水生蔬菜综合种养对水田生境的影响分析

张琴陈灿黄璜张印

(1.湖南农业大学农学院，湖南 长沙 410128；2.湖南省稻田生态种养工程技术研究中心，湖南 长沙 410128)

水生蔬菜指生长在淡水中，其产品器官可供食用的一类维管束植物，是我国传统蔬菜，一般南方生产较多，已有2500年的栽培历史，在世界上独具特色，主要包括莲藕、茭白、荸荠、茨菰、菱、芡实、莼菜、水蕹菜、豆瓣菜等10余种[1]。随着种植业内部结构的调整与优化，一些地区充分发挥了本土自然资源优势，并瞄准国内外市场需求，将水生蔬菜作为重要的特色蔬菜品种加以栽培，有力推动了水生蔬菜行业的大力发展。但由于水生蔬菜所生长的自然环境是一种典型的人工生态系统，净生产率高的同时也体现了生态环境的脆弱性，病虫害增加，如二化螟、福寿螺、胡麻斑病和锈病。由于生物防治方式和抗性种类比较缺乏，导致在水田间需要使用杀虫剂、杀菌剂等化学手段来控制病虫害，而这些有害物质的大规模利用对水田环境造成一定危害，也会不同程度地残留在蔬菜中，影响其质量，进而危及人类身体健康。所以，在节约资源、环境友好、产品安全的前提下，水生蔬菜综合种养逐渐引起人们更多的重视。

水生蔬菜综合种养是指在培育水生蔬菜的基础上引进一种或多种动物，以增加水田湿地的物种多样性，养殖动物与水生蔬菜互惠共存，使生态、经济效益得以提高，达到“一水两用、一田多收”的目标。研究表明，水生作物与水产(水禽)养殖相结合的综合种养模式，改变了传统水生作物、水产动物单一的种养模式，更加注重整体种养环境的创设、绿色种养原则的落实以及种养产品的优化选择，具有较高的资源利用效率和系统生产力，显著提高生态和经济效益，是保证洼地湿地粮食安全，促进农业可持续发展的有效途径。沈亚强等[2]研究表明，浙江嘉兴市北部地区自2009年以来开始利用低洼低湿区域探索新的农作制度，发展水生作物综合种养模式。据统计，仅嘉兴市秀州区全区在2015年的综合种养模式面积就已达570hm2。国家特色蔬菜产业技术体系调研结果显示，莲藕-小龙虾技术已经在安徽、湖北、山东等地推广应用，2019年推广面积逾4.67万hm2，其中湖北省约1.0万hm2、安徽省约0.8万hm2、山东省约0.6万hm2，平均产值8000元·667m-2以上[3]。各种水生蔬菜综合种养模式对改良水田生境的作用不同，本文主要从土壤理化特性、土壤微生物、土壤酶活性、水体水质、病虫草害等方面进行相关文献综述，较系统分析了“水生蔬菜+”对水田生境的影响，以期为水生蔬菜综合种养生产提供一定的参考和借鉴。

1 不同水生蔬菜综合种养模式对水田土壤环境的影响

1.1 对土壤肥力的影响

土壤肥力情况是直接影响作物生长发育的一个重要因素。水生蔬菜综合种养充分利用饲养动物的粪便，提高了土壤中的有机肥浓度，同时通过动物在水田中的活动，促进营养转化，从而增加土壤肥力。在降低农药、化肥消耗的同时，确保土壤中各种营养物质浓度不会减少，既给作物生长发育带来丰富的养分，也改善了土壤理化性质，降低了环境污染。因为各种水生蔬菜对土壤不同有机、无机物的转化和吸收能力不同，且饲养的不同种类动物在水田中的运动频率、活动范围及其排泄物也具有一定差异等，从而导致不同水生蔬菜综合种养对土壤肥力造成不同的影响。

