日本一直以稻米为主食, 所以稻田生产对日本具有特殊的意义。那么，日本有机水稻种植技术如何呢?有什么方法能提高效率呢?下面小编就与你介绍一下这方面的有机食品安全知识，希望能够帮助到你。
日本是农业科技强国， 稻作是日本农业最主要的构成要素。长久以来， 日本一直以稻米为主食, 所以稻田生产对日本具有特殊的意义。尤其是近年来日本在稻作、 水禽和水生生物等互生共建方面进行了有益的探索，促进了多种农业形式的有机结合，有效地降低了污染物排放， 提高了养分的循环利用和稻田农业的生态价值。本文根据近年来日本在稻作方面，尤其是促进稻作生态型农业方面的研究和实验成果， 总结和评价日本稻田生态农业的发展途径与模式，以期对我国稻作生态农业提供启示。
1 日本稻田农业的发展历史
稻米生产在日本有悠久的历史。二战后， 日本国内稻米生产不足， 粮食短缺，大大激发了日本采用新的生产技术， 改进种植模式， 改善栽培条件[3]。1950—1960 年代， 日本开始推行早播技术， 加上保护性育苗技术的成功， 水稻插秧从每年的 6 月提前到了 5 月，这一变化大幅度提高了水稻的产量， 已经足以满足国内的需求。 1970年日本稻田面积约为342 万 hm2， 占日本耕地总面积的 60%， 从事水稻生产的农户占农户总数的 86%，同时大力推广机械化， 到 1970 年代后期， 日本水稻种植的机械化水平已经接近100%，大大提高了稻田的翻耕效率[4]。1950—1970 年代， 水稻产量曾一度在施氮量增加的情况下显著提高， 但是进入到 1980 年代，由于环境保护意识的不断加强，大大减少了氮的投放量，水稻的增产效果也明显下降[5]。从 1980 年代开始，水稻的种植开始逐步进入生态型农业时期， 从单纯重视产量提高，逐步过渡到重视生产、 生态和社会的多重综合效益，对于水稻种植和资源的管理水平也不断得到提高。2000 年， 虽然日本的稻田面积为 262 万hm2，但仍占日本农业总耕地面积的一半以上[6]。
目前， 日本的稻作生产呈现出以下特点： ①水稻面积大幅度减少， 但机械化程度高; ②氮肥的使用量在大幅度减少，取而代之的是使用有机肥，注重杀虫剂使用时的残留控制; ③关注 CH4 和 NO2 等主要温室气体的排放; ④发展稻鸭(鱼) 共作等新型有机生产模式; ⑤不断发展新的农业技术， 减少污染物， 提高农业产量。
2 日本稻田生态农业的发展途径与模式
近年来， 日本的稻田农业非常关注通过有机生产， 革新农业技术和发展农业多功能性来构筑生态农业的发展。
2.1 发展有机生产、 实现种养殖相结合的途径稻鸭共作技术，起源于中国， 但完善于日本， 它开辟了水稻、 水禽有机生产的新途径。稻鸭共作技术是指将雏鸭放人稻田，利用雏鸭旺盛的杂食性，吃掉稻田内的杂草和害虫; 利用鸭不间断的活动刺激水稻生长， 达到中耕浑水效果; 同时鸭的粪便又可以作为肥料; 最后连鸭本身也可以食用[7]。稻鸭共作技术是水稻生态种植的重要进展， 它提供了养分循环、 无污染种植和养殖的新途径。基于此， 近年来日本又有所突破， 推出了直播稻鸭共作和稻鸭萍共作模式[8]。
直播稻鸭共作由日本的古野隆雄先生试验成功，其主要特点是早在二月份就直接在旱田里进行了水稻的播种， 简化了水稻的栽培程序,同时利用鸭子的食草性，既消除了旱田时的杂草，又提供了更充足的养分提高水稻的产量。
稻鸭萍共作模式由日本岗山大学试验， 该模式是将水生藻类植物绿萍导入稻鸭共作的生态学研究， 利用稻、 鸭和绿萍之间的养分的动态平衡， 尤其是氮元素的平衡。原有稻鸭共作需施用基肥。这一方式不需要施用肥料，而是使用绿萍。利用绿萍固氮、 富钾， 增加了稻鸭共作中有机肥的来源。与传统方式相比， 水田氮素供给水平为原来的2倍[7]。鸭子不仅为水稻除草、 除虫、 施肥、 中耕浑水、 刺激生长，而且为绿萍除虫、 施肥、 分萍、 倒萍， 解决了过去稻田养萍难、利用难的问题。
