稻田生態種養對農田生態效應的影響

陳 璐，陳 燦，黃 璜，李桂香

（湖南農業大學農學院／南方糧油作物協同創新中心，長沙410128）

稻田生態種養是將水稻生產與水產（禽類）養殖相結合的、利用生物間的協同增效效應的稻田養殖復合生態系統，是保證食物安全、維持農業可持續發展的有效途徑［1］。中國是世界上最早進行稻田養殖的國家，稻田種養最早可追溯到兩千多年前。稻田綜合種養模式經過不斷的創新發展，由傳統的稻魚（鴨）模式發展到多種復合種養模式。稻田生態種養模式主要有：稻田養禽類（雞、鴨、鵝）、稻田養魚類（鰍、鱔）、稻田養甲殼類（蝦、蟹、螺）和稻田養兩棲類（鱉、蛙）等，以及在這些模式上發展起來的“稻—雞—螺”“稻—雞—魚”“稻—魚—萍”“稻—鴨—萍”“稻—魚—鴨”“稻—蝦—鱉”“稻—鱉—魚”“稻—螺—蝦—鱉”等復合生態種養模式［2］。多年實踐證明，稻田生態種養具有較好的生態、經濟和社會效益。筆者就近年來國內外稻田生態種養，如稻田養禽類（雞、鴨、鵝）、稻田養魚類（魚、鰍、鱔）、稻田養兩棲類（鱉、蛙）和稻田養甲殼類（蝦、蟹）對水稻群體結構和植株生長、水體環境、稻田土層、稻田雜草和水稻病蟲害等方面的農田生態效應進行概述，旨在為更好地開展稻魚生態種養的研究與實踐提供參考。

1 生態種養對稻田水體環境的影響

稻田生態種養能提高水溫、水體溶解氧濃度、浮游生物數量和種類。水溫對水稻生長發育、品質及產量都有很大影響。水溫過低，會影響水稻的吸水能力，降低根對營養物質的吸收率；影響水稻的光合作用，導致生長發育遲緩，生理機能降低，最終降低產量。水溫每升高1℃，產量可提高3.75%。水體溶解氧濃度能通過影響土壤微生物活動、氧化還原電位、離子形態和土壤pH值而對土壤的N素轉化和水稻對N素的吸收利用產生影響；提高水體溶解氧濃度能提高水稻平均根長和增加根的條數，延緩根系和地上部分老化。稻田浮游植物能固定N、吸收P、提高土壤有機質含量、促進水稻生長，是農田生態系統中的重要生物類群［9］。

稻田共生動物的拱土覓食活動會提高水體含氧量［7，8］，增大稻田中下層水和上層水的對流效應，使水面頻繁波動和水體變混，增加透入水體的有效太陽輻射。混水中的懸體浮微粒吸收透入水面波紋的太陽輻射，光能轉化為熱能，提高稻田水體溫度，促進水稻根系有氧呼吸，加速有機物降解［7，10］。蔣艷萍等［11］研究表明，稻田養魚比普通稻田的水體平均溫度高0.5～1.0℃，提高水體溶解氧含量，使pH值明顯下降，提高水體N、P、K的含量。曾憲磊等［12］研究表明，稻田養中華絨螯蟹，浮游植物生物量顯著提高，蟹的活動會影響pH值和水體溶氧量，提高水體溫度和光照度，蟹的食物殘渣能增加水體N、P濃度。稻田養鴨的總N、總P、總K含量分別比常規稻田增加1.85～5.06倍、2.01～8.70倍和42.79%～109.18%；提高了有效肥力供應，提高了水體電導率、氧化還原電位、混濁度，降低表層水體的溫度和pH值，改善了水體物理和化學性質［13］。

綜上所述，稻田生態種養能改善水體理化性質，提高水體溫度、水體光照度、水體溶解氧濃度、浮游生物數量和種類，調節水體酸堿度，提高土壤有機質含量，提高水體N、P、K濃度，促進水稻植株地下部分生長。

