文/奚業(yè)文周洵

稻蝦連作共作稻田生態(tài)系統(tǒng)中物質(zhì)循環(huán)和效益初步研究

文/奚業(yè)文1周洵2

本文通過稻田水稻小龍蝦連作共作，水稻穩(wěn)產(chǎn)增產(chǎn)小龍蝦豐收，反映稻蝦連作共作生態(tài)系統(tǒng)中物質(zhì)在稻田內(nèi)進(jìn)行良性循環(huán)，能量向水稻和小龍蝦有利的方向流動(dòng)，同時(shí)產(chǎn)生較好的經(jīng)濟(jì)、生態(tài)和社會(huì)效益。

稻田養(yǎng)蝦是應(yīng)用稻田養(yǎng)蝦蝦養(yǎng)稻、稻蝦連作共作的理論，有意識(shí)地利用生物種群、群落之間的生存競(jìng)爭(zhēng)及協(xié)同，從而控制和調(diào)節(jié)稻田生態(tài)系統(tǒng)中物質(zhì)循環(huán)和能量轉(zhuǎn)化。也就是說，稻田養(yǎng)蝦是將原有的稻田生態(tài)系統(tǒng)向更有利的方向轉(zhuǎn)化，并且充分利用新的生態(tài)系統(tǒng)，發(fā)揮其共生互利的作用，使稻田生態(tài)系統(tǒng)產(chǎn)生更大的“負(fù)載力”，為人類提供更多的安全優(yōu)質(zhì)農(nóng)產(chǎn)品。

一、水稻小龍蝦連作共作生態(tài)系統(tǒng)的構(gòu)建

生態(tài)學(xué)的直接含義是有關(guān)研究“住所”或“棲息場(chǎng)所”的科學(xué)，它與國(guó)民經(jīng)濟(jì)的農(nóng)業(yè)、漁業(yè)生產(chǎn)實(shí)踐聯(lián)系確實(shí)十分密切。自然界中的 動(dòng)物、植物、微生物等物種和周邊的環(huán)境條件在一起，形成一個(gè)功能上統(tǒng)一的整體，生態(tài)學(xué)家稱之為生態(tài)系統(tǒng)。它強(qiáng)調(diào)動(dòng)物、植物和微生物，一切生物彼此之間以及生物與環(huán)境之間的密切聯(lián)系。通過能量流動(dòng)和物質(zhì)循環(huán)聯(lián)成一個(gè)整體，并以整體作為研究對(duì)象。

生態(tài)系統(tǒng)的范圍可大可小，大的如整個(gè)生物圈，小至一塊養(yǎng)殖小龍蝦稻田、一塊養(yǎng)殖小龍蝦的低洼地。仿照自然生態(tài)系統(tǒng)，人類模擬制造人工的生態(tài)系統(tǒng)，如稻蝦連作共作生態(tài)系統(tǒng)。 在這里特別指出，所有稻田綜合種養(yǎng)生態(tài)系統(tǒng)都是人工生態(tài)系統(tǒng)。

稻蝦連作共作生態(tài)系統(tǒng)的非生物因子包括：光、水和水溫、pH、二氧化碳、氧氣和氮、磷、鉀等無機(jī)物質(zhì)和有機(jī)物質(zhì)。生物因子同樣包括生產(chǎn)者、消費(fèi)者和分解者。生產(chǎn)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?？傊?，有三類生產(chǎn)者，即水稻植株、雜草和藻類。它們均通過光合作用和呼吸作用參與碳素循環(huán)，并向消費(fèi)者（小龍蝦等）和分解者提供有機(jī)物質(zhì)。

