稻蝦生態(tài)種養(yǎng)綜合效應(yīng)研究進(jìn)展

趙考誠 馬 軍 葉 迎 黃麗芬 莊恒揚(yáng)

（揚(yáng)州大學(xué)農(nóng)學(xué)院，225000，江蘇揚(yáng)州）

中國是世界上最早進(jìn)行稻田養(yǎng)殖的國家，稻田生態(tài)種養(yǎng)最早可追溯到2000多年前，經(jīng)過不斷的創(chuàng)新發(fā)展，由傳統(tǒng)的稻漁模式發(fā)展到多種復(fù)合種養(yǎng)模式[1]。“稻蝦共作”生態(tài)高效種養(yǎng)模式曾被譽(yù)為“現(xiàn)代農(nóng)業(yè)發(fā)展的成功典范，現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的一次革命”[2]。20世紀(jì)30年代小龍蝦由北美洲傳入我國，進(jìn)入本世紀(jì)以來，小龍蝦養(yǎng)殖發(fā)展迅猛，消費市場持續(xù)放大，產(chǎn)業(yè)鏈不斷延伸。通過蝦稻互促，稻蝦生態(tài)種養(yǎng)在實現(xiàn)減肥減藥的同時，提升了稻田綜合效益，提高了農(nóng)民種糧積極性，對穩(wěn)定糧食生產(chǎn)起到了積極作用。本文從稻蝦生態(tài)種養(yǎng)的發(fā)展現(xiàn)狀與主要模式、生態(tài)效應(yīng)、經(jīng)濟(jì)效應(yīng)和社會效應(yīng)4個方面[3-5]進(jìn)行綜述。

1 稻蝦生態(tài)種養(yǎng)發(fā)展現(xiàn)狀與主要模式

1.1 稻蝦生態(tài)種養(yǎng)發(fā)展現(xiàn)狀

稻蝦生態(tài)種養(yǎng)中克氏原螯蝦（Procambarus clarkiiG.）也稱小龍蝦、紅螯蝦和淡水小龍蝦。我國稻蝦生態(tài)種養(yǎng)主要分布在江淮流域[6]，以湖北、安徽、湖南、江蘇和江西為主產(chǎn)省份，小龍蝦產(chǎn)量占全國總產(chǎn)量的91.86%[7]。近年來，我國小龍蝦養(yǎng)殖面積和產(chǎn)量持續(xù)快速增長。2007-2016年全國小龍蝦產(chǎn)量由26.55萬t增加到85.23萬t；養(yǎng)殖面積超過60萬hm2[8]。2016年全國稻蝦生態(tài)種養(yǎng)面積約占小龍蝦養(yǎng)殖面積的70%[8]。全國稻蝦生態(tài)種養(yǎng)面積在2017年約為56.67萬hm2，約占小龍蝦養(yǎng)殖總面積的70.83%[9]，2018年為81.07萬hm2，產(chǎn)量為18.65萬t，分別占小龍蝦養(yǎng)殖總面積和總產(chǎn)量的75.10% 和72.40%[10]，2019年為110.53萬 hm2，產(chǎn)量為177.25萬t，分別占小龍蝦養(yǎng)殖總面積和總產(chǎn)量的85.96%和84.82%[7]。

