稻田放養(yǎng)鯉魚對土壤和水體理化因子的影響

孫悅　吳敬榮　王廣軍　張凱　孫金輝　郭曉奇　符云　夏耘

摘 要 2019年6—9月，分4個時期對普通稻田與放養(yǎng)鯉魚的稻田進行土壤和水體采樣，測定并分析二者間指標(biāo)差異。數(shù)據(jù)表明，與單一種植水稻相比，稻魚共作模式不僅顯著提高了水體總碳和土壤有機質(zhì)含量，顯著降低了水體COD含量，也為水稻生長提供更穩(wěn)定的土壤氮素。

關(guān)鍵詞 稻魚共作;水質(zhì);土壤;理化因子

中圖分類號：S511 文獻標(biāo)志碼：B DOI：10.19415/j.cnki.1673-890x.2020.05.063

稻田養(yǎng)魚是指在稻田種植水環(huán)境中投放魚苗，既種植水稻又養(yǎng)殖魚，以提高稻田生產(chǎn)效益的一種傳統(tǒng)養(yǎng)殖生態(tài)模式[1]。中國的稻田養(yǎng)魚歷史悠久并持續(xù)至今，上至唐代就已經(jīng)出現(xiàn)稻田養(yǎng)皖魚的記載[2]。稻田養(yǎng)魚雖然歷經(jīng)起伏，但由于生態(tài)效益以及經(jīng)濟效益的推動，在世界各地都不曾退出時代的舞臺。傳統(tǒng)稻魚共生系統(tǒng)主要分布在中國、埃及、印度、印度尼西亞、泰國、越南、菲律賓、孟加拉國和馬來西亞等國家，既確保了當(dāng)?shù)丶Z食安全，高效利用了水土資源，又降低了農(nóng)藥和化肥的投入，減少了農(nóng)業(yè)環(huán)境污染，對這些地區(qū)的農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展起著積極作用[3-4]。鯉魚屬于底棲雜食性魚類，餌譜廣泛，吻骨發(fā)達，常拱泥攝食，是適于在稻田里養(yǎng)殖的品種之一。

稻魚混合養(yǎng)殖系統(tǒng)是全球重要傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)系統(tǒng)之一，研究稻魚混合養(yǎng)殖系統(tǒng)對水稻種植區(qū)域稻作模式的創(chuàng)新設(shè)計有重要的意義。廣東省粵北山區(qū)是發(fā)展稻魚混合養(yǎng)殖較普遍的區(qū)域[5]，這與其獨特的地形地貌相關(guān)聯(lián)?；洷鄙絽^(qū)多屬狹窄梯田地形，且水源干凈充裕，保水性好，稻魚共作模式能夠因地制宜地整合土地資源、水面資源、生物資源以及非生物資源，可以極大地提高當(dāng)?shù)剞r(nóng)民的綜合效益[6]。

目前關(guān)于稻田養(yǎng)魚系統(tǒng)養(yǎng)分平衡等方面有了較多的研究[7-8]，但對于華南地區(qū)稻魚混合養(yǎng)殖區(qū)域的稻田水和稻田土壤的各種理化指標(biāo)還未見報道，因此初步探討乳源瑤族自治縣傳統(tǒng)稻魚混合養(yǎng)殖區(qū)域的水體與土壤理化指標(biāo)，以期為后續(xù)的研究提供一定的理論參考。

1 研究地區(qū)概況與研究方法

1.1 研究地概況

研究地位于廣東省乳源瑤族自治縣（東經(jīng)113°09′，北緯24°59′），全縣氣候?qū)僦衼啛釒Ъ撅L(fēng)氣候，區(qū)間氣候懸殊，全年平均氣溫5～19 ℃。降雨量東南部及西部山區(qū)偏多，全年平均有2 000 mm以上，南部和北部降雨量偏少，全年降雨量平均1 400～1 500 mm;無霜期308 d，四季明顯，晝夜溫差大;耕層厚度約為20 cm，耕層水深約9 cm，容重約為0.97 g·cm-3。

1.2 研究設(shè)計

試驗在廣東省乳源瑤族自治縣的中沖村、核桃山村進行，兩地具有相似的地理面貌和環(huán)境特征。放養(yǎng)的魚種均為當(dāng)?shù)仵庺~，俗稱“禾花魚”。研究過程中種植水稻為雜交水稻，屬于中浙類型。

試驗田采用農(nóng)民常用的耕作田，選取的每塊試驗稻田面積大小約為120 m2，設(shè)置3個重復(fù)，每個試驗田均有獨立的進水口和出水口，以保證重復(fù)試驗的水環(huán)境獨立且一致。對照池塘選取臨近不放養(yǎng)鯉魚的3個稻田作為對照，平均面積約110 m2。采樣時間和方法均一致。

研究從2019年6月22日開始至9月14日結(jié)束，伴隨稻田水稻的插秧到收獲全過程。禾花魚的投放在秧苗移栽5 d左右投放。整個試驗過程沒有施用化肥農(nóng)藥并保持淹水狀態(tài)，且不投放魚飼料。

