放养密度对稻渔（禽）共生模式水稻产量、品质和生态环境的影响研究进展

戴林秀 李京咏 彭翔 杨谦 徐强 窦志 高辉

（扬州大学农学院/江苏省作物栽培生理重点实验室/江苏省作物遗传生理国家重点实验室培育点/江苏省粮食作物现代产业技术协同创新中心/扬州大学水稻产业工程技术研究院，江苏 扬州 225009；第一作者：dai241206@163.com；*通讯作者：qiangxu@yzn.edu.cn）

水稻是世界上最主要的粮食作物之一，近50%的人口以稻米为主食，由于人口的快速增长，粮食供给形势严峻，稻米的可持续生产十分重要[1-2]。在水稻种植过程中，化肥的大量施用使得肥料中的养分不能被有效利用，肥药的过量施用还会造成农业面源污染。虽然水稻连年获得了高产，却因肥药的使用也带来环境的一些损害，传统稻作模式生产效益不高，不能给农民带来高额利润，影响农民种植水稻的积极性[3-4]。如何协调环境保护和增产增收之间的矛盾，成为新时代水稻生产高质量发展需要解决的问题。

稻田综合种养是我国生态循环农业的典型模式[5]，是指在稻田中进行水产（禽）养殖，将稻田种稻和水产（禽）养殖结合起来，充分利用稻田湿地生态系统，发挥水稻和养殖产品共生互利作用，从而获得水稻和养殖产品双收的一种生态种养模式。稻田综合种养有利于稻田降肥减药、控草除虫、还田增肥和环境增绿，有效减少了化肥和农药的投入，减轻了农业面源污染，实现了“一水多用、一地多收、一年多产、稳粮增效”，促进了稻田生态系统的稳产、优质、绿色、高效发展[6]。广义上，稻田综合种养可分为连作和共生模式，加强稻渔（禽）共生技术的研究，不仅可以提升我国土地与水资源的利用率，还可以在保证水稻产量和品质的基础上为人类提供更多的水产（禽）动物蛋白，弥补江湖禁捕退捕等造成的蛋白供给缺失[7]。然而，由于水产（禽）动物的经济效益高于水稻，一些农户为了追求经济效益而肆意增加放养密度，盲目扩张水产（禽）养殖规模，导致“种养天平”失衡且限制了水产动物产量和规格的提升，增加了水体富营养化等环境风险。因此，探索稻渔（禽）共生模式下适宜的水产（禽）动物放养密度，对于获得高产优质的稻米和维护生态环境安全意义重大。

1 稻田综合种养产业发展现状

稻田综合种养在全球各地均有分布，但主要集中在亚洲，最早可以追溯到2 000 多年以前[8]。在我国，由于近年来国家的重点推广支持，稻田综合种养发展十分快速，种养面积突破254 万hm2。其中，以湖北、湖南、四川和安徽4 个省份的种养面积最大，占全国总种养面积的58.58%。目前，稻虾共作面积达126 万hm2，占种养总面积的49.22%；其次是稻鱼共作，面积为100万hm2，占种养总面积的39.02%，位居第二；稻蟹、稻鳅、稻鲶、稻鳖等模式总占比＜10%[9]。稻田综合种养是新时代最具活力、潜力和特色的朝阳产业之一，在助力国家扶贫攻坚、推动农业绿色高质量发展、保障农产品安全等方面发挥了重要作用。“十三五”期间，国家对传统粗放型的共作模式进行了技术创新，“十四五”期间稻渔综合种养产业将向着现代化、专业化、规模化的目标进一步发展，并逐渐形成标准化的技术体系和规程[10]。伴随着技术模式的优化和标准化，稻田综合种养产业链将进一步延伸，实现一二三产业融合发展。

2 稻田综合种养水产动物规格及投放标准

稻田综合种养技术规范中，应结合水产养殖动物生长特性、水稻稳产和稻田生态环保的要求，合理设定水产养殖动物的投放密度以达到最高目标单产[11]。稻田综合种养技术规范规定水产动物规格及投放标准如下。但目前已经发布的稻田综合种养技术规范并未区分连作和共作，稻渔（禽）共生模式中适宜的水产（禽）动物规格及投放标准亟待研究。

稻虾共作：幼虾投放时间应在3—4月，第一批以体长3～4 cm 标准每hm2投放90 000～120 000 只或以体长4～5 cm 标准每hm2投放75 000～90 000 只为宜，第二批以体长5 cm 左右标准每hm2投放30 000 ～60 000只。亲虾投放应在8—9月，以35 g/只标准，每hm2投放225～450 kg 为宜[12]。

稻鳖共作：在水稻移栽后2 个月投放鳖苗，规格为150～250 g/只，每hm2投放3 750～5 250 只；或规格为250～350 g/只，每hm2投放2 700～3 750 只；或规格为350～500 g/只，每hm2投放1 800～2 700 只；或规格为500～750 g/只，每hm2投放1 500～1 800 只[13]。

