免耕“稻鱉魚”共生模式的環境經濟學分析

周江偉，劉貴斌，陳 燦，黃 璜

（湖南農業大學農學院，南方糧油作物協同創新中心，湖南 長沙 410128）

免耕“稻鱉魚”共生模式的環境經濟學分析

周江偉，劉貴斌，陳 燦，黃 璜

（湖南農業大學農學院，南方糧油作物協同創新中心，湖南 長沙 410128）

采用田間試驗及環境經濟學方法研究免耕“稻鱉魚”共生模式的環境經濟效益并提出相關對策。試驗共設免耕稻鱉魚（RTF），免耕稻鱉（RT）、免耕稻魚（RF），免耕水稻單作（RM）4個處理。田間試驗結果表明，RTF，RT，RF控草效果明顯；孕穗期RTF病蔸率和病株率分別比RM低 71.1%和56.3%。RTF固碳量比RM增加8.7%，甲烷（CH4）排放總量減少39.9%。環境經濟學分析結果表明，RTF、RT、RF的財務效益，比RM分別增加了52 450、24 500、23 940 元/hm2，RTF、RT、RF和RM環境經濟效益分別為53 547、25 385、24 927和559 元/hm2；研究結果表明，免耕稻鱉魚共生模式生態和經濟效益高，具有良好的發展和推廣前景，可作為農業供給側結構性改革形勢下精準扶貧的新模式。

免耕；稻鱉魚共生；固碳減排；環境經濟學；精準扶貧

保護性耕作已經成為現代農業發展過程中受世界關注的一項重要議題，免耕技術具有省工節本、保護土壤等顯著優點[1]，同時也不可避免的帶來了一些負面影響，例如稻田病蟲草害的增加，導致農藥與除草劑的過量使用，既增加了種植成本，又形成了農業面源污染[2-3]。

聯合國糧農組織（FAQ）將中國“傳統稻魚共生農業系統”列為首批全球重要農業文化遺產[4]。隨著農業政策的支持與技術上的突破，傳統的稻田養魚已經發展為廣義上稻田養“魚”，形成了稻魚、稻鱉、稻蝦、稻蟹等多種稻田生態種養模式[5]。近年來，國內關于稻田生態種養的理論研究與技術模式取得了長足進步，前人從化肥農藥施用量[6]、病蟲草害的防控[7]、溫室氣體的減排[8-9]、生態經濟效益[10]等方面展開了大量細致的工作，對發揮稻田生態種養模式的優勢和促進水稻綠色高效生產有重大意義。

稻田生態種養技術的關鍵在于人工模擬構建一個較為完整的稻田生態系統，從農業生產的角度上說，最為重要的是形成系統內物種間的互利共生并構建一個完整的食物鏈[11]。筆者從免耕栽培技術與稻田生態種養技術有機結合的角度，運用環境經濟學理論分析了“稻鱉魚”共生模式的環境經濟學效益，旨在為“稻鱉魚”模式的應用和稻田生態種養模式的創新提供科學理論依據（圖1）。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況與材料

實驗于2015年6～10月在湖南省瀏陽市進行，該地區屬于亞熱帶季風濕潤氣候，年平均氣溫16～18℃，≥10℃的有效積溫5 000～5 500℃，年均降水量1 250～1 500 mm。土壤的類型為第四紀黏土發育的紅黃泥土，土壤有機質45.90 g/kg，全氮1.76 g/kg，全磷1.02 g/kg，全鉀14.58 g/kg。前茬作物是一季水稻，供試稻田已連續8 a免耕，并進行了3 a以上稻田生態種養。

圖1免耕“稻鱉魚”共生模式結構

供試水稻品種為農香32，湖南省水稻研究所研制生產；甲魚品種為中華鱉，農場自行孵化繁育；魚類分為本地草魚和禾花鯉，魚苗由湖南省新化縣繁育；復合肥料N∶P2O5∶K2O（15∶15∶15），總養分≥45%，由江西正邦生物化工有限公司生產；尿素為總氮≥46.4%，重慶建峰化工股份有限公司生產。

