水生蔬菜綜合種養對水田生境的影響分析

張琴陳燦黃璜張印

(1.湖南農業大學農學院，湖南 長沙 410128；2.湖南省稻田生態種養工程技術研究中心，湖南 長沙 410128)

水生蔬菜指生長在淡水中，其產品器官可供食用的一類維管束植物，是我國傳統蔬菜，一般南方生產較多，已有2500年的栽培歷史，在世界上獨具特色，主要包括蓮藕、茭白、荸薺、茨菰、菱、芡實、莼菜、水蕹菜、豆瓣菜等10余種[1]。隨著種植業內部結構的調整與優化，一些地區充分發揮了本土自然資源優勢，并瞄準國內外市場需求，將水生蔬菜作為重要的特色蔬菜品種加以栽培，有力推動了水生蔬菜行業的大力發展。但由于水生蔬菜所生長的自然環境是一種典型的人工生態系統，凈生產率高的同時也體現了生態環境的脆弱性，病蟲害增加，如二化螟、福壽螺、胡麻斑病和銹病。由于生物防治方式和抗性種類比較缺乏，導致在水田間需要使用殺蟲劑、殺菌劑等化學手段來控制病蟲害，而這些有害物質的大規模利用對水田環境造成一定危害，也會不同程度地殘留在蔬菜中，影響其質量，進而危及人類身體健康。所以，在節約資源、環境友好、產品安全的前提下，水生蔬菜綜合種養逐漸引起人們更多的重視。

水生蔬菜綜合種養是指在培育水生蔬菜的基礎上引進一種或多種動物，以增加水田濕地的物種多樣性，養殖動物與水生蔬菜互惠共存，使生態、經濟效益得以提高，達到“一水兩用、一田多收”的目標。研究表明，水生作物與水產(水禽)養殖相結合的綜合種養模式，改變了傳統水生作物、水產動物單一的種養模式，更加注重整體種養環境的創設、綠色種養原則的落實以及種養產品的優化選擇，具有較高的資源利用效率和系統生產力，顯著提高生態和經濟效益，是保證洼地濕地糧食安全，促進農業可持續發展的有效途徑。沈亞強等[2]研究表明，浙江嘉興市北部地區自2009年以來開始利用低洼低濕區域探索新的農作制度，發展水生作物綜合種養模式。據統計，僅嘉興市秀州區全區在2015年的綜合種養模式面積就已達570hm2。國家特色蔬菜產業技術體系調研結果顯示，蓮藕-小龍蝦技術已經在安徽、湖北、山東等地推廣應用，2019年推廣面積逾4.67萬hm2，其中湖北省約1.0萬hm2、安徽省約0.8萬hm2、山東省約0.6萬hm2，平均產值8000元·667m-2以上[3]。各種水生蔬菜綜合種養模式對改良水田生境的作用不同，本文主要從土壤理化特性、土壤微生物、土壤酶活性、水體水質、病蟲草害等方面進行相關文獻綜述，較系統分析了“水生蔬菜+”對水田生境的影響，以期為水生蔬菜綜合種養生產提供一定的參考和借鑒。

1 不同水生蔬菜綜合種養模式對水田土壤環境的影響

1.1 對土壤肥力的影響

土壤肥力情況是直接影響作物生長發育的一個重要因素。水生蔬菜綜合種養充分利用飼養動物的糞便，提高了土壤中的有機肥濃度，同時通過動物在水田中的活動，促進營養轉化，從而增加土壤肥力。在降低農藥、化肥消耗的同時，確保土壤中各種營養物質濃度不會減少，既給作物生長發育帶來豐富的養分，也改善了土壤理化性質，降低了環境污染。因為各種水生蔬菜對土壤不同有機、無機物的轉化和吸收能力不同，且飼養的不同種類動物在水田中的運動頻率、活動范圍及其排泄物也具有一定差異等，從而導致不同水生蔬菜綜合種養對土壤肥力造成不同的影響。

