稻田饲养动物的生态经济效应及其应用前景_郑华斌

麻鸭
(-10.0～-55.0)c (-46.0～16.0)c
稻-鸭
麻鸭
魏守辉等[30] -40.0～-62.0 -73.0～-82.0 ≈-86.0 -5.0～64.0 禹盛苗等[31]
湿
稻-鸭 -98.0
番鸭 Cairna moschata
地
稻-鸭
水
麻鸭
杨治平等[25] 袁伟玲等[36]
稻-鱼 稻 -57.0～-80.0 -35.0～-50.0 -59.0～-71.0 -4.0～-23.0
(1. 南方粮油作物协同创新中心， 湖南 长沙 410128； 2. 湖南农业大学农学院， 湖南 长沙 410128； 3. 农业部华中地区作物栽培科学观测实验站， 湖南 长沙 410128； 4. 湖南农业大学生物科学技术学院， 湖南 长沙 410128) 摘要： 总结和归纳已有的研究成果， 阐明了饲养动物在稻田生态系统中的生态经济效应、 现有生态种养技术急 需克服的关键技术及其发展动态； 展望了饲养动物在水稻生产过程中的应用前景。稻田饲养动物有利于改善 稻田生态系统的水体和土壤环境和提高生物多样性， 使整个系统所受的人为干扰减少， 自然属性提高。未来稻 田种养系统需要加强高位虫害防治和减少生态种养技术的需水量， 进一步促进种养技术的发展最重要的是推 广和传播问题。 关 系统 中图分类号： S966 文献标识码： A 文章编号： 1672-5948(2015)04-510-08 键 词： 生态高值； 模拟模型； 稻鸭共生生态系统； 稻鱼共生生态系统； 稻蟹共生生态系统； 稻泥鳅共生生态
生物总量， 其中， 细菌数量最多、 放线菌次之、 真菌 [16~18] [17~19] 最少 ； 同时细菌与真菌比值升高 ， 土壤产甲 [20] 烷菌种群数量减少 ， 硝化细菌数量增加 [21]， 反硝 [21] 化细菌数量受到抑制 ， 进而提高了土壤微生物 群落的碳源利用能力和整体代谢活性， 增加稻田 [16,19] 土壤微生物群落功能多样性 。 1.2 饲养动物后水稻产量和品质的变化 稻田饲养动物后， 其水稻产量和品质都发生 了变化。水稻穗长、 有效穗数、 总粒数、 实粒数等 产量构成因素发生变化， 并提高了光合作用率、 水 稻根系活力等， 进而提高了水稻产量。研究表明， 稻-鱼模式能促进水稻提早抽穗 2～3 d， 分蘖期、 孕穗期和抽穗期的株高比对照组分别高 3.5% 、 20.6%和 15.5%[22]； 稻田养鸭后， 水稻群体基部透光 率、 绿叶面积、 叶片叶绿素含量和根系活力比对照 组分别高 41.5%、 10.7%、 17.8%、 24.0%和 15.7%， 水 [23] 稻增产 4.9% ； 稻田养鸭比常规农药区和对照区 分别增产 6.3%和 17.2%[24]； 稻田养鱼比常规农药区 和对照区分别增产 12.0%和 21.5%[25]； 稻-鸭生态种 养的水稻理论产量和实际产量可分别提高 12.5% 和 13.0%(表 1)[26]。 研究表明， 稻田养鸭和养鱼都能促进水稻对 氮元素的吸收， 总氮含量的实测值分别比对照组 高 24.4% 和 27.0% ， 并与土壤脲酶、 脱氢酶和蛋白 酶的含量负相关 [10]。另据测定， 稻米加工的出糙 率、 精米率、 整 精 米 率 分 别 提 高 2.7% 、 1.5% 和 2.7% ， 蛋白质含量、 胶稠度、 氨基酸总量和必需氨 基酸总量分别提高 12.4% 、 11.5% 、 1.6% 和 1.0% ， 直链淀粉含量、 碱消值、 垩白率和铬含量分别降 低 6.6%、 7.0%、 7.6%和 18.8%[26]； 稻田养蟹后， 稻米 垩白度、 直链淀粉含量比对照田分别下降 31.3% 和 5.1% ， 蛋白质含量、 胶 稠 度 分 别 提 高 8.1% 、 [11] 11.68% 。可见， 稻田饲养动物不仅可提高水稻 产量， 同时还能改善水稻的品质。因此， 稻田饲养 动物可以作为生产无公害稻米或有机稻米的重要 措施之一。 稻田生态种养系统引入鸭、 鱼、 蟹等动物， 通 过动物的活动和捕食等活动达到消除杂草、 减少 病害和虫害的目的， 可部分或全部取代现代水稻 生产系统中通过农药和除草剂等手段对水稻的危 害， 减少稻田生态系统所受的人为干预， 形成饲养 动物与目标产物互利共生、 与杂草、 害虫相互竞争 和捕食的新格局。饲养动物的引入， 不但减轻化