1.2 稻蝦生態(tài)種養(yǎng)主要模式

稻蝦生態(tài)種養(yǎng)發(fā)展至今，其技術(shù)模式主要分為“稻蝦連作”、“稻蝦共作”和“一稻三蝦”3種。“稻蝦連作”是種植一季中稻，養(yǎng)殖一季小龍蝦。具體做法是每年8-9月中稻收割前投放親蝦繁殖幼蝦，或10-11月水稻收割后投放幼蝦，翌年4-5月收獲成蝦，于6月整田插秧，種一季中稻，以此循環(huán)輪替[9]?！拔r稻共作”是在“稻蝦連作”基礎(chǔ)上，由“一稻一蝦”變?yōu)椤耙坏緝晌r”，即在8-9月中稻收割前投放親蝦進(jìn)行繁殖，或9-10月中稻收割后投放幼蝦，在第2年的4月中旬至5月下旬收獲成蝦，同時補(bǔ)投幼蝦，5月底或6月初整田插秧，8-9月收獲親蝦或商品蝦，如此循環(huán)輪替[11]?！耙坏救r”種養(yǎng)模式對傳統(tǒng)的“稻蝦連作”和“稻蝦共作”進(jìn)行融合創(chuàng)新，收獲一季水稻和3茬小龍蝦（稻前蝦和稻中蝦各一茬、稻后繁殖蝦苗一茬）[12-13]。具體做法是在4月初投放較大規(guī)格的蝦苗，于5月底或6月初集中捕撈，此為稻前蝦；水稻于5月下旬在秧田育苗，待6月中下旬稻前蝦捕撈上市后移栽大田；稻中蝦蝦苗于5月下旬稻前蝦捕凈后投放，于8月陸續(xù)捕撈上市；稻后蝦是利用水稻收獲后的冬閑田，投放親蝦繁殖一批蝦苗，待翌年3月底或4月初親蝦和仔蝦陸續(xù)出洞時，及時捕獲親蝦上市，待蝦苗生長至3～4cm時，可捕獲蝦苗出售給養(yǎng)殖戶。

2 稻蝦生態(tài)種養(yǎng)的綜合效應(yīng)

2.1 生態(tài)效應(yīng)

2.1.1 稻蝦生態(tài)種養(yǎng)對稻田土壤的影響 許多研究者報道了稻蝦生態(tài)種養(yǎng)對稻田土壤的影響，主要從物理性狀、化學(xué)性狀和土壤微生物方面開展研究。

稻蝦生態(tài)種養(yǎng)可改善土壤物理性狀。相對于常規(guī)種植模式，稻蝦生態(tài)種養(yǎng)模式能顯著降低土壤容重，提高砂粒分化率和土壤總孔隙度，從而改善稻田土壤物理結(jié)構(gòu)[14]。稻蝦田秸稈還田可降低土壤容重[15]。佀國涵等[16]通過10年定位試驗顯示，長期稻蝦共作模式使15～30cm土層的土壤緊實度顯著降低，分別較中稻單作模式15、20、25和30cm土層降低了20.9%、29.9%、24.8%和14.7%。長期稻蝦共作模式雖然增加了0～40cm土層中大于0.25mm水穩(wěn)性團(tuán)聚體[17]數(shù)量和幾何平均直徑，但降低了0～20cm土層的團(tuán)聚體分形維數(shù)。長期稻蝦輪作會顯著提高土壤0～40cm土層的總孔隙度、非毛管孔隙度和毛管孔隙度，降低土壤容重[18]，有助于改善耕層土壤結(jié)構(gòu)，增強(qiáng)土壤緩沖能力[19]。

稻蝦生態(tài)種養(yǎng)可改善土壤化學(xué)性狀。吳本麗等[20]對土壤有機(jī)質(zhì)、全氮、全磷、全鉀、堿解氮、有效磷、速效鉀和陽離子交換量等指標(biāo)測定后發(fā)現(xiàn)，稻蝦生態(tài)種養(yǎng)的土壤肥力普遍高于單作稻田。易芙蓉等[21]研究表明，與中稻單作相比，稻蝦共作模式實施1、2、3年及以上的土壤pH提高了8.95%～11.42%；全氮和全磷含量分別提高了18.33%～35.05%和3.13%～25.71%；堿解氮、有效磷和速效鉀含量分別提高了3.32%～22.22%、29.94%～34.12%和8.74%～15.02%，稻蝦生態(tài)種養(yǎng)提高了稻田土壤養(yǎng)分含量。長期稻蝦輪作顯著提高了稻田土壤0～10cm耕層的土壤速效鉀和全磷含量，同時提高了0～30cm耕層的全氮含量和0～40cm耕層有機(jī)碳、全鉀和堿解氮含量，增加了土壤養(yǎng)分[16]。陳萬明等[22]和管勤壯等[23]研究均表明，稻蝦生態(tài)種養(yǎng)模式對土壤有機(jī)質(zhì)、全氮、全磷、全鉀含量及pH值均有一定程度的提高，且土壤中的全氮含量和pH值隨種養(yǎng)年限增加呈現(xiàn)緩慢增加趨勢[19]。此外，稻蝦田土壤腐殖質(zhì)的活性和腐殖化程度也得到提高，同時土壤中胡敏酸的縮合度和分子復(fù)雜程度顯著降低[14]。劉赫群等[24]以土壤線蟲群落結(jié)構(gòu)為切入點，與水稻單作相比，稻蝦種養(yǎng)模式食細(xì)菌線蟲比例增加，說明該模式增加了土壤肥力，加快了物質(zhì)循環(huán)，這對滿足水稻的養(yǎng)分需求具有積極作用。

