稻蝦共作磷素平衡特征及生態(tài)經(jīng)濟效益研究

劉少君，李文博，熊啟中，李虹穎，李軍利，劉榮，郜紅建，葉新新*

（1.農(nóng)田生態(tài)保育與污染防控安徽省重點實驗室，安徽農(nóng)業(yè)大學(xué)資源與環(huán)境學(xué)院，合肥 230036；2.安徽省農(nóng)業(yè)科學(xué)院土壤肥料研究所，合肥 230001；3.安徽六國化工股份有限公司，安徽 銅陵 244021）

稻?漁系統(tǒng)是有效利用水土資源生產(chǎn)稻谷和水產(chǎn)品的重要農(nóng)業(yè)生產(chǎn)方式，在區(qū)域食物供給保障、資源和環(huán)境保護等方面發(fā)揮著重要作用[1]。近年來，稻蝦綜合種養(yǎng)發(fā)展迅速，已經(jīng)成為我國長江中下游稻作區(qū)重要的生態(tài)農(nóng)業(yè)模式[2]。然而，稻蝦綜合種養(yǎng)仍然存在重蝦輕稻、養(yǎng)分管理粗放、飼料投入過量、監(jiān)管措施不完善等問題，如何優(yōu)化稻蝦綜合種養(yǎng)體系中養(yǎng)分的管理是目前研究的熱點問題[3]。

磷是生態(tài)系統(tǒng)中的限制性養(yǎng)分[4]，也是水體富營養(yǎng)化不可忽視的非點源污染物。農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)中磷素平衡的分析研究是科學(xué)評估稻蝦共作系統(tǒng)養(yǎng)分管理及其環(huán)境風(fēng)險的重要方法。前人對稻田綜合種養(yǎng)體系中磷的平衡和動態(tài)變化開展了大量研究，陳飛星等[5]對稻蟹生態(tài)系統(tǒng)中農(nóng)田養(yǎng)分平衡的研究表明，稻蟹模式的農(nóng)田中表現(xiàn)為磷盈余，其盈余量均高于水稻單作；佀國涵等[6]對稻蝦共生系統(tǒng)磷循環(huán)的研究表明，稻蝦生態(tài)系統(tǒng)磷的輸出/輸入均小于常規(guī)稻作模式；李成芳等[7]對稻鴨、稻魚共作體系中稻田磷素動態(tài)變化的研究表明，與水稻單作相比較，稻鴨和稻魚共作處理田面水總磷濃度、溶解磷濃度、土壤速效磷含量和水稻磷吸收量顯著增加。近年來，稻蝦共作模式中的飼料投入已經(jīng)成為磷素管理不可忽視的因素，然而關(guān)于稻蝦共作生態(tài)系統(tǒng)飼料投入對農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)磷素平衡狀況、磷素利用率以及環(huán)境經(jīng)濟效益等方面的研究還鮮有報道，為此本文通過設(shè)置田間試驗，研究水稻單作和稻蝦共作（投食和不投食）條件下水稻產(chǎn)量、磷素平衡、田面水磷素濃度變化特征以及經(jīng)濟生態(tài)效益，為合理調(diào)控稻蝦共作養(yǎng)分循環(huán)與平衡、資源高效利用和農(nóng)業(yè)綠色可持續(xù)發(fā)展提供理論支撐。

1 材料與方法

1.1 試驗區(qū)概況

試驗地點位于安徽省銅陵市普濟圩農(nóng)場（31°55′N，117°43′E）。該地區(qū)屬亞熱帶季風(fēng)性濕潤氣候，年平均氣溫為16.1 ℃，年平均降水量為1 297.5 mm，2019年水稻種植期間銅陵每月最高和最低日平均氣溫與降水量見表1。種植制度為“晚稻?冬閑”，土壤類型為潴育型水稻土。耕層土壤有機質(zhì)含量39.54 g·kg?1，全氮含量2.07 g·kg?1，有效磷含量8.04 mg·kg?1，速效鉀含量139.72 mg·kg?1，pH為6.4。

