稻田種養結合循環農業模式生態環境效應實證分析
——以南方稻區稻－魚模式為例

林孝麗 周應恒

(1.南京農業大學經濟管理學院，江蘇南京210095;2.江西農業大學經濟與貿易學院，江西南昌330045)

稻田種養結合循環農業模式生態環境效應實證分析
——以南方稻區稻－魚模式為例

林孝麗1，2周應恒1

(1.南京農業大學經濟管理學院，江蘇南京210095;2.江西農業大學經濟與貿易學院，江西南昌330045)

稻田種養結合循環農業模式生態環境效應明顯，其主要體現在節肥、節藥、抑草、改善土壤和水體等方面上。本文根據對南方稻區的入戶調查數據和2001－2009年中國統計年鑒、中國農村統計年鑒、中國農業統計年鑒相關統計數據及化肥農藥使用量的技術標準，實證分析了稻田種養結合循環農業模式的節肥、節藥的生態環境效應。調查分析顯示，稻－魚模式下農戶化肥使用量比常規水稻種植模式的使用量要減少15.21%，農藥使用量要減少40.17%;相關性分析表明南方稻區稻－魚種養結合模式的稻田面積占水稻生產總面積的百分比與化肥、農藥使用量之間呈負相關關系，相關系數分別為－0.407 2和－0.979 9。可以看出，在稻－魚的稻田生態系統中，土壤和水體的改善以及有害生物的減少，形成了魚類對化肥和農藥的替代關系，在稻谷產量不變甚至增產以及增加魚類產出的情況下，農戶大幅度減少了化肥和農藥的使用量，因此實施扶持稻田種養結合循環農業模式策略，是改善稻區農業生態環境的重要途徑。

循環農業;稻田種養結合模式;南方稻區;稻－魚模式;生態環境效應

“石油農業”模式使大量的化肥、農藥在農業生產中使用，產生了大面積的點源和面源污染，嚴重地威脅著農業生產環境和農產品的質量安全。為破解這一矛盾，學界提出了循環經濟理論并在農業經濟領域加以應用，即循環農業。循環農業強調農業資源的充分合理利用和農業生態環境的保護和改善，以獲得最大的經濟、生態和社會效果。季昆森強調指出，循環經濟“3R”原則在農業上有更廣闊的應用領域，并發展出了再思考(Rethink)原則:不斷深入思考經濟運行中如何系統地避免和減少廢物，最大限度地提高資源與生態環境效率［1］。為此，尋找循環農業的有效模式是理論界和實踐界的重要課題。章政等在考察了上海市農業循環經濟的發展背景與目標，提出了土地循環利用、農業廢棄物綜合利用、城鄉工業及生活垃圾循環利用，以及生態產業園等四種基本發展模式［2］。金晶、曲福田、宣亞南等根據循環經濟的“5R”原則，提出了資源利用的“反饋式”流程［3－4］。應用在水稻生產上，王妹提出農業產業內部物能相互交換，互惠互利，如種植業的立體種植有各種農作物的輪作、間作與套種等模式［5］。駱世明及郎秀云提出了稻田養殖模式，即稻田養魚、蟹、青蛙等［6］。學者的研究與實踐為發展循環農業提供了科學依據。

在學者的研究中，特別關注循環農業模式在緩解農業生產中生態環境問題所產生的作用與效果。以稻作為例，近年來稻－魚種養結合的循環農業模式在中國水稻產區得到一定程度的應用，其特點是利用水稻和水產品—魚等生物生長對土地、水和氣候等主要自然生產條件有重合性的特性，采用適用的技術，在同一土地上同時產出多種農產品。這種模式利用了稻田生態系統中的生物的作用機制，達到控制或減少農藥和化肥的使用，從而改善生態環境。張清明認為種養結合模式中的稻田養魚是種植業和養殖業的有機結合，集傳統農業、生態農業和現代高產低耗農業為一體的復合型農業，具有良好的經濟、生態和社會效益［7］。廖慶民實驗證實在常規的水稻生產中，雜草除了與水稻爭肥之外，還爭空間、水分和陽光，為了抑制雜草，除需人工除草外，還大量使用化學除草劑，而在稻田種養結合循環農業模式下，雜草可以成為養殖動物的食物來源。經直觀驗證，未養魚的對照田，稗草達到64株/10 m2，而養魚稻田雜草及稗草幾乎絕跡，只有5株/10 m2，不需使用化學除草劑。此外，稻田養殖魚類可以起到滅蟲作用。廖慶民試驗表明鯉魚對稻田中的昆蟲有明顯的吞食能力，特別是對飛虱、泥包蟲有控制作用。經測定，養魚稻田蟲口密度為530只/667 m2，而未放養魚種的對照田，蟲口密度為1 280只/667 m2，可以大幅減少農業的使用量［8］。另外在稻－魚的模式下，稻田因魚類活動而增加肥力，彭廷柏等實驗證實養魚影響到稻田土壤水穩性團聚體的特性和組成，促進土壤有機質分解，容重減少，孔隙增加，通透性改善，其水、肥、氣、熱狀況均優于一般非養魚田［9］。

