全 文 ：稻田养蟹模式的生态经济分析*
陈飞星* * 张增杰 (北京师范大学环境模拟与污染控制国家重点联合实验室,北京 100875)
=摘要> 在野外调查和实验数据分析的基础上, 运用生态经济学原理研究了稻田养蟹模式的结构与功能、
物流能流特征及其经济效益与生态环境效益. 结果表明,与单一稻作模式相比,稻田养蟹模式的综合效益
较高. 从经济效益看, 后者的土地纯收入、成本收益率和劳动生产率比前者分别增加 382%、67. 7% 和
295% . 从生态环境效益看, 养蟹一年后, 土壤中的 TN、碱解 N、T P、速效 P、速效 K 和有机质分别增加
10. 6、3. 3、5. 8、11. 7、3. 5 和 10. 5% , 且每年可削减非点源 N 污染负荷 6. 375kg# hm- 2 .
关键词 稻田养蟹模式 生态经济分析 生态农业
文章编号 1001- 9332(2002) 03- 0323- 04 中图分类号 S966. 16 文献标识码 A
Ecological economic analysis of a rice2crab model. CHEN Feixing and ZHANGZengjie ( State Key Joint Labo2
r atory of Environmental Simula tion and Pollution Control, Beijing Normal Univer sity, Beijing 100875) .
2Chin. J . Appl . Ecol . , 2002, 13( 3) : 323~ 326.
Based on field investigation and experimental data analysis, ecological economic principles were applied to study
the structure and function, the character istics of mater ial and energy flows, and the economic and ecological bene2
fits of a rice2crab model. The resutls show t hat rice2crab model had a higher integral benifit than rice model, and
its net income, cost2benefit ratio, and labor productivity were increased by 382% , 67. 7% and 295% , respect ive2
ly. In view of the ecological benefits produced, the total nitrogen, alkaline2hydrolyzal nitrogen, total phosphorus,
rapidly availlable phosphorus, rapidly available potassium, and organic matter in the soil after 12year carb breeding
were increased by 10. 6% , 3. 3% , 5. 8% , 11. 7% , 3. 5% and 10. 5% , respectively. Moreover, 61 375 kg N#hm- 2
of non2point source pollution load could be cut down annually.
Key words Rice2crab model, Ecological economic analysis, Ecological agriculture.
* 北京生物源生物工程有限公司及北京师范大学环境模拟与污染
控制国家重点联合实验室开放基金资助项目(WES9702) .
* * 通讯联系人.
2000- 03- 01收稿, 2000- 07- 03接受.
1 引 言
单一稻作对资源的利用很不充分, 不利于生态
环境的保护.首先, 杂草、浮游植物与水稻之间存在
着对阳光、水分和土壤养分的竞争,而传统的杂草清
除方法又将蕴含在它们体内的物质能量带出系统.
其次,水稻种植中大量施用化肥和农药,加剧了农业
非点源污染,造成了对生态环境的破坏.为了克服单
一稻作的弊端, 提高稻田综合效益,人们开发了不同
层次和不同类型的稻田综合利用模式, 其中稻田养
蟹就是应用食物链理论、生态位理论和种间互利共
生理论而建立起来的一种立体种养生态农业模式.
近年来,稻田养蟹在北方稻区发展很快,仅在河北省
唐海县目前就有养蟹稻田近 3000hm2, 占全部水稻
种植面积的 12%. 从近几年的实践来看,稻田养蟹
能改善生态环境,大幅度增加农民收入.由于以前的
稻田种养研究多集中于稻田养鱼模式, 而对稻田养
蟹模式则涉及较少, 缺乏深入系统的分析和研究, 从
而不利于稻田养蟹模式的推广和普及. 本文通过在
唐海稻作区的野外调查和实验, 研究了稻田养蟹模
式的结构与功能、物流能流特征及其经济效益与生
态环境效益, 旨在为推动这一模式的进一步发展提
供科学依据.
2 研究地区与研究方法
21 1 研究地区概况
野外调查和实验研究于 1998 年在河北省唐海县进行.