2 生態種養對稻田土層的影響

稻田生態種養可以改善土壤養分狀況，增加土壤速效N、速效P、速效K和土壤有機質含量［14，15］；共生動物在覓食雜草、害蟲、水稻枯病老葉以及水稻揚花時飄落的禾花的過程中，產生出含有粗蛋白質和N、P、K等主要元素的糞便，增加了土壤有機質含量，加速肥料釋放速度，提高土壤肥力；對共生動物的投喂飼養也會產生大量的食物殘渣，可以為水稻生長提供養分［3～6］。林利紅等［16］研究表明，稻蟹種養模式能改善土壤理化性質，顯著增加土壤N、P等養分含量。“稻鴨共生”能夠提高土壤全P、全N含量，能增加土壤截存的P量，降低土壤P虧缺［65］。鄺雪梅等［17］研究表明，稻—金魚生態種養比常規稻田的土壤速效N、有效P、速效K、有機質分別增加5.7%、6.4%、6.2%、7.5%。佀國涵等［18］研究表明，長期稻蝦輪作顯著提高了水稻土壤0～10 cm耕層的土壤速效K、全P含量，0～30 cm耕層的全N含量和0～40 cm耕層有機C、全K、堿解N含量，增加了土壤養分。連續3年稻蝦種養模式比常規中稻模式提高了稻田土壤中的全C、全N、硝態N含量［19，20］，對土壤C／N、土壤pH值及堿解N含量無顯著影響［20］。但陳萬明等［22］研究表明，稻蝦種養模式對土壤有機質、全N、全P、全K含量及pH值均有一定程度的提高。蔡晨等［23］研究也表明，稻蝦生態模式會使土壤中的全N含量和pH隨種養年限增加而緩慢增加。稻蝦共作模式還能降低N和P輸出／輸入比，促進土壤中N和P的累積，同時也會增加系統N和P表觀損失量［21］。林海雁等［24］研究表明，蛙糞積累能促進稻田土壤酶活性和土壤養分提高，隨著虎紋蛙養殖時間延長，特別是在養殖90 d后，蛙的食量、體重和蛙糞排泄增加，虎紋蛙養殖區多種土壤酶活性及總N、總P和總K含量顯著高于常規稻田。

稻田種養結合可以改善土壤物理狀況，改善土壤透氣性和氧化還原電位，提高土壤團聚體和土壤結構系數，減小土壤容重，增大土壤總孔隙度和非毛管孔隙度［15，23，27～29］。鄺雪梅等［17］研究表明，稻—金魚共棲生態系統的稻田土壤比常規稻田土壤總孔隙度增加8.63%，土壤非毛管孔隙度增加0.01%，土壤容重降低0.11 g／cm3。長期稻蝦輪作會顯著提高土壤0～40 cm土層的總孔隙度、非毛管孔隙度和毛管孔隙度，降低其容重［30］；顯著降低0～10 cm土層還原性物質總量，提高20～30 cm土層的土壤還原性物質總量，顯著降低15～30 cm土壤層的土壤緊實度［18］。龔世飛［30］研究認為，稻蝦模式在一定時間內能改善生物學活性和土壤理化性狀，但長期稻蝦共作會降低土壤養分含量、土壤酶活性和微生物量，加速土壤堿化。

土壤微生物能促進土壤有機質分解和養分轉化。周雪芳等［25］研究表明，稻蛙養殖能顯著提高土壤微生物數量和活度，使促進P分解的巨大芽孢桿菌數量增加，提高土壤P的供應能力。全生育期內稻蟹種養田的細菌、放線菌、真菌總量分別為常規稻田的1.65、1.00、0.48倍；改變了微生物多樣性格局，增加主要微生物物種，細菌多樣性指數最高提早20 d出現［31］。

3 生態種養對稻田CH4排放的影響

水稻種植會排放大量CH4，稻田CH4排放量達到全球總排放量的5%～19%［27，32］。稻田生態種養中共生動物的活動，增加了土壤與大氣的接觸，對土壤氧化還原狀況進行了改善［32］，提高了稻田水體溶解氧濃度和甲烷氧化菌的活性［33］，減緩了稻田溫室氣體排放。稻鴨共作能夠降低20%～30%的CH4排放［34］，養鴨可降低稻田CH4排放高峰期60.7%的排放量［66］。周江偉等［67］試驗表明，免耕稻鱉魚全生育期的CH4排放量比免耕稻魚、免耕稻鱉、水稻單作分別減少21.6%、29.2%和39.9%。袁偉玲等［68］研究發現，稻田養鯽魚全生育期的CH4排放量比水稻單作減少12%～16%。蝦能啃食水稻枯枝敗葉和雜草，減少有機殘體在分解過程中產生的CH4，蝦的活動會增加水體溶解氧，加快CH4氧化速度［35］。徐祥玉等［36］研究也表明，長期養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，CH4氧化量增加，養殖克氏原螯蝦還可抑制因秸稈還田所產生的CH4增排效應。

4 生態種養對稻田雜草的影響

稻田雜草危害性較大，全世界水稻產量可能由此減少10.8%［8］。稻田中比較常見的稗草、鴨舌草、假稻、慈姑、水莎草、異型莎草、眼子菜、水馬齒、千金子、牛毛氈、陌上菜、水莧菜、鱧腸、丁香蓼、節節菜等，發生數量占田間雜草的95%以上［37］。利用生物多樣性以及生物之間的相互作用能明顯控制雜草危害，實現除草劑減量增效［38，39］。

