稻渔共生生态系统中沟坑问题与最大允许沟宽的推算及应用

文/唐建军 陈欣 胡亮亮 郝向举 李东萍

本文通过生态学上的“边际效应”介绍了稻渔共生系统中沟坑设计的依据，并举例说明如何在田间工程开挖前计算最大沟宽和在田间工程完工后对沟宽合规性进行检验与核算。

一、背景

稻渔共生系统是人类利用稻田浅水环境将水稻栽培和水生生物（田鲤鱼、鳖、蟹、鳅、虾等）养殖巧妙地结合在同一稻田空间中进行稻、渔齐收的系统，在我国南方稻作区历史悠久。在传统的“天放地养”“人放天养”，依靠稻田自然生产力养殖水产生物的年代（20世纪50年代以前），该系统以稻为主兼收水产，基本未采用任何工程设施，每亩稻田水产品产量通常在2kg～15kg左右，水稻产量基本保持稳定。这种方式在浙南、闽西北、粤北、湘西南、桂西北、黔东南等南方山丘区世代传衍，很多地方已有传承千年的历史而少有实质性改革，也没有遇到重大的生产问题。

从二十世纪七十年代开始，随着绿色革命的推进，加上人口快速增长等因素，中国农业从传统农业逐渐演化成追求更高产量和更大经济产出的现代农业，稻田养鱼逐渐融入现代科技技术。旨在提高水产单产的田间工程，率先在一些平原盆地地区被进行尝试，继而大规模推广。但某些经营主体为了扩大水产生产而扩大田间工程规模，出现水产挤占水稻空间，导致水稻产量下降，甚至在稻田养鱼体系中出现了“渔进稻退”的情形，影响到水稻生产的稳定，继而引起政府和管理部门“一刀切”式纠正，导致产业进入低潮阶段。稻渔产业规模自20世纪50年代中期至2010年期间，由于以上原因至少经历了三次较大幅度的“起落”。产业“三起三落”的原因是多方面的，但主要原因还是把“稻渔共生”简单地理解为“稻田养鱼”，而“稻田养鱼”的主要目的就是通过增收水产来解决稻田的效益问题，人们期望水产产量和产值越来越高，以致于“情不自禁”地扩大水产空间，以渔挤稻，以渔代稻，结果显而易见，稻渔共生并没有得到促进，反而迎来政策压力，甚至出现稻渔共生产业规模断崖式缩减，造成稻渔共生产业周期性波动，而产业的每一次起落，损失最大的还是经营主体本身（农民）。

进入新世纪，由于生态、农技、农经、旅游、市场营销等专业和部门的参与，稻渔共生产业逐渐成为一个综合性带动性产业，甚至成为某些县域经济的带动点，如湖北潜江、安徽霍邱和全椒、江苏盱眙，都是稻虾共作带动一方经济发展、成为地方龙头经济的典型。“稻田养鱼”的概念也逐渐演化为“稻田综合种养”“稻渔综合种养”及“稻渔生态种养”。在全国水产技术推广总站、各省市水产技术推广站与高等院校及产业界的共同努力下，最近十年，我国的稻渔综合种养产业发展迅速，2019年全国稻渔综合种养面积达到3500万亩，2020年统计面积预计达到近3800万亩。随着稻渔共生产业的稳定发展和国家行业标准的制定及全国稻渔综合种养示范区的不断建设，技术模式的不断创新，以粮为主、稻为根本，稳粮、增收、提质、增效和环境友好等目标，被提到了同样重要的地位上。共同实现这五大目标的核心点除了科学制定水产产量、单产最高限值和采用科学投饵策略外，田间工程设施中的最大沟宽设定和执行也是关键点。