该县濒临渤海, 位于 39b 07c21d ~ 39b 27c23dN, 118b 12c 21d ~
118b43c16d E, 属东部暖温带半湿润季风气候区. 在海洋性和
大陆性气候的双重影响下, 四季分明,雨热同期, 春季干燥多
风,夏季高温多雨,秋季昼暖夜凉,冬季寒冷少雪,年平均气
温 10. 8e , 1 月份平均为- 5. 9 e , 7 月份平均 25. 3e , 本区
\ 10 e 积温 3951e , 全年日照时数 2877h, 年太阳总辐射为
547. 7kJ# cm- 2 ,无霜期 188d, 年降水量平均为 636mm. 唐海
县的主要土壤类型为潮土、水稻土和盐土, 其中水稻土是近
几十年来经过人工种稻而形成的新土类, 占土地总面积的
40. 31% .
唐海县是北方重要的优质稻米生产基地, 水稻在其种植
业中居主导地位. 1998 年全县水稻种植面积为 23325hm2, 占
耕地面积的 90%以上, 稻谷产量近 213@105 t. 近年来, 该县
应 用 生 态 学 报 2002 年 3 月 第 13 卷 第 3 期
CHINESE JOURNAL OF APPLIED ECOLOGY, Mar. 2002, 13( 3)B323~ 326
大力发展无污染、安全、优质的水稻绿色食品,推广以稻田养
蟹为代表的立体种养生态农业模式,目前共有绿色水稻种植
面积 8000hm2 ,其中稻田养蟹超过 2667hm2.
212 研究方法
在唐海县第一和第二农场选取典型的稻田养蟹模式和
单一稻作模式,分别调查各种人工投入产出的实物量. 人工
投入主要包括化肥和农药、农机具、燃油、电力、劳力、种子、
有机肥、饵料等, 产出则有稻谷、稻草和河蟹. 其中农机具的
折旧年限为 10 年, 将农机具的总重量除以 10, 可以求得每
年的农机具投入量.统计人畜禽的数量,乘以各自的排泄物
收集系数,再加上还田秸秆(还田率按 30%计算) , 即为有机
肥的投入量 .最后,将各物质的实物量按照相应的折能系数
换算为能量,分析模式的能量构成和能流特征 .此外, 调查两
种模式的成本构成和收益,比较各自的经济效益.
在分析两种稻作模式的土壤养分平衡状况时,计算施用
的化肥和有机肥中 N、P、K 的量以及投饵所带入的养分, 同
时估算随稻谷、稻草和河蟹而带出农田的养分量,二者相减,
即可求得 N、P、K养分的盈亏.
在插秧前和水稻收割后, 分别采养蟹稻田的耕层土壤,
测定土壤养分含量.其中有机质用重铬酸钾法;全 N 用凯氏
定 N法;全 P用高氯酸2硫酸法;全 K用碳酸钙2氯化铵培熔,
火焰光度法;碱解 N 用扩散法;速效 P用 0. 5mol# L - 1碳酸氢
钠法;速效 K 用醋酸铵提取, 火焰光度法.
3 结果与讨论
311 稻蟹立体种养生态系统分析
31111稻蟹立体种养生态系统的结构 稻田养殖的
河蟹为中华绒螯蟹( Eriocheir sinensis) , 属甲壳纲十
足目方蟹科绒螯蟹属[2] . 河蟹的食性很杂, 广泛摄
食水草、螺、贝类、水生昆虫及其幼虫、谷类、薯类、饼
渣类和屠宰场的动物下脚料. 河蟹虽喜食动物性饵
料,但是在食物的比重上, 却往往以植物性食物为
主.从河蟹的生物学特性可知,稻田养殖河蟹后, 生
态系统的结构和功能会发生很大的变化, 稻蟹立体
种养生态系统的结构如图 1所示.
31112食物链理论在稻田养蟹中的应用 从图 1可
以看出,在稻蟹生态系统中,食物链的结构要比单作
稻田复杂得多. 按照经典的食物链理论,食物链越复
杂,系统就越稳定.在高度依赖于人工调控的单一稻
作生态系统中, 食物链非常简单, 层次单一, 自我调
控能力低,稳定性差, 是一个比较脆弱的系统. 稻田
引入河蟹后,物流能流途径增多, 食物链比较复杂.
由于人工控制了河蟹的天敌, 河蟹在稻田中处于整
个食物链网的顶端, 成为物质和能量转化的枢纽, 对
整个系统起着良好的自然调控作用,能提高系统的
自我维持能力, 形成了一个物质循环高效,能量流动
畅通的立体种植、养殖一体化的生态农业体系.