1.2 試驗設計

試驗共設免耕稻鱉魚（no-tillage rice-turtle-fish，簡寫為RTF）、免耕稻鱉（no-tillage rice-turtle，簡寫為RT）、免耕稻魚（no-tillage rice-fish，簡寫為RF）和免耕水稻單一種植（no-tillage Mono-cropping rice，簡寫為RM）4個處理，每個處理面積0.1 hm2，共3次重復。RTF、RT、RF這3個處理均用石棉瓦搭建圍欄，環繞稻田四周開挖圍溝并在稻區邊緣加修20 cm小田埂。RTF、RT的2個小區利用田埂區域搭建2個孵化棚，并在稻田中央設置2個曬背臺，以便鱉的生活與繁殖。在每個處理設置1個CH4氣體取樣點，將鋁制的回型底座（52 cm×52 cm，15 cm）固定于取樣點上并搭好木橋，避免取樣時人為干擾產生誤差。

4個小區均采用移栽方式種植水稻，5月26日播種，6月25日移栽，10月5日收獲。水稻移植前每個小區施加40 kg復合肥，20 kg尿素，整個生育期內4個處理均不施加任何農藥和除草劑。水稻移植一周后RTF、RT模式投放60只中華鱉（250～400 g/只），兩周后RTF、RF小區投放禾花鯉20 kg，草魚200尾（10 cm/尾），并在圍溝區域投放適量浮萍。RTF、RT、RF處理的田間水分管理均為水稻移植后全田灌水，前4周圍溝水面不得高于稻區田埂，防止魚類進入稻區影響水稻生長。兩周后，可讓魚類進入稻田。收獲前15 d，下降田間水位至稻區平面以下，飼養生物回到圍溝，收獲后立即灌水高于田面30 cm保持到下一季水稻移栽前。RM處理的水分管理根據傳統水稻種植方式操作。RTF、RT、RF保持定期投喂，水稻生育期內圍溝每月換水3次，每次換水量為圍溝深度1/3。

1.3 試驗方法

1.3.1 田間數據采集（1）稻田雜草數據采集。2015年6月25日～9月3日期間，每隔2周采用數測法調查小區田間雜草生長情況，每個小區定5個點，每個點1 m2，記錄雜草數量。

（2）稻田病蟲害數據采集。采取對角線5點取樣法，每個小區定5個點，每個點取樣20蔸，共計取樣100蔸。調查記錄分蘗期、孕穗期紋枯病的病蔸率、病株率。

（3）產量與固碳（C）價值的測定。10月5日水稻收獲后，自然曬干，并用電腦谷物水分測定儀檢測稻谷含水量，實際測產測定經濟產量。稻田生態系統的固碳價值可以通過計算碳吸收量來核算，碳吸收量是指通過光合作用固定在生物體內的有機碳量，以碳稅法（瑞典碳稅1 000 Yuan/t）計算各生產系統的固碳價值。該試驗中各個生產系統經濟產量、秸稈、根以及總的碳吸收量的計算公式如下[12]：

式中：M為經濟產量（kg）；w為經濟產量的含水量；H為收獲指數；R為根冠比系數；0.45為生物量與含C量的轉化系數[13]；H和R參數分別為0.51、0.18[14]。

（4）稻田CH4排放的測定。試驗采用靜止箱技術測定CH4氣體，箱底面積為51 cm×51 cm，箱高100 cm，在水稻返青期（飼養動物投放之前）、分蘗盛期、孕穗期、齊穗期、成熟期分別在每個小區的同一地點采樣。每3 d取1次樣，從8:00～18:00隔2 h采樣1次。根據CH4樣品濃度與時間的關系曲線計算CH4的排放通量，CH4排放總量為水稻各生育期排放量的總和[15-16]。

1.3.2 環境經濟學分析環境經濟學理論可以有效用于解決生態系統和經濟系統所構成的復合系統中的種種問題，其主要內容包括財務分析與環境經濟分析。財務分析，指以農戶自身利益為出發點，根據市場價格計算農戶的經濟收支盈虧狀況，其分析結果將直接決定農戶的行為方式，繼而影響到其行為的環境經濟效果。環境經濟分析，指以社會的角度為出發點，考察其效益和費用[17]。

（1）財務成本。財務成本包括直接生產成本、間接生產成本。“稻鱉魚”共生模式的直接生產成本包括：種苗費用、圍欄費用、種子費用、化肥費用、農機費用、勞力費用等；間接生產成本包括：稻田改造費用、固定資產折舊費用、土地流轉費、銷售管理費用等。