二、稻渔共生田块中沟坑的设置

构建沟坑等田间设施不是传统稻渔共生系统固有的，南方山区梯田更是如此，无论是浙东南，还是闽西北，粤北还是湘西南，黔东南还是桂西北，传统的稻渔共生模式中都没有沟坑的设置。沟坑设置是新时代中国水产科技工作者为了提高水产产量探索出的改进手段，是没有创新出适合稻渔共生体系的水稻栽培新技术之前，去应对高产水稻栽培时所遇到的晒田、施药等农艺操作的一种被动“权宜之策”。沟坑设置的目的是为水生生物提供避难所，并改进水生生物生长空间。然而，沟坑会占用植稻面积，占用过多将会导致水稻减产。

实际上，浙大稻渔生态研究团队很早就注意到了科学布局稻渔共生系统中水稻和水生生物空间的重要性，根据生态学上的边际效应原理，通过严格的控制性田间试验，结合大数据分析，提出了在稻田中为保证水稻产量不下降而为水生动物所留空间的比例不超过稻田面积10%的上限（图1），此比例被写入国家水产行业标准“稻渔综合种养技术规范 第一部分通则（SC/T 1135.1-2017）”，团队对其中若干规则及其科学依据进行了阐明，同时被收入联合国粮农组织出版的《Agroecological Rice Production in China: Restoring Biological Interactions》，还被写入《国务院办公厅关于防止耕地“非粮化”稳定粮食生产的意见》，成为规范稻渔种养业的基本要求。

如何科学地在稻田中留出恰当空间给水生生物活动，是实现稻渔共生互惠效应、兼顾粮食生产、经济效益、环境友好的根本前提，也是实现稻渔共生产业稳定而可持续发展的根本基础。但是，在实际操作中，要让广大水产技术推广人员及农业经营主体准确领悟其中的科学道理并加以灵活运用，也不是一件很容易的事情。

图1 水稻产量、田鱼产量和沟坑面积比例相互之间的回归关系

研究表明，生态学上的“边际效应”（农业生产上也称为“边行效应”），在适当开沟不减产中发挥了决定性的作用。田间实验表明，沟坑的边际第1行水稻个体平均能够比非临近沟坑区域的水稻个体增产61.53%，而第2行至5行的增产效应则从16.88%逐步降低至10.87%。从稻田的整体水平来看，沟坑边际效应弥补效果较为显著，各种沟型边际效应平均达80%左右。研究还发现，影响补偿效应效果主要有两个因素，即沟型和沟宽。沟型的选择，主要取决于稳产效果和农事操作便利度，从水稻稳产效果而言，环形沟最好。沟宽的决定，在10%的面积许可上限基础上，主要取决于劳动成本和效益目标，而现阶段的效益目标实际上主要是水产产量目标。对于稻渔米营销进入较好状态的经营者而言，还包括水产品和稻渔米的平衡。我们提出，在劳动力或者农业机械许可的情况下，水稻栽培方式采用宽窄行[(40cm+20cm)×30cm]这样一种既有利于水稻边行优势的发挥，又有利于田鱼活动空间的改善，且每亩总穴数又并不因为宽窄行而减少的最能发挥水稻边际效应的方式。

三、田间养殖沟所占面积的计算

田间设施工程（沟坑的式样与比例）的设置中，对于水稻稳产而言，沟的宽度设计很重要。所谓沟，是指为了水生生物活动而留出超过水稻正常行距与株距的宽度，只要实际行（株）距超过了水稻栽培的正常行（株）距，便可视之为“为水生生物的活动留出了沟”。对于任何一块稻田，形状和面积一经确定，其边沟的长度也就被基本确定。沟的数量和沟的宽度，理论上可根据稻田的面积以及国家行业标准的最大许可面积比例准则来确定。

如图2所示，假定稻田的形状为矩形，Lc为长边边长，Ld为短边边长，Nc为沿着长边的沟条数，Nd为沿着短边的沟条数，W为沟宽，并假设所有沟宽度相同。那么，沟所占的面积就是：Lc×W×Nc+Ld×W×Nd。口诀：长沟数乘长沟长，短沟数乘短沟长，两者之和乘沟宽，便将沟面积求算。而稻田面积S则是：Lc×Ld。

