不同放養(yǎng)密度稻蝦綜合種養(yǎng)模式的水質評估及經濟效益評價

摘要： 【目的】比較不同放養(yǎng)密度稻蝦綜合種養(yǎng)模式與傳統(tǒng)水稻單作模式的水體環(huán)境質量及經濟效益，探索洞庭湖區(qū)稻蝦種養(yǎng)的科學模式?！痉椒ā坎捎眯^(qū)試驗的方法，共設置3 個處理：放養(yǎng)密度為300 kg·hm?2 的低密度稻蝦處理、放養(yǎng)密度為375 kg·hm?2 的高密度稻蝦處理和水稻單作處理。分別在水稻不同生長時期進行水樣采集和理化性質分析，采用綜合水質指數評價法對3 種模式進行水體質量評價，同時比較不同模式的經濟效益?！窘Y果】溶解性總固體含量、pH、NH4+?N 含量、化學需氧量和溶解氧含量這5 項水體理化指標是田間水質變化的主要影響因素。在成熟期，相較于低密度稻蝦處理蝦溝水體，高密度稻蝦處理蝦溝水體總N 含量顯著提升10.5%（Plt;0.05），總P 含量上升3.6%，化學需氧量顯著提升26.2%（Plt;0.05）。在水稻成熟期，低密度稻蝦處理水體質量指數達到0.72，顯著高于高密度稻蝦處理（Plt;0.05）。成本和收益計算結果顯示，稻蝦綜合種養(yǎng)模式的經濟效益較水稻單作模式提升6～9 倍，且低密度稻蝦處理的經濟效益是高密度稻蝦處理的1.47 倍。【結論】在稻蝦綜合種養(yǎng)模式中選擇合適的蝦養(yǎng)殖密度，可有效降低農業(yè)面源污染、提高稻田經濟效益和環(huán)境效益，具有較好的推廣潛力。以上研究結果為洞庭湖區(qū)農業(yè)面源污染防治措施制定提供了數據支撐。

關鍵詞： 稻蝦綜合種養(yǎng)；放養(yǎng)密度；產量；水質；經濟效益

中圖分類號： S511.32；S966.12；X824 文獻標志碼： A 文章編號： 1001-411X（2024）06-0918-11

水質和糧食安全是全球農業(yè)可持續(xù)發(fā)展的中心問題[1]。中國是世界上最大的稻米生產國，產量約占全球稻米產量的28%[2]。作為一種耗水型作物，水稻種植用水量在許多地區(qū)占農業(yè)用水總量的80% 左右，因此在確保糧食安全的前提下有效防控稻田面源污染至關重要。隨著當前集約化農業(yè)生產模式的廣泛應用，施用大量農藥、化肥的同時疊加不合理的灌溉和排水方式，一方面造成嚴重的農業(yè)面源污染、降低水稻產量；另外，大量污染物通過地表徑流、農田排水、地下滲漏等方式擴散到其他水生生態(tài)系統(tǒng)，導致周邊湖泊、河流等水生生態(tài)系統(tǒng)的水質下降，并引發(fā)水體富營養(yǎng)化、藍藻暴發(fā)等生態(tài)環(huán)境問題[ 3 - 4 ]，引起社會的高度關注。因此，積極探索環(huán)保型水稻種植模式、改善農業(yè)面源污染環(huán)境已成為當前農業(yè)發(fā)展的一個重要方向。

稻漁綜合種養(yǎng)系統(tǒng)是以水稻種植為基礎，在稻田養(yǎng)殖魚、蝦、鴨等水生動物或禽類，在不施用或者少量施用化肥、農藥的同時，生產出高質量水稻和優(yōu)質動物蛋白，是一種有機、可持續(xù)的現代農業(yè)生產模式[5]。稻蝦種養(yǎng)模式是水稻種植與小龍蝦養(yǎng)殖的有機結合，當前已在我國眾多湖區(qū)得到大面積推廣，是稻漁綜合種養(yǎng)系統(tǒng)的典型模式。一方面稻田中的雜草、害蟲等可為小龍蝦提供天然餌料，小龍蝦的糞便也可以成為水稻的肥料；同時，養(yǎng)殖小龍蝦還可通過有效減少稻田中害蟲數量、增加土壤有效含氧量及促進田間水體元素循環(huán)等途徑減少稻田農藥和化肥的使用[6-8]。

