稻渔共生生态系统中的沟坑问题与最大沟宽的推算及应用

一、背景

稻渔生态共生体系是人类利用稻田浅水环境将水稻栽培和水生生物（鱼、虾、蟹、鳅、鳖等）养殖巧妙地结合在同一稻田空间中实现稻、渔齐收的系统，在我国南方稻作区存在历史非常悠久。在传统的“人放天养”、依靠稻田自然生产力养殖水产生物的年代里，该系统以稻为主兼收水产，水稻产量基本保持稳定。这种方式在我国南方山丘区世代传衍千年以上少有变革。随着我国农业从传统农业逐渐演变成追求更高产量、更好质量和经济产出的“现代农业”，旨在提高水产单产的田间工程，率先在一些平原盆地地区进行尝试。由于水产养殖的比较效益显著优于粮食生产，后来就逐渐出现稻渔体系中“渔进稻退”“重渔轻稻”“渔占稻位”“挖稻成塘”“以渔为主”等情形，继而引起政府和管理部门的关注和行政纠正，从而影响稻渔综合种养产业的稳定发展。

在农业生态、农作、农经、农机、农旅、农业电商等多个学科加入下，“稻田养鱼”的概念也逐渐发展演化为“稻田综合种养”“稻渔综合种养”及“稻渔生态种养”等内涵不尽相同的概念。近几年全国稻渔综合种养面积持续增长，2019年突破3500万亩，以粮为主、稻为根本，稳粮、增收、提质、增效和环境友好等目标，被提到了同样重要的地位上。共同实现这五大目标的核心点除了制定水产产量单产最高限值和采用科学投饵策略外，田间工程设施中的最大沟宽的设定和执行成了稳粮的关键。




二、稻鱼共生田块中沟坑的设置

构建沟坑等田间设施，不是传统稻渔共生系统固有的。传统的稻渔共生模式中并没有沟坑的设置。沟坑设置是为了提高水产产量的改进手段，尤其是没有创新出适合稻渔共生体系的水稻栽培新技术体系，去应对高产水稻栽培时所遇到的晒田、施药等农艺操作的一种被动的“权宜之策”，采用沟坑的设置来为水生生物提供避难所，并改进水生生物生长空间。然而，沟坑总是要占用植稻面积的，占用过多必将导致水稻减产。科学地在稻田中留出恰当的空间给水产生物活动，是实现稻渔共生互惠效应、兼顾粮食生产、经济效益、环境友好的根本前提，也是实现稻渔共生产业稳定而可持续发展的根本基础。

国家水产行业标准“稻渔综合种养技术规范 第一部分 通则（SC/T 1135.1-2017）”、联合国粮农组织出版的《Agroecological Rice Production in China: Restoring Biological Interactions》以及《国务院办公厅关于防止耕地“非粮化”稳定粮食生产的意见》都明确规定了稻渔生态种养中沟坑面积占总田块的10%。但是，在实际操作中，要让广大水产技术推广人员及农业经营主体准确领悟其中的科学道理并加以灵活运用，是一件非常艰难的事情。很多人对此一直抱着不以为然的态度。




三、田间养殖沟所占面积的计算

田间设施工程（沟坑的式样与比例）的设置中，对于水稻稳产而言，沟的宽度设计很重要。最大沟宽的设计原则是，由于沟的设置，所产生的水稻多行边际效应之和，不小于因沟失去的植稻面积（穴数）而造成的减产，即边行效应之和大于无稻沟域的水稻应收产量。

图1 稻田沟设计边长和沟宽示意图
假定稻田的形状为矩形（图1），Lc为长边边长，Ld为短边边长，Nc为沿着长边的沟条数，Nd为沿着短边的沟条数，W为沟宽。那么，沟所占的面积就是：Lc×W×Nc+Ld×W×Nd（口诀：长沟数乘长沟长，短沟数乘短沟长，两者之和乘沟宽，便将沟面积求算）。而稻田面积S则是：Lc×Ld。