前人研究表明，不同的水生蔬菜綜合種養模式對土壤不同肥力要素影響效果不同。如，茭白-鴨綜合種養試驗中，鴨子在水田間渾水、中耕、覓食等活動有利于改善土壤含氧量和通風透光條件，所產的糞便富含純N為10.37kg、P為11.26kg、有機質198.31kg[4]，為茭白正常生長提供充足的有機肥料，因此達到了茭白-鴨綜合種養的良性循環。而蓮藕-泥鰍-黃鱔綜合種養研究[5]中，單獨養殖泥鰍或黃鱔時，池塘積累餌料、糞便、有機質等大量營養物質，導致環境污染嚴重。結合蓮藕種養后，池塘淤泥中的營養物質才被充分吸收利用，既節約肥料又改善水體土壤環境。李海燕等[6]研究表明，應用西洋菜-對蝦綜合種養模式前，對蝦養殖塘中殘餌、碎屑、排泄廢物使水體淤泥中NH4+-N、PO43--P、NO3--N等營養物質不斷增加，藻類大量繁殖，危害對蝦的健康生長。栽培西洋菜后，對NH4+-N、PO43--P和NO3--N的去除率分別達到了54.4%、55.7%、76.9%，使土壤肥力得以改善。此外，魚菜綜合種養也能很好地調節土壤肥力，如魚塘種植的水芹和豆瓣菜不僅能在富營養化的環境正常生長，對該環境還有較強的凈化能力。一般水芹和豆瓣菜在生長20d以后，對TN、TP的吸收利用率分別可達76.86%、45.90%和78.27%、89.98%[7]。與水生蔬菜單作或水產養殖相比，水生蔬菜綜合種養模式在節約化肥、農藥的同時，促進生態平衡，改善土壤肥力。通常情況下，種類越豐富，對土壤肥力、水質調節效果越佳。

1.2 對土壤物理性狀的影響

水生蔬菜栽培過程中，由于土質透氣性不好，也很容易對蔬菜根系產生毒害，從而干擾了蔬菜的正常發育。在水生蔬菜綜合種養中，引進動物后，其排泄物、殘渣等提高了田間有機營養水平；另外，動物的行為有利于中耕松土，這樣的水田土壤容重降低，總孔隙度、土壤含水量和非毛管孔隙度增加，給土壤物理性質帶來了正面的作用，更有利于水生蔬菜的發育。飼養的動物種類有差異以及同一綜合種養模式下飼養動物數量的改變等，都會引起土壤物理結構變化。

謝全森等[8]以蓮藕-泥鰍綜合種養為對照組，在對照組的基礎上分別套養不同密度的河蟹(0.6萬只·hm-2、1.05萬只·hm-2、1.5萬只·hm-2)為3個試驗組，系統分析比較發現3個試驗組中的能量、水、生物肥料利用率都得以提高，河蟹中等密度的試驗組生產力最高，但高等密度試驗組的土壤肥力物理性狀最好。說明水生蔬菜綜合種養中飼養密度越高，土壤孔隙度就越大，土容重就越小。在水生蔬菜-泥鰍綜合種養模式中，泥鰍善于鉆泥打洞提高土壤通氣性，降低土壤容重，所以從土壤肥力方面來看，此種模式效益更佳；茭白-蝦-泥鰍、蓮藕-魚-鴨等綜合種養模式隨著新引進的動物種類數量增多，其水田土壤物理性質的改善程度與效應也高于茭白-蝦、蓮藕-魚、茨菇-泥鰍、芡實-蝦等單一種養模式，以及傳統水生蔬菜的單作模式。蟲-魚-鴨-菜復合生態種養新模式的研究探討表明[9]，該模式能更大限度延長生態產業鏈，相比魚-鴨-菜綜合種養和水生蔬菜單作模式更適合在廣闊的農村地區進行推廣，使農民在短時間內平穩快速地增加收益，并實現了低耗、低排放、高效益的目的。

1.3 對土壤微生物的影響

在水田中投放動物后，由于物種多樣性的增加，其排泄物進一步改變了土壤環境，使水生蔬菜根部發育良好，給微生物提供了更多生長場所，增加其數量、多樣性和土壤酶活性。濕地中的水生植物通過根系提供適合各種厭氧、好養微生物生存的氧化-還原環境，隨著時間的延長，微生物活度不斷增加并高于單作水生蔬菜。