图2 稻田沟设计边长和沟宽示意图

四、稻渔共生田块最大沟宽计算规则的应用

最大沟宽的设计原则是，由于沟的设置，所产生的水稻多行边际效应之和，不小于因沟失去的植稻面积（穴数）而造成的减产，即边行效应之和大于无稻沟域的水稻应收产量。在此前提下，沟数量越多越好。但因为稻田是泥质沟，加上长期水淹易导致沟壁坍塌，所以又窄又深的沟其实是不存在的，只要加大沟深，就需要增加沟宽，而增大沟宽，必定会占用水稻面积。如何计算最大沟宽呢？

（一）在田间开设沟坑之前对最大沟宽的设计计算

假设田块为矩形。已经测定田块的长Lc和宽Ld，并根据其大小拟留出沟。一般建议每隔50m留出一条沟，50m以内不必留沟，从而确定出长边方向留出的沟数Nc和短边方向上留出的沟数Nd。再依据国家行业标准SC/T 1135.1-2017所规定的“沟坑面积不得超过稻田总面积的10%”原则，则每条沟（假设所有沟宽相同）的最大沟宽为：W=S/{10×[(Lc×Nc)+(Ld×Nd)]}，即最大沟宽限定为“全田面积/{10×[(田长×长沟数)+(田宽×短沟数)]}”。口诀：长沟数乘长沟长，短沟数乘短沟长，两者之和十倍积，再将全田来分摊。

试举例如下。

稻田田块1，矩形，长220m，宽7 1 m，面积2 3.4 2亩。根据稻田形状和开沟规则，计划长边方向3条沟（边沟各1条，中间长沟1条），短边沟方向5条（包括边沟2条），所有沟宽度一致。那么，该田允许的最大沟宽是：(220×71)/{10×[(220×3)+(71×5)]=15620/{10×[660+355]}=15620/10150=1.54m。

稻田田块2，矩形，长165m，宽64.8m，面积16.04亩。根据稻田形状和开沟规则，计划长边方向2条边沟，短边沟方向4条（含边沟2条），所有沟宽度一致。那么，该田允许的最大沟宽是：(165×64.8)/{10×[(165×2)+(64.8×4)]}=10692/{10×[330+259.2]}= 10692/5892=1.81m。

（二）在田间工程完工后对最大沟宽的核算

除了在规划稻田养鱼时可能设置沟坑外，生产管理部门（包括关注耕地非粮化的农技部门和国土管理部门等）还常常需要对已经完工的稻渔工程项目进行验收，如何对稻渔综合种养田块中“沟坑比不超过10%”这一硬性比例进行快速、科学而准确的判断呢？

假设田块为矩形。已经测定田块的长L c和宽L d。又见有稻田长边方向有沟N c条（包括边沟），沟宽为W，短边方向有沟N d条（包括边沟），沟宽也为W。那么该田块留沟所占面积比例β为：{(Lc×W×Nc)+(Ld×W×Nd)}/(Lc×Ld)={[(Lc×Nc)+(Ld×Nd)]×W}/Lc×Ld={[(田长度×长向沟数)+(田宽度×短向沟数)]×沟宽度}/全田面积。口诀为：长沟数乘长沟长，短沟数乘短沟长；相加之后乘沟宽，除上全田得比例。0.1以上为超标，0.1以下合规范。所以，对于已经建沟的田块，即可以按照此公式核算其建沟面积是否超标。

试举例如下。

稻田田块1，矩形，长165m，宽6 4.8 m，面积1 6.0 4亩。建有田字沟，即长边向沟3条（包括边沟），短边向沟3条（包括边沟），沟宽均为2m。按照以上公式β={(Lc×W×Nc)+(Ld×W×Nd)}/(Lc×Ld)={(165×3×2)+(64.8×3×2)}/（165×64.8）=1378.8/10692=12.90%。可见该工程沟坑所占面积超标了。