消費(fèi)者的種類和數(shù)量也是比較多的，像浮游動(dòng)物（原生動(dòng)物、輪蟲、甲殼類）、底棲動(dòng)物（線蟲、軟體動(dòng)物、環(huán)節(jié)動(dòng)物、水生昆蟲、螺螄等）、小龍蝦、魚類（稻田中通常所養(yǎng)的鯉、鯽、鰱、鳙、草魚、青蛙、黃鱔、泥鰍等）和水稻害蟲以及水稻害蟲的天敵（蜘蛛和寄生蜂），還有魚苗的敵害，如水蜈蚣、水斧蟲、紅娘華、蜻蜓幼蟲等。許多動(dòng)物既是初級(jí)消費(fèi)者，又是次級(jí)消費(fèi)者和三級(jí)消費(fèi)者，如黃鱔捕食青蛙，青蛙又吞食魚苗和害蟲，魚苗攝食浮游生物。當(dāng)然它們都還吞食其他生物。許多動(dòng)物對(duì)水稻有害而對(duì)小龍蝦則有利，還有許多動(dòng)物對(duì)小龍蝦有害而對(duì)水稻則有利，如青蛙雖能吞食小龍蝦的幼苗，但又能消滅多水稻害蟲， 而水稻害蟲又是小龍蝦的上好餌料。

水稻單作生態(tài)系統(tǒng)主要為水稻與稻田環(huán)境之間的關(guān)系，雜草等植物通過使用除草劑消滅，浮游動(dòng)物、底棲動(dòng)物和蝦等水產(chǎn)品在大量農(nóng)藥的使用下也幾乎絕跡，水稻病蟲害通過大量農(nóng)藥控制。

與水稻單作稻田比較單一的生態(tài)系統(tǒng)相比稻蝦連作共作生態(tài)系統(tǒng)中的生產(chǎn)者、消費(fèi)者和分解者的成員組成復(fù)雜，連續(xù)幾年的生產(chǎn)實(shí)踐表明稻蝦綜合種養(yǎng)生態(tài)系統(tǒng)具有較好的穩(wěn)定性，如干旱、雨水較多、雨水適中年份水稻產(chǎn)量變化比較平緩。

二、稻蝦連作共作生態(tài)系統(tǒng)中的物質(zhì)循環(huán)和能量交換

在稻田水稻空閑季節(jié)通過簡(jiǎn)易的稻田工程，將低洼稻田變成臨時(shí)性淺水池塘，留下的稻茬、機(jī)械收割散落的水稻種子、稻田其他生物和稻田土壤、水質(zhì)共同組成小龍蝦的生態(tài)環(huán)境；在水稻生長(zhǎng)季節(jié)，人工建設(shè)的稻田生態(tài)系統(tǒng)使水稻、小龍蝦共同生活在稻田生態(tài)系統(tǒng)中，時(shí)間和個(gè)體大小問題必須配合得適時(shí)、適當(dāng)，才能發(fā)揮二者之間相輔相成的作用，更有效地發(fā)揮小龍蝦在稻蝦共生生態(tài)系統(tǒng)中的積極作用，即促進(jìn)物質(zhì)在稻田內(nèi)就地循環(huán)，能量朝著稻蝦雙方有利的方向流動(dòng)（見圖1）。也就是說，稻蝦共作生態(tài)系統(tǒng)是由原來的稻田生態(tài)系統(tǒng)人為地加進(jìn)小龍蝦而來的，它使新的生態(tài)系統(tǒng)內(nèi)的物質(zhì)循環(huán)和能量的運(yùn)轉(zhuǎn)、貯存等運(yùn)作更加合理。它與天然的生態(tài)系統(tǒng)的不同點(diǎn)，也就在于總是按照人們的意識(shí)定向地控制和調(diào)節(jié)下存在的。當(dāng)然，對(duì)于這種生態(tài)系統(tǒng)組合還要結(jié)合水稻種植和小龍蝦養(yǎng)殖各自的特點(diǎn)與需要進(jìn)一步地改進(jìn)和完善。

