试论稻虾综合种养模式与水稻可持续发展:以湖北省为例

朱波，曹鹏，2，周勇，易丽霞，晏晓原，刘章勇∗

(1 长江大学主要粮食作物产业化湖北省协同创新中心，荆州 434025；2 湖北省农业技术推广总站，武汉 430070)

进入21 世纪以来，农业生产尤其是粮食生产进入艰难的“缓增期”，甚至是“徘徊期”。到2020 年全国虽然实现了粮食生产的“十七连丰”，但同时我国粮食进口量却在与日俱增。面对国民粮食重大需求和国外粮食竞争激烈的双重压力，国内粮食生产可持续性面临巨大挑战。同时，随着农业绿色发展、乡村振兴、碳中和、碳达峰等一些列国家农业农村重大举措的实施，对粮食生产的质量、效益和生态影响将会提出更高的要求，同时也会带来新的发展机遇。水稻是我国农业生产和国民消费的三大主粮之一，相比玉米和小麦，其种植模式更复杂，发展变化较频繁，尤其是近年在长江中游兴起的稻虾综合种养[水稻(Oryza sativa)与克氏原螯虾(小龙虾，Procambarus clarkia)共作]模式发展较快[1]，对水稻生产和稻田生态的作用较大。湖北省在全国水稻生产中占据重要地位，也是全国稻虾模式发展面积最大的省份[2]。因此，有必要探讨新时期下稻虾模式与水稻可持续发展之间的关系。以期为稻虾模式合理规范利用和水稻可持续发展提供参考。

1 稻虾综合种养模式发展概况

作为一种新型高效生态综合种养模式，稻虾模式近年来在湖北省发展迅猛，已逐渐成为湖北省水稻发展的一种重要模式。全省稻虾模式种养面积由2002 年的1.27 万hm2发展到2020 年的48.70 万hm2，位居全国首位，20 年间增长了38 倍。同期，湖北省早稻种植面积由2002 年的30.50 万hm2减少到2020 年的12.20 万hm2；双季晚稻面积由2002 年的39.70 万hm2减少到2020 年的15.90 万hm2(图1)。湖北省双季稻的种植面积历史上最大曾达到121.40 万hm2。

图1 湖北省水稻、稻虾、早稻和晚稻种植面积变化(2000－2020 年)Fig.1 Change of rice，rice shrimp，early rice and late rice planting area in Hubei Province from 2000 to 2020

2018 年全国小龙虾养殖排名前30 名的县市中湖北省入选15 个，其中监利市、洪湖市和潜江市位居小龙虾产量前三甲[2]。同年全国小龙虾72.4%的收获产量和75.1%的养殖面积均来自于稻虾模式[3]。2020 年稻虾模式面积占湖北省稻田面积的22.7%。由于稻虾模式集中于平原地区发展，这一比例在江汉平原和鄂东沿江平原将会更高[4]。

稻虾模式从最初的“虾稻连作”发展至今已经形成成多种模式，如“虾稻共作”“一稻三虾”等。在种植一季水稻的基础上，逐渐从“一稻一虾”，转变为“一稻两虾”，乃至“一稻三虾”。具体做法是:“稻虾连作”，于10-11 月水稻收获后田间上水，投放虾苗，翌年3-5 月收获成虾，6 月放水，耕整稻田种植中稻[4]。“虾稻共作”，在8-9 月中稻收割前投放亲虾，或中稻收割后投放幼虾，第2 年4-5 月收获成虾，同时补投幼虾，6 月初整田、种植水稻，8-9 月收获商品虾。为了使亲虾繁育有较好的条件，稻沟由原来的1 m 宽、0.8 m 深的小沟，改挖成4 m 宽、1.5 m深的养殖沟[1]。“一稻三虾”，在4 月初投放较大规格的虾苗，于5 月底开始集中捕捞商品虾，此为稻前虾；水稻于6 月中下旬大移栽田；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，翌年3-4 月捕获亲虾上市，捕获虾苗出售给养殖户[5]。除此之外，不同地区还发展有小龙虾繁育分离、育养分区、稻虾蟹、稻虾鱼混养等多种模式。纵观这些模式的发展不难发现，稻虾模式的发展研究均是以不断提高养虾的效益为目标而展开的。

