論農田生態種養工程

2019-09-12 03:25:04傅志強劉小燕黃興國戴振炎余政軍廖曉蘭鄭華斌

作物研究 2019年5期

黃璜，傅志強，劉小燕，陳燦，黃興國，王華，戴振炎，余政軍，廖曉蘭，張亞，鄭華斌，龍攀，徐瑩

（1湖南農業大學農學院，長沙410128；2湖南農業大學動物科學技術學院，長沙410128；3湖南農業大學資源環境學院，長沙410128；4湖南農業大學植物保護學院，長沙410128）

1 農田生態工程的框架與內涵

農田種養生態工程是以農田為平臺，以豐產高效優質為目標，以市場和產業化為導向，農作物與水產、家禽進行立體生產的工程。農田生態種養工程遵循農田系統物質循環原理，以片區農田為單元，設計基于最優化，工藝采用分層多級利用，實現農作物與動物共生、農田持續高效生產、能量多功能利用、物質循環利用、減肥減藥、環境自凈。農田生態種養工程可分為稻田與旱地兩類。

農田種養生態工程是一個基于農作物并吸納其它動物、植物的系統，具有穩定性（農田的穩定性，作物與水產及禽類生產的穩定性，農產品供應的穩定性，農民的穩定性）、關聯性、持續性。提供更多就業機會，產品高產、優質、高效、生態、安全。

與常規農作物生產、水產生產、家禽生產比較，農田生態種養工程優勢明顯，更強調由丘塊擴展至一片農田；空間更強調由平田擴展至塘、壟、廂、溝、田埂；時間更強調由春、夏、秋擴展至全年；互作更強調由生物與環境間的關系擴展至生物與生物、生物與非生物。

實行農田種養生態工程，農作物生產轉型升級：片為單元，塘田一體，四季生產；田方埂高，廂寬溝深，溝中有水；水中有魚，水面有萍，水上有鴨；廂中有蚯蚓，廂面有秸稈，廂上有植物與動物；稻中有內生菌，稻表有護泥；冬季有豆科作物，早春有花，暮春有青果。

農田種養生態工程可以進一步挖掘作物生產時空潛力，解決農田生產、作物生產相對效益偏低、肥料利用不合理、灌溉用水與農藥用量大、耕作強度與管理強度大的問題。同時也有助于解決水產、家禽生產爆發性疾病防控與過量使用藥物的問題。

2 農田生態種養工程的背景與機遇

2.1 糧油產業需要農田生態種養工程

我國正大力推進鄉村振興，并把產業興旺作為第一抓手。在南方，水稻生產是農業生產的大頭，稻農無論經營規模大小，都有增加收入的強烈愿望。單純的水稻生產，收入來源渠道單一，難以實現大幅度增收，而稻田生態種養工程可解決這一矛盾，促進穩糧增收。我國涉稻企業經營產品相對單一，主要是與水稻產前、產中、產后相關的農業生產資料和稻谷。依托稻田生態種養工程，在原有基礎上增加水產產前、產中、產后相關農業生產資料、水產品的經營，經營量增加。種糧大戶在極端天氣概率增加的背景下，要確保糧食穩產有一定困難，通過稻田生態種養工程，稻農在極端氣候條件下也可能有水產、家禽的收入，相當于為水稻生產提供了保障，有利于保護稻農的生產積極性。

2.2 水產行業需要稻田生態種養工程

為保護水庫水質，各地正加大網箱上岸的力度。一方面要保持水產的產能，另一方面解決大批魚離開水庫暫養或長期飼養的問題。目前網箱上岸的主要品種為青、草、鰱、鳙等四大家魚，除青魚外，草、鰱、鳙魚都很容易在稻田與水稻共生。在稻田建立魚氹后也可養殖青魚，而且還可實現多種魚混養。此外，稻田養魚可以有效解決池塘精養面臨的尾水處理成本增加的問題，在正常密度下水稻可吸收水中富余養分，無需進行尾水處理，而且稻田能生產品質更高、價格更高的水產品。

2.3 作物生產需要農田生態種養工程

無論是水稻還是其它旱生作物，在生長過程中都需要水。農民為了應對可能遇到的干旱，會在農地蓄水，但蓄集的水并不能用在作物最需水時期。建設“稻+”農田生態種養工程，水稻生長過程中，可以適當深灌以蓄水，對稻田養魚、養鴨、養蛙有利。對于旱地作物，則需排水以形成干燥環境，利于雞的生長。與現有種植方式比較，農田生態種養工程適應不同區域、不同作物、不同生產方式的能力更強。

