池塘原位種植水稻對(duì)尾水生態(tài)修復(fù)的試驗(yàn)研究

朱華興，羅開練，艾紅霞，鄭爾鋒

（1.中山市坦洲鎮(zhèn)農(nóng)業(yè)服務(wù)中心，廣東 中山 528467；2.農(nóng)業(yè)農(nóng)村部華南現(xiàn)代農(nóng)業(yè)智能裝備重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，廣東 廣州 510630；3.廣東弘科農(nóng)業(yè)機(jī)械研究開發(fā)有限公司，廣東 廣州 510630）

0 引言

珠三角九市淡水池塘養(yǎng)殖面積約258.8 萬畝（1 畝=0.066 7 hm2），占廣東省池塘養(yǎng)殖總面積的67.4%，開展?jié)O稻綜合種養(yǎng)生態(tài)養(yǎng)殖模式是《珠三角百萬畝養(yǎng)殖池塘升級(jí)改造綠色發(fā)展三年行動(dòng)方案》的重點(diǎn)任務(wù)，在珠三角開展魚塘原位種植水稻試點(diǎn)，尋找養(yǎng)殖池塘尾水治理的新思路、新辦法。

魚塘種稻是指利用水產(chǎn)養(yǎng)殖的池塘種植水稻的種養(yǎng)結(jié)合模式。水產(chǎn)動(dòng)物在養(yǎng)殖過程中，人為投入的飼料和藥品，最終以糞便、殘餌的形式殘留在池塘水體中，經(jīng)溶解后以氮、磷等多種形態(tài)存在于水體中，引起水體的富營養(yǎng)化。水稻生長通過根系吸收水體中的氮、磷等水體富營養(yǎng)元素，并以此作為自身生長營養(yǎng)元素，從而對(duì)魚塘水體進(jìn)行修復(fù)。

目前，利用浮板種植植物的水體修復(fù)研究工作比較多，主要集中在長江口周邊水域[1]，河流[2]，湖泊[3]，景觀水體[4]，人工模擬的富營養(yǎng)化水體中開展植物篩選[5]、浮床組合與制備[6-7]等，以及對(duì)養(yǎng)殖廢水[8]、生活污水[9]等的研究，珠三角地區(qū)較少。利用水稻修復(fù)水體研究中，洪瑜等[10]對(duì)比研究了美人蕉、千屈菜、黃菖蒲、空心菜、水稻5 種浮床種植的植物對(duì)稻田退水中氮、磷的去除效果，王曉東等[11]在斑點(diǎn)叉尾鮰池塘水面成功種植水稻。

1 試驗(yàn)?zāi)康?/h2>

通過對(duì)優(yōu)質(zhì)水產(chǎn)養(yǎng)殖品種與水稻品種的篩選，開展池塘原位種植水稻修復(fù)尾水關(guān)鍵技術(shù)研究，分析水稻對(duì)水產(chǎn)養(yǎng)殖尾水凈化修復(fù)的效果。

2 材料與方法

2.1 試驗(yàn)材料

種植材料：南晶香粘水稻504 000 株、黑色EVA浮板（3 000 mm×1 500 mm×15 mm）1 500 塊，種植杯126 000 個(gè)，繩索、PVC 管等。

養(yǎng)殖材料：泥鰍池塘3 口，泥鰍放養(yǎng)均重約0.25 g/ 尾，每池放養(yǎng)2 000 萬尾；暗紋東方鲀池塘3口，暗紋東方鲀約200 g/尾，放養(yǎng)密度3 000 尾/畝；養(yǎng)魚飼料和藥品等。

2.2 試驗(yàn)方法

本試驗(yàn)分別在廣順?biāo)a(chǎn)養(yǎng)殖場(chǎng)（試驗(yàn)1）和?；菟a(chǎn)養(yǎng)殖有限公司（試驗(yàn)2）選擇泥鰍池塘和暗紋東方鲀池塘設(shè)置平行試驗(yàn)組，每組3 口池塘，分別采集水稻生長對(duì)各組水體中懸浮物、總氮、總磷和化學(xué)需氧量等污染物數(shù)據(jù)，研究水體治理修復(fù)效果。

