究表明，养蟹稻田除草剂、化肥的使用量明显少于水稻单作田，且每年可削减非点源N污染负荷6.375 kg/hm2。王强盛等[49]研究表明，稻田综合种养能改善农田生态环境，控制温室气体排放，具有减缓温室效应的作用。袁伟玲等[46]指出，稻鱼共作能够有效抑制温室气体的排放，养鱼稻田整个生育期的CH4年平均排放通量比水稻单作减少了1.21—1.88 mg/(m2·h)。刘某承等[50]研究表明,稻田养鱼在减少用药的情况下也能有效控制稻田的病虫草害，减少CH4的排放。刘长妹等[51]调查显示,共作稻田的化肥使用量、农药使用量分别比水稻单作减少了15.21%和40.17%。