有研究表明，植物吸收作用直接除去的氮僅占20%～30%，大部分(60%～70%)通過反硝化作用被微生物除去[10]。這些微生物具有解鉀溶磷的功能，加速土壤中有機膠體、殘留物等分解礦化。如，芽孢桿菌可以將有機磷和不溶磷均降解為可溶性磷酸鹽，供水生蔬菜吸收利用。此外，水生蔬菜根系的分泌物質能促進嗜磷細菌、固氮細菌等生長，降低水體中含氮化合物的濃度，進而間接提高凈化作物生境效率的作用。楊天燕等[11]的研究結果顯示，養殖基地魚菜共生池塘的空心菜生長狀況較好，與其根部細菌的生長均勻度也有正相關性。這表明植株根部附近細菌生理活性比較旺盛，各種代謝功能也更為頻繁。魚菜共生綜合種養中，水生蔬菜的根、莖、葉片可以吸附、同化、富集和降解水體以及土壤中的污染物，對TN、TP的除去率達到了60%～90%[12]，微生物群落對不同碳源的利用能力均逐漸增加，說明與水生蔬菜單作模式比較，土壤微生物豐富度、多樣性和活性都大大提高。總的來說，通過各種水生蔬菜綜合種養模式都能夠在一定程度上改善微生物豐富度、種類、活力等指標。

1.4 對土壤重金屬的影響

綜合種養的水生蔬菜有動物糞便等提供營養物質，根系更發達，與陸地上栽培的蔬菜相比，更容易受到Cb、As等重金屬的污染，但在不超標的情況下，較單作可吸收更多的重金屬，對于可食莖葉果部分器官的蔬菜來說，重金屬主要富集在根部，其他部分可以繼續食用，既有經濟價值又有生態效益。

Dwivedi等[13]和Rai等[14]的調查顯示，單作水蕹菜1g干物質最多可以蓄積13μgCr、11μgCd、62μgCu和5μgMo等重金屬，而綜合種養水蕹菜的維管組織發達，蓄積重金屬能力較單作栽培更強。水生蔬菜菱角主根長達數尺，在含量分別為0.11μg·mL-1和0.71μg·mL-1的水體中，能夠在體內富集Pb、Cd濃度分別達到13.05μg·g-1和87.75μg·g-1[15]。對同一類型的水生蔬菜，一般來說根系發達的水生蔬菜積累重金屬的能力強于根系弱的蔬菜，水生蔬菜綜合種養植株新陳代謝旺盛、生物量較大、根系附著微生物多、植株抗性強，對重金屬的富集能力一般比單作蔬菜強。

前人科學研究證實，水生蔬菜易吸附、轉運重金屬單質，水芹、豆瓣菜和水蕹菜等對重金屬的富集能力及耐受性較強，但水生蔬菜各器官對重金屬單質的吸收能力不同，一般情況根對重金屬吸收能力比葉強。如Pb在菱角每個器官中的富集量表現為沉水葉>漂浮葉>莖>果實，說明重金屬在水生蔬菜內部的轉運能力很低。研究報道表明，當Pb進入水生蔬菜根系中后，產生了細微的結晶體并粘附在植物細胞壁上，細胞中還有部分過剩的非蛋白質巰基會和重金屬單質融合，形成了不溶性的液晶聚合物，多數被束縛在植物根中，能遷移到其他器官的數量很少，這為受一定程度重金屬污染的水田地區栽培水生蔬菜降低水體污染的同時保證了水生蔬菜收獲部位重金屬污染程度符合安全標準提供了理論依據。在Cu、Cd、Zn等重金屬污染水田區域種植水芹菜、空心菜，重金屬主要富集在水生蔬菜根部且超出食用安全標準，而莖、葉中Cu、Cd、Zn等重金屬濃度均低于食品安全國家標準限量值[16]。當水田土壤中Cd脅迫含量達到50mg·L-1時，蔣墅茭白肉質莖中Cd的濃度仍未超過安全標準[17]，表明在一定程度的重金屬污染水田范圍內栽培一些環境耐性較強的水生蔬菜也是可行的。但是茭白屬于多年生水生蔬菜，隨著生長期的延長，其產品器官中的Cd殘存量呈現了強烈上升趨勢。至于重金屬殘留量與植株栽培年限的關系，還需一進步研究。

2 不同水生蔬菜綜合種養對水田水體生態環境的影響

就水生蔬菜的生長與發育而言，水體環境與土壤環境同樣重要，水質條件不但關系著水產動物的正常生存，同時水環境的優劣情況也關系著水產品的生長質量，是水生蔬菜、水產動物生長發育中所不能缺少的重要組成部分。