近年來，為了提高稻蝦綜合種養(yǎng)模式中小龍蝦的效益，農民過量投放餌料和病害防治藥物，過多的投入品以及由此產生的固液態(tài)廢棄物在養(yǎng)殖季結束時隨尾水集中排放，大大加劇周邊水體富營養(yǎng)化的風險。環(huán)洞庭湖區(qū)是湖南稻蝦綜合種養(yǎng)的重要區(qū)域，主要分布在益陽市、常德市、岳陽市、長沙市望城區(qū)，種養(yǎng)面積已突破5.3 萬hm2[9]。稻蝦養(yǎng)殖尾水大多不經任何處理直接排至洞庭湖，嚴重威脅湖泊水質及生態(tài)環(huán)境；因此，改善稻蝦養(yǎng)殖技術、減少養(yǎng)殖尾水中營養(yǎng)物質的排放對于保障湖區(qū)生態(tài)環(huán)境、推動湖區(qū)稻蝦產業(yè)發(fā)展及面源污染防治均具有重要的理論和現實意義。

為了得出洞庭湖區(qū)稻蝦綜合種養(yǎng)的科學模式，本研究設置了3 種模式：水稻單作模式、水稻?低密度蝦模式和水稻?高密度蝦模式，結合綜合水質指數評價法對3 種模式的水質進行綜合評價，以確定不同模式對水環(huán)境的影響；此外，還對不同模式的經濟效益進行了比較。本研究旨在遴選科學的種養(yǎng)模式，為湖區(qū)農業(yè)面源污染的治理及農業(yè)發(fā)展提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 試驗區(qū)概況

試驗地位于湖南省長沙市望城區(qū)（28°44′N，112°87′E），屬于亞熱帶季風氣候，溫和濕潤，年平均氣溫17 ℃，年降水量約1 370 mm，年日照時數1 610 h，無霜期約274 d。試驗地土壤為沙壤，耕層約20 cm，基本肥力性質見表1。

1.2 試驗設計

本研究采用小區(qū)試驗的方法，將本底值相近的田塊設計成為均勻的9 個試驗小區(qū)，每個試驗小區(qū)面積為667 m2，并設有田埂，用地膜包裹，試驗小區(qū)四周開挖蝦溝，上寬0.5 m，下寬0.3 m，深0.6 m。設置2 種稻蝦綜合種養(yǎng)模式（低密度稻蝦、高密度稻蝦） 和水稻單作模式，每種模式設置3 次重復，9 個試驗小區(qū)完全隨機區(qū)組排列。供試水稻為中熟品種‘農香4 2’。供試蝦為紅螯螯蝦C h e r a xquadricarinatus，蝦苗規(guī)格為120 尾·kg?1，其中低密度稻蝦處理投放2 0 k g （ 2 4 0 0 尾，投放密度為300 kg·hm?2），高密度稻蝦處理投放25 kg（3 000 尾，投放密度為375 kg·hm?2）。試驗紅螯螯蝦放養(yǎng)密度由本研究前期對環(huán)洞庭湖地區(qū)（以常德市、益陽市、岳陽市為主要調研對象） 稻蝦綜合種養(yǎng)實際生產的調研結果確定，調研結果顯示環(huán)洞庭湖區(qū)稻蝦綜合種養(yǎng)的蝦苗放養(yǎng)密度以300、375 kg·hm?2 最具代表性，因此選取300、375 kg·hm?2 作為本研究目標放養(yǎng)密度。