2.2.1 試驗(yàn)塘

試驗(yàn)1：在中山市坦洲鎮(zhèn)廣順?biāo)a(chǎn)養(yǎng)殖場(chǎng)的2 口泥鰍池塘（各17.5 畝）用浮板種植水稻（各種植2.5畝），每杯/穴種植3～5 株，每畝種植12 600 穴，供試水稻品種為南晶香粘，種養(yǎng)周期4 個(gè)月。不種植水稻的泥鰍池塘（15 畝）為對(duì)照。

試驗(yàn)2：在中山市?；菟a(chǎn)養(yǎng)殖有限公司2 口12 畝和16 畝的池塘分別養(yǎng)殖暗紋東方鲀，用浮板種植水稻分別種植2 畝和3 畝，每杯/穴種植3～5 株，每畝種植12 600 穴，供試水稻品種為南晶香粘，種養(yǎng)周期4 個(gè)月。不種植水稻的暗紋東方鲀池塘（12畝）為對(duì)照。試驗(yàn)塘基本信息如表1 所示。

表1 試驗(yàn)塘基本信息

2.2.2 試驗(yàn)浮板的構(gòu)建

每張浮板面積為4.5 m2，開孔84 個(gè)（穴），穴內(nèi)放置種植杯。浮床框架由 PVC 管和繩索制作而成，兩浮板長邊相拼接，中間放1 條PVC 管并經(jīng)尼龍包裝繩扎綁；繩索沿著浮板短邊拉平拉直拉緊，以浮板不變形為準(zhǔn)，并與PVC 管堵頭拴緊，以防脫繩，在繩索兩端通過鍍鋅管作為固定浮床框架的錨。浮板拼裝如圖1 所示。

圖1 浮板拼裝圖

生態(tài)浮床種稻對(duì)富營養(yǎng)化水體的修復(fù)受水稻生長階段、供試驗(yàn)水體中氮磷濃度、浮床覆蓋率、浮床基質(zhì)等因素的影響[12]。根據(jù)廣東省某地的試驗(yàn)數(shù)據(jù)，魚塘種稻覆蓋率以魚塘水面的30%～50%為宜，晚造因氣溫較高，以30%為宜。本次浮床總面積約占池塘面積的15%（為上述某試驗(yàn)覆蓋率的一半），即廣順兩口池塘覆蓋率為14.28%。?；蒺B(yǎng)殖場(chǎng)兩口池塘覆蓋率為16.67%。實(shí)踐證明，本地魚塘種稻覆蓋率，還要根據(jù)魚塘投喂量、釋放到水中的量以及水稻品種、吸收量等研究確定；浮板安裝位置還應(yīng)根據(jù)池塘長寬、水流方向、風(fēng)向、投喂點(diǎn)、進(jìn)排水口等因素設(shè)置，浮板在池塘的安裝位置如圖2 所示。

圖2 浮板在池塘的安裝位置

2.2.3 日常管理及病蟲害防治

本次試驗(yàn)期間，保持水產(chǎn)養(yǎng)殖日常操作，為了保證池塘水質(zhì)一致，對(duì)照塘尾水按試驗(yàn)塘的做法排水。試驗(yàn)期間，6 口魚塘均未對(duì)外排放尾水；未對(duì)水稻施用化肥、農(nóng)藥；選用試驗(yàn)塘的底泥作為栽培基質(zhì)，基質(zhì)量與水面相平。

本次試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，泥鰍和暗紋東方鲀都成活率高，沒有出現(xiàn)死亡現(xiàn)象。泥鰍池塘的水稻根系一直保持茂盛，9 月20 日發(fā)現(xiàn)暗紋東方鲀塘的水稻底部均無根，原因是被魚類啃食，由此推測(cè)暗紋東方鲀作為雜食性魚類不適宜作為魚塘種稻的養(yǎng)殖品種。王曉東等[11]報(bào)道，對(duì)于養(yǎng)殖鋰、草魚等雜食性魚類的池塘，底部要設(shè)置隔離網(wǎng)，防止魚類啃食根部。