1.3 試驗測定

試驗采取3點取樣并混合（包括水樣和泥樣），在整個研究期間分4次取樣，相隔22 d左右，分別處于6月、7月、8月和9月。

1.3.1 試驗水體指標(biāo)的測定

測定稻田水體水質(zhì)指標(biāo)包括水溫（T）、溶解氧（DO）、pH、氨氮（NH4-N）、硝酸鹽（NO3-N）、亞硝酸鹽（NO2-N）、總氮（TN）、總磷（TP）、總有機碳（TC）和化學(xué)需氧量（COD）。所有水樣經(jīng)分類編號后，帶回實驗室在48 h內(nèi)進行測定。其中水溫、溶解氧和pH使用便攜式多參數(shù)水質(zhì)分析儀（YSI Professional Plus，美國）現(xiàn)場測定;氨氮采用納氏試劑分光光度法，硝酸鹽采用酚二磺酸分光光度法（GB/T 7480-1987），亞硝酸鹽采用分光光度法（GB/T 7493-1987），總氮采用堿性過硫酸鉀消解紫外分光光度法（HJ636-2012），總磷采用鉬酸銨分光光度法（GB/T 11893-1989），總有機碳采用燃燒氧化-非分散紅外吸收法HJ 501-2009，化學(xué)需氧量采用重鉻酸鹽法（GB/T 11914-1989）測定。

1.3.2 試驗稻田泥指標(biāo)的測定

測定稻田土壤指標(biāo)包括銨態(tài)氮（NH4-N）、硝態(tài)氮（NO3-N）、亞硝態(tài)氮（NO2-N）、全氮、有機質(zhì)、全磷、全鉀、速效鉀、有效磷。檢測標(biāo)準為有機質(zhì)：LY/T1237-1999;全氮：LY/T1228-1999/3;全磷：LY/T1232-1999/3;全鉀：LY/T1254-1999;有效磷：LY/T1233-1999/5;有效鉀：LY/T1236-1999;NH4+-N：LY/T1231-1999;NO2-N、NO3-N：水浸提液，浸提液離子色譜法HJ/T84-2001。

2 結(jié)果與分析

2.1 兩種養(yǎng)殖模式對稻田水體的影響

2.1.1 稻田水體T、DO、pH值的變化趨勢

整個養(yǎng)殖期間，溫度總體保持在26.5～29.1 ℃，DO在整個實驗階段中期略有降低，變化范圍為5.62～10.46 mg·L-1，可能和實驗中期稻田中水稻葉片茂盛有關(guān)，遮擋了陽光照射，導(dǎo)致水體中溶解氧下降。pH幅度變化范圍較小，為6.81～8.59。

2.1.2 稻田水體中氮素變化趨勢

如圖1所示，為對照組和稻魚養(yǎng)殖系統(tǒng)中稻田水體NH4-N、NO3-N、NO2-N隨時間變化趨勢。在稻魚養(yǎng)殖系統(tǒng)中，NH4-N的含量呈現(xiàn)先下降再微升的趨勢，最高值出現(xiàn)在6月，其值為7.18 mg·L-1左右;NO3-N、NO2-N含量在6—9月的變化幅度不大，總體變化范圍分別為0.05～0.41 mg·L-1、0.09～0.10 mg·L-1。兩個系統(tǒng)間三態(tài)氮的最高值均出現(xiàn)在第一次取樣時間，這和稻田初期施用了大量的有機肥有關(guān);隨著時間的推移，有機肥慢慢分解，水體中NH4-N、NO3-N、NO2-N逐漸降低，但兩者之間差異不顯著，表明放養(yǎng)魚類對水體中NH4-N、NO3-N、NO2-N影響不大。

2.1.3 稻田水體中TN、TP、TC、COD變化趨勢

如圖2所示，為稻魚混合養(yǎng)殖系統(tǒng)中稻田水體TN、TP、TC隨時間變化趨勢，圖中TN和TP的含量呈下降趨勢;實驗組的TC變化趨勢卻相反，一直呈上升趨勢，對照組的TC變化不大，一直比較平穩(wěn)。

圖3所示，為實驗組和對照組系統(tǒng)中COD隨時間變化趨勢，在整個養(yǎng)殖期間，COD的值雖有起伏，但整體呈下降趨勢。特別是在7月和8月，實驗組與對照組存在顯著差異。

2.2 兩種養(yǎng)殖模式對稻田底泥的影響

2.2.1 稻田底泥中氮素變化趨勢

圖4為稻魚混合養(yǎng)殖系統(tǒng)中稻田泥NH4+-N、NO2--N、NO3--N隨時間變化趨勢。如圖所示，實驗組稻田泥當(dāng)中的NH4+-N在整個養(yǎng)殖期間，先稍微下降再呈上升趨勢;而對照組NH4+-N處于比較平穩(wěn)的水平，始終維持在10 mg·kg-1左右，且兩者之間存在顯著差異。NO2--N在兩種養(yǎng)殖模式下均處于上升趨勢，且差異不顯著。稻魚組的NO3--N一直處于下降趨勢，而對照組在7月略有下降，在8—9月有顯著上升。