1.3 田間管理

1.3.1 水稻管理

2022 年5 月中旬進行整地、育秧；6 月上旬進行水稻機插秧，栽插的原則是寬行窄株、溝邊密植，10 月中下旬收割。本研究所有處理均于水稻種植前施用基肥，基肥選用三元復合肥（N、P、K 質量比為15∶15∶15）；水稻單作模式施用基肥40 kg，2 種稻蝦綜合種養(yǎng)模式均減少20%（w） 的肥料投入，即施用基肥32 kg。

1.3.2 紅螯螯蝦管理

2022 年7 月初投放紅螯螯蝦蝦苗，10 月中旬收獲成蝦。每日分別在06：00、17：00 投喂，初始投喂量為蝦苗總質量的3%（w），后期根據紅螯螯蝦長勢及餌料臺吃食情況調整投喂量。

1.3.3 水位管理

水稻單作：水稻移栽后至分蘗盛期前，田間保持淹水3～4 cm；水稻分蘗盛期采用淺水曬田，水層1～2 cm；水稻分蘗后期至灌漿期前，田面保持15～20 cm 水位；水稻灌漿期，田間排水，開始曬田。

稻蝦綜合種養(yǎng)模式：水稻移栽后至分蘗盛期前，田間保持淹水3～4 cm；水稻分蘗盛期采用淺水曬田，水層1～2 cm；水稻分蘗后期至成熟期前，田面保持15～30 cm 水位；水稻成熟期至水稻收割，逐漸降低水位至田面以下。整個稻蝦共作期間，僅在水稻成熟期對田間進行排水，蝦溝一直保持淹水狀態(tài)。

1.4 水體樣品采集與測定

2022 年6—10 月，分別在水稻的分蘗期、拔節(jié)期、孕穗期、揚花期、灌漿期和成熟期，從低密度、高密度稻蝦處理的田面和蝦溝以及水稻單作處理的田面采集水樣，帶回實驗室保存于4 ℃ 冰箱，等待后續(xù)檢測。樣品名稱及編號分別為：低密度稻蝦模式田面水體樣品（RCL）、低密度稻蝦模式蝦溝水體樣品（RCL-G）、高密度稻蝦模式田面水體樣品（RCH）、高密度稻蝦模式蝦溝水體樣品（RCH-G）、水稻單作模式田面水體樣品（RM）。由于水稻單作模式在灌漿期即開始曬田，因此在灌漿期水稻單作模式無水體樣品；成熟期3 個處理均需要曬田，僅采集低、高密度稻蝦處理蝦溝水體樣品。使用便攜式水質分析儀（YSI Pro Quatro） 現場測定水體溶解氧含量、溫度、溶解性總固體含量、電導率和pH；采用堿性過硫酸鉀消解?紫外分光光度法測定水體總N 含量；采用納氏試劑分光光度法測定水體銨態(tài)N（NH4+?N） 含量；采用紫外分光光度法測定水體硝態(tài)N（NO3??N） 含量；采用鉬酸銨分光光度法測定水體總P 含量；采用高錳酸鉀法測定水體的化學需氧量。

1.5 數據分析

1.5.1 水體質量評價

綜合水質指數評價法將各種參數指標整合成一個可以反映整體水質情況的常數，減少單獨使用一些指標產生的差異，從而綜合評價水生生態(tài)系統(tǒng)水環(huán)境的整體質量[10-11]。在這一方法中，所有候選的指標都可能是水體質量的最終評價因素，由于部分指標的獲取有一定難度，因此可以選擇具有代表性的指標建立一個最小數據集（Minimal data set，MDS），旨在從所有候選參數中篩選出最具代表性的子集，以盡可能全面地代表所有候選參數。然后，對選擇出來的合適指標進行加權與評分，最終將分數合并為水質指數（Waterquality index，WQI）。

本研究選取9 個水體理化指標進行WQI 評價，選擇評價因子建立MDS。為了克服指標間的信息重疊，采用主成分分析（Principal componentanalysis） 進行分組，將特征值≥1、主成分載荷值絕對值≥0.5 的水體指標分為一組。計算分組指標的范數值，選擇各組中范數值在前10% 的指標。選擇后，分析各組指標間的相關性，如果具有相關性（r≥0.3），確定得分最高的指標進入MDS，如果無相關性（rlt;0.3），所有指標都進入MDS，從而得到最終的MDS。范數值的計算公式見式（1）：