2.3 水質(zhì)采集與檢測(cè)

委托第三方專業(yè)資質(zhì)機(jī)構(gòu)赴現(xiàn)場(chǎng)采樣并進(jìn)行試驗(yàn)水質(zhì)檢測(cè)工作。

水質(zhì)檢測(cè)頻率：每月1 次，采集時(shí)間為2022 年9 月9 日和2022 年10 月12 日，每次水樣取自魚塘排水口，為瞬時(shí)采樣。

檢測(cè)指標(biāo)：pH、化學(xué)需氧量、總磷、總氮、懸浮物、銅、鋅。

檢測(cè)方法和方法檢出限如表2 所示。

表2 檢測(cè)方法及方法檢出限

2.4 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)方法

采用EXCEL 進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和統(tǒng)計(jì)分析，平均值采用2 次檢測(cè)值的算術(shù)平均，去除率計(jì)算公式如下式所示。

式中：

R——去除率，%；

S——供試池塘兩次水體檢測(cè)的污染物平均濃度，mg/L；

S0——對(duì)照組水體中的各污染物平均濃度，mg/L。

3 成本核算

通過對(duì)兩組試驗(yàn)的成本統(tǒng)計(jì)，發(fā)現(xiàn)魚塘種植水稻的總成本較高，各組成本如下。

試驗(yàn)1：養(yǎng)殖成本包括泥鰍苗種7.6 萬元，肥料0.5 萬元，藥物0.6 萬元，人工0.85 萬元，水電費(fèi)1.05 萬元，水稻的投入約0.29 萬元，浮板（含種植杯）、魚塘種稻涉及的人工、器械、技術(shù)服務(wù)費(fèi)等成本資金為9.36 萬元，項(xiàng)目總投資20.25 萬元。

試驗(yàn)2：養(yǎng)殖成本包括暗紋東方鲀苗種72 萬元、藥物0.25 萬元、人工0.18 萬元、水電費(fèi)0.18 萬元、水稻的投入約0.29 萬元，浮板（含種植杯）、魚塘種稻涉及的人工、器械、技術(shù)服務(wù)費(fèi)等投入為9.36 萬元，項(xiàng)目共投資82.26 萬元。

分析發(fā)現(xiàn)，兩組供試驗(yàn)魚塘在水產(chǎn)養(yǎng)殖環(huán)節(jié)單位投入和產(chǎn)出與CK 塘相差不大，供試驗(yàn)魚塘增加了水稻種植環(huán)境的費(fèi)用，如按一次性投入計(jì)，增加水稻種植的費(fèi)用為1.93 萬元/畝；考慮到生產(chǎn)實(shí)際，浮板使用壽命可達(dá)5 年，水稻種植成本約為0.25 萬元/畝。胡景濤[13]報(bào)道魚塘種稻每畝水稻產(chǎn)量為500 kg,凈收益為2 470 元。本次試驗(yàn)結(jié)果尚未能驗(yàn)證該經(jīng)濟(jì)效益。

4 結(jié)果及分析

4.1 水質(zhì)檢測(cè)結(jié)果

水質(zhì)檢測(cè)結(jié)果如表3 所示。

表3 水質(zhì)檢測(cè)結(jié)果

檢測(cè)結(jié)果表明：COD 和總氮2 個(gè)污染物指標(biāo)出現(xiàn)超出SC/T 9101—2007《淡水池塘養(yǎng)殖水排放要求》的二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)；對(duì)照組的懸浮物接近或超出SC/T 9101—2007《淡水池塘養(yǎng)殖水排放要求》的二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，試驗(yàn)組均未超標(biāo)；總磷均符合SC/T 9101—2007《淡水池塘養(yǎng)殖水排放要求》的二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，去除率相對(duì)較低；銅和鋅去除率不明顯。

