稻虾生态种养综合效应研究进展

赵考诚 马 军 叶 迎 黄丽芬 庄恒扬

（扬州大学农学院，225000，江苏扬州）

中国是世界上最早进行稻田养殖的国家，稻田生态种养最早可追溯到2000多年前，经过不断的创新发展，由传统的稻渔模式发展到多种复合种养模式[1]。“稻虾共作”生态高效种养模式曾被誉为“现代农业发展的成功典范，现代农业的一次革命”[2]。20世纪30年代小龙虾由北美洲传入我国，进入本世纪以来，小龙虾养殖发展迅猛，消费市场持续放大，产业链不断延伸。通过虾稻互促，稻虾生态种养在实现减肥减药的同时，提升了稻田综合效益，提高了农民种粮积极性，对稳定粮食生产起到了积极作用。本文从稻虾生态种养的发展现状与主要模式、生态效应、经济效应和社会效应4个方面[3-5]进行综述。

1 稻虾生态种养发展现状与主要模式

1.1 稻虾生态种养发展现状

稻虾生态种养中克氏原螯虾（Procambarus clarkiiG.）也称小龙虾、红螯虾和淡水小龙虾。我国稻虾生态种养主要分布在江淮流域[6]，以湖北、安徽、湖南、江苏和江西为主产省份，小龙虾产量占全国总产量的91.86%[7]。近年来，我国小龙虾养殖面积和产量持续快速增长。2007-2016年全国小龙虾产量由26.55万t增加到85.23万t；养殖面积超过60万hm2[8]。2016年全国稻虾生态种养面积约占小龙虾养殖面积的70%[8]。全国稻虾生态种养面积在2017年约为56.67万hm2，约占小龙虾养殖总面积的70.83%[9]，2018年为81.07万hm2，产量为18.65万t，分别占小龙虾养殖总面积和总产量的75.10% 和72.40%[10]，2019年为110.53万 hm2，产量为177.25万t，分别占小龙虾养殖总面积和总产量的85.96%和84.82%[7]。

1.2 稻虾生态种养主要模式

稻虾生态种养发展至今，其技术模式主要分为“稻虾连作”、“稻虾共作”和“一稻三虾”3种。“稻虾连作”是种植一季中稻，养殖一季小龙虾。具体做法是每年8-9月中稻收割前投放亲虾繁殖幼虾，或10-11月水稻收割后投放幼虾，翌年4-5月收获成虾，于6月整田插秧，种一季中稻，以此循环轮替[9]。“虾稻共作”是在“稻虾连作”基础上，由“一稻一虾”变为“一稻两虾”，即在8-9月中稻收割前投放亲虾进行繁殖，或9-10月中稻收割后投放幼虾，在第2年的4月中旬至5月下旬收获成虾，同时补投幼虾，5月底或6月初整田插秧，8-9月收获亲虾或商品虾，如此循环轮替[11]。“一稻三虾”种养模式对传统的“稻虾连作”和“稻虾共作”进行融合创新，收获一季水稻和3茬小龙虾（稻前虾和稻中虾各一茬、稻后繁殖虾苗一茬）[12-13]。具体做法是在4月初投放较大规格的虾苗，于5月底或6月初集中捕捞，此为稻前虾；水稻于5月下旬在秧田育苗，待6月中下旬稻前虾捕捞上市后移栽大田；稻中虾虾苗于5月下旬稻前虾捕净后投放，于8月陆续捕捞上市；稻后虾是利用水稻收获后的冬闲田，投放亲虾繁殖一批虾苗，待翌年3月底或4月初亲虾和仔虾陆续出洞时，及时捕获亲虾上市，待虾苗生长至3～4cm时，可捕获虾苗出售给养殖户。

2 稻虾生态种养的综合效应

2.1 生态效应

2.1.1 稻虾生态种养对稻田土壤的影响 许多研究者报道了稻虾生态种养对稻田土壤的影响，主要从物理性状、化学性状和土壤微生物方面开展研究。

稻虾生态种养可改善土壤物理性状。相对于常规种植模式，稻虾生态种养模式能显著降低土壤容重，提高砂粒分化率和土壤总孔隙度，从而改善稻田土壤物理结构[14]。稻虾田秸秆还田可降低土壤容重[15]。佀国涵等[16]通过10年定位试验显示，长期稻虾共作模式使15～30cm土层的土壤紧实度显著降低，分别较中稻单作模式15、20、25和30cm土层降低了20.9%、29.9%、24.8%和14.7%。长期稻虾共作模式虽然增加了0～40cm土层中大于0.25mm水稳性团聚体[17]数量和几何平均直径，但降低了0～20cm土层的团聚体分形维数。长期稻虾轮作会显著提高土壤0～40cm土层的总孔隙度、非毛管孔隙度和毛管孔隙度，降低土壤容重[18]，有助于改善耕层土壤结构，增强土壤缓冲能力[19]。