前人研究表明，不同的水生蔬菜综合种养模式对土壤不同肥力要素影响效果不同。如，茭白-鸭综合种养试验中，鸭子在水田间浑水、中耕、觅食等活动有利于改善土壤含氧量和通风透光条件，所产的粪便富含纯N为10.37kg、P为11.26kg、有机质198.31kg[4]，为茭白正常生长提供充足的有机肥料，因此达到了茭白-鸭综合种养的良性循环。而莲藕-泥鳅-黄鳝综合种养研究[5]中，单独养殖泥鳅或黄鳝时，池塘积累饵料、粪便、有机质等大量营养物质，导致环境污染严重。结合莲藕种养后，池塘淤泥中的营养物质才被充分吸收利用，既节约肥料又改善水体土壤环境。李海燕等[6]研究表明，应用西洋菜-对虾综合种养模式前，对虾养殖塘中残饵、碎屑、排泄废物使水体淤泥中NH4+-N、PO43--P、NO3--N等营养物质不断增加，藻类大量繁殖，危害对虾的健康生长。栽培西洋菜后，对NH4+-N、PO43--P和NO3--N的去除率分别达到了54.4%、55.7%、76.9%，使土壤肥力得以改善。此外，鱼菜综合种养也能很好地调节土壤肥力，如鱼塘种植的水芹和豆瓣菜不仅能在富营养化的环境正常生长，对该环境还有较强的净化能力。一般水芹和豆瓣菜在生长20d以后，对TN、TP的吸收利用率分别可达76.86%、45.90%和78.27%、89.98%[7]。与水生蔬菜单作或水产养殖相比，水生蔬菜综合种养模式在节约化肥、农药的同时，促进生态平衡，改善土壤肥力。通常情况下，种类越丰富，对土壤肥力、水质调节效果越佳。

1.2 对土壤物理性状的影响

水生蔬菜栽培过程中，由于土质透气性不好，也很容易对蔬菜根系产生毒害，从而干扰了蔬菜的正常发育。在水生蔬菜综合种养中，引进动物后，其排泄物、残渣等提高了田间有机营养水平；另外，动物的行为有利于中耕松土，这样的水田土壤容重降低，总孔隙度、土壤含水量和非毛管孔隙度增加，给土壤物理性质带来了正面的作用，更有利于水生蔬菜的发育。饲养的动物种类有差异以及同一综合种养模式下饲养动物数量的改变等，都会引起土壤物理结构变化。

谢全森等[8]以莲藕-泥鳅综合种养为对照组，在对照组的基础上分别套养不同密度的河蟹(0.6万只·hm-2、1.05万只·hm-2、1.5万只·hm-2)为3个试验组，系统分析比较发现3个试验组中的能量、水、生物肥料利用率都得以提高，河蟹中等密度的试验组生产力最高，但高等密度试验组的土壤肥力物理性状最好。说明水生蔬菜综合种养中饲养密度越高，土壤孔隙度就越大，土容重就越小。在水生蔬菜-泥鳅综合种养模式中，泥鳅善于钻泥打洞提高土壤通气性，降低土壤容重，所以从土壤肥力方面来看，此种模式效益更佳；茭白-虾-泥鳅、莲藕-鱼-鸭等综合种养模式随着新引进的动物种类数量增多，其水田土壤物理性质的改善程度与效应也高于茭白-虾、莲藕-鱼、茨菇-泥鳅、芡实-虾等单一种养模式，以及传统水生蔬菜的单作模式。虫-鱼-鸭-菜复合生态种养新模式的研究探讨表明[9]，该模式能更大限度延长生态产业链，相比鱼-鸭-菜综合种养和水生蔬菜单作模式更适合在广阔的农村地区进行推广，使农民在短时间内平稳快速地增加收益，并实现了低耗、低排放、高效益的目的。

1.3 对土壤微生物的影响

在水田中投放动物后，由于物种多样性的增加，其排泄物进一步改变了土壤环境，使水生蔬菜根部发育良好，给微生物提供了更多生长场所，增加其数量、多样性和土壤酶活性。湿地中的水生植物通过根系提供适合各种厌氧、好养微生物生存的氧化-还原环境，随着时间的延长，微生物活度不断增加并高于单作水生蔬菜。