4.2 結(jié)果分析

4.2.1 水稻對(duì)池水中pH值的影響

與對(duì)照組比較，水稻的生長可稍微降低池水中pH 值，池塘水中的pH 值保持在7.7～8.3 之間，符合SC/T 9101—2007 的二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)。一般情況下，魚類生長要求水質(zhì)偏堿，但水稻最適宜生長的環(huán)境pH 值是6～7，兩者之間存在矛盾。水稻生長過程中，水稻根系及其附著微生物的呼吸作用下產(chǎn)生CO2，使水體pH 值下降。周亞科等[14]報(bào)道，水稻與土壤pH 存在交互效應(yīng)，低于5.0 或高于7.0 會(huì)顯著影響水稻的單株產(chǎn)量。

4.2.2 水稻生長對(duì)池中化學(xué)需氧量的凈化效果

試驗(yàn)期間，池塘水中的化學(xué)需氧量保持在較高水平，?；蒺B(yǎng)殖場(chǎng)的3 口池塘中COD 的2 次檢測(cè)全部超標(biāo)，廣順養(yǎng)殖場(chǎng)試驗(yàn)塘第1 次檢測(cè)超標(biāo)，第2 次降低且未超標(biāo)，共同點(diǎn)是對(duì)照組均超限值2 倍以上，水稻生長對(duì)水中COD 去除率在35.00%～60.00%之間。?；蒺B(yǎng)殖場(chǎng)試驗(yàn)塘水稻前期長勢(shì)良好，后期水稻根系被暗紋東方鲀啃食，化學(xué)需氧量反彈，去除率由60%降為35%。泥鰍池塘的COD 隨著水稻長勢(shì)，COD 值下降，去除率比較穩(wěn)定，保持在42.20%～44.95%，平均值43.58%。因此，水稻生長對(duì)COD 去除效果顯著，結(jié)果證明，水稻根系茂盛與否與COD 去除效果有必然的關(guān)系。

4.2.3 水稻生長對(duì)池中總磷和總氮的吸附作用

試驗(yàn)結(jié)果表明，池塘水中的總磷未超過SC/T 9101—2007 的二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，試驗(yàn)塘的總磷去除率達(dá)到25.37%～50.49%。試驗(yàn)池塘水中的總磷含量比對(duì)照組的濃度低，由此推測(cè)水稻生長所需吸收的磷與水產(chǎn)養(yǎng)殖投入品釋放的磷達(dá)到一個(gè)相對(duì)平衡的狀態(tài)，或者是水稻吸收水中的總磷存在一個(gè)臨界值。這與孫志萍[12]的報(bào)道去除率的變化可能與水體氮磷含量比及水稻生長階段對(duì)養(yǎng)分的吸收能力有關(guān)的結(jié)論基本相符。池塘水中的總氮在暗紋東方鲀魚池和2 個(gè)對(duì)照池中發(fā)現(xiàn)超過SC/T 9101—2007 的二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，試驗(yàn)塘的總氮去除率達(dá)到24.64%～57.26%。本次試驗(yàn)檢測(cè)的總氮含量、總磷含量與李鳳博等[15]在養(yǎng)殖池塘原位種植池塘專用水稻測(cè)出水稻收獲時(shí)的結(jié)果基本一致。據(jù)報(bào)道，水稻在湖泊水體修復(fù)中，總氮和總磷含量分別降低61.9%、80.0%[12]，水稻在不同的水體修復(fù)中對(duì)總氮和總磷去除效果也顯著。

4.2.4 水稻生長對(duì)魚塘懸浮物的影響

檢測(cè)結(jié)果表明，種植水稻的池水懸浮物都未超過SC/T 9101—2007 的二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，而2 個(gè)對(duì)照組的懸浮物值接近或超過限值，因此，水稻生長對(duì)池塘水中的懸浮物具有很好的吸附沉降效果。池塘中懸浮物主要來自池塘水中的魚糞、飼料粉末等顆粒狀物質(zhì)，在增氧機(jī)和風(fēng)的攪動(dòng)下，隨水流漂浮。在池塘設(shè)置了浮板和種植水稻后，池塘水體交換能力下降，懸浮物在低流速下沉降速度加快，另外，水稻生長產(chǎn)生的根系以及根系附著的微生物也對(duì)水中漂浮的懸浮物顆粒進(jìn)行攔截、過濾和吞食，故種植水稻的池塘懸浮物濃度下降，池水透明度增加。

