蝦稻共作田蝦溝溶解氧和pH 值對小龍蝦產(chǎn)量的影響

譚揚(yáng)才，羅強(qiáng)，袁帥，李娜，秦婷婷，劉路廣，程倫國

（1.武漢大學(xué)水利水電學(xué)院，湖北武漢 430072；2.湖北省水利水電科學(xué)研究院，湖北武漢 430079；3.湖北省荊州市四湖工程管理局排灌試驗(yàn)站，湖北荊州 434013）

0 引言

蝦稻共作作為新的種養(yǎng)模式，屬于漁稻共作的一種，是在傳統(tǒng)種植水稻的過程中引入水生生物，為了在兼顧水稻生長的前提下獲取更多的水產(chǎn)品，同時(shí)也能起到保護(hù)環(huán)境的作用。關(guān)于蝦稻共作，國內(nèi)外學(xué)者對水稻的產(chǎn)量所受到的影響進(jìn)行了一系列的研究。Gurung 和Wagle［1］通過在尼泊爾的研究得出的結(jié)論是，相比于水稻單種，稻田養(yǎng)魚情況下，水稻產(chǎn)量會明顯增加。Ahmed［2］等在孟加拉通過蝦稻共作試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，蝦稻共作模式下水稻產(chǎn)量得到了提升。曹湊貴等［3］統(tǒng)計(jì)了潛江市2010 到2017年的蝦稻種養(yǎng)情況，發(fā)現(xiàn)蝦稻共作模式水稻產(chǎn)量比傳統(tǒng)水稻種植模式增加4.63%～14.01%。水稻田中引入小龍蝦改變了稻田生態(tài)系統(tǒng)中微生物群落結(jié)構(gòu)［4］以及土壤肥力［5］，對稻田生物多樣性產(chǎn)生影響。小龍蝦會通過取食稻田中的蟲子和雜草來減輕稻田的蟲害和草害［6，7］，減少稻田中除草劑和殺蟲劑等農(nóng)藥的使用，因此一些研究還表明漁稻共作也可以在一定程度上提高稻米的品質(zhì)［8］。

蝦稻共作能顯著增加稻田水體中的溶解氧含量，有效削減稻田水體中總氮、總磷含量和化學(xué)需氧量［9］；同時(shí)稻蝦共作模式有效地利用了物種間資源互補(bǔ)的循環(huán)生態(tài)機(jī)理，降低了水體水質(zhì)氨氮的排放［10］。pH 值、溶解氧、氨氮、硫化物等是蝦類養(yǎng)殖水質(zhì)生態(tài)條件重要的指標(biāo)，對蝦類養(yǎng)殖生態(tài)系統(tǒng)有著不同的影響和意義［11］。目前關(guān)于蝦稻共作對蝦稻田水體各理化性質(zhì)的影響研究較多，但各理化性質(zhì)對小龍蝦產(chǎn)量的影響研究仍空缺，故本試驗(yàn)旨在研究溶解氧和pH 值在蝦稻共作中對小龍蝦產(chǎn)量的影響。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

試驗(yàn)在湖北省荊州市沙市區(qū)丫角村進(jìn)行。該試驗(yàn)選取該村臨近的9 塊蝦稻共作田塊（如圖1 所示），共屬于6 個農(nóng)戶，其中2、3 號田屬于同一農(nóng)戶，4、5、6 號田屬于同一農(nóng)戶，其余田分屬不同農(nóng)戶所有。9 塊蝦稻共作田的蝦溝均采用回型溝，即在稻田的四周布置蝦溝，中間用于種植水稻。對蝦稻田及蝦溝面積進(jìn)行了測量，9 塊蝦稻田的蝦溝占蝦稻田的面積從22.3%到41.3%不等。