2.1 對水體營養元素的影響

2.2 對水體物理性狀的影響

在水生蔬菜綜合種養模式中，水產(水禽)在水田里的覓食以及其他行為會對水生生物造成一定程度的影響，包括其規模、品種、環境等。黃顙魚-蛋鴨-水生蔬菜綜合種養模式的鴨可不間斷地向池塘供應肥源，鴨糞培養各種浮游生物，供黃顙魚攝食。浮游植物既是水田中養殖動物的食用原料，還富含葉綠素，能夠開展光合作用，提高水體的溶解氧含量。此外，魚塘里栽種的水蕹菜，可通過根系的吸收與吸附功能，消減水體過剩氮、磷和有機質，進而起到凈化水質、提高水體溶氧的效果。而水生蔬菜單作或魚菜共生系統沒有蛋鴨的加入，所需肥源難以持續供給，對環境的影響程度相對較低。在“荷田+泥鰍”新型綜合種養試驗中，其浮游生物、雜草為泥鰍提供了自然飼料，泥鰍在凈化荷田環境的時候，其糞便又為蓮藕提供無公害肥料，有效改善了水質[20]。當菱、鱉、鱔綜合種養時，菱角的種植既能凈化水質，又能為鱉和鱔提供遮蔭、藏身和棲息場所。鱉、鱔在水中爬行，攪動了水底泥沙中的營養物質，在供應給菱生長營養的時候也攝食了菱的螢葉甲、紫葉蟬等主要有害生物，保障了菱的健康生長發育；鱔魚又能夠吃掉鱉吃剩下的飼料，充分發揮池塘的立體空間功能和提高飼料的利用率，三者共生大大地增加了種養經濟效益，為日益緊張的水面資源，找出了高效養殖模式。

3 水生蔬菜綜合種養模式對水田雜草及病蟲害的影響

在水生蔬菜綜合種養管理過程中，要時刻關注病蟲草害的流行趨勢，因為各種病蟲草害會對水生蔬菜、水產動物的健康生長構成威脅。水生蔬菜綜合種養模式之下，一定要嚴格控制種養戶的藥物使用行為，避免長時間使用多種抗生素類、消毒類等藥物。該綜合種養模式中的飼養動物在田間攝食害蟲、取食并踩踏雜草以及其他行為，對病蟲草害的發生有一定的抑制作用；水生作物能夠達到對有機污染物和有害物質的高效吸附，抑制原微生物的增殖發展，與傳統水生蔬菜單作模式相比而言，其也從一定意義上能夠減少除草劑等農藥的使用，從而實現了節省成本和保護環境的目的。

3.1 對水田雜草的影響

水田中常見的雜草主要有矮慈姑、浮萍、水綿、鴨舌草、千金子等。對于這些雜草來說，水生蔬菜綜合種養的總體防空效果較好，但對不同類型的雜草影響程度具有差異。茭白田里的福壽螺喜歡食鴨趾草多于稗草、千金草、矮慈姑等雜草，套養甲魚后，田里的雜草明顯輕于茭白單作的田塊，并且福壽螺的數量也得到有效控制。在茭白田中搭配5%左右的草魚，也能夠高效除去田間雜草和無效分蘗的茭白，除草效率可高達86.2%[21]。水田套養鴨后，其踩踏等活動可控制雜草的生長，田里雜草和害蟲能滿足鴨子的食用需求，綜合除草效果最佳。

3.2 對水田病蟲害的影響

水田中常見蟲害有蓮藕縊管蚜、薊馬、食根金花蟲、福壽螺、二化螟、常綠飛虱等，病害主要有蓮藕腐敗病、斜紋夜蛾、銹病、紋枯病、胡麻葉斑病和條紋葉枯病。病蟲害大量發生，使水生蔬菜植株受到嚴重傷害，同時可導致蔬菜、水產動物減產、降低蔬菜品質。與蓮藕單作相比，不同密度的魚藕綜合種養模式下擬水狼蛛、蓮縊管蚜和搖蚊類害蟲的個體數量均顯著下降[22]，說明放魚密度較大程度地影響害蟲繁殖。對這些物種數量的影響可能是因為魚在藕田直接取食造成的。邢阿寶等[23]分析了茭白田間套養魚、蝦、泥鰍、田螺、中華鱉等不同水生蔬菜綜合種養模式對水田病蟲害的影響，發現茭白-中華鱉種養模式的總體防治效果優于茭白-魚、蝦、泥鰍等綜合種養模式；此外，茭鴨綜合種養模式能有效地除去螟蟲、福壽螺等病蟲，以及浮萍、雜草，并減少茭白田農藥、化肥用量，在農業增效、保護生態方面效果突出，為茭白行業的可持續發展提供條件保證。在鱉菜共生綠色綜合種養中，福壽螺的最高生育期與中華鱉的快速生長期基本相同，其生產的數量越多，中華鱉天然的食物資源也就更豐富，同時由于福壽螺的攝食聲音會引起中華鱉的關注而前來覓食，也因此有效防止了茭白田中的福壽螺危害[24]。食根金花蟲幼蟲(俗稱藕田地蛆)是蓮藕田里一類典型的頑固性有害生物，主要為害地下莖段，嚴重影響蓮藕的產量與品質。普通的藥劑難以進行防治，且農藥容易殘留，使水田環境污染加重。未套養中華鱉的藕田中食根金花蟲幼蟲數量比套養田增加72.2%，并且未套養田蓮藕被食根金花蟲幼蟲鉆蛀率比套養的增加約40%[25]。表明中華鱉也能取食地蛆，從而降低了食根金花蟲幼蟲對蓮藕的威脅。

