微生物菌劑調節春季小龍蝦養殖期稻田水質的田間試驗

張丁月，楊亞珍，方明棵，朱建強

（1.長江大學農學院，湖北 荊州 434025；2.江蘇沿海地區農業科學研究所，江蘇 鹽城 224002；3.長江大學生命科學院，湖北 荊州 434025）

近年來，水稻和小龍蝦（克氏原螯蝦Procambarus clarkia）綜合種養已成為我國長江中下游地區典型的種養模式之一。截至2019 年底，全國稻田養殖小龍蝦產量為177.25×104t，養殖面積110.54×104hm2，分別占小龍蝦養殖總產量和總面積的84.84%和85.96%，占全國稻漁綜合種養總產量和總面積的60.46%和47.71%[1]。與傳統的水稻單作模式相比，該模式提高了水稻作物的質量和數量，也收獲了動物蛋白[2]，提高了經濟效益[3]。隨著稻蝦養殖面積的不斷擴大，盲目追求高產多收的養殖措施加劇了養殖水環境惡化。養殖過程殘留的餌料、水生生物糞便和尸體腐爛分解，產生氨氮、亞硝態氮、硫化氫等嚴重惡化稻田養殖環境，造成小龍蝦嚴重損失。另外，稻田高密度養殖打破了原有的生態平衡，容易引發小龍蝦在養殖中后期生理機能失調、生長慢、抵抗功能下降，逐漸感染疾病，甚至死亡，影響其產量和質量。因此，在養殖過程中實時監測養殖水質十分必要，當水質出現狀況時，采取一定措施，調節養殖水體中的氨氮和亞硝態氮，改善養殖生態環境，對稻田小龍蝦健康養殖具有重要意義。當前調控養殖水體水質的方法主要有物理、化學以及生物三種措施[4]。物理措施是根據氨氮的基本物理性質進行簡單地降低。現階段，農戶使用最廣泛的物理方法是換水稀釋氨氮。其簡單易行且效果顯著，得到農戶的廣泛認可。但這種方法的明顯弊端是大量地換水導致電力資源、水資源浪費嚴重，也給外部環境帶來了巨大壓力。化學措施是在養殖水體中加入一定物質，通過其與氨氮反應來達到去除氨氮的目的，其具有氨氮去除率高，速度快等優勢，但化學措施一般成本較高，對環境要求苛刻，試劑用量難以把控，容易對水環境產生負面影響。生物措施主要是利用微生物制劑改良水質降氨，施用光合細菌、硝化細菌、放線菌等微生物制劑，通過微生物分解達到降低氨氮的目的。該方法相對于前兩種效果好、副作用小。

本研究在春夏養殖季，以有機肥作為底肥，投入不同微生物菌劑，探究其對水質的調節作用，以期解決養殖中后期水質變差的問題。

1 材料與方法

1.1 試驗地點與種養系統介紹

試驗在湖北省荊州市太湖港管理區長江大學農業產業科技園湖區澇漬低產稻田中進行。該地區為亞熱帶季風濕潤氣候，年平均氣溫16.2 ℃，平均無霜期為252 d，平均年降雨量約為1 200 mm，土壤類型為潛育型水稻土。通過開挖圍溝修筑圍埂改造后進行稻蝦（小龍蝦）綜合種養。自2019 年開始開展稻田休耕期和稻作期養殖小龍蝦。試驗地有8 個完全相同的種養單元，隨機選取3 個單元安排試驗。每個種養單元種植區660 m2，養殖溝（環溝）占地180 m2。每個種養單元分設進、排水口（圖1）。進水口底部高于田面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溝相連，由插管式簡易裝置控制排水。進排水口用20 目的長型網袋過濾，以防止敵害生物隨水流進入或小龍蝦逃出。小區周圍用聚乙烯加厚防逃網，網高40 cm。

圖1 稻蝦種養田間工程配置Fig.1 Farmland works configuration of a rice-crayfish farming system