3 農田生態種養工程的類型

農田生態種養工程分為稻田生態種養工程與旱地生態種養工程兩類。以稻田生態種養工程為例，受地域、水源、氣候等因素的制約，不能采用單一模式，而應因地制宜，因時制宜。在長期的實踐中，我國稻農不斷探索、創新，形成了同時具備產業化、市場化的稻田生態種養工程，北至黑龍江，南至海南，東至臺灣，西至新疆，無論是規模還是單產、效益，都領先于世界，成為我國稻作的又一張新名片。稻田生態種養工程可分為稻+、稻田+、稻作+等3種。

（1）稻+模式主要利用水稻生育期間大部分時間可保留水層的優勢，形成水產、鴨活動的環境，建立稻鴨共生、稻魚共生、稻雞共生、稻魚鴨共生模式。一是耦合成稻+禾花魚、稻+蟹、稻+小龍蝦、稻+鴨、稻+青蛙、稻+泥鰍、稻+甲魚、稻+雞、稻+南美白對蝦、稻+草魚、稻+南美斑點叉尾鮰等；二是耦合成稻+多種水產、水禽，如稻+禾花魚+鴨、稻+小龍蝦+蟹+白鰱花鰱、稻+鱉+草魚+白鰱花鰱+螺、稻+青蛙+泥鰍、稻+草魚+鯽魚+泥鰍等。

（2）稻田+模式主要利用稻田蓄水方便并具有一定的排水能力的優勢，種植其它水生植物或旱生植物、養殖其它家禽。一是可以種植其它水生植物如蓮、茭白、菱角等；二是可以在冬季種植油菜、蠶豆、豌豆等；三是可以在稻田形成壟溝式、廂溝式的旱作結構，壟、廂上種植水稻并養雞，溝中養魚。

（3）稻作+模式基于我國稻作源遠流長、類型豐富，推廣稻作文化。一是利用稻作的生態原料生產文化產品，稻田生態種養形成的稻谷可加工成魚米（蝦米）、米酒、糍粑、甜酒等，魚、鴨、雞可加工成休閑食品、發酵食品、節慶食品，稻草、荷葉可加工成工藝品、保健品；二是為旅游觀光、生產體驗、科普教育提供場所。此模式有八個特點：1）操作性強。只要有田，近郊鄉村都可推廣；2）娛樂性強。抓鯉魚摸泥鰍，到手了收獲滿滿，失手了留點遺憾；3）觀賞性強。抓魚的喜悅溢于言表，泥人的裝束唯我獨尊；4）挑戰性強。收獲既可以論大小，也可以論多少，還可論品種；5）參與性強。無論男女老少都可參加，有經驗更好，沒有經驗更刺激；6）安全性強。水淺、埂低、稻矮，便于監護、觀察；7）普適性強。門檻低，無論規模大小、無論有無經驗，都可舉辦；8）穩定性強。不受氣候影響，晴天可準備防曬工具，雨天可用防雨工具，只要下田，就有收獲。

4 農田生態種養工程的形成與發展

由我國稻農創造的“稻魚共生”“稻魚鴨共生”兩個模式分別于2005、2011年被聯合國授予“全球重要農業文化遺產”，是典型的稻田生態種養工程。稻田生態種養經歷了從模式向工程的轉變，凝練稻作精華。我國江南一帶稻農在漫長的實踐中創造了稻田生態種養模式：在水稻生長過程中，將魚苗、雛鴨、雛雞或成鴨、成雞放入稻田，共生互利，既為魚、鴨、雞提供活動場所，又為其提供昆蟲、嫩草、田螺等餌料，動物的活動還可產生中耕、除草的作用。

初級階段的稻魚共生、稻魚鴨共生模式，以稻為主，兼顧魚、鴨、雞，一水兩用、一田兩用，稻魚雙收。稻田生態種養工程則是針對稻田生態種養模式的優勢與劣勢，以生產商業化、產品市場化、產業特色化為目標，優化生產單元結構，增大已有功能，增加新的功能，在整體上進行改進，形成穩定性強、持續性強的生態工程，其最大的改進是設計上以片區稻田為單元，采用塘田結合、壟廂結合方式，既增加單位面積產出，又增強系統穩定性。

稻田生態種養工程是典型的立體型稻田種養復合生態系統，即在一片相鄰的稻田，把種植水稻、前后茬作物與水產、禽類按一定結構組合在同一生態系統中，充分利用稻田的立體空間，實現光、熱、水及生物資源的高效耦合，其關鍵點是提高穩定性，提高抗逆能力。同時增加稻田生態系統的能量產出、改善稻田環境、改善動物與植物產品品質。