稻蝦共生生態(tài)系統(tǒng)的各組成成員，水稻無疑是稻蝦共生生態(tài)系 統(tǒng)的主體和中心，是絕對(duì)優(yōu)勢(shì)的生物種群，它大量吸收太陽能、 二氧化碳、水以及氮磷鉀等各種無機(jī)營(yíng)養(yǎng)成分，借光合作用而制造有機(jī)物，形成水稻種子和稻草，提供給人類。然而，大量的稻田雜草和浮游植物以及光合細(xì)菌都同樣進(jìn)行著和水稻大體一樣的能量轉(zhuǎn)化過 程，但它們并不給人類提供有益的產(chǎn)品，相反還和水稻爭(zhēng)奪肥料、 地面、空間和陽光，而且有些雜草是水稻病蟲害的中間宿主。當(dāng)然水稻雜草、浮游植物都是初級(jí)生產(chǎn)者，起著固定和貯存能量的作用。而初級(jí)消費(fèi)者主要有浮游動(dòng)物、草食動(dòng)物、農(nóng)業(yè)害蟲等；次級(jí)消費(fèi)者主要是肉食動(dòng)物。稻蝦共生生態(tài)系統(tǒng)中的小龍蝦，既是初級(jí)消費(fèi)者，又是次級(jí)消費(fèi)者。因?yàn)樗谏鷳B(tài)系統(tǒng)中成為影響其他生物種群、群落密度和死亡的主導(dǎo)因子。

在稻田中，小龍蝦能取食大量的雜草，常見的雜草有10種以上，其中輪葉黑藻、菹草、苦草、小茨藻以及各種眼子菜和浮萍等，都是小龍蝦喜歡的天然餌料。在一般的情況下，稻田雜草每年奪去稻谷產(chǎn)量的10%，最高可達(dá)30%以上，也就是說，若消滅了田間雜草，稻谷將增產(chǎn)10%以上。通過試驗(yàn)測(cè)算表明，未養(yǎng)小龍蝦水稻的雜草量是養(yǎng)小龍蝦稻田的13倍～15倍。養(yǎng)殖小龍蝦稻田雜草現(xiàn)存量為2.5kg/畝～7.5kg/畝，而未養(yǎng)小龍蝦稻田盡管經(jīng)過三次中耕人工除草，割稻時(shí)的雜草現(xiàn)存量仍為150kg/畝～350kg/畝（鮮重）。小龍蝦消滅雜草， 以 1∶30的餌料系數(shù)計(jì)算，可提供小龍蝦產(chǎn)量8.3kg以上。稻田養(yǎng)蝦可以將外溢的物質(zhì)和能量截留下來轉(zhuǎn)化成優(yōu)質(zhì)水產(chǎn)品，為人類服務(wù)，而且減少了雜草與水稻對(duì)肥料的爭(zhēng)奪。積蓄肥料養(yǎng)分供水稻吸收， 促進(jìn)水稻產(chǎn)量的提高。同時(shí)又凈化水質(zhì)，改進(jìn)小龍蝦的生活環(huán)境。

小龍蝦在稻田中不斷地?cái)z食浮游生物和雜草以及底棲動(dòng)物等， 不斷地長(zhǎng)大，故其攝食量和排糞量也逐日遞增；在水稻空閑季節(jié)小龍蝦攝食顆粒飼料和其它餌料，排糞量也積累在稻田內(nèi)，小龍蝦的糞肥中含有豐富的氮和磷，增加水稻肥源。

在一般情況下，稻田雜草基本上被大量拔除離田，結(jié)果是損失了土壤的肥分，浪費(fèi)了雜草所獲得的太陽能，而且大量的細(xì)菌、浮游植物、浮游動(dòng)物以及部分底棲動(dòng)物通常也因田水排放而流失，也直接或間接地造成土壤肥分和太陽能的損失（見圖2）。從物質(zhì)和能量的循環(huán)來看，這是一種無法避免的自然現(xiàn)象，然而，從發(fā)揮生態(tài)系統(tǒng)的生物生產(chǎn)力、挖掘其最大“負(fù)載”來說，顯然是一種物質(zhì)和能量的浪費(fèi)。實(shí)行稻田養(yǎng)殖小龍蝦則可“截流”這部分原來是浪費(fèi)的物質(zhì)和能量，并使之轉(zhuǎn)化為水產(chǎn)品而提供給人類，并可促進(jìn)稻谷增產(chǎn)，這是十分經(jīng)濟(jì)和合理的。也是符合農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化的目的和要求的。把農(nóng)、林、牧、副、漁各業(yè)的生產(chǎn)和管理逐步建立在科學(xué)的基礎(chǔ)上，以相對(duì)少的能量和物質(zhì)，取得盡可能高的產(chǎn)量，以獲得最好的經(jīng)濟(jì)效益。

