稻虾共作模式研究进展
稻虾共作模式研究进展
_许辉等
中国是全球最大的稻米生产国和消费国，水稻产量约占我国粮食总产量的31.6%。全球气候变暖导致极端气候事件出现的频率、强度和持续时间不断增加，耕作制度改变、耕地面积与水资源的减少，造成我国粮食安全面临的风险日益增加，到2060年水稻产量预计将降低13.5% 。传统水稻种植长期投入大量化肥和农药，虽然对提高产量贡献巨大，但也带来众多生态环境和农产品质量安全问题，同时种植效益低，致使农民种粮的积极性不高 。面对日益突出的粮食安全和生态环境问题，如何在水稻生产中实现“减肥减药”的同时保证稳产、丰产，已成为我国水稻产业发展的趋势和目标 。稻渔系统可减少稻田氮损失，提高稻田生产力，对于生态保护、粮食增收和减轻地区贫困具有重要意义，2005年青田稻鱼共生系统已被 FAO 认定为全球重要的农业文化遗产 。自2007年“稻田生态养殖技术”被列为渔业科技入户主推技术以来，截至2019年底，全国稻渔共作总面积已突破230万hm 2 ，其中小龙虾稻田养殖面积达110万 hm 2 。稻虾共作模式是指在对稻田进行工程改造的基础上，以水稻种植为中心，种植一季水稻的同时养殖两季小龙虾 。稻虾共作模式不仅能提高资源利用效率、稻田单位面积小龙虾产量和经济收益，还能改善耕地质量和减少温室气体排放，兼具经济效益、生态效益和社会效益 。
目前，对于稻虾共作模式的研究主要集中在综合种养技术和经济效益分析等方面 ，各地农业工作者基于当地自然、经济条件开展了相关研究探索，在稻虾产业发展及对生态环境影响等方面的研究也逐步开展。其中，曹凑贵等 较为全面地研究分析了稻虾共作模式的正负面效应与发展策略。稻虾共作在研究和推广过程中， “重虾轻稻”问题突出，这与发展稻虾共作“以稻为主、稳粮增收”的初衷是相悖的，同时在稻虾共作模式大规模推广过程中也存在很多问题和短板。因此，本文主要基于近10年来国内外有关稻虾共作模式的理论研究进展和产业发展情况进行综述，进一步指出当前面临的关键问题，并对稻虾共作模式的前景进行了展望，以期为稻虾共作模式的深入研究和稻虾产业的可持续发展提供参考。
1 稻虾共作模式的历史与传统做法
1.1 我国稻虾共作模式历史
我国是世界上最早进行稻田养殖的国家，稻田养鱼的历史可追溯到汉代。距今2 000年前四川和陕西等地稻田养鱼都已普及开来，如今稻田养殖主要有以稻田养虾、稻田养鱼、稻田养蟹为代表的24种稻渔共作典型模式 。21世纪初，湖北省潜江市农民和农业工作者探索出“先稻后虾”的稻虾连作模式，并在此基础上发展出稻虾共作模式。近年来，稻虾共作模式在我国尤其是长江中下游地区推广迅速，2016—2018年湖南、安徽、江西、江苏 4 省小龙虾养殖面积逐年增长率均在45%以上，其中江西省仅用2年时间养殖面积就从1.73万hm 2 增长至6.87万hm 2 。截至2019年底，小龙虾稻田养殖面积和产量分别占小龙虾养殖总面积和总产量的 84.82% 和 85.96%，其中湖北、安徽、江苏、湖南、江西5省小龙虾养殖面积为123.33 万 hm 2 ，占 全 国 小 龙 虾 养 殖 总 面 积 的95.94%（图1）。稻虾共作模式在发展过程中，技术水准和产业链融合度不断提升，因其良好的综合效益，已成为推进乡村振兴战略的重要力量。
图1 2019年主要省份小龙虾养殖面积及产量
1.2 稻虾共作的传统做法