2 水稻可持续发展与稻虾模式

2.1 水稻可持续发展的重要性

水稻是湖北省最大的粮食作物，近5 年来全省水稻种植面积稳定在230 万hm2左右，稻谷年均产量在1 900 万t 左右，湖北省水稻单产水平为8.13 t/hm2，比全国平均水平高出17%。在种植面积和稻谷较为稳定、水稻单产水平相对较高的情况下，湖北省水稻转型的主要任务将是可持续发展。水稻生产的经济可持续性和资源环境可持续性是水稻可持续发展的两大抓手。现有稻虾模式在这两个方面均具有较为明显的优势，同时也存在大量的问题。

2.2 稻虾模式的经济效益

相比于传统水稻单作，稻虾模式在农产品产出上更具多样性，稻田除了收获商品稻谷外，还产出了商品虾和虾苗，提高了水稻经营的经济效益。已有大量文献报道，稻虾模式对于稻农增收具有积极意义:小龙虾的经济产值为5.85 万～8.78 万元/hm2，稻虾模式中水稻的产值为1.95 万～2.76 万元/hm2，稻虾经营模式的经营利润在3.67 万～6.90 万元/hm2，比水稻单作模式的0.30 万～1.22 万元/hm2高出约7 倍；稻虾经营模式的产投比为1.60～3.10，高于水稻单作的1.10～2.40[6-10]。一方面，市场行情较好时小龙虾(商品成虾或虾苗)的价格在32～45 元/kg，远高于较为平稳的稻谷价格2.50～2.92 元/kg，因而农户养虾的积极性更高。另一方面，养虾产生的废弃物，如虾排泄物、虾壳、未被小龙虾食用的饲料等富含较高的养分，可部分替代化肥投入[11]，从而降低肥料成本；养虾后对稻田病虫草害起到一定的控制作用，并且对水体环境的要求提高，虾稻田农药施用量减少，也可降低农药和打药成本[12]。稻虾模式中养殖小龙虾对水稻的品质也有促进作用，有研究表明稻虾模式可降低稻米的垩白粒率和垩白度，并提高了稻米的外观品质和食味品质[13，14]，这将有助于稻米经济价值的提升。

表1 2016—2020 年湖北省水稻种植面积、稻谷总产量及单产Table 1 2016－2020 rice acreage，total rice yield and per unit area in Hubei Province

2.3 稻虾模式的生态效益

与稻鸭、稻鱼等稻田综合种养模式相同，稻虾模式稻田生态系统中由于增加了虾，加上人工投入和管理，增加了其生物多样性，生态复杂程度增加，稻田生态功能也发生了改变。总体来看，稻虾模式的生态效益可分为虾与稻生态互作、资源和能量的利用效率、对环境的影响三个方面。

首先是稻田为小龙虾生长繁育提供了场所，小龙虾的生长活动以及农户在小龙虾饲养管理过程中对水稻产生作用。小龙虾的摄食行为和爬行游弋活动能很好地控制田间草害和虫害，稻田冬季淹水管理也破坏了虫害，尤其是二化螟的越冬生境。曹凑贵等[1]认为与水稻单作相比，稻虾模式下二化螟、稻飞虱和稻纵卷叶螟等主要水稻害虫发生率明显降低。赵考诚等[5]则认为虾的取食和活动可抑制稻田杂草萌发或生长，对阔叶类杂草的防除效果优于禾本科杂草。这为虾稻模式绿色生产，尤其是水稻绿色生产提供了生态基础。

其次，稻虾模式充分利用了土地和水资源，实现了“一田两用”“一水两用”，有效提高了稻田的利用效率。由于稻虾田虾沟布置，增强了雨水密集区稻田的防洪功能。稻虾模式提高了农民的劳动力资源利用效率，并通过增加经济收入提高了劳动力价值。稻虾模式促进了稻田生态系统的物质循环。如前所述，人工投入的饲料、虾的排泄物、虾壳等进入稻田被土壤吸收或水稻再次利用，可为水稻生长提供一定量养分，从而减少了水稻化肥的施用量，提高了化肥的利用效率和稻谷生产效率[15-18]。水稻对于虾也具有积极作用，如水稻高秆的植株为小龙虾夏季生长提供了遮阴的环境，秸秆、稻桩是虾苗重要的食物来源，这为水稻秸秆资源化利用创造了生态学途径。可见，巧妙地利用虾与稻之间的食物网和互惠互利的生态作用可为水稻高质高效生产提供服务。