圖1　稻田綜合種養(yǎng)物質(zhì)能量轉(zhuǎn)化示意圖

當(dāng)?shù)咎锷鷳B(tài)系統(tǒng)引進(jìn)小龍蝦種群后形成的稻蝦共生生態(tài)系統(tǒng)， 各生物種群群落的組成和相互關(guān)系發(fā)生變化，小龍蝦和水稻雙雙成為該系統(tǒng)中的主宰者。在稻蝦共生生態(tài)系統(tǒng)中，非生物因子和生物因子 是相互作用的。水稻生長(zhǎng)發(fā)育需要光、熱、空氣中的二氧化碳、水分和養(yǎng)分，其中動(dòng)態(tài)變化最大的是空氣、水分和養(yǎng)分，對(duì)水稻的影響也是極大的。如二氧化碳是水稻光合作用必須的原料，在白天養(yǎng)殖小龍蝦稻田的二氧化碳遠(yuǎn)比不養(yǎng)小龍蝦稻田充沛。小龍蝦類更離不開水，它要利用稻田水體內(nèi)氧氣和攝食奪取養(yǎng)分的浮游生物。一般情況下，養(yǎng)蝦稻田和未養(yǎng)蝦田溶氧變化幅度1.6mg/L～6.8mg/L，平均為4.2mg/ L，夜間最低溶氧值不影響小龍蝦的生存生長(zhǎng)，而且養(yǎng)蝦田一般比未養(yǎng)蝦田略高，顯然是由于小龍蝦攪動(dòng)田水，增加了水和空氣的接觸，起到了一定的增氧作用。同時(shí)小龍蝦的活動(dòng)還可使水中的溶氧均勻分布，并翻動(dòng)土壤，因而改善土壤的供氧狀況，有利于有機(jī)物的分解，減少土壤還原物質(zhì)，因此有許多養(yǎng)蝦田并不曬田，也不中耕除草， 但仍比未養(yǎng)蝦田稻谷增產(chǎn)5%以上。

圖2　單純種稻稻田物質(zhì)能量轉(zhuǎn)化示意圖

三、效益分析

經(jīng)濟(jì)效益：稻田養(yǎng)蝦的首要目的是使稻谷增產(chǎn)，減輕稻農(nóng)除草勞動(dòng)，在稻谷增產(chǎn)（與使用除草劑的稻田相比一般平均增產(chǎn)5%）的前提下，充分利用稻田所提供的水體和餌料等條件，養(yǎng)殖小龍蝦提供優(yōu)質(zhì)的水產(chǎn)品。節(jié)省勞動(dòng)力，減少農(nóng)民中耕除草的辛苦勞動(dòng)。

稻蝦連作共作試驗(yàn)2011年至2014年四年小龍蝦每畝平均產(chǎn)小龍蝦141.64kg，水稻540.79kg；對(duì)照田平均每畝產(chǎn)小龍蝦0kg，水稻477.81kg。

稻蝦連作共作比對(duì)照田每畝水稻平均增產(chǎn)81.47kg，增加17.06%；每畝水稻平均增加產(chǎn)值182.11元，增加17.06%；每畝水稻平均增加利潤(rùn)182.91元，增加218.09%。水稻和小龍蝦合計(jì)產(chǎn)值比對(duì)照組增加116.99萬元，每畝水稻平均增加產(chǎn)值4672.12元，增加337.05%；利潤(rùn)增加92.50萬元，每畝水稻平均增加利潤(rùn)，3694.09元，增加4404.54%。稻蝦連作共作水稻和小龍蝦合計(jì)投入產(chǎn)出比為1∶2.66，對(duì)照組水稻單作投入產(chǎn)出比為1∶1.06。

生態(tài)效益：稻蝦連作共作小龍蝦在稻田兼有滅蟲、保肥、造肥的作用。小龍蝦不僅攝食田間雜草、草籽，還能清除稻腳葉，提供水稻植株之間的通風(fēng)透氣性能，促進(jìn)水稻植株的生長(zhǎng)；與人工除草相比具有經(jīng)常性、徹底性，更有省錢，不污染稻米，提升稻米品質(zhì)的本領(lǐng)，這也是化學(xué)除草劑所無法相比的。

