稻蝦鱔立體種養模式對水體環境的影響

張圓圓，李 泓，賈 滔，彭新亮，趙良杰

( 1.河南省水產科學研究院，河南 鄭州450044；2.上海海洋大學，農業農村部魚類營養與環境生態研究中心，上海 201306；3.信陽農林學院 水產學院，河南 信陽 464000 )

農田生態種養結合在我國具有悠久的歷史，農業資源高效利用是實現農業可持續發展和現代農業建設的基礎[1]。稻漁綜合種養通過種養結合、生態循環，將水產養殖與水稻種植相耦合，促進共生系統內物質就地循環和能量高效流動，實現一水多用、一田多收，是一種可復制、可推廣、可持續的現代綠色循環農業模式[2-3]。2020年全國稻漁綜合種養測產和產值分析表明，稻漁綜合種養通過增加水產品收益、提高稻米價格和減肥減藥降低生產成本等，667 m2均增效可達1500元以上，同時可減少30%以上的化肥和農藥使用量，有效改善稻田環境和土壤質量，具有顯著的經濟效益和生態效益[4]。

克氏原螯蝦(Procambarusclarkii)(小龍蝦)和黃鱔(Monopterusalbus)均屬我國淡水名優品種，營養價值高，對環境要求低，全國各地均有分布[5-6]。2011年起，稻田養殖克氏原螯蝦(稻蝦綜合種養)技術在我國大面積推廣，截至2019年，我國稻蝦綜合種養面積發展到1.1054×106hm2，占

全國稻漁綜合種養面積的47.7%，在眾多綜合種養模式中居首位[4]。黃鱔因肉質細嫩、營養豐富及獨特的藥用價值備受消費者青睞，但受人工捕撈和水域污染等影響，野生黃鱔資源日益減少，人工網箱養殖黃鱔因占用面積少、條件可控、回捕率高等特點已成為黃鱔養殖的主要模式[1]。但常規網箱養殖黃鱔存在網箱底部容易積累大量殘餌、糞便，水體流動性差，水質易缺氧老化，氨氮、亞硝態氮等指標過高的情況，成為制約黃鱔網箱養殖的關鍵技術問題[7-8]。將黃鱔網箱養殖與稻蝦綜合種養相結合，水生動物代謝產生的氮、磷等可被水稻利用，充分利用了水體空間和水環境中天然餌料，減少水體污染，而且克氏原螯蝦活動會增加水體溶解氧，促進系統物質循環轉化，改善養殖環境[9-10]。筆者將黃鱔網箱養殖與稻蝦綜合種養立體結合，探討該立體綜合種養模式下稻田水體環境中主要理化指標的變化規律，從而為完善稻蝦鱔立體綜合種養模式提供理論支持和科學依據。

1 材料與方法

1.1 試驗設計

在2020年8—11月于河南省信陽市羅山縣稻鱔商湖農業公司選取1塊2.0×104m2試驗基地進行試驗，基地四周開挖環溝，溝深1.5 m，溝面寬1.0 m，坡度60°，溝面積占稻田總面積10%。環溝四周用黑色聚乙烯網布圍建防逃墻，防止克氏原螯蝦逃逸[11]。試驗在2個相鄰的環溝內共設置浮式聯排網箱30個，每溝15個。每個網箱面積約1 m2，箱內水深約30 cm，網箱中栽種水花生[空心蓮子草(Alternantheraphiloxeroides)]，面積約為網箱面積的90%～95%。整個試驗過程中田塊一直處于淹水狀態，水深10～12 cm。試驗田和網箱設置見圖1。

圖1 試驗田及采樣點設置Fig.1 Schematic diagram of test field and sampling site

試驗田于6月10日完成插秧，6月20日投放克氏原螯蝦苗30 kg，規格為5～10 g/尾，8月5日投放黃鱔苗種，每個網箱15～20 kg，規格為10～20 g/尾。8月10日開始，每個網箱按照黃鱔體質量的2%投喂配合性飼料。試驗田內克氏原螯蝦為當地自產自繁，黃鱔苗種購自信陽市固始鑫海合作社，黃鱔飼料為天邦全熟化水產配合飼料。

