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)進行良性循環(huán)，能量向水稻和小龍蝦有利的方向流動，同時產(chǎn)生較好的經(jīng)濟、生態(tài)和社會效益。

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，有意識地利用生物種群、群落之間的生存競爭及協(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“棲息場所”的科學(xué)，它與國民經(jīng)濟的農(nóng)業(yè)、漁業(yè)生產(chǎn)實踐聯(lián)系確實十分密切。自然界中的 動物、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)。它強調(diào)動物、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。通過能量流動和物質(zhì)循環(huán)聯(lián)成一個整體，并以整體作為研究對象。

生態(tài)系統(tǒng)的范圍可大可小，大的如整個生物圈，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、鉀等無機物質(zhì)和有機物質(zhì)。生物因子同樣包括生產(chǎn)者、消費者和分解者。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。總之，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)，并向消費者（小龍蝦等）和分解者提供有機物質(zhì)。

消費者的種類和數(shù)量也是比較多的，像浮游動物（原生動物、輪蟲、甲殼類）、底棲動物（線蟲、軟體動物、環(huán)節(jié)動物、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。許多動物既是初級消費者，又是次級消費者和三級消費者，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。當然它們都還吞食其他生物。許多動物對水稻有害而對小龍蝦則有利，還有許多動物對小龍蝦有害而對水稻則有利，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，浮游動物、底棲動物和蝦等水產(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、消費者和分解者的成員組成復(fù)雜，連續(xù)幾年的生產(chǎn)實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)通過簡易的稻田工程，將低洼稻田變成臨時性淺水池塘，留下的稻茬、機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，時間和個體大小問題必須配合得適時、適當，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（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)和能量的運轉(zhuǎn)、貯存等運作更加合理。它與天然的生態(tài)系統(tǒng)的不同點，也就在于總是按照人們的意識定向地控制和調(diào)節(jié)下存在的。當然，對于這種生態(tài)系統(tǒng)組合還要結(jié)合水稻種植和小龍蝦養(yǎng)殖各自的特點與需要進一步地改進和完善。

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，是絕對優(yōu)勢的生物種群，它大量吸收太陽能、 二氧化碳、水以及氮磷鉀等各種無機營養(yǎng)成分，借光合作用而制造有機物，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菌都同樣進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。當然水稻雜草、浮游植物都是初級生產(chǎn)者，起著固定和貯存能量的作用。而初級消費者主要有浮游動物、草食動物、農(nóng)業(yè)害蟲等；次級消費者主要是肉食動物。稻蝦共生生態(tài)系統(tǒng)中的小龍蝦，既是初級消費者，又是次級消費者。因為它在生態(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。通過試驗測算表明，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肥料的爭奪。積蓄肥料養(yǎng)分供水稻吸收， 促進水稻產(chǎn)量的提高。同時又凈化水質(zhì)，改進小龍蝦的生活環(huán)境。

小龍蝦在稻田中不斷地攝食浮游生物和雜草以及底棲動物等， 不斷地長大，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，浪費了雜草所獲得的太陽能，而且大量的細菌、浮游植物、浮游動物以及部分底棲動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“負載”來說，顯然是一種物質(zhì)和能量的浪費。實行稻田養(yǎng)殖小龍蝦則可“截流”這部分原來是浪費的物質(zhì)和能量，并使之轉(zhuǎn)化為水產(chǎn)品而提供給人類，并可促進稻谷增產(chǎn)，這是十分經(jīng)濟和合理的。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)濟效益。

圖1　稻田綜合種養(yǎng)物質(zhì)能量轉(zhuǎn)化示意圖

當?shù)咎锷鷳B(tài)系統(tǒng)引進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。水稻生長發(fā)育需要光、熱、空氣中的二氧化碳、水分和養(yǎng)分，其中動態(tài)變化最大的是空氣、水分和養(yǎng)分，對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，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田水，增加了水和空氣的接觸，起到了一定的增氧作用。同時小龍蝦的活動還可使水中的溶氧均勻分布，并翻動土壤，因而改善土壤的供氧狀況，有利于有機物的分解，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，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)省勞動力，減少農(nóng)民中耕除草的辛苦勞動。

