稻龜綜合種養(yǎng)土壤磷營養(yǎng)物質(zhì)分析研究

鄧時銘 ，劉麗 ，吳浩 ，陳湘藝 ，鄒利 ，蔣國民 ，王冬武 ，2

（1.湖南省水產(chǎn)科學研究所，湖南 長沙 410153；2.水生動物營養(yǎng)與品質(zhì)調(diào)控湖南省重點實驗室，湖南 長沙 410003）

我國是世界上稻魚養(yǎng)殖生產(chǎn)規(guī)模最大的國家[1]，已有20 多個省、自治區(qū)、直轄市開展[2-3]，養(yǎng)殖面積達231 萬hm2[4]。為了能更好地滿足人民生活高質(zhì)量要求，實現(xiàn)稻田養(yǎng)殖可持續(xù)健康地發(fā)展，我國張啟發(fā)院士提出“雙水雙綠”理念，做強水稻、水產(chǎn)“雙水”產(chǎn)業(yè)，做優(yōu)綠色稻米、綠色水產(chǎn)等“雙綠”產(chǎn)品[5]。目前我國稻漁綜合種養(yǎng)模式主要有：稻-蝦、稻-魚、稻-蛙、稻-鰍等共作、輪作或連作模式，主要進行了養(yǎng)殖品種與養(yǎng)殖模式的探究[6-7]、生態(tài)系統(tǒng)營養(yǎng)物質(zhì)的支出與效益分析[8-10]、漁米產(chǎn)品質(zhì)量評價[11-13]等研究。試驗發(fā)現(xiàn)，稻魚綜合種養(yǎng)模式可增加土壤肥力[14-15]，促進營養(yǎng)物質(zhì)的吸收和循環(huán)[16]，產(chǎn)生了較高的生態(tài)效益和經(jīng)濟效益。而稻龜綜合種養(yǎng)模式研究較少，研究的內(nèi)容也較為簡單[17-18]，對稻田生態(tài)系統(tǒng)營養(yǎng)物質(zhì)的循環(huán)與利用還未見報道。

磷是動植物生長、發(fā)育不可缺少的營養(yǎng)元素，也是細胞內(nèi)一切生物化學作用的能量來源。在稻田生態(tài)系統(tǒng)中，磷營養(yǎng)物質(zhì)易于沉積并在底泥中富集[16]，有機磷和不溶性磷較難被植物吸收，利用率不高[19]，有效性低，從而使得磷成為稻田土壤中限制性的營養(yǎng)物質(zhì)[20]和農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)生產(chǎn)力重要的制約因素之一[15]。該論文按照不同的養(yǎng)殖密度進行稻龜綜合種養(yǎng)，不施肥，只投餌。烏龜從飼料中吸收磷營養(yǎng)，滿足生長發(fā)育需求，水稻利用根系吸收底泥有效磷。通過檢測分析稻田土壤理化性質(zhì)、不同形態(tài)磷營養(yǎng)含量及微生物組成與分布等，比較分析其差異性及相關(guān)性，研究稻田磷營養(yǎng)物質(zhì)的轉(zhuǎn)化與利用情況，探索最佳稻田養(yǎng)龜綜合種養(yǎng)模式，以期為綠色稻龜養(yǎng)殖提供理論基礎(chǔ)。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

中華草龜購于湖南呈寶龜類繁養(yǎng)有限公司，為同一批次人工孵化苗，規(guī)格一致，為35～40 g/只。水稻為湖南省水稻研究所提供，試驗桶為塑料圓桶，體積約為3 m3，稻田土壤為池塘淤泥和體表土壤混合物，pH 值為 6.50 左右。

1.2 試驗方法

設(shè)12 個試驗桶。3 個為對照組（control group 簡稱CG），不放龜，只種稻。另9 個試驗桶為稻龜綜合種養(yǎng)組（rice-tortoise 簡稱 RT），分設(shè) 3 個梯度：即2.7 只/m2（rice-tortoise one 簡稱RT1）、3.3 只/m2（rice-tortoise two 簡稱 RT2） 和 3.9 只/m2（rice-tortoise three 簡稱RT3）放養(yǎng)密度，每個梯度3 個試驗桶，置于室外養(yǎng)殖。

水稻根系主要分布在0～20 cm 土層[21]，試驗桶內(nèi)鋪設(shè)20 cm 厚土壤，加水，插稻，待禾苗返青后將室外暫養(yǎng)10 d 的中華草龜隨機分組放入。第3 天開始投喂含磷92.61 mg/kg 顆粒浮性餌料，日投餌量為龜總體質(zhì)量的3%，分2 次投，投喂1 h 后清除殘餌，養(yǎng)殖周期為11 周。試驗期間，12 個試驗桶管理模式一致，不施肥，不撒藥。

1.3 采樣與處理

鑒于沉積物5 cm 磷含量和細菌多樣性最具有代表性[22]，分別在試驗第 1 天、第 34 天、第 54 天和第74 天，也就是禾苗的返青期（Turning green stage,TS）、拔節(jié)孕穗期（Jointing-booting stage, JS）、灌漿期（Filling stage, FS）和成熟期（Mature stage, MS），無菌條件采集表層5 cm 厚土壤。每個試驗桶設(shè)3 個采樣點,混勻為一個樣[23]，微生物檢測樣無菌4 ℃保存，1 d 內(nèi)檢測完畢。