另外， 水稻还可以和鱼在一起生长。稻鱼共作是指将鱼放入稻田, 用稻田浅水环境，在种植水稻同时， 养殖鱼虾等水产品。稻田养鱼可以促进水稻生长; 提高水田肥力， 改良土壤， 提高经济效益。目前比较成熟的是稻田和锦鲤一起养殖[9]， 另外， 还可以饲养草鱼、 螃蟹等多种形式。
2.2 创新农业技术， 促进稻田的节能、 高效和低污染
2.2.1 发展高效、 高成活率的栽培技术， 从而节约利用资源， 降低能耗。高效， 高成活率的种植水稻是发展生态稻田农业的基本保障。日本在此方面做了大量的工作。从 1970 年代， 日本开始推行机械移栽，大力发展宽行单本种植，大大提高了栽培效率。与此同时， 秧苗移栽叶龄从 5叶以上移栽下降到 3—4叶或小苗移栽。小苗移栽可以避免植株间竞争，产生更多的分蘖[4]。另外， 利用小苗秧氮素含量高， 比大秧移栽更易从植伤中恢复生长的原理， 提高水稻在低温胁迫、 高温、 强风、 高太阳辐射或低湿度条件下的成活率。 日本的实验表明， 移栽2.2 叶的秧苗只需 2 天就能恢复生长，远远比 3.8 叶的秧苗需要用5 天的时间快[10]。
在移栽过程中， 考虑到小苗移栽具有很高的分蘖能力，在氮素高投入情况下常会导致水稻过度生长， 产生过多的无效分蘖，有效分蘖茎直径变细, 倒伏性增大，因此日本将小苗移栽和宽行稀植结合起来， 并减少施肥量的措施。移栽2—3 叶的秧苗避免倒伏最适宜的密度是 13.9 丛 /m2, 显著低于日本目前采用20—25 丛 / m2的密度。研究表明， 尽管种植密度对水稻产量的影响相对较小， 但在适宜的密度范围内, 稀植可以减少无效分蘖和倒伏发生[4， 11]。
栽培技术的另一重大改进是直播栽培技术的发展。传统的水稻生产是先要进行农田翻耕然后栽培，而水稻直播栽培技术是指不进行农田耕翻作业而直播水稻种子的栽培技术。这种技术作业时间短， 播种、 除草等多项作业均在干田内进行， 不像传统的移栽作业， 育苗、 插秧和田间管理等作业均需在水田中进行， 从而节省了犁耕、 育苗、 整田、 耙田、插秧等工序，有助于节省农业生产时间和人力， 降低农业生产成本和保护农业生态环境。因为耕作方式干净， 农民也乐于采用直播方式。 1963年， 日本开始对水稻直播开始研究和推广， 2000年 3 月日本政府制定的 《粮食、 农业和农村基本计划》 ， 将直播水稻技术、高质量小麦稳定栽培技术等 10 项技术确定为努力开发的关键性农业生产技术。日本水稻机械化直播技术居世界领先地位， 先后研究了水稻干田耕起直播技术、 湛水直播技术和飞机播种直播技术等。 其中， 旱直播约占 70%， 水直播约占 30%[12- 13]。
2.2.2 发展灌溉技术， 减少温室气体排放。 水管理也是稻田生产的重要组成部分。这是因为稻田长期淹水将造成厌气环境， 氧化还原电位低， 水稻根系受还原性有毒物质危害， 生长活性将变低。对此常用的管理措施有中期搁田、延期灌水和间歇灌溉，以提高水稻根系的 O2 供应， 促进根系生长，对增强根系活力， 降低无效分蘖和提高茎秆抗倒伏能力都起到了很好的作用。实验表明， 间歇灌溉在日本可以减少 32%—37%的温室气体排放[4， 11， 14]。