有研究表明，植物吸收作用直接除去的氮仅占20%～30%，大部分(60%～70%)通过反硝化作用被微生物除去[10]。这些微生物具有解钾溶磷的功能，加速土壤中有机胶体、残留物等分解矿化。如，芽孢杆菌可以将有机磷和不溶磷均降解为可溶性磷酸盐，供水生蔬菜吸收利用。此外，水生蔬菜根系的分泌物质能促进嗜磷细菌、固氮细菌等生长，降低水体中含氮化合物的浓度，进而间接提高净化作物生境效率的作用。杨天燕等[11]的研究结果显示，养殖基地鱼菜共生池塘的空心菜生长状况较好，与其根部细菌的生长均匀度也有正相关性。这表明植株根部附近细菌生理活性比较旺盛，各种代谢功能也更为频繁。鱼菜共生综合种养中，水生蔬菜的根、茎、叶片可以吸附、同化、富集和降解水体以及土壤中的污染物，对TN、TP的除去率达到了60%～90%[12]，微生物群落对不同碳源的利用能力均逐渐增加，说明与水生蔬菜单作模式比较，土壤微生物丰富度、多样性和活性都大大提高。总的来说，通过各种水生蔬菜综合种养模式都能够在一定程度上改善微生物丰富度、种类、活力等指标。

1.4 对土壤重金属的影响

综合种养的水生蔬菜有动物粪便等提供营养物质，根系更发达，与陆地上栽培的蔬菜相比，更容易受到Cb、As等重金属的污染，但在不超标的情况下，较单作可吸收更多的重金属，对于可食茎叶果部分器官的蔬菜来说，重金属主要富集在根部，其他部分可以继续食用，既有经济价值又有生态效益。

Dwivedi等[13]和Rai等[14]的调查显示，单作水蕹菜1g干物质最多可以蓄积13μgCr、11μgCd、62μgCu和5μgMo等重金属，而综合种养水蕹菜的维管组织发达，蓄积重金属能力较单作栽培更强。水生蔬菜菱角主根长达数尺，在含量分别为0.11μg·mL-1和0.71μg·mL-1的水体中，能够在体内富集Pb、Cd浓度分别达到13.05μg·g-1和87.75μg·g-1[15]。对同一类型的水生蔬菜，一般来说根系发达的水生蔬菜积累重金属的能力强于根系弱的蔬菜，水生蔬菜综合种养植株新陈代谢旺盛、生物量较大、根系附着微生物多、植株抗性强，对重金属的富集能力一般比单作蔬菜强。

前人科学研究证实，水生蔬菜易吸附、转运重金属单质，水芹、豆瓣菜和水蕹菜等对重金属的富集能力及耐受性较强，但水生蔬菜各器官对重金属单质的吸收能力不同，一般情况根对重金属吸收能力比叶强。如Pb在菱角每个器官中的富集量表现为沉水叶>漂浮叶>茎>果实，说明重金属在水生蔬菜内部的转运能力很低。研究报道表明，当Pb进入水生蔬菜根系中后，产生了细微的结晶体并粘附在植物细胞壁上，细胞中还有部分过剩的非蛋白质巯基会和重金属单质融合，形成了不溶性的液晶聚合物，多数被束缚在植物根中，能迁移到其他器官的数量很少，这为受一定程度重金属污染的水田地区栽培水生蔬菜降低水体污染的同时保证了水生蔬菜收获部位重金属污染程度符合安全标准提供了理论依据。在Cu、Cd、Zn等重金属污染水田区域种植水芹菜、空心菜，重金属主要富集在水生蔬菜根部且超出食用安全标准，而茎、叶中Cu、Cd、Zn等重金属浓度均低于食品安全国家标准限量值[16]。当水田土壤中Cd胁迫含量达到50mg·L-1时，蒋墅茭白肉质茎中Cd的浓度仍未超过安全标准[17]，表明在一定程度的重金属污染水田范围内栽培一些环境耐性较强的水生蔬菜也是可行的。但是茭白属于多年生水生蔬菜，随着生长期的延长，其产品器官中的Cd残存量呈现了强烈上升趋势。至于重金属残留量与植株栽培年限的关系，还需一进步研究。

2 不同水生蔬菜综合种养对水田水体生态环境的影响

就水生蔬菜的生长与发育而言，水体环境与土壤环境同样重要，水质条件不但关系着水产动物的正常生存，同时水环境的优劣情况也关系着水产品的生长质量，是水生蔬菜、水产动物生长发育中所不能缺少的重要组成部分。