（2）環境經濟成本。環境經濟成本包括財務成本、環境成本、甲烷排放環境成本。

（3）財務凈收益。財務純收益＝產值－財務成本

（4）環境經濟效益。環境經濟效益＝產值＋環境效益－環境經濟成本

1.4 數據來源與分析

數據來源于試驗記錄和實地調查，其中財務成本分析的直接生產成本來源于試驗期間實際消耗費用統計，間接生產成本與環境成本參照湖南省一季稻平均生產成本與文獻并結合生產實際得出，所得數據分別采用Word 2010制表，Origin 8.0軟件制圖。

2 結果與分析

2.1 雜草變化情況

對稻田雜草數量的調查數據顯示，在相同起點，RTF，RT和RF模式呈下降趨勢。RTF和RF模式移植后2周雜草迅速減少，至9月3日雜草基本消除。RT模式雜草數量減少，但下降速度緩慢。通過對這3種模型的比較發現，魚比鱉能更好地控制雜草，它們的聯合作用效果更為顯著。而在RM模式中，雜草數量移植后由于沒有使用除草劑迅速增加（圖2）。

2.2 水稻病害情況

對水稻病害的調查數據表明，病蔸率和病株率從分蘗期到孕穗期由于沒有農藥使用明顯增加。孕穗期RTF、RT和RF病蔸率比RM分別低71.1%、59.1%和68.2%，病株率分別低56.3%、35.3%和43.8%。且RTF模式水稻稻瘟病的發生率顯著低于RT和RF（表1）。因此，稻田生態種養能有效地提高水稻抗病性，且多品種養殖效果優于單一種養模式。

圖2不同處理雜草變化趨勢

表1不同處理下分蘗期和孕穗期紋枯病的比較（%）

2.3 產量與固碳（C）價值

RTF、RT、RF模式的固碳效率均高于RM模式，且RTF模式的固碳效率比RT和RF模式的分別高6.9%和5.2%。雖然生態種養使稻田面積減少，由于養殖生物的排泄物提高土壤肥力和控制雜草、病蟲害的優勢，總體上，RTF、RT和RF模式和RM模式在水稻經濟產量上基本一致，不會造成水稻的減產，甚至略有增加（表2）。

表2不同處理的經濟產量與固碳效應

2.4 甲烷排放情況

不同階段CH4排放數據表明，CH4排放的高峰在分蘗期始期到分蘗盛期，而后CH4排放量減少。該研究在最佳溫度和光照條件下種植水稻，總CH4排放量相對較高。從整個生育期看，RTF模式的CH4排放比RM、RF和RT分別下降9.32、5.03和6.80 g/m2，分別減少39.9%、21.6%和29.2%。（圖3）

2.5 財務分析結果

財務分析的結果顯示RTF、RT和RF財務凈收益明顯高于RM模型，分別增加52 450、24 500和23 940 元/hm2。從財務成本來看，在肥料成本，機械、土地流轉費用方面，這4種模式基本一致，但成本在工程、種苗和人工方面，RTF、RT和RF明顯高于RM模式。在一定條件下，財務成本與財務凈收益成正比關系，但財務成本的增加給生產帶來了不確定的風險（表3）。

圖3不同處理各生育期CH4排放情況

2.6 環境經濟效益分析結果

除了與農民直接相關的財務分析外，該研究還對4種模式進行了環境經濟學分析。向平安[18]估計在洞庭湖周圍地區稻田CH4排放的成本為1 604 元/hm2，所以以RTF、RT和RF的CH4排放成本分別為964、1 257和1 135 元/hm2。根據瑞典C稅，核算了4種不同模式的固碳效益。環境成本的計算基于水稻種植在華南地區的平均環境成本[19]（1.127元/kg）。根據這4種模式的財務分析方法和環境經濟學分析，RTF、RT、RF和RM的的經濟經濟效益分別為53 547、25 385、24 927和559 元/hm2，RTF、RT和RF模型有一個顯著的生態經濟效益（表4）。