稻虾生态种养可改善土壤化学性状。吴本丽等[20]对土壤有机质、全氮、全磷、全钾、碱解氮、有效磷、速效钾和阳离子交换量等指标测定后发现，稻虾生态种养的土壤肥力普遍高于单作稻田。易芙蓉等[21]研究表明，与中稻单作相比，稻虾共作模式实施1、2、3年及以上的土壤pH提高了8.95%～11.42%；全氮和全磷含量分别提高了18.33%～35.05%和3.13%～25.71%；碱解氮、有效磷和速效钾含量分别提高了3.32%～22.22%、29.94%～34.12%和8.74%～15.02%，稻虾生态种养提高了稻田土壤养分含量。长期稻虾轮作显著提高了稻田土壤0～10cm耕层的土壤速效钾和全磷含量，同时提高了0～30cm耕层的全氮含量和0～40cm耕层有机碳、全钾和碱解氮含量，增加了土壤养分[16]。陈万明等[22]和管勤壮等[23]研究均表明，稻虾生态种养模式对土壤有机质、全氮、全磷、全钾含量及pH值均有一定程度的提高，且土壤中的全氮含量和pH值随种养年限增加呈现缓慢增加趋势[19]。此外，稻虾田土壤腐殖质的活性和腐殖化程度也得到提高，同时土壤中胡敏酸的缩合度和分子复杂程度显著降低[14]。刘赫群等[24]以土壤线虫群落结构为切入点，与水稻单作相比，稻虾种养模式食细菌线虫比例增加，说明该模式增加了土壤肥力，加快了物质循环，这对满足水稻的养分需求具有积极作用。

稻虾生态种养模式能改善土壤微生物环境。朱杰等[25]试验发现，与水稻单作模式相比，稻虾共作模式对微生物多样性指数没有显著影响，但显著增加了微生物丰富度指数，改变了稻田土壤nirK反硝化微生物在目、科、属和种水平上的群落结构。相对于水稻单作模式而言，稻虾共作模式可显著提高土壤中nosZ基因微生物丰富度，但对群落多样性的影响较小，其在种水平上缺失了沼泽红假单胞菌，认为土壤总碳是影响其差异的主要因素[26]。王蓉等[27]针对氨氧化微生物的研究发现，与水稻单作模式相比，稻虾共作模式显著降低了土壤氨氧化细菌（AOA）群落多样性，而对氨氧化古菌（AOB）群落无显著影响；稻虾共作模式显著增加了AOA与AOB的丰度，并显著影响其群落结构，稻虾共作模式下，土壤AOA与AOB的含量均高于常规中稻模式。而在AOA、AOB和反硝化微生物作用下，在硝化作用和反硝化作用过程中的中间产物N2O释放到大气中[28]。稻虾模式稻田长期淹水，土壤中积累的有机酸可被微生物作为有效碳源转化为CH4等气体[29]，0～50cm土层土壤微生物利用酸类的能力显著高于中稻单作模式，表明稻虾模式下土壤微生物能快速代谢土壤中累积的有机酸，有利于水稻的生长，可降低CH4的排放量[30]。

2.1.2 稻虾生态种养对稻田水体环境的影响 对稻虾生态种养稻田水体环境研究主要集中在水体溶解氧、铵态氮、亚硝酸盐、磷、氮、pH值、氧化还原电位及浮游动植物等方面。

