稻漁綜合種養(yǎng)的科學(xué)范式

管衛(wèi)兵, 劉 凱, 石 偉, 宣富君, 王為東

1 上海海洋大學(xué),海洋生態(tài)與環(huán)境學(xué)院, 上海 201306 2 淮安市蘇澤生態(tài)農(nóng)業(yè)有限公司, 淮安 223218 3 銀川科海生物技術(shù)有限公司, 銀川 750000 4 鹽城師范學(xué)院,江蘇灘涂生物農(nóng)業(yè)協(xié)同創(chuàng)新中心/江蘇省鹽土生物資源研究重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 鹽城 224051 5 中國(guó)科學(xué)院生態(tài)環(huán)境研究中心,環(huán)境水質(zhì)學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室/中國(guó)科學(xué)院飲用水科學(xué)與技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 北京 100085

稻漁綜合種養(yǎng)是在我國(guó)傳統(tǒng)稻田養(yǎng)魚(yú)的基礎(chǔ)上,經(jīng)過(guò)近年來(lái)的不斷提升和優(yōu)化、推廣和實(shí)踐發(fā)展起來(lái)的新的農(nóng)業(yè)模式[1]。稻田綜合種養(yǎng)這個(gè)詞最早是從江蘇省揚(yáng)州市傳統(tǒng)稻田養(yǎng)殖發(fā)展中提出來(lái)的,起先是由揚(yáng)州大學(xué)張洪程院士團(tuán)隊(duì)提出稻漁共作這個(gè)概念[2- 3]。2012年,江西省水產(chǎn)技術(shù)推廣站第一次提出“稻漁種養(yǎng)”模式概念。2016年江蘇省泗陽(yáng)縣首次使用“稻漁綜合種養(yǎng)”這個(gè)名詞[4]。

不少水稻種植大省,根據(jù)自身的條件,發(fā)揮農(nóng)民的智慧,創(chuàng)新發(fā)展稻田綜合種養(yǎng)模式,尤其是湖北省稻蝦連作的創(chuàng)舉為中國(guó)稻田綜合種養(yǎng)殖的現(xiàn)代化突破提供了標(biāo)準(zhǔn)版[5- 6]。安徽省有較好的自然氣候條件,2006年開(kāi)始發(fā)展稻蝦共作和輪作實(shí)踐[7]。浙江省是稻田養(yǎng)魚(yú)的傳統(tǒng)產(chǎn)區(qū),具有著悠久的歷史[8],2013年在德清縣召開(kāi)了稻漁綜合種養(yǎng)示范項(xiàng)目總結(jié)會(huì)。2016年農(nóng)業(yè)部成立稻漁綜合種養(yǎng)產(chǎn)業(yè)技術(shù)創(chuàng)新聯(lián)盟,確定稻漁綜合種養(yǎng)是一種農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的新模式。至此,稻田綜合種養(yǎng)走上了新的階段[9- 11]。

實(shí)踐證明,稻田綜合種養(yǎng)具有良好的經(jīng)濟(jì)和生態(tài)效益,能夠?qū)崿F(xiàn)水稻田化肥、農(nóng)藥減量化,實(shí)現(xiàn)綠色、高效生產(chǎn)[12- 14]。但稻田綜合種養(yǎng)模式很多,涉及學(xué)科領(lǐng)域較多,是一種復(fù)合的生態(tài)模式,很多關(guān)鍵技術(shù)都亟需突破[15],本文對(duì)此進(jìn)行系統(tǒng)總結(jié)歸納。

1 傳統(tǒng)稻漁綜合種養(yǎng)模式

傳統(tǒng)稻漁綜合種養(yǎng)大體上可以劃分為稻魚(yú)、稻蟹、稻蝦3種主要類(lèi)型(圖1)。

圖1 稻漁綜合種養(yǎng)的3種類(lèi)型Fig. 1 Three types of integrated rice-fish farming systems (a) 傳統(tǒng)的同池稻漁共作,就是傳統(tǒng)的稻魚(yú)共生;(b) 分池稻漁共作形式,將稻田作為濕地,凈化水產(chǎn)池塘養(yǎng)殖用水;(c) 采用稻漁共作系統(tǒng)和水產(chǎn)養(yǎng)殖系統(tǒng)相耦合的模式,其中水產(chǎn)養(yǎng)殖采用一種水產(chǎn)養(yǎng)殖形式或多種形式一起構(gòu)建

1.1 稻田養(yǎng)魚(yú)

稻田養(yǎng)魚(yú)的歷史比較悠久,浙江省青田縣稻田養(yǎng)魚(yú)距今已有1200多年的歷史,是全球重要農(nóng)業(yè)文化遺產(chǎn)保護(hù)項(xiàng)目[16- 17]。1981年倪達(dá)書(shū)提出了“稻魚(yú)共生”理論[18]。安全的全球糧食供應(yīng)依賴(lài)于可持續(xù)的水稻生產(chǎn),稻魚(yú)系統(tǒng)可以幫助維持水稻生產(chǎn)[19]。稻-魚(yú)養(yǎng)殖系統(tǒng)構(gòu)成了世界上獨(dú)特的農(nóng)業(yè)景觀[20]。在稻-魚(yú)系統(tǒng)中,傳統(tǒng)水稻品種其產(chǎn)量低于雜交品種,但肥料和農(nóng)藥的施用量亦較低[21- 22]。綜合稻魚(yú)養(yǎng)殖可通過(guò)優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)利用來(lái)優(yōu)化稀缺的土地和水資源,并可充分利用魚(yú)類(lèi)和水稻之間的協(xié)同作用來(lái)互促養(yǎng)分利用[23]。盡管綜合稻田養(yǎng)魚(yú)是資源利用、多樣性、生產(chǎn)力、生產(chǎn)效率和糧食供應(yīng)方面最好的養(yǎng)殖系統(tǒng)[24- 25],但要充分發(fā)揮其潛力,還需要更多的政策鼓勵(lì)[26]。

1.1.1稻魚(yú)系統(tǒng)水稻生產(chǎn)效益情況

許多研究者報(bào)道了稻-魚(yú)養(yǎng)殖對(duì)水稻產(chǎn)量的影響。一些報(bào)告顯示水稻產(chǎn)量增加,另外一些報(bào)告則顯示水稻產(chǎn)量沒(méi)有受到影響或者產(chǎn)量發(fā)生下降[27]。有報(bào)道顯示：與單一的栽培系統(tǒng)相比,稻田中養(yǎng)殖面積的增加,導(dǎo)致稻魚(yú)系統(tǒng)中水稻產(chǎn)量可能會(huì)降低[28]。另有報(bào)道指出：水稻-魚(yú)類(lèi)整合系統(tǒng)水稻產(chǎn)量增加的百分比為7.9%—8.6%;無(wú)論放養(yǎng)密度如何,系統(tǒng)中總體的水稻產(chǎn)量在12.5 cm堰高度地塊中都很高[29]。