水稻田中危害人類的蚊子幼蟲（孑孓）的密度較大，是人類腦炎、瘧疾、血絲蟲病的傳播者，影響人類的健康。稻田養(yǎng)蝦只要每平方米達(dá)到5尾以上，就可以將孑孓攝食完，有利于改善農(nóng)村環(huán)境。

總的來說，稻田引入小龍蝦后，使稻田生態(tài)系統(tǒng)中生物種群的 組成和相互關(guān)系發(fā)生重大變化，原先的物質(zhì)、能量交換和轉(zhuǎn)化過程的 程度亦隨之發(fā)生變化，出現(xiàn)具有一定結(jié)構(gòu)功能和生產(chǎn)力的新的生態(tài)系 統(tǒng)，新參加這個(gè)生態(tài)系統(tǒng)來的小龍蝦成為影響其他生物種群的主要因子。通過人為的技術(shù)措施，克服水稻和小龍蝦之間的矛盾，發(fā)揮了小龍蝦對(duì)稻有利的方面，小龍蝦的活動(dòng)引起生境質(zhì)量的變化，這個(gè)變化又反過來影響稻禾作物的生長(zhǎng)，其結(jié)果是稻和小龍蝦在稻田生態(tài)系統(tǒng)中互相利用，相得益彰。因此，稻谷增產(chǎn)小龍蝦豐收，同時(shí)對(duì)改善農(nóng)民勞動(dòng)強(qiáng)度和農(nóng)村環(huán)境衛(wèi)生又起到積極作用。

稻蝦連作形成生態(tài)、節(jié)能、環(huán)保的綜合種養(yǎng)模式。稻蝦連作每畝化肥使用量減少30.46kg，減少48.46%；費(fèi)用減少57.93元，38.9%；并且化肥使用量減少是在水稻穩(wěn)產(chǎn)增產(chǎn)的背景下實(shí)現(xiàn)的。每畝農(nóng)藥使用量減少715.71g，費(fèi)用減少116.5元。稻蝦連作稻田不需使用除草劑。

社會(huì)效益：安徽全椒稻蝦連作，近萬名留守農(nóng)民走致富路。全椒縣位于安徽省最東部，全縣面積1568平方公里，人口46萬，是全國(guó)農(nóng)業(yè)大縣。農(nóng)田多，在家務(wù)農(nóng)的青壯年少。課題組利用稻茬田開展小龍蝦飼養(yǎng)試驗(yàn)，經(jīng)過摸索，總結(jié)出一套稻田小龍蝦科學(xué)養(yǎng)殖技術(shù)，取得較好的經(jīng)濟(jì)收益，養(yǎng)殖規(guī)模不斷擴(kuò)大，由當(dāng)年50畝擴(kuò)大到350畝，畝純收入由當(dāng)年的幾百元上升到千元以上。2006年成立全椒縣赤鎮(zhèn)龍蝦經(jīng)濟(jì)合作社，當(dāng)年注冊(cè)資金90萬元，養(yǎng)殖面積4500畝。隨著龍蝦價(jià)格的不斷上漲，為了更好的把農(nóng)民組織起來，實(shí)行規(guī)模化、科學(xué)化養(yǎng)殖，課題組引導(dǎo)合作社狀大發(fā)展，積極推廣稻田小龍蝦科學(xué)養(yǎng)殖，目前已擴(kuò)大稻蝦連作15500畝，發(fā)展合作社社員347戶。稻蝦連作共作示范推廣輻射到來安、含山及和縣等周邊縣，推廣面積超過1萬畝，周邊市縣近3000多戶，1萬多名農(nóng)村無技術(shù)留守的中老齡人和婦女從事稻田龍蝦養(yǎng)殖。實(shí)行了滁州市農(nóng)村當(dāng)?shù)亟f名留守農(nóng)民不出家門口走上稻田養(yǎng)蝦致富路。

