微生物菌劑調(diào)節(jié)春季小龍蝦養(yǎng)殖期稻田水質(zhì)的田間試驗

張丁月，楊亞珍，方明棵，朱建強

（1.長江大學(xué)農(nóng)學(xué)院，湖北 荊州 434025；2.江蘇沿海地區(qū)農(nóng)業(yè)科學(xué)研究所，江蘇 鹽城 224002；3.長江大學(xué)生命科學(xué)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(yǎng)已成為我國長江中下游地區(qū)典型的種養(yǎng)模式之一。截至2019 年底，全國稻田養(yǎng)殖小龍蝦產(chǎn)量為177.25×104t，養(yǎng)殖面積110.54×104hm2，分別占小龍蝦養(yǎng)殖總產(chǎn)量和總面積的84.84%和85.96%，占全國稻漁綜合種養(yǎng)總產(chǎn)量和總面積的60.46%和47.71%[1]。與傳統(tǒng)的水稻單作模式相比，該模式提高了水稻作物的質(zhì)量和數(shù)量，也收獲了動物蛋白[2]，提高了經(jīng)濟效益[3]。隨著稻蝦養(yǎng)殖面積的不斷擴大，盲目追求高產(chǎn)多收的養(yǎng)殖措施加劇了養(yǎng)殖水環(huán)境惡化。養(yǎng)殖過程殘留的餌料、水生生物糞便和尸體腐爛分解，產(chǎn)生氨氮、亞硝態(tài)氮、硫化氫等嚴重惡化稻田養(yǎng)殖環(huán)境，造成小龍蝦嚴重損失。另外，稻田高密度養(yǎng)殖打破了原有的生態(tài)平衡，容易引發(fā)小龍蝦在養(yǎng)殖中后期生理機能失調(diào)、生長慢、抵抗功能下降，逐漸感染疾病，甚至死亡，影響其產(chǎn)量和質(zhì)量。因此，在養(yǎng)殖過程中實時監(jiān)測養(yǎng)殖水質(zhì)十分必要，當(dāng)水質(zhì)出現(xiàn)狀況時，采取一定措施，調(diào)節(jié)養(yǎng)殖水體中的氨氮和亞硝態(tài)氮，改善養(yǎng)殖生態(tài)環(huán)境，對稻田小龍蝦健康養(yǎng)殖具有重要意義。當(dāng)前調(diào)控養(yǎng)殖水體水質(zhì)的方法主要有物理、化學(xué)以及生物三種措施[4]。物理措施是根據(jù)氨氮的基本物理性質(zhì)進行簡單地降低。現(xiàn)階段，農(nóng)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(nóng)戶的廣泛認可。但這種方法的明顯弊端是大量地換水導(dǎo)致電力資源、水資源浪費嚴重，也給外部環(huán)境帶來了巨大壓力?；瘜W(xué)措施是在養(yǎng)殖水體中加入一定物質(zhì)，通過其與氨氮反應(yīng)來達到去除氨氮的目的，其具有氨氮去除率高，速度快等優(yōu)勢，但化學(xué)措施一般成本較高，對環(huán)境要求苛刻，試劑用量難以把控，容易對水環(huán)境產(chǎn)生負面影響。生物措施主要是利用微生物制劑改良水質(zhì)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(yǎng)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(zhì)的調(diào)節(jié)作用，以期解決養(yǎng)殖中后期水質(zhì)變差的問題。

1 材料與方法

1.1 試驗地點與種養(yǎng)系統(tǒng)介紹

試驗在湖北省荊州市太湖港管理區(qū)長江大學(xué)農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)科技園湖區(qū)澇漬低產(chǎn)稻田中進行。該地區(qū)為亞熱帶季風(fēng)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(yǎng)。自2019 年開始開展稻田休耕期和稻作期養(yǎng)殖小龍蝦。試驗地有8 個完全相同的種養(yǎng)單元，隨機選取3 個單元安排試驗。每個種養(yǎng)單元種植區(qū)660 m2，養(yǎng)殖溝（環(huán)溝）占地180 m2。每個種養(yǎng)單元分設(shè)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(yǎng)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(wǎng)袋過濾，以防止敵害生物隨水流進入或小龍蝦逃出。小區(qū)周圍用聚乙烯加厚防逃網(wǎng)，網(wǎng)高40 cm。

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

1.2 試驗設(shè)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(zhì)管理也進入了關(guān)鍵期。4—5月水質(zhì)管理對小龍蝦中后期健康生長和取得高產(chǎn)具有重要作用。2019 年4—5 月，進行了有機肥與菌劑配施調(diào)控養(yǎng)殖水質(zhì)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(guī)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(zhì)≥45%、NPK 有效養(yǎng)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(dāng)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(tài)氮。