第 13 卷 第 4 期 2015 年 8 月
DOI: 10.13248/j.cnki.wetlandsci.2015.04.019
湿
地
科
学
WETLAND SCIENCE
Vol.13 No.4 August 2015
稻田饲养动物的生态经济效应 及其应用前景
郑华斌 1,2,3， 贺 慧 2,3,4， 姚 林 2,3,4， 刘建霞 2,3,4， 黄 璜 1,2,3*
收稿日期： 2015-01-26； 修订日期： 2015-05-20
述了饲养动物[鸭、 鲫 (Carassius auratus) 鱼 、 蟹 (crab)、 泥鳅 (Misgurnus anguillicaudatus) 等] 在稻田 生态系统中的生态经济效应， 以及现在生态种养 技术需要克服的关键技术， 提出了发展高生态值 的生态种养系统， 进一步发展和推广稻田生态系 统， 提高农民经济收入。
生物量
多样性
或数量下降值
指数下降值
稻-鸭
麻鸭
(-17.0～-67.0)a (-4.0～-15.0)a
曹凑贵等[24] 汪金平等[27] 王昌付等[37] ≈-50.0
-68.0～-98.0
稻-鸭
麻鸭
(-29.0～9.0)b
(-11.0～6.0)b
稻-鸭 -62.5～-86.0 0.0～-67.0 -63.0～-78.0 -7.0～-89.0 ≈-12.0 12.0～20.0
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表 1 饲养动物后稻田水生生物、 杂草、 病虫害和蜘蛛的定量分析结果
Table1 The results of quantitative analysis of aquatic organism, weeds, diseases and pests, and araneid by rising animals in paddy field
农业生态系统(agro-ecosystem)是以农作物为 核心， 人为地对自然生态系统进行改造而建立起 来的新的生态系统。人类为了收获更大的经济效 益， 通常大面积种植单一品种的作物， 人为排除其 他植物种类的竞争， 以提高作物的产量， 结果导致 系统中群落结构过于简单， 群落的物种数和个体 数(包括许多害虫、 病菌的天敌)都比自然生态系统 少， 生物多样性较低 [1]。近 50 a 来， 农业生态系统 生物多样性越来越低， 管理措施越来越密集 [2]， 包 括增施农药化肥和一年多熟等。由于人类对稻田 生态系统的影响巨大 [3,4]， 如何维持稻田生态系统 的稳定性与平衡性， 保持稻田生态系统生产力的 可持续性已成为重要问题。 提高生物多样性和减少人为干扰可能成为解 决困境的关键之一。稻-鸭、 稻-鱼和稻-鱼-鸭共 生种养技术及其衍生的稻田生态种养技术的推广 与应用， 很好地解释了这个原理。本研究以稻田 种养生态系统为出发点， 从稻田土壤和水体、 产量 和品质、 生物多样性以及经济效益 4 方面， 详细阐
杂草(%) Shannon 群体均匀 度指数 suppressalis) (Delphacidae) (Chilo 纹枯病 (Cicadellidae) (%) 稻飞虱 叶蝉 多样性指数 二化螟 蜘蛛数量 病虫害(%) 参考文献
水生生物(%)
种养 对 杂草密度 物种丰富度
饲养动物
模式 照 (种类或品种)
1 饲养动物的稻田生态效应
1.1 饲养动物后稻田土壤和水体的变化 在稻田生态种养系统中饲养动物后， 动物在 系统中自身活动和新陈代谢产生的分泌物和排泄 物对生态系统产生扰动(图 1)， 特别是对土壤和水 体的扰动最为明显。 由于稻田中鸭的自身活动， 使土壤温度降低了 [5] 0.05～0.8 ℃ ， 土壤氧化还原电位提高约 24% [6]。 通过饲养的动物在稻田里活动、 摄食以及排泄粪便 (如鸭每只每天平均排泄量约为 0.12 kg[7])， 向稻田 生态系统排放一定数量的氮、 磷和钾， 在一定程度 [8] 上起到中耕和 “不间断施肥” 的效果 。这就为细 菌、 放线菌和霉菌等异养微生物的生长发育提供了