4.2.5 水稻生長對(duì)銅和鋅的吸收效果

據(jù)有關(guān)報(bào)道，淡水養(yǎng)殖尾水中重金屬含量低，可以用來灌溉多數(shù)的植物[16]。本試驗(yàn)得到一致結(jié)論，池塘水中銅和鋅的含量低。試驗(yàn)塘和對(duì)照塘對(duì)銅吸附作用不顯著，可能與池水中銅的含量低有關(guān)。鋅是水稻生長所需要的養(yǎng)分，9 月9 日檢測(cè)兩口對(duì)照組的鋅的值分別為0.071、0.004 9 mg/L，其他試驗(yàn)塘的含量低于0.002 1 mg/L；胡艷[17]報(bào)道，水稻缺鋅一般在中、后期發(fā)生，主要癥狀為老葉發(fā)脆，稻叢矮化，根系生長停滯，成熟期延遲，使產(chǎn)量大幅度下降。10 月12日再次檢測(cè)，各池的鋅值全降低為0.002 1 mg/L，對(duì)照組的鋅下降，表明鋅也是魚類生長所需要的養(yǎng)分。

5 結(jié)語

1）魚塘原位種稻對(duì)池塘尾水生態(tài)修復(fù)起著顯著的作用。種養(yǎng)結(jié)合的生態(tài)修復(fù)方法是解決養(yǎng)殖水體富營養(yǎng)化的有效舉措[18-19]，水稻生長形成的根、莖、葉和稻穗等物質(zhì)都是從水中吸收的有機(jī)廢棄物轉(zhuǎn)化而成的，池水中的有機(jī)廢棄物被吸收使水體中有機(jī)物質(zhì)濃度下降甚至達(dá)標(biāo)。在池塘尾水治理中，如原位處理、一池一生態(tài)池或三池兩壩模式，水稻作為浮島植物或挺水植物種植是較好的選擇；不足之處是水稻是季節(jié)性植物，生長周期短，冬季水產(chǎn)養(yǎng)殖尾水負(fù)荷高時(shí)，水稻卻進(jìn)入收割枯萎期。建議池塘尾水治理生態(tài)模式中采用水稻與多種植物搭配種植，使尾水系統(tǒng)中各季節(jié)均有植物茂盛生長，保證池塘尾水系統(tǒng)始終能持續(xù)發(fā)揮較好的處理效果。

2）試驗(yàn)期間，泥鰍和暗紋東方鲀生長表現(xiàn)良好，沒有出現(xiàn)死亡現(xiàn)象，水稻生長對(duì)泥鰍和暗紋東方鲀生長和產(chǎn)量均無不利影響。泥鰍對(duì)水稻生長無不利影響，暗紋東方鲀存在啃食水稻根系的行為，不建議直接在該魚池上種植浮板水稻。

本次試驗(yàn)水稻欠收，主要原因是水稻種植前期耽誤農(nóng)時(shí)，后期未施肥、未打藥。建議魚塘種稻應(yīng)注意選擇不啃食稻根的魚種和抗病力好的水稻，不誤農(nóng)時(shí)的同時(shí)要加強(qiáng)有害生物防控。發(fā)展魚塘種稻，不能單方面計(jì)較水稻種植的經(jīng)濟(jì)效益，可以通過減少漁藥，利用廢棄資源，節(jié)約用水，實(shí)現(xiàn)水產(chǎn)品節(jié)本增收以彌補(bǔ)水稻的損失。此外，通過修復(fù)魚塘水體，水體變清，養(yǎng)殖尾水從源頭得到綜合資源化利用也具有顯著生態(tài)效益。