1.2 試驗方法

在網箱內(T1)、網箱外(T2)、鄰側環溝(T3)、對側環溝(T4)設置4個采樣點(圖1)，分別于8月18日、9月6日、9月22日、10月11日、10月25日10：00采集每個采樣點的上、下層水樣，并對水溫、溶解氧、pH、總磷、總氮、亞硝態氮、硝態氮和氨氮進行測定。其中水溫、溶解氧和pH指標在現場用HACH溶解氧測定儀、便攜式pH計分別對上、下層水樣測定后取平均值；其他指標用采水器取上、下層水樣混勻后低溫帶回實驗室測定?？偭?、總氮含量測定采用過硫酸鉀消解法(參照GB/T 11893—1989《水質 總磷的測定》、GB/T 11894—1989 《水質 總氮的測定》)，亞硝態氮、硝態氮含量測定采用紫外分光光度法(參照GB/T 7493—1987《水質 亞硝酸鹽氮的測定》、HJ/T 346—2007《水質 硝酸鹽氮的測定》)，氨氮含量測定采用納氏分光光度法(參照GB/T 7479—1987《水質 銨的測定》)。

1.3 數據處理與分析

采用Excel 2010 進行數據統計和處理，數值用平均值±標準差表示。采用SPSS 17.0進行方差分析和多重比較分析。

2 結果與分析

2.1 水體溫度、溶解氧和pH

黃鱔和克氏原螯蝦均屬變溫動物，水溫對其生長、發育、繁殖具有重要的影響。黃鱔適宜生長的溫度為15～30 ℃，水溫12～25 ℃時，黃鱔的攝食率、特定生長率和飼料轉化率均隨水溫的升高而增加；溫度超過30 ℃，其生長就會受到抑制[12-13]。克氏原螯蝦生長的適宜水溫為18～31 ℃，最適水溫22～30 ℃。當水溫升至超過33 ℃時，克氏原螯蝦進入半攝食或打洞越夏狀態；當水溫降至低于10 ℃時，克氏原螯蝦進入不攝食的越冬狀態[14]。試驗期間水體水溫(15.9±0.1) ℃～(32.9±0.3) ℃，隨著季節變化呈顯著下降趨勢。在夏季高溫季節，水溫超出了黃鱔和克氏原螯蝦的最適生長水溫，不利于水生動物正常生長代謝活動的進行。多重比較結果顯示，同一時期各采樣點水溫均無顯著性差異(P>0.05)(圖2)。

圖2 稻田水溫變化情況Fig.2 Changes in water temperture in rice fieldT1.網箱內；T2.網箱外；T3.鄰側環溝；T4.對側環溝；其他圖同.T1.inside the cage;T2.ouside the cage;T3.side ring ditch;T4.offside ring ditch;et sequentia.

試驗期間稻田內水體溶解氧質量濃度為(0.7±0.1) mg/L～(5.65±0.55) mg/L。各采樣點水體溶解氧呈現先降后升的趨勢，且均于末期達到了峰值，推測可能與低水溫增加了水體中氧氣的溶解率、降低了水生動物的代謝、減少了代謝廢物積累有關[15]。其中網箱內、外的最低值出現在9月22日，均低于1.0 mg/L，鄰側環溝、對側環溝的最低值出現在9月6日，分別為(1.40±0.18)、(0.80±0.11) mg/L，這可能與2次采樣期間陰雨天氣有關。不同時期各組水體溶解氧質量濃度均為網箱內最低。對各組數據進行多重比較顯示，網箱內水體溶解氧質量濃度在8月18日、9月6日顯著低于網箱外(P<0.05)，在10月11日、10月25日極顯著低于網箱外、鄰側環溝、對側環溝(P<0.01)，鄰側環溝、對側環溝在各時期差異均不顯著(圖3)。推測網箱內、外水體溶解氧質量濃度偏低是因網箱內水生動物密度高、排泄物累積較多及聯排網箱設置過密所致[15]。

圖3 稻田溶解氧變化情況Fig.3 Changes in DO levels in rice fielda.不同采樣點;b.不同時間；下同.a.different sampling sites;b.different time;et sequentia.