不同稻魚(yú)共生方式中其水稻、水產(chǎn)養(yǎng)殖效益不同[30]。有研究報(bào)道表明：與常規(guī)稻作系統(tǒng)相比,稻魚(yú)共生系統(tǒng)其凈收入較高,投入產(chǎn)出比、投資利潤(rùn)率并不高,但從生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值角度看,稻魚(yú)共生系統(tǒng)卻比常規(guī)稻作系統(tǒng)要高出7447元/hm2[31]。稻-魚(yú)整合可能是低地地區(qū)小農(nóng)戶(hù)農(nóng)業(yè)多樣化的可行選擇[32]。有研究者發(fā)現(xiàn)深水稻-魚(yú)類(lèi)養(yǎng)殖系統(tǒng)中有較高的稻米產(chǎn)量(38.5 t/hm2),這種生態(tài)友好的雙重生產(chǎn)系統(tǒng)和堤壩上的園藝能產(chǎn)生利潤(rùn)豐厚的回報(bào),并創(chuàng)造就業(yè)機(jī)會(huì),可以在低地和澇漬地區(qū)采用和推廣[33]。但如果播種率高則會(huì)導(dǎo)致稻秧過(guò)度密集,從而抑制魚(yú)類(lèi)的生長(zhǎng)。所以,改善魚(yú)類(lèi)生產(chǎn)的有利情況是適當(dāng)?shù)牡咎锝ㄔO(shè),減少播種率,并在旱季早期放養(yǎng)魚(yú)種和可采取更加密集的飼養(yǎng)[34]。

1.1.2稻魚(yú)系統(tǒng)稻田基礎(chǔ)設(shè)施及種植情況

由中央水稻研究所開(kāi)發(fā)的水稻-魚(yú)類(lèi)綜合養(yǎng)殖系統(tǒng)于2002年在阿薩姆邦Gerua區(qū)域旱作水稻研究站進(jìn)行了測(cè)試,取得了較好的效果,其基礎(chǔ)設(shè)施情況是在0.5 hm2的低地稻田中,60%用于田間,17%用于溝渠和池塘,剩余的23%用于在農(nóng)場(chǎng)周?chē)ㄔ斓虊渭胺N植蔬菜、水果、觀賞植物和發(fā)展其他農(nóng)林業(yè)[35]。種植水稻的具體模式可以遵循常規(guī)種植(regular planting, RP, 行間距26 cm)、兩種寬行大壟種植(border planting, BP) (BP1行間距36 cm, BP2行間距75 cm)等模式。其中,BP2能夠使稻田內(nèi)的水生初級(jí)生產(chǎn)力水平全面提升,從而具有作為低技術(shù)方法的潛力,可推廣用于提高孟加拉國(guó)和其他發(fā)展中國(guó)家的稻田魚(yú)類(lèi)生產(chǎn)[36]。為了提高稻田單位體積的生產(chǎn)率,稻田堰高宜設(shè)為12.5 cm,并在稻田的三面開(kāi)挖溝渠(0.5 m寬,0.3 m深),占地面積9%的魚(yú)溝中魚(yú)群放養(yǎng)密度可達(dá)25000尾/hm2,在不施用農(nóng)藥的情況下可產(chǎn)生約4.4 t/hm2的水稻當(dāng)量產(chǎn)量。從該雙重生產(chǎn)系統(tǒng)中獲得的凈利潤(rùn)為10781.01盧比/hm2[37]。

1.1.3稻魚(yú)系統(tǒng)營(yíng)養(yǎng)利用情況

傳統(tǒng)的稻魚(yú)共生系統(tǒng)能夠有效地利用水體和土地資源。通過(guò)優(yōu)化肥料與飼料中添加氮相對(duì)數(shù)量的管理,傳統(tǒng)稻魚(yú)系統(tǒng)中在魚(yú)產(chǎn)量增加的同時(shí)不會(huì)加重氮污染[38]。稻魚(yú)養(yǎng)殖系統(tǒng)中要注意保證稻田水體常規(guī)水質(zhì)達(dá)到水產(chǎn)養(yǎng)殖的基本要求[39],而稻魚(yú)養(yǎng)殖中還會(huì)施用大量的肥料,不同施肥處理之間產(chǎn)量存在顯著的差異,氮∶磷∶鉀(N∶P∶K)比例為(20∶10∶10)的情況下,水稻的產(chǎn)量最高,表明肥料處理對(duì)水稻產(chǎn)量有顯著影響[40],在稻田中放養(yǎng)魚(yú)類(lèi)可能有助于提高稻田的土壤肥力[41]。

農(nóng)業(yè)活動(dòng)產(chǎn)生的沉積物和養(yǎng)分徑流可能導(dǎo)致水體污染和水質(zhì)惡化,在農(nóng)業(yè)活動(dòng)的關(guān)鍵時(shí)期,有必要探索將魚(yú)塘與水、沉積物及其中養(yǎng)分的臨時(shí)儲(chǔ)存,以及天然濕地作為沉積物和農(nóng)業(yè)養(yǎng)分的緩沖區(qū)的整合[42]。魚(yú)類(lèi)與作物的綜合種養(yǎng)殖越來(lái)越受到關(guān)注,以減少水產(chǎn)養(yǎng)殖的養(yǎng)分污染。高稈水稻-魚(yú)類(lèi)共培養(yǎng)體系下底土中氨氮、總磷和有效磷含量分別降低了91.1%、37.0%和58.6%。總成本僅增加了2.9%,但稻魚(yú)共生的凈收入增加了114.5%。這些結(jié)果表明,池塘中的稻魚(yú)共培養(yǎng)是減輕集約化養(yǎng)殖池中富營(yíng)養(yǎng)化的有效方法,也是增加水稻生產(chǎn)以實(shí)現(xiàn)糧食安全和養(yǎng)魚(yú)戶(hù)額外收入的潛在新途徑[43]。日本的稻田系統(tǒng)中通過(guò)鯽魚(yú)養(yǎng)殖,稻魚(yú)地塊的水稻產(chǎn)量比單純的水稻地塊高出20%,魚(yú)類(lèi)排泄物的施肥效果可能增加水稻產(chǎn)量[44]。