稻蝦生態(tài)種養(yǎng)模式能改善土壤微生物環(huán)境。朱杰等[25]試驗發(fā)現(xiàn)，與水稻單作模式相比，稻蝦共作模式對微生物多樣性指數(shù)沒有顯著影響，但顯著增加了微生物豐富度指數(shù)，改變了稻田土壤nirK反硝化微生物在目、科、屬和種水平上的群落結(jié)構(gòu)。相對于水稻單作模式而言，稻蝦共作模式可顯著提高土壤中nosZ基因微生物豐富度，但對群落多樣性的影響較小，其在種水平上缺失了沼澤紅假單胞菌，認(rèn)為土壤總碳是影響其差異的主要因素[26]。王蓉等[27]針對氨氧化微生物的研究發(fā)現(xiàn)，與水稻單作模式相比，稻蝦共作模式顯著降低了土壤氨氧化細(xì)菌（AOA）群落多樣性，而對氨氧化古菌（AOB）群落無顯著影響；稻蝦共作模式顯著增加了AOA與AOB的豐度，并顯著影響其群落結(jié)構(gòu)，稻蝦共作模式下，土壤AOA與AOB的含量均高于常規(guī)中稻模式。而在AOA、AOB和反硝化微生物作用下，在硝化作用和反硝化作用過程中的中間產(chǎn)物N2O釋放到大氣中[28]。稻蝦模式稻田長期淹水，土壤中積累的有機(jī)酸可被微生物作為有效碳源轉(zhuǎn)化為CH4等氣體[29]，0～50cm土層土壤微生物利用酸類的能力顯著高于中稻單作模式，表明稻蝦模式下土壤微生物能快速代謝土壤中累積的有機(jī)酸，有利于水稻的生長，可降低CH4的排放量[30]。

2.1.2 稻蝦生態(tài)種養(yǎng)對稻田水體環(huán)境的影響 對稻蝦生態(tài)種養(yǎng)稻田水體環(huán)境研究主要集中在水體溶解氧、銨態(tài)氮、亞硝酸鹽、磷、氮、pH值、氧化還原電位及浮游動植物等方面。

易芙蓉等[31]研究結(jié)果顯示，相較于自然水體和中稻單作田間水體，稻蝦共作模式稻田水體的pH值分別提升了1.88%和1.37%，色度增加了42.19%和10.98%，溶解性固體總量提高了1.66%和1.14%，電導(dǎo)率上升了13.08%和10.31%，氧化還原電位提高了14.15%和6.03%，溶解氧含量降低了17.20%和9.41%。同樣，劉卿君[32]研究發(fā)現(xiàn)，水稻單作模式的水體溶解氧高于稻蝦模式。稻蝦共作模式改變了自然水體理化性質(zhì)，對水體環(huán)境的影響程度比中稻單作模式大，水體溶氧量的降低不利于水生植物的生長和部分物質(zhì)的分解，進(jìn)而影響稻田水質(zhì)[33]，原因是蝦、水稻和移栽的水生植物量大，耗氧生物較多，導(dǎo)致溶解氧降低[34]。但隋燚等[35]研究發(fā)現(xiàn)，推水模式下稻蝦生態(tài)種養(yǎng)稻田水體溶解氧含量上升。稻蝦模式需要投食供小龍蝦生長，田面水養(yǎng)分含量受投餌量影響較大，投餌越多，田面水養(yǎng)分含量越高[36]。與水稻單作配合秸稈還田相比，稻蝦模式配合秸稈還田可顯著提升稻田水體的銨態(tài)氮和全磷含量[32]。小龍蝦排泄物中含有一定量的氮、磷營養(yǎng)元素，其排放到養(yǎng)殖水體中會導(dǎo)致稻田養(yǎng)殖水體中氨氮、亞硝酸鹽及磷含量高于單作水稻田[37]。稻蝦種養(yǎng)模式雖有利于水稻生長，但同時也增加了養(yǎng)殖水體富營養(yǎng)化風(fēng)險，并且在實際生產(chǎn)中，養(yǎng)殖戶為追求小龍蝦養(yǎng)殖效益，常過量投喂飼料，致使稻田水體氮和磷濃度嚴(yán)重超標(biāo)，而水中磷濃度對淡水浮游動物的食物質(zhì)量有較大影響[38]，導(dǎo)致藻類過度繁殖，藻類有機(jī)物分解使水中的溶解氧被大量消耗，影響稻蝦模式健康發(fā)展[39]。