式中：Nik 為水體變量i 在前k 個主成分上的綜合載荷；Ui k 為水體變量i 在第k 個主成分上的載荷；λk 為主成分k 的特征值。

式（2） 和（3） 分別為“越多越好”和“越少越好”曲線的線性評分：

S i =X - L／H - L， （2）

S i = 1-（ X - L／H - L）， （3）

式中：Si 為水體指標的線性得分，0～1；X 為變量值；L 為變量中的最小值；H 為變量中的最大值。

在計算了水體指數的得分和權重后，采用式（4） 計算WQI：

式中：Wi 為主成分分析得到的加權指標；Si 為使用式（2） 或（3） 計算的指數得分；n 為數據集中的指數量。WQI 取值0～1，WQI 越高，說明水體質量越好。

1.5.2 經濟效益評價

水稻產量測定：在水稻成熟期，每小區(qū)按5 點取樣法調查100 穴水稻的有效穗數，計算單穴平均有效穗數；每小區(qū)按平均有效穗數取樣5 穴，測定每穗總粒數、每穗實粒數、結實率和千粒質量；各處理分收分曬，測實際產量[12]。

紅螯螯蝦產量測定：紅螯螯蝦通過蝦的規(guī)格分級記產，計算產值，紅螯螯蝦規(guī)格分為小青、中青、大青、炮頭。小青指體質量lt;20 g，中青指體質量20～lt;30 g，大青指體質量30～lt;45 g，炮頭指體質量≥45 g。

1.5.3 水質數據分析

統(tǒng)計分析均采用SPSS 26.0進行，在Plt;0.05 水平差異顯著；采用雙因素方差分析研究水稻不同生長時期和不同處理對水體理化指標和WQI 的影響；采用多重比較檢驗法（Duncan’s法） 檢驗水稻不同生長時期和不同處理的水體理化指標和WQI 的差異性；采用Pearson 相關分析確定水體理化指標的兩兩相關性；采用線性回歸比較與驗證WQI 的MDS；使用Origin 2021 繪圖軟件制圖。

2 結果與分析

2.1 水體物理指標的變化

不同處理及水稻不同生長時期對水體物理指標的影響如圖1A～1C 所示。整個試驗階段的水體溫度隨水稻生長時期的推移逐漸降低。在水稻分蘗期，低密度稻蝦處理水體的電導率高于高密度稻蝦處理，且電導率和溶解性總固體含量均顯著高于水稻單作；在水稻拔節(jié)期和揚花期，高密度稻蝦處理水體的電導率和溶解性總固體含量高于低密度稻蝦處理，且均顯著高于水稻單作；在水稻孕穗期，高密度稻蝦處理水體的溶解性總固體含量顯著高于低密度稻蝦處理和水稻單作；在水稻灌漿期，高密度稻蝦處理水體的電導率和溶解性總固體含量均顯著高于低密度稻蝦處理。

2.2 水體化學指標的變化

不同處理及水稻不同生長時期對水體化學指標的影響如圖1D～1J 所示。pH 變化如圖1D 所示，3 個處理的水體pH 在6.12～7.92 波動。溶解氧含量變化如圖1E 所示，2 種稻蝦綜合種養(yǎng)處理的水體溶解氧含量在拔節(jié)期最高，在孕穗期最低，且2 種綜合種養(yǎng)模式蝦溝水體的溶解氧含量普遍高于其田面水體；水稻單作田面水體的溶解氧含量隨水稻生育期推移呈先下降后上升的趨勢，且全程低于2 種稻蝦處理蝦溝水體?；瘜W需氧量變化如圖1F 所示，水體化學需氧量在水稻生長周期內無明顯波動。低密度稻蝦處理水體的化學需氧量在水稻分蘗期、孕穗期、揚花期、灌漿期均高于高密度稻蝦處理，在拔節(jié)期和成熟期低于高密度稻蝦處理；在成熟期，相對于低密度稻蝦模式蝦溝水體，高密度稻蝦模式蝦溝水體的化學需氧量顯著上升26.2%。