稻田養殖可以有效控制稻田雜草［40］。魚鴨在初期吃掉大部分幼嫩雜草，魚鴨的田間活動能使水體渾濁，減少水中透光率，抑制雜草發芽和生長［41］。稻田養鯉魚，鯉魚可以吃掉田中的雜草種子和雜草嫩芽［47］。小龍蝦以田間雜草、草籽和稻腳葉為食，蝦的活動會踩踏雜草，使雜草不能萌發生長，比人工除草更經常、徹底［42～44］。稻蝦共作能控制85%以上的鴨舌草、雜草稗、異型莎草、水莧菜及陌上菜，與施用36%芐嘧磺隆·二氯喹啉酸WP270 g／hm2的防治效果相當［37］。稻蝦共作年限越長，雜草控制效果越好，但多年生雜草假稻或其他深水性雜草的危害可能會加重［37］。稻蝦共作2～3年時，比常規模式稻田雜草總密度降低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%［43］。稻蟹生態種養中蟹的放養密度和蟹齡越大，對稻田雜草的抑制效果越好，蟹對闊葉雜草的防治效果優于對單子葉禾本科雜草的防治效果，蟹對闊葉雜草的控草效果可達到 70.93% ～80.89%［45，46］。

綜上所述，水稻田中養殖的魚類、禽類、甲殼類能通過活動、取食和踐踏抑制雜草萌發或生長，對雙子葉闊葉類雜草的防治效果優于單子葉禾本科雜草的防治效果，能夠達到節藥增效的目的。

5 生態種養對稻田病蟲害的影響

水稻害蟲包括稻縱卷葉螟和稻飛虱。稻縱卷葉螟成蟲在田間一般停留在稻葉中上部，稻飛虱主要危害稻叢基部。水稻基部的害蟲會被稻田里的魚類、兩棲類和甲殼類動物吃掉，水稻中部和上部的害蟲會被稻田里的禽類吃掉［48］。黑斑蛙對水稻植株基部害蟲具有捕食作用，但不能有效控制稻田中上部的蟲害［49］。晚稻每公頃放養900只牛蛙和1500只牛蛙對稻飛虱的防控效果分別為56.5%和69.2%，表明稻田養蛙能有效防控稻飛虱［50］。盛瀛［51］研究表明，稻鱉共作30 d后，對稻飛虱的防控效果優于施用化學藥物（30%吡蚜酮懸浮劑）且防控效果穩定，可有效控制稻飛虱。江龍林［52］研究表明，放養規格3 cm左右的蝦苗（250～600只／kg）22.5萬尾／hm2或450～750 kg／hm2，可有效控制稻飛虱危害。鴨子能有效且穩定地控制稻飛虱和稻縱卷葉螟成蟲種群在水稻分蘗至孕穗期的數量［2，53］。蜘蛛是水稻害蟲的重要天敵之一，數量大、種類多，均為捕食性［54］。研究表明，蜘蛛對水稻害蟲有跟隨現象，保護稻田蜘蛛能控制水稻害蟲數量［55，56］。馬曉慧等［54］共調查蜘蛛標本16 783頭（共31種，隸屬于11科，以園蛛科、狼蛛科、皿蛛科數量最多），發現稻蟹田蜘蛛個體數量顯著多于常規田。周華光等［57］研究表明，稻鴨共作20 d時稻飛虱數量減少45.9%，稻鴨共作50 d時稻飛虱數量減少66.8%；養殖鴨子的時間越長對稻飛虱的防治效果越好，而蜘蛛數量為非稻鴨田的1.6倍，大幅提高了蛛虱比，有利于控制稻飛虱。福壽螺由于其適應性強、食量大、繁殖力高，大量啃食水稻植株，能迅速在農田擴散，對水稻危害嚴重［10，11，58］。研究表明，鴨子［59，60］、水龜和鯉魚能有效控制福壽螺的數量［61］，稻田養鴨密度為210只／公頃時，對稻田福壽螺的防控效果最佳［62］。

紋枯病、稻瘟病是水稻的主要病害。稻田生態種養中的共生動物取食稻田部分菌核、大量病原菌和枯老病葉，在田間的活動會促進稻田通風透光，營造不利于病害發生的環境，提高植株抗病能力，從而打亂病源滋生環境，減輕稻田發病幾率［63，64］。稻田養魚能攝食大部分老病葉鞘部分，有效根除病源，控制紋枯病的發病程度，能降低稻株的枯心率及白穗率［11，26］。

綜上所述，稻田生態種養能有效控制稻縱卷葉螟、稻飛虱和福壽螺對水稻的危害，顯著提高蛛虱比；減輕水稻紋枯病、稻瘟病的發病率。