施肥對稻蝦共作池水質影響的田間試驗

張丁月，朱建強,，侯俊，杜延全，劉凱文

（1.長江大學農學院，濕地生態與農業利用教育部工程研究中心，湖北 荊州 434025；2.荊州農業氣象試驗站，湖北 荊州 434025;3.中化化肥有限公司臨沂農業研發中心，湖北 臨沂 276000）

稻蝦綜合種養（以下簡稱稻蝦模式）是以田間工程為紐帶，將中稻種植與克氏原螯蝦（小龍蝦，Procambarus clarkii）養殖結合在一起的高效農作制度。與低湖田中稻單作相比，稻蝦模式可以提高土壤肥力、改善土壤理化性質[1,2]，減少化肥農藥的使用、降低水稻病蟲害發生[3]和溫室氣體的排放[4]，顯著提高經濟效益[5]，在湖北省平原地區迅速發展。2017 年湖北省實行稻蝦模式的面積已達36.3 萬hm2[6]，目前已突破40 萬hm2。稻蝦模式通常有稻蝦輪作和稻蝦共作兩種：稻蝦輪作是在種植一季中稻后的稻田冬閑期養殖小龍蝦；稻蝦共作是在稻田休閑期養殖小龍蝦后，稻作期繼續在田間養殖小龍蝦，使小龍蝦與水稻在田間同生共長，屬于“種養結合”的生產模式。通常，蝦稻田的養分投入不同于單純的水稻種植和小龍蝦養殖：適當施肥為水稻和水體中的浮游生物提供了營養，有利水稻和小龍蝦生長；而不當施肥也會使養殖水質惡化。目前，對稻蝦模式的種養技術和效益多有研究報道，而對稻蝦模式的特殊性，養殖期和稻蝦共作期施肥管理對養殖水質的影響尚缺乏系統研究。因此本研究進行稻蝦共作田間試驗，以便系統研究對養殖水質的影響，并為今后稻蝦共作提供指導。

1 材料與方法

1.1 試驗地點與試驗系統介紹

試驗地點位于湖北省荊州市太湖農場（30°24'49"N，111°59'55"E）。該地區屬亞熱帶季風濕潤氣候，年平均氣溫16.3 ℃，≥10 ℃活動積溫5000～5800℃，無霜期242～263 d，年降雨量1100～1300 mm。土壤類型為潛育型水稻土，土壤含有機質25.4 g/kg、全氮1.91 g/kg、全磷0.34 g/kg、全鉀3.34 g/kg、堿解氮69.4 mg/kg、有效磷24.1 mg/kg、速效鉀118.7 mg/kg，pH 為7.3。本試驗研究的蝦稻田經過田間工程改造后，從2006 年到2018 年已進行了12 年稻蝦輪作，2018 年開始稻蝦共作。試驗地有4 個完全相同的種養單元，本試驗隨機選取3 個單元。每個種養單元占地6667m2，其中，圍埂和蝦溝占地各666.7 m2，可種植面積5333 m2。養殖溝（蝦溝）沿田塊四周開挖，底寬1.0m，田面以下溝深1.2 m，邊坡1∶1.5，開口寬4.6 m。田埂高度30 cm，頂寬50 cm；圍埂高于田面60 cm，頂寬2.5 m。每個種養單元設一進水口和排水口，進水口底部高于田30 cm，排水口底部低于田面80 cm。養殖溝排水口與田塊附近田間排水的農溝相連，由插管式簡易裝置控制排水。蝦稻田工程配置如圖1。