學者們對于這種模式的生態環境效果研究大都是基于條件較為完備的試驗研究，但對實際大面積調查研究涉及較少。為此本文以中國南方水稻產區為目標區域，在實地調查基礎上考察和驗證稻－魚種養結合的循環農業模式所產生的現實生態環境效應，為進一步發展循環農業提供建議。

1 研究的技術基礎

稻田種養結合循環農業模式所產生的生態環境效應主要集中在節肥、節藥、抑草、改善土壤和水體等方面上。從多年的稻－魚模式下的田間試驗來看，這種模式的主要生態環境效應表現如下:

(1)減藥效應。在稻田生態系統中，雜草具有雙重屬性。常規的水稻生產中，為了抑制雜草，除人工除草外，還大量使用化學除草劑，造成了較為嚴重的環境問題。在稻－魚模式下，雜草可以成為養殖動物的食物來源。栗浩文等的試驗結果表明，在不使用除草劑的條件下稻田養殖草魚可除稻田稗草、慈姑等［10］。杜漢斌等研究證實，稻田魚類的覓食活動一般可耗掉田間雜草的74%－87%［11］。李月梅試驗計算過稻田養魚的除草劑減藥效果［12］(見表1)。稻田養殖魚類還可以起到滅蟲作用。廖慶民試驗表明鯉魚對稻田中的昆蟲有明顯的吞食能力，特別是對飛虱、泥包蟲有控制作用［8］。張承元觀察證實魚能取食水稻腳部位及落在水面的稻飛虱、稻葉蟬、稻螟鈴等害蟲。此外養殖的魚類還具有抑制水稻病害的作用，如在魚捕食水田中的紋枯病菌核、菌絲，從而減少了病菌來源［13］。曹志強等進行的田間調查結果表明，稻魚共生的稻田水稻紋枯病發病率為4.7%，明顯低于對照田的8.5%［14］。由此可知稻田魚類可替代殺蟲農藥的作用，減少農藥對生態環境和農產品質量的影響。

表1 稻田養魚節藥效果(kg/hm2)Tab.1 The effect of saving pesticide on culture fish in the paddyfield

(2)節肥效應。稻田種養結合循環農業模式的節肥效應主要來自兩方面:一是稻田養殖的動物生長過程中所產生的廢棄物，如糞便等;二是水稻收割后的秸稈直接回田或用于沼氣后的沼夜回田。在稻魚的模式下，魚類不斷的進食而又不斷的排除糞便增加了肥力。經測定，養魚稻田比未養魚對照田有機質含量高0.112%，堿解氮高6.8 PPm，全氮高0.004 5%;同時還可以增加水中溶氧量，加速了有機質的分解，提高了土壤肥力。經測定養魚稻田底層水溶解氧為6．5 mg/L，未養魚的對照田底層水溶解氧為4．8 mg/L［8］。Yang Yong、鄺雪梅等研究表明，稻田養魚可以改善稻田耕作層土壤物理化學性質，與對照相比，養魚田土壤容重減少15.15%，總重孔隙度增加14.64%，有機碳、全氮、有效氮、速效磷和速效鉀分別增加 4.8%、6.61%、20.93% 、72.39% 和 36.67%［15－16］。盧升高、吳建軍等試驗測試了稻魚模式的節肥效應［17－18］(見表2)。

表2 稻田養魚對土壤有機質和速效養分的影響表Tab.2 The infuence of fish culture in paddyfield on soil organiic mater and available nutrients

2 研究方法、數據來源及樣本的選取

由于要分析的目標區域范圍廣泛，且是從總體上考察分析稻田種養結合循環農業模式的生態環境效應，為此本文擬采用如下方法:

