稻－蟹復合生態種養系統氮磷平衡及經濟效益研究

李丹丹，孟順龍，胡庚東，陳家長，2，邴旭文，2

(1.中國水產科學研究院淡水漁業研究中心，江蘇無錫214081;2.南京農業大學無錫漁業學院，江蘇無錫214081)

近年來，在農業生產中，土地和水資源利用率低，農藥的大量使用使水稻品質下降，已不能滿足市民對食品安全的需求［1］。以低污染、低能耗為基礎的生態農業模式成為現代農業的發展趨勢，如稻蟹種養。稻蟹種養是根據稻養蟹、蟹養稻、稻蟹共生的理論，在稻蟹種養的環境內，蟹能以稻田中的雜草和害蟲為食物，吃掉雜草和害蟲，同時排泄物可以肥田，促進水稻生長;而水稻又為河蟹的生長提供豐富的天然餌料和良好的棲息條件，互惠互利，形成良性的生態循環［2－4］。研究稻蟹養殖過程中氮磷平衡及利用效率可以優化生產過程中肥料和飼料的投入，節約成本，同時研究氮素平衡是評價系統中氮肥投入對環境影響的主要方法之一［5］。研究表明，過量的氮素殘留在土壤中，一部分會通過淋洗滲透到地下水中，一部分通過氨揮發和硝化反硝化進入大氣中，這些散失的氮素，主要以活性氮形式存在環境中，是導致溫室氣體排放量增加、地下水污染、水體富營養化和土壤酸化的原因之一［6－8］。因此，為進一步了解并優化稻蟹共作系統，設計了不同密度的蟹與水稻共作試驗，分析各共作系統中氮素平衡以及經濟效益情況，為該生產模式的推廣應用提供理論和實踐依據。

1 材料與方法

1.1 試驗設置

試驗于2016年在江陰錦湖水產有限公司進行，共設置3個處理，選擇中華絨螯蟹為養殖品種，構建蟹－稻復合生態種養系統，開展蟹－稻復合生態種養系統的基礎設施改造。稻田平整與田埂加固:對水源充足、水質良好、黏質土壤的稻田進行平整，加高加固田埂，使稻田保持一定水位。蟹溝整挖與防逃圍欄構筑［9］:田埂內側挖蟹溝，稻田內的蟹溝相通，具體數據見表1。

表1 蟹－稻復合生態種養系統基本情況

3個處理田塊分別放養相同密度的沙塘鱧、不同密度的蟹苗，1號田放養部分蝦苗，2號田和3號田放養等量的草魚。選擇同一批次稻苗種植且水稻種植密度相同。種養情況見表2。

表2 稻－蟹復合生態種養系統種養量 kg

1.2 樣品采集

稻苗移栽前，選擇長勢均勻的10株稻苗，清洗后裝入信封袋并記錄編號，在105℃烘箱中殺青30 min，后降至80℃烘干稱質量，之后整株粉碎用于測定氮磷含量;雜草、水草及青苔選擇1 m2的采樣框，隨機取樣5次取平均值，采集的樣品與稻苗做同樣的烘干處理;魚、蝦、蟹苗隨機抽樣30尾稱質量，計算其平均質量;氮、磷含量采用標準方法實驗室測定，包括蟹產出量、水稻產出量(干質量)、雜草產出量(干質量)、投入品飼料、肥料量［10－12］。

1.3 數據處理

稻－蟹復合生態種養系統中氮磷平衡情況，其中系統氮磷輸入包括化肥、飼料、魚蟹苗帶入、水稻苗帶入的氮磷，另外有來自大氣沉降的氮。根據參考文獻江蘇地區大氣氮沉降研究結果［13］，定義本試驗中稻蟹種養期內氮沉降值為30 kg/hm2。

氮(磷)盈余=氮(磷)總輸入量－氮(磷)總輸出量;化肥氮(磷)輸入比=［化肥氮(磷)/氮(磷)總輸入量］×100%;水稻氮(磷)輸出比=水稻氮(磷)/氮(磷)總輸出量］×100%。

稻蟹共作系統中氮磷循環如圖1所示。

2 結果與分析

2.1 稻－蟹復合生態種養系統的產量及其效益

稻－蟹復合生態種養系統的產量如表3所示。結合表1中田塊面積分析主要種養種類的產量，1號田沙塘鱧產量為290.32 kg/hm2，中華絨螯蟹產量為 350.82 kg/hm2，水稻產量為3 416.72 kg/hm2;2號田的沙塘鱧產量最高，而水稻產量最低，沙塘鱧產量為 666.88 kg/hm2，中華絨螯蟹產量為350.83 kg/hm2，水稻產量為 3 152.21 kg/hm2;3號田沙塘鱧產量為 586.48 kg/hm2，中華絨螯蟹產量為 350.84 kg/hm2，水稻產量為 3 273.40 kg/hm2。

