稻虾连作共作稻田生态系统中物质循环和效益初步研究_奚业文

技术 交流 78 2016年第3期 稻田养虾是应用稻田养虾虾养稻、稻虾连作共作的理论，有意识地利用生物种群、群落之间的生 存竞争及协同，从而控制和调节稻田生态系统中物质循环和能量转化。也就是说，稻田养虾是将原有 的稻田生态系统向更有利的方向转化，并且充分利用新的生态系统，发挥其共生互利的作用，使稻田 生态系统产生更大的“负载力”，为人类提供更多的安全优质农产品。 稻虾连作共作稻田生态系统中 物质循环和效益初步研究 文/奚业文1 周洵2 本文通过稻田水稻小龙虾连作共作，水稻稳产增产小龙虾丰收，反映稻虾连作共作生态系统中物质在稻田内进行良 性循环，能量向水稻和小龙虾有利的方向流动，同时产生较好的经济、生态和社会效益。 技术 交流 79 2016年第3期 一、水稻小龙虾连作共作 生态系统的构建 生态学的直接含义是有关研究 “住所”或“栖息场所”的科学，它 与国民经济的农业、渔业生产实践联 系确实十分密切。自然界中的 动物、 植物、微生物等物种和周边的环境条 件在一起，形成一个功能上统一的整 体，生态学家称之为生态系统。它强 调动物、植物和微生物，一切生物彼 此之间以及生物与环境之间的密切联 系。通过能量流动和物质循环联成一 个整体，并以整体作为研究对象。 生态系统的范围可大可小，大的 如整个生物圈，小至一块养殖小龙虾 稻田、一块养殖小龙虾的低洼地。仿 照自然生态系统，人类模拟制造人工 的生态系统，如稻虾连作共作生态系 统。 在这里特别指出，所有稻田综合 种养生态系统都是人工生态系统。 稻虾连作共作生态系统的非生物 因子包括：光、水和水温、pH、二 氧化碳、氧气和氮、磷、钾等无机物 质和有机物质。生物因子同样包括生 产者、消费者和分解者。生产者主要 有：水稻、有根其它植物和大型漂浮 性植物以及小型漂游性植物。总之， 有三类生产者，即水稻植株、杂草和 藻类。它们均通过光合作用和呼吸作 用参与碳素循环，并向消费者（小龙 虾等）和分解者提供有机物质。 消费者的种类和数量也是比较多 的，像浮游动物（原生动物、轮虫、 甲壳类）、底栖动物（线虫、软体 动物、环节动物、水生昆虫、螺蛳 等）、小龙虾、鱼类（稻田中通常所 养的鲤、鲫、鲢、鳙、草鱼、青蛙、 黄鳝、泥鳅等）和水稻害虫以及水稻 害虫的天敌（蜘蛛和寄生蜂），还有 鱼苗的敌害，如水蜈蚣、水斧虫、红 娘华、蜻蜓幼虫等。许多动物既是初 级消费者，又是次级消费者和三级消 费者，如黄鳝捕食青蛙，青蛙又吞食 鱼苗和害虫，鱼苗摄食浮游生物。当 然它们都还吞食其他生物。许多动物 对水稻有害而对小龙虾则有利，还有 许多动物对小龙虾有害而对水稻则有 利，如青蛙虽能吞食小龙虾的幼苗， 但又能消灭多水稻害虫， 而水稻害虫 又是小龙虾的上好饵料。 水稻单作生态系统主要为水稻与 稻田环境之间的关系，杂草等植物通 过使用除草剂消灭，浮游动物、底栖 动物和虾等水产品在大量农药的使用 下也几乎绝迹，水稻病虫害通过大量 农药控制。 与水稻单作稻田比较单一的生态 系统相比稻虾连作共作生态系统中的 生产者、消费者和分解者的成员组成 复杂，连续几年的生产实践表明稻 虾综合种养生态系统具有较好的稳定 性，如干旱、雨水较多、雨水适中年 份水稻产量变化比较平缓。 