1.2 試驗設計

2017 年10 月中旬，水稻收獲后20 d 向田間逐漸加水，冬季田面水達到最大深度（50～60 cm），隨氣溫回升逐漸降低田面水位，到2018 年3 月下旬田面水深維持在30 cm 左右。由于是連續種養，本季蝦苗來源于上一季在養殖池中所留的種蝦。2018年2 月中旬開始按小龍蝦體質量的3%～5%投飼，從3 月27 日開始捕撈商品蝦（體質量25g 以上），捕大留小。2018 年4 月2 日—5 月2 日，每5 d 向蝦溝施肥1 次；5 月下旬在小龍蝦基本捕撈結束后，降低蝦溝水位、排干田面水，進行稻田耕整，6 月2 日撒播Y 兩優2 號稻種。水稻直播后30d（7 月1 日），按總無機養分相同的原則，向田間撒施尿素（含N 46%）和3 種復混肥，用量見表1。施肥后15 d 向蝦溝灌水，抬高水位，引導小龍蝦進入稻田，開始稻蝦共生養殖，7 月30 日—8 月2 日輕度曬田，10 月4日收獲水稻。

圖1 稻蝦模式田間工程配置Fig.1 Farmland works configuration of a rice-crayfish model

2018 年春季小龍蝦養殖期，按總無機養分相同的原則，向蝦溝撒施2 種肥料：1）有機無機復混菌肥（FA），有機質含量≥40%，N-P2O5-K2O 百分含量為10-4-6，解淀粉芽孢桿菌Bacillus amyloliquefaciens，有效活菌數0.2 億個/g，每次用量45kg/hm2；2）有機肥（OF），有機質≥45%，N-P2O5-K2O百分含量為2.5-0.6-2.9，分次施入蝦溝，每次用量150 kg/hm2。稻作期施用的3 種復混肥基本情況如下：1）有機無機復混肥（FB），有機質含量≥15%，N-P2O5-K2O百分含量為18-10-12，含有中微量元素硅鋅，用量450 kg/hm2；2）摻混肥（FC），N-P2O5-K2O百分含量為28-15-5，涂層控氮（涂層氮含量≥15%），用量375 kg/hm2；3）腐殖酸摻混肥（FD），N-P2O5-K2O百分含量為26-10-12，涂層控氮（涂層氮含量≥15%），用量375 kg/hm2。3 個種養單位元試驗處理見表1。

1.3 水樣采集與測定

春季小龍蝦養殖期施肥試驗從4 月2 日開始，5 月2 日后不再投肥。試驗期間，每5 d 在蝦溝隨機選3 點，上午10:00 左右采集水面下50 cm 處水樣500 mL，帶回實驗室測定氨氮、亞硝態氮和葉綠素a濃度、細菌數和酵母菌數。用便攜式儀器原位測定pH、溶解氧（DO）含量、水體透明度等指標。

按文獻[7]的方法檢測養殖水質，其中，水體氨氮含量用水楊酸分光光度法，亞硝態氮含量用N-1-萘基-乙二胺光度法，細菌分離計數采用牛肉膏蛋白胨培養基，酵母菌分離計數采用PDA 培養基，葉綠素a 用分光光度法；pH 用FG2 型pH 計測定，DO用JPB-607A 溶解氧測定儀測定，水體透明度用塞氏盤測定。

在稻田施肥后10 d 內（7 月1 日—10 日）和施肥兩周后（7 月14 日），每天上午10:00 左右分別在蝦溝和田面隨機取三個點，用水樣采集器分別取蝦溝水和田面水帶回實驗室，按文獻[7]的方法測定水樣的氨氮含量；現場測定蝦溝水（水面下50 cm）和田面水的pH 和DO 含量。

1.4 數據處理與分析

用DPS7.05 軟件進行方差分析，用最小顯著性檢驗（LSD）法比較不同處理間的差異顯著性。下文中標不同字母的平均值間在5%顯著性水平上的差異。相關圖表制作用Excel 2007 軟件完成。

2 結果與分析

2.1 小龍蝦養殖期施肥與蝦溝水質

（1）養殖溝水體氨氮含量。由圖2-a 可知，養殖溝氨氮含量在0.053～0.22mg/L 之間，符合淡水養殖氨氮含量應小于0.5 mg/L 的漁業水質標準[8]；不同施肥處理下，氨氮含量表現為T1＞T3＞T2，即撒施有機無機復混肥FA 的水體氨氮濃度大于撒施有機肥OF，不施肥組氨氮含量最低，但彼此之間差異不顯著。