表3不同模式的財務收益分析

表4不同模式的環境經濟效益分析

3 討 論

3.1 少免耕與“稻鱉魚”共生模式的有機結合

少免耕是目前國內采取的主要保護性耕作方式之一，但是少免耕關鍵技術創新研究不夠。“稻鱉魚”共生模式是一種利用生態位原理、食物鏈原理、構建的復合生態種養模式，這種模式能夠與當前的少免耕技術實現有機結合。一方面，對于“稻鱉魚”模式來說，大型機械翻耕、農藥化肥過量使用容易對鱉、魚等生物造成致命傷害，帶來極大的經濟損失；另一方面，“稻鱉魚”模式自身形成了一個較為完善的農田生態系統，雜草、病蟲成為飼養動物食物來源之一，而飼養動物的排泄物又為水稻生長增加肥料，實現了病蟲害的有效防控，顯著減少了化肥農藥的施用量。

3.2 “稻鱉魚”共生模式具有顯著財務收益

2013年中央1號文件首次提出家庭農場模式，而“稻鱉魚”共生模式實現了55 620 元/hm2的財務純收益，是一種適合于家庭農場發展的較為完善的生產模式。相比稻鱉、稻魚等單一種養模式來說，“稻鱉魚”模式分別增加財務純收益27 590、28 150 元/hm2。隨著“稻鱉魚”模式的成熟，當農戶掌握鱉種繁育關鍵技術后，一方面種苗與飼料的成本會大幅度降低，另一方面鱉苗的附加產值將顯著提高，進一步提升“稻鱉魚”共生模式的財務收益。

3.3 “稻鱉魚”共生模式具有顯著的生態經濟效益

農業已經成為全球溫室氣體排放的一個主要來源，其中稻田甲烷排放占據了農業生產過程中甲烷排放的絕大部分。“稻鱉魚”模式相對于單一水稻種植在整個水稻生育期內甲烷排放總量減少了9.32 g/m2，降低幅度達到了39.9%，對控制稻田甲烷排放有著重要作用。在農田固碳方面，“稻鱉魚”模式相對于單一水稻種植、稻鱉和稻魚模式分別增加了8.73%、6.92%和5.16%，具有較好的固碳作用。另外，“稻鱉魚”共生模式構建了比較完善農田生態系統，豐富了農田生物多樣性，對保護農田生態系統的可持續化具有重大意義。“稻鱉魚”共生模式的環境經濟效益達到了53 547 元/hm2，無論是相對于單一水稻種植，還是單一的生態種養模式，都具有顯著的生態經濟效益。

3.4 “稻鱉魚”是農業供給側結構性改革形勢下精準扶貧新模式

農業供給側結構性改革要求通過自身的努力調整，讓農民生產出符合消費者需求的產品。“稻鱉魚”共生模式作為傳統農業文化遺產稻魚共生系統的因地制宜衍生模式，既具有高財務收益，又具有顯著的經濟效益，農民樂于接受，稻田產出的優質稻米和水產品也廣受消費者青睞。應當在稻魚共生系統的基礎上，加強技術指導，根據貧困地區種養條件和市場需求情況，科學合理搭配品種，衍生出更多類似于“稻鱉魚”共生的稻田生態種養新模式，以點帶面，集成示范，政府配合以相關政策，實現有效的精準扶貧。

[1] 吳文革，張健美，張四海，等. 保護性耕作和稻田免耕栽培技術現狀與發展趨勢[J]. 中國農業科技導報，2008，10（1）：43-51.

[2] 莊恒揚，劉世平，沈新平，等. 長期少免耕對稻麥產量及土壤有機質與容重的影響[J]. 中國農業科學，1999，19（4）：39-44.

[3] 章秀福，王丹英，符冠富，等. 南方稻田保護性耕作的研究進展與研究對策[J]. 土壤通報，2006，37（2）：346-351.

[4] 孫業紅，閔慶文，成升魁，等. 農業文化遺產旅游資源開發與區域社會經濟關系研究——以浙江青田“稻魚共生”全球重要農業文化遺產為例[J]. 資源科學，2006，（4）：138-144.

[5] 鄭華斌，賀 慧，姚 林，等. 稻田飼養動物的生態經濟效應及其應用前景[J]. 濕地科學，2015，（4）：510-517.

[6] 張 帆，隋 鵬，陳源泉，等. “稻鴨共生”生態系統稻季N、P循環[J]. 生態學報，2011，31（4）：1093-1100.

[7] 沈建凱，黃 璜，傅志強，等. 規模化稻鴨生態種養對稻田雜草群落組成及物種多樣性的影響[J]. 中國生態農業學報，2010，18（1）：123-128.