(1)計量統計分析法。綜合各種已有的文獻，目前考察分析生態效應大都采用田間試驗分析方法，鮮有用計量回歸模型。這是因為考察生態環境效應關鍵在于把握其結果，即研判某一經濟活動所帶來的對生態環境影響程度，從而判斷這一經濟活動的本質。統計分析法是運用實際數據，通過匯總、對比等技術手段，能夠清楚看出問題的本質，結果具體、準確。為了更具體、準確分析南方稻區稻田種養結合循環農業模式的生態環境效果，本文擬采用計量統計分析法。

(2)文獻歸納法。囿于試驗條件的限制，對于研究中所涉及的技術和實驗方法步驟獲取較為困難，本文通過查閱大量研究者的研究成果，以獲得相關技術方案和實驗方法，確保研究的科學性。

(3)實地調查法。由于現有的統計資料相關內容的統計數據不全，難以滿足本研究的需要，同時為了更準確分析問題，本文采用實地調查的方法獲取研究目標區域農產或企業組織實際生產中的相關資料，盡可能使研究能夠準確反映實際狀況。

由于研究對象的特殊性，對于南方稻區水稻生產中稻田種養結合循環農業模式的生態環境效應實證分析的數據來源于三部分:一是根據中國統計年鑒、中國農村統計年鑒、中國農業統計年鑒和相關文獻歸納等經過整理而成。二是南方稻區實施稻－魚模式和未實施這一模式的農戶調查數據。三是相關研究成果中技術數據。之所以采用二、三兩方面的數據，是由于在統計年鑒中關于稻－魚種養結合模式相關的數據缺失，無法從中獲取，更主要的是這些數據貼近實際，這樣分析的結果更為準確。

本文以南方稻區年平均水稻種植面積為1 000 khm2的江蘇、浙江、安徽、江西、湖北、湖南、廣東、廣西、四川、云南等10個省區為研究的目標區域。對南方稻區稻－魚模式的入戶調查，共發放500份調查問卷取樣，收回486份，其中有效調查問卷481份，占總收回問卷數的98.97%。為了便于比較分析，入戶調查分為兩部分:按稻－魚種養結合模式生產的農戶和常規水稻生產模式的農戶，其中按稻－魚種養結合模式生產的農戶問卷305份，占總問卷的63.41%;常規水稻生產模式的農戶問卷176份，占總問卷的36.59%。由于規模大小對農戶投入和收益有影響，故調查樣本按常規水稻生產和稻－魚種養結合生產的一定規模取樣，兩種模式的最低生產規模為1 hm2。調查方式采用調查員入戶調查的方式，有調查員根據問卷內容向農戶說明，由農戶填寫。調查樣本分布為江蘇省取樣70個、浙江省取樣90個、江西省取樣150個，湖南省取樣86個、湖北省取樣85個，分別占總樣本的14.55%、18.71%、31.19% 、17.88%和17.67%。

3 循環農業對化肥農藥使用減量化效應分析

3.1 描述性統計分析

從化肥和農藥使用來看，與常規水稻種植相比，稻－魚模式由于改善稻田生態系統中的物質和能量的利用關系，其化肥和農藥的使用是有明顯區別的。

(1)化肥使用量的對比分析。根據南方稻區的農戶調查，176戶進行常規水稻種植的農戶和305戶實施稻－魚模式的農戶水稻種植面積和種養面積匯總如下(見表3)。

表3 農戶水稻種植和稻－魚種養面積Tab.3 he paddy planting and paddy-fish planting-culture area of farmer household

水稻生產過程中，需要施用的主要化肥是含有氮、磷、鉀等水稻生長所必須養分的碳酸氫銨、過磷酸鈣、氯化鉀等。由于受稻田面積、生產模式、資金等因素的影響，農戶化肥的使用量有所不同。研究表明，稻－魚種養結合模式下，魚吞食的雜草、底棲動物，一般僅能消化吸收其總量的30%左右，余下60%以糞便形式散布在田中，加入稻田的物質循環和能量轉化，增加土壤肥力，減少了施肥量;稻田養魚節肥在10%－20%且并不影響水稻產量，隨著養魚年限增加，節肥效果明顯提高［12］。在調查的481戶農戶中，由于具有一定的生產規模，盡管資金不是十分充裕，但對化肥的投入并沒有縮減，因此農戶化肥使用則主要取決于稻田面積和生產模式。根據調查的相關數據，可以計算出不同生產模式的化肥使用量及稻－魚模式的化肥減量化的效果(見表4)。