氮是作物生長(zhǎng)的必需元素,但過(guò)量施用氮肥有可能帶來(lái)肥效的降低,而且導(dǎo)致環(huán)境污染的發(fā)生[45]。稻-魚(yú)共作系統(tǒng)中隨著魚(yú)類(lèi)養(yǎng)殖密度和餌料投放量的增加,系統(tǒng)的生產(chǎn)力和經(jīng)濟(jì)產(chǎn)出大幅度提高,但是過(guò)高的養(yǎng)殖密度和飼料投喂肯定會(huì)導(dǎo)致稻田系統(tǒng)過(guò)高的營(yíng)養(yǎng)負(fù)荷[46]。北方寒地稻田引入魚(yú)類(lèi)養(yǎng)殖后,農(nóng)田土壤有機(jī)質(zhì)、全氮、全磷較高[47]。稻鰍共作提高了稻田土壤肥力,有助于促進(jìn)水稻對(duì)于磷、鉀元素的吸收,水稻分蘗率提高,產(chǎn)量增長(zhǎng)較多[48- 49]。

水稻-魚(yú)類(lèi)種養(yǎng)殖系統(tǒng)中氮素的管理對(duì)于提高水稻和魚(yú)類(lèi)之間協(xié)同作用具有重要意義,魚(yú)類(lèi)可以提高水稻對(duì)氮素的吸收。此外,補(bǔ)充飼料的供應(yīng)由于動(dòng)物的排泄而對(duì)水稻具有施肥效果[50]。

1.1.4稻魚(yú)系統(tǒng)生態(tài)系統(tǒng)研究

稻魚(yú)系統(tǒng)有較高的生態(tài)效益。稻田鯉魚(yú)腸道內(nèi)容物分析顯示共有60種食物,水稻為附生生物的定殖和生長(zhǎng)在提供基質(zhì)方面具有直接的影響[51- 52]。有報(bào)道表明稻魚(yú)共生系統(tǒng)中浮游植物群落多樣性增加,這說(shuō)明已經(jīng)形成較好的生態(tài)系統(tǒng),食物網(wǎng)結(jié)構(gòu)亦更加復(fù)雜,系統(tǒng)的穩(wěn)定性和生產(chǎn)力均得以提升[53]。稻田中藻類(lèi)對(duì)氮元素的遷移與轉(zhuǎn)化非常重要,同時(shí)藻類(lèi)光合作用也會(huì)增加水體溶解氧(dissolved oxygen, DO)的含量,提升水體的氧化還原電位;同樣地,藻類(lèi)也會(huì)加快尿素的水解,當(dāng)然稻田系統(tǒng)中過(guò)多的藻類(lèi)又會(huì)與水稻爭(zhēng)肥,影響水稻的生長(zhǎng)[54]。松嫩平原稻魚(yú)養(yǎng)殖復(fù)合生態(tài)系統(tǒng)水體中異養(yǎng)細(xì)菌的數(shù)量顯著高于普通稻田濕地中的數(shù)量,其生產(chǎn)量達(dá)到307.5 kg/hm2,所提供的魚(yú)產(chǎn)力為7.0 kg/hm2[55]。此外,針對(duì)稻魚(yú)養(yǎng)殖的生態(tài)模型也有相關(guān)報(bào)道。熱帶池塘質(zhì)量動(dòng)力學(xué)的模塊化是面向?qū)ο蟮亩酄I(yíng)養(yǎng)模型。基于已知物種的生物學(xué),12種代表性、功能性浮游生物物種的質(zhì)量動(dòng)力學(xué)被包括在該模型中[56- 57]。

1.1.5稻魚(yú)系統(tǒng)農(nóng)藥使用和病蟲(chóng)害控制情況

稻魚(yú)養(yǎng)殖的重要環(huán)節(jié)之一是控制或減少農(nóng)藥的使用,否則會(huì)嚴(yán)重影響水產(chǎn)品的生長(zhǎng)和品質(zhì),導(dǎo)致較大的食品健康負(fù)面影響。采用綜合蟲(chóng)害管理(integrated pest management, IPM)是主要的方向。在春季和夏季作物季節(jié),5%、41%(樂(lè)果)和1%、17%(殺螟松)的農(nóng)藥施用量分別從稻田流失到鄰近的池塘[58]。稻飛虱和葉蟬是主要的水稻害蟲(chóng),三種放養(yǎng)模式下的魚(yú)類(lèi)無(wú)法控制稻飛虱和葉蟬的數(shù)量,其他捕食性魚(yú)類(lèi)可能在飛虱和葉蟬控制方面更有效[59]。稻-魚(yú)模式下農(nóng)戶(hù)化肥、農(nóng)藥使用量比常規(guī)水稻種植模式的使用量減少15.2%和40.2%,成為改善稻區(qū)農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境的重要途徑[60]。與水稻單作相比,采用稻田養(yǎng)魚(yú)會(huì)導(dǎo)致農(nóng)藥施用量降低(23.2%),在稻田養(yǎng)殖魚(yú)類(lèi)的農(nóng)民不使用除草劑,在干燥和潮濕的季節(jié)分別將生產(chǎn)力提高40%—57%[61]。

對(duì)湄公河三角洲稻魚(yú)共生的農(nóng)業(yè)實(shí)踐和害蟲(chóng)管理策略調(diào)查后發(fā)現(xiàn),未來(lái)的生產(chǎn)系統(tǒng)不應(yīng)該被優(yōu)化為僅提供單一的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù),例如大米,而是旨在提供各種相互關(guān)聯(lián)的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù),如大米、魚(yú)類(lèi)、害蟲(chóng)控制和養(yǎng)分循環(huán)[62]。稻魚(yú)養(yǎng)殖為集約化水稻種植提供了競(jìng)爭(zhēng)性和可持續(xù)的替代方案,但前提是限制農(nóng)民使用殺蟲(chóng)劑。這不僅有助于降低生產(chǎn)成本,而且還有助于減少對(duì)環(huán)境和健康的影響,以實(shí)現(xiàn)可持續(xù)和多樣化的糧食生產(chǎn)[63]。

1.1.6稻魚(yú)系統(tǒng)溫室氣體排放研究

魚(yú)類(lèi)養(yǎng)殖與水稻栽培的整合有望實(shí)現(xiàn)對(duì)水淹生態(tài)系統(tǒng)的生態(tài)健全的、環(huán)境可行的管理[64]。稻米農(nóng)業(yè)導(dǎo)致溫室氣體甲烷(CH4)和氧化亞氮(N2O)的排放,但人們對(duì)稻魚(yú)養(yǎng)殖對(duì)這兩種溫室氣體排放的影響還知之甚少。稻田向水產(chǎn)養(yǎng)殖的轉(zhuǎn)化顯著降低了其CH4和N2O的排放量,降低比例達(dá)到48%、56%,將稻田轉(zhuǎn)變?yōu)樗a(chǎn)養(yǎng)殖將有利于協(xié)調(diào)溫室氣體減排和農(nóng)業(yè)收入增長(zhǎng)之間的平衡[65]。稻鴨和稻魚(yú)復(fù)合生態(tài)種養(yǎng)模式可以有效地減少和控制CH4和N2O排放,是減少稻田溫室氣體和緩解全球變暖的兩種有效策略。因此,這兩種模式的采用對(duì)環(huán)境和經(jīng)濟(jì)效益都很重要[66]。