1.2 試驗設計

通常3 月下旬氣溫回升加快，小龍蝦進入了快速生長階段，同時水質管理也進入了關鍵期。4—5月水質管理對小龍蝦中后期健康生長和取得高產具有重要作用。2019 年4—5 月，進行了有機肥與菌劑配施調控養殖水質試驗（表1）。4 月6 日開始按試驗方案投放肥料，4 月19 日投放蝦苗（規格約為3 g/尾），投苗密度為375 kg·hm-2，于次日下午5 點開始每兩日定時定點投放飼料，投放量約為小龍蝦重量的3%左右，投放方式為在蝦溝與田面均勻投放。從4 月30 日開始，改為每日投放，投放量約為小龍蝦重量的5%左右。試驗用的有機肥有機質≥45%、NPK 有效養分總量≥6%，所用芽孢桿菌與光合細菌由實驗室制備（菌體濃度為1.0×108cfu/mL）。試驗期間，通過適當補水使田面水深維持在30 cm左右。

表1 試驗處理Tab.1 Experimental treatments

1.3 水樣采集與測定方法

試驗期間，每5 d 在蝦溝隨機選5 點，上午10:00左右用便攜式儀器原位測定水體pH 和溶解氧含量（DO），用水樣采集器取水面下50 cm 處水樣500 mL，帶回實驗室測定氨氮和亞硝態氮。

按文獻[5]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-乙二胺光度法測定；總氮用堿性過硫酸鉀消解紫外分光光度法測定；pH 用FG2 型pH 計（雷磁）測定，DO 用JPB-607A 溶解氧測定儀（雷磁）測定。

1.4 成蝦捕撈調查與效益核算

投蝦苗后1 個月用地籠捕撈成蝦（大于20 g/尾），進行田間捕撈調查，沿每個種養單元長邊投放5 個地籠，短邊投放2 個地籠，即每個種養單元共投放14 個地籠。捕撈時，第一天傍晚六點投放地籠，并在附近投飼誘捕，第二天早上七點捕撈，記錄每次捕撈量，以連續5 日捕撈量之和表示一次投苗后的成蝦產量（kg/hm2），用每個處理5 次地籠捕撈量計算每個地籠的平均捕撈量（g/籠）。每個處理隨機取小龍蝦2 kg，清點數量得到單尾鮮重，隨機取20尾測定體長。根據江漢平原五月小龍蝦成蝦（每尾≥20 g）平均售價20 元/kg 和稻田成蝦養殖成本8 元/kg，計算各處理的凈效益（元/hm2）。

1.5 數據處理與分析

用DPS 7.05 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存在5%顯著性水平上的差異。用Excel 2007 軟件制作相關圖表。

2 結果與分析

2.1 不同微生物菌劑對溶解氧與pH 的影響

在小龍蝦養殖期施肥后，水體溶氧含量在2.0～5.6 mg/L 之間。在投苗后（4 月21 日），水中溶氧量顯著降低，隨后緩慢增加，最后于投苗10 d（5月1 日）后恢復到正常水平（圖2）。不同施肥處理下，溶解氧含量表現為T3＞T2＞T1。各處理組間在投苗前未出現顯著差異，投苗后T3 組水體溶解氧量與T1、T2 組差異極顯著（P＜0.01），說明在投苗前施入有機肥時配施光合細菌可有效改善水質。

圖2 稻-蝦養殖塘中不同微生物菌劑處理下養殖水體的溶解氧含量Fig.2 Dissolved oxygen levels in water in rice-crayfish farming system with different microbial agents

施肥后水中pH 緩慢提高，最后于5 月11 日達到最高水平，之后逐漸降低。各處理間差異不顯著，養殖水體pH 在7.2～7.4 之間（圖3）。

圖3 稻-蝦養殖塘中不同微生物菌劑處理下養殖水體的pHFig.3 pH values in water in rice-crayfish farming system with different microbial agents