稻虾共作模式是将水稻种植与小龙虾养殖有机结合于一体，充分利用稻田浅水环境和冬闲期，在稻田四周开挖环形沟渠、筑埂（图2） ，能够在稳定水稻种植面积和产量的基础上，大幅减少化肥农药的投入和使用，同时产出高品质的小龙虾 。参照《稻渔综合种养技术规范》，稻虾共作模式具体流程如下：在水稻收割前视小龙虾存塘量补充少量种虾，翌年3月份即可开始收获虾苗和成虾；新养殖户会选择在春季按9万～12万尾·hm -2 投放虾苗，小龙虾在水稻种植前轮捕轮放，6月上旬前做好水稻整田、插秧工作，7—9月份继续收获成虾和按照雌雄比3∶1的比例补充部分种虾，10月份收割水稻，冬季自繁自育虾苗，年复一年如此循环轮替的过程。稻虾共作条件下，水稻产量的稳定主要得益于水生动物作用、水稻边行优势和土壤基础肥力的提升 ，水稻品种应选用茎秆粗壮、抗病性强、抗倒伏、生育期适中的紧穗型品种 。
图2 稻虾共作田间工程示意图
2 稻虾共作模式的理论研究进展
2.1 稻虾共作对稻田土壤结构和理化性质的影响
土壤作为植物生长的主要载体，其结构和肥力水平影响着水稻正常生长发育，同时稻田耕作制度和水肥管理措施也会影响土壤结构和理化性质。相较水稻单作，稻虾共作由于饲料投喂和小龙虾活动减少了化肥施用并提高了土壤肥力 ，同时土壤紧实度的降低、土壤团聚体数量和有机碳累积量的提高促使土壤结构得以改善 。稻虾共作可提高碳源利用率和氨氧化细菌丰度，有利于改善土壤结构和维持土壤氮平衡。与此同时，稻虾共作也会给土壤带来负面影响，虽然稻田环沟和小龙虾活动加速了土壤与空气的交换，可以缓解耕层土壤还原进程 ，但是由于稻虾田块长期淹水会增加土壤潜育化风险。李文博等 研究指出，小龙虾稻田活动增加了土壤氮素释放，虽促进了水稻对氮素的吸收，但存在消耗土壤氮素养分的风险。土壤养分流失、土壤退化和破坏一旦发生便很难恢复，因此为保持稻田土壤生产力，应在稻虾田块加强水肥管理、改善耕作技术和适当投喂饲料。探究稻虾共作对稻田土壤的影响，还需同耕地利用时空格局变化和国家粮食安全紧密结合，从而为稻田生态保护和现代农业发展提供技术支撑 。
2.2 稻虾共作对稻田生物多样性的影响
稻虾共作模式作为现代农业发展新模式，需要借鉴传统农业所遵循的互利共生关系，从而打造现代技术和生态保护相结合的农业生态系统 。稻虾共作对稻田生物多样性的影响主要体现在稻田杂草、昆虫和水体浮游生物等方面，小龙虾在稻田中会将土壤里的杂草种子翻出、破坏幼芽生长，少量杂草在水稻优势种群的抑制下难以产生危害 ，充分发挥“稻田养虾、虾养稻”的复合耕作效应；而杂草减少和长期淹水环境破坏了害虫的生存环境，能显著减轻二化螟对水稻的危害 。随着共作年限的推移，杂草的密度、多样性和昆虫多样性都呈现先减少后增加的趋势。此外，稻田浅水环境对浮游生物群落也有所影响，稻田在推水增氧情况下浮游生物多样性和生物量提高。袁伟玲等研究显示，银灰平裂藻、灿烂颤藻和绿藻为主要优势种。因此，长期稻虾共作对稻田生物多样性有调节和促进作用，但挖沟筑埂等田间工程建设会在初期大幅减少生物数量和多样性，对生物多样性和稳定性造成破坏，同时在生产实践中需优化生产管理和采取综合防控措施以减少病虫草害。
2.3 稻虾共作对稻田温室气体排放的影响
CH 4 、CO 2 和N 2 O是农业生产排放的主要温室气体，而稻田已成为农业生产温室气体排放的重要来源 。稻虾共作会减少温室气体排放和降低全球气候变暖潜力，这主要是因为水体溶解氧和土壤固碳能力的提高抑制了温室气体排放 。
孙自川 研究指出，稻虾共作“秸秆还田+不投喂”处理相较无秸秆还田水稻单作田块N 2 O累积排放通量降低高达66%；同时有研究表明，稻虾共作较单作减少了18.1%～19.6%的CH 4 排放，并降低了16.8%～22.0%的全球变暖潜力 。稻虾共作能够显著减少因秸秆还田和长期淹水导致的CH 4 排放，减排主要是因为水稻种植期和非稻季淹水期CH 4排放较少 。但是稻虾共作因生物量大或稻田水质恶化容易导致水体溶氧不足，进而会抑制有氧硝化进程和增加季节性CH 4 累积排放 ，所以营造良好的水体环境对于减少温室气体排放至关重要。上述研究都为准确评估稻田温室效应提供了借鉴和理论支撑，但对于不同水位、饲料投喂量和水稻种植密度等条件下的温室气体排放效果仍需进一步深入研究。
