貴州喀斯特山區稻蝦共作模式對稻田水質晝夜變化的初步研究

肖家程 譚慶東 梁正其 秦國兵 熊達

(1 銅仁學院 農林工程與規劃學院，貴州銅仁 554300； 2 銅仁市碧江區農業農村局，貴州銅仁 554300； 3 松桃陽楚生態農業發展有限公司，貴州松桃 554100)

小龍蝦(Procambarusclarkii)又稱淡水小龍蝦，學名克氏原螯蝦、紅螯蝦，具有運輸方便、營養豐富、風味獨特等特點，近年來在我國已經成為重要的水產經濟養殖品種。

貴州屬于喀斯特山區，多為梯田和小塊稻田，不連片或連片較少。近年來，為實現“零網箱、生態魚”，發展綠色農業和綠色水產品，貴州積極探索發展“貴水黔魚”，在稻漁綜合種養方面取得了顯著成效，逐步構建了貴州山區“以漁促稻、提質增效、生態環保、保漁增收”的稻田綜合種養技術模式。“種稻養蝦”是稻漁綜合種養在貴州山區發展生態漁業的1種重要模式。稻田養蝦不僅可以截留田間能量，減少害蟲、雜草對環境的污染，還可大幅度減少化學肥料的投入，還能通過水稻蓄水養殖，調節稻田生態系統微環境，控制部分有害生物的發生，促進稻田物質和能量的多級利用[1]，增加稻田產量，提高稻米品質，有效提高農田資源利用率和產出效益[2-3]。目前，關于稻田養殖小龍蝦技術的研究較多[4-5]，稻漁(蟹)共生對稻田水質的影響也有相關報道[6-11]，但關于山區稻蝦共作模式水體環境的研究尚未見報道。為了解稻田養殖小龍蝦后對水質的調控和改良情況，本試驗以貴州省銅仁市松桃縣普覺鎮甘佃村稻田為試驗對象，對普覺鎮甘佃村稻蝦共生試驗田水質指標的晝夜變化進行了初步研究，并與不養蝦稻田的水質指標進行比較，以期為貴州喀斯特山區稻田養蝦的水質變化提供基礎資料。

1 材料和方法

1.1 試驗地點及材料

試驗于2019年6—9月和2020年6—9月在貴州省銅仁市松桃縣普覺鎮甘佃村稻蝦共作試驗田進行。試驗地點位于東經108°58′58″，北緯27°59′43″，平均海拔344.36 m，年平均氣溫16.3 ℃，雨量充沛，年降雨量1 306.2 mm，無霜期較長。試驗地肥力中等均勻，水資源豐富。

試驗用水稻品種為“晶兩優1237”；小龍蝦苗種來自潛江市蝦德龍生物科技有限公司，蝦苗平均體質量為(5.00±0.41)g。

1.2 試驗設計

隨機選擇肥力相等的6塊試驗田，每塊稻田面積為300 m2，設置稻蝦共作模式(稻蝦共作組)和未養蝦水稻栽種模式(對照組)各3塊試驗田。于5月24日移栽水稻，6月12日放養小龍蝦苗(水稻分蘗期)，9月12日收捕小龍蝦，水稻生長期共117 d。試驗期間，6塊稻田均不打農藥、不施化肥。在養殖小龍蝦的稻田設置有多個進水口，以方便蝦在稻田和水溝中自由活動。根據貴州山區田塊的特點，試驗田水稻插秧時采用寬行距30 cm、窄行距20 cm，插秧密度約為16 500穴/hm2；施放有機肥750 kg/hm2作基肥，后期不施追肥。稻蝦共作組小龍蝦的放養量為1 800 kg/hm2，放養苗種規格約為200尾/kg；對照組不放蝦苗。所有稻田不施除草劑和農藥，用生物方法防止病蟲害。

1.3 采樣方法

在水稻生長的分蘗期(6月19日)、拔節期(7月16日)、揚花期(8月10日)和灌漿期(9月2日)，每2 h測定1次水質指標，包括水溫、溶解氧(DO)、pH等，連續測定24 h；于每次采樣當天的8:00和14:00分別在養蝦稻田與未養蝦稻田隨機選擇3個采樣點采集500 mL水樣，分類編號后帶回實驗室進行硝酸鹽(NO3--N)、亞硝酸鹽(NO2--N)、氨態氮(NH4+-N)和磷酸鹽(PO43--P)等指標的測定，所有指標在12 h內完成測定。