2.2.3 探索新的肥料施放机制。提高土壤肥力是水稻高产的重要因素[15]。在 1950 年代和 1960 年代日本投入了大量的有机肥以提高水稻的产量。但是目前还无法证明水稻堆肥是否是必需的， 另外， 也没有研究证明水稻中多少肥料是来源于土壤的背景氮[4]。肥料是目前保证水稻高效生产的难题之一。目前在日本， 稻糠共作成为一种水稻种植中除草和施肥发展的新途径。日本学者发现稻糠除草、供肥和提高食味。施稻糠能防除杂草， 并取代化学除草剂， 施用生稻糠可使水田成为肥沃土质的发酵场，将稻糠制成发酵肥可为水稻提供高级有机肥，土著菌稻糠杂合肥具有改良土壤、 供肥和除草等多方面功用[16]。
2.3 水稻的多功能性
农业的多功能性是指农业除了食物和纤维外，还具有其它功能，因此可以在农业生产时满足多重目的。农业的多功能性可以体现在生产、 生活、 社会和环境等众多领域中[17- 18]。1980 年代末 1990 年代初, 农业多功能性最先出现在日本的“稻米文化” 中。根据文献资料记载 ，日本稻田的多功能性主要体现在： 防治洪水， 补给地下水， 土壤侵蚀和防止滑坡， 净化水质，分解有机物， 减轻气候变化的影响， 增加生物多样性， 美化景观以及社会等功能。在城市快速发展的今日， 农业在社会、 经济与生态等方面的作用越来越重要。农业多功能性的发展不但可以缓解当前农业和农村经济发展中的环境问题, 而且也可以带来可观的经济效益[19]。
在洪水防治方面， 日本研究者发现，在山区， 如果废弃水稻田，会增加下游水位高峰期的排水量，位于低处的水稻稻田实际上起到了缓冲的作用，分解了沟渠和蓄水库的负担。水稻稻田还可以有效地促进地下水的补给。在 Kumamoto地区的观察数据表明大约 45%的地下水来自水稻田的补给， 补给的程度取决于土壤结构、 厚度和温度等特性[19]。 除了能够有效地进行地下水的补充外， 水稻田还可以有效地防止滑坡和土壤侵蚀，因为水稻田营造了一定的盛水空间。在日本大约有10%的水稻田位于滑坡处，有些地方坡度甚至大于 1∶20。另外， 水稻田还具有湿地的功能， 可以净化水体质量。日本很多水稻田的土壤是火山灰， 水稻田具有脱氮作用， 脱氮的速度大致可以达到每天 0.02—0.8 g/m2[19- 20]。因为水体存在， 水稻还具有调节地方局部气候变化的功能， 夏天可以显著地降低气温， 如果是顺风， 这一作用可以影响到 150—200m处[19， 21]。
除此之外， 水稻田还具有美学效果， 可以起到一定的修身静养的效果。尤其是水稻是日本最重要的农业文化，对历史传承和社区发展具有不可替代的作用。已经有日本学者开始批评随着现代化进程的推进， 日本的农村社区被电线和现代化的房屋所代替， 水稻也许是保留农业和理解日本农业文化的最佳途径[19]。
3 日本稻田生态农业发展模式的主要经验
生态农业是研究农业生物与环境之间的相互关系， 并最终满足人类物质需求。身体健康、 可持续发展的需要，因此稻田生态农业的发展应该建立在促进稻作生产与自然环境以及人文社会之间良好的相互关系的基础上。日本从稻田有机生产模式、稻作生产和种植技术以及发展稻田多功能性方面提出并尝试了发展生态农业的途径， 提供了有益的经验 (表 2) 。
需要注意的是， 这三种途径是互为条件， 互相补充， 可以相互完善的。如水稻本身所具有的多功能性， 与农业技术创新和有机生产模式是互相促进和提高的。利用直播稻的优点可以省去做秧田、 育秧、 栽秧，省工、 省水， 直播一般可减少 20%的田间劳动时间， 降低 10%左右的生产成本[13];与稻鸭共作相结合， 创造了生产有机水稻的有效途径。为提高水稻的成活率，小苗移栽技术也可以融入稻鸭(鱼) 共作中， 另外在稻鸭 (鱼) 共作中也可以采用间歇灌溉， 减少温室气体排放。