亦有報(bào)道,養(yǎng)魚(yú)增加了種植兩種水稻品種的田間CH4排放量,其中CH4排放量增加了112%。相反,魚(yú)類(lèi)放養(yǎng)減少了種植這兩種水稻品種的田間地塊的N2O排放量。魚(yú)類(lèi)與相關(guān)生物運(yùn)動(dòng)的擾動(dòng)加上較高的溶解有機(jī)碳和CH4含量以及較低的溶解氧可能是水稻+魚(yú)類(lèi)組合系統(tǒng)釋放大量CH4的原因,而較高的溶解氧含量可能會(huì)影響單獨(dú)的水稻種植田并使之有更多的N2O釋放。就溫室氣體總排放量而言,與單獨(dú)水稻種植地塊(78%—81%)相比,水稻+魚(yú)類(lèi)地塊排放顯著更高,其中CH4貢獻(xiàn)了更大的份額(91%)。相反,N2O的貢獻(xiàn)則相對(duì)較小,在水稻單獨(dú)種植地塊中其比例為19%—22%,而在水稻+魚(yú)類(lèi)地塊中進(jìn)一步降低至9%[67]。

1.2 稻蟹共作系統(tǒng)研究

與傳統(tǒng)的稻田養(yǎng)魚(yú)相比,稻蟹共作的歷史相對(duì)較短,只有近30年的發(fā)展歷史[68]。稻蟹共生已成為中國(guó)北方水稻生產(chǎn)中重要的生態(tài)農(nóng)業(yè)過(guò)程。稻田養(yǎng)殖河蟹最早是從1986年麗水市首次進(jìn)行稻田養(yǎng)殖河蟹實(shí)驗(yàn)開(kāi)始的[69],1992年遼寧大洼縣全縣稻田養(yǎng)蟹面積發(fā)展到46.7 hm2以上,到1993年已達(dá)到466.7 hm2以上[70]。近年來(lái),隨著稻田養(yǎng)蟹規(guī)模的不斷發(fā)展,在不少省市也得到了大面積推廣[71]。稻蟹共作模式是繼稻田養(yǎng)魚(yú)模式之后,水稻與水產(chǎn)結(jié)合領(lǐng)域的一次重大革新,尤其是遼寧等北方地區(qū)稻田培育蟹種的模式是相當(dāng)成功的[72]。

1.2.1稻蟹共作中水稻和河蟹的生長(zhǎng)

稻蟹共作需要合適的水稻品種,胡小軍等研究了多個(gè)水稻品種在稻漁(蟹)共作條件下的生長(zhǎng)發(fā)育進(jìn)程,初步篩選出適宜江蘇里下河地區(qū)種植的水稻品種[73]。同時(shí),亦有學(xué)者根據(jù)稻蟹共作系統(tǒng)中水稻育秧移栽與直播水稻的栽培特點(diǎn)也提出適宜的生長(zhǎng)方式[74],并初步構(gòu)建了稻蟹生育與季節(jié)優(yōu)化同步的模式[75]。此外,不同稻蟹共作模式的純收入差異顯著[76],不合理的水稻種植模式可能導(dǎo)致嚴(yán)重的生態(tài)和環(huán)境問(wèn)題以及不可持續(xù)的農(nóng)業(yè)。盤(pán)錦市遼河流域水稻單作和常規(guī)稻蟹模式相比,優(yōu)化稻蟹模式的稻和蟹產(chǎn)量分別增加了8%—12%和9%;價(jià)值成本比例、經(jīng)濟(jì)效益密度和效益成本比分別增加了46%—51%、55%—80%和59%—66%[77]。不同河蟹幼蟹放養(yǎng)密度對(duì)水稻和蟹種產(chǎn)量有影響,研究表明在稻-蟹培養(yǎng)系統(tǒng)中,每平方米放養(yǎng)密度為3.75只至30只被認(rèn)為是合理的[78]。

1.2.2稻蟹共作中土壤理化變化

稻田養(yǎng)蟹對(duì)稻田的土壤結(jié)構(gòu)是有很大影響的,養(yǎng)殖稻田明顯改變了土壤的容重,增加大粒徑(>0.2 mm)團(tuán)聚體的含量,降低小粒徑(<0.002 mm)微團(tuán)聚體的含量,土壤pH值得到調(diào)節(jié),土壤有機(jī)質(zhì)的含量增加,但對(duì)土壤總氮含量的影響不顯著[79- 80]。有機(jī)稻蟹模式有效地改善了土壤碳水化合物的數(shù)量和組成,以確保水稻土的可持續(xù)利用;可顯著提高土壤有機(jī)碳和重組有機(jī)碳的含量,尤其是高量有機(jī)肥養(yǎng)蟹模式效果更為明顯[81- 83]。

稻蟹共生系統(tǒng)雖然水稻增產(chǎn)和普通稻田水稻產(chǎn)量差異并不太明顯,但可能由于“不間斷施肥”的效果,養(yǎng)蟹田其水稻產(chǎn)量較不養(yǎng)蟹田的產(chǎn)量相對(duì)較高,同時(shí)低密度放養(yǎng)扣蟹的生長(zhǎng)性狀較其他兩個(gè)處理均較為優(yōu)越,所以提高了整體經(jīng)濟(jì)效益。綜合考慮,低密度較為合理,0.75只/m2稻田養(yǎng)蟹的凈利潤(rùn)最高[84- 85]。稻蟹共作水稻的施肥關(guān)鍵在于用好基蘗肥,主攻穗數(shù)[86]。

1.2.3稻蟹共作水化學(xué)

稻蟹共作水體的水質(zhì)情況是否良好,對(duì)于蟹生產(chǎn)的保證是關(guān)鍵因素。養(yǎng)蟹田較不養(yǎng)蟹田的溶解氧更低,環(huán)溝中氮磷指標(biāo)也較田間稍高[87- 88]。研究發(fā)現(xiàn)：稻蟹養(yǎng)殖前期稻田水質(zhì)相對(duì)較好,比較適宜,這是由于河蟹總生物量較低,投餌量也較低;稻田環(huán)溝溫差較大,后期稻田溶解氧水平較低,與河蟹在邊溝中活動(dòng)較多有關(guān);同時(shí)秋季風(fēng)少,也不利于自然增氧[89]。