1.4 水質分析方法

DO、pH和水溫采用HANNA HI 9828/10便攜式多參數水質綜合快速測定儀測定，PO43--P、NO2--N、NO3--N和NH4+-N采用6B-100型多參數水質速測儀進行測定。

1.5 標準評價及數據分析

養殖水體水質評價參照《漁業水質標準》(GB 11607—1989)、《地表水環境質量標準》(GB 3838—2002)中Ⅰ、Ⅲ和Ⅴ類水的標準[11]。

試驗數據采用EXCEL 2010軟件進行相關數據統計分析、圖表制作等，采用SPSS 20.0軟件進行單因素方差分析，用Turkey氏多重比較法檢驗組間差異，設P<0.05為差異顯著。

2 結果

2.1 水稻生長不同時期養蝦稻田與未養蝦稻田水體溶解氧、pH和水溫的變化情況

圖1～圖3為在水稻生長的分蘗期、拔節期、揚花期、灌漿期采樣時間內溶解氧(DO)、pH和水溫的晝夜變化情況。總體看，稻蝦共作組水體的DO在揚花期、灌漿期顯著低于對照組(P<0.05)。所有組DO曲線在6:00—14:00均呈上升趨勢，且12:00—14:00上升速度加快，于14:00達到峰值，14:00至翌晨6:00則呈現下降趨勢，除了在灌漿期稻田水體DO的最低點發生在凌晨4：00外，均為早晨6：00時DO最低。

注：小寫字母不同表示組間差異顯著(P<0.05)，小寫字母相同表示差異不顯著(P>0.05)。

注：小寫字母不同表示組間差異顯著(P<0.05)，小寫字母相同表示差異不顯著(P>0.05)。

注：小寫字母不同表示組間差異顯著(P<0.05)，小寫字母相同表示差異不顯著(P>0.05)。

在水稻生長的分蘗期、拔節期和揚花期，稻蝦共作組水體的pH總體上低于對照組，這與溶解氧的變化趨勢基本相似，可能是因為小龍蝦的呼吸作用消耗了大量的溶解氧，加速了二氧化碳的產生，導致水體pH降低。

在整個水稻生長期，稻蝦共作組和對照組的水溫變化差異不顯著(P>0.05)，4個時期水溫的變化范圍分別為17.98 ℃～28.73 ℃、24.57 ℃～33.15 ℃、24.15 ℃～33.87 ℃和18.4 ℃～28.97 ℃。水溫變化最低相差8.58 ℃，最高達到10.75 ℃。

2.2 養蝦稻田和未養蝦稻田水體NH4+-N、PO43--P、NO2--N、NO3--N的變化情況

養蝦稻田和未養蝦稻田水體NH4+-N、PO43--P、NO2--N、NO3--N的變化情況見表1～表4。無論是養蝦稻田還是未養蝦稻田，磷酸鹽、硝酸鹽在水稻的各個時期都存在動態變化。稻蝦共作組水體的PO43--P、NO3--N均顯著高于對照組(P<0.05)。在水稻的整個生長期，PO43--P、NO3--N在前期處于較高水平，后期較低。在分蘗期，稻蝦共作組水體的NO2--N明顯低于對照組(P<0.05)，而在揚花期和灌漿期，則顯著高于對照組(P<0.05)。總體上，兩組水體的NH4+-N在水稻的4個生長時期均沒有顯著性差異，且均隨著稻蝦種養時間的增加而呈上升趨勢。

表1 水稻不同生長時期養蝦稻田和未養蝦稻田水體的PO43--P變化

表2 水稻不同生長時期養蝦稻田和未養蝦稻田水體的NO3--N變化

表3 水稻不同生長時期養蝦稻田與未養蝦稻田水體的NO2--N變化

表4 水稻不同生長時期養蝦稻田與未養蝦稻田水體的NH4+-N變化

2.3 稻蝦生態種養水稻產量及效益分析

稻蝦生態種養模式和水稻單作的成本和效益情況見表5～6。由結果可以看出，稻蝦生態種養模式的投入成本遠高于水稻單作，但其后期的經濟效益卻顯著高于水稻單作。稻蝦生態種養模式下，兩種試驗水稻的純收益分別是單一種植水稻的14.58倍和14.47倍。該模式下兩種試驗水稻的產投比分別是2.47和2.38，遠高于水稻單一種植的產投比。成本收益率和勞動生產率也遠高于單一種植水稻。