表3 稻－蟹復合生態種養系統總收獲量 kg

稻－蟹復合生態種養系統的經濟效益如表4所示。3個試 驗 田 塊 的 利 潤 分 別 為 72 504.94、88 111.89、69 125.85元/hm2。其中放養河蟹密度最大的田塊(2號田)利潤最高，表明在本試驗密度條件下可適當增加河蟹的放養量以提高利潤。

表4 稻－蟹復合生態種養系統經濟效益 元

2.2 稻－蟹復合生態種養系統的氮平衡情況

2.2.1 稻－蟹復合生態種養系統的氮輸入 由圖2可知，1號田氮總輸入量為65.36 kg，其中通過稻苗輸入4.81 kg，蟹苗輸入 1.15 kg，肥料輸入 32.79 kg，飼料輸入 15.70 kg，大氣沉降輸入9.11 kg，其他少部分通過螺螄、魚蝦以及進水輸入，輸入量為1.80 kg。2號田氮總輸入量為66.06 kg，其中通過稻苗輸入 5.23 kg，蟹苗輸入 1.34 kg，肥料輸入 32.79 kg，飼料輸入15.70 kg，大氣沉降輸入9.44 kg，其他少部分通過螺螄、魚蝦以及進水輸入，輸入量為1.56 kg。3號田氮總輸入量為 64.79 kg，其中通過稻苗輸入 4.81 kg，蟹苗輸入1.60 kg，肥料輸入 32.79 kg，飼料輸入 14.30 kg，大氣沉降輸入9.68 kg，其他少部分通過螺螄、魚蝦以及進水輸入，輸入量為 1.61 kg。

3個田塊的氮總輸入量差異不大，氮平均總輸入量為65.40 kg，肥料和飼料是最主要的氮素輸入來源，肥料輸入氮素最多為32.79 kg，占氮素總投入量的50.14%，飼料輸入氮素15.23 kg，占氮素總投入量的23.29%;大氣沉降氮素為9.41 kg，占氮素總投入量的 14.39%(圖 3)。

2.2.2 稻－蟹復合生態種養系統的氮輸出 由于采用秸稈還田的種植模式，所以氮輸出的方式包括稻谷產量、魚蝦蟹產量以及池塘排水，其他氮大部分都盈余在土壤中。1號田氮總輸出量為23.75 kg，其中通過稻谷產量輸出16.60 kg，魚蝦蟹輸出 5.75 kg，排水輸出 1.4 kg;2號田氮總輸出量為25.36 kg，其中通過稻谷產量輸出 15.87 kg，魚蝦蟹輸出8.13 kg，排水輸出 1.36 kg;3 號田總輸出量為 26.69 kg，其中通過稻谷產量輸出16.90 kg，魚蝦蟹輸出8.20 kg，排水輸出1.59 kg。3個田塊氮總輸出量均值為25.27 kg，最主要的輸出途徑是稻谷的輸出，輸出量為16.46 kg，占總輸出量的65.14%，通過魚蝦蟹收獲 輸出 7.36 kg，占總輸出量的29.13%，通過排水輸出1.45 kg，占總輸出量的5.74%(圖4)。

2.3 稻－蟹復合生態種養系統的磷平衡情況

2.3.1 稻－蟹復合生態種養系統的磷輸入 1號田磷總輸入量為 28.49 kg，其中通過稻苗輸入 0.62 kg，蟹苗輸入0.09 kg，肥料輸入22.50 kg，飼料輸入5.10 kg，其他少部分通過螺螄、魚蝦以及進水輸入，輸入量為0.18 kg。2號田磷總輸入量為28.53 kg，其中通過稻苗輸入0.67 kg，蟹苗輸入0.11 kg，肥料輸入22.50 kg，飼料輸入5.10 kg，其他少部分通過螺螄、魚蝦以及進水輸入，輸入量為0.15 kg。3號田磷總輸入量為28.51 kg，其中通過稻苗輸入0.64 kg，蟹苗輸入0.11 kg，肥料輸入22.50 kg，飼料輸入5.10 kg，其他少部分通過螺螄、魚蝦以及進水輸入，輸入量為0.16 kg(圖5)。