稻田生態種養工程與稻田生態種養模式比較，其區別主要在以下幾點：（1）設計尺度上變以一丘田為單元為一片田為單元；設計主體上變以單一生物獨立作用為主為以多個生物協同作用為主，如養鴨主要是為水稻消滅害蟲、中耕除草，遇連續低溫陰雨或鴨苗過大或過小，不能滿足中耕除草要求時，則可用個體重0.5 kg以上的草魚或個體重0.2～0.5 kg以上的雞代替；（2）設計結構上由粗放組織向精準控制轉變，如由鴨子在稻田游牧向在單位面積上固定一定數量鴨子圍欄養殖，如果鴨群數量過小則補入一定數量個體重0.2～0.5 kg以上的雞；群體過大則調出；（3）設計功能上由單純為水產、禽類提供活動場所向提高稻田利用的經濟、生態、社會綜合效益轉變，如在不施用殺蟲劑、除草劑的前提下，增加包括摸魚體驗、稻田觀光、研學旅行等拓展，實現一二三產業融合。

5 農田生態種養工程的理論分析

5.1 社會適應性

不同農田生態種養模式的社會適應性不同，最重要的判斷標準是風險控制能力。農田生態種養發展狀況的一個重要標志是持續性。少部分經營者從事農田生態種養，以失敗告終，究其原因是風險管控能力弱。經營大戶從事農田生態種養，首要的是確定適宜的模式，而度量則是經營者本身控制風險的能力（表1）。

表1 稻魚生態種養工程不同模式風險對比

5.2 物質利用分析

與作物單種、農田種養模式相比，農田生態種養工程在物質利用方面有更大的優勢，主要體現在循環利用、形成食物鏈。以稻田為例，分析稻魚生態種養工程的優勢如表2。

表2 單種、稻魚種養、稻魚生態種養工程物質利用比較

5.3 投入輔助能分析

采用稻魚生態種養工程，可減少輔助能投入，最顯著的是減少農藥的投入，其次是減少人力的投入。與單種水稻比較，采用稻魚生態種養工程，顯著減肥減藥，顯著減少輔助能（表3）。

表3 單種、稻魚種養、稻魚生態種養工程投入輔助能比較

5.4 能量消耗及轉化

稻魚種養生態工程可提高能量轉化效率，變廢為寶，其中轉化過程中最具有生態學意義的是在水稻與生物之間，增加了雞的生物環節，雜草、浮游動植物成為魚的餌料（表4）。

表4 單種、稻魚種養、稻魚生態種養工程能量消耗及轉化比較

5.5 空間與時間利用及空間與時間利用耦合

空間與時間利用及空間與時間利用耦合的狀況見表5。

表5 單種、稻魚種養、稻魚生態種養工程空間與時間利用及其耦合

6 農田生態種養工程的功能與優勢

采用農田生態種養工程，能發揮比常規作物生產、水產生產、家禽生產更大的功能。一是田更凈。壟廂栽培后形成穩定的濕潤區，有利于蚯蚓生長，在農田中更好發揮的凈土作用；二是土更肥。冬季可栽培油菜、豆類，春、秋季有綠萍，魚與家禽排泄物為稻田提供就地利用的優質有機肥，培肥土壤；三是田更大。采用壟廂栽培后，田表面積更大，蓄水量更大，提高了農田的生產率。

采用農田生態種養工程，形成水體區、濕生區、旱生區、過渡區，生物多樣性增強，農作物抗逆能力增強，地下部活動空間增大，動物食物譜擴大、棲息范圍擴大，適應極端氣候能力增強，適應市場變化能力增強。

采用農田生態種養工程，滿足現有社會需求。與農作物、水產、家禽常規生產比較，農田生態種養工程優勢明顯：一是調動種植業、養殖業大戶生產積極性，保持生產能力；二是調動涉農企業經營的積極性、促進農產品流動的主動性；三是促進農作物面積穩定，為糧食安全出力，保障糧食持續增長。

農田生態種養工程滿足經濟需求有優勢。我國農業產業提質升級正加速推進，實行生態種養，讓普通農產品變優質產品、優質產品變精品、中檔與低檔產品變為高檔產品。以稻魚雞鴨混合生態種養為例，水稻升值，田魚成為珍品，雞鴨成為禮品。

農田生態種養周年有雞鴨活動，解決了免耕后雜草難控的問題，也解決了秸稈處理的問題；免施農藥，少施化肥，不灌泡田水；水庫魚進田，工廠雞下地，秸稈實時還田。

7 農田生態種養工程的方法與技術

在農作物、水產、家禽常規生產方法、技術基礎上，進行改進，形成農田生態種養方法：高稈抗倒水稻品種與豐產抗逆水產品種結合，免耕與培土結合，禾本科與豆科結合，禾本科與十字花科結合，溝灌與雨灌結合，作物與雞鴨魚結合，秸稈還田與蚯蚓培育結合，化肥與有機肥結合，防草與治草結合，病蟲防治與雞鴨飼養結合。農田生態種養技術：水稻品種選擇技術、水產與家禽品種選擇技術、水稻抗倒技術、水產與家禽防天敵技術、土壤與水體培肥技術、機械開溝分廂與清溝散土技術、深溝養魚與養螺技術、廂壟養雞與養鴨技術、廂壟養殖蚯蚓技術、水稻機械旱直播技術、水稻機械丟秧技術、水稻施肥技術、病蟲草害防控技術、冬季作物種植技術。