表1 2019年水稻種植期間銅陵每月最高和最低日平均氣溫與降水量Table 1 Maximum and minimum daily temperature of each month and precipitation in Tongling during rice cultivation in 2019

1.2 試驗設(shè)計與田間管理

試驗于2019年4—11月進行，田間試驗布局見圖1，設(shè)置3 個處理：水稻單作（RM）、稻蝦共作投食（RC feed 1）、稻蝦共作不投食（RC feed 0）；每個處理設(shè)置3次重復(fù)，小區(qū)面積440 m2（22 m×20 m），RC feed 1 和RC feed 0 處理小區(qū)周圍開挖寬1.0 m、深1.0 m 的“L”形蝦溝，面積約為41 m2，蝦溝面積約為水稻種植區(qū)域面積的10%。為了防止串水、串蝦，每個處理都有單獨的進水和排水口，且處理間設(shè)寬0.4 m、深1.0 m 的水溝隔開。在蝦溝岸邊設(shè)置隔離塑料板，塑料板埋入地下0.5 m，露出地面0.3 m，并用鐵絲連結(jié)固定，防止小龍蝦逃逸。供試水稻品種為“新優(yōu)188”，供試蝦為克氏原螯蝦。

水稻苗期在育秧基地中生長，于2019 年7 月6 日移栽至本試驗田中。栽植原則為寬行窄株，穴距20 cm，行距30 cm，每穴3株。各處理之間均施用等量等比例的化肥，化肥翻耕混入土壤，N、P2O5、K2O施用量分別為225、90、113 kg·hm?2，磷肥和鉀肥全部作為基肥施用，氮肥70%作為基肥，30%作為追肥在7 月23 日施用。

稻蝦共作模式流程如圖2 所示，水稻生長期內(nèi)田面多數(shù)時間處于淹水狀態(tài)，田溝互通，稻蝦共生，部分時間（曬田、收獲等）水稻田內(nèi)擱干，克氏原螯蝦隨水遷移到蝦溝內(nèi)。2019 年4 月15 日，捕撈稻蝦共作投食和不投食處理中的成蝦，并投放質(zhì)量為（15±2）g 的幼蝦，投放密度為1.35×104只·hm?2。試驗期間（2019年4—10 月），按照克氏原螯蝦質(zhì)量的2%~7%投喂配合飼料，飼料主要原料為魚粉、豆粕、花生粕、菜粕、豆油、磷酸二氫鈣等。投喂時間選擇早上或者傍晚，投喂地點選擇淺水區(qū)蝦穴附近。根據(jù)天氣狀況和克氏原螯蝦攝食情況調(diào)整投喂頻率和投喂量并做記錄，投入飼料量累計為525 kg·hm?2，所有克氏原螯蝦于水稻收割后捕撈。

1.3 樣品的采集與測定方法

1.3.1 水稻植株樣品的采集與測定

在水稻生長的苗期和成熟期，每小區(qū)隨機選取5穴代表性水稻植株，采樣點避開田邊，使用鏟子在其四周挖出15 cm×15 cm×10 cm 的土塊，將水稻拔離土壤，連同根系裝入網(wǎng)袋，帶回實驗室處理。經(jīng)自來水和蒸餾水沖洗干凈后，莖、葉、穗、根分別裝入樣品袋，于105 ℃殺青30 min，75 ℃下烘干至恒質(zhì)量，測定其干物質(zhì)量。植株樣品粉碎后，經(jīng)濃硫酸?過氧化氫高溫消化，鉬銻抗比色法測定其全磷含量[8]。