（2）養殖溝亞硝態氮含量。試驗中亞硝態氮在0.004～0.022 mg/L 之間，符合養殖水質亞硝態氮應在0.1 mg/L 以下的標準[8]，施肥可以增加亞硝態氮濃度，但不同處理之間含量差異不顯著。

（3）養殖溝水體葉綠素a 含量。3 個試驗單元葉綠素a 含量呈現T1＞T3＞T2 的趨勢（圖2-b），彼此差異達到顯著水平（P＜0.05）。說明施用有機無機復混菌肥FA 培育水體浮游生物的效果最好，施用有機肥OF 次之，不施肥的最低。施肥與否和施用肥料種類，影響養殖溝葉綠色a 的含量及浮游生物量。

表1 種養單元試驗處理描述Tab.1 Experimental treatments for each farming unit

圖2 小龍蝦養殖期蝦溝水質Fig.2 Water quality in the ditches of crayfish during the period of crayfish farming

（4）養殖溝水體的透明度。水體透明度在20～35 cm 之間，屬于正常范圍。不施肥的單元（T2）的水體透明度最大，撒施FA（T1）和OF 的（T3）比較接近。T2 與T1、T3 相比，水體透明度的差異顯著（P＜0.05）（圖2-c）。

（5）養殖溝中細菌與酵母菌特征。隨著施肥次數增加，T1 與T3 相對于T2 細菌數量顯著增多（P＜0.05），而酵母菌數量減少。在4 月12 日，T1 與T3 蝦溝中細菌數比T2 增加約59%；4 月21 日，T1蝦溝中細菌數是T2 的9.5 倍，而酵母菌數量卻比T2 顯著減少了28%（P＜0.05），即T1 與T3 單元的處理能顯著提高蝦溝水體細菌的數量，降低酵母菌的數量（圖2-e，2-f）。

2.2 稻蝦共作期施肥后的水質

（1）氨氮變化特征。由圖3-a 可知，稻田表施基肥后，田面水氨氮濃度先升高后降低。施肥后前3d T2 的氨氮降幅最大（59%），之后降幅逐漸減慢；施肥后第1d，T2 的氨氮顯含量著低于T1、T3（P＜0.05）。前8d T3 降幅比較穩定，之后降幅迅速減小。15d 后3 種處理下田面水氨氮濃度都降到3mg/L 左右，但遠高于小龍蝦養殖所要求的氨氮閾值（0.5mg/L）。施肥后蝦溝水中氨氮濃度與田面水氨氮濃度變化相一致，施肥1d 后T2 蝦溝氨氮濃度比T1 與T3 低，且差異顯著（P＜0.05）；8d 后，T 氨氮最低，T3 最高，但都降到0.5mg/L 以下，滿足小龍蝦安全養殖需要（圖3-d）。

（2）溶氧含量特征。稻蝦共作期施肥后田面水的溶氧量均高于3 mg/L，符合小龍蝦養殖要求。肥后第6 d，T1 蝦溝中溶氧量低于小龍蝦安全值，直到第10d 才達到3 mg/L 以上；施肥后T2 的溶氧量一直保持在3 mg/L 以上，只有第8 d 才低于3 mg/L（圖3-b，3-e）。

（3）水體的pH。施肥后田面水和養殖溝水體的pH 一直在允許范圍內波動。與田面水相比，蝦溝水的pH 波動較小（圖3-c，3-f）。

圖3 稻蝦共作期施肥后田面水和蝦溝水的水質變化Fig.3 Water quality changes in farmland surface water and crayfish-ditch water after base fertilizer applied into paddy field in the symbiotic period of rice and crayfish