總N 含量變化如圖1G 所示，所有模式的水體總N 含量隨水稻生長時期推移呈先下降后上升的趨勢。所有模式均在分蘗期最高，在拔節(jié)期最低；在分蘗期和成熟期，高密度稻蝦處理水體總N 含量顯著高于低密度稻蝦處理，其中成熟期蝦溝水體中總N 含量顯著提升10.5%；其余時期低密度稻蝦處理水體總N 含量高于高密度稻蝦處理。

總P 含量變化如圖1H 所示，所有模式水體總P 含量隨水稻生長時期推移呈先下降后上升再下降的趨勢。2 種稻蝦綜合種養(yǎng)處理水體的總P 含量在水稻分蘗期和揚花期均高于水稻單作，而在水稻拔節(jié)期和孕穗期則顯著低于水稻單作；高密度稻蝦處理田面水樣總P 含量在水稻灌漿期顯著高于低密度稻蝦處理水樣，且均顯著高于高密度稻蝦處理蝦溝水樣；在水稻成熟期2 種稻蝦綜合種養(yǎng)處理水體的總P 含量無顯著差異，高密度模式蝦溝水體總P 含量比低密度模式蝦溝水體提升3.6%。

NO3??N 含量變化如圖1I 所示，所有模式水體的NO3??N 含量隨水稻生長時期推移呈先上升后下降再上升的趨勢。2 種稻蝦綜合種養(yǎng)處理水體的NO3??N 含量在水稻分蘗期、孕穗期和揚花期均低于水稻單作，而在水稻拔節(jié)期則高于水稻單作；低密度稻蝦處理水體NO3??N 含量在水稻灌漿期和成熟期高于高密度稻蝦處理。NH4+?N 含量變化如圖1J 所示。水稻單作水體的NH4+?N 含量在水稻揚花期顯著低于2 種稻蝦綜合種養(yǎng)處理，而在水稻拔節(jié)期則高于低密度稻蝦處理，且顯著高于高密度稻蝦處理；高密度稻蝦處理蝦溝水樣的NH4+?N 含量在水稻分蘗期顯著高于水稻單作，且均顯著高于低密度稻蝦處理；高密度稻蝦處理水體的NH4+?N含量在水稻拔節(jié)期和揚花期低于低密度稻蝦處理；高密度稻蝦處理蝦溝水體的NH4+?N 含量在水稻分蘗期、孕穗期和灌漿期顯著高于低密度稻蝦處理；在水稻成熟期，2 種稻蝦處理的NH4+?N 含量無顯著差異。

2.3 基于水質指數的水質總體狀況及主要因子

2.3.1 最小數據集

從測定的10 個指標中選擇合適的變量納入MDS，并進行主成分分析，結果如表2 所示。共得到4 個特征值gt;1 的主成分，占所有變量特征變化的72% 以上。

根據MDS 的構建方法，從主成分Ⅰ～Ⅳ中挑選載荷值絕對值≥0.5，即具有高度加權的變量。在主成分Ⅰ中挑選出的指標為電導率、溶解性總固體含量和總N 含量；在主成分Ⅱ中挑選出的指標為pH、總P 含量和NO3??N 含量；在主成分Ⅲ中挑選出的指標為NH4+?N 含量和化學需氧量；在主成分Ⅳ中挑選出的指標為pH 和溶解氧含量。從這些指標中挑選出范數值在前10% 的7 個指標：電導率、溶解性總固體含量、總N 含量、pH、NH4+?N 含量、化學需氧量和溶解氧含量；再結合圖2 水體各指標間的相關性分析，去除相關性較高的指標（電導率和總N 含量） 后，最終得到5 項MDS 指標：溶解性總固體含量、pH、NH4+?N 含量、化學需氧量和溶解氧含量（表3），即這5 項指標是導致田間水質變化的主要因素。