31113 生态位理论在稻田养蟹中的应用 从对生态
位的开发利用角度来看, 稻田养蟹提高了对稻田生
态位的利用程度. 稻田的空间垂直结构可分为表水
层、中水层和底水层,其间可生存浮游生物、底栖生
物、固着生物、底埋生物等,水稻只不过是固着生物
的一种[ 4] .单一稻作尤其是一季稻, 没有充分利用
稻田水体、水面及其水面以上空间.在时间上每年也
只是利用了 100多天, 生态位空缺很多.稻田引入河
蟹后,将原来空缺的潜在生态位转变为被实际利用
的生态位,充分发挥了这些生态位的效能. 首先, 它
将稻田中、下水层虚置的空间生态位部分利用起来,
在稻田内部实现了垂直空间的立体开发, 达到一水
多用,提高了对水资源的利用效率. 其次, 它利用了
稻田的营养生态位. 在稻田中存在着杂草、水稻害
虫、浮游生物和底栖生物. 在单作稻田中, 它们白白
流失,而且还消耗系统内的物质和能量. 稻蟹混养
后,它们被河蟹所取食,其体内蕴含的生物质能转化
为河蟹的化学潜能.
31114 互利共生理论在稻田养蟹中的应用 稻蟹之
间存在着明显的互利共生关系, 首先,养蟹需要人工
投饵,残饵及河蟹的排泄物为水稻生长提供了丰富
的营养.河蟹对稻田生物的摄食,把被食生物体内的
物质和能量截留利用起来, 增加土壤的养分含量,提
高土壤的肥力.其次,稻田养蟹具有给土壤增温、增
氧的作用.河蟹在稻田觅食、爬行、翻动土壤,使上、
下水层充分对流混合, 加快了大气复氧的速度. 据报
道,养蟹稻田的 DO为 5. 58mg#L- 1, 比单作稻田多
2. 07mg#L- 1[6] .同时, 由于河蟹吃掉了稻田杂草和
水下植物,增加了透光性,使得水体和土壤的温度升
高.土壤温度与氧气含量的增加,会提高土壤的氧化
324 应 用 生 态 学 报 13卷
还原电位,加快土壤有机质的分解,使潜在养分的有
效化能力加强, 土壤的供肥能力发生了质的变化. 第
三,河蟹活动可以促进水稻根部的通透性,改善稻田
的通气条件,有利于水稻的生长. 第四, 稻田养蟹可
以为水稻清除杂草和害虫.据调查,我国的水稻害虫
及其它有害动物多达 695种, 在华北稻作带, 主要害
虫有二化螟、稻飞虱、稻蓟马、稻叶蝉、稻水蝇、稻摇
蚊等[ 1] .防治不当时, 稻田害虫和杂草可引起水稻
15% ~ 25%的产量损失, 而大多数害虫和杂草却是
河蟹的天然饵料.
稻田养蟹也有利于河蟹的生长发育,稻田为河
蟹提供了良好的栖息环境和觅食场所. 稻田水较浅,
透光性强,营养盐含量高, 藻类繁殖快, 藻类的光合
作用释放大量氧气, 提高了稻田水体的溶解氧浓度.
而且,稻田为河蟹提供了杂草、浮游生物、底栖生物
和水生昆虫等饵料,人工控制河蟹的天敌提高了河
蟹的成活率,稻田水质比较清洁, 河蟹发病率低, 再
加上人工投饵, 使稻田中河蟹的生长发育比自然水
体更快.
312 稻田养蟹模式的物流能流分析
稻田养蟹需要人工投入机械、电力、燃油、化肥、
农药、粪肥、作物秸秆、稻种、蟹苗、饵料、人工等, 产
出的物质主要有稻谷、稻草与河蟹. 本文以 1998 年
唐海县的实测数据分析稻田养蟹的物流能流特征.
由图 2可知, 在稻作亚系统中人工投入的总能
量是 82940. 84MJ#hm - 2, 其中粪肥和还田稻草等有
机肥所占的比例最大,为总能投的 62. 3% , 化肥占
20. 76%, 二 者合 计为 83. 06%, 其 它总 共 占
16. 94%.有机肥、人工、稻种等有机能量的总和是
57032. 91MJ#hm- 2, 占总能投的 68. 76%, 农药、化
肥、燃油、电力、农机等无机能量为 25910. 72MJ#
hm- 2,占总能投的 31. 24%.