3 討論

3.1 養殖期施肥對蝦溝水質的影響

氨氮和亞硝態氮含量是影響養殖甲殼類生長、生存和生理機能的主要限制因素之一[9-11]，將水體中氨氮和亞硝態氮含量控制在較低水平具有較好的預防疾病作用。程建平等[12]研究表明，增施微生物營養料對稻蝦共作養殖水體水質有一定影響。本試驗施肥條件下，養殖溝氨氮含量變化在0.053～0.22 mg/L 之間、亞硝態氮含量變化在0.004～0.022 mg/L 之間，符合淡水養殖水質要求。

水體中葉綠素a 含量反映了浮游植物生長情況[13]，而一些浮游植物可以作為小龍蝦直接或間接餌料，所以浮游植物的種類和數量對于小龍蝦養殖具有重要意義。吳阿娜等[14]研究指出，水中葉綠素a濃度與磷含量呈顯著正相關。本研究中，與不施肥的對照池相比，養殖期施用有機無機復混肥與有機肥能顯著增加浮游植物數量（圖2-b），隨著肥料中磷的投入增加葉綠素含量顯著增加，這與吳阿娜等的結果一致。

養分投入影響水體中懸浮物增加，降低透明度，合理的養分投入能夠改善養殖水質[15]。本試驗條件下，水體透明度在小龍蝦養殖期處于合理范圍（圖2-c）。相對于不施肥，養殖期T1 與T3（有機無機復混肥與有機肥）隨著施肥次數增加，蝦溝中細菌數量顯著增加，酵母菌數顯著減少（圖2-e，2-f）。

有益菌可以為浮游生物提供營養元素，促進水體生態系統循環和能量流動[16,17]。季英杰等[18]研究發現，施入有機無機復混肥可以提高草魚Ctenopharyngodon idellus 養殖水體中細菌豐度以及有益菌比例。本研究中，與不施肥的對照池相比，施用有機無機復混菌肥和有機肥后均可顯著增加養殖水體的細菌數量，但對其中有益菌數量未進行檢測，需要結合稻蝦模式特點進一步深化研究。

以上分析表明，本試驗所用的有機無機復混菌肥和有機肥有益于小龍蝦養殖期肥水培藻。

3.2 稻蝦共作期施肥對水質的影響

有研究表明[19]，在蝦稻共作期施肥后田面水的氨氮會迅速升高，然后逐漸下降。本試驗中，筆者也觀察到，田間施肥后田面水和蝦溝水的氨氮含量亦呈現先升后降的趨勢，說明田埂不能完全阻止肥料隨水進入蝦溝，蝦溝水質仍會受到施肥的影響。在本試驗條件下，將水稻生長所需的養分在水稻直播后30 d 一次性施入田間15 d 后，田面水氨氮濃度仍然較高，不能滿足小龍蝦健康安全養殖，表明不宜抬高蝦溝水位來引導小龍蝦入田。為了使小龍蝦在稻作期盡快進田與水稻共生，應在插秧或直播前將水稻所需的肥料養分施入土壤中，避免在水稻生長期大量施肥造成田面水氨氮濃度長時間偏高，不宜小龍蝦進田的狀況發生。施肥也會影響水體pH[20]。在本試驗條件及施肥水平下，田面水與蝦溝水的pH 均在7.8 左右，適宜小龍蝦生長。

3.3 結論

（1）在春季小龍蝦養殖期適量施用有機無機復混菌肥和有機肥，水質滿足小龍蝦生長要求。養殖溝主要水質指標值為：氨氮0.053～0.22 mg/L、亞硝態氮0.004～0.022 mg/L、水體透明度20～35 cm、pH7.8 左右。水體浮游生物量顯著高于不施肥池，肥水培藻效果以施用有機無機復混菌肥為佳。

（2）稻蝦共作條件下，在水稻插秧或直播前不施基肥而將大量肥料在水稻返青分蘗期撒施于田間，這嚴重影響養殖水質，導致小龍蝦進入田間活動的時間滯后15 d 以上。須在水稻插秧或直播前將肥料施入土壤，增加小龍蝦在田間與水稻共生的時間。