2.3.2 基于綜合水質指數評價法的水質變化特征

對3 種模式在水稻不同生長時期的水體樣品分別計算WQI，結果如圖3 所示。在前4 個生長時期，所有處理的WQI 均隨水稻生長時期的推移呈下降趨勢。在分蘗期，低密度稻蝦處理蝦溝水體的WQI 最高，其次是水稻單作，低密度稻蝦處理田面水體最低；在拔節(jié)期，高密度稻蝦處理田面水體的WQI 顯著高于低密度稻蝦處理田面水體和水稻單作；在孕穗期，高密度稻蝦處理田面水體的WQI 顯著低于其他處理；在灌漿期，低密度稻蝦處理的WQI 整體高于高密度稻蝦處理，但差異不顯著；在成熟期，低密度稻蝦處理蝦溝水體的WQI 達到0.72，顯著高于高密度稻蝦處理蝦溝水體。

2.4 經濟效益評價

2.4.1 水稻產量與產值

試驗期間水稻的種植時間為2022 年6 月14 日至10 月12 日，低密度稻蝦、高密度稻蝦和水稻單作的水稻產量分別為5.21、4.35 和6.57 t·hm?2，產值分別為18 235、15 225和22 987 元·hm?2；單作的水稻產量與產值較高，2 種稻蝦綜合種養(yǎng)模式中低密度處理的水稻產量與產值較高（表4）。

2.4.2 紅螯螯蝦產量與產值

本研究于2022 年7 月10 日開始投放蝦苗，2022 年10 月9 日起捕，連續(xù)捕撈2 d，養(yǎng)殖周期為91 d。低密度和高密度稻蝦處理的蝦產量分別為923 和752 kg·hm?2，產出投入比分別為1.93 和1.36，存活率分別為79.3% 和51.8%。低密度養(yǎng)殖的紅螯螯蝦產量、產出投入比及存活率較高（表5）。

2 種稻蝦復合模式產量與產值的統(tǒng)計結果如表6 所示，低密度和高密度稻蝦處理的紅螯螯蝦產值分別為90 575 和73 356 元 ·hm?2，大規(guī)格（中青、大青、炮頭） 紅螯螯蝦產量分別占總產量的96.3%和95.8%；低密度養(yǎng)殖的大規(guī)格紅螯螯蝦占比和紅螯螯蝦產值較高。

2.4.3 經濟效益分析

3 種模式的經濟效益分析如表7 所示，除去成本，低密度、高密度稻蝦和水稻單作的收益分別為73 672、49 866 和6 983 元·hm?2，低密度稻蝦共作模式的收益更高。

3 討論與結論

3.1 討論

研究表明，稻蝦綜合種養(yǎng)會對水體環(huán)境產生較大的影響[13-14]。在稻蝦共作期間，稻田水位較淺會使得水體的理化因子更容易受到外界影響而發(fā)生變化，系統(tǒng)研究水體理化因子的動態(tài)變化，能夠更全面地了解共作系統(tǒng)中的環(huán)境特征。本研究中，3 種處理水體的多個指標間存在顯著差異，表明小龍蝦養(yǎng)殖對水體具有顯著影響。溫度是影響小龍蝦生長發(fā)育的重要環(huán)境因子[15]。紅螯螯蝦生長的適宜水溫為24～30 ℃，當溫度超過35 ℃ 時，開始出現死亡[16]。本研究紅螯螯蝦的試驗周期為7—10 月，水體溫度為23.3～34.7 ℃，基本符合蝦的適應溫度。水體pH 是稻田生態(tài)系統(tǒng)中重要的非生物因素，可以通過直接或間接影響其他因素來影響水稻生長[17]。本研究中，隨著水稻生長時期推移，3 個處理的水體pH 均呈現下降趨勢，在低密度和高密度稻蝦處理中有偏向酸性的變化，但在水稻成熟期回歸了弱堿性，這可能與稻田的飼料投放有關[18]。王世會等[19]同樣研究發(fā)現稻漁綜合種養(yǎng)模式會導致水體pH 下降。溶解氧對蝦的生長發(fā)育具有重要促進作用[20]。本研究中，環(huán)溝中水體的溶解氧含量大多顯著高于田面，這可能是由于蝦溝中的氣體交換相較田面更為便利，并且蝦溝水體接收到更多的光照，使得浮游植物釋放更多的氧氣[21]。Bashir 等[22] 同樣發(fā)現在稻漁綜合種養(yǎng)模式中，環(huán)溝水體的溶解氧含量明顯高于田間水體。這種相對較高的溶解氧水平為稻蝦綜合種養(yǎng)模式中蝦類的代謝活動提供了更為適宜的生態(tài)條件，從而對蝦的生長發(fā)育產生積極的影響[23]。