2.1 对水体营养元素的影响

2.2 对水体物理性状的影响

在水生蔬菜综合种养模式中，水产(水禽)在水田里的觅食以及其他行为会对水生生物造成一定程度的影响，包括其规模、品种、环境等。黄颡鱼-蛋鸭-水生蔬菜综合种养模式的鸭可不间断地向池塘供应肥源，鸭粪培养各种浮游生物，供黄颡鱼摄食。浮游植物既是水田中养殖动物的食用原料，还富含叶绿素，能够开展光合作用，提高水体的溶解氧含量。此外，鱼塘里栽种的水蕹菜，可通过根系的吸收与吸附功能，消减水体过剩氮、磷和有机质，进而起到净化水质、提高水体溶氧的效果。而水生蔬菜单作或鱼菜共生系统没有蛋鸭的加入，所需肥源难以持续供给，对环境的影响程度相对较低。在“荷田+泥鳅”新型综合种养试验中，其浮游生物、杂草为泥鳅提供了自然饲料，泥鳅在净化荷田环境的时候，其粪便又为莲藕提供无公害肥料，有效改善了水质[20]。当菱、鳖、鳝综合种养时，菱角的种植既能净化水质，又能为鳖和鳝提供遮荫、藏身和栖息场所。鳖、鳝在水中爬行，搅动了水底泥沙中的营养物质，在供应给菱生长营养的时候也摄食了菱的萤叶甲、紫叶蝉等主要有害生物，保障了菱的健康生长发育；鳝鱼又能够吃掉鳖吃剩下的饲料，充分发挥池塘的立体空间功能和提高饲料的利用率，三者共生大大地增加了种养经济效益，为日益紧张的水面资源，找出了高效养殖模式。

3 水生蔬菜综合种养模式对水田杂草及病虫害的影响

在水生蔬菜综合种养管理过程中，要时刻关注病虫草害的流行趋势，因为各种病虫草害会对水生蔬菜、水产动物的健康生长构成威胁。水生蔬菜综合种养模式之下，一定要严格控制种养户的药物使用行为，避免长时间使用多种抗生素类、消毒类等药物。该综合种养模式中的饲养动物在田间摄食害虫、取食并踩踏杂草以及其他行为，对病虫草害的发生有一定的抑制作用；水生作物能够达到对有机污染物和有害物质的高效吸附，抑制原微生物的增殖发展，与传统水生蔬菜单作模式相比而言，其也从一定意义上能够减少除草剂等农药的使用，从而实现了节省成本和保护环境的目的。

3.1 对水田杂草的影响

水田中常见的杂草主要有矮慈姑、浮萍、水绵、鸭舌草、千金子等。对于这些杂草来说，水生蔬菜综合种养的总体防空效果较好，但对不同类型的杂草影响程度具有差异。茭白田里的福寿螺喜欢食鸭趾草多于稗草、千金草、矮慈姑等杂草，套养甲鱼后，田里的杂草明显轻于茭白单作的田块，并且福寿螺的数量也得到有效控制。在茭白田中搭配5%左右的草鱼，也能够高效除去田间杂草和无效分蘖的茭白，除草效率可高达86.2%[21]。水田套养鸭后，其踩踏等活动可控制杂草的生长，田里杂草和害虫能满足鸭子的食用需求，综合除草效果最佳。

