貴州喀斯特山區(qū)稻蝦共作模式對(duì)稻田水質(zhì)晝夜變化的初步研究

肖家程 譚慶東 梁正其 秦國(guó)兵 熊達(dá)

(1 銅仁學(xué)院 農(nóng)林工程與規(guī)劃學(xué)院，貴州銅仁 554300； 2 銅仁市碧江區(qū)農(nóng)業(yè)農(nóng)村局，貴州銅仁 554300； 3 松桃陽(yáng)楚生態(tài)農(nóng)業(yè)發(fā)展有限公司，貴州松桃 554100)

小龍蝦(Procambarusclarkii)又稱淡水小龍蝦，學(xué)名克氏原螯蝦、紅螯蝦，具有運(yùn)輸方便、營(yíng)養(yǎng)豐富、風(fēng)味獨(dú)特等特點(diǎn)，近年來(lái)在我國(guó)已經(jīng)成為重要的水產(chǎn)經(jīng)濟(jì)養(yǎng)殖品種。

貴州屬于喀斯特山區(qū)，多為梯田和小塊稻田，不連片或連片較少。近年來(lái)，為實(shí)現(xiàn)“零網(wǎng)箱、生態(tài)魚”，發(fā)展綠色農(nóng)業(yè)和綠色水產(chǎn)品，貴州積極探索發(fā)展“貴水黔魚”，在稻漁綜合種養(yǎng)方面取得了顯著成效，逐步構(gòu)建了貴州山區(qū)“以漁促稻、提質(zhì)增效、生態(tài)環(huán)保、保漁增收”的稻田綜合種養(yǎng)技術(shù)模式?！胺N稻養(yǎng)蝦”是稻漁綜合種養(yǎng)在貴州山區(qū)發(fā)展生態(tài)漁業(yè)的1種重要模式。稻田養(yǎng)蝦不僅可以截留田間能量，減少害蟲、雜草對(duì)環(huán)境的污染，還可大幅度減少化學(xué)肥料的投入，還能通過(guò)水稻蓄水養(yǎng)殖，調(diào)節(jié)稻田生態(tài)系統(tǒng)微環(huán)境，控制部分有害生物的發(fā)生，促進(jìn)稻田物質(zhì)和能量的多級(jí)利用[1]，增加稻田產(chǎn)量，提高稻米品質(zhì)，有效提高農(nóng)田資源利用率和產(chǎn)出效益[2-3]。目前，關(guān)于稻田養(yǎng)殖小龍蝦技術(shù)的研究較多[4-5]，稻漁(蟹)共生對(duì)稻田水質(zhì)的影響也有相關(guān)報(bào)道[6-11]，但關(guān)于山區(qū)稻蝦共作模式水體環(huán)境的研究尚未見報(bào)道。為了解稻田養(yǎng)殖小龍蝦后對(duì)水質(zhì)的調(diào)控和改良情況，本試驗(yàn)以貴州省銅仁市松桃縣普覺(jué)鎮(zhèn)甘佃村稻田為試驗(yàn)對(duì)象，對(duì)普覺(jué)鎮(zhèn)甘佃村稻蝦共生試驗(yàn)田水質(zhì)指標(biāo)的晝夜變化進(jìn)行了初步研究，并與不養(yǎng)蝦稻田的水質(zhì)指標(biāo)進(jìn)行比較，以期為貴州喀斯特山區(qū)稻田養(yǎng)蝦的水質(zhì)變化提供基礎(chǔ)資料。

1 材料和方法

1.1 試驗(yàn)地點(diǎn)及材料

試驗(yàn)于2019年6—9月和2020年6—9月在貴州省銅仁市松桃縣普覺(jué)鎮(zhèn)甘佃村稻蝦共作試驗(yàn)田進(jìn)行。試驗(yàn)地點(diǎn)位于東經(jīng)108°58′58″，北緯27°59′43″，平均海拔344.36 m，年平均氣溫16.3 ℃，雨量充沛，年降雨量1 306.2 mm，無(wú)霜期較長(zhǎng)。試驗(yàn)地肥力中等均勻，水資源豐富。

試驗(yàn)用水稻品種為“晶兩優(yōu)1237”；小龍蝦苗種來(lái)自潛江市蝦德龍生物科技有限公司，蝦苗平均體質(zhì)量為(5.00±0.41)g。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