易芙蓉等[31]研究结果显示，相较于自然水体和中稻单作田间水体，稻虾共作模式稻田水体的pH值分别提升了1.88%和1.37%，色度增加了42.19%和10.98%，溶解性固体总量提高了1.66%和1.14%，电导率上升了13.08%和10.31%，氧化还原电位提高了14.15%和6.03%，溶解氧含量降低了17.20%和9.41%。同样，刘卿君[32]研究发现，水稻单作模式的水体溶解氧高于稻虾模式。稻虾共作模式改变了自然水体理化性质，对水体环境的影响程度比中稻单作模式大，水体溶氧量的降低不利于水生植物的生长和部分物质的分解，进而影响稻田水质[33]，原因是虾、水稻和移栽的水生植物量大，耗氧生物较多，导致溶解氧降低[34]。但隋燚等[35]研究发现，推水模式下稻虾生态种养稻田水体溶解氧含量上升。稻虾模式需要投食供小龙虾生长，田面水养分含量受投饵量影响较大，投饵越多，田面水养分含量越高[36]。与水稻单作配合秸秆还田相比，稻虾模式配合秸秆还田可显著提升稻田水体的铵态氮和全磷含量[32]。小龙虾排泄物中含有一定量的氮、磷营养元素，其排放到养殖水体中会导致稻田养殖水体中氨氮、亚硝酸盐及磷含量高于单作水稻田[37]。稻虾种养模式虽有利于水稻生长，但同时也增加了养殖水体富营养化风险，并且在实际生产中，养殖户为追求小龙虾养殖效益，常过量投喂饲料，致使稻田水体氮和磷浓度严重超标，而水中磷浓度对淡水浮游动物的食物质量有较大影响[38]，导致藻类过度繁殖，藻类有机物分解使水中的溶解氧被大量消耗，影响稻虾模式健康发展[39]。

稻虾生态种养水体中浮游植物以绿藻门、硅藻门和蓝藻门占优势（占总种数的80%～84%），浮游动物以轮虫类占优势（占总种数的47%～54%），浮游生物种类、密度和生物量随时间呈先升高后降低的趋势，且夏、秋季高于冬、春季[40]。隋燚等[35]发现，稻田水中绿藻密度始终大于20%，绿藻门藻类种数最多，浮游生物均为轮虫种类最多，同时当年由常规稻田改造并用于稻虾模式生产的新田的浮游生物种类和生物量均低于多年以稻虾模式生产的老田。藻类会吸收稻田中的营养盐，净化水体，为水体中的其他生物提供氧气[41]。浮游生物群落结构、丰度、多样性指数及水体理化指标等均能在一定程度上反映水体的水质状况，浮游植物在贫营养水体中以金藻为主体，在中营养型水体以硅藻为主体，在富营养型水体以绿藻和蓝藻为主体[42]。说明稻虾生态种养下的稻田主要呈现出中、富营养型水体。

2.1.3 稻虾生态种养对稻田温室气体排放的影响农业生产中排放的CH4和N2O分别约占全球温室气体总排放量的50%和60%[43]。稻田是温室气体CH4和N2O的重要排放源[44]，但对稻虾生态种养稻田温室气体排放研究鲜有报道。与水稻—油菜种植模式比较，稻虾模式下CH4排放量降低39.5%～64.7%[45]。小龙虾通过嚼食水稻枯叶和杂草，减少了这些有机残体在分解过程中产生的CH4；小龙虾在稻田水里的活动会导致水体溶解氧量的增加，进而加快CH4的氧化速度[46]。徐祥玉等[47]经过2年试验研究也表明，长期养虾可使深层土壤氧化还原状况得到显著改善，使稻田CH4排放量降低29.02%～41.19%，尤其是降低了插秧前CH4的排放量，养殖小龙虾还可抑制因秸秆还田所产生的CH4增排效应，在稻草还田条件下，养虾稻田比不养虾的N2O排放量降低7.5%。小龙虾钻洞可使土壤含氧量增加，虽然土壤氧化还原电位不会发生较大变化，但可降低产甲烷菌的丰度，增加甲烷氧化菌丰度，由此降低CH4排放量[48]。Liu等[49]试验表明，稻虾生态种养N2O排放量较常规稻作减少56%，并且有无水生植物对N2O排放影响不大。

2.1.4 稻虾生态种养对稻田病虫草害的影响 稻田杂草对水稻生长和产量影响很大，据统计，杂草可导致全球水稻产量减少10.8%[50]，因此有效控制稻田杂草，有助于提高水稻产量。小龙虾以稻田中的杂草、草籽和稻脚叶为食，其在稻田水里的活动会抑制杂草萌芽生长[51]，爬行时可将杂草幼芽、种子翻出，使其暴露悬浮于水中，加快其腐烂死亡速度，从而大大降低稻田土壤杂草种子的密度，减少翌年杂草的发生基数[52]。南京农业大学稻田种养研究团队试验表明，稻虾生态种养的控草效果达到77%[53]；稻虾共作能控制85%以上的杂草稗、异型莎草、鸭舌草、陌上菜及水苋菜，与施用36%苄嘧磺隆·二氯喹啉酸WP270g(a.i)/hm2进行化学除草的效果相当[53]；稻虾共作2～3年时，与常规模式稻田相比，杂草总密度降低52.92%，双子叶阔叶杂草密度降低73.53%，单子叶禾本科杂草密度降低63.26%[54]。张家宏[13]在长期研究稻虾田除草技术时提出了培育25d以上长秧龄且栽插株高30cm以上的秧苗，通过及时上深水和赶虾入田的方法，创立了“水压草虾吃草”的控草方法，杂草防除率达90%以上。