1.3.2 克氏原螯蝦樣品及其飼料的采集與測定

試驗結(jié)束時，捕撈所有克氏原螯蝦，記錄成蝦的質(zhì)量。分別取幼蝦、成蝦和飼料測定含水量和全磷含量，全磷的測定方法同水稻植株樣品。

1.3.3 灌溉水和田面水樣品采集與測定

每次進水和排水時記錄稻田和蝦溝的水位變化，計算進水量和排水量，在稻田進出水口采集灌溉水水樣，測定全磷含量；在水稻生育期每隔一個月采集一次田面水，用50 mL 醫(yī)用注射器在稻田進出水口、小區(qū)內(nèi)以及溝渠等位置采集5 個點的混合水樣，注入250 mL 洗凈消毒的集水瓶，所有水樣采集后立即帶回實驗室分析。水樣全磷含量利用過硫酸鉀氧化?鉬藍比色法測定[9]，溶解磷含量利用0.45 μm 濾膜過濾?鉬銻抗比色法測定[10]。

1.3.4 降雨樣品的采集與測定

在試驗期間利用SDM6 型雨量器收集雨水樣品，取每次降雨的全過程樣（降雨開始至結(jié)束）。采集的樣品混合均勻后移入潔凈干燥的聚乙烯塑料瓶中，冷凍保存?zhèn)溆?。降雨中的全磷含量測定方法同灌溉水樣分析。磷的沉降量為實際收集的降水磷濃度與相應(yīng)降雨量的乘積累加。

1.3.5 水稻和克氏原螯蝦產(chǎn)量的測定

水稻成熟期，在每個小區(qū)調(diào)查30 穴水稻的有效穗數(shù)，計算平均有效穗數(shù)，按照平均有效穗數(shù)選取5穴水稻調(diào)查每穗總粒數(shù)，計算結(jié)實率和千粒質(zhì)量，測定理論產(chǎn)量。成熟期從各小區(qū)收割3 塊1 m2樣方的水稻，脫粒去雜、測定水分、稱量質(zhì)量、折算實際產(chǎn)量。水稻產(chǎn)量的計算包括蝦溝占用面積?？耸显r于水稻收割后全部捕撈、稱量質(zhì)量、記錄產(chǎn)量。

1.3.6 數(shù)據(jù)計算與分析

磷素平衡的計算。OENEMA 等[11]和巨曉棠等[12]根據(jù)養(yǎng)分平衡的系統(tǒng)邊界將養(yǎng)分平衡分為3 類，即農(nóng)場界面（Farm gate）、土壤界面（Soil surface）和土壤系統(tǒng)（Soil system）。本研究選取農(nóng)場界面建立磷素平衡（圖3），以稻蝦共作系統(tǒng)作為一個黑箱，詳細記錄農(nóng)場界面氮素輸入和輸出數(shù)量。磷平衡等于磷輸入（化肥+秧苗+降雨+飼料+灌溉水+幼蝦）減去磷輸出（稻谷+成蝦）。磷平衡為正值，表明水稻和克氏原螯蝦帶出的磷素部分來自環(huán)境，磷平衡為負值，表明輸入的磷素中有剩余部分留在環(huán)境中。

磷素利用率（Phosphorus use efficiencies，PUE）定義為磷素產(chǎn)品輸入與輸出的比率[13?15]，即磷素利用率等于磷輸出（稻谷+成蝦）除以磷輸入（化肥+秧苗+降雨+飼料+灌溉水+幼蝦）。

稻蝦共作系統(tǒng)中克氏原螯蝦蝦殼循環(huán)量的計算：幼蝦至性成熟一般需要經(jīng)過5~6次的蛻殼，蝦殼占蝦體質(zhì)量的平均比值為12.4%[16]，即蝦殼中磷的含量為8.6 g·kg?1，以此計算蝦殼磷循環(huán)量。

采用Microsoft Excel 2019 進行數(shù)據(jù)處理和圖形繪制，采用SPSS 18.0 軟件進行不同處理間各指標的差異性及相關(guān)性的統(tǒng)計分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 水稻產(chǎn)量及構(gòu)成因素