1.2.4稻蟹共作生態(tài)系統(tǒng)

稻蟹共作是一種生態(tài)型種養(yǎng)新模式,其中浮游生物是重要組成部分,對(duì)稻蟹共作生態(tài)系統(tǒng)平衡有一定的維持作用。研究表明稻蟹養(yǎng)殖中,稻田浮游甲殼動(dòng)物平均密度和平均生物量變化受溫度和河蟹的攝食影響最大[90]。

水稻不同生長(zhǎng)期,稻蟹田和常規(guī)稻田的浮游植物密度和生物量變化是不同的。揚(yáng)花期,常規(guī)稻田顯著高于高密度養(yǎng)蟹稻田;成熟期,常規(guī)稻田高于養(yǎng)蟹稻田。成熟期,養(yǎng)蟹稻田枝角類(lèi)平均密度顯著大于常規(guī)稻田,但輪蟲(chóng)變化規(guī)律是相反的。水稻分蘗期各稻田底棲動(dòng)物無(wú)顯著差異,拔節(jié)期和揚(yáng)花期,養(yǎng)蟹稻田底棲動(dòng)物的種類(lèi)數(shù)和密度均小于常規(guī)稻田;成熟期,底棲動(dòng)物的種類(lèi)數(shù)和密度均達(dá)到最低點(diǎn)[91]。

利用穩(wěn)定碳氮同位素研究了遼寧省盤(pán)錦市稻蟹系統(tǒng)的養(yǎng)分途徑和營(yíng)養(yǎng)關(guān)系。δ13C結(jié)果表明,麥穗魚(yú)對(duì)中華絨螯蟹的餌料貢獻(xiàn)最大,而δ15N結(jié)果表明大多數(shù)食物對(duì)螃蟹的餌料貢獻(xiàn)超過(guò)10%;系統(tǒng)由3個(gè)營(yíng)養(yǎng)級(jí)別(級(jí)別0—2)組成：中華絨螯蟹、麥穗魚(yú)和泥鰍、霍甫水絲蚓處于第二級(jí),浮游動(dòng)物處于第一級(jí),懸浮顆粒物和大型植物處于最低營(yíng)養(yǎng)位置[92]。

1.2.5稻蟹共作草害和蟲(chóng)害

稻蟹養(yǎng)殖對(duì)雜草和防蟲(chóng)有控制功能。對(duì)雜草防除效果良好,可與施用除草劑的效果相當(dāng)或稍好,除草效果持久。株防效和鮮重防效分別可達(dá)26.4%—44.3%、17.7%—42.8%,不投料的可以達(dá)到50%以上[93- 94]。與常規(guī)稻田相比,稻蟹共作蟲(chóng)害發(fā)生較輕,主要是稻田紋枯病。稻飛虱及稻縱卷葉螟等發(fā)生危害均較輕,但條紋葉枯病發(fā)生略重于常規(guī)稻田[95]。

1.3 稻蝦共作系統(tǒng)生態(tài)研究

稻蝦共作是先進(jìn)綠色農(nóng)業(yè)種養(yǎng)模式,可實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)和生態(tài)效益雙豐收的目的[96]。湖北江漢平原地區(qū)克氏原螯蝦(簡(jiǎn)稱(chēng)小龍蝦)養(yǎng)殖主要有稻蝦共作、池塘養(yǎng)殖、湖泊養(yǎng)殖等三大類(lèi)型。近年來(lái),藕-蝦、茭-蝦、蝦-蟹-魚(yú)、蝦-鱔-稻等新模式也不斷發(fā)展。稻蝦共作模式是一種以澇漬水田為基礎(chǔ),以種稻為中心,稻草還田養(yǎng)蝦為特點(diǎn)的復(fù)合生態(tài)系統(tǒng)構(gòu)建模式。稻田養(yǎng)蝦有很多益處：第一個(gè)就是能有效控制雜草數(shù)量,減少除草劑的用量。隨著稻蝦共作時(shí)間的延長(zhǎng),稻田雜草發(fā)生和多樣性表現(xiàn)出先減少后增加的趨勢(shì),并呈現(xiàn)出新的雜草群落結(jié)構(gòu)[97]。總體效果與化學(xué)除草處理相當(dāng)[98]。

中國(guó)稻田的水稻-克氏原螯蝦養(yǎng)殖(integrated rice-crayfish culture, IRCC)極大地影響了磷肥力,長(zhǎng)期連續(xù)IRCC會(huì)降低稻田的磷肥,并且不推薦在高產(chǎn)稻田中實(shí)施IRCC[100]。稻蝦共作模式更有助于保持區(qū)域內(nèi)稻田的土壤肥力[101]。

佀國(guó)涵以江漢平原低湖地區(qū)潛育性稻田為對(duì)象,研究了長(zhǎng)期稻蝦共作模式下稻田土壤的理化及生物學(xué)等特征,以及水稻產(chǎn)量和構(gòu)成、養(yǎng)分累積量及利用率,明確了長(zhǎng)期稻蝦共作模式下稻田土壤肥力的變化特征及其對(duì)稻田生產(chǎn)力的影響;通過(guò)分析稻蝦共作系統(tǒng)中碳素、氮素和磷素的輸入、輸出及平衡狀況,評(píng)價(jià)了稻蝦共作系統(tǒng)中碳素、氮素和磷素平衡對(duì)稻田土壤養(yǎng)分演變的驅(qū)動(dòng)作用[102]。

稻蝦共作是現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的新型種養(yǎng)模式,生態(tài)環(huán)保且經(jīng)濟(jì)效益高。秸稈不還田+不投食處理其甲烷排放量最低。不同處理稻田N2O排放的季節(jié)性變化均一致,都呈現(xiàn)出非稻季和整年的稻蝦處理具有N2O排放通量降低的特征,非稻季稻蝦共作處理其N(xiāo)2O累積排放通量比稻單處理低,其中稻蝦處理秸稈還田+不投食處理累積排放通量最小[103]。

有關(guān)稻田小龍蝦生理生態(tài)方面也有較多的研究,如有的研究旨在評(píng)估吡蚜酮對(duì)小龍蝦幼蝦的急性毒性。吡蚜酮對(duì)幼蝦的毒性呈劑量和時(shí)間依賴(lài)性,LC50從24 h的1.034 mg/L降至96 h的0.479 mg/L。小龍蝦對(duì)吡蚜酮的最大允許濃度(maximum allowable concentration, MAC)為0.106 mg/L[104]。小龍蝦對(duì)水稻幼苗有直接的負(fù)面影響,增加小龍蝦的大小會(huì)對(duì)水稻的立苗產(chǎn)生更大的負(fù)面影響;對(duì)管理的實(shí)際意義預(yù)計(jì)在水稻生長(zhǎng)的前6天特別有效[105]。克氏原螯蝦對(duì)水生大型無(wú)脊椎動(dòng)物的消耗反映了它們的季節(jié)性利用性,在克氏原螯蝦已經(jīng)適應(yīng)的棲息地中,將其營(yíng)養(yǎng)行為調(diào)整為水生大型無(wú)脊椎動(dòng)物的季節(jié)性可利用性[106]。