N、P 作為動植物生長所需的必要營養(yǎng)元素，在維持農業(yè)生態(tài)系統(tǒng)健康和促進作物生長中發(fā)揮著至關重要的作用[24]。然而，當過度投入N、P 時不僅會導致水體中N、P 元素過量積聚及水質惡化，還可能造成水產品死亡[25]。本試驗中，總N、NO3??N含量均隨水稻生長時期推移先下降后上升，這可能是因為水稻前期生長發(fā)育旺盛對N 的吸收量較大，后期隨著小龍蝦的生長，投餌量逐漸增加，從而導致水體中N 素累積，這與已往研究結果一致[14， 26]。水體總P 含量隨水稻生長時期先下降后上升再下降，稻蝦處理水體總P 的最大累積出現在水稻的灌漿期，且高密度稻蝦處理顯著高于低密度稻蝦處理，這可能是因為此時臨近小龍蝦的收獲期，開始加大飼料投喂，而高密度稻蝦處理的飼料投喂量高于低密度稻蝦處理，飼料在水體中有盈余，因此導致P 素在水體中累積?；瘜W需氧量是衡量水體中有機物質含量的指標，化學需氧量越大，說明水體受有機物污染越嚴重[27]。本研究中，3 種處理的化學需氧量隨水稻生長時期推移無大的波動，但在成熟期高密度稻蝦處理的化學需氧量顯著高于低密度稻蝦處理，可能是因為此時接近龍蝦養(yǎng)殖尾聲，加大了飼料投放量，而高密度稻蝦處理的龍蝦存活率較低密度稻蝦低，投入的飼料有盈余，導致高密度稻蝦處理的化學需氧量升高。Li 等[28] 的研究也表明在稻蝦綜合種養(yǎng)系統(tǒng)中增加投餌量會導致水體化學需氧量顯著上升。

水質評價是通過水體理化指標定量描述水體質量[29]，得到水體污染程度，為科學管理水體和防治水體污染提供理論依據[30]。本研究使用的綜合水質指數分析法廣泛應用于各種水體的質量評價[31-32]；但是目前以分析河流和湖泊等自然生態(tài)系統(tǒng)為主，分析農業(yè)養(yǎng)殖水體質量的研究較少。隨著養(yǎng)殖業(yè)的迅速發(fā)展，對水質的要求日益提高，近年來，WQI 開始用于養(yǎng)殖水體的綜合水質評價[33]。本研究通過構建3 種模式WQI 的MDS，并進行比較與驗證，發(fā)現溶解性總固體含量、pH、NH4+?N 含量、化學需氧量和溶解氧含量這5 項指標是導致田間水質變化的主要因素。2 種稻蝦模式蝦溝內的水質在大多時期優(yōu)于田面，這可能是由于蝦的大部分活動在蝦溝中，蝦的活動會增加水體的溶解氧含量，水體中殘余的養(yǎng)分也會被蝦利用吸收。在水稻揚花期和灌漿期，整體上各處理間的WQI 差異不大，而在水稻成熟期，低密度稻蝦處理蝦溝水體的WQI 顯著高于高密度稻蝦處理蝦溝水體，這可能是由于高密度模式的蝦死亡率較高，投放的餌料有剩余，從而引起水質惡化。梁宇輝[34] 研究得出相較于小龍蝦池塘精養(yǎng)模式和水稻單作模式，稻蝦種養(yǎng)模式能夠有效降低水質污染風險、提高生態(tài)效益；與本研究結果相似。水稻單作模式中，在水稻灌漿期前，為了便于水稻曬田需要進行排水處理；稻蝦模式中，在水稻成熟期，為了便于水稻的收割和蝦的捕撈需要進行排水處理。在本研究中，2 種稻蝦模式水質整體優(yōu)于水稻單作模式，且低密度稻蝦處理水質為3 種模式中最優(yōu)。相較水稻單作模式，稻蝦模式生態(tài)效益更好，降低養(yǎng)殖密度，給外環(huán)境帶來的生態(tài)風險會更低。