稻田固碳减排对温室气体排放和全球碳循环具有重要作用。徐祥玉等[19]发现，稻虾模式下稻田CH4排放量较传统单作稻田降低了29.00%～41.20%，尤其是降低了插秧前稻田CH4排放，小龙虾通过分解和取食水稻秸秆可减少秸秆还田产生的CH4排放，稻虾模式稻田比单作稻田N2O 排放量降低了7.50%。Sun 等[20]研究了江汉平原秸秆还田和投喂饲料条件下稻虾模式对稻田甲烷、氧化亚氮以及温室气体全球增温潜势的影响，结果发现稻虾模式比传统水稻单作稻田甲烷排放减少18.10%～19.60%，氧化亚氮排放增加16.80%～21.00%，温室气体全球增温潜势降低16.80%～22.00%。Ling等[21]从系统生产的角度比较了稻虾模式与其他稻作模式生产的碳足迹，发现与双季稻相比，稻虾可显著降低水稻生产的碳足迹。

3 可持续发展面临的问题

尽管稻虾作为一种生态高效的种养结合模式，与传统稻作相比具有多项生态功能和优势，但其科学性和规范性尚有待深入研究，且在大面积迅速推广过程中也暴露出一些问题。

3.1 经济可持续性

稻虾模式较高的经济效益主要来自于小龙虾的经营活动，农户出售商品成虾或虾苗获取利益。但在生产实践中会遇到诸多问题。首先是小龙虾价格波动较大，尤其是在新冠肺炎疫情以来小龙虾价格下跌，对稻虾农户积极性产生冲击，出现虾弃养，稻弃种的现象。在稻虾经济成本投入较高(3.99 万～5.87 万元/hm2[5])、经营规模较大的情况下，农户承担的风险增加。其次是成虾的产量与规格、品质之间的平衡是决定小龙虾养殖效益提升的关键，而当前稻虾模式下成品虾的大小参差不齐、质量不一，制约了小龙虾高效发展。虾稻米的绿色生态品牌效应也有待深入挖掘，而当前对农户而言，虾稻米在绿色生态、食味营养等方面的品质并没有在经济价值上得到提升；从消费者层面知虾而不知稻，甚至不知虾为稻虾。

3.2 “重虾轻稻”的思想

正如曹凑贵等报道[1]，稻虾模式中虾和稻虽密不可分，但在经营过程中受虾和水稻比较经济效益的影响，“重虾轻稻”的现象明显[3]，这严重制约了稻虾模式和水稻的可持续发展。近年来稻虾模式创新和技术发展均以虾为核心而展开，从“一稻一虾”，转变为“一稻两虾”，乃至“一稻三虾”“一稻四虾”。虾的养殖强度在无限制增加，水稻的种植地位逐渐弱化，水稻实际种植面积缩减严重、播种季节推迟。虽然稻虾模式对水稻生长和品种具有良好的生态效应，但在以虾为先的管理方式下稻田明显退化，养虾期间的长期淹水管理使土壤次生潜育化程度随着养虾年限增加而加重[1]。加之生产管理上对水稻的弱视，导致稻虾模式水稻单产下降严重。陈松文等[3]对湖北省10 个稻田养虾点进行调查，发现稻虾模式的水稻单产均低于水稻单作，有90%的稻虾田稻谷单产低于7 500 kg/hm2。

3.3 稻虾模式生态耦合机制

增强虾与稻的生态关联度尤其是强化虾对稻的有利于稻虾模式优化，也是稻虾模式和水稻可持续发展的关键。陈松文等[3]提出了采用生态农业方式发展稻虾模式，并利用图示展示了稻虾模式中稻、虾、水土环境以及病虫草之间的生态关系[22]。但生产实践表明现有模式下虾与稻的生态耦合度并不高，尤其是虾对水稻的生态作用有待提高。相比于其他稻田综合种养模式如稻鸭[23]、稻鱼[24]等，对稻虾的生态机理、耦合机制，尤其是虾对水稻的作用机理方面缺乏深入系统研究。