3個田塊的磷總輸入量差異不大，平均總輸入量為28.51 kg，肥料和飼料是最主要的磷素輸入來源，肥料輸入磷元素最多，為22.50 kg，占總投入量的78.92%，飼料輸入磷元素5.10 kg，占總投入量的17.89%，通過蟹苗輸入0.11 kg，占總投入的0.39%，通過稻苗輸入 0.64 kg，占總投入的2.24%(圖6)。2.3.2 稻－蟹復合生態種養系統的磷輸出 1號田磷總輸出量為7.12 kg，其中通過稻谷產量輸出6.23 kg，魚蝦蟹輸出0.74 kg，排水輸出 0.15 kg;2 號田磷總輸出量為 7.27 kg，其中通過稻谷產量輸出5.95 kg，魚蝦蟹輸出1.18 kg，排水輸出0.14 kg;3號田磷總輸出量為7.69 kg，其中通過稻谷產量輸出 6.34 kg，魚蝦蟹輸出1.18 kg，排水輸出0.17 kg。3 個田塊磷總輸出量均值為7.36 kg，最主要的輸出途徑是稻谷的輸出，輸出量為6.17 kg，占總輸出量的83.83%，通過魚蝦蟹收獲輸出 1.04 kg，占總輸出量的 14.13%，通過排水輸出0.15 kg，占總輸出量的 2.04%(圖 7)。

3 討論與結論

3.1 稻－蟹復合生態種養系統經濟效益

3個試驗田塊的利潤分別為 72 504.94、88 111.89、69 125.85元/hm2。其中，放養河蟹密度最大的田塊(2號田)利潤最高，投放密度為238.40 kg/hm2，表明在本試驗密度的條件下可適當增加河蟹的放養量以提高利潤。但在實際生產中，應該從環境效益和經濟效益2個方面對蟹－稻復合生態種養要素進行優化，研究確定蟹－稻復合生態種養系統中適宜的蟹－稻比例。本研究并沒有對環境效益進行評估，因此在以后的工作中應該進行環境要素的研究，結合經濟效益確定合適的稻蟹比例，為合理管理和生產，推廣稻－蟹復合生態種養提供理論依據。

3.2 稻－蟹復合生態種養系統氮磷平衡

在農業現代化的進程中，隨著農藥、化肥的廣泛使用，農產品質量下降、有機肥資源浪費以及環境污染等問題日益嚴重，對發展生態農業的需求日益強烈［14］。近年來，以低污染、低能耗為基礎的稻蟹復合生態種養模式成為重要的養殖模式之一，相關研究主要集中在產量與經濟效益等方面，而有關該系統的環境效益與優化生態種養密度方面的研究極少［15－16］。本研究設置不同密度的蟹與稻復合種養，分析該共作系統中氮磷平衡與經濟效益情況，為進一步優化該生產模式提供了相應理論和實踐依據。

本研究中氮總輸出量均值為25.27 kg，最主要的輸出途徑是稻谷的輸出，輸出量為 16.46 kg，占總輸出量的65.14%，磷總輸出量均值為7.36 kg，最主要的輸出途徑是稻谷的輸出，輸出量為6.17 kg，占總輸出量的83.83%，表明在生產過程中氮、磷元素的主要利用者是農作物。除了收獲農產品輸出氮、磷外，很大一部分氮磷元素盈余沒有被當季農作物吸收利用，盈余的氮為 40.14 kg，占氮總輸入量的61.36%，盈余的磷為 21.15 kg，占磷總輸入量的 74.19%，大部分的氮磷都沒有被農作物利用，剩余的氮、磷都殘留在土壤中。過量的氮素殘留在土壤中，或者通過淋洗滲透進入地下水，或者通過氨揮發和硝化反硝化進入到大氣中，這些散失的氮素主要以活性氮形式存在環境中，是導致溫室氣體排放增加、地下水污染、水體富營養化和土壤酸化的原因之一［17－19］。中華絨螯蟹能對水稻生長期間的蟲害和雜草發生進行有效控制，魚蝦蟹排泄物進入土壤中，為水稻生長提供營養，有利于氮磷吸收利用。為了進一步了解稻蟹養殖的環境效益，下一步應設置單養蟹和單種水稻的對照試驗，分析稻蟹復合生態種養系統的環境效益［20－22］。本研究初步研究了該系統的氮磷平衡情況，應進一步研究氮磷循環的規律，從生態系統食物鏈及食物網水平研究物質的循環和能量流動規律，為優化生態種養系統提供理論依據，構建合理的投餌量、施肥量，減少資源浪費，減少溫室氣體排放，在產生經濟效益的同時產生環境效益，形成產業的可持續發展［23－24］。