有作者建立稻蝦共作模式(crayfish and rice integrated system of production, CRISP)的幾個(gè)模型[107]：(1)提出了適應(yīng)水平生長(zhǎng)的生態(tài)子模型,將模擬的最終水稻生產(chǎn)參數(shù)與兩年的觀測(cè)值進(jìn)行比較[108];(2)提出了小龍蝦種群動(dòng)態(tài)的生態(tài)子模型[109];(3)藻類(lèi)生物量、水文和氧氣動(dòng)態(tài)被建模為稻田小龍蝦和水稻相互作用項(xiàng)目的一部分[110];(4)建立稻蝦共作模式氮循環(huán)模型[111]。

稻蝦共作模式存在“雙刃性”,一方面雖然糧食安全得到保障,但存在重視龍蝦養(yǎng)殖,而輕視水稻種植的現(xiàn)象;二是提高了土壤能力,也會(huì)導(dǎo)致土壤發(fā)生次生潛育化;三是起到涵養(yǎng)水源的作用,但是也有可能導(dǎo)致水源的過(guò)度消費(fèi);第四,實(shí)現(xiàn)化肥和農(nóng)藥的減少,增加養(yǎng)殖水體的肥度,但是可能造成對(duì)外源水體富營(yíng)養(yǎng)化的增強(qiáng);第五,蟲(chóng)害減輕,但某些病害加重,同時(shí)生物多樣性發(fā)生變化[112]。總之,稻蝦共作是一種具有保產(chǎn)增蝦、低碳減排、具有降低全球溫室氣體排放、緩解全球增溫潛勢(shì),同時(shí)增加生態(tài)系統(tǒng)凈經(jīng)濟(jì)效益的共作方式。

1.4 系統(tǒng)的整合

稻魚(yú)共作未來(lái)講究復(fù)合性,不是簡(jiǎn)單將多種類(lèi)混養(yǎng)在一塊稻田中,而是采用復(fù)合生態(tài)系統(tǒng)的構(gòu)建模式,建立多品種分區(qū)養(yǎng)殖模式是未來(lái)的方向,從而取得更大的經(jīng)濟(jì)效益[113],如發(fā)展中華鱉、草魚(yú)、鯽魚(yú)、田螺等種類(lèi)的混合養(yǎng)殖[114]。湄公河三角洲是越南最重要的水稻和蝦產(chǎn)區(qū),多個(gè)證據(jù)表明,水稻和蝦的環(huán)境條件都不是最理想的,導(dǎo)致產(chǎn)量和存活率低。可能的出路是：(1)提高研究區(qū)稻-蝦-蟹池的生產(chǎn)力可能需要分離水稻和蝦類(lèi),提高土地利用效率;(2)管理干預(yù)增加水的氧化作用及蝦的食物供應(yīng)和質(zhì)量[115]。這是第一個(gè)提出稻、蝦、蟹分離養(yǎng)殖的思維。

多品種混養(yǎng)殖也是常用的養(yǎng)殖模式,稻-魚(yú)-蝦系統(tǒng)的稻米產(chǎn)量為3.04 t/hm2,比單作水稻高16.9%。在稻-魚(yú)-蝦系統(tǒng)中,50%的面積用于養(yǎng)魚(yú)和對(duì)蝦養(yǎng)殖,與單作水稻相比,凈回報(bào)增加了23倍[116]。在稻田中引入對(duì)蝦和鈍齒魚(yú)(Amblypharyngodonmola)對(duì)水和土壤中養(yǎng)分的有效性產(chǎn)生了深遠(yuǎn)的影響,提高了稻谷和羅氏沼蝦的產(chǎn)量。農(nóng)村貧困農(nóng)民通過(guò)采用稻-蝦綜合養(yǎng)殖系統(tǒng),最終在經(jīng)濟(jì)和營(yíng)養(yǎng)方面受益[117]。

Gher養(yǎng)殖(稻-魚(yú)-蝦系統(tǒng))是一個(gè)獨(dú)特的系統(tǒng),包括三個(gè)生產(chǎn)類(lèi)型的聯(lián)合運(yùn)作：淡水蝦、魚(yú)和雜交水稻,并且由于其公認(rèn)的高收入潛力,在孟加拉國(guó)沿海地區(qū)迅速擴(kuò)張[118]。孟加拉國(guó)東南部養(yǎng)蝦和養(yǎng)魚(yú)的可持續(xù)發(fā)展具有相當(dāng)大的潛力,可以增加收入,改善農(nóng)戶(hù)的糧食安全,更廣泛地說(shuō),通過(guò)蝦的出口收入來(lái)實(shí)現(xiàn)該國(guó)的經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)[119]。

世界范圍內(nèi)有機(jī)農(nóng)業(yè)發(fā)展迅猛,獲取有機(jī)農(nóng)業(yè)的一個(gè)策略是發(fā)展稻田養(yǎng)魚(yú)。針對(duì)稻魚(yú)共生的很多研究都力求證明稻魚(yú)共生不會(huì)降低水稻產(chǎn)量,但是又不會(huì)增加外流水體的污染,減少對(duì)土壤的污染等相關(guān)內(nèi)容。已有研究結(jié)果表明各種稻魚(yú)共生系統(tǒng)有助于降低氮磷損失,有助于經(jīng)濟(jì)和環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展。但傳統(tǒng)稻漁共生模式中雖然取得雙重經(jīng)濟(jì)和生態(tài)效益,還存在需要改變其養(yǎng)殖規(guī)模過(guò)小和魚(yú)產(chǎn)量較低的現(xiàn)狀。