圖1 蝦稻共作試驗(yàn)觀測田位置示意圖

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

為保證實(shí)驗(yàn)觀測結(jié)果更接近于生產(chǎn)實(shí)際，試驗(yàn)期間蝦稻田由農(nóng)戶按照各自的習(xí)慣進(jìn)行種養(yǎng)。對各田塊蝦溝的水體取樣后，在位于觀測田塊附近的荊州市四湖流域管理局丫角排灌站內(nèi)進(jìn)行水質(zhì)分析。

試驗(yàn)需對試驗(yàn)田塊蝦溝的水質(zhì)狀況及小龍蝦的產(chǎn)量進(jìn)行觀測。其中水質(zhì)觀測指標(biāo)包括：溶解氧（DO）、pH 值。選取2019、2020 年的7 月、8 月為觀測期，該時(shí)期為水稻與小龍蝦的主要共生期。監(jiān)測頻率為每2天一測。各水質(zhì)指標(biāo)的監(jiān)測方法如下：

（1）蝦溝溶解氧和pH 值檢測。溫度和溶解氧是小龍蝦生長發(fā)育最重要的影響因素［12］，蝦溝中溶解氧和pH 值分別采用JPBJ-608 便攜式溶解氧測定儀和pHBJ-260 便攜式pH 計(jì)對每個田塊的蝦溝水體進(jìn)行現(xiàn)場檢測，采用五點(diǎn)取樣法檢測并取平均值記錄。

（2）小龍蝦產(chǎn)量觀測。試驗(yàn)未進(jìn)行小龍蝦的捕撈試驗(yàn)，小龍蝦產(chǎn)量數(shù)據(jù)來源于農(nóng)戶，通過調(diào)查獲取2019 和2020 年年度小龍蝦總捕撈量，從而計(jì)算每塊田小龍蝦的畝均產(chǎn)量。

2 溶解氧及其對小龍蝦產(chǎn)量的影響

2.1 溶解氧DO變化規(guī)律

為分析蝦溝中溶解氧的總體變化情況，取2019年觀測期的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。

2019 年整個試驗(yàn)觀測從7 月22 日至9 月4日，分為兩個觀測期，8 月6 日至8 月12 日由于儀器維修，未能獲取數(shù)據(jù)。各觀測期蝦溝內(nèi)的溶解氧DO的試驗(yàn)觀測數(shù)據(jù)見表1和表2所示。

表2 8月13日-9月4日蝦溝內(nèi)溶解氧含量 mg/L

在觀測期7 月22 日-8 月5 日（見表1），各田塊溶解氧含量變幅都較大，但從測量期內(nèi)各田塊平均溶解氧含量來看，除6號田平均溶解氧含量僅0.87 mg/L之外，其余田塊的平均溶解氧含量都在1 mg/L 之上，5 號田塊的平均溶解氧含量最高，達(dá)到了4.06 mg/L。分析產(chǎn)生這種變化的原因，在觀測期內(nèi)，6號田的蝦溝中生長有大量浮萍，蝦溝中大部分水面都被浮萍覆蓋，水體富營養(yǎng)化嚴(yán)重，造成水體中溶解氧含量極低；在進(jìn)行現(xiàn)場溶解氧測定時(shí)可以看到有部分小龍蝦爬出水體，到蝦溝邊坡上呼吸。而5號田塊的水面則較為干凈，基本無浮萍生長。此外，在觀測期內(nèi)，9號田蝦溝內(nèi)溶解氧也多次出現(xiàn)極低的情況，其中有3 次測量值都在1 mg/L 以下，分析發(fā)現(xiàn)可能是由于蝦溝內(nèi)生長有大量水草，過于茂密，水草根系生長于水中，但是頂部生長在水面之上，其根系的呼吸作用消耗水中溶解氧，而葉面光合作用產(chǎn)生的氧氣又無法補(bǔ)充水中溶解氧，造成水體溶解氧含量出現(xiàn)極低的情況。