二、稻虾连作共作生态系统中的 物质循环和能量交换 在稻田水稻空闲季节通过简易的 稻田工程，将低洼稻田变成临时性浅 水池塘，留下的稻茬、机械收割散落 的水稻种子、稻田其他生物和稻田 土壤、水质共同组成小龙虾的生态环 境；在水稻生长季节，人工建设的稻 田生态系统使水稻、小龙虾共同生活 在稻田生态系统中，时间和个体大小 问题必须配合得适时、适当，才能 发挥二者之间相辅相成的作用，更有 效地发挥小龙虾在稻虾共生生态系统 中的积极作用，即促进物质在稻田内 就地循环，能量朝着稻虾双方有利的 方向流动（见图1）。也就是说，稻 虾共作生态系统是由原来的稻田生态 系统人为地加进小龙虾而来的，它使 新的生态系统内的物质循环和能量的 运转、贮存等运作更加合理。它与天 然的生态系统的不同点，也就在于总 是按照人们的意识定向地控制和调节 下存在的。当然，对于这种生态系统 组合还要结合水稻种植和小龙虾养殖 各自的特点与需要进一步地改进和完 善。 稻虾共生生态系统的各组成成 员，水稻无疑是稻虾共生生态系 统 的主体和中心，是绝对优势的生物种 群，它大量吸收太阳能、 二氧化碳、 水以及氮磷钾等各种无机营养成分， 借光合作用而制造有机物，形成水稻 种子和稻草，提供给人类。然而，大 量的稻田杂草和浮游植物以及光合细 菌都同样进行着和水稻大体一样的能 量转化过 程，但它们并不给人类提 供有益的产品，相反还和水稻争夺肥 料、 地面、空间和阳光，而且有些杂 草是水稻病虫害的中间宿主。当然水 稻杂草、浮游植物都是初级生产者， 起着固定和贮存能量的作用。而初级 消费者主要有浮游动物、草食动物、 农业害虫等；次级消费者主要是肉食 动物。稻虾共生生态系统中的小龙 虾，既是初级消费者，又是次级消费 者。因为它在生态系统中成为影响其 他生物种群、群落密度和死亡的主导 因子。 在稻田中，小龙虾能取食大量 的杂草，常见的杂草有10种以上，其 中轮叶黑藻、菹草、苦草、小茨藻 以及各种眼子菜和浮萍等，都是小 龙虾喜欢的天然饵料。在一般的情 况下，稻田杂草每年夺去稻谷产量 的10%，最高可达30%以上，也就是 说，若消灭了田间杂草，稻谷将增产 10%以上。通过试验测算表明，未养 小龙虾水稻的杂草量是养小龙虾稻田 的13倍15倍。养殖小龙虾稻田杂草 现存量为2.5kg/亩7.5kg/亩，而未养 小龙虾稻田尽管经过三次中耕人工除 草，割稻时的杂草现存量仍为150kg/ 亩350kg/亩（鲜重）。小龙虾消灭 技术 交流 80 2016年第3期 杂草， 以 130的饵料系数计算，可 提供小龙虾产量8.3kg以上。稻田养虾 可以将外溢的物质和能量截留下来转 化成优质水产品，为人类服务，而且 减少了杂草与水稻对肥料的争夺。积 蓄肥料养分供水稻吸收， 促进水稻产 量的提高。同时又净化水质，改进小 龙虾的生活环境。 小龙虾在稻田中不断地摄食浮游 生物和杂草以及底栖动物等， 不断地 长大，故其摄食量和排粪量也逐日递 增；在水稻空闲季节小龙虾摄食颗粒 饲料和其它饵料，排粪量也积累在稻 田内，小龙虾的粪肥中含有丰富的氮 和磷，增加水稻肥源。 在一般情况下，稻田杂草基本上 被大量拔除离田，结果是损失了土壤 的肥分，浪费了杂草所获得的太阳 能，而且大量的细菌、浮游植物、 浮游动物以及部分底栖动物通常也 因田水排放而流失，也直接或间接地 造成土壤肥分和太阳能的损失（见图 2）。