2.4 稻虾共作对稻田水体环境的影响
“养虾先养草、养草先养水”。稻田水体环境对水稻、小龙虾的产量和品质起着重要作用，且其受小龙虾活动和田间管理影响较大。传统观念认为小龙虾易受水体重金属污染，但研究发 现 ，重 金 属 在 小 龙 虾 可 食 部 位 的 累 积 极少 ，同时水体中 Hg、Cr、Cu和 Zn等含量均能够达标排放 。程建平等 研究指出，在投喂饲料中添加部分微生物营养料可稳定水体 pH，减少水体亚硝酸盐含量并提高水体溶氧量，从而为小龙虾生长营造良好的水体环境。相较于传统的水稻单作，稻虾共作提高了水体 pH、色度和氧化还原电位等指标，但由于水体底质大量有机物分解过程消耗氧气，由此可能会引起水质恶化和水体污染 。高温季节，稻虾共作系统中饲料投喂过量、秸秆和水草腐烂等问题也可能会导致水质的恶化和富营养化，所以需要适度投喂、机械增氧和保持合理的养殖密度，从而有效地降低水体污染，保持稻田水质的“肥、活、嫩、爽”。
3 稻虾共作模式的技术研究进展
3.1 稻虾共作模式绿色生产技术
学者们从稻田选择及改造、小龙虾健康养殖和水稻肥水管理等角度对稻虾共作绿色生产技术进行了诸多研究 。稻虾共作田块要选择生态良好、交通便利、排灌方便且不受洪涝灾害影响的稻田，在稻田四周开挖环形沟渠和设置防逃装置，田间工程完成后需用生石灰进行消毒，而后进水栽种水草培肥水质。对于小龙虾健康养殖，稻虾共作田块套养少量花鲢、投放螺蛳能够改良水质，“稻-虾-鸭” “稻-虾-鳝”等共作模式可以提高水体利用率和综合效益，降低单品种养殖风险 ；张家宏等 从稻虾共作生育期耦合入手，在“一稻两虾”的基础上向“一稻三虾”模式进行研究与示范推广。水稻绿色生产作为稻虾共作模式中心环节，需优化水稻品种选择和加强水肥管理，施用有机肥并采取合理的“肥料氮+饲料氮”的氮肥比以减少化肥施用和增加产量 。稻虾共作能够促进水稻氮素吸收累积量和氮素利用效率，提升稻米外观品质、加工品质、营养品质和食味品质。同时，提高氮肥基施比例，降低穗肥比例，有利于提高氮肥利用率和减少稻田氨挥发 。石世杰等 研究了稻虾共作不同播期对水稻产量和品质的影响，随着播期的推迟，水稻产量增长在5%以上，抗倒伏指数和品质指标都有所提高。对于稻虾共作模式绿色生产技术的研究，还需在进行长期定位试验和生产实践的基础上，不断深入在水稻绿色生产和小龙虾健康养殖方面的系统性研究和技术创新。
3.2 稻虾共作模式水稻产量和经济效益
稻虾共作模式集水稻种植和水产养殖于一体，提高了稻田利用效率和产出，其综合效益显著，主要体现在水稻产量和经济效益等方面 。
曹凑贵等 研究发现，稻虾共作与水稻单作投入成本相当，水稻增产4.63%～14.01%，稻虾共作总产值可达7.5万～12万元·hm -2 。西洞庭湖地区稻虾共作水稻产量虽较单作下降20%左右，由于小龙虾效益为4.2万元·hm -2 ，稻虾共作总体效益可达到4.6万元·hm -2 。稻虾共作播期推迟会显著降低水稻产量，但由于捕捞期延长和小龙虾产量增加，综合效益较常规播期提高0.7万元·hm -2 。生产管理和市场因素是造成稻虾共作模式下经济效益存在差异的主要原因，新开挖塘口由于小龙虾病害少且规格大，在技术和管理得当的情况下可取得较高产量和收益，而近两年气候和市场因素导致新入局农户第一年很难盈利。稻虾共作综合效益不仅体现在经济效益方面，Liu等 研究指出，稻渔系统每年生态服务价值为25万元·hm -2 ，是其直接经济价值的3.3倍，但小龙虾稻田养殖可能会出现破坏稻田和威胁本地物种等情况，从而会增加农业管理成本和风险，对其生态服务功能价值产生负面影响。在以后的研究中，需加强稻虾共作模式在经济、社会、生态效益方面的综合评价，强化在掌握市场变化和实现水稻稳产等方面的探索和研究，以求充分发挥稻虾共作的综合效益。