水稻產(chǎn)量的構(gòu)成因素分析表明（表2），RC feed 1、RC feed 0 和RM 3 個處理間水稻有效穗數(shù)、每穗總粒數(shù)、結(jié)實率、千粒質(zhì)量均無顯著差異（P>0.05）；水稻產(chǎn)量在3個處理間差異也不顯著（P>0.05）。

表2 不同處理對水稻產(chǎn)量及構(gòu)成因素的影響Table 2 Effects of different treatments on rice yield and component factors

2.2 水稻磷吸收

由表3 可知，除莖部外，水稻其他部位全磷含量不同處理之間均無顯著差異（P>0.05）；RC feed 0處理莖部全磷含量較RM 和RC feed 1 處理分別提高了35.80%和20.71%，且RC feed 0 和RM 處理之間差異達顯著水平（P<0.05）。RC feed 0 處理的水稻葉部磷吸收量較RM 和RC feed 1 處理分別增加了22.18%和16.68%，且差異達顯著水平（P<0.05）；水稻莖部磷吸收量以RC feed 0 處理最高，且變化規(guī)律與葉部相同?？梢?，稻蝦共作不投食模式能提高水稻莖和葉的磷吸收量，對籽粒和根系的磷吸收量無顯著影響。

表3 稻蝦共作模式和水稻單作模式中水稻植株磷的吸收Table 3 P uptake of rice plant of integrated rice?crayfish system and rice monoculture system

2.3 磷循環(huán)特征及平衡狀況

稻蝦共作和水稻單作模式磷循環(huán)特征及平衡狀況見表4。RM 處理中磷輸入主要是化肥、水稻秧苗、降雨及灌溉水，總輸入量為41.54 kg·hm?2，其中化肥磷占總輸入的94.61%。RM 處理磷輸出主要是水稻籽粒，其磷輸出量為33.89 kg·hm?2；系統(tǒng)循環(huán)的磷主要是水稻秸稈磷和水稻根系磷，其磷循環(huán)量合計為30.48 kg·hm?2，占總輸入量的73.38%。RC feed 1處理磷輸入較RM 處理增加了克氏原螯蝦幼蝦和飼料，幼蝦投放質(zhì)量為200 kg·hm?2，鮮活狀態(tài)下克氏原螯蝦的磷含量為2.21 g·kg?1，計算得幼蝦輸入的磷為0.44 kg·hm?2；飼料的投入量為525 kg·hm?2，正常保存狀態(tài)下磷含量為10.86 g·kg?1，計算得飼料輸入的磷為5.70 kg·hm?2；化肥磷占總輸入的 81.74%，飼料磷占11.86%。RC feed 1處理磷輸出為37.24 kg·hm?2，其中水稻籽粒磷占97.96%；成蝦產(chǎn)量為344 kg·hm?2，磷含量為 2.21 g·kg?1，計算得成蝦輸出的磷為 0.76 kg·hm?2，占總輸出的2.04%；系統(tǒng)循環(huán)的磷為水稻秸稈磷、水稻根系磷和蝦殼磷，其磷循環(huán)量合計為33.91kg·hm?2，占總輸入量的 70.53%。RC feed 0 處理較RC feed 1 處理減少了飼料磷輸入，化肥磷占總輸入的92.73%；磷輸出為36.39 kg·hm?2，其中水稻籽粒磷占98.32%，成蝦產(chǎn)量為274 kg·hm?2，磷含量為2.21 g·kg?1，計算得成蝦輸出的磷為 0.61 kg·hm?2，占總輸出的1.68%；系統(tǒng)循環(huán)的磷為水稻秸稈磷、水稻根系磷和蝦殼磷，其磷循環(huán)量合計為40.84 kg·hm?2，占總輸入量的96.37%。根據(jù)農(nóng)田磷平衡的計算，RM、RC feed 1 和RC feed 0 處理農(nóng)田磷平衡分別為7.65、10.84 kg·hm?2和 5.99 kg·hm?2。這表明 3 種處理農(nóng)田磷素均盈余，RC feed 1 處理磷盈余量最大，RC feed 0處理磷盈余量最小，可見稻蝦共作不投食減少了農(nóng)田磷素盈余，增加了系統(tǒng)磷循環(huán)量。

