稻蝦共作對稻田水體環(huán)境的影響

易芙蓉，林瑋詩，張鳴宇，傅志強(qiáng)

（湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院／南方糧油作物協(xié)同創(chuàng)新中心，長沙410128）

“稻蝦共作”模式就是在種植水稻的田間放養(yǎng)一定量的小龍蝦，兩者相互依存、相互生長、以廢補(bǔ)缺、化害為利的互利共生狀態(tài)。該模式實(shí)現(xiàn)了“田面種稻，水體養(yǎng)蝦，蝦糞肥田，稻蝦共生”的效果，有效提高了農(nóng)田資源利用率和產(chǎn)出效益，拓展了發(fā)展空間，促進(jìn)了傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)的改造升級［1，2］。小龍蝦作為我國重要的淡水經(jīng)濟(jì)養(yǎng)殖品種，富含營養(yǎng)、味道鮮美，市場需求日益增大，其養(yǎng)殖前景巨大。因此，發(fā)展稻蝦共作模式可以豐富水稻和水產(chǎn)的可持續(xù)發(fā)展途徑，在保證稻米產(chǎn)量和質(zhì)量的同時(shí)，還可收獲水產(chǎn)品，提高經(jīng)濟(jì)效益［3］；有利于發(fā)展生態(tài)農(nóng)業(yè)、打造精品農(nóng)產(chǎn)品、促進(jìn)農(nóng)業(yè)增產(chǎn)和農(nóng)民增收［4］。目前，關(guān)于稻蝦共作模式的研究多集中于對經(jīng)濟(jì)效益和技術(shù)情況的評估，而對稻田水體環(huán)境影響的研究較少。本文以洞庭湖區(qū)典型稻蝦共作地區(qū)——湖南省南縣為研究對象，通過實(shí)地調(diào)研采樣與室內(nèi)實(shí)驗(yàn)檢測，研究該模式對稻田水體環(huán)境的影響，以期揭示稻蝦共作模式種養(yǎng)前后的水體環(huán)境變化情況和中稻單作與稻蝦共作的水體環(huán)境差異，為稻蝦共作模式改善水質(zhì)與可持續(xù)發(fā)展提供理論基礎(chǔ)和參考依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 采樣地概況

湖南省南縣位于洞庭湖平原西北部，地理坐標(biāo)為112°10′53″E～112°49′06″E，29°03′03″N～29°31′37″N?？h域內(nèi)水網(wǎng)密布，水資源豐富，水域面積29 khm2，約占總面積的28%?？衫盟?0.3 khm2，全部為養(yǎng)殖水域，其中池塘5.9 khm2、湖泊2.3 khm2、河溝1.0 khm2。地勢自西北向東南微傾，平均海拔29 m。屬中亞熱帶向北亞熱帶過渡的大陸性季風(fēng)濕潤氣候，年均氣溫16.7℃，年降雨量1237.7 mm。土地肥沃，雨水充沛，日照時(shí)間長，有霜期短，氣候溫暖濕潤，適宜動(dòng)、植物的繁育和生長，是一個(gè)自然條件優(yōu)越的農(nóng)業(yè)區(qū)域，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)有著得天獨(dú)厚的區(qū)域優(yōu)勢［5～7］，適宜發(fā)展稻蝦共作模式。

近年來，為打造漁業(yè)產(chǎn)業(yè)鏈，打響“洞庭生態(tài)魚”品牌，湖南省提出了建立環(huán)洞庭湖生態(tài)漁業(yè)經(jīng)濟(jì)圈的構(gòu)想［8］，促進(jìn)了稻蝦共作模式的發(fā)展。以南縣為代表，其稻蝦共作模式普遍以“一季中稻+兩季蝦”為主，在3月中旬至4月初間投放第一批蝦苗，至6月下旬期間適時(shí)補(bǔ)苗并捕撈成蝦，未成熟的幼蝦隨水遷移至蝦溝中。6月底開始中稻種植，完成整田、插秧、曬田控蘗及復(fù)水后，蝦溝中的幼蝦進(jìn)入稻田生活，于中稻收割前收獲第2季成熟小龍蝦。10月底或11月初中稻收割完畢后投放抱卵親蝦，進(jìn)行下一輪的稻蝦共作種養(yǎng)。整個(gè)種養(yǎng)過程涉及的稻蝦苗種選擇、稻田工程改造、蝦苗放養(yǎng)培育、田間管理、水肥調(diào)控和水質(zhì)監(jiān)測、病蟲害防治、捕撈收割等種養(yǎng)技術(shù)在南縣已趨于成熟。截至2018年底，南縣稻蝦共作總面積達(dá)到33.3 khm2，累計(jì)年產(chǎn)小龍蝦8萬噸，生產(chǎn)稻蝦米24萬噸，綜合產(chǎn)值達(dá)100億元［9］，成為湖南省高效漁業(yè)先進(jìn)縣，也是洞庭湖淡水漁業(yè)縣的典型代表。