根據相關文獻分析，各種水生蔬菜綜合種養模式均能在一定程度上控制田間病蟲草害，但鴨對水田內病蟲草害的綜合防控效果最佳。中華鱉對田間病蟲害的控制效果也高于其他大多數動物。由于在水生蔬菜生長發育過程中，水田中飼養的某些動物捕獲地面植株上部的有害動物比較難，只能通過動物在田間的各種活動行為撞擊植株，抑制害蟲在上部繁殖，并捕食掉落的部分有害生物，所以不同水生蔬菜綜合種養模式對水田整體環境中有害生物的抑制作用也是差別很大的。

4 展望

水生蔬菜綜合種養對改善水田生態環境的作用非常突出，不但能夠增加水田單位面積的產量，而且具備了改善水土理化特性、水體生態環境、增加水田微生物多樣性、高效防治水田病蟲草害等許多方面的優點。在實施少投資、零排放和高收益綠色開發的情況下，水生蔬菜綜合種養也越來越受到人們重視。對于水生蔬菜綜合種養的基礎理論和實施技術已經有不少的探討研究。根據當前的生態農業發展情況，作出以下幾點展望：由于茭白、水芹、荸薺、雞頭米、慈姑等大多數蔬菜均為本地種，因此應注意品篩選與提純的復壯性工作，并選擇最有利于水生蔬菜綜合種養發展的品種，以保證其產量和品質；水生蔬菜綜合種養系統并不是普通的單生態系統，系統中的飼養動物、微生物和水生蔬菜共生平衡，才可以保證綜合種養系統健康穩定，所以飼養動物、水生蔬菜種類搭配，以及塔配比例等方面仍需要研究，專業的種養機構或公司更需掌握這一類種養技術的知識，確保水生蔬菜和水產動物的正常生長互利共生，才能切實實現水生蔬菜綜合種養的最佳經濟效益；通過研究水生蔬菜綜合種養對水田土質、水體、有害生物等的相互作用關系與機理，在當前研究的基礎上，篩選出比較適宜的綜合種養模式，并在實際生產中推廣與應用；目前水生蔬菜綜合種養系統應用的主要設備多是水產飼養設備以及單作栽培系統，而專門用于綜合種養的農業配套設備使用較少，且部分農業配套設備如滴灌系統的費用還比較昂貴，而常規增氧曝氣設備等又無法適應需要，因此需要加強這方面的研發；水生蔬菜綜合種養生產中許多階段仍需依靠人力支持，隨著勞動力成本的提高和現代農業技術對人工智能管理的需求，農業生產中亟需構建水生蔬菜綜合種養的數學模型，設計不同的穩定人工智能控制裝置，如智慧漁業中“數字魚”等，以減少勞力投入，方便指導管理，提升綜合種養效益；水生蔬菜綜合種養是由傳統種植業凝練發展而來的經典水中種養農業模式，加強該綜合種養文化資源挖掘與利用，具有廣闊的前景與意義。鄉村振興離不開鄉村產業的發展，同時也離不開鄉村文化的建設。水生蔬菜綜合種養中的蔬菜既是主要的經濟作物，又是典型的文化植物，其文化內涵非常豐富，將其與水產動物綜合種養是發展生態農業和觀光休閑農業的重要基礎，是農業發展的重要趨勢。