表4 稻蝦共作模式和水稻單作模式系統(tǒng)磷循環(huán)與平衡狀況（kg·hm?2）Table 4 P cycle and balance of integrated rice?crayfish system and rice monoculture system（kg·hm?2）

2.4 磷素分配和磷素利用率

圖4A 為各處理磷素的分配情況，磷素的輸入量（化肥+秧苗+降雨+飼料+灌溉水+幼蝦）減去磷素輸出量（稻谷+成蝦）得到磷素滯留在環(huán)境中的量。RM、RC feed 1和RC feed 0處理滯留在環(huán)境中的磷素的量分別為7.65 、10.84 kg·hm?2和5.99 kg·hm?2，RC feed 0處理較RM和RC feed 1處理滯留在環(huán)境中的磷素分別減少21.70%和44.74%。圖4B 為不同處理的磷素利用率，RC feed 0 處理磷素利用率顯著高于RC feed 1 處理（P<0.05）。相較于 RM 和 RC feed 1 處理，RC feed 0 處理增加了水稻磷素吸收，減少了磷在環(huán)境中的滯留。

2.5 稻田田面水中的磷

稻田田面水總磷濃度的變化趨勢如圖5A 所示。6 月，RC feed 1 處理稻田田面水總磷濃度最高，其次是 RC feed 0 處理，RM 處理最低（P<0.05）。7、8 月，RC feed 1 處理稻田田面水總磷濃度顯著高于RM 和RC feed 0 處理（P<0.05），RM 和 RC feed 0 處理之間無顯著差異（P>0.05）。9、10 月，各處理稻田田面水總磷濃度無顯著差異（P>0.05）。稻田田面水溶解磷濃度的變化趨勢如圖5B 所示。6 月，RC feed 1 處理稻田田面水溶解磷濃度最高，其次是RC feed 0 處理，RM 處理最低（P<0.05）。7、8、9 月，RC feed 1 處理稻田田面水溶解磷濃度最高，RC feed 0 和RM 處理稻田田面水溶解磷濃度無顯著差異（P>0.05）。因此，在 6—9 月期間，RC feed 1 處理較 RM 和 RC feed 0處理提高了稻田田面水總磷和溶解磷濃度，增加了磷的徑流損失風(fēng)險，延長了風(fēng)險期；而相較于RC feed 1 處理，RC feed 0 處理能夠減小這一風(fēng)險。

2.6 經(jīng)濟效益

由表5可知，RC feed 1和RC feed 0處理投入成本分別為24 844 元·hm?2和19 717元·hm?2，較RM處理分別增加了80.95%和43.61%；增加的部分主要來自改造工程、蝦苗和水稻育秧插秧費用，RC feed 1處理較RC feed 0處理還增加了飼料的投入。RC feed 0和RC feed 1處理凈收入分別為24 579元·hm?2和24 084元·hm?2，較 RM 處理（15 938 元·hm?2）分別增加了 54.22% 和51.11%。3個處理間RC feed 0處理的凈收入最高。

表5 稻蝦共作模式和水稻單作模式的經(jīng)濟效益（元·hm?2）Table 5 Economical costs and benefits of integrated rice?crayfish system and rice monoculture system（yuan·hm?2）