表5 稻蝦生態種養模式與水稻單作模式的成本構成

3討論

3.1 水體溶解氧、pH、水溫變化分析

本試驗中溶解氧的測定均選擇在陽光較好的晴天進行，24 h連續測定，在光合作用條件下，14:00時DO達到最大值，之后逐漸下降，至翌晨6:00時DO降到最低(除了在灌漿期DO的最低點發生在4：00外)。可能是因為山區稻田沒有外來水源注入，浮游植物在夜間停止產氧，再加上小龍蝦以及田間水體中的浮游動物消耗氧氣并產生了較多的二氧化碳。這也與pH的變化曲線一致。從整體看，不管是養蝦稻田還是未養蝦稻田，稻田水體中的DO含量均隨著水稻的生長而逐漸降低，可能是水稻逐漸生長，稻葉成林，遮擋了田間光照，影響田間水體中浮游植物的光合作用，從而導致DO降低。在揚花期和灌漿期，稻田水體DO相對較低，主要是由于8、9月份正值全年降雨較多的月份，長時間的陰雨天氣，加上貴州山區日照短，光照時間減少，強度減弱，導致植物光合作用能力減弱，田間水體DO下降。同時，由于小龍蝦的呼吸作用，因而養蝦稻田水體的DO要低于未養蝦稻田。

在水稻生長的4個時期中，養蝦稻田水體的pH總體上低于未養蝦稻田。這可能是因為在養蝦稻田，小龍蝦生長增加稻田排泄物，加上水中浮游動物數量增加，呼吸作用加強，增加了溶解氧消耗，加速了CO2的產生，導致水體pH降低。

本試驗中，在水稻生長的4個時期，養蝦稻田與未養蝦稻田的水溫均不存在差異，可見養殖小龍蝦并未改變稻田的水溫狀況。根據Natividad[12]的研究，養殖水體的理想水溫應該在25～30 ℃。本研究中的平均水溫是處于理想水溫范圍內的，但是在6月份和9月份，最高水溫可達33.87 ℃，最低水溫為17.98 ℃，水溫變化最低相差8.58 ℃，最高達10.75 ℃，這是因為田間淺水環境受到貴州山區晝夜溫差較大的影響。

3.2 硝酸鹽、磷酸鹽和氨態氮的變化分析

稻田水體的磷酸鹽、硝酸鹽含量指標反映了稻田供肥能力的強弱。本試驗中，在水稻的整個生長期，除了在前期稻田水體的磷酸鹽、硝酸鹽處于較高水平外，后期含量都較低。因為前期稻田水體中人工施放了肥料，而前期水稻對肥料的需求量較低。在分蘗期和拔節期，水稻需要的N、P需求較高，因而水體中的磷酸鹽、硝酸鹽急速下降。后期磷酸鹽、硝酸鹽的變化趨勢較為復雜，整體呈現先下降、在灌漿期后又有所回升的趨勢，這是因為灌漿期后，水稻對磷酸鹽的需求較低，而養殖小龍蝦所產生的磷酸鹽超過了水稻對磷酸鹽的消耗。在水稻分蘗期，養蝦稻田水體的亞硝酸鹽明顯低于未養蝦稻田，而在揚花期和灌漿期養蝦稻田水體的亞硝酸鹽又明顯高于未養蝦稻田，可能是因為分蘗期養蝦稻田投放了小龍蝦，小龍蝦在田間的活動量增大，微生物增多，硝酸鹽轉化多，而在灌漿期小龍蝦已大量捕撈上市，數量明顯減少，小龍蝦活動減少，排泄物不能及時分解轉化所致。

表6 稻蝦生態種養模式和水稻單作模式的經濟效益比較

養蝦稻田和未養蝦稻田水體氨氮的含量在水稻的4個生長時期均未出現顯著性差異，其含量隨著時間推移而呈上升趨勢，可能是由于小龍蝦及其田間生物代謝所致。