1.4 土壤磷營養(yǎng)及微生物的測定

1.4.1 土壤營養(yǎng)物質(zhì)的測定 按照NY/T 88、NY/T 1121.7 和NY/T 1121.6 標準進行土壤總磷、有效磷和有機質(zhì)的檢測分析，采用歐盟推薦SMT 法[24-25]進行土壤無機磷的測定。

1.4.2 微生物培養(yǎng)及計數(shù)方法 參考李翠[22]方法進行土壤無機磷細菌、有機磷細菌和厭氧菌[26]的計數(shù)分析，采用李振高等[27]方法進行亞硝化細菌計數(shù)，細菌總數(shù)和硝化細菌分別用牛肉膏蛋白胨瓊脂培養(yǎng)基[28]、改良的斯蒂芬遜培養(yǎng)基 B 計數(shù)[29]。

1.5 數(shù)據(jù)統(tǒng)計與分析

采用Microsoft Excel 整理試驗數(shù)據(jù)，結(jié)果用平均值±標準差（`X±SD）表示，用軟件 SPSS23.0 進行單因素分析，差異具統(tǒng)計學意義（P＜0.05）時，則用Duncan’s 法進行多重比較。

2 結(jié)果與分析

2.1 稻田土壤營養(yǎng)物質(zhì)變化

土壤營養(yǎng)物質(zhì)變化如圖1 所示，對照組（CG）土壤表層有機質(zhì)含量變化不顯著，稻龜組（RT）降幅大，灌漿期達最低，其后逐步增加，RT2 和RT3 組降幅極顯著地高于RT1（P＜0.01）。對照組（CG）土壤表層總磷隨著水稻生長而逐步降低，成熟期達最低，降幅較為緩慢。稻龜RT1 組土壤總磷先增加，其后逐步降低，而稻龜RT2 和RT3 土壤總磷先降低，在灌漿期達最低值，降幅大，隨后逐步增加。所有試驗田土壤有效磷含量隨著水稻的生長均呈下降趨勢，其降幅組間無統(tǒng)計學意義差異（P＞0.05），但成熟期，稻龜組（RT）土壤有效磷含量極顯著高于稻田組（P＜0.01），RT2 組達最高，其次是 RT1 組和 RT3 組。

圖1 稻田土壤營養(yǎng)物質(zhì)變化趨勢圖

2.2 稻田土壤營養(yǎng)物質(zhì)相關(guān)性

根據(jù)土壤營養(yǎng)物質(zhì)檢測結(jié)果，進行相關(guān)性和顯著性分析發(fā)現(xiàn)：對照組（CG）土壤總磷與有機質(zhì)、無機磷和有效磷相關(guān)系數(shù)＜0.70，無顯著強相關(guān)性（P＞0.05）。稻龜組（RT）土壤總磷與有機質(zhì)的相關(guān)系數(shù)＞0.90（表1），兩者呈極顯著直線正相關(guān)（P＜0.01，R2= 0.8852）（圖2）；土壤總磷與無機磷的相關(guān)系數(shù)，隨著中華草龜養(yǎng)殖密度的增加而逐步增大，相關(guān)性增強，但無顯著相關(guān)性（P＞0.05，R2=0.1683）；而土壤總磷與有效磷的相關(guān)系數(shù)，在中華草龜養(yǎng)殖密度為2.7～3.3 只/m2時，隨著養(yǎng)殖密度的增加而變大，相關(guān)性增強，3.3～3.9 只/m2時逐步下降，兩者相關(guān)性達顯著水平（0.01＜P＜0.05，R2=0.3335）。因此，根據(jù)稻龜組（RT）土壤總磷與有機質(zhì)、有效磷的相關(guān)性，擬合回歸模型方程為Y=0.029928X1+14.75773X2-0.03891（Y 為總磷 g·kg-1，X1為有機質(zhì) g·kg-1，X2為有效磷 g·kg-1）。

表1 土壤營養(yǎng)物質(zhì)相關(guān)系數(shù)

圖2 土壤總磷與有機質(zhì)、無機磷和有效磷的相關(guān)性

2.3 稻田土壤微生物種類、數(shù)量及相關(guān)性

隨著禾苗的生長，稻龜組（RT）土壤微生物總量不斷增加，到水稻成熟期達最大值，對照組（CG）灌漿期達最大值，其后降低。稻龜組（RT）微生物總量增速非常明顯，從灌漿期開始極顯著地高于稻田組（CG）（P＜0.01），稻龜組間差異也顯著（P＜0.01），以RT1 組增速最快，微生物總量最高，其次是RT3 和RT2 組，具體見圖3。