很多研究表明,采用優(yōu)化的生態(tài)水產(chǎn)養(yǎng)殖模式,如綜合水產(chǎn)養(yǎng)殖可以大大提高氮磷的利用率[120]。尋求更持續(xù)的綜合養(yǎng)殖模式是農(nóng)業(yè)綠色發(fā)展必然的方向和要求[121- 122]。養(yǎng)殖池塘富營(yíng)養(yǎng)化是目前制約我國(guó)淡水養(yǎng)殖業(yè)可持續(xù)發(fā)展的關(guān)鍵因素。作為全國(guó)最大的一類(lèi)人工濕地系統(tǒng)[123],稻作系統(tǒng)具有顯著的水質(zhì)凈化能力,如何將稻作系統(tǒng)和淡水養(yǎng)殖系統(tǒng)進(jìn)行生態(tài)耦合實(shí)現(xiàn)氮磷養(yǎng)分的循環(huán)利用,是一個(gè)重要研究方向[124- 126]。此外,如何解決精養(yǎng)水產(chǎn)養(yǎng)殖需要配套大量的尾水處理用地的難題,現(xiàn)有尾水處理模式還需要時(shí)間檢驗(yàn)其真正的效果[127- 128],是水產(chǎn)界亟需面對(duì)和解決的問(wèn)題。

2 稻田-池塘復(fù)合生態(tài)養(yǎng)殖模式

長(zhǎng)江水產(chǎn)研究所李谷、長(zhǎng)江大學(xué)朱建強(qiáng)團(tuán)隊(duì)等提出“稻田-池塘復(fù)合生態(tài)”生態(tài)技術(shù)[129- 130]。主要是構(gòu)建人工稻田濕地對(duì)池塘污水進(jìn)行處理。新式池塘生態(tài)工程化養(yǎng)殖方法,將池塘養(yǎng)殖有機(jī)結(jié)合形成的循環(huán)水養(yǎng)殖系統(tǒng)中,系統(tǒng)對(duì)養(yǎng)殖廢水有高效的處理能力[131- 132]。新的分池或異位的稻漁共作生產(chǎn)方式可望解決上述水產(chǎn)養(yǎng)殖尾水處理困難的問(wèn)題。由此實(shí)現(xiàn)養(yǎng)殖廢水資源化利用,是一種可持續(xù)的水產(chǎn)養(yǎng)殖方式,可為我國(guó)漁農(nóng)混作區(qū)池塘養(yǎng)殖廢水的處理和循環(huán)利用提供一種新方法。稻田濕地一方面是消納氮磷污染的“匯”,另一方面也是農(nóng)業(yè)面源污染的“源”,只有合理構(gòu)建和應(yīng)用稻田濕地才能發(fā)揮“匯”的功能[133]。地勢(shì)較低的稻田,可極大地影響地表徑流中氮、磷等營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的遷移轉(zhuǎn)化過(guò)程[134]。在水稻拔節(jié)期和灌漿期,太湖流域稻田濕地對(duì)低污染水中TN和TP的去除率分別可達(dá)77%—93%、87%—96%[135]。水稻具有顯著的水質(zhì)凈化能力,利用水稻對(duì)富營(yíng)養(yǎng)化水體進(jìn)行生態(tài)修復(fù)成為植物修復(fù)的一個(gè)重要的研究方向[136]。

對(duì)于該系統(tǒng)的相關(guān)研究主要是集中在構(gòu)建稻田濕地對(duì)池塘營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的去除機(jī)制和效果方面。研究發(fā)現(xiàn)稻田對(duì)來(lái)自養(yǎng)殖池塘的灌溉水中的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)具有明顯的吸收效果,尤其是對(duì)硝態(tài)氮和總磷[137]。養(yǎng)殖水經(jīng)稻田表面流處理后,其中30%以上的總氮、20%以上的總磷可被去除[138];在水稻的不同生育期,稻田對(duì)不同形態(tài)的氮去除效果不同,養(yǎng)殖水中主要營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的去除率隨表面流的流量增大而減小[139]。稻田-池塘復(fù)合系統(tǒng)通過(guò)稻田對(duì)池塘尾水中氮磷的循環(huán)利用和復(fù)氧作用,降低了循環(huán)池塘水的富營(yíng)養(yǎng)化水平,并提升池塘中的溶解氧,同時(shí)優(yōu)化浮游細(xì)菌群落的結(jié)構(gòu)和功能[140]。池塘養(yǎng)殖廢水灌溉后對(duì)水稻的產(chǎn)量、養(yǎng)分吸收和0—60 cm土壤剖面中氮磷分布產(chǎn)生影響[141]。這些研究表明,稻田-池塘復(fù)合生態(tài)系統(tǒng)有助于營(yíng)養(yǎng)的高效利用,同時(shí)能減少養(yǎng)殖污染。

3 稻漁共生-池塘復(fù)合生態(tài)養(yǎng)殖系統(tǒng)

如前所述,稻田-池塘復(fù)合生態(tài)養(yǎng)殖兼具分池循環(huán)和高效濕地的功能,從而可以有效地降低池塘養(yǎng)殖中的污染物,各種稻魚(yú)共生也可以更有效地利用營(yíng)養(yǎng)資源。但是采用“稻漁共生”模式處理養(yǎng)殖用水的研究很少報(bào)道[142];同時(shí)用“稻漁共生”系統(tǒng)處理后的水源進(jìn)一步對(duì)池塘養(yǎng)殖凈化的相關(guān)研究基本沒(méi)有報(bào)道。

我們建立了新式分池稻漁共作模式,是一種更高復(fù)合水平的稻田-池塘復(fù)合系統(tǒng),稱(chēng)為陸基生態(tài)漁場(chǎng)構(gòu)建技術(shù)[143]。該創(chuàng)新系統(tǒng)采用新型水循環(huán)技術(shù),實(shí)現(xiàn)多個(gè)功能單元之間的互相連通,成為網(wǎng)格狀的池塘復(fù)合生態(tài)系統(tǒng)布置結(jié)構(gòu)。這樣就解決了水稻種植業(yè)(過(guò)度施肥、排放污染)和水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)(排放污水、缺少水源)兩個(gè)行業(yè)的難題。實(shí)踐證明該技術(shù)是高效可行的,在寧夏和全國(guó)其他地方已得到較大規(guī)模的推廣和應(yīng)用,取得了良好的成效。不僅建立了大宗淡水魚(yú)池塘精養(yǎng)的模式,還建立了南美白對(duì)蝦養(yǎng)殖、池塘工程化和工廠(chǎng)化養(yǎng)殖等模式的耦合模式。