隨機(jī)選擇肥力相等的6塊試驗(yàn)田，每塊稻田面積為300 m2，設(shè)置稻蝦共作模式(稻蝦共作組)和未養(yǎng)蝦水稻栽種模式(對(duì)照組)各3塊試驗(yàn)田。于5月24日移栽水稻，6月12日放養(yǎng)小龍蝦苗(水稻分蘗期)，9月12日收捕小龍蝦，水稻生長(zhǎng)期共117 d。試驗(yàn)期間，6塊稻田均不打農(nóng)藥、不施化肥。在養(yǎng)殖小龍蝦的稻田設(shè)置有多個(gè)進(jìn)水口，以方便蝦在稻田和水溝中自由活動(dòng)。根據(jù)貴州山區(qū)田塊的特點(diǎn)，試驗(yàn)田水稻插秧時(shí)采用寬行距30 cm、窄行距20 cm，插秧密度約為16 500穴/hm2；施放有機(jī)肥750 kg/hm2作基肥，后期不施追肥。稻蝦共作組小龍蝦的放養(yǎng)量為1 800 kg/hm2，放養(yǎng)苗種規(guī)格約為200尾/kg；對(duì)照組不放蝦苗。所有稻田不施除草劑和農(nóng)藥，用生物方法防止病蟲害。

1.3 采樣方法

在水稻生長(zhǎng)的分蘗期(6月19日)、拔節(jié)期(7月16日)、揚(yáng)花期(8月10日)和灌漿期(9月2日)，每2 h測(cè)定1次水質(zhì)指標(biāo)，包括水溫、溶解氧(DO)、pH等，連續(xù)測(cè)定24 h；于每次采樣當(dāng)天的8:00和14:00分別在養(yǎng)蝦稻田與未養(yǎng)蝦稻田隨機(jī)選擇3個(gè)采樣點(diǎn)采集500 mL水樣，分類編號(hào)后帶回實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行硝酸鹽(NO3--N)、亞硝酸鹽(NO2--N)、氨態(tài)氮(NH4+-N)和磷酸鹽(PO43--P)等指標(biāo)的測(cè)定，所有指標(biāo)在12 h內(nèi)完成測(cè)定。

1.4 水質(zhì)分析方法

DO、pH和水溫采用HANNA HI 9828/10便攜式多參數(shù)水質(zhì)綜合快速測(cè)定儀測(cè)定，PO43--P、NO2--N、NO3--N和NH4+-N采用6B-100型多參數(shù)水質(zhì)速測(cè)儀進(jìn)行測(cè)定。

1.5 標(biāo)準(zhǔn)評(píng)價(jià)及數(shù)據(jù)分析

養(yǎng)殖水體水質(zhì)評(píng)價(jià)參照《漁業(yè)水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)》(GB 11607—1989)、《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB 3838—2002)中Ⅰ、Ⅲ和Ⅴ類水的標(biāo)準(zhǔn)[11]。

試驗(yàn)數(shù)據(jù)采用EXCEL 2010軟件進(jìn)行相關(guān)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析、圖表制作等，采用SPSS 20.0軟件進(jìn)行單因素方差分析，用Turkey氏多重比較法檢驗(yàn)組間差異，設(shè)P<0.05為差異顯著。

2 結(jié)果

2.1 水稻生長(zhǎng)不同時(shí)期養(yǎng)蝦稻田與未養(yǎng)蝦稻田水體溶解氧、pH和水溫的變化情況

圖1～圖3為在水稻生長(zhǎng)的分蘗期、拔節(jié)期、揚(yáng)花期、灌漿期采樣時(shí)間內(nèi)溶解氧(DO)、pH和水溫的晝夜變化情況?？傮w看，稻蝦共作組水體的DO在揚(yáng)花期、灌漿期顯著低于對(duì)照組(P<0.05)。所有組DO曲線在6:00—14:00均呈上升趨勢(shì)，且12:00—14:00上升速度加快，于14:00達(dá)到峰值，14:00至翌晨6:00則呈現(xiàn)下降趨勢(shì)，除了在灌漿期稻田水體DO的最低點(diǎn)發(fā)生在凌晨4：00外，均為早晨6：00時(shí)DO最低。

