通訊作者：陳欣

編 譯：戴蓉

出 處：http://www.pnas.org/content/early/2011/11/08/1111043108.full.pdf+html

千百年來，傳統農業系統對世界范圍的糧食與生計安全做出了重要貢獻。然而，近代以化肥和殺蟲劑大量投入為基礎現代農業的擴張，使得許多傳統農業系統已經消失[1]。認識到傳統農業系統的生態遺產可以幫助我們開發新的可持續農業。為了保護這些重要的農業系統，聯合國糧農組織、聯合國發展計劃署和全球環境基金啟動了“全球重要農業遺產（GIAHS）” 項目。中國浙江省青田縣的“稻魚共生系統”歷史悠久，延續了1200年。2005年被列入 “全球重要農業文化遺產”( GIAHS)。稻魚共生系統的價值已被確認，其背后的生態系統機制也值得深入研究。浙江大學陳欣教授研究團隊對青田縣的“稻魚共生系統”進行了6年的試驗研究，并將研究成果“農業遺產稻魚共生系統可持續性背后的生態學機制” [2]一文發表在2011年11月《美國國家科學院院刊》 （PNAS）上。研究結果以獨特的視角揭示了物種間的正相互作用及資源的互補利用是稻魚共生系統可持續的重要生態學機制。

稻魚共生系統即稻田養魚，是一種典型的農田生態系統。系統中，水稻、雜草構成了系統的生產者，魚類、昆蟲、各類水生動物構成了系統的消費者，細菌和真菌是分解者[3]。也是一種典型的生態農業生產方式，系統內水稻和魚類共生，通過內部自然生態協調機制，實現系統功能完善。系統即可使水稻豐產，又能充分利用田中的水、有害生物、蟲類來養殖魚類，綜合利用水稻田的一切廢棄能源，提高生產效益，不用或少用高效低毒農藥，以生物防治蟲害為基礎，減少了化肥與農藥的使用，保護了生態環境，提高了農產品質量，生產優質魚類和稻米[4]。通過在研究區域內實地調查發現，這種稻魚共生系統中，魚是當地品種，紅色的普通鯉魚（Cypinius carpia color var.），具有較高的遺傳多樣性[5-6]。而系統中的水稻品種已經隨著時間的推移而發生改變，在過去的十年中，高產的雜交水稻品種占主導地位[6]。

“稻魚共生系統”被認為是一種可持續的農業形式，因為它能使有限的土地和水資源的利益最大化，且化學品投入相對較少，同時有助于糖類和蛋白質產品的生產及生物多樣性的保護[7-11]。中國在過去的30年中發生了翻天覆地的變化，而農民還繼續使用稻魚共生系統，當然部分是因為這個系統是當地傳統文化和地方風俗的一個重要組成部分（例如，稻田養魚的節日）[7] 。

稻魚共生系統生產能減少農業化學品對環境的影響并且有助于提高水稻種植的利潤[12]。這種物種間的正相互作用，資源互補利用產生新的生態系統特性，能幫助解釋這個共生系統的穩定性與可持續性。當把魚引入到稻田后，農民不僅能夠種植出與傳統單一水稻栽培同樣產量的谷物。同時水稻和魚類之間的正相互作用減少了殺蟲劑在“稻魚共生系統”的施用。與常規水稻單作模式相比，稻魚共生系統能夠降低68%的殺蟲劑和24%的化肥施用量。“稻魚共生系統”中的魚類能顯著減少了水稻害蟲和雜草。稻田中的魚在活動過程中常常撞到水稻莖稈，致使水稻飛虱（昆蟲綱同翅目飛虱科害蟲）落入水中，成為魚兒的食物，從而降低其對水稻的危害。其中，研究人員通過錄像和實驗控制詳細重現了此過程。同時，魚兒的這種撞擊活動能夠使清晨水稻葉片露水墜入稻田中，減少稻瘟病原孢子產生和菌絲體生長，降低水稻紋枯病和稻瘟病對水稻的危害。魚兒能夠取食甚至連根拔起雜草，顯著降低稻田中的雜草數量，致使幾乎沒有雜草的種子留存在稻田中。另一方面，水稻能有效調節生活在其中魚類的水環境。水稻能為魚兒夠抵擋烈日照射，在炎熱季節降低稻田表層水溫，補充一些食物（如掉入水中的食草類昆蟲和水稻飛虱等）。除此之外，水稻相當于一個氮庫，幫助降低水中銨鹽濃度，為魚類生長創造良好環境。