利用現(xiàn)有稻漁綜合種養(yǎng)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的10%的溝渠面積,加上池塘或原來(lái)的農(nóng)田溝渠或減少的田埂面積,尤其是較大的河道可以將傳統(tǒng)稻田中的規(guī)定溝渠增加到20%以上,溝渠水面發(fā)展各種形式的高密度養(yǎng)殖和稻魚(yú)共生結(jié)合。舉例：6.7 hm2稻田,20%面積采用溝渠或工程化設(shè)施精養(yǎng),養(yǎng)魚(yú)產(chǎn)量可達(dá)37.5 t/hm2,80%面積用于稻魚(yú)共作(常規(guī)魚(yú)或蟹產(chǎn)量為225 kg/hm2,小龍蝦則有2250 kg/hm2),平均魚(yú)產(chǎn)量約為7.68—9.30 t/hm2,即單位面積水產(chǎn)品產(chǎn)量大致約為7.5 t水產(chǎn)量/hm2。中國(guó)0.27億多公頃稻田,假設(shè)0.13億公頃可以采用這個(gè)模式,增加漁業(yè)產(chǎn)量將為1億噸。增產(chǎn)量是非常可觀的,也是難以想像的。現(xiàn)有的稻田-池塘復(fù)合生態(tài)研究中,基本以稻田凈化水產(chǎn)養(yǎng)殖系統(tǒng)中營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)為研究重點(diǎn),而對(duì)凈化后的水體再次用于池塘養(yǎng)殖系統(tǒng)的相關(guān)研究較少。同時(shí)也僅以傳統(tǒng)濕地原理來(lái)進(jìn)行構(gòu)建,稻田的設(shè)置規(guī)模較小[144];濕地構(gòu)建工藝過(guò)于復(fù)雜,導(dǎo)致稻田改造成本較高,制約其技術(shù)的大面積推廣。

發(fā)展?jié)O農(nóng)結(jié)合的復(fù)合生態(tài)農(nóng)業(yè)是現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的發(fā)展方向,但關(guān)鍵是如何構(gòu)建高效的復(fù)合農(nóng)業(yè)系統(tǒng)。高效復(fù)合生態(tài)農(nóng)業(yè)構(gòu)建的核心是碳、氮、磷等主要營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)要實(shí)現(xiàn)高效循環(huán);其次復(fù)合生態(tài)要形成一個(gè)自組織運(yùn)作狀態(tài),即強(qiáng)化對(duì)其物質(zhì)促進(jìn)下的生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的自組織建設(shè)過(guò)程的研究。復(fù)合生態(tài)系統(tǒng)達(dá)到自組織運(yùn)作狀態(tài)或總體趨勢(shì)時(shí),生態(tài)系統(tǒng)就達(dá)到了可持續(xù)發(fā)展[145- 146]。傳統(tǒng)原位綜合養(yǎng)殖生態(tài)養(yǎng)殖系統(tǒng)中有機(jī)碳氮磷的收支已有較好的研究基礎(chǔ)[147]。但對(duì)稻漁共生-池塘復(fù)合生態(tài)系統(tǒng)中碳氮磷的營(yíng)養(yǎng)收支還缺少研究。

概括地講,排水是傳統(tǒng)池塘養(yǎng)殖氮源的主要流失途徑,底泥(顆粒物)吸附沉降是池塘養(yǎng)殖磷流失的主要途徑,而碳源主要是通過(guò)魚(yú)類(lèi)等生物的呼吸而消耗。基于生態(tài)循環(huán)的“稻漁共生-池塘復(fù)合生態(tài)系統(tǒng)”恰恰可以解決這三大類(lèi)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)在生態(tài)系統(tǒng)中的高效保持和循環(huán)利用;氮磷和有機(jī)質(zhì)被稻漁共生系統(tǒng)所利用,而水稻又有利于加大養(yǎng)殖系統(tǒng)中的碳源。因此,加大對(duì)該新養(yǎng)殖模式中的有機(jī)碳、氮、磷的營(yíng)養(yǎng)收支和循環(huán)等相關(guān)機(jī)制的研究及復(fù)合生態(tài)系統(tǒng)對(duì)外源營(yíng)養(yǎng)投入的整體響應(yīng)機(jī)制研究是非常必需的。

21世紀(jì)是漁業(yè)的世紀(jì)。中國(guó)和世界水產(chǎn)業(yè)經(jīng)過(guò)數(shù)十年的發(fā)展為人類(lèi)解決食品危機(jī)做出了巨大的貢獻(xiàn)[148]。然而,我國(guó)水產(chǎn)業(yè)對(duì)產(chǎn)量的片面追求導(dǎo)致養(yǎng)殖環(huán)境日趨惡化,養(yǎng)殖生態(tài)系統(tǒng)不斷退化[149]。傳統(tǒng)稻田氮素流失亦是導(dǎo)致農(nóng)業(yè)面源污染的主要原因之一[150]。我國(guó)當(dāng)前的環(huán)境問(wèn)題源于復(fù)合生態(tài)系統(tǒng)演化過(guò)程的缺陷,解決當(dāng)前的環(huán)境問(wèn)題,必須從優(yōu)化復(fù)合生態(tài)系統(tǒng)演化過(guò)程著眼,大力發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟(jì)、實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)體系的綠色化[151]。

建立良好的養(yǎng)殖生態(tài)結(jié)構(gòu),實(shí)現(xiàn)水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)的可持續(xù)發(fā)展,關(guān)鍵是優(yōu)化池塘養(yǎng)殖系統(tǒng)內(nèi)的食物鏈,使包括碳、氮、磷在內(nèi)的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)盡可能多的在這一個(gè)微環(huán)境內(nèi)轉(zhuǎn)化為養(yǎng)殖生物產(chǎn)量,而不是排向外部環(huán)境,減少對(duì)環(huán)境的污染[152]。養(yǎng)殖池塘物質(zhì)循環(huán)和碳氮磷等化學(xué)收支的研究有助于說(shuō)明進(jìn)入生態(tài)系統(tǒng)的各營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的歸宿[153- 154]。人類(lèi)當(dāng)前消耗了約38%的全球凈初級(jí)生產(chǎn)力(net primary production, NPP),未來(lái)地球要增長(zhǎng)的NPP,只能以更少的灌溉、肥料和土地資源使用情況下來(lái)獲得[155]。以漁農(nóng)相結(jié)合的復(fù)合農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)為基礎(chǔ)的綜合養(yǎng)殖可能是解決這個(gè)世界難題的重要途徑[113]。實(shí)踐證明這種人工構(gòu)建的新式復(fù)合生態(tài)系統(tǒng)有著較高的生態(tài)效益和產(chǎn)量,是一種可持續(xù)的農(nóng)業(yè)發(fā)展模式。稻漁復(fù)合生態(tài)系統(tǒng)的創(chuàng)新模式因其特有的生態(tài)循環(huán)機(jī)制及系統(tǒng)的高彈性、高復(fù)合性、高可持續(xù)性,將成為我國(guó)乃至世界應(yīng)對(duì)農(nóng)田、漁業(yè)生態(tài)系統(tǒng)退化,復(fù)合高效解決漁業(yè)、農(nóng)業(yè)或農(nóng)牧業(yè)生態(tài)環(huán)境問(wèn)題的典型范式。