8 農田生態種養工程的農藝與條件

8.1 品種要求

水稻品種：高產優質、高稈抗倒、抗病抗蟲、株型緊湊、耐非生物逆境（如鎘低積累）、養分高效利用、適宜機械化（輕簡化）、根系發達分布深。

豌豆品種：品質好，抗病蟲，耐漬，早熟，高產，直立，稈略高，抗倒，株型緊湊。

蠶豆品種：生物量大，品質好，抗病蟲，耐漬，早熟，高產，稈略高，抗倒，株型緊湊。

油菜品種：高產、高油酸、花艷、花期長、早熟、抗倒、稈略高。

紫云英品種：高產、半匍匐、花艷、花期長、早熟、易繁種。

魚品種：適合淺水、生長周期適中、冬季耐低溫、夏季耐高溫、自然繁殖能力強、商品性好、商品彈性大、適合年輕群體消費。

禽品種：生長周期適中、耐濕、具有觀賞性、商品性好、商品彈性大。

蚯蚓品種：高產、耐濕、繁殖系數大、非生物逆境抗性強。

8.2 管理策略

農田選擇原則上以三低田為主，即低產田、低洼田、低溫冷浸田。土壤要求不高，嚴重砂漏田可養殖泥鰍；如果養魚，可沿田埂加防滲膜，少量投入即可解決漏水缺水問題。肥料以有機肥為主，冬季培肥與養魚肥田為主，化肥為輔。蓄水為主，灌溉為輔，無泡田水。溝灌為主，不上廂面。投放中、大規格禽、魚、螺，在田中輪捕輪放，盡量縮短生長周期以減少自然風險，提高商品率。蚯蚓在田中生長繁殖，注意防范天敵。植物保護以禽、魚生物防控為主，物理誘殺為輔，原則上不采用化學防治。中、小型機械為主，半機械化為輔。開拓研學旅行市場、觀光旅游市場、休閑體驗市場，中、高端市場為主，團體市場為主，節慶市場為主。

8.3 技術策略

水稻生產：一季稻與雙季稻相結合、機械直播與機械插秧相結合、水管與旱管相結合。

旱作生產：輪作與間作相結合、直播與移栽相結合、免耕與淺耕相結合、早播與早收結合、混種與輪種結合。

動物生產：中密度與循環水結合、自然餌料與輔助投餌結合、體驗捕撈與生產捕撈結合。

產業融合：生產與觀光結合、觀花與采摘結合、科教旅游與休閑旅游結合、會議參觀與團隊旅游結合。

9 農田生態種養工程的結構

農田生態工程結構包括設施結構、生物結構。以稻田生態工程為例。要獲得持續、穩定的稻田生態種養效益，設施結構必須具備較強的防洪防旱、周年均衡生產兩種能力。要形成這些能力，生物結構的設計必須由稻+魚、稻+鴨、稻+雞向稻+N轉變，即稻田中有多種水產、家禽品種混養；設施設計與實施的思路必須由盲目建設向因地制宜轉變；設施設計與實施的單元必須由單丘田向一垅田、一片田轉變；設施設計對象必須由水道向水道與魚道結合轉變；設施設計因素必須在生物、場地的基礎上增加生態因素。在總結前人經驗基礎上，集成平板式、田氹式、壟溝式、塘田式的優點，提出塘田廂結構，即在一垅田和一片田中設計蓮塘、田渠、壟溝、廂溝，并將其有機銜接、有序構建，形成持續、穩定的生產能力（圖1～5）。

如圖1～5所示：模擬的一片稻田，通過垅塘、田渠、壟溝、廂溝有機結合，產生3個作用，一是水的聯通，1號田的蓮魚共生為塘的形式，可蓄積大量的水，供給其余的稻魚（鴨）田，而且是抗旱的必需；二是防魚在洪水時逃逸，在位置最低的16號田的下方設置防逃網，洪水時大量魚會隨水聚集在低處，16號田成為魚的集中處；三是為池塘暫養的魚進入稻田創造條件，暫養魚苗或成魚可在塘中活動，依托相鄰的稻田，容易將魚趕入稻田，并再進入其它稻田；四是塘田壟廂溝結構可實現植物多樣性和動物多樣性：水稻、油菜、蓮藕、水草、魚、蛙、雞、鴨、蚯蚓在一片稻田中共生。