研究結果還表明“稻魚共生系統”中氮肥能有效利用，及較少的氮釋放到環境中，降低氮的環境危害。在“稻魚共生系統”中沒有被利用的氮肥能夠刺激作為魚兒食物的浮游生物的生長。“稻魚共生系統”中由于水稻和魚兒使用氮的形式不一樣也是氮高效利用的原因之一。與傳統水稻田一樣，化肥施用量的減少，對降低農業生產中的氮素過量施用提供了很好的解決方法。物種間的正相互作用和營養的補充是水稻和魚兒能夠長期共存的基礎，并且能夠幫助解釋為什么共生系統隨時間的推移，能夠在低殺蟲劑和化肥投入的同時維持系統的生產力。

目前，由于世界人口的不斷增加[13]，農業資源的限制（例如，土地和水）[14]，全球氣候變化對農作物生產的影響[15-16]致使全球糧食安全問題日益突出。世界農業目前在生產足夠糧食的同時最小化農作物種植對環境的負面影響方面正面臨著巨大的挑戰。

在過去的50年里，由于化肥、殺蟲劑的使用，新作物品種的培育與栽培方法的改進等原因使得農作物產量大幅增加。然而，由于化肥和殺蟲劑長期使用對環境負面影響，導致了害蟲的抗藥性，增加了農業成本[17-18]。因此，需要對現代農業進行反思[19]，這樣的反思應包括對傳統農業系統重新認識[20-22]。

世世代代的農民使用因地制宜的管理方式建立、發展和維持了傳統的農業系統。這些系統基于豐富多樣的物種和物種間的相互作用。傳統農業系統其生物多樣性非常豐富[23-24]，能夠成功適應不同的環境。認識這些傳統農業系統和集成這些獨特的經驗到將來的農業生產規劃，可以幫助我們發展更可持續的農業。事實上，這種傳統系統的研究已經幫助科學家創造新穎的農場設計[25-27]。

綜上所述，稻魚共生系統作為一種傳統的農業耕作方式，起因于地區自然條件的局限，是農民長期適應自然而形成的特有生產方式與土地利用方式。這種傳統農業生產方式，具有增產、節約開支與保護環境等特點，可節省土地，實現天然的立體農業生產模式，有效緩解人地矛盾。這種源自傳統經驗的農業耕作使農民獲得了與自然和諧相處的生存方式[3]。陳欣教授等深入研究了這種傳統的農業方式背后的生態學機理，讓我們在對現代農業存在的問題進行反思的同時，重新認識傳統農業系統。陳欣教授等的研究成果為糧食安全生產模式提供了好的理論基礎，利用這種物種間的正相互作用，資源的互補利用，對糧食的安全生產，農產品質量的提高，生產優質魚、稻米和保護農業生態環境顯得尤為重要。

參考文獻：

[1]Altieri MA (2004) Linking ecologists and traditional farmers in the search for sustainable agriculture. Front Ecol Environ 2:35-42.

[2]Jian Xie, Xin Chen, et al. (2011) Ecological mechanisms underlying the sustainability of the agricultural heritage rice–fish coculture system. PNAS 1-7.

[3]孫業紅,閔慶文,成升魁.“稻田共生系統”全球重要農業文化遺產價值研究[J].

中國生態農業學報,2008,16(4):991-994.

[4]葉重光,葉朝陽,周忠英.無公害稻田養魚綜合技術圖說[M].北京:中國農業出版社,2002.