3 討論

3.1 稻蝦共作模式水稻產(chǎn)量和磷素吸收

稻蝦共作處理的養(yǎng)殖溝占了一部分面積，所以實際水稻種植面積要小于水稻單作處理，但稻蝦共作模式下水稻產(chǎn)量并沒有減少。GUO 等[17]對全國14個省市的86 個農(nóng)場進行了實地調(diào)查，結(jié)果表明，稻蝦共作模式水稻產(chǎn)量為8.07 t·hm?2，較水稻單作模式（8.00 t·hm?2）略有增加，但并無顯著差異。曹湊貴等[2]的研究表明，盡管稻蝦共作模式中種植水稻的面積減少（養(yǎng)殖溝面積占8%），但水稻單產(chǎn)并未減少，稻蝦共作模式水稻產(chǎn)量比傳統(tǒng)水稻種植模式增加4.63%~14.01%。本試驗中水稻產(chǎn)量沒有減少，處理間產(chǎn)量差異不顯著，這與前人的研究結(jié)果一致。水稻產(chǎn)量沒有減少可能是因為以下原因：一是投喂飼料中養(yǎng)分未被蝦完全利用，而被水稻吸收。XIE 等[1]的研究表明，在稻魚系統(tǒng)中，魚飼料中有32%的氮被水稻吸收。MIRHAJ 等[18]的研究證明，稻田種養(yǎng)系統(tǒng)中水稻和動物之間的養(yǎng)分可互利互補，稻田中殘留的飼料能夠促進水稻生長；二是克氏原螯蝦在田間的活動影響水稻養(yǎng)分吸收。動物在田間的活動會影響土壤通氣、氧化還原狀態(tài)等理化性狀，從而加快土壤有效養(yǎng)分的釋放[19]。有研究表明，稻蝦共作模式中克氏原螯蝦在田間的蛻殼和排泄物等也能夠增加土壤全氮、全磷、全鉀含量[20]，改善土壤養(yǎng)分狀況，促進水稻對養(yǎng)分的吸收；三是養(yǎng)殖溝邊際效應(yīng)導(dǎo)致的水稻增產(chǎn)效應(yīng)能彌補因種植面積減少而引起的產(chǎn)量減少。吳雪等[21]的研究表明，養(yǎng)殖溝的設(shè)計對維持水稻產(chǎn)量十分重要，如果養(yǎng)殖溝相對較?。ㄍǔＪ切∮?0%），則不會降低水稻產(chǎn)量，甚至還能增加水稻產(chǎn)量。

3.2 稻蝦共作模式稻田磷素平衡

大量研究表明，養(yǎng)分平衡是衡量養(yǎng)分投入、生產(chǎn)力、環(huán)境影響和土壤肥力變化的最有效指標[12]。稻蝦共作模式農(nóng)田磷素平衡反映了磷素在農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)水平的盈余或虧缺。本研究表明，稻蝦共作模式較常規(guī)水稻單作模式減少了農(nóng)田磷素盈余，且不投食處理效果更顯著。稻蝦共作不投食模式主要是在減少磷素輸入（飼料）的同時促進磷素的循環(huán)利用，進而減少了農(nóng)場界面的磷素盈余，保證了農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)磷素的高效可持續(xù)利用。稻蝦共作系統(tǒng)引入了克氏原螯蝦次級生產(chǎn)，從而改變了生態(tài)系統(tǒng)的養(yǎng)分循環(huán)。在RC feed 0 處理中，克氏原螯蝦可以攝食系統(tǒng)中的浮游動物、有機碎屑以及幼嫩植物等，且水稻可以利用克氏原螯蝦的排泄物[22]，利用環(huán)境中滯留的磷素，增加了生態(tài)系統(tǒng)磷素的循環(huán)量（表4）。LIU 等[3]通過養(yǎng)分平衡分析表明，飼料已成為稻蝦共作模式中磷素的重要來源之一。因此，為了節(jié)約資源和保護環(huán)境，采取稻蝦共作的模式并減少飼料的投入可降低磷素在農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)中的不斷累積[3]，進而減少環(huán)境中磷素污染風(fēng)險。