1.2 觀測指標(biāo)與研究方法

檢測水樣的稻蝦共作稻田位于南縣茅草街鎮(zhèn)、南洲鎮(zhèn)、青樹嘴鎮(zhèn)的8個(gè)稻蝦共作集中種養(yǎng)村。于2018年6月底水稻種植后對同一調(diào)查農(nóng)戶的中稻單作模式和稻蝦共作模式稻田進(jìn)行取樣。稻蝦共作模式處于稻蝦共生期，取樣為稻蝦共作稻田的進(jìn)水口自然水和田間水。中稻單作模式取樣為水稻生長期的稻田田間水。田間分散隨機(jī)取樣，取樣深度為距水面30 cm。設(shè)置稻蝦共作稻田進(jìn)水口自然水和中稻單作稻田田間水兩個(gè)對照組，以稻蝦共作稻田田間水為實(shí)驗(yàn)組，實(shí)驗(yàn)組和對照組各取20份250 mL的水體樣本，總樣本數(shù)為60份。

測定指標(biāo)為水體pH值、色度、TDS、溶解氧、電導(dǎo)率和氧化還原電位。其中pH值使用PHBJ-260型pH儀測定；色度采用分光光度法測定［10］；TDS采用電導(dǎo)率法測定［11］；溶解氧采用電容量分析法測定［12］；電導(dǎo)率由雷磁DDSJ-308A電導(dǎo)率儀測定；氧化還原電位采用去極化測定法測定［13］。

稻蝦共作稻田的種養(yǎng)用水通過進(jìn)水口引入，引入水為取樣所在地的河流湖泊自然水。取進(jìn)水口自然水與稻蝦共作模式的稻蝦共生期田間水進(jìn)行對比，可反映稻蝦共作種養(yǎng)前后水體環(huán)境變化，探討稻蝦共作模式對自然水體的改變程度；取中稻單作模式的水稻生長期和稻蝦共作模式的稻蝦共生期兩者的田間水進(jìn)行對比，可反映稻蝦共作模式相較于中稻單作模式對稻田水體環(huán)境的影響。

1.3 數(shù)據(jù)分析與統(tǒng)計(jì)

實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)采用SPSS 19.0和Microsoft Excel 2010軟件進(jìn)行方差分析及計(jì)算。

2 結(jié)果與分析

2.1 稻蝦共作前后的稻田水體環(huán)境變化

在稻蝦共作種養(yǎng)過程中，進(jìn)水口引入江河湖泊水作為田間種養(yǎng)用水，進(jìn)入共作稻田后，在稻蝦生命活動(dòng)的共同作用下，水體環(huán)境將發(fā)生變化。由表1可知，稻蝦共作改變了自然水體的理化性質(zhì)和物質(zhì)含量。稻蝦共作田間水與進(jìn)水口自然水的pH值差異顯著，田間水相較于自然水的pH 值提高了1.88%；水體色度在稻蝦共作種養(yǎng)前后變化顯著，稻蝦共作種養(yǎng)后的田間水體相較于未受共作種養(yǎng)影響的進(jìn)水口自然水，其色度值提高了42.19%；稻蝦共作田間水體相較于進(jìn)水口自然水的TDS含量顯著提高了1.66%；田間水體的電導(dǎo)率顯著高于自然水，增長值為13.08%；共作種養(yǎng)后的田間水體相較于進(jìn)水口自然水的氧化還原電位顯著增加了14.15%；稻蝦共作田間水體與進(jìn)水口自然水的溶解氧（DO）含量呈顯著差異，相較于進(jìn)水口自然水，稻蝦共作田間水降低了17.20%的水中溶解氧。由以上分析可知，稻蝦共作種養(yǎng)前后的水體理化環(huán)境發(fā)生了較大變化，稻蝦共作提高了水體pH、色度、TDS、電導(dǎo)率和氧化還原電位，降低了水體溶解氧的含量。

表1 稻蝦共作前后的稻田水體環(huán)境變化Table 1 Changes of water environment in rice paddies before and after rice shrimp co-cropping

2.2 不同稻作模式對田間水體環(huán)境的影響

表2數(shù)據(jù)顯示，稻蝦共作模式下的pH值、色度、TDS、電導(dǎo)率、氧化還原電位均高于中稻單作模式，溶解氧（DO）含量低于中稻單作模式。兩種模式的pH、色度、溶解氧、電導(dǎo)率、氧化還原電位差異性顯著。相較于中稻單作模式，稻蝦共作模式的稻田水體pH值提高了1.37%、色度提高了10.98%、電導(dǎo)率提高了10.31%、溶解氧降低了9.41%、氧化還原電位提高了6.03%。兩種模式的稻田水體TDS差異不顯著，相較于中稻單作模式，稻蝦共作模式TDS提高了1.14%。由以上分析可知，相較于中稻單作模式，稻蝦共作模式對稻田水體環(huán)境的影響更大。