从物质和能量的循环来看，这 是一种无法避免的自然现象，然而， 从发挥生态系统的生物生产力、挖掘 其最大“负载”来说，显然是一种物 质和能量的浪费。实行稻田养殖小龙 虾则可“截流”这部分原来是浪费的 物质和能量，并使之转化为水产品而 提供给人类，并可促进稻谷增产，这 是十分经济和合理的。也是符合农业 现代化的目的和要求的。把农、林、 牧、副、渔各业的生产和管理逐步建 立在科学的基础上，以相对少的能量 和物质，取得尽可能高的产量，以获 得最好的经济效益。 当稻田生态系统引进小龙虾种群 后形成的稻虾共生生态系统， 各生 物种群群落的组成和相互关系发生变 化，小龙虾和水稻双双成为该系统中 的主宰者。在稻虾共生生态系统中， 非生物因子和生物因子 是相互作用 的。水稻生长发育需要光、热、空气 中的二氧化碳、水分和养分，其中动 态变化最大的是空气、水分和养分， 对水稻的影响也是极大的。如二氧化 碳是水稻光合作用必须的原料，在 白天养殖小龙虾稻田的二氧化碳远比 图1 稻田综合种养物质能量转化示意图 技术 交流 81 2016年第3期 不养小龙虾稻田充沛。小龙虾类更离 不开水，它要利用稻田水体内氧气和 摄食夺取养分的浮游生物。一般情况 下，养虾稻田和未养虾田溶氧变化幅 度1.6mg/L6.8mg/L，平均为4.2mg/ L，夜间最低溶氧值不影响小龙虾的 生存生长，而且养虾田一般比未养虾 田略高，显然是由于小龙虾搅动田 水，增加了水和空气的接触，起到了 一定的增氧作用。同时小龙虾的活动 还可使水中的溶氧均匀分布，并翻动 土壤，因而改善土壤的供氧状况，有 利于有机物的分解，减少土壤还原物 质，因此有许多养虾田并不晒田，也 不中耕除草， 但仍比未养虾田稻谷增 产5%以上。 三、效益分析 经济效益：稻田养虾的首要目的 是使稻谷增产，减轻稻农除草劳动， 在稻谷增产（与使用除草剂的稻田相 比一般平均增产5%）的前提下，充 分利用稻田所提供的水体和饵料等条 件，养殖小龙虾提供优质的水产品。 节省劳动力，减少农民中耕除草的辛 苦劳动。 稻虾连作共作试验2011年至2014 年四年小龙虾每亩平均产小龙虾 141.64kg，水稻540.79kg；对照田平均 每亩产小龙虾0kg，水稻477.81kg。 稻虾连作共作比对照田每亩水 稻平均增产81.47kg，增加17.06%； 每亩水稻平均增加产值182.11元，增 加17.06%；每亩水稻平均增加利润 182.91元，增加218.09%。水稻和小 龙虾合计产值比对照组增加116.99万 元，每亩水稻平均增加产值4672.12 元，增加337.05%；利润增加92.50万 元，每亩水稻平均增加利润，3694.09 元，增加4404.54%。稻虾连作共作 水稻和小龙虾合计投入产出比为 12.66，对照组水稻单作投入产出比 为11.06。 生态效益：稻虾连作共作小龙虾 在稻田兼有灭虫、保肥、造肥的作 用。小龙虾不仅摄食田间杂草、草 籽，还能清除稻脚叶，提供水稻植 株之间的通风透气性能，促进水稻植 株的生长；与人工除草相比具有经常 性、彻底性，更有省钱，不污染稻 图2 单纯种稻稻田物质能量转化示意图 技术 交流 82 2016年第3期 米，提升稻米品质的本领，这也是化 学除草剂所无法相比的。 