[8] 向平安，黃 璜，黃 梅，等. 稻—鴨生態種養技術減排甲烷的研究及經濟評價[J]. 中國農業科學，2006，39（5）：968-975.

[9] Publishing S. Dynamic Emission of CH4from a Rice-Duck Farming Ecosystem [J]. Journal of Environmental Protection，2011，2（5）：537-544.

[10] 向平安，黃 璜，甘德欣，等. 免耕稻—鴨生態種養技術的環境經濟學分析[J]. 生態學報，2005，25（8）：1981-1986.

[11] 蔣業林，侯冠軍，王永杰，等. 稻田養鱉生態系統構建與種養殖技術研究[J]. 安徽農學通報，2015，（20）：94-95.

[12] 陳中督，吳 堯，遭晉松，等. 湖南省雙季稻生產系統碳效率[J].應用生態學報，2015，26（1）：87-92.

[13] Fang J Y，Guo Z D，Pu S L，et al.Terrestrial vegetation carbon sinks in China，1981-2000 [J]. Science in China Series D：Earth Sciences，2007，（50）：1341-1350.

[14] Shi L G. The Carbon Footprint of Winter Wheat-Summer Maize Cropping Pattern on North China Plain [J]. China Population Resources & Environment，2011，（9）：93-98.

[15] 傅志強，黃 璜，何保良，等. 水稻植株通氣系統與稻田CH4排放相關性研究[J]. 作物學報，2007，33（9）：1458-1467.

[16] 傅志強，黃 璜，廖曉蘭，等. 養鴨數量對CH4排放的影響[J].生態學報，2008，28（5）：2107-2114.

[17] 毛顯強，胡 濤. 生態農業模式的環境經濟學分析及政策研究[J].環境科學研究，1997，（4）：51-55.

[18] 向平安，黃 璜，黃 梅，等. 稻—鴨生態種養技術減排甲烷的研究及經濟評價[J]. 中國農業科學，2006，39（5）：968-975.

[19] 李 季，靳百根，崔玉亭，等. 中國水稻生產的環境成本估算——湖北、湖南案例研究[J]. 生態學報，2001，21（9）：1474-1483.

（責任編輯：肖彥資）

Environmental Economics Analysis of No-tillage Rice-turtle-fish Symbiosis Model

ZHOU Jiang-wei，LIU Gui-bin，CHEN Can，HUANG Huang
（College of Agronomy, Hunan Agricultural University, Collaborative Innovation Center of Paddy Crop and Oil Crops in Southern China, Changsha 410128, PRC）

This article has been studied the fi nancial and environmental economic bene fi ts of “no-tillage rice-turtle- fi sh” symbiotic model by fi eld experiment and environmental economic method. The fi eld experiment set up 4 kinds of treatment: no-tillage rice-turtle- fi sh(RTF), no-tillage rice-turtle(RT), no-tillage rice- fi sh(RF), no-tillage rice-monoculture(RM). The fi eld experiment showed that RTF, RT and RF model can control the weeds signi fi cantly; the diseased hills ratios and the diseased plant ratios of booting stage in RTF were lower than RM 71.1% and 56.3%, respectively. The C sequestration of RTF increased 8.7% than RM model, and total methane(CH4) emission of RTF was decreased by 39.9%. Environmental economic analysis showed that the fi nancial bene fi ts of RTF, RT, RF model increased by 52 450, 24 500, 23 940 CNY/hm2respectively compared with RM model, the environmental economic bene fi ts of RTF, RT, RF and RM model were 53 547, 25 385, 24 927 and 559 CNY/hm2respectively. It was concluded that the no tillage rice-turtle- fi sh symbiosis model with high fi nancial bene fi ts and high ecological and economic bene fi ts, being provided with good prospects for development and promotion.

no-tillage; RTF symbiosis model; environmental economics; take targeted measures in poverty alleviation

F326

：A

：1006-060X（2017）08-0098-05

10.16498/j.cnki.hnnykx.2017.008.025

2017-06-15

湖南省科技計劃（201203081-2）；長江中游南部( 湖南)水稻豐產節水節肥技術集成與示范（2013BAD07B11）

作者信息：周江偉（1993-），男，湖南茶陵縣人，碩士研究生，主要從事作物生態和生態農業研究。

黃 璜