稻虾模式和水稻可持续发展取决于资源利用的可持续性。国内外学者已开展了大量研究。佀国涵等[15]在10 年定位试验结果中发现长期稻虾共作模式显著降低了15～30 cm 土层的土壤紧实度。龚世飞[25]的研究发现稻虾模式对改善稻田土壤物理结构有帮助，土壤的总孔隙度、毛管孔隙度和非毛管孔隙度提高，土壤容重降低。大多研究者认为稻虾模式有利于土壤有机质和矿质营养氮磷钾含量的提高[15，18，26]。朱杰等[27]报道稻虾模式比单作水稻显著增加了土壤微生物丰富度指数，但对微生物多样性指数没有显著影响。王蓉等[28，29]对稻虾模式下土壤氮循环有关微生物氨氧化细菌(AOA)、氨氧化古菌(AOB)、反硝化细菌(nirK，nosZ)等丰度和种群结构进行了分析。Yuan 等[30]采用土壤质量指数(SQI)系统评价了稻虾模式土壤质量和肥力指标的变化，发现随SQI 随稻虾年限增加而升高。土壤质量的改变主要是因为大量投入的虾饲料增加了养分，虾的代谢物和活动改变了土壤性状，但长期淹水带来的土壤次生潜育化并随着养虾年份增加而加重的问题亟待解决[1]。

同样是由于养虾过程中投入品的增加，土壤的污染状况如关于亚硝酸盐、重金属的变化情况还未见报道。虾饲料的投入加重了水体富营养化的风险，这对平原湖区，尤其是面积较大的江汉平原水环境保护施加了压力。相关研究多集中在农田尺度上的水体质量监测，如程慧俊[31]研究了稻虾模式水体中溶解氧降低，隋燚等[32]和陈松文等[3]发现稻虾水体的氨氮、亚硝态氮、磷的浓度升高，何俊等[33]调查了虾稻模式水体中浮游生物藻类如绿藻、硅藻和蓝藻的数量变化。对于流域尺度上虾稻作业区对水体面源污染的作用以及风险阈值变化情况尚未见报道，需要加强相关方面的监测和研究。

将稻虾模式作为一个完整的农业生产系统或农业生态系统，从系统服务和系统可持续性评价的角度对其进行研究的报道还较少，Ling 等[22]利用碳足迹和经济学评价相结合的方法比较了稻虾模式与其他稻作模式的碳足迹，有利于从宏观角度分析和把握稻虾模式在固碳减排方面的功能。此外，国内外还有很多评价生态系统综合功能的方法，如生态系统服务价值、生命周期法、能值法等可用于对稻虾模式的资源利用效率、生态效率、可持续发展指数、环境污染指数、温室气体排放等进行综合评价。

4 发展展望

(1)稳稻增效。在未来发展中，稻虾模式应逐渐从以虾为主转变为虾稻并重，乃至以稻为核心，虾为稻服务。保障稻虾模式中水稻的种植面积和栽培质量，体现虾稻米的品质价值和生态价值，从产量、品质、生态三方面增加水稻效益。关于小龙虾已有若干地理标志和公共品牌，下一步应加强稻虾米、优质稻米等品牌和稻虾文化建设等。

(2)模式创新。从现有以虾为核心的模式创新逐步发展为以稻为核心的模式创新。在基础理论研究上进一步深入强化虾与稻的生态关联，在技术模式上提升虾对稻的生态服务、加强水稻适宜性品种、生产技术体系等研究。如王忍等[34]田生态种养水稻品种优选研究；冯香昭等[35]虾模式下不同水稻品种不同播期的产量和资源利用效率，为稻虾模式中水稻高效栽培提供了技术支持；陈松文等[3]介绍了“生态池”模式，可为稻虾田间围沟创新、便于水稻生产田间操作提供重要参考。除此之外，还应尝试稻虾与不同稻作模式轮作的模式，如与稻荷、稻菜、稻鱼等模式进行轮作以解决土壤次生潜育化、水体富营养化等问题。

(3)环境监管。首先，需要加强稻虾模式相关技术规范、管理法规的制定。2018 年发布的«中华人民共和国水产行业标准SC/T1135.1-2017:稻渔综合种养技术规范第一部分:通则»中的技术指标明确要求沟坑占比不超过总种养面积的10%。应在此基础上进一步加强稻虾模式发展的规范性，如养虾期间投入品的规范使用、稻虾模式下水稻减肥减药规范等，并加强生产过程的执法监管。对稻虾种养殖过程中的污染物排放如温室气体、氮磷面源污染物、重金属等进行智能监控和风险识别预警。