稻田田块2，矩形，长220m，宽7 1 m，面积2 3.4 2亩。建有田字沟，即长边向沟3条（包括边沟），短边向沟3条（包括边沟），沟宽均为1.8 m。按照以上公式β={(Lc×W×Nc)+(Ld×W×Nd)}/(Lc×Ld)={(220×3×1.8)+(71×3×1.8)}/(220×71)=1571.4/15620=10.06%。可见，该田间工程占地方面基本达标。

五、补充说明

生产上很多人认为，国家行业标准规定的10%的占比阈值，就是允许经营者在稻田中切划出10%的空间用来搞水产养殖。其实，这是对10%占比阈值由来缺乏科学了解和理解。允许沟坑占比10%而不影响到水稻产量，是以稻渔共存、间作互惠发生水稻群体的边际效应为前提的，而不是说直接让出10%的稻田面积来进行水产养殖，水稻产量也不受影响。把10%面积的沟坑“简单粗暴”地规划在田块的一个角落，水稻的减产风险很大。

田间养殖水生动物，开沟并不是必须事项，关键在于正确选择水生动物种类和合理制定生产目标。浙南青田的稻鱼共生、黔东南的稻鱼鸭共生及桂西北的稻鱼共生等，一直以来都是不开沟的，既省工时成本，又不影响水稻。安徽六安霍邱，近年来在省水产技术推广部门的指导下开始尝试不开沟、少开沟的稻虾共生实践，也取得了不错的效果。

田间开沟的做法，只推荐在地下水位比较高的平原地区较大规模田块进行，山区梯田不建议开沟。如开沟，建议沿内塝方向沿际线开1条，以减少潜育化和冷浸铁锈田对水稻生产的不良影响，此法类似于潜育化稻田的起垄栽培，利稻利鱼，一举两得。本文中都以矩形田块为范例，是因为对于山区梯田来说，田块形状常常不规则，田的内塝到外塝田埂，很少有几十米的宽度，田块大小也少有几亩、几十亩见方规模，建议不挖沟，省却这笔无谓的开支。所以，本文提出的田间工程建议只针对平原稻作区有较大经营规模（100亩以上）的新型农业经营主体。

从公式推算可以看出，在“占比不超过10%”的制限下，沟越窄，允许的沟条数越多。开的沟（即比行距宽的预留空间）越多越窄，对水稻的促进影响就会越大，最极致的做法就是宽窄行。如果有配套宽窄行的插秧机和收割机投入运营，则可以找到一个比较理想的机械化稻渔共生养殖方式，但这也给农机研发部门和农机人员提出了严峻挑战。

经营者为何总想到开沟挖坑，一方面是基于对现行水稻栽培技术（打药、烤田）的考虑。但其实水稻栽培并非一定要打农药和烤田，且稻渔共生体系是水稻种殖和水产养殖相结合的体系，与单独的水稻种植不同。另一方面是基于对“大规格”水产品的主观偏好，认为养成大规格品种需要充足的空间。然而，现在农作物并非均是“以大为美”，像大西瓜、大南瓜等不再那么吃香，相反袖珍西瓜、拳头南瓜、迷你红薯、指头萝卜倒成了时髦。可以预见，未来在不断进步的加工技术支撑下，小规格水产品加工成适宜、便食的成品，如桂西北的油炸酥香禾花鱼，同样会在细分市场占据一定的份额。

在实际操作过程中，无论是哪种沟型，都需要为大型农机预留下田的通道。留沟的位置和走向，也要兼顾现有机械的幅宽。此外，从投饵角度考虑，实施田字沟时，中间的沟区投饵，建议使用无人机操作以提高农事效率。本文在计算过程中为了计算便利没有扣除横沟和纵沟交叉区域，这部分交叉面积一般不到总沟面积的5%，所以做了简单化处理。有关沟向的问题，将在以后另文讨论。