按文獻[5]的方法檢測養(yǎng)殖水質(zhì)，其中，水體氨氮含量用水楊酸分光光度法、亞硝態(tài)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(diào)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(diào)查，沿每個種養(yǎng)單元長邊投放5 個地籠，短邊投放2 個地籠，即每個種養(yǎng)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(xù)5 日捕撈量之和表示一次投苗后的成蝦產(chǎn)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(shù)量得到單尾鮮重，隨機取20尾測定體長。根據(jù)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(yǎng)殖成本8 元/kg，計算各處理的凈效益（元/hm2）。

1.5 數(shù)據(jù)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(biāo)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(guān)圖表。

2 結(jié)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(yǎng)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(fù)到正常水平（圖2）。不同施肥處理下，溶解氧含量表現(xiàn)為T3＞T2＞T1。各處理組間在投苗前未出現(xiàn)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(zhì)。

圖2 稻-蝦養(yǎng)殖塘中不同微生物菌劑處理下養(yǎng)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(yǎng)殖水體pH 在7.2～7.4 之間（圖3）。

圖3 稻-蝦養(yǎng)殖塘中不同微生物菌劑處理下養(yǎng)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(tài)氮和總氮含量的影響

在小龍蝦養(yǎng)殖期施肥后，養(yǎng)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(xiàn)先降低后升高的趨勢；不同施肥處理下，氨氮含量表現(xiàn)為T1＞T2＞T3，各處理間在投苗前未出現(xiàn)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(xiàn)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(yǎng)殖塘中不同微生物菌劑處理下養(yǎng)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(yǎng)殖期施肥后亞硝態(tài)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(tài)氮水平均呈先升降低后升高的趨勢；不同施肥處理下，在養(yǎng)殖中后期亞硝態(tài)氮含量表現(xiàn)為T1＞T2＞T3。在養(yǎng)殖前期，各處理亞硝態(tài)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(yǎng)殖中后期水中氨氮（圖5）。

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

在小龍蝦養(yǎng)殖期施肥后養(yǎng)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(xiàn)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(yǎng)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(yǎng)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(yǎng)殖面積產(chǎn)量看，均呈現(xiàn)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(yǎng)殖效益）分別增加了32.19%和97.91%。從一次投苗的養(yǎng)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(jié)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(yǎng)殖效益，其中尤以T3 處理的增產(chǎn)增收效果最優(yōu)，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(yǎng)殖水體溶解氧含量的影響

本研究中，在小龍蝦養(yǎng)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(yīng)激反應(yīng)，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(chǎn)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(yīng)用于鹽堿地池塘改良水質(zhì)時發(fā)現(xiàn)，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(yǎng)殖后發(fā)現(xiàn)，水體中氣溶氧量和pH 均有所上升；這與本研究結(jié)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(xiàn)下降，原因在于在養(yǎng)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(nóng)戶在養(yǎng)殖中后期，必要時采用物理增氧與使用菌劑相結(jié)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(tài)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(yǎng)殖水體中氨氮與亞硝態(tài)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(yīng)激反應(yīng)。在養(yǎng)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(chǎn)養(yǎng)殖提供氧氣量和營養(yǎng)上的支持，還能凈化水質(zhì)，保障水產(chǎn)養(yǎng)殖的過程。黃文等[14]利用光合細菌開展錦鯉節(jié)水養(yǎng)殖試驗，結(jié)果表明光合細菌提高了養(yǎng)殖水體的自凈能力，減少了換水量和錦鯉的應(yīng)激反應(yīng)，這與本試驗結(jié)果相符。本研究發(fā)現(xiàn)，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(jié)果相一致。本試驗程中，亞硝態(tài)氮含量呈現(xiàn)先低后高的趨勢，尤其是養(yǎng)殖后期，亞硝態(tài)氮最高，可能是養(yǎng)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(zhì)需要消耗大量氧氣，使得水體亞硝態(tài)氮累積。

3.3 不同微生物菌劑對小龍蝦規(guī)格與產(chǎn)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(zhì)量與體長，原因在于，光合細菌在降低養(yǎng)殖水質(zhì)氨氮與亞硝態(tài)氮濃度、改善水質(zhì)的同時，其本身內(nèi)含豐富的蛋白質(zhì)、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(zhì)[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(fā)現(xiàn)，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(fù)合微生物菌劑不僅可以抑制水生動物體內(nèi)病原菌生長，還能產(chǎn)生豐富的代謝產(chǎn)物，如維生素、類胡蘿卜素和促生長因子等。劉惠玲等[22]發(fā)現(xiàn)，向羅非魚的魚苗養(yǎng)殖環(huán)境中加入光合細菌，改善了養(yǎng)殖水質(zhì)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(fù)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(jié)果相一致。

3.4 結(jié)論

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