試驗表明，pH可改變養殖水體中物質的存在形式，對物質循環和養殖生產有極大的影響，水體pH超出正常范圍時會導致水生動物呼吸困難、生長緩慢，嚴重者可導致疾病甚至死亡[16]。周文宗等[17]研究表明，pH對黃鱔的最大攝食率有極顯著的影響，水質偏酸時，黃鱔有較好的食欲。試驗期間水體pH為(7.02±0.12)～(8.27±0.21)，呈弱堿性，符合水稻和水生動物正常生長的要求。不同采樣點pH總體呈先升后降的趨勢，但不同時期之間未出現顯著性差異(P>0.05)，同一時期內各采樣點pH亦無顯著性差異(P>0.05)(圖4)，表明該立體綜合種養模式對水體pH未產生顯著性影響。

圖4 稻田pH變化情況Fig.4 Changes in pH in rice field

2.2 水體總磷

總磷是水體富營養化的重要指標之一[18]。試驗期間水體總磷質量濃度為(0.065±0.012) mg/L～(0.338±0.042) mg/L。試驗期間各采樣點水體總磷呈先升后降的趨勢，且均于10月11日達到峰值。10月11日水體總磷顯著高于8月18日和10月25日(P<0.05)。初始和終末水體相比，僅T4采樣點總磷顯著升高(P<0.05)，其他采樣點無顯著性差異(圖5)。多重比較結果顯示，在同一時間內，8月18日和9月6日網箱內的總磷質量濃度顯著高于鄰側環溝(P<0.05)，與網箱外、對側環溝無顯著性差異(P>0.05)；10月11日網箱內的總磷質量濃度顯著高于網箱外，與鄰側環溝、對側環溝無顯著性差異(P>0.05)；末期水體中，對側環溝的總磷質量濃度顯著高于網箱內和鄰側環溝(P<0.05)，與網箱外無顯著性差異(P>0.05)。推測前期由于網箱內、外水生動物代謝廢物較多導致水體總磷質量濃度不斷積累，后期隨著水稻和水花生生長的吸收，水體總磷質量濃度下降明顯[19]。對比初期水體，4個采樣點末期水體總磷質量濃度下降率分別為42.6%、6.2%、-37%、-115%。

圖5 稻田總磷變化情況Fig.5 Changes in TP content in rice field

2.3 水體總氮

試驗期間水體總氮質量濃度(0.75±0.08) mg/L～(2.28±0.45) mg/L。各采樣點水體總氮質量濃度整體呈先升后降趨勢，其中網箱外的末期水體總氮質量濃度低于初期水體，網箱內、鄰側環溝、對側環溝均高于初期水體(圖6)。對水體總氮質量濃度進行多重比較，結果顯示，僅9月6日網箱內顯著高于網箱外(P<0.05)，極顯著高于鄰側環溝、對側環溝(P<0.01)，鄰側環溝和對側環溝無顯著性差異(P>0.05)。試驗期間網箱內、外，鄰側環溝，對側環溝采樣點末期水體總氮較初期水體分別升高9.9%、-10.9%、23.6%、90.5%，表明網箱內因水生動物密度過高導致總氮積累較多，靠近網箱的網箱外對總氮轉化效率較高，而鄰側環溝、對側環溝因生物多樣性較低，且后期隨著克氏原螯蝦進洞繁殖，進一步影響了水體內物質的就地循環，總氮轉化能力較弱。

圖6 稻田總氮變化情況Fig.6 Changes in TN content in rice field

2.4 水體亞硝態氮

亞硝態氮是氮循環的中間產物，在溶解氧充足時轉化為低毒的硝態氮，在溶解氧較低時轉化為強毒的氨氮。當水體亞硝態氮質量濃度高于 0.1 mg/L時，就會危害水生動物正常生長[20]。試驗期間水體亞硝態氮質量濃度為(0.003±0.001) mg/L～(0.026±0.009) mg/L。網箱內、外的亞硝態氮質量濃度呈明顯下降趨勢，鄰側環溝、對側環溝的亞硝態氮質量濃度總體呈上升趨勢(圖7)。多重比較結果顯示，10月11日鄰側環溝、對側環溝水體亞硝態氮質量濃度極顯著高于網箱內、外(P<0.01)，其中網箱內與網箱外間、鄰側環溝與對側環溝間均未表現出顯著性差異(P>0.05)，其他時間各采樣點差異均不顯著(P>0.05)。推測可能后期隨著水體溶解氧水平的升高，增加了硝化細菌的功效，且網箱內、外因藻類和大量水花生的存在，提高了氮的轉化效率[21-22]。與初期水體相比，4個采樣點末期水體的亞硝態氮質量濃度下降率分別為80.0%、70.0%、-11.0%、-33.3%。