注：小寫字母不同表示組間差異顯著(P<0.05)，小寫字母相同表示差異不顯著(P>0.05)。

注：小寫字母不同表示組間差異顯著(P<0.05)，小寫字母相同表示差異不顯著(P>0.05)。

注：小寫字母不同表示組間差異顯著(P<0.05)，小寫字母相同表示差異不顯著(P>0.05)。

在水稻生長(zhǎng)的分蘗期、拔節(jié)期和揚(yáng)花期，稻蝦共作組水體的pH總體上低于對(duì)照組，這與溶解氧的變化趨勢(shì)基本相似，可能是因?yàn)樾↓埼r的呼吸作用消耗了大量的溶解氧，加速了二氧化碳的產(chǎn)生，導(dǎo)致水體pH降低。

在整個(gè)水稻生長(zhǎng)期，稻蝦共作組和對(duì)照組的水溫變化差異不顯著(P>0.05)，4個(gè)時(shí)期水溫的變化范圍分別為17.98 ℃～28.73 ℃、24.57 ℃～33.15 ℃、24.15 ℃～33.87 ℃和18.4 ℃～28.97 ℃。水溫變化最低相差8.58 ℃，最高達(dá)到10.75 ℃。

2.2 養(yǎng)蝦稻田和未養(yǎng)蝦稻田水體NH4+-N、PO43--P、NO2--N、NO3--N的變化情況

養(yǎng)蝦稻田和未養(yǎng)蝦稻田水體NH4+-N、PO43--P、NO2--N、NO3--N的變化情況見表1～表4。無(wú)論是養(yǎng)蝦稻田還是未養(yǎng)蝦稻田，磷酸鹽、硝酸鹽在水稻的各個(gè)時(shí)期都存在動(dòng)態(tài)變化。稻蝦共作組水體的PO43--P、NO3--N均顯著高于對(duì)照組(P<0.05)。在水稻的整個(gè)生長(zhǎng)期，PO43--P、NO3--N在前期處于較高水平，后期較低。在分蘗期，稻蝦共作組水體的NO2--N明顯低于對(duì)照組(P<0.05)，而在揚(yáng)花期和灌漿期，則顯著高于對(duì)照組(P<0.05)。總體上，兩組水體的NH4+-N在水稻的4個(gè)生長(zhǎng)時(shí)期均沒(méi)有顯著性差異，且均隨著稻蝦種養(yǎng)時(shí)間的增加而呈上升趨勢(shì)。

表1 水稻不同生長(zhǎng)時(shí)期養(yǎng)蝦稻田和未養(yǎng)蝦稻田水體的PO43--P變化

表2 水稻不同生長(zhǎng)時(shí)期養(yǎng)蝦稻田和未養(yǎng)蝦稻田水體的NO3--N變化

表3 水稻不同生長(zhǎng)時(shí)期養(yǎng)蝦稻田與未養(yǎng)蝦稻田水體的NO2--N變化

表4 水稻不同生長(zhǎng)時(shí)期養(yǎng)蝦稻田與未養(yǎng)蝦稻田水體的NH4+-N變化

2.3 稻蝦生態(tài)種養(yǎng)水稻產(chǎn)量及效益分析

稻蝦生態(tài)種養(yǎng)模式和水稻單作的成本和效益情況見表5～6。由結(jié)果可以看出，稻蝦生態(tài)種養(yǎng)模式的投入成本遠(yuǎn)高于水稻單作，但其后期的經(jīng)濟(jì)效益卻顯著高于水稻單作。稻蝦生態(tài)種養(yǎng)模式下，兩種試驗(yàn)水稻的純收益分別是單一種植水稻的14.58倍和14.47倍。該模式下兩種試驗(yàn)水稻的產(chǎn)投比分別是2.47和2.38，遠(yuǎn)高于水稻單一種植的產(chǎn)投比。成本收益率和勞動(dòng)生產(chǎn)率也遠(yuǎn)高于單一種植水稻。