稻漁綜合種養(yǎng)從環(huán)境友好、高效增產、農民增收等方面推動了綠色農業(yè)的高效發(fā)展[35]。本研究以不同密度稻蝦種養(yǎng)和水稻單作為研究主體，探討了水稻產量與產值、紅螯螯蝦產量與產值、種養(yǎng)階段經濟效益的變化情況。研究結果表明，相較水稻單作，2 種稻蝦模式的水稻產量與產值有所下降，其中高密度模式下降更多。低密度稻蝦處理的紅螯螯蝦產量、產出投入比、存活率均高于高密度稻蝦，這可能是由于高密度處理的蝦投入量過大，壓縮了生長活動空間，加強了種內競爭，使蝦存活率降低，最終導致紅螯螯蝦產量降低[36]。低密度稻蝦處理的紅螯螯蝦產值高于高密度稻蝦處理，這可能是由于低密度稻蝦處理的蝦產量較高，且炮頭蝦產量的占比較高。研究結果說明低密度稻蝦處理的蝦投放密度較合理，給蝦提供足夠的生長空間。王晨等[37] 研究發(fā)現，水稻單作模式的生產成本顯著低于稻魚綜合種養(yǎng)模式，但稻魚綜合種養(yǎng)模式的經濟效益顯著高于水稻單作模式；本研究結果也得到了類似的結論。通過對3 種模式的經濟效益進行對比，發(fā)現2 種稻蝦模式的收益顯著高于水稻單作，提升6～9 倍。這可能是因為在不需要過多增加成本的情況下，收獲了額外的產品紅螯螯蝦，大大增加了收入。在2 種稻蝦處理中，低密度稻蝦處理的經濟效益是高密度稻蝦的1.47 倍，這主要是由于低密度稻蝦處理中蝦的產出投入比和存活率較高，導致其紅螯螯蝦產值顯著高于高密度稻蝦。因此，在稻蝦綜合種養(yǎng)模式中，選擇合適的放養(yǎng)密度，有助于充分利用水體中的養(yǎng)分，防止過度競爭和資源浪費，以實現最佳的經濟效益和環(huán)境效益。

3.2 結論

1） 多個水體理化指標在不同處理和水稻不同生長時期間呈現顯著差異。WQI 和MDS 分析表明：溶解性總固體含量、pH、NH4+?N 含量、化學需氧量和溶解氧含量這5 項水體理化指標是導致田間水質變化的主要因素。

2） 在水稻成熟期，低密度稻蝦綜合種養(yǎng)模式的WQI 顯著高于高密度稻蝦綜合種養(yǎng)模式，且具有較高的經濟效益；因此在稻蝦綜合種養(yǎng)模式中需選擇合適的蝦養(yǎng)殖密度，這對于提高稻田環(huán)境效益和經濟效益均具有一定的意義。

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【責任編輯 李慶玲】

基金項目：國家重點研發(fā)計劃（2021YFD1700804）；湖南省水利廳項目（XSKJ2022068-32）；湖南省重點研發(fā)計劃（2021NK2059）；國家自然科學基金（42377319）；湖南省自然科學基金（2023JJ30308）；長沙市自然科學基金（kq2208078）；湖南省水產產業(yè)技術體系項目（HARS-07）