圖7 稻田亞硝態氮變化情況Fig.7 Changes in level in rice field

2.5 水體硝態氮

水體中殘餌、糞便等有機廢物經氨化作用產生的氨在硝化細菌的作用下，逐步氧化經亞硝態氮轉化成硝態氮，藻類和水生植物利用硝態氮作為營養來源，如硝態氮含量過高，藻類等就會大量生長和繁殖，導致水體富營養化[10]。試驗期間，水體硝態氮含量為0～(0.254±0.089) mg/L。初期各采樣點水體硝態氮質量濃度均為0，網箱內在試驗期間無顯著變化，網箱外急劇升高但在末期降為0，鄰側環溝、對側環溝呈明顯升高趨勢(圖8)。多重比較結果顯示，9月6日、9月22日網箱外硝態氮質量濃度顯著高于網箱內、鄰側環溝、對側環溝(P<0.05)，10月11日鄰側環溝、對側環溝高于網箱內、外，但差異不顯著(P>0.05)，10月25日鄰側環溝、對側環溝極顯著高于網箱內、外(P<0.01)。表明黃鱔網箱養殖對周圍水體硝態氮未產生顯著影響，網箱外采樣點對硝態氮的轉化能力較鄰側環溝、對側環溝強。

圖8 稻田硝態氮變化情況Fig.8 Changes in level in rice field

2.6 水體氨氮

圖9 稻田氨氮變化情況Fig.9 Changes in level in rice field

3 討 論

3.1 對水體溫度、溶解氧和pH的影響

近年來，現代復合綜合種養模式因產品優質、產出高效受到越來多養殖戶的青睞。稻蝦鱔共作不僅能夠充分利用養殖空間，水生動物的殘餌、糞便還可以提高水體肥力，促進水稻的生長，減少化肥使用，降低水體污染[24]。環境溫度是魚類生長發育最重要的因子之一，水溫的變化直接導致魚體的多種生理應激反應，使魚類代謝和能量需求發生變化，同時其生長及體成分組成也會發生相應的變化[12]。水稻生長的不同階段對環境溫度也有不同的要求，如幼穗分化期適宜溫度為26～30 ℃，分蘗期適宜水溫為32～34 ℃，最高水溫為40～42 ℃[25]。本試驗中，首次采樣時間為8月中旬，氣溫和水溫均為當地一年中最高，過高的水溫直接影響黃鱔和克氏原螯蝦正常生長和代謝活動[12,14]，因此在實際生產中尤其是夏季高溫季節，應采取加注新水等措施調節水溫和水質，保證水生動物健康生長。

溶解氧是養殖水體中的重要因子，是水生動物生存和正常生理活動的基本保證。高質量濃度的溶解氧有利于水體中有機物的分解和硝化作用的發生，促進水體中的物質循環。溶解氧質量濃度越高，有害物質含量越低，從而給水生動物創造良好的生長條件[15]。黃鱔的鰓呈退化狀態，主要依靠表皮和輔助呼吸器官直接從空氣中呼吸氧氣，因此即使水體中溶解氧含量較低也能正常生活[10]。但若水中溶解氧含量過低，則會影響黃鱔的攝食和代謝，導致出現浮頭現象[17]。本試驗中，網箱內、外水體平均溶解氧質量濃度均低于2 mg/L，鄰側環溝、對側環溝水體平均溶解氧質量濃度均低于4 mg/L，表明網箱養殖黃鱔會顯著降低共生區域水體溶解氧質量濃度，推測可能由于聯排網箱設置過密、殘餌糞便積累較多所致。實際生產過程中可通過在環溝內種植水草、間隔設置網箱、增加底部增氧裝置等手段改善水體溶解氧環境。