稻蝦生態(tài)種養(yǎng)水體中浮游植物以綠藻門、硅藻門和藍(lán)藻門占優(yōu)勢（占總種數(shù)的80%～84%），浮游動物以輪蟲類占優(yōu)勢（占總種數(shù)的47%～54%），浮游生物種類、密度和生物量隨時間呈先升高后降低的趨勢，且夏、秋季高于冬、春季[40]。隋燚等[35]發(fā)現(xiàn)，稻田水中綠藻密度始終大于20%，綠藻門藻類種數(shù)最多，浮游生物均為輪蟲種類最多，同時當(dāng)年由常規(guī)稻田改造并用于稻蝦模式生產(chǎn)的新田的浮游生物種類和生物量均低于多年以稻蝦模式生產(chǎn)的老田。藻類會吸收稻田中的營養(yǎng)鹽，凈化水體，為水體中的其他生物提供氧氣[41]。浮游生物群落結(jié)構(gòu)、豐度、多樣性指數(shù)及水體理化指標(biāo)等均能在一定程度上反映水體的水質(zhì)狀況，浮游植物在貧營養(yǎng)水體中以金藻為主體，在中營養(yǎng)型水體以硅藻為主體，在富營養(yǎng)型水體以綠藻和藍(lán)藻為主體[42]。說明稻蝦生態(tài)種養(yǎng)下的稻田主要呈現(xiàn)出中、富營養(yǎng)型水體。

2.1.3 稻蝦生態(tài)種養(yǎng)對稻田溫室氣體排放的影響農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中排放的CH4和N2O分別約占全球溫室氣體總排放量的50%和60%[43]。稻田是溫室氣體CH4和N2O的重要排放源[44]，但對稻蝦生態(tài)種養(yǎng)稻田溫室氣體排放研究鮮有報道。與水稻—油菜種植模式比較，稻蝦模式下CH4排放量降低39.5%～64.7%[45]。小龍蝦通過嚼食水稻枯葉和雜草，減少了這些有機(jī)殘體在分解過程中產(chǎn)生的CH4；小龍蝦在稻田水里的活動會導(dǎo)致水體溶解氧量的增加，進(jìn)而加快CH4的氧化速度[46]。徐祥玉等[47]經(jīng)過2年試驗研究也表明，長期養(yǎng)蝦可使深層土壤氧化還原狀況得到顯著改善，使稻田CH4排放量降低29.02%～41.19%，尤其是降低了插秧前CH4的排放量，養(yǎng)殖小龍蝦還可抑制因秸稈還田所產(chǎn)生的CH4增排效應(yīng)，在稻草還田條件下，養(yǎng)蝦稻田比不養(yǎng)蝦的N2O排放量降低7.5%。小龍蝦鉆洞可使土壤含氧量增加，雖然土壤氧化還原電位不會發(fā)生較大變化，但可降低產(chǎn)甲烷菌的豐度，增加甲烷氧化菌豐度，由此降低CH4排放量[48]。Liu等[49]試驗表明，稻蝦生態(tài)種養(yǎng)N2O排放量較常規(guī)稻作減少56%，并且有無水生植物對N2O排放影響不大。