2.2 不同微生物菌劑對氨氮、亞硝態氮和總氮含量的影響

在小龍蝦養殖期施肥后，養殖溝氨氮含量在0.17～0.28 mg/L 之間。各處理組氨氮水平呈現先降低后升高的趨勢；不同施肥處理下，氨氮含量表現為T1＞T2＞T3，各處理間在投苗前未出現顯著差異，投苗后，T3 處理氨氮濃度顯著低于T1、T2（P＜0.05），隨后接近相同。在投苗10 d（5 月1 日），T3 處理水體氨氮濃度顯著低于T1 組，T2 與T1 組差異不顯著（P＞0.05）；而在投苗后15 d（5 月6 日）呈現T1＞T2＞T3，且各處理間差異顯著（P＜0.05）（圖4）。綜上所述，相比較單施有機肥，有機肥配施光合細菌可在5 d、配施芽孢桿菌則需要15 d 左右迅速降低水中氨氮。

圖4 稻-蝦養殖塘中不同微生物菌劑處理下養殖水體的氨氮Fig.4 Ammonia nitrogen levels in rice-crayfish farming system with different microbial agents

在小龍蝦養殖期施肥后亞硝態氮含量在0.001～0.014 mg/L 之間，總體上變化趨勢與氨氮相同，各處理亞硝態氮水平均呈先升降低后升高的趨勢；不同施肥處理下，在養殖中后期亞硝態氮含量表現為T1＞T2＞T3。在養殖前期，各處理亞硝態氮含量差異不顯著（P＞0.05），在投苗10 d（5 月1 日）開始，T3 處理水體氨氮濃度顯著低于T1、T2，而T2 與T1 之間差異始終不顯著（P＞0.05）。相比較單施有機肥，配施光合細菌可有效降低養殖中后期水中氨氮（圖5）。

圖5 稻-蝦養殖塘中不同微生物菌劑處理下養殖水體的亞硝態氮含量Fig.5 Nitrite nitrogen levels in rice-crayfish farming system with different microbial agents

在小龍蝦養殖期施肥后養殖溝總氮含量在2.55～8.01 mg/L 之間。總體上，各處理總氮水平均呈現先降低后升高的趨勢；不同施肥處理下，各處理之間差異不顯著（P＞0.05）（圖6）。

圖6 不同微生物菌劑處理下養殖水體的總氮Fig.6 Total nitrite nitrogen levels in rice-crayfish farming system with different microbial agents

2.3 不同微生物菌劑下成蝦生長與效益

不同處理下小龍蝦幼苗投入稻田30 d 后的生長狀況及凈效益見表2，有機肥與有益菌（芽孢桿菌、光合菌）配施相比僅施有機肥，其養殖效果存在明顯差異（P＜0.05）。

從每尾小龍蝦平均體長、鮮重、每籠捕撈量和單位養殖面積產量看，均呈現T3＞T2＞T1 的趨勢，T3 與T1 組蝦的體長差異顯著，T1、T2、T3 在每尾鮮重和捕撈量上差異顯著（P＜0.05）。由表2 可知，與T1 相比，T2、T3 組的小龍蝦單尾鮮重分別提高了24%和36%，捕撈量（或養殖效益）分別增加了32.19%和97.91%。從一次投苗的養殖凈效益看，與T1 相比，T2 增收1 627.2 元/hm2，T3 增收4 948.8 元/hm2。上述試驗結果表明，有機肥與有益微生物菌劑配施可促進小龍蝦生長、提高養殖效益，其中尤以T3 處理的增產增收效果最優，即有機肥與光合菌配施相對僅施有機肥可取得最佳效果。