表5 稻蝦生態(tài)種養(yǎng)模式與水稻單作模式的成本構(gòu)成

3討論

3.1 水體溶解氧、pH、水溫變化分析

本試驗(yàn)中溶解氧的測(cè)定均選擇在陽(yáng)光較好的晴天進(jìn)行，24 h連續(xù)測(cè)定，在光合作用條件下，14:00時(shí)DO達(dá)到最大值，之后逐漸下降，至翌晨6:00時(shí)DO降到最低(除了在灌漿期DO的最低點(diǎn)發(fā)生在4：00外)?？赡苁且?yàn)樯絽^(qū)稻田沒(méi)有外來(lái)水源注入，浮游植物在夜間停止產(chǎn)氧，再加上小龍蝦以及田間水體中的浮游動(dòng)物消耗氧氣并產(chǎn)生了較多的二氧化碳。這也與pH的變化曲線一致。從整體看，不管是養(yǎng)蝦稻田還是未養(yǎng)蝦稻田，稻田水體中的DO含量均隨著水稻的生長(zhǎng)而逐漸降低，可能是水稻逐漸生長(zhǎng)，稻葉成林，遮擋了田間光照，影響田間水體中浮游植物的光合作用，從而導(dǎo)致DO降低。在揚(yáng)花期和灌漿期，稻田水體DO相對(duì)較低，主要是由于8、9月份正值全年降雨較多的月份，長(zhǎng)時(shí)間的陰雨天氣，加上貴州山區(qū)日照短，光照時(shí)間減少，強(qiáng)度減弱，導(dǎo)致植物光合作用能力減弱，田間水體DO下降。同時(shí)，由于小龍蝦的呼吸作用，因而養(yǎng)蝦稻田水體的DO要低于未養(yǎng)蝦稻田。

在水稻生長(zhǎng)的4個(gè)時(shí)期中，養(yǎng)蝦稻田水體的pH總體上低于未養(yǎng)蝦稻田。這可能是因?yàn)樵陴B(yǎng)蝦稻田，小龍蝦生長(zhǎng)增加稻田排泄物，加上水中浮游動(dòng)物數(shù)量增加，呼吸作用加強(qiáng)，增加了溶解氧消耗，加速了CO2的產(chǎn)生，導(dǎo)致水體pH降低。

本試驗(yàn)中，在水稻生長(zhǎng)的4個(gè)時(shí)期，養(yǎng)蝦稻田與未養(yǎng)蝦稻田的水溫均不存在差異，可見養(yǎng)殖小龍蝦并未改變稻田的水溫狀況。根據(jù)Natividad[12]的研究，養(yǎng)殖水體的理想水溫應(yīng)該在25～30 ℃。本研究中的平均水溫是處于理想水溫范圍內(nèi)的，但是在6月份和9月份，最高水溫可達(dá)33.87 ℃，最低水溫為17.98 ℃，水溫變化最低相差8.58 ℃，最高達(dá)10.75 ℃，這是因?yàn)樘镩g淺水環(huán)境受到貴州山區(qū)晝夜溫差較大的影響。

3.2 硝酸鹽、磷酸鹽和氨態(tài)氮的變化分析

稻田水體的磷酸鹽、硝酸鹽含量指標(biāo)反映了稻田供肥能力的強(qiáng)弱。本試驗(yàn)中，在水稻的整個(gè)生長(zhǎng)期，除了在前期稻田水體的磷酸鹽、硝酸鹽處于較高水平外，后期含量都較低。因?yàn)榍捌诘咎锼w中人工施放了肥料，而前期水稻對(duì)肥料的需求量較低。在分蘗期和拔節(jié)期，水稻需要的N、P需求較高，因而水體中的磷酸鹽、硝酸鹽急速下降。后期磷酸鹽、硝酸鹽的變化趨勢(shì)較為復(fù)雜，整體呈現(xiàn)先下降、在灌漿期后又有所回升的趨勢(shì)，這是因?yàn)楣酀{期后，水稻對(duì)磷酸鹽的需求較低，而養(yǎng)殖小龍蝦所產(chǎn)生的磷酸鹽超過(guò)了水稻對(duì)磷酸鹽的消耗。在水稻分蘗期，養(yǎng)蝦稻田水體的亞硝酸鹽明顯低于未養(yǎng)蝦稻田，而在揚(yáng)花期和灌漿期養(yǎng)蝦稻田水體的亞硝酸鹽又明顯高于未養(yǎng)蝦稻田，可能是因?yàn)榉痔Y期養(yǎng)蝦稻田投放了小龍蝦，小龍蝦在田間的活動(dòng)量增大，微生物增多，硝酸鹽轉(zhuǎn)化多，而在灌漿期小龍蝦已大量捕撈上市，數(shù)量明顯減少，小龍蝦活動(dòng)減少，排泄物不能及時(shí)分解轉(zhuǎn)化所致。

表6 稻蝦生態(tài)種養(yǎng)模式和水稻單作模式的經(jīng)濟(jì)效益比較

養(yǎng)蝦稻田和未養(yǎng)蝦稻田水體氨氮的含量在水稻的4個(gè)生長(zhǎng)時(shí)期均未出現(xiàn)顯著性差異，其含量隨著時(shí)間推移而呈上升趨勢(shì)，可能是由于小龍蝦及其田間生物代謝所致。