稻虾生态种养并不能长期抑制稻田中的杂草。随年限的增加，稻虾田杂草总数表现出先降低后增加的趋势；短期稻虾生态种养对稻田杂草的抑制作用明显，长期稻虾生态种养会逐步形成新的杂草群落结构，需要采取对应的杂草防控措施[55]。

稻虾生态种养能较好地控制稻田病虫害的发生。与水稻单作相比，稻虾生态种养模式下水稻的虫害发生率均明显降低，其中褐飞虱的发生率下降了51.48%，二化螟和三化螟的发生率下降了30.38%[56]。随着稻虾生态种养年限的延长，虫害明显减少，稻飞虱、二化螟和稻纵卷叶螟等得到控制[2]。可见，稻虾生态种养较好地降低了水稻虫害的发生率。但随着稻虾生态种养年限的延长，水稻茎基腐病显著加重。稻虾模式水稻纹枯病与稻瘟病病情指数提高[57]。

总体上，稻虾生态种养下的小龙虾能通过活动、取食和践踏抑制杂草萌芽或生长，对双子叶阔叶类杂草的防治效果优于对单子叶禾本科杂草的，可达到节药增效的效果。同时，该模式对病害和虫害也有较好的防治效果。

2.2 经济效应

稻虾生态种养在稳定水稻单产基础上，发展小龙虾养殖，增收途径主要来源于因绿色品牌打造而提升单价的优质稻米和附加产出的小龙虾。除产值提升外，稻虾生态种养模式利用虾的活动代替传统农药和除草剂抑制杂草与害虫侵害，利用虾粪替代部分常规种植模式下使用的化肥，减少了化肥投入[58-59]，降低了水稻种植成本，提升了经济效益。

陈灿等[60]和寇祥明等[61]研究表明，稻虾共作模式显著降低了稻米的垩白粒率和垩白度，改善了稻米的外观品质与稻米的食味品质，使稻谷售价提高，水稻产出价值提高了9.22%[62]。肥料和农药在水稻单作成本中占比较高，稻虾生态种养模式下肥料成本降低79.5%[2]，化肥投入量减少26.52%[62]、23.22%[63]，农药成本降低 50%[2]。同时也应关注，受养殖者技术水平与市场供求关系等因素的影响，小龙虾出售单价波动较大（表1、2）。王晓飞等[64]利用数据包络分析法（DEA）分析农户成本效率发现，土地细碎化、人力资本和社会资本的不足以及合作社流于形式是引起农户效率损失的重要原因，稻虾模式的土地经营模式能够保证水稻产量，但增效作用有限。新养殖户由于前期小龙虾苗种价格偏高，造成成本上升，后期成虾价格偏低，导致整体效益不好；而老养殖户在有苗种可出售的前提下效益较新种植户好，但没有苗种出售的老养殖户效益较差，甚至亏损[7]。

表1 稻虾生态种养经济效应——成本核算Table 1 Economic effect for ecological farming of rice and shrimp-cost accounting 万元/hm2 ×104 yuan/hm2

表2 稻虾生态种养经济效应——效益核算Table 2 Economic effect for ecological farming of rice and shrimp—benefit accounting

2.3 社会效应

稻虾生态种养模式的深入实施和广泛普及也带来了很大的社会效应，如一二三产融合与升级、脱贫增收和解决部分就业等。稻虾生态种养促进了产业升级和一二三产融合，其所产稻米和小龙虾初步形成以“潜江龙虾”和“监利大虾”为代表的产地品牌，以“楚玉”和“良仁”为代表的龙虾加工品牌，以“荆门香稻嘉鱼”和“潜江虾乡稻”为代表的稻米品牌[68]，有效推动了小龙虾餐饮消费的深度发展。同时针对稻虾生态种养的特色，建设了一批集旅游、休闲及观光为一体的特色龙虾文化中心、休闲农庄以及多功能的文化场所[69]。

3 总结

稻虾生态种养作为绿色发展的重要产业，通过种养结合和生态循环，实现了一水多用、一田多收的种养协调发展，促进了农业生产“双减”（减少化肥和农药），提升了稻米的外观与食味品质，并获得小龙虾养殖效益，在促进农民增收的同时，改善了农业生态环境。在未来发展中要紧扣粮食安全、资源节约、生态保护和效益提升的综合目标，促进稻虾生态种养健康可持续发展。