稻鳅共作：在秧苗移栽10～20 d 后投放鳅苗，我国中部和南方地区以3～4 cm/尾标准每hm2投放150 000～225 000 尾为宜；北方地区，以7～8 cm/尾标准每hm2投放75 000～90 000 尾为宜[14]。

稻鲤共作（山丘型）：水稻返青后投放鱼苗，以50～80 尾/kg 标准每hm2投放4 500～7 500 尾为宜[15]。

3 放养密度对稻渔（禽）共生模式水稻产量的影响

关于稻渔（禽）共生模式是否能提高水稻产量，前人已有较多研究。稻渔（禽）共生中的水产（禽）动物使原来的稻田食物链结构趋向多链化、多元化，水产（禽）动物投放密度在一定范围内有利于增加稻田生态系统的稳定性，有效促进水稻产量潜力的发挥，提高水稻分蘖成穗率和结实率等，使得水稻产量得以增加[16]。但水产（禽）动物投放密度过大会对水稻生长产生负面作用，导致产量下降。因此，水产（禽）动物的放养密度对水稻产量的影响呈现双刃性的特点。

崔荣阳等[17]研究表明，低密度稻鸭、稻蟹共生模式均提高了水稻产量，与孙文通等[18]和王强盛等[19]研究一致。这主要由于残余的饲料和鸭、蟹粪便等可缓慢且持续不断地提供碳/氮源，直接增加田面水体和土壤的有效养分，且鸭和蟹觅食田间浮萍杂草，间接使更多的养分被水稻吸收，水稻产量明显增加。此外，鸭、蟹田间活动促进土壤中硫化氢和沼气释放，使根系可以更好地深扎，且在一定程度上释放出被土壤固定的养分，改善了土壤氧化还原状况，促进氮的矿化和硝化，从而有利于水稻生长及产量增加。高密度鸭处理水稻产量低于低密度鸭处理可能是由于放鸭密度过大导致前期大面积水稻幼苗被破坏，后期谷穗被取食造成[20-21]。但LI 等[22]及吕东锋等[23]对稻蟹共生的研究都发现，中华绒螯蟹的放养密度对水稻产量没有显著影响，这可能与水产动物的生态习性、试验条件有关。一方面，稻株茎叶交错形成荫蔽为河蟹提供躲避和蜕壳生长的环境，河蟹在稻田活动减少病虫草害的发生，提高水稻产量；另一方面，河蟹对水稻有夹苗行为，过早让河蟹入田容易损害水稻群体，影响水稻产量。

寇祥明等[24]研究表明，稻田中克氏原螯虾（小龙虾）放养密度增加，能提高水稻叶绿素含量和单位面积穗数，进而提高水稻产量。但当虾苗密度＞4 尾/m2时，因为小龙虾活动影响水稻分蘖和扬花，导致水稻分蘖量、穗粒数减少，水稻产量下降。其原因可能在于，随着小龙虾放养密度的增加，一方面小龙虾残饵、排泄物进入稻田，稻田氮、磷等营养物质增加，一定程度上为水稻培肥，促进水稻分蘖；另一方面小龙虾喜食水生植物嫩芽，包括水稻分蘖期嫩芽、稻根，放养密度过高在一定程度上限制了水稻分蘖发生。

谢洪科等[25]研究表明，放养较高密度的蛙类，尤其是青蛙和牛蛙，可以在一定程度上提高水稻产量。由于蛙类以稻田害虫等昆虫为食，减少了稻田系统中物质与能量的外流，一部分转化为优质的有机肥料，增加了稻田营养，从而促进了水稻分蘖。养殖蛙类具有减少水稻基部宽度、提高水稻植株松散度的作用，随着牛蛙和青蛙放养密度的增加，水稻植株松散度增大的趋势越明显，促进了水稻正常生长，增加了绿叶总面积和群体叶面积指数，有利于水稻群体光合速率的提高。