表1 7月22日-8月5日蝦溝內(nèi)溶解氧含量 mg/L

8 月5 日之后，1、2、3、4、5、6 號田的農(nóng)戶均在蝦溝中施用了化學(xué)增氧劑“過硫酸氫鉀”，而7、8、9 號田均未作處理。對比上一個測量周期，從平均溶解氧含量來看，除了5 號田之外，增施化學(xué)增氧劑的田塊溶解氧含量有了提高，5 號田蝦溝水體平均溶解氧雖呈有小幅下降但仍然保持較高水平的溶解氧含量，6號田中的溶解氧較上一測量其內(nèi)的平均值有了較大程度的提升，但觀測發(fā)現(xiàn)其蝦溝內(nèi)仍然有大量浮萍存在，水體富營養(yǎng)化未得到有效解決。9 號田由于沒有采取任何措施，蝦溝內(nèi)水草生長未得到抑制，蝦溝內(nèi)溶解氧含量呈現(xiàn)下降趨勢，平均溶解氧含量僅1.09 mg/L。

2020 年溶解氧的監(jiān)測數(shù)據(jù)整體與2019 年相同，但出現(xiàn)了暴雨影響蝦溝溶解氧的情況。如在2020 年8 月初，試驗(yàn)區(qū)發(fā)生長歷時(shí)暴雨，使得蝦溝內(nèi)水生植物與田中水稻的生長發(fā)育滯后，且暴雨時(shí)大氣壓降低，水中溶氧量變小，而人為增氧措施又無法有效開展，故2020年8月12日時(shí)各田塊蝦溝溶解氧含量幾乎都有較大幅度下降。

2.2 對產(chǎn)量的影響

取測量期內(nèi)蝦溝平均溶解氧含量，與年度蝦稻田小龍蝦的產(chǎn)量對比，相關(guān)數(shù)據(jù)見表3 所示，產(chǎn)量與溶解氧的關(guān)系圖如圖2、3所示。

圖2 2019年平均溶解氧含量與小龍蝦畝產(chǎn)對比圖

表3 蝦溝溶解氧與小龍蝦產(chǎn)量數(shù)據(jù)表

淡水小龍蝦耐低氧能力較強(qiáng)，小龍蝦在水體溶氧量高于3 m/L 以上時(shí)就能正常生長［2］。當(dāng)溶解氧在1 mg/L 以下時(shí)其活動減弱，而當(dāng)?shù)陀?.5 mg/L，如果沒有攀爬物讓其浮出水面呼吸，就會造成其大量死亡。

從總體趨勢來看，試驗(yàn)田蝦溝溶解氧含量越高，小龍蝦產(chǎn)量越高，當(dāng)平均溶解氧含量低于2 mg/L時(shí)，如6 號田塊和9 號田塊，其小龍蝦產(chǎn)量明顯低于其他田塊；而當(dāng)溶解氧含量高于3 mg/L時(shí)，小龍蝦產(chǎn)量因溶解氧不同而產(chǎn)生的差異減小，基本保持穩(wěn)定。因此在實(shí)際生產(chǎn)中，保持溶解氧含量高于某一閾值時(shí)如3 mg/L，即可保證小龍蝦的正常生長。

圖3 2020年平均溶解氧含量與小龍蝦畝產(chǎn)對比圖

3 pH值及其對小龍蝦產(chǎn)量影響

3.1 蝦溝pH值變化規(guī)律

同樣取2019 年觀測期的pH 值進(jìn)行分析，觀測數(shù)據(jù)見表4和表5.