2.2.2 稻田底泥中有效磷和有效鉀變化趨勢

圖5所示為稻魚混合養(yǎng)殖系統(tǒng)中稻田泥中有效磷、有效鉀隨時間變化趨勢，其中有效磷的幅度變化范圍不大，稻魚組最低點出現(xiàn)在8月，而對照組出現(xiàn)在7月。有效鉀從最初的140 mg·kg-1左右下降至50 mg·kg-1左右。推測可能是鉀易溶于水，很快被作物吸收。

2.2.3 稻田底泥中全氮、全鉀和有機質(zhì)變化趨勢

圖6所示為稻魚混合養(yǎng)殖系統(tǒng)中稻田泥中有機質(zhì)、全氮、全鉀隨時間變化趨勢，其中全鉀變化呈先下降、后又緩慢回升的趨勢;全氮在稻魚組比較穩(wěn)定，而對照組呈現(xiàn)波浮不定的趨勢;有機質(zhì)稻魚組呈現(xiàn)上升趨勢，而對照組緩慢下降，這可能是稻田中放養(yǎng)了魚類，加速了稻田中物質(zhì)的轉(zhuǎn)化。

3 討論與結(jié)論

3.1 稻魚混合養(yǎng)殖系統(tǒng)中稻田水體理化指標(biāo)變化

稻魚混合養(yǎng)殖系統(tǒng)水體中的TN、NH4+-N含量在養(yǎng)殖期間呈下降趨勢，其含量均高于NO3-N、NO2-N，而NO3-N、NO2-N含量變化范圍不大，其含量均不超過0.5 mg·L-1，說明在稻魚混合養(yǎng)殖系統(tǒng)中，水體中有機氮和無機氮含量均在減少。稻田水體中的N元素主要以NH4-N為主[9]，是植物生長最為重要的營養(yǎng)元素之一[10]。試驗地區(qū)的稻魚混合養(yǎng)殖是一種傳統(tǒng)的復(fù)合生態(tài)農(nóng)業(yè)模式，在研究期間沒有進行化肥的補充，因此稻田水體中的氮元素變化與水稻生長所需有關(guān)，受到水稻的吸收以及土壤下滲淋失的作用[11]。在稻魚混合養(yǎng)殖系統(tǒng)中，稻田水體的TP變化幅度并不大，且含量不高，有研究表明TP的含量與化肥的投入以及魚飼料的投喂有關(guān)[12]，而試驗地區(qū)作為傳統(tǒng)的稻魚混合養(yǎng)殖區(qū)域，無化肥與魚飼料的投放，依靠稻田系統(tǒng)當(dāng)中的天然餌料來滿足所投放的禾花魚的正常生長所需要的養(yǎng)分，因此TP含量不高。COD是衡量水體有機質(zhì)相對含量的指標(biāo)之一，數(shù)值較高證明水體污染程度大[13]。在此次研究中，COD總體呈下降趨勢，說明稻魚混合養(yǎng)殖系統(tǒng)在一定程度上能夠減少水體COD的含量，有利于稻魚復(fù)合養(yǎng)殖生態(tài)模式中水質(zhì)的維護和生態(tài)的保護。

3.2 稻魚混合養(yǎng)殖系統(tǒng)中稻田土壤理化指標(biāo)變化

在此次研究中，稻魚混合養(yǎng)殖系統(tǒng)中稻田泥中的NH4+-N含量變化呈上升趨勢，而NO3--N、NO2--N的含量則呈下降趨勢，有研究推測NH4+-N含量可能與禾花魚的糞便排泄有關(guān)，隨著整個養(yǎng)殖期間的禾花魚糞便排泄沉降分解，滲透進稻田泥中，增加了稻田泥中NH4+-N含量[12]。有效磷、有效鉀、有機質(zhì)以及全鉀是表明土壤肥力性質(zhì)的指標(biāo)，此次稻魚混合養(yǎng)殖系統(tǒng)中，由于沒有化肥的投放以及飼料的投入，含量和百分比均變化不大，且有效鉀和全氮呈下降的趨勢，這在一定程度上表明傳統(tǒng)稻魚混合養(yǎng)殖系統(tǒng)依靠天然的外物來源以及稻魚相互作用來維持稻田泥的肥力。

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（責(zé)任編輯：趙中正）

收稿日期：2020-01-14

基金項目：廣東省促進經(jīng)濟發(fā)展專項資金（2019B2）;中國水產(chǎn)科學(xué)研究院院級基本科研業(yè)務(wù)費（2019XT05），中國-東盟海上基金（CAMC-2018F）聯(lián)合資助。

作者簡介：孫悅（1995—），女，黑龍江牡丹江人，碩士，研究方向為水產(chǎn)動物健康養(yǎng)殖研究。

※為通信作者，E-mail： 13902409546@163.com。