表2 不同稻作模式下稻田的田間水體環(huán)境差異Table 2 Differences of field water environment of paddy fields under different rice cropping patterns

3 討論

pH值是表征水體酸堿性的指標(biāo)，不同類型的水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)不同，我國對于農(nóng)田用水的水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，pH值的適用范圍是5.50～8.50，在小龍蝦的養(yǎng)殖過程中，要求保持在7.0～8.5［14，15］。根據(jù)測定數(shù)據(jù)可知，稻蝦共作模式和中稻單作模式pH值含量均符合國家農(nóng)田用水的水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，稻蝦共作模式下的pH環(huán)境也符合小龍蝦養(yǎng)殖的水體要求。稻蝦共作時(shí)，需要使用生石灰調(diào)節(jié)稻田土壤環(huán)境，小龍蝦脫殼形成的含鈣較多的殼灰、貝殼粉等進(jìn)入農(nóng)田可中和田間H+［16］，導(dǎo)致稻蝦共作提高了自然水體的pH，相較于中稻單作模式的水體堿化程度更加明顯。TDS是水中總?cè)芙夤腆w含量，它直接反映了水的咸化程度［17］。稻蝦共作種養(yǎng)過程中小龍蝦的殘餌、排泄物增加了土壤有機(jī)質(zhì)，土壤中相關(guān)酶的活性提高也促進(jìn)了有機(jī)質(zhì)的分解［18～20］，使水中溶解物質(zhì)增加。稻蝦共作稻田田間水體TDS含量高于自然水和中稻單作田間水，提高了水體咸化程度，可以更快地在土壤中積累鹽分達(dá)到抑制潛水蒸發(fā)的作用［21］。色度是一項(xiàng)感官性指標(biāo)，由水中的溶解物質(zhì)引起變化。溶于水的腐殖質(zhì)、有機(jī)物也會(huì)使水體色度增加。電導(dǎo)率與水體營養(yǎng)物質(zhì)濃度和懸浮物含量呈一定的正相關(guān)性［22］。稻蝦共作稻田水體營養(yǎng)物質(zhì)含量增加，較中稻單作模式水體有更高的養(yǎng)分，使得稻蝦共作稻田田間水體電導(dǎo)率顯著提高。溶解氧是指以分子狀態(tài)溶存于水中的氧氣單質(zhì)。我國環(huán)境監(jiān)測指標(biāo)指出，溶解氧含量在4 mg／L以上，即可滿足大多數(shù)魚類的生存條件［23］。其值與氣溫、水草生長和外界增氧等因素密切相關(guān)［3］。在稻蝦共作種養(yǎng)過程中，蝦的日?；顒?dòng)不斷攪混田間水體，水中的太陽光穿透率低，不利于水生植物的光合作用，放氧量下降。且稻田底質(zhì)中所含有機(jī)質(zhì)在微生物的作用下分解耗氧，使水體中溶解氧含量降低［24］。同時(shí)，溶氧量的降低也會(huì)引起水體污染和水質(zhì)下降［25］，對田間生物的生命活動(dòng)有一定負(fù)面影響。氧化還原電位是多種氧化物質(zhì)和還原物質(zhì)發(fā)生氧化還原反應(yīng)的綜合結(jié)果，是評價(jià)水質(zhì)優(yōu)劣程度的一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)［26］。與全國明等［15］的研究結(jié)果相似，稻蝦共作種養(yǎng)過程中，稻田水體溶氧量的降低會(huì)導(dǎo)致氧化還原電位的下降，但蝦的中耕混水作用也能使水體溶解更多的氧氣。且稻蝦共作種養(yǎng)過程中，微生態(tài)制劑的使用可以降解水體及底泥中的有機(jī)質(zhì)，吸收氨氮及亞硝酸鹽等還原性物質(zhì)，還原性物質(zhì)的減少在一定程度上提高了氧化還原電位［27］。多重因素影響下，稻蝦共作稻田田間水體氧化還原電位顯著提高，水體處理生物代謝的還原性有機(jī)物的能力增強(qiáng)，系統(tǒng)可以更有效地處理污染物［28］。

4 小結(jié)

稻蝦共作種養(yǎng)前后的水體理化環(huán)境發(fā)生了較大變化。相較于中稻單作，稻蝦共作提高了水體pH、色度、TDS、電導(dǎo)率和氧化還原電位，降低了水體溶解氧的含量，創(chuàng)造了適宜稻蝦共同生長的水體環(huán)境，在抑制潛水蒸發(fā)、提高水體自凈能力方面有積極作用，但水體溶氧量的降低，不利于水生植物的生長和部分物質(zhì)的分解消化，影響稻田水質(zhì)。在稻蝦共作過程中，需充分利用水體環(huán)境變化的有利因素，合理人工增氧規(guī)避水體溶氧降低帶來的影響，以促進(jìn)稻蝦共作模式持續(xù)健康發(fā)展。