3.3 磷素分配和磷素利用率

從磷素分配（圖4A）可以看出，RC feed 0 處理較RC feed 1 處理減少了磷在環(huán)境中的滯留量，這可能是因為水稻磷素利用率的提高減少了磷素流向環(huán)境，也降低了環(huán)境中磷素污染的風(fēng)險。RC feed 0 處理的磷素利用率顯著高于RC feed 1處理（圖4B）。有研究表明，克氏原螯蝦在稻田靠近環(huán)溝邊緣的活動量顯著高于稻田中間[23]，而不投食處理使得環(huán)溝中的食物減少，由于饑餓脅迫，克氏原螯蝦攝食量、攝食時間、攝食頻次和運動比率會顯著增加[24]，會更加頻繁地進入稻田深處尋找食物，因此對土壤磷素有效性和水稻磷吸收的影響顯著。克氏原螯蝦的挖洞筑穴活動能夠降低土壤容重，增加土壤孔隙度，提高水分滲透率[20，25]；其食物殘渣及排泄物進入土壤，有效補充了土壤養(yǎng)分，提高了土壤全磷和速效磷含量[20]；而且克氏原螯蝦可以減少稻田雜草的發(fā)生和多樣性[26?27]，這些都有利于水稻植株生長和磷素積累。因此，應(yīng)當建立良好的養(yǎng)殖生態(tài)結(jié)構(gòu)，優(yōu)化池塘養(yǎng)殖系統(tǒng)內(nèi)的食物鏈，使磷素養(yǎng)分盡可能多地在這一微環(huán)境內(nèi)轉(zhuǎn)化為生物產(chǎn)量，降低外排量，從而減少對水體環(huán)境的污染。

3.4 稻蝦共作模式水體中磷濃度

稻田田面水磷流失是農(nóng)業(yè)面源污染的主要來源之一，進入水體的總磷是水體富營養(yǎng)化的“源”，可溶性無機磷可被藻類直接吸收利用，對水體富營養(yǎng)化有直接貢獻[28]。本試驗結(jié)果表明，各處理小區(qū)田面水總磷濃度在磷肥施用后均迅速達到最大值，隨后降低，經(jīng)過2 個月后，所有處理田面水總磷濃度趨于穩(wěn)定，田面水溶解磷濃度在各處理之間的規(guī)律與總磷基本相同，這與前人的研究結(jié)果相類似[7，29]。在6—9 月期間，稻田田面水的總磷和溶解磷濃度都呈現(xiàn)出RC feed 1處理高于RC feed 0和RM 處理?；适莻鹘y(tǒng)水稻種植過程中農(nóng)業(yè)面源污染的主要來源，但稻蝦共作系統(tǒng)中除了化肥的施用，還會有克氏原螯蝦飼料以及排泄物投入。LIU 等[3]采用物質(zhì)平衡法研究了湖北省潛江市稻蝦共作模式的養(yǎng)分投入與產(chǎn)出情況，稻蝦共作模式中化肥帶入的氮、磷分別為63.05 kg·hm?2和0.90 kg·hm?2，克氏原螯蝦飼料帶入的氮、磷分別為296.45 kg·hm?2和 67.90 kg·hm?2，這表明飼料投入已經(jīng)成為氮、磷的最大來源，是農(nóng)業(yè)污染不可忽視的新源頭。而且研究證明，在水產(chǎn)養(yǎng)殖過程中，只有約1/3 的飼料營養(yǎng)物質(zhì)被魚類或其他水產(chǎn)養(yǎng)殖動物吸收，2/3 的營養(yǎng)物質(zhì)留在水中[30?31]。此外，克氏原螯蝦的排泄物進入水體會增加氮磷含量，其覓食、挖穴等活動也會對土壤產(chǎn)生擾動，促進氮磷等釋放。佀國涵等[6]的研究表明，克氏原螯蝦的排泄物一年為稻蝦共作系統(tǒng)輸入的氮、磷量分別為14.0 kg·hm?2和1.6 kg·hm?2。由此可見，不投食可在一定程度上降低面源污染的風(fēng)險，是削減稻蝦共作系統(tǒng)對水體環(huán)境負荷的有效措施。因此，有必要規(guī)范稻蝦綜合種養(yǎng)體系，特別是限制克氏原螯蝦飼料投入，減少水體富營養(yǎng)化的風(fēng)險[2?3]。