四、稻渔共生田块最大沟宽计算规则的应用

1. 在田间开设沟坑之前对最大沟宽的设计计算

假设田块为矩形。已经测定田块的长Lc和宽Ld，并根据其大小拟留出沟。一般建议每隔50米留出一条沟，50米以内不必留沟，从而确定出长边方向留出的沟数Nc和短边方向上留出的沟数Nd。再依据国家行业标准SC/T 1135.1-2017所规定的“沟坑面积不得超过稻田总面积的10%”的原则，则每条沟（假设所有沟宽相同）的最大沟宽为：W=S/ {10×[(Lc×Nc)+(Ld×Nd)]}，即最大沟宽限定为“全田面积/{10× [(田长×长沟数)+(田宽×短沟数)]}”（口诀：长沟数乘长沟长，短沟数乘短沟长，两者之和十倍积，再将全田来分摊）。
2. 在田间工程完工后对最大沟宽的核算
除了在规划稻田养鱼时可能设置沟坑外，生产管理部门还常常需要对已经完工的稻渔工程项目进行验收。他们需要根据国家颁布的行业标准中稻渔综合种养田块中“沟坑比不超过10%”这一硬性比例进行验收和管理。那么如何在田间进行快速、科学而准确的判断呢？
假设田块为矩形。已经测定田块的长Lc和宽Ld。又见有稻田长边方向有沟Nc条（包括边沟），沟宽为W米，短边方向有沟Nd条（包括边沟），沟宽也为W米。那么该田块留沟所占面积比例β为：{(Lc×W×Nc)+(Ld×W×Nd)}/(Lc×Ld)={[(Lc×Nc)+(Ld×Nd)] ×W}/Lc×Ld ={[(田长度×长向沟数)+(田宽度×短向沟数)] ×沟宽度}/全田面积。口诀为：长沟数乘长沟长，短沟数乘短沟长；相加之后乘沟宽，除上全田得比例。0.1以上为超标，0.1以下合规范。所以，对于已经建沟的田块，即可以按照此公式核算其建沟面积是否超标。




五、补充说明

1. 生产上很多人认为，国家行业标准规定的10%的占比阈值，就是允许经营者在稻田中切划出10%的空间用来搞水产养殖。其实，这是对这个10%占比阈值由来缺乏科学的了解和理解所引起的误解。允许沟坑占比10%而不应影响到水稻产量，是以稻渔共存、间作互惠发生水稻群体的边际效应为前提的，而不是说，直接让出10%的稻田面积来进行水产养殖，水稻产量也不受影响。

2. 田间养殖水生动物，开沟并不是必须事项，关键在于水产动物种类的正确选择和生产目标的合理制定。
3. 田间开沟的做法，只推荐在地下水位比较高的平原地区较大规模田块进行，山区梯田不建议开沟。
4. 从公式推算可以看出，在“占比不超过10%”的制限下，沟越窄，允许的沟条数越多。开的沟（即比行距宽的预留空间）越多越窄，对水稻的促进影响就会越大。最极致的做法就是宽窄行。
5. 在实际操作过程中，无论是哪种沟型，都需要考虑为大型农机下田时预留机道。此外，从投饵角度考虑，实施田字沟时，中间的沟区投饵，建议使用无人机操作以增加农事效率。本案计算过程中，对横沟和纵沟交叉区域没有扣除，纯粹是为了计算便利，也因为在大部分情形下这部分交叉面积不到总沟面积的5%，所以做了简单化处理。有关沟向的问题，将在以后另文讨论。
6. 浙江大学稻渔共生生态学研究团队最近研发出了沟坑占比速算APP（目前适合安卓系统手机，图2），可以快速计算允许最大沟宽，或者用于已建工程是否符合相应标准。该程序已经申请国家软著权并获登记，可供全国同行和管理者免费使用。

图2 由浙江大学稻渔共生生态学研究团队开发的《稻渔生态种养体系沟坑占比计算APP》部分界面

鸣谢：研究工作受到国家“十三五”重点研发项目（2016YFD0300905）及国家自然科学基金国际合作项目（NSFC-CGIAR）（31661143001）的资助，并得到了全国农作和水产技术同行专家及多个新型农业经营主体的支持和配合。
作者：唐建军1、胡亮亮1、陈欣1、郝向举2、李东萍2

作者单位：1. 浙江大学生命科学学院 2. 全国水产技术推广总站、中国水产学会

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