随着水稻田品质的提升， 水稻的多功能性也将得到很大的发挥。水稻易受表层水的影响， 表层水的农业化学成分以及水环境是稻作生产的重要的环境之一， 田间蒸发量是衡量稻田水消耗的重要指标，由此推算水稻污染物的排放量， 日本学者在此方面进行了长期广泛深入研究[22- 23]; 特别是近来，指出 FAO- 56 研究方法 (联合国粮农组织普遍采用的研究方法) 在长期累积蒸发量上更为有效[24]。 通过观察发现土壤的呼吸速度 (CO2 的释放量) 和土壤的表面温度成正比和土壤的含水量成反比，和旱作相比，水稻能吸收更多的CO2，因此保留水田对保持土壤中的碳更为有利 [25- 26]。基于Kahokugata 湖和Sannogawa河的研究表明，由于水稻消耗了大量的氮， 降低了湖水中的富营养化程度，因此应当考虑在湖边种植水稻[27- 28]。
当然， 稻田生产时候还需注意它存在一些负面影响。 主要是水体污染， CH4 排放和化学农药污染[19]。水稻是温室气体的排放量的主要贡献物， 并随着产量的变化而不断变化[29]。日本学者经过多年的观察发现，长期连续施用有机肥会大量增加 CH4 排放。CH4 是水稻对温室效应的主要贡献物。各系统排放N2O和 CH4 所产生的累积全球增温潜势以绿肥处理最大， 熟制有机堆肥次之， 硫酸铵处理最小[30]。长期连续施用熟制有机堆肥既能增加土壤有机质， 改善地力， 满足水稻高产，又能实现 CH4 减排，是实践中值得推荐的水稻生产模式。另外水稻生产因为使用杀菌剂， 存在一定的化学污染， 危害食品健康。如在日本靠近 Agano河的Niigata地区仍发现存在大量的汞， 危害食品健康[31];1955 年日本富山县神通川的镉污染[32]。
4 经验和启示
日本的稻田农业发展已经向着生态型农业转变，对认识我国水稻种植栽培以及水稻在农业和农村体系中的作用，发展生态型稻作农业有着重要的启示。
第一， 积极发展有机型农业。 积极推进稻田养鸭、 养鱼、 养蟹等模式， 充分利用资源， 利用生物间养分互补性， 降低单位产出能耗， 提高经济产出。第二， 积极创新农耕技术， 并将农耕技术和有机型农业充分地结合起来。从土壤、水体灌溉、 栽培、 施肥等各方面创新农业耕作技术， 提高水稻种植成活率， 寻找新的路径替代化肥 (如稻糠共作) ，减少温室气体排放。第三，发挥水稻的多功能性， 将水稻种植纳入地方建设中。根据地形、 地貌特点，因地制宜， 将水稻田纳入土地利用规划中， 防治滑坡、 洪水等自然灾害， 调节气候， 传承农业文化。第四， 水稻种植的地区差异性。不同地区的资源环境不同， 水稻种植条件也不同，特别有机生产中稻种和鸭的品种选择上会有不同， 需要充分考虑这些特点选择合适的品种，提高发展的效果和品质。另外， 生态农业的多功能性也因区域差异有所不同， 如在灾害频繁地带， 要注意水稻对防治滑坡和洪水等自然灾害的作用，而在富庶地区， 要更多地关注其农耕文化的传承性。
当然日本的稻田生态农业也处在发展过程中，有一些课题正处于研究当中， 比如长期连续施用有机肥会大量增加 CH4 排放， 水稻中多少肥料是来源于土壤的背景氮等。这些问题都是稻田生态农业发展的关键性问题， 目前日本学者正在这些方面投入了大量的力量， 说明这是发展稻田生态农业的技术性难题， 值得引起我国学者的关注。另外， 我国发展稻田生态农业， 应该注重我国特有的发展条件和环境， 如稻种和鸭、鱼的选择等， 应该注意如何更好地将农业技术和发展模式结合起来， 将科技创新直接快速地转换为生产实践， 应该注意加强农业生产管理和农村经营，引导稻田生态农业更好地为新农村建设和农业可持续发展服务。
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