從表4中可以看出，稻－魚種養結合模式下，碳酸氫銨、過磷酸鈣和氯化鉀三種主要化肥單位面積使用量分別比常規水稻種植模式減少了137.11 hm2、119.39 hm2和29.97 hm2，節約比率分別為14.66%、16.34%和15.21%;總的來看，化肥單位面積總使用量比常規水稻種植模式單位面積總使用量上減少了 286.47 kg/hm2，節約率為15.21%，表明稻－魚種養結合循環農業模式的具有顯著的化肥減量化效果。

(2)農藥使用量的對比分析。稻－魚種養結合模式對主要病蟲害具有一定的控制作用。研究表明，相對于常規水稻種植，水稻葉瘟平均病情指數下降5.57%，穗頸瘟病情指數下降6.08%，水稻紋枯病平均病情減輕11.40%，白背飛虱百叢蟲量平均下降11.16%，褐飛虱的百叢蟲量平均下降18.72%，稻縱卷葉螟卷葉率平均下降5.49%，二化螟枯心率平均下降4.05%，中華稻蝗蟲口密度平均下降1.52%。同時稻－魚模式的共生生態系統具有增肥、增溫、增氧、增加光照的利用和通風透光條件的改善等，使水稻生長健壯，抗病性、耐病性、耐害性增強［8］。基于這種控制作用，農戶在生產過程實踐中，農藥的使用量會大幅度減少。

表4 稻－魚種養模式化肥減量化效果Tab.4 The effect of chemical fertilizer decrease in paddy-fish planting-culture mode

從農戶調查來看，稻瘟靈、撲虱靈和甲胺磷是常規水稻種植模式和稻－魚種養模式共同使用的主要農藥，但由于模式不同，它們的使用量是不同的。根據對農戶調查的數據，計算出稻－魚模式與常規水稻種植模式相比農藥使用量的減量化效果(見表5)。

表5表明，稻－魚模式下，稻瘟靈、撲虱靈和甲胺磷三種農藥單位面積使用量分別是1.8 kg/hm2、0.80 kg/hm2和1.6 kg/hm2，比常規模式單位面積使用量分別減少了1.22/hm2、0.63/hm2、0.97/hm2，分別降低了 40.40%、44.06%和37.74%。從總的來看，稻－魚模式的單位面積總使用量比常規模式要減少 2.82 kg/hm2，減少率為40.17%，效果顯著。實際上，常規模式下，種植面積較大的農戶還會使用較大數量的除草劑來清除稻田的雜草，一般使用量為1.81 kg/hm2，而稻－魚種養結合模式下，許多農戶不使用除草劑，而是人工清除，雜草歸田作為魚類的飼料，農藥減量化效果更為明顯。

3.2 相關性分析

化肥農藥的使用受許多因素的影響，何浩然、張林秀，李潔，茹敬賢等研究認為農戶化肥使用量與農戶的生產的土地面積、種植養殖結構、農戶特征等因素有關，其中土地面積在眾多因素中對化肥使用量的影響最為顯著［19－21］。陳超，黃東風等認為農戶生產的土地面積是決定農戶農藥使用量的首要因素［22］。因此在考察不同生產模式與化肥農藥使用量的相關關系，則以不同生產模式的土地面積為影響因子。由于研究目的是要考察稻－魚模式所產生化肥、農藥減量化效應，因此以南方稻區水稻生產化肥農藥投入率為因變量，以稻－魚模式的土地面積占總面積的比重為自變量，建立相關函數，公式為:

表5 稻－魚種養模式農藥減量化效果Tab.5 The effect of pesticide decrease in paddy-fish mode

Dsi為第i年化肥或農藥投入率;Api為第i年稻－魚種養結合模式的土地面積占總面積的百分比;λ、γ為參數;εi隨機干擾項。

由于不同水稻生產模式化肥農藥使用量不同，因此分析中將不同模式的化肥農藥使用量分別計算而后加以匯總。由調查得知，農戶化肥農藥使用還會受農戶特征及農戶資金量等因素的影響，實際的使用量與常規模式和稻－魚模式的技術要求使用量有一定的差距，因此為了更好地反映出本質問題，計算化肥農藥總使用量的參數以相關技術標準為計算參數。根據測算，南方稻區常規水稻生產平均化肥使用量為1.92 t/hm2，稻－魚模式平均化肥使用量為1.51 t/hm2;常規水稻生產平均農藥使用量為7.05 kg/hm2，稻－魚模式平均農藥使用量為4.05 kg/hm2。