稻蝦連作共作試驗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；對照田平均每畝產(chǎn)小龍蝦0kg，水稻477.81kg。

稻蝦連作共作比對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182.91元，增加218.09%。水稻和小龍蝦合計產(chǎn)值比對照組增加116.99萬元，每畝水稻平均增加產(chǎn)值4672.12元，增加337.05%；利潤增加92.50萬元，每畝水稻平均增加利潤，3694.09元，增加4404.54%。稻蝦連作共作水稻和小龍蝦合計投入產(chǎn)出比為1∶2.66，對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透氣性能，促進水稻植株的生長；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)揮了小龍蝦對稻有利的方面，小龍蝦的活動引起生境質(zhì)量的變化，這個變化又反過來影響稻禾作物的生長，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，同時對改善農(nóng)民勞動強度和農(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)的背景下實現(xiàn)的。每畝農(nóng)藥使用量減少715.71g，費用減少116.5元。稻蝦連作稻田不需使用除草劑。

社會效益：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，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)濟收益，養(yǎng)殖規(guī)模不斷擴大，由當年50畝擴大到350畝，畝純收入由當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)濟合作社，當年注冊資金90萬元，養(yǎng)殖面積4500畝。隨著龍蝦價格的不斷上漲，為了更好的把農(nóng)民組織起來，實行規(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。實行了滁州市農(nóng)村當?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)殖小龍蝦生長的有機稻米，加工后比市場價格高出數(shù)十倍，所以在安徽滁州農(nóng)民都說稻蝦連作是當?shù)厝损B(yǎng)殖致富的好項目。合作社稻蝦連作小龍蝦和無公害水稻，產(chǎn)品全部暢銷國內(nèi)市場。2014年，合作社成員總產(chǎn)值達6500萬元，利潤總額2200萬元，合作社成員戶均純收入達5.7萬元。經(jīng)過不斷努力，合作社先后獲得“滁州市市級農(nóng)民專業(yè)合作社示范社”。“赤鎮(zhèn)”牌小龍蝦商標獲國家注冊。合作社還被國家農(nóng)業(yè)部授予第三批“水產(chǎn)健康養(yǎng)殖示范場”稱號。中國科協(xié)、財政部授予“全國科普惠農(nóng)興村先進單位”。

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)進行良性循環(huán)，能量向水稻和小龍蝦有利的方向流動，產(chǎn)生較好的經(jīng)濟、生態(tài)和社會效益。

和其他理論一樣，稻蝦連作共作理論是這幾年實踐中提出的理論，有深入討論的必要。關(guān)于“共生”一詞，稻蝦綜合種養(yǎng)實踐比起經(jīng)典著作中的“共生”概念有很大的發(fā)展，從機能上的“共生” 發(fā)展到功能上的“共生”。如英國J.梅乃特在（M o d e l s i n E c o l o g y ） （1974 ）一書中將一對種之間的直接相互作用分成三種類型，即競爭、共生和牧食。其中“共生”的定義為每個種對另一種的增長有加速作用”。稻蝦綜合種養(yǎng)強調(diào)的是不同種的兩種生物共同生活在一起，相互之間對增長有加速和促進作用的共生互利關(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于水稻是不利的，同時，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?shù)陌才牛箖烧咤e過偏利作用時期，其經(jīng)濟、生態(tài)效益非常顯著，隨著水稻小龍蝦綜合種養(yǎng)技術(shù)的不斷改進與熟化，到水稻專家也充分認識到稻田養(yǎng)殖小龍蝦是對稻谷增產(chǎn)的必須措施之一時，這兩個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)實踐基礎(chǔ)的。 從大農(nóng)業(yè)觀點看，這個理論今后還需繼續(xù)深入發(fā)展，從理論到實踐， 從試驗示范到推廣普及，從試驗田到大田驗證；再從實踐到理論，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