3.3 稻虾共作产业发展进展
据统计，2019 年我国小龙虾产业总值为4 110 亿元，第三产业占总产值比重超七成，达2 960亿元，养殖端和加工端产值占比较低 。稻虾共作模式的迅速发展带动产业链逐步建立健全起来，通过对稻虾产业融合发展方面的研究能够找出其中存在的问题并提出建设性意见，为推动产业可持续发展注入动力。消费者对小龙虾、虾稻米的青睐使得稻虾产业方兴未艾，并且虾仁和虾壳中提取物（虾青素、甲壳素和壳聚糖等）均是极具营养和食疗价值的产品。按照规划，湖北省潜江市已于2020年底建成年产值220.0亿元甲壳素加工产业集群， “潜江龙虾”品牌综合产值和品牌价值分别达520.0亿、227.9亿元。湖南省南县着力打造特色稻虾生态增收产业，不仅取得“稳粮增收、减肥减药”的效果，还直接带动全县2万名贫困户致富，目前已经构建以龙头企业为引领，主体、纽带、平台融合发展的产业路径，正朝着400亿元全产业链目标迈进 。在未来发展过程中，稻虾产业结构优化和升级是重中之重，逐步提高第一、二产业的产值和比重，由依靠规模扩张带来的增长向提质增效转变，加快传统农产品加工业向现代食品医药产业转型，扩大出口创汇，同时继续挖掘服务业产能、提升发展质量。
4 稻虾共作模式存在的主要问题
4.1 小龙虾入侵风险
小龙虾生长迅速、适应性广且繁殖力强，通过捕食和竞争显著降低引入地生物多样性，加剧生态风险和入侵风险。Faller等 通过对泰晤士河流域小龙虾洞穴数量、规模、位置等信息的定量分析，发现小龙虾掘洞可能会加速河岸侵蚀和不稳定性。在我国，梯田中的小龙虾洞穴造成了田埂坍塌和水土流失，小龙虾活动也降低了引入地无脊椎动物种群数量 。肖麒等 研究发现，小龙虾适生区主要向高纬度、高海拔地区扩散和迁移，但小龙虾对生态环境尤其是农田水利设施、堤坝、山区的破坏性还缺少量化研究。我国稻虾共作集中于长江中下游地区，该区域河网密布，大中型水库和防洪堤坝众多，所以应注意加强生态评估和构造小龙虾防逃管理措施，从而采取物理控制、生物防治等多种措施对小龙虾种群发展进行控制和调节。此外，对于生态敏感地带应预防小龙虾入侵，以免带来灾害性后果。
4.2 小龙虾种质退化和病害防治
随着养殖年限的增长，小龙虾会出现种质退化的状况，造成小龙虾上市规格小、体质弱化和发病率高等问题，制约了小龙虾品质和经济效益的提高。目前，小龙虾“五月瘟”成为健康养殖的一大难点和障碍，其中白斑综合征病毒在小龙虾体质较差、高密度养殖或水质恶化等情况下容易造成小龙虾大量发病甚至死亡 。虾病高发季节，养殖户一般会使用大蒜素、恩诺沙星和氟苯尼考等药物对小龙虾进行内服预防和治疗，同时加强捕捞和出售以规避风险，这导致大量可能带有药物残留的小龙虾流入餐桌，但目前未见有这方面深入的研究。小龙虾是肺吸虫病和致病性弧菌的中间寄主，且水体中的微塑料也会进入小龙虾体内，加工或食用不当会对人体健康造成伤害 。从秸秆处理、微生物制剂使用和水草管护等方面入手对小龙虾稻田绿色养殖技术进行探索，可有效改善水质和提高小龙虾体质，显著降低小龙虾发病率，达到“预防为主、综合防治”的效果。
4.3 “重虾轻稻”及其他相关问题