水稻田中危害人类的蚊子幼虫 （孑孓）的密度较大，是人类脑炎、 疟疾、血丝虫病的传播者，影响人类 的健康。稻田养虾只要每平方米达到 5尾以上，就可以将孑孓摄食完，有 利于改善农村环境。 总的来说，稻田引入小龙虾后， 使稻田生态系统中生物种群的 组成 和相互关系发生重大变化，原先的物 质、能量交换和转化过程的 程度亦随 之发生变化，出现具有一定结构功能 和生产力的新的生态系 统，新参加这 个生态系统来的小龙虾成为影响其他 生物种群的主要因子。通过人为的技 术措施，克服水稻和小龙虾之间的矛 盾，发挥了小龙虾对稻有利的方面， 小龙虾的活动引起生境质量的变化， 这个变化又反过来影响稻禾作物的生 长，其结果是稻和小龙虾在稻田生态 系统中互相利用，相得益彰。因此， 稻谷增产小龙虾丰收，同时对改善农 民劳动强度和农村环境卫生又起到积 极作用。 稻虾连作形成生态、节能、环保 的综合种养模式。稻虾连作每亩化肥 使用量减少30.46kg，减少48.46%； 费用减少57.93元，38.9%；并且化肥 使用量减少是在水稻稳产增产的背 景下实现的。每亩农药使用量减少 715.71g，费用减少116.5元。稻虾连 作稻田不需使用除草剂。 社会效益：安徽全椒稻虾连作， 近万名留守农民走致富路。全椒县位 于安徽省最东部，全县面积1568平方 公里，人口46万，是全国农业大县。 农田多，在家务农的青壮年少。课题 组利用稻茬田开展小龙虾饲养试验， 经过摸索，总结出一套稻田小龙虾科 学养殖技术，取得较好的经济收益， 养殖规模不断扩大，由当年50亩扩大 到350亩，亩纯收入由当年的几百元 上升到千元以上。2006年成立全椒县 赤镇龙虾经济合作社，当年注册资金 90万元，养殖面积4500亩。随着龙虾 价格的不断上涨，为了更好的把农民 组织起来，实行规模化、科学化养 殖，课题组引导合作社状大发展， 积极推广稻田小龙虾科学养殖，目 前已扩大稻虾连作15500亩，发展合 作社社员347户。稻虾连作共作示范 推广辐射到来安、含山及和县等周边 县，推广面积超过1万亩，周边市县 近3000多户，1万多名农村无技术留 守的中老龄人和妇女从事稻田龙虾养 殖。实行了滁州市农村当地近万名留 守农民不出家门口走上稻田养虾致富 路。 而未治过农药利用稻田养殖小龙 虾生长的有机稻米，加工后比市场价 格高出数十倍，所以在安徽滁州农民 都说稻虾连作是当地人养殖致富的好 项目。合作社稻虾连作小龙虾和无公 害水稻，产品全部畅销国内市场。 2014年，合作社成员总产值达6500万 元，利润总额2200万元，合作社成员 户均纯收入达5.7万元。经过不断努 力，合作社先后获得“滁州市市级农 民专业合作社示范社”。“赤镇”牌 小龙虾商标获国家注册。合作社还被 国家农业部授予第三批“水产健康养 殖示范场”称号。中国科协、财政 部授予“全国科普惠农兴村先进单 位”。 四、稻虾连作共作理论建立 稻虾连作共作理论：稻田水稻小 龙虾连作共作，水稻稳产增产小龙虾 丰收，反映稻虾连作共作生态系统中 物质在稻田内进行良性循环，能量向 水稻和小龙虾有利的方向流动，产生 较好的经济、生态和社会效益。 和其他理论一样，稻虾连作共作 理论是这几年实践中提出的理论，有 深入讨论的必要。关于“共生”一 词，稻虾综合种养实践比起经典著作 中的“共生”概念有很大的发展，从 机能上的