从物质投入来看, 1hm2 养蟹稻田年消耗燃油为
31. 05kg, 电力 397. 5kWh, 大致投入磷酸二胺
11215kg,尿素 11215kg, 碳酸氢胺 975kg,折合成 N
素 224. 25kg, P2O551. 75kg,比单作稻田少用碳酸氢
胺 375kg. 年有机肥投入是粪肥 634. 5kg, 秸秆
3000kg,折合成 N 130. 95kg, P2O531. 2kg.
在养蟹亚系统中, 投入的青、粗饲料及精饲料等
各种饵料折合成 1kg含能 12. 558MJ的人工配合饵
料 1875kg#hm- 2,投入河蟹的幼体为 7. 5kg#hm- 2,
折能 44. 58MJ. 总计产河蟹 750kg # hm - 2, 折能
4458. 09MJ#hm- 2,饵料的能量转化率为 18. 9% ,饵
料系数为 2. 5.
313 稻田养蟹模式与单一稻作模式的投入产出比
根据唐海稻区的实际情况, 选择了能量产投比、
光能利用率、劳动生产率、土地纯收入和成本收益率
5个指标对两种稻作模式进行投入产出的比较, 它
们分别反映不同稻作模式对劳力、土地和资金的利
用效率,两种模式的各指标值列于表 1.
表 1 不同稻作模式的投入产出比较
Table 1 Comparison of input and output between di fferent rice plant ing
models
模 式
Models
能 量产投比
Output2
input
rat io of
energy
光 能利用率
Utilization
of light
energy
(% )
劳 动生产率
Labor
product ivity
(yuan /
man2day)
土 地纯收入
Land net
income
( yuan#
hm- 2)
成 本收益率
Cost2
benefit
rat io
( % )
单作稻田 3. 42 0. 573 13. 6 3675 31
Rice alone
养蟹稻田 3. 27 0. 495 53. 7 17730 52
Rice2crab
从经济效益看, 稻田养蟹模式远远高于单作稻
田模式,其中土地纯收入净增 14055 元#hm- 2, 增幅
达 382%, 成本收益率增加 67. 7%,劳动生产率即单
个用工的净收入净增 40. 10元, 增幅达 295% .
养蟹稻田的能量产投比和光能利用率要略低于
单作稻田, 分别低 4. 39%和 13. 6%, 主要是由于养
蟹需要挖十字沟和环形沟, 占用约 10%的稻田, 使
水稻种植面积减少,产量略有下降, 约减产 1350kg#
hm- 2.养蟹稻田的能量产投比尽管略低, 不过在人
工投能中有机能与无机能的比率,单作稻田为1. 93,
养蟹稻田为 2. 20, 后者有机能的投入比例增大, 投
能结构更加合理, 增加了系统的稳定性和自我维持
能力.
314 稻田养蟹模式与单一稻作模式的生态环境效
益比较
31411 两种稻作模式的土壤养分输入输出及土壤肥
力状况 依据1998年唐海稻作区土壤中N、P、K元
3253 期 陈飞星等:稻田养蟹模式的生态经济分析
素的输入量和输出量, 研究了稻田养蟹模式与单一
稻作模式的土壤养分动态平衡状况,为了计算方便,
只考虑人为因素对土壤养分状况的影响(表 2) .
两种模式的 N、P 供给都有富余,单作田分别盈
余112. 5和 1. 5kg#hm- 2,养蟹稻田为148. 5和16. 5
kg#hm- 2,要比单作田高 36 和 15kg#hm- 2, 原因是
一方面残饵及河蟹排泄物给稻田带来了大量的 N、
P营养元素,另一方面养蟹田的水稻产量相对较低,
系统输出的养分量有所减少. 就 K 而言,两种模式
都有亏损,但后者要比前者少亏损19. 5kg,在一定程
度上缓解了 K 供需不平衡的矛盾. 此外,养蟹稻田
投入的有机 N 与无机 N 的比率为0. 584,是单作稻
田的 3. 38倍, N 素的投入结构更加均衡合理.