饲养动物对土壤酶活性、 有机碳含量和呼吸 作用也产生影响。研究表明， 饲养麻鸭 (Tadorna sp.)和鲫鱼后， 可分别提高稻田土壤脲酶活性 13% 和 8%、 土壤脱氢酶活性 17%和 13%以及土壤蛋白 酶活性 14%和 10% [10]。在稻-蟹模式中， 土壤总有 机碳含量、 活性有机碳含量、 中活性有机碳含量、 高活性有机碳含量和碳库管理指数分别比单一种 植水稻提高 33.4%、 26.3%、 35.5%、 47.2%和 25.8%， 土壤过氧化氢酶、 脲酶、 转化酶和碱性磷酸酶活性 分别比单一种植水稻提高 12.9%、 192.4%、 120.8% [11] 和 72.7% ； 在稻-泥鳅模式中， 土壤呼吸速率比单 [12] 一种植水稻提高 21.9% 。 饲养动物的活动及其新陈代谢也影响水体的 溶氧量和养分。研究表明， 稻-鱼和稻-鸭模式的 稻田水体溶解氧含量分别比单一种植水稻增加 56.0% [5,13,14] 和 54.0% [9]。溶氧量的增加既有利于鱼 类生长， 又改善了土壤通气状况， 有利于水稻根系 [9] [15] 生长发育 。丁伟华等 的研究表明， 当稻田养殖 2 鱼类的目标产量为 375 kg/hm 时， 养殖鱼类对水 体化学需氧量、 总氮、 总磷和铵态氮含量的影响都 没有显著性差异。当鱼类养殖密度提高 (3 000 kg/hm2)， 饲料投入量相应增加， 稻-鱼系统水体的 化学需氧量、 总氮、 总磷和铵态氮含量都增加。 动物的自身活动及其新陈代谢增加了土壤微
基金项目： “十二五” 农业公益性行业项目(201203081)和湖南省研究生科研创新项目(CX2013B280)资助。 作者简介： 郑华斌(1982-)， 男， 湖南省永州人， 博士研究生， 研究方向为稻田农业生态。E-mail: zhhb107@126.com
*
通讯作者： 黄 璜， 教授。E-mail: hh863@126.com
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郑华斌等： 稻田饲养动物的生态经济效应及其应用前景
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碳源和能源， 提高了土壤有机质和全氮含量 [9]， 同 时， 土壤容重、 ＜0.001 mm 微团含量和土壤分散 系数降低， ＞0.25 mm 团聚体含量和土壤结构系 数上升。
图 1 饲养动物影响稻田土壤和水体模式 Fig.1 The model for effects of soil and water in paddy field by rising animals
稻-蟹
中华绒螯蟹
吕东锋等[45]
稻-蛙
美国青蛙 Rana nigromaculata
减少
减少
减少
减少
朱炳权等[46]
a b c 注： 表示水生动物； 表示水生藻类； 表示底栖动物； -表示与对照相比减少。
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肥农药带来的环境污染， 也提高了稻米品质， 实现 水稻生产绿色、 无公害。 1.3 饲养动物后稻田生物多样性的变化 稻田生态系统物种丰富。研究表明， 南方稻 田水体中有水生植物 36 种， 藻类 7 门 67 属， 底栖动 物 21 种， 浮游动物 77 种 [27]， 杂草种类约有 200 余 种， 其中危害严重的有 20 余种 [28]。稻田中普遍存 在 且 危 害 严 重 的 害 虫 有 二 化 螟 (Chilosuppressalis sp.)、 褐飞虱(Nilaparvata lugens)、 白背飞虱(Sogatel⁃ la furcifera)、 黑尾叶蝉 (Nephotettix bipunctatus) 和稻 纵卷叶螟(Cnaphalocrocis medinalis) ， 病害有纹枯
鲫鱼
34.0b
(-2.0～36.0)b
科
单
稻-鱼 一 -81.0～-86.0 -34.0～-43.0 -28.0～-41.0 3.0～6.0
鲤鱼 Cyprinus carpio
学
张丹等[33]
稻-鱼-
种
源自文库
鸭
植
鲤鱼-麻鸭
稻-蟹
中华绒螯蟹 Eriocheir sinensis -30.28
-81.07b
李岩等[44]