当今社会，粮食的政治属性越发突出 。2020年11月，国务院办公厅印发《关于防止耕地“非粮化”稳定粮食生产的意见》，指出粮食安全始终是“三农”工作的首要任务和关系国计民生的重大战略问题。由于小龙虾养殖具有良好的经济效益，部分区域连片的耕地被开挖成稻虾田，但受制于技术推广和农民个人素质等问题，会出现“不种稻”或“只种不管”的现象，这不仅不利于经济效益的提高，导致稻田生产力降低和耕作层破坏，对粮食安全也造成了威胁；部分山区、丘陵地区发展稻虾共作还容易发生水体流失和生态破坏等问题。此外，稻虾共作虽在时空上取得了“一水两用、一田双收”的效果，但开挖环沟和长期淹水增加了稻田需水量，在此过程中大量由饲料、动保药品和小龙虾排泄物等造成的水体污染加剧了稻田尾水排放。因此，需坚持“以稻为主、以虾促稻”的理念，稳定水稻生产、保障粮食安全，同时兼顾稻田生态环境保护。
5 稻虾共作模式的研究展望与建议
5.1 建立稻田信息库和农情分析系统，对稻渔、稻虾共作推广区域进行等级划分
据统计，我国水稻种植面积长时间稳定在3 000万hm 2 左右，适合发展稻虾共作的面积接近450万 hm 2 。稻田水产养殖潜力巨大，但在稻虾共作模式如火如荼扩张中，存在大范围无序推广、盲目入局的情况。因此，对全国稻田资源进行全面的摸底和评估，以乡镇为单位建立稻田基本信息库不可或缺。根据地理条件、产业基础等要素情况对稻虾共作适生区进行等级划分 ，由此合理的产业布局才能发挥稻虾共作模式的最优效益。鼓励和支持在适宜地区大规模推广稻虾共作，审慎地引导较适宜地区合理的发展，避免在不适宜地区的稻虾共作生产，同时加强稻虾共作推广规划制定，既要坚持“全国一盘棋”，也需各地“落好每一子”。在此基础上，由政府牵头成立“稻虾共作模式农情分析研究中心”，加强对稻虾共作发展的数据收集、调查分析、监测预警等工作，打造大数据时代智慧农情分析系统。稻田信息数据库和农情分析系统不但可为稻虾共作推广提供参考，也可扩展到其他作物生产方面的研究与应用。
5.2 推进产学研一体化，强化基础理论和集成技术模式研究
推动稻虾共作模式高质量发展，需在坚持生态高效理念的基础上，推进产学研一体化建设，打造稻虾产业体系和技术集成。地方高校和科研院所提供智慧支撑，龙头企业、合作社、生产大户为主要阵地，在制约稻虾共作及其产业良性发展的短板方面进行技术攻关和集成技术研究。稻虾共作优质水稻品种选育、配套技术革新和生态风险评估可充分利用农业物联网、表型组学和大数据分析等前沿科学研究。同时，为避免对生态环境造成危害，缓解全球变暖趋势，需结合生产实际开展长期定位试验，探究稻虾共作农田系统生态机制，这有助于环境保护和农田可持续发展。目前，湖北省稻虾共作面积最大、总产最高，借助于各级政府和科研院校的大力支持，全方位推动“产、学、研、推、用”深度融合，打造规模化龙头企业和产业集聚高地，使得湖北省稻虾产业三产融合发展成效突出、综合效益显著。
5.3 加强政策支持和技术服务，保障经营主体经济效益
稻田养鱼在我国有着悠久的历史，而新时代以稻虾共作模式为代表的稻渔综合种养产业已形成自上而下的发展浪潮。适逢我国正处于推动水产养殖业转型和绿色发展关键阶段，针对目前基层稻虾共作发展存在“重虾轻稻”、技术不规范和效益不均衡等问题，可利用我国农业技术推广体系的组织优势，对市场信息资源和技术资源进行整合，打造稻虾共作技术服务体系。在稻虾共作适生区分级和生态效应评估的基础上，运用宏观政策和产业项目支持各类新型农业经营主体培育和发展，辅以配套技术服务以充分保障经营主体收益。同时，政府要适度进行监督和管理，坚持和强调水稻生产的主体地位，切实保障水稻稳产和粮食安全，为支持稻虾产业蓬勃发展创造良好的社会环境，从而为我国乡村全面振兴建设提供动力。