2.1.4 稻蝦生態(tài)種養(yǎng)對稻田病蟲草害的影響 稻田雜草對水稻生長和產(chǎn)量影響很大，據(jù)統(tǒng)計，雜草可導(dǎo)致全球水稻產(chǎn)量減少10.8%[50]，因此有效控制稻田雜草，有助于提高水稻產(chǎn)量。小龍蝦以稻田中的雜草、草籽和稻腳葉為食，其在稻田水里的活動會抑制雜草萌芽生長[51]，爬行時可將雜草幼芽、種子翻出，使其暴露懸浮于水中，加快其腐爛死亡速度，從而大大降低稻田土壤雜草種子的密度，減少翌年雜草的發(fā)生基數(shù)[52]。南京農(nóng)業(yè)大學(xué)稻田種養(yǎng)研究團(tuán)隊試驗表明，稻蝦生態(tài)種養(yǎng)的控草效果達(dá)到77%[53]；稻蝦共作能控制85%以上的雜草稗、異型莎草、鴨舌草、陌上菜及水莧菜，與施用36%芐嘧磺隆·二氯喹啉酸WP270g(a.i)/hm2進(jìn)行化學(xué)除草的效果相當(dāng)[53]；稻蝦共作2～3年時，與常規(guī)模式稻田相比，雜草總密度降低52.92%，雙子葉闊葉雜草密度降低73.53%，單子葉禾本科雜草密度降低63.26%[54]。張家宏[13]在長期研究稻蝦田除草技術(shù)時提出了培育25d以上長秧齡且栽插株高30cm以上的秧苗，通過及時上深水和趕蝦入田的方法，創(chuàng)立了“水壓草蝦吃草”的控草方法，雜草防除率達(dá)90%以上。

稻蝦生態(tài)種養(yǎng)并不能長期抑制稻田中的雜草。隨年限的增加，稻蝦田雜草總數(shù)表現(xiàn)出先降低后增加的趨勢；短期稻蝦生態(tài)種養(yǎng)對稻田雜草的抑制作用明顯，長期稻蝦生態(tài)種養(yǎng)會逐步形成新的雜草群落結(jié)構(gòu)，需要采取對應(yīng)的雜草防控措施[55]。

稻蝦生態(tài)種養(yǎng)能較好地控制稻田病蟲害的發(fā)生。與水稻單作相比，稻蝦生態(tài)種養(yǎng)模式下水稻的蟲害發(fā)生率均明顯降低，其中褐飛虱的發(fā)生率下降了51.48%，二化螟和三化螟的發(fā)生率下降了30.38%[56]。隨著稻蝦生態(tài)種養(yǎng)年限的延長，蟲害明顯減少，稻飛虱、二化螟和稻縱卷葉螟等得到控制[2]?？梢?，稻蝦生態(tài)種養(yǎng)較好地降低了水稻蟲害的發(fā)生率。但隨著稻蝦生態(tài)種養(yǎng)年限的延長，水稻莖基腐病顯著加重。稻蝦模式水稻紋枯病與稻瘟病病情指數(shù)提高[57]。

總體上，稻蝦生態(tài)種養(yǎng)下的小龍蝦能通過活動、取食和踐踏抑制雜草萌芽或生長，對雙子葉闊葉類雜草的防治效果優(yōu)于對單子葉禾本科雜草的，可達(dá)到節(jié)藥增效的效果。同時，該模式對病害和蟲害也有較好的防治效果。

2.2 經(jīng)濟(jì)效應(yīng)

稻蝦生態(tài)種養(yǎng)在穩(wěn)定水稻單產(chǎn)基礎(chǔ)上，發(fā)展小龍蝦養(yǎng)殖，增收途徑主要來源于因綠色品牌打造而提升單價的優(yōu)質(zhì)稻米和附加產(chǎn)出的小龍蝦。除產(chǎn)值提升外，稻蝦生態(tài)種養(yǎng)模式利用蝦的活動代替?zhèn)鹘y(tǒng)農(nóng)藥和除草劑抑制雜草與害蟲侵害，利用蝦糞替代部分常規(guī)種植模式下使用的化肥，減少了化肥投入[58-59]，降低了水稻種植成本，提升了經(jīng)濟(jì)效益。