3 討論

3.1 不同微生物菌劑對養殖水體溶解氧含量的影響

本研究中，在小龍蝦養殖期施肥后，水體中溶氧量變化在2.0～5.6 mg/L 之間。投苗后，水中溶氧顯著降低，小龍蝦進入水體后，應激反應，活動量增大，擾動水體，使得水體透明度降低，影響水生植物光合作用。與此同時，水中投入大量蝦苗后，氧氣消耗量增加，使得水中溶解含量氧迅速降低。TI 與T2投入蝦苗后，溶解氧迅速降到2 mg/L，對小龍蝦幼苗產生脅迫性[6]，而T3 溶解氧仍可保持4 mg/L，對幼苗影響較小。劉福軍等[7]將光合細菌應用于鹽堿地池塘改良水質時發現，施用光合細菌可以提高水中溶氧量；邱宏端等[8]與鄧吉朋等[9]將光合細菌用于淡水魚類養殖后發現，水體中氣溶氧量和pH 均有所上升；這與本研究結果相一致。本研究中，隨著施肥的進行，不同處理組水體溶解氧含量均出現下降，原因在于在養殖中后期，水體中蓄積了大量的殘餌、有機肥、動植物排泄物和死亡殘體等含氮有機物，而溫度逐漸升高，水中微生物活動加劇，分解消耗大量氧氣，使得溶解氧量降低，建議農戶在養殖中后期，必要時采用物理增氧與使用菌劑相結合的方式提高水體溶解氧，以避免低溶解氧對小龍蝦脅迫。

3.2 不同微生物菌劑對氨氮與亞硝態氮含量的影響

大量研究表明[8-13]，光合細菌與芽孢桿菌可有效降低養殖水體中氨氮與亞硝態氮含量。本研究中，投苗后T3 組氨氮濃度顯著低于T1、T2（P＜0.05），說明在投苗前施入有機肥時配施光合細菌可有效降低氨氮含量，可以在一定程度上減少蝦苗入水后的應激反應。在養殖水體中，溶解氧量不足時，光合細菌仍然能夠正常地生長繁殖，因此，光合細菌不僅可以為水產養殖提供氧氣量和營養上的支持，還能凈化水質，保障水產養殖的過程。黃文等[14]利用光合細菌開展錦鯉節水養殖試驗，結果表明光合細菌提高了養殖水體的自凈能力，減少了換水量和錦鯉的應激反應，這與本試驗結果相符。本研究發現，相比較單施有機肥，配施芽孢桿菌也可降低水中氨氮濃度，與前人研究結果相一致。本試驗程中，亞硝態氮含量呈現先低后高的趨勢，尤其是養殖后期，亞硝態氮最高，可能是養殖后期，大量的肥料與未被利用的飼料在水體中累積，而微生物分解有機質需要消耗大量氧氣，使得水體亞硝態氮累積。

3.3 不同微生物菌劑對小龍蝦規格與產量的影響

以有機肥為底肥配施光合細菌可有效提高小龍蝦體質量與體長，原因在于，光合細菌在降低養殖水質氨氮與亞硝態氮濃度、改善水質的同時，其本身內含豐富的蛋白質、氨基酸、維生素B 和葉酸等可提高動物免疫能力的生理活性物質[15]，而益生菌定植在對蝦腸道中可增強對蝦的抗病力，提高其成活率[16-18]。Dicks 等[19]、陳總會等[20]以及劉道玉等[21]研究發現，添加酵母菌、乳酸菌、放線菌、芽孢桿菌和光合細菌等有益菌的復合微生物菌劑不僅可以抑制水生動物體內病原菌生長，還能產生豐富的代謝產物，如維生素、類胡蘿卜素和促生長因子等。劉惠玲等[22]發現，向羅非魚的魚苗養殖環境中加入光合細菌，改善了養殖水質的同時，羅非魚魚苗的免疫力加強，存活率提高了6.67%；謝芝玲等[23]使用芽孢桿菌與光合細菌等組成的復合微生物菌劑作為飼料添加劑明顯促進對蝦生長，這與本研究結果相一致。

3.4 結論

（1）在春季小龍蝦養殖期，以有機肥為底肥、配施光合細菌，可有效改善稻田養殖水質，在養殖中后期可顯著降低水體氨氮與亞硝態氮含量。

（2）與單施有機肥相比，有機肥配施芽孢桿菌與配施光合細菌可分別提高小龍蝦體質量24%和36%。有機肥配施光合細菌可顯著提高小龍蝦體長以及捕撈量，具有顯著增產增收效果。