羅鳴鐘等[26]研究表明，黃鱔適宜的水體pH為6.0～7.5，與常見的養殖魚類如四大家魚的適宜pH 6.5～8.5相比，其適宜的pH范圍窄，且偏酸性。淡水甲殼類動物對水體pH的變化較為敏感，pH的改變可影響甲殼類動物的存活、生長、離子調節和外骨骼礦化作用[27]。本試驗期間水體pH未出現明顯變化(7～8)，符合GB 11607—1989《漁業水質標準》(pH 6～8)，有利于該綜合種養模式下黃鱔、克氏原螯蝦及水稻的生長。這表明稻蝦鱔立體綜合種養模式對水體pH無顯著性影響，試驗結果與侶國涵等[9,20]所研究的稻蝦綜合種養、稻蟹綜合種養對水體pH的影響結論一致。

3.2 對水體總磷、總氮的影響

磷是生物體內核酸、核蛋白、磷脂的組成成分，核酸等是細胞核和膜的組成成分，缺磷會影響細胞的分裂和分化；氮是水稻和水生動物的重要營養物質，對生長發育起著重要的作用[25]。同時，氮、磷也是水體富營養化的重要指標[18]。殘餌、糞便是池塘水體中氮和磷的主要來源[28]。蘇躍朋等[29]對中國明對蝦(Fenneropenaeuschinensis)精養池塘水中營養鹽收支情況研究發現，餌料中氮、磷營養鹽的輸入量分別占水體中氮、磷總輸入量的81.4%、90.2%。Xie等[30]研究表明，稻魚系統中投入的飼料被系統吸收利用的僅有42.9%，有57.1%直接或間接流入環境中。本試驗中，網箱內、外的總氮、總磷在初期積累較多，在后期隨著水稻生長對氮、磷需求的增加，以及水花生對氮、磷的吸收轉化，水體中氮、磷含量迅速降低，直至末期低于初期水體，該結果與薛利紅等[19,31]關于水稻生長不同時期對水質影響的研究結論一致。整個試驗過程各采樣點水體總氮、總磷均符合SC/T 9101—2007《淡水池塘養殖水排放要求》Ⅰ級和GB 3838—2002《地表水環境質量標準》Ⅴ級要求。

3.3 對水體亞硝態氮、硝態氮、氨氮的影響

水生植物(包括藻類)通過同化作用吸收水體中無機氮，通常最先利用氨氮，其次是硝態氮，最后是亞硝態氮，因此這3種形式的氮也被稱為有效氮。亞硝態氮在水中極不穩定，通常情況下，可以通過硝化細菌或反硝化細菌的作用轉化為硝態氮或氨氮[15]。李洪濤等[32]研究表明，黃鱔的最大攝食率與氨氮含有量有較強的相關性，且水體的氨氮含量較低時，黃鱔可以通過增加排尿量使水體氨氮含量升高，反之則通過減少排尿量抑制水體氨氮含量進一步升高。樊開青等[22]研究表明，水花生對硝態氮、總氮等的去除效果優于蘆葦、水蔥、香蒲和慈姑等挺水植物。本試驗中，網箱內、外采樣點的亞硝態氮、硝態氮低于鄰側環溝、對側環溝，推測與黃鱔和水花生的共同作用有關。同時結合溶解氧數據，網箱內、外因殘餌糞便較多，溶解氧含量低，硝化菌群尤其是氨氧化菌群無法有效發揮作用，導致氨氮積累過多。因此，生產過程中需密切加強對水體水質的監測，促進水體物質循環和動植物的健康生長。

4 結 論

本試驗中，通過將網箱養殖黃鱔與稻蝦綜合種養立體耦合，增加網箱內、外殘餌和糞便的積累導致氮、磷含量升高，但同時促進了附近水體氮、磷轉化效率以及反硝化過程的進行，降低了水體富營養化的風險。同時，網箱內及附近區域因有機物積累較多易造成溶解氧水平偏低，抑制了硝化細菌的功能，導致NH4+積累，易引起水生動物中毒，具有一定的養殖風險。在生產中尤其是高溫季節，應密切監控水質尤其是網箱內外的溶解氧水平，同時可通過適當調節水位、優化水草栽培、底部納米增氧、合理設置網箱等措施增加田塊的水體流動，促進網箱內外的水體交換及系統內的物質循環，改善養殖水體環境，優化養殖模式，促進水生動物健康生長。