陳燦等[60]和寇祥明等[61]研究表明，稻蝦共作模式顯著降低了稻米的堊白粒率和堊白度，改善了稻米的外觀品質(zhì)與稻米的食味品質(zhì)，使稻谷售價提高，水稻產(chǎn)出價值提高了9.22%[62]。肥料和農(nóng)藥在水稻單作成本中占比較高，稻蝦生態(tài)種養(yǎng)模式下肥料成本降低79.5%[2]，化肥投入量減少26.52%[62]、23.22%[63]，農(nóng)藥成本降低 50%[2]。同時也應(yīng)關(guān)注，受養(yǎng)殖者技術(shù)水平與市場供求關(guān)系等因素的影響，小龍蝦出售單價波動較大（表1、2）。王曉飛等[64]利用數(shù)據(jù)包絡(luò)分析法（DEA）分析農(nóng)戶成本效率發(fā)現(xiàn)，土地細(xì)碎化、人力資本和社會資本的不足以及合作社流于形式是引起農(nóng)戶效率損失的重要原因，稻蝦模式的土地經(jīng)營模式能夠保證水稻產(chǎn)量，但增效作用有限。新養(yǎng)殖戶由于前期小龍蝦苗種價格偏高，造成成本上升，后期成蝦價格偏低，導(dǎo)致整體效益不好；而老養(yǎng)殖戶在有苗種可出售的前提下效益較新種植戶好，但沒有苗種出售的老養(yǎng)殖戶效益較差，甚至虧損[7]。

表1 稻蝦生態(tài)種養(yǎng)經(jīng)濟(jì)效應(yīng)——成本核算Table 1 Economic effect for ecological farming of rice and shrimp-cost accounting 萬元/hm2 ×104 yuan/hm2

表2 稻蝦生態(tài)種養(yǎng)經(jīng)濟(jì)效應(yīng)——效益核算Table 2 Economic effect for ecological farming of rice and shrimp—benefit accounting

2.3 社會效應(yīng)

稻蝦生態(tài)種養(yǎng)模式的深入實施和廣泛普及也帶來了很大的社會效應(yīng)，如一二三產(chǎn)融合與升級、脫貧增收和解決部分就業(yè)等。稻蝦生態(tài)種養(yǎng)促進(jìn)了產(chǎn)業(yè)升級和一二三產(chǎn)融合，其所產(chǎn)稻米和小龍蝦初步形成以“潛江龍蝦”和“監(jiān)利大蝦”為代表的產(chǎn)地品牌，以“楚玉”和“良仁”為代表的龍蝦加工品牌，以“荊門香稻嘉魚”和“潛江蝦鄉(xiāng)稻”為代表的稻米品牌[68]，有效推動了小龍蝦餐飲消費的深度發(fā)展。同時針對稻蝦生態(tài)種養(yǎng)的特色，建設(shè)了一批集旅游、休閑及觀光為一體的特色龍蝦文化中心、休閑農(nóng)莊以及多功能的文化場所[69]。

3 總結(jié)

稻蝦生態(tài)種養(yǎng)作為綠色發(fā)展的重要產(chǎn)業(yè)，通過種養(yǎng)結(jié)合和生態(tài)循環(huán)，實現(xiàn)了一水多用、一田多收的種養(yǎng)協(xié)調(diào)發(fā)展，促進(jìn)了農(nóng)業(yè)生產(chǎn)“雙減”（減少化肥和農(nóng)藥），提升了稻米的外觀與食味品質(zhì)，并獲得小龍蝦養(yǎng)殖效益，在促進(jìn)農(nóng)民增收的同時，改善了農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境。在未來發(fā)展中要緊扣糧食安全、資源節(jié)約、生態(tài)保護(hù)和效益提升的綜合目標(biāo)，促進(jìn)稻蝦生態(tài)種養(yǎng)健康可持續(xù)發(fā)展。