而未治過農(nóng)藥利用稻田養(yǎng)殖小龍蝦生長(zhǎng)的有機(jī)稻米，加工后比市場(chǎng)價(jià)格高出數(shù)十倍，所以在安徽滁州農(nóng)民都說稻蝦連作是當(dāng)?shù)厝损B(yǎng)殖致富的好項(xiàng)目。合作社稻蝦連作小龍蝦和無公害水稻，產(chǎn)品全部暢銷國(guó)內(nèi)市場(chǎng)。2014年，合作社成員總產(chǎn)值達(dá)6500萬元，利潤(rùn)總額2200萬元，合作社成員戶均純收入達(dá)5.7萬元。經(jīng)過不斷努力，合作社先后獲得“滁州市市級(jí)農(nóng)民專業(yè)合作社示范社”?！俺噫?zhèn)”牌小龍蝦商標(biāo)獲國(guó)家注冊(cè)。合作社還被國(guó)家農(nóng)業(yè)部授予第三批“水產(chǎn)健康養(yǎng)殖示范場(chǎng)”稱號(hào)。中國(guó)科協(xié)、財(cái)政部授予“全國(guó)科普惠農(nóng)興村先進(jìn)單位”。

四、稻蝦連作共作理論建立

稻蝦連作共作理論：稻田水稻小龍蝦連作共作，水稻穩(wěn)產(chǎn)增產(chǎn)小龍蝦豐收，反映稻蝦連作共作生態(tài)系統(tǒng)中物質(zhì)在稻田內(nèi)進(jìn)行良性循環(huán)，能量向水稻和小龍蝦有利的方向流動(dòng)，產(chǎn)生較好的經(jīng)濟(jì)、生態(tài)和社會(huì)效益。

和其他理論一樣，稻蝦連作共作理論是這幾年實(shí)踐中提出的理論，有深入討論的必要。關(guān)于“共生”一詞，稻蝦綜合種養(yǎng)實(shí)踐比起經(jīng)典著作中的“共生”概念有很大的發(fā)展，從機(jī)能上的“共生” 發(fā)展到功能上的“共生”。如英國(guó)J.梅乃特在（M o d e l s i n E c o l o g y ） （1974 ）一書中將一對(duì)種之間的直接相互作用分成三種類型，即競(jìng)爭(zhēng)、共生和牧食。其中“共生”的定義為每個(gè)種對(duì)另一種的增長(zhǎng)有加速作用”。稻蝦綜合種養(yǎng)強(qiáng)調(diào)的是不同種的兩種生物共同生活在一起，相互之間對(duì)增長(zhǎng)有加速和促進(jìn)作用的共生互利關(guān)系。

水稻與小龍蝦的關(guān)系，更確切地說，大部分時(shí)間應(yīng)該歸屬原始合作型，盡管它們是互相有利的，但不是必然的；在水稻幼苗期屬于偏利作用。也就是說，水稻并非必然地依賴于小龍蝦，在水稻幼苗期小龍蝦對(duì)于水稻是不利的，同時(shí)，小龍蝦也并非必然依存于水稻。水稻小龍蝦綜合種養(yǎng)技術(shù)，通過稻田工程、早期優(yōu)質(zhì)飼料投喂技術(shù)和茬口的適當(dāng)?shù)陌才?，使兩者錯(cuò)過偏利作用時(shí)期，其經(jīng)濟(jì)、生態(tài)效益非常顯著，隨著水稻小龍蝦綜合種養(yǎng)技術(shù)的不斷改進(jìn)與熟化，到水稻專家也充分認(rèn)識(shí)到稻田養(yǎng)殖小龍蝦是對(duì)稻谷增產(chǎn)的必須措施之一時(shí)，這兩個(gè)種群就成為彼此完全地相互依賴，自然地成為必然的互利共生模式。

稻蝦連作共作理論的創(chuàng)立是有其理論依據(jù)和生產(chǎn)實(shí)踐基礎(chǔ)的。 從大農(nóng)業(yè)觀點(diǎn)看，這個(gè)理論今后還需繼續(xù)深入發(fā)展，從理論到實(shí)踐， 從試驗(yàn)示范到推廣普及，從試驗(yàn)田到大田驗(yàn)證；再?gòu)膶?shí)踐到理論，稻蝦連作共作理論將從不甚完善到更加完善。

作者單位：1.安徽省水產(chǎn)技術(shù)推廣總站 2.安徽省宣城市漁業(yè)漁政局