表 2 两种模式的农田养分平衡
Table 2 Far mland nut rien t balance of two models( kg#hm- 2)
模式
Model
N
输入
Input
输出
Out put
盈亏
Tot al
P2O5
输入
Input
输出
Output
盈亏
Total
K2O
输入
Input
输出
Output
盈亏
Total
单作稻田 352. 5 240 + 112. 5 78 76. 5 + 1. 5 103. 5 129 - 25. 5
Rice alone
养蟹稻田 355. 5 207 + 148. 5 82. 5 66 + 16. 5 105 111 - 6. 0
Rice2crab
表 3 稻田养蟹模式的土壤养分含量
Table 3 Soil nutr ient content of rice2cr ab model( g#kg- 1)
项目
Item
有机质
Organic
matter
总N
Total
N
总P
Total
P
总K
Total
K
碱解 N
Alkaline
hydrolysis
N
速效 P
Rapidly
available
P
速效 K
Rapidly
available
K
养蟹前 16. 4 0. 85 0. 52 27. 3 0. 084 0. 0051 0. 173
Before crab culture
养蟹后 18. 1 0. 94 0. 55 27. 4 0. 087 0. 0057 0. 179
Aft er crab cult ure
从表 3可知,稻田养蟹一年后,土壤的养分含量
均有不同程度的增加. 其中速效 P 增加最多, 达
11. 7%,全 N 增长 10. 6%, 有机质增加 10. 5% , 全
K基本不变,而碱解 N、全 P 和速效 K 则分别增长
3. 3%、5. 8%和 3. 5% . 可见, 在稻蟹混养生态系统
中,尽管化肥的施用量减少,但由于残饵和河蟹排泄
物的输入,土壤的养分状况明显改善.
31412稻田养蟹模式的环保效应分析 稻田养殖河
蟹,由于稻蟹的互利共生, 可以减少农药、化肥的使
用量.单作稻田每年要防治杂草和害虫大约 6次, 农
药使用量为 14. 55kg#hm- 2,其中有效成分 3. 18kg#
hm- 2;养蟹稻田一般仅施用一次除草剂或者再喷洒
一次井岗霉素防治纹枯病, 农药实物量与有效成分
用量分别为 4. 28 和 1. 33kg#hm- 2, 二者相比, 农药
用量分别减少 10. 27 和 1. 85kg#hm- 2.养蟹稻田一
般比单作稻田要少用碳酸氢胺 375kg# hm - 2, 折合
纯N 63. 75kg#hm- 2, 稻田 N肥的流失率为10% [5] ,
依此计算,则养蟹稻田每年可削减非点源 N 污染负
荷 6. 375kg# hm- 2, 在一定程度上减轻了农业污染
对水体富营养化的影响.
4 结 语
稻田养蟹,一方面河蟹可以为水稻除虫、除草、
抑制无效分蘖、疏土增肥、增温增氧, 有利于水稻的
生长和稻谷品质的提高;另一方面稻田为河蟹提供
荫凉、安全的栖息场所,提供杂草、浮游生物、底栖生
物、水稻害虫等丰富的饵料,利于河蟹的生长.同时,
稻田养蟹模式与单作模式相比, 无论是纯利润、劳动
生产率,还是成本收益率,均远远大于后者.此外,稻
田养蟹可以减少化肥、农药的使用量,有利于减轻农
业非点源污染和改善农业生态环境. 可见稻田养蟹
具有良好的生态效益和经济效益, 既是生态种植模
式,又是生态渔业模式[3] , 稻蟹的互利共生是稻田
生态系统良性循环不可缺少的主体.
但是养蟹稻田的能量产投比和光能利用率分别
比单作稻田低 4. 39%和 13. 6%. 要解决这个问题,
进一步提高稻田养蟹模式的生态效益, 尚须该模式
的深化与发展.从目前的研究与实践来看,在养蟹稻
田中套种细绿萍, 发展稻2萍2蟹模式应该说是一种
比较好的选择,细绿萍抗寒性强,能固定空气中的游
离 N,产量高, 还可以为河蟹提供部分天然饵料, 适
于在北方稻区推广.
致谢 本研究得到唐海县政府刘东波的帮助,谨致谢忱.
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作者简介 陈飞星, 男, 1957 年生, 博士, 副教授, 主要从事
水环境科学研究, 发表论文 30 余篇. Tel: 010262200491, E2
mail: cf26@bnu. edu. cn
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