圖3 禾苗不同生長期土壤細菌總數(shù)變化

稻田土壤微生物有厭氧菌、有機磷菌、無機磷菌、硝化細菌和亞硝化菌等種類，厭氧菌含量低，并隨禾苗的生長，稻龜RT1 和RT2 組極顯著下降，待禾苗成熟期時才略有上升，對照組（CG）則逐步增加，而稻龜RT3 組先增加，灌漿期下降，隨后成熟期上升。到水稻成熟期時，各試驗組土壤厭氧菌含量差異不明顯，具體見表2。

在禾苗生長過程中，稻龜RT1 和RT2 組土壤有機磷菌和無機磷菌含量逐步上升，亞硝化菌含量始終高于硝化菌含量，對照組（CG）和稻龜RT3 組有機磷菌含量呈下降趨勢，硝化菌含量呈逐步上升趨勢，具體見圖4。

2.4 稻田土壤微生物與磷營養(yǎng)物質(zhì)的相關(guān)性

將試驗田土壤營養(yǎng)物質(zhì)含量與微生物數(shù)量進行相關(guān)性分析，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，對照組（CG）土壤總磷和有效磷分別與厭氧菌和硝化菌數(shù)量的相關(guān)系數(shù)（|r|＞0.9）呈極顯著性負相關(guān)（P＜0.01），與有機磷菌和無機磷菌呈顯著的負相關(guān)（P＜0.05），而稻龜組（RT）的負相關(guān)性明顯減弱；對照組和稻龜組土壤有機質(zhì)和無機磷含量與厭氧菌、有機磷菌、無機磷菌等微生物數(shù)量相關(guān)系數(shù)（|r|＜0.7）無顯著相關(guān)性（P＞0.05），具體見表3。

表2 土壤厭氧菌含量 %

表3 微生物數(shù)量與磷營養(yǎng)含量相關(guān)性

圖4 土壤微生物含量變化

3 討論

3.1 稻田養(yǎng)龜肥效分析

禾苗在生長過程中一直都從土壤吸收營養(yǎng)，但隨著禾苗的生長，水稻根系吸收土壤營養(yǎng)越來越強，到抽穗灌漿期達高峰，其后營養(yǎng)吸收量開始下降[30]。因此，對照組（CG）土壤總磷、有效磷和有機質(zhì)一直呈下降趨勢，成熟期達最低，而稻龜綜合種養(yǎng)田（RT）灌漿期達最低。這是因為稻龜養(yǎng)殖，投喂飼料，增加水體營養(yǎng)物質(zhì)，當水稻根系吸收能力降低時，稻田土壤總磷、有效磷和有機質(zhì)出現(xiàn)積累，使得磷營養(yǎng)增加。也就表明，稻龜綜合種養(yǎng)模式能明顯增加稻田土壤磷肥。

稻田土壤有效磷降幅在一定程度上反映出水稻根系對有效磷的吸收量，對照組（CG）和稻龜組（RT）有效磷濃度的降幅差異不明顯，表明水稻根系吸收磷營養(yǎng)物質(zhì)總量差異不大，但到水稻成熟期后，稻龜組（RT）土壤有效磷濃度極顯著地高于對照組（CG），且稻龜組（RT）有機質(zhì)降幅極顯著地高于對照組（CG）。這說明中華草龜?shù)耐段古c活動，加快了稻田土壤有機質(zhì)的循環(huán)與利用，提高了稻田土壤的磷肥力，使得土壤肥效強且持久，以RT2 組為最佳模式，土壤總磷含量與土壤有機質(zhì)含量呈極顯著直線正相關(guān)，土壤有效磷與總磷呈顯著直線正相關(guān)。

3.2 稻田微生物總量、菌落結(jié)構(gòu)與活性

土壤微生物是土壤生態(tài)系統(tǒng)的重要組成成分[31]，不但影響著土壤正常的物質(zhì)循環(huán)和能量轉(zhuǎn)化，而且影響著土壤的肥力[32]，是體現(xiàn)土壤質(zhì)量的重要指標之一[33]。稻田養(yǎng)殖中華草龜后，不但顯著地增加土壤表層微生物總量，而且隨著禾苗的生長，水稻根系吸氧能力的提升[34]，對照組（CG）土壤厭氧狀態(tài)越來越嚴重，厭氧菌含量逐步增加，而稻龜組（RT）土壤厭氧菌含量則大大降低，亞硝化菌含量增加，扭轉(zhuǎn)了有機磷菌的變化趨勢，極明顯地改變了土壤微生物菌落的分布與豐度。這可能是由于中華草龜?shù)娜粘；顒樱訌娏藢ν寥辣韺拥臄嚢?，提升了土壤表層含氧量，抑制了厭氧菌的繁殖，促進了好氧的亞硝化菌和兼性厭氧的有機磷菌和無機磷菌的生長，加強了土壤硝化作用[35]和磷循環(huán)，增強了土壤養(yǎng)分供應能力。

中華草龜生長速度慢，吸收能力差，排泄物肥力足，極易污染環(huán)境。稻田養(yǎng)殖中華草龜，不但充分利用了烏龜排泄物肥料，減少污染，而且還促進土壤營養(yǎng)物質(zhì)的釋放與利用，提高稻田土壤的肥力。