根據2001－2009年中國統計年鑒、中國農村統計年鑒、中國農業統計年鑒相關統計數據及化肥農藥使用量的技術標準，利用Eviews 6.0軟件，估計參數，得出化肥和農藥使用量與水稻生產模式的相關方程:

Dscf、Dspc分別為化肥投入率和為農藥投入率，參數下面括號內的數值為相應參數的t檢驗值。從相關方程的估算結果分析，各個估計參數的t檢驗值都大于1，相伴概率均為0.000 0，顯著性較好。

由2、3式可以看出南方稻區水稻生產中化肥農、藥投入率與稻－魚種養結合模式的土地面積占比之間呈反線性函數關系，相關系數R2達到了0.999 4和0.999 3，表明稻－魚模式土地面積占總面積百分比的變化與化肥、農藥投入率變化有顯著負相關關系。方程中Ap的系數分別為－0.407 2和－0.979 9，意味著稻－魚模式的土地面積占比每增長1%，則化肥、農藥投入率分別減少0.407 2和0.979 9個百分點，化肥、農藥使用減量化效果顯著。

4 結論與建議

從化肥和農藥使用來看，與常規水稻種植相比，稻田種養結合模式由于改善稻田生態系統中的物質和能量的利用關系，其化肥和農藥的使用是有明顯區別的。一般來說，常規水稻種植過程中，為了確保稻谷產量，農戶會按照基本的技術操作規程施用化肥和農藥，使用量比較大。而在稻－魚的稻田生態系統中，土壤和水體的改善以及有害生物的減少，形成了魚類對化肥和農藥的替代關系，在稻谷產量不變甚至增產以及增加魚類產出的情況下，農戶大幅度減少了化肥和農藥的使用量，從而產生積極的生態環境效應。為此，轉變稻區傳統水稻種植模式，實施扶持稻田種養結合循環農業模式的策略，是改善南方稻區農業生態環境，走可持續農業發展道路的重要途徑。首先要制定和調整發展循環農業的政策扶持體系，主要是財政補貼和金融貸款扶持政策;其次要構建發展循環農業的農業科技體系，主要是新型技術的研究和開發及技術推廣和服務;再次是實施自然資源和生態環境的保護;最后是深入開展循環農業科技知識教育和培訓，培養新型農民。

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An Analysis on the Eco-environment Effect of Circular Agriculture Mode of Planting-Culture in the Paddyfield

LIN Xiao-li1，2ZHOU Ying-heng1
(1.College of Economics ＆ Management，Nanjing Agricultural University，Nanjing Jiangsu 210095，China;2.College of Economics ＆ Trade，Jiangxi Agricultural University，Nanchang Jiangxi 330045，China)

The obvious eco-environment effects can be seen when the circular agriculture mode of planting-culture is applied and developed in the paddy production.These are mostly reflected in the fertilizer and pesticide saving，grass curbing，and soil and water improving.This paper analyzed empirically on the eco-environmental effects of fertilizer and pesticide saving of circular agriculture mode based on household survey data of rice area in southern China and the data from China Statistical Yearbook，China Rural Statistical Yearbook，China Agriculture Statistical Yearbook，2001 － 2009，Technical Standards of Chemical Fertilizer and Pesticide Usaqe.The investigation showed that，comparing to the conventional paddy rice planting mode，15.21%and 40.17%dosage of fertilizer and pesticide in the paddy-fish mode was reduced respectively and the correlation analysis showed that there was negative correlation between the percentage of paddyfield area of paddy-fish mode to total paddyfield area and the input dosage of fertilizer and pesticide in the paddy rice area in southern China.The correlation coefficient was－0.407 2 and －0.979 9 respectively.So，in the paddyfield ecosystem of paddy-fish mode，the soil and water is improved and harmful organisms are reduced，therefore，the substitute relation between the fish and fertilizer and pesticide is formed.Farmers significantly reduce the dosage of fertilizer and pesticide use under the circumstances that the output of rice is stability or even increases and the fish output rises.It is proposed to implement the strategy of supporting circular agriculture mode of planting-culture in paddyfield.This aimed at improving the agro-ecological environment in the paddy area.

circular agriculture mode;planting-culture combined;the paddy rice area in southern China;paddy-fish mode;ecoenvironment effect

F323.22

A

1002－2104(2012)03－0037－06

10.3969/j.issn.1002－2104.2012.03.007

2011－10－15

林孝麗，博士生，副教授，主要研究方向為循環經濟與循環農業。

周應恒，教授，博導，主要研究方向為涉農產業經濟。

(編輯:田 紅)