表4 2019年7月22日-8月5日蝦溝內(nèi)pH值

表5 2019年8月13日-9月4日蝦溝內(nèi)pH值

2019 年觀測期內(nèi)，9 塊試驗(yàn)田的PH 總體在7.4～8.4 之間波動，但是對比各田塊兩個測量期的平均PH 值可以發(fā)現(xiàn)每個田塊都有一定的變幅，1、2、3、4 號田塊的pH 值呈上升趨勢，而5、6、7、8、9 號田的pH 呈下降趨勢。分析pH 值變化產(chǎn)生的原因，與不同田塊采取的生石灰投放措施有關(guān)。生石灰的主要成分是氧化鈣，生石灰稀釋液是現(xiàn)階段我國水產(chǎn)養(yǎng)殖中應(yīng)用最廣泛的池塘水質(zhì)pH 調(diào)節(jié)液，通過向池塘中定期注入生石灰水，能夠使池水的pH 值得到有效調(diào)節(jié)和控制，同時(shí)還能夠提高水的硬度及水中浮游植物的光合作用速率，這對改善蝦溝水質(zhì)具有重要的作用。在第一個測量期結(jié)束后，1、2、3、4、5、6 號田塊均向蝦溝中投放了適量生石灰，而7、8、9 號田未采取措施。其中6號田雖投放了生石灰，但是因?yàn)槲r溝中浮萍泛濫，長期沒有活水注入，投放生石灰后仍不能提高其pH值，反而出現(xiàn)了一定程度的下降。7、8、9 號田pH 值的下降則主要是由于蝦溝內(nèi)大型水草的生長增加了水中二氧化碳的含量而導(dǎo)致水體pH下降。

由此可見，一般情況下生石灰雖能顯著改善蝦溝水質(zhì)pH值，但是若水體富營養(yǎng)化嚴(yán)重或水草生長未得到抑制，生石灰則不能起到有效作用。

3.2 pH值對小龍蝦產(chǎn)量的影響

對2019 年和2020 年觀測期內(nèi)蝦溝平均pH值，與小龍蝦的產(chǎn)量對比見表6，對比圖如圖4、5所示。

圖4 2019年平均pH值與小龍蝦畝產(chǎn)對比圖

表6 pH值與小龍蝦產(chǎn)量數(shù)據(jù)表

根據(jù)試驗(yàn)觀測結(jié)果，2019 年蝦溝的pH 值和小龍蝦產(chǎn)量沒有明顯的相關(guān)關(guān)系，但2020 年蝦溝的pH 值和小龍蝦產(chǎn)基本呈正相關(guān)關(guān)系。2020年蝦溝的pH值通體低于2019年。從總體上看，當(dāng)平均pH 在7.7 左右波動時(shí)，小龍蝦平均產(chǎn)量維持較高水平。

圖5 2020年平均pH值與小龍蝦畝產(chǎn)對比圖

4 結(jié)論

（1）蝦稻共作田中，溶解氧的含量和蝦溝中水生植物、降雨、人工處理措施有關(guān)。蝦溝中浮萍過多、長歷時(shí)暴雨會降低蝦溝中溶解氧的含量。小龍蝦的產(chǎn)量與溶解氧含量整體呈正相關(guān)關(guān)系，當(dāng)溶解氧含量高于3 mg/L時(shí)，小龍蝦可正常生長；當(dāng)溶解氧低于2 mg/L時(shí)，小龍蝦產(chǎn)量下降明顯。

（2）蝦溝中pH值總體在7.4～8.4之間變化，生石灰能夠使蝦溝中的PH 值得到有效調(diào)節(jié)和控制，同時(shí)還能提高水的硬度及水中浮游植物的光合作用速率；但生石灰的投放需考慮蝦溝中的氨氮含量等因素。pH值與小龍蝦產(chǎn)量無明顯的相關(guān)關(guān)系，但總體上看，pH 在7.75 左右波動時(shí)，小龍蝦平均產(chǎn)量處于較高水平。

（3）由于小龍蝦的產(chǎn)量主要通過農(nóng)戶的統(tǒng)計(jì)獲取，存在數(shù)據(jù)精確度不高的問題；同時(shí)對蝦溝水質(zhì)的監(jiān)測頻次偏少，也會對結(jié)論產(chǎn)生影響。