3.5 稻蝦共作模式經(jīng)濟生態(tài)效益

稻蝦共作模式將水稻種植和水產(chǎn)養(yǎng)殖有機結(jié)合，從而大幅度增加了農(nóng)民收入。本研究表明，在稻蝦共生階段的4個月內(nèi)，RC feed 1和RC feed 0處理純收入較RM 處理分別增加8 146 元·hm?2和 8 641 元·hm?2。RC feed 0處理較RC feed 1處理凈收入增加了495元·hm?2，相差較小。不投食處理較投食處理同樣獲得了可觀的收入，這是因為不投食處理沒有飼料成本，減少了成本投入。雖然飼料可以大幅度提高克氏原螯蝦產(chǎn)量，然而克氏原螯蝦飼料價格昂貴，利用效率低，投喂飼料可能不具有成本效益。BOOCK 等[32]研究了飼養(yǎng)密度和飼料投喂與否對稻蝦共作模式經(jīng)濟效益的影響，結(jié)果表明高養(yǎng)殖密度下投食處理凈收入低于不投食處理，稻蝦共作不投食系統(tǒng)在技術(shù)和經(jīng)濟上是可行的。稻蝦共作模式的主要收入來自于克氏原螯蝦，這也導(dǎo)致蝦的產(chǎn)量是經(jīng)營者關(guān)注的重點，生產(chǎn)過程中常會投入大量的飼料。通常情況下，不投食蝦的產(chǎn)量會顯著減少，這和本研究結(jié)果一致。而有研究表明投食對蝦的產(chǎn)量影響并不顯著[32]，這可能是因為蝦的產(chǎn)量受到稻田生產(chǎn)力、飼養(yǎng)密度和管理措施等多種因素影響。雖然克氏原螯蝦價格居高，但如果盲目追求克氏原螯蝦產(chǎn)量，過度依賴系統(tǒng)外飼料投入，必然導(dǎo)致生態(tài)效益的喪失，從可持續(xù)綠色發(fā)展的角度看，稻蝦綜合種養(yǎng)體系養(yǎng)分的投入必須限定在一定的生產(chǎn)水平范圍內(nèi)才能實現(xiàn)經(jīng)濟效益和生態(tài)效益相統(tǒng)一[2]。

4 結(jié)論

（1）水稻單作、稻蝦共作投食和稻蝦共作不投食3 種模式的水稻產(chǎn)量及構(gòu)成因素?zé)o顯著差異；稻蝦共作不投食模式能提高水稻莖、葉的磷吸收量，對籽粒和根系磷吸收量無顯著影響。

（2）3 種模式下農(nóng)田磷素平衡均表現(xiàn)出盈余，稻蝦共作投食模式磷素盈余量高于水稻單作和稻蝦共作不投食模式，而磷素循環(huán)量則低于稻蝦共作不投食模式；稻蝦共作不投食模式減少了滯留在環(huán)境中的磷素，提高了磷素利用率。

（3）稻田田面水中總磷和溶解磷濃度均表現(xiàn)為稻蝦共作投食處理最高，稻蝦共作不投食處理次之，水稻單作處理最低。

（4）綜合考慮水稻產(chǎn)量效應(yīng)、磷素平衡、磷素環(huán)境風(fēng)險和經(jīng)濟效益，本研究認為稻蝦共作不投食模式是資源節(jié)約、環(huán)境友好、生產(chǎn)高效的綠色生產(chǎn)模式。