3.2 对水田病虫害的影响

水田中常见虫害有莲藕缢管蚜、蓟马、食根金花虫、福寿螺、二化螟、常绿飞虱等，病害主要有莲藕腐败病、斜纹夜蛾、锈病、纹枯病、胡麻叶斑病和条纹叶枯病。病虫害大量发生，使水生蔬菜植株受到严重伤害，同时可导致蔬菜、水产动物减产、降低蔬菜品质。与莲藕单作相比，不同密度的鱼藕综合种养模式下拟水狼蛛、莲缢管蚜和摇蚊类害虫的个体数量均显著下降[22]，说明放鱼密度较大程度地影响害虫繁殖。对这些物种数量的影响可能是因为鱼在藕田直接取食造成的。邢阿宝等[23]分析了茭白田间套养鱼、虾、泥鳅、田螺、中华鳖等不同水生蔬菜综合种养模式对水田病虫害的影响，发现茭白-中华鳖种养模式的总体防治效果优于茭白-鱼、虾、泥鳅等综合种养模式；此外，茭鸭综合种养模式能有效地除去螟虫、福寿螺等病虫，以及浮萍、杂草，并减少茭白田农药、化肥用量，在农业增效、保护生态方面效果突出，为茭白行业的可持续发展提供条件保证。在鳖菜共生绿色综合种养中，福寿螺的最高生育期与中华鳖的快速生长期基本相同，其生产的数量越多，中华鳖天然的食物资源也就更丰富，同时由于福寿螺的摄食声音会引起中华鳖的关注而前来觅食，也因此有效防止了茭白田中的福寿螺危害[24]。食根金花虫幼虫(俗称藕田地蛆)是莲藕田里一类典型的顽固性有害生物，主要为害地下茎段，严重影响莲藕的产量与品质。普通的药剂难以进行防治，且农药容易残留，使水田环境污染加重。未套养中华鳖的藕田中食根金花虫幼虫数量比套养田增加72.2%，并且未套养田莲藕被食根金花虫幼虫钻蛀率比套养的增加约40%[25]。表明中华鳖也能取食地蛆，从而降低了食根金花虫幼虫对莲藕的威胁。

根据相关文献分析，各种水生蔬菜综合种养模式均能在一定程度上控制田间病虫草害，但鸭对水田内病虫草害的综合防控效果最佳。中华鳖对田间病虫害的控制效果也高于其他大多数动物。由于在水生蔬菜生长发育过程中，水田中饲养的某些动物捕获地面植株上部的有害动物比较难，只能通过动物在田间的各种活动行为撞击植株，抑制害虫在上部繁殖，并捕食掉落的部分有害生物，所以不同水生蔬菜综合种养模式对水田整体环境中有害生物的抑制作用也是差别很大的。

4 展望

水生蔬菜综合种养对改善水田生态环境的作用非常突出，不但能够增加水田单位面积的产量，而且具备了改善水土理化特性、水体生态环境、增加水田微生物多样性、高效防治水田病虫草害等许多方面的优点。在实施少投资、零排放和高收益绿色开发的情况下，水生蔬菜综合种养也越来越受到人们重视。对于水生蔬菜综合种养的基础理论和实施技术已经有不少的探讨研究。根据当前的生态农业发展情况，作出以下几点展望：由于茭白、水芹、荸荠、鸡头米、慈姑等大多数蔬菜均为本地种，因此应注意品筛选与提纯的复壮性工作，并选择最有利于水生蔬菜综合种养发展的品种，以保证其产量和品质；水生蔬菜综合种养系统并不是普通的单生态系统，系统中的饲养动物、微生物和水生蔬菜共生平衡，才可以保证综合种养系统健康稳定，所以饲养动物、水生蔬菜种类搭配，以及塔配比例等方面仍需要研究，专业的种养机构或公司更需掌握这一类种养技术的知识，确保水生蔬菜和水产动物的正常生长互利共生，才能切实实现水生蔬菜综合种养的最佳经济效益；通过研究水生蔬菜综合种养对水田土质、水体、有害生物等的相互作用关系与机理，在当前研究的基础上，筛选出比较适宜的综合种养模式，并在实际生产中推广与应用；目前水生蔬菜综合种养系统应用的主要设备多是水产饲养设备以及单作栽培系统，而专门用于综合种养的农业配套设备使用较少，且部分农业配套设备如滴灌系统的费用还比较昂贵，而常规增氧曝气设备等又无法适应需要，因此需要加强这方面的研发；水生蔬菜综合种养生产中许多阶段仍需依靠人力支持，随着劳动力成本的提高和现代农业技术对人工智能管理的需求，农业生产中亟需构建水生蔬菜综合种养的数学模型，设计不同的稳定人工智能控制装置，如智慧渔业中“数字鱼”等，以减少劳力投入，方便指导管理，提升综合种养效益；水生蔬菜综合种养是由传统种植业凝练发展而来的经典水中种养农业模式，加强该综合种养文化资源挖掘与利用，具有广阔的前景与意义。乡村振兴离不开乡村产业的发展，同时也离不开乡村文化的建设。水生蔬菜综合种养中的蔬菜既是主要的经济作物，又是典型的文化植物，其文化内涵非常丰富，将其与水产动物综合种养是发展生态农业和观光休闲农业的重要基础，是农业发展的重要趋势。