[5]Wang CH, Li SF (2004) Phylogenetic relationships of ornamental (koi) carp, Oujiang color carp and Long-fin carp revealed by mitochondrial DNA COII gene sequences and RAPD analysis. Aquaculture 231:83-91.

[6]Wang CH, et al. (2006) Genetic parameter estimates for growth-related traits in Oujiang color common carp (Cyprinus carpio var. color). Aquaculture 259:103-107.

[7]Xie J, et al. (2011) Conservation of traditional rice varieties in a globally important agricultural heritage system (GIAHS): Rice-fish co-culture. Agric Sci China 10:101-105.

[8]You X (2006) Rice-fish culture-a typical model of sustainable traditional agriculture.

Agr Archaeol 4:222-224 (in Chinese).

[9]Fang L, Zhang JE, Jiang YP (2007) The conservation and sustainable development of the rice-fish farming system in Qingtian County, Zhejiang Province as one of globally important ingenious agricultural heritage systems. Chin Agric Sci Bull 23:389-392.

[10] Xie J, Wu X, Tang JJ, Zhang JE, Chen X (2010) Chemical fertilizer reduction and soil fertility maintenance in rice-fish co-culture system. Front Agric China 4:422-429.

[11]Li K (1988) Rice-fish culture in China: A review. Aquaculture 71:173-186.

[12]Jan Piotrowski. Fish and rice flourish together in paddies [EB/OL]. http://www.scidev.net/en/agriculture-and-environment/farming-practices/news/fish-and-rice-flourish-together-in-paddies.html,2011-11-16/2011-12-25.

[13]Godfray HCJ, et al. (2010) Food security: The challenge of feeding 9 billion people.

Science 327:812-818.

[14]MacDonald GM (2010) Climate change and water in Southwestern North America special feature: Water, climate change, and sustainability in the southwest. Proc Natl Acad Sci USA 107:21256-21262.

[15]Brown ME, Funk CC (2008) Climate. Food security under climate change.

Science 319: 580-581.

[16]Piao SL, et al. (2010) The impacts of climate change on water resources and agriculture in China. Nature 467:43-51.

[17]Mäder P, et al. (2002) Soil fertility and biodiversity in organic farming.

Science 296: 1694-1697.

[18]Tilman D, Cassman KG, Matson PA, Naylor R, Polasky S (2002) Agricultural sustainability and intensive production practices. Nature 418:671-677.

[19]Bromley DW (2010) Food security: Beyond technology. Science 328:169.

[20]Altieri MA (2004) Linking ecologists and traditional farmers in the search for sustainable agriculture. Front Ecol Environ 2:35-42.

[21]Vien TD, Leisz SJ, Lam NT, Rambo AT (2006) Using traditional swidden agriculture to enhance rural livelihoods in Vietnam’s uplands. Mt Res Dev 26:192-196.

[22]Herrero M, et al. (2010) Smart investments in sustainable food production: Revisiting mixed crop-livestock systems. Science 327:822-825.

[23]Zhu YY, et al. (2000) Genetic diversity and disease control in rice. Nature 406:718–722.

[24]Altieri MA, Nicholls CI (2002) The simplification of traditional vineyard based agroforests in northwestern Portugal: Some ecological implications. Agrofor Syst 56:185-191.

[25]Reganold JP, Glover JD, Andrews PK, Hinman HR (2001) Sustainability of three apple production systems. Nature 410:926-930.

[26]Kleijn D, et al. (2006) Mixed biodiversity benefits of agri-environment schemes in five European countries. Ecol Lett 9:243-254, discussion 254-257.

[27]Crowder DW, Northfield TD, Strand MR, Snyder WE (2010) Organic agriculture promotes evenness and natural pest control. Nature 466:109-112.

× 烏有之鄉 WYZXWK.COM

您的打賞將用于網站日常運行與維護。
幫助我們辦好網站，宣傳紅色文化！

歡迎掃描下方二維碼，訂閱烏有之鄉網刊微信公眾號