4 放养密度对稻渔（禽）共生模式稻米品质的影响

农产品质量安全问题是近些年来人们一直关注的焦点。多数研究表明，与传统稻作模式相比，稻渔（禽）共生模式可有效减少化肥、农药投入，提升农产品质量安全水平，并可以达到绿色有机标准。水产（禽）动物在稻田中活动，可有效防控杂草和部分病虫害，减轻化肥农药过量施用带来的面源污染，提升农产品品质，达到优质、生态、安全的生产目标[26]。蛙类是稻田害虫的天敌，刘功朋[27]研究认为，在稻田养殖各种蛙类对稻飞虱均有一定的防治效果，随着蛙类放养密度的增加，稻飞虱数量逐渐减少。与空白处理相比，900 只/hm2和1 500 只/hm2处理对稻飞虱的防控可提高60%～70%。稻飞虱危害减轻，可间接提高稻米的安全卫生品质。余学祥[28]研究表明，每hm2稻田放养蛋鸭150 只时，水稻一般不发生病虫草害，大幅减少了化肥、农药的施用量，且稻谷的品质得到提高。李敬伟等[29]研究表明，在不减少水稻产量的前提下，适当降低河蟹放养密度可减少水体中饵料环境残余量，通过河蟹的生长发育活动达到为稻田除草、灭虫、疏土和增肥的目的，生产出优质稻米，稻米的糙米率、精米率及整精米率有显著提高趋势，稻米的垩白粒率、垩白度及直链淀粉含量显著降低，而稻米的蛋白质、胶稠度和食味值明显提高。

5 放养密度对稻渔（禽）共生模式生态环境的影响

传统水稻高产过于依靠农药、化肥等大量投入，导致农药、化肥的利用率较低，并给生态环境造成了日趋严重的负面影响。稻渔（禽）共生模式中，水产（禽）动物的养殖也需要一定饲料的投入，尤其是放养密度提高后是否会导致农业面源污染加重亦受关注。

XU 等[30]在辽宁盘锦的研究表明，通过优化河蟹放养密度，水稻和河蟹产量可以分别提高8%～12%和9%，环境负载率降低9%～34%，而系统可持续性提高4%～36%。寇祥明等[24]研究表明，虾苗密度增加，饲料中的氮、磷输入增加，小龙虾对氮、磷的利用率呈先增加后下降趋势，当虾苗放养密度＞8 尾/m2时，小龙虾对氮、磷的利用率下降。这主要是因为放养密度过大，小龙虾成活率下降，总体食用量低于饲料投入量，导致盈余的氮、磷残留在土壤中。氮素还会通过氨挥发和硝化-反硝化过程进入到大气中，这些散失的氮主要以活性氮形式存在于环境中，是导致温室气体排放增加、地下水污染、水体富营养化和土壤酸化的原因之一[31-32]。FANG等[33]研究表明，合理的蛙放养密度是15 000 只/hm2，与传统稻作相比，可以降低46%温室气体排放，增加生态系统效益30 596 元/hm2。

稻田水体的铵态氮多来自于生物代谢和有机物的分解还原，水体中铵态氮含量的高低是水体是否受到有机污染的重要标志之一[34]。孙文通等[18]研究表明，水稻分蘖期和扬花期高密度养蟹处理的铵态氮含量明显高于低密度和不养蟹处理，而其余时期无明显差异。丁伟华等[35]研究表明，在稻鱼共生模式中，当鱼的放养密度增至3 000 kg/hm2时，水体总磷和铵态氮含量显著提高，面源污染风险增加。但鱼放养密度为2 250 kg/hm2时，不会造成明显的水体污染物增加，并且经济效益和环境效益佳。所以，合理的放养密度可以使水稻吸收利用流失的养分，并减少资源浪费和水体污染风险[36]。

研究表明，水稻害虫天敌十分广泛，如蜘蛛和黑肩绿盲蝽等，然而农药的施用对害虫天敌影响很大，因此减少农药的施用能一定程度上保护稻田害虫天敌，并降低环境污染，对生态环境起到防护作用[37-41]。蛙类作为一种食虫动物，在人为增加蛙类放养密度时，会对稻田害虫天敌造成影响。刘功朋[27]研究表明，不同蛙类对蜘蛛和黑肩绿盲蝽的影响不同，其中牛蛙对蜘蛛的影响最大，随着密度增加，蜘蛛数量减少。蛙类对黑肩绿盲蝽的影响很小。

6 展望

“十四五”期间，全国稻田综合种养总面积将接近267 万hm2，稻渔（禽）共生面积也将进一步扩大。稻渔（禽）共生模式在保障粮食安全、保护生态环境方面面临着机遇和挑战。其中，水产（禽）动物放养密度是制约稻田综合种养进一步绿色高效发展的关键因素。探索适宜的放养密度、优化种养结构要在稳粮的基本原则下进行，在保证粮食安全的前提下产出更多的水产（禽）动物，获得更高的经济效益，提高农民的生产积极性，避免无序扩大水产（禽）动物养殖密度、片面追求养殖效益，防止耕地非粮化。各地区应根据当地的气候、环境条件科学布局，推进稻田综合种养产业健康发展。与水稻单作相比，稻渔（禽）共生模式减少了化肥农药的施用量，却增加了水产（禽）动物饲料的投入量。探索合理的水产（禽）动物放养密度有助于节约饲料资源、降低氮磷环境盈余和水体富营养化风险。总之，稻渔（禽）共生模式的规模化、标准化有助于获得更高的经济效益，实现稳粮促渔及环境友好的多重目标。