稻虾共作对稻田水体环境的影响

易芙蓉，林玮诗，张鸣宇，傅志强

（湖南农业大学农学院／南方粮油作物协同创新中心，长沙410128）

“稻虾共作”模式就是在种植水稻的田间放养一定量的小龙虾，两者相互依存、相互生长、以废补缺、化害为利的互利共生状态。该模式实现了“田面种稻，水体养虾，虾粪肥田，稻虾共生”的效果，有效提高了农田资源利用率和产出效益，拓展了发展空间，促进了传统农业的改造升级［1，2］。小龙虾作为我国重要的淡水经济养殖品种，富含营养、味道鲜美，市场需求日益增大，其养殖前景巨大。因此，发展稻虾共作模式可以丰富水稻和水产的可持续发展途径，在保证稻米产量和质量的同时，还可收获水产品，提高经济效益［3］；有利于发展生态农业、打造精品农产品、促进农业增产和农民增收［4］。目前，关于稻虾共作模式的研究多集中于对经济效益和技术情况的评估，而对稻田水体环境影响的研究较少。本文以洞庭湖区典型稻虾共作地区——湖南省南县为研究对象，通过实地调研采样与室内实验检测，研究该模式对稻田水体环境的影响，以期揭示稻虾共作模式种养前后的水体环境变化情况和中稻单作与稻虾共作的水体环境差异，为稻虾共作模式改善水质与可持续发展提供理论基础和参考依据。

1 材料与方法

1.1 采样地概况

湖南省南县位于洞庭湖平原西北部，地理坐标为112°10′53″E～112°49′06″E，29°03′03″N～29°31′37″N。县域内水网密布，水资源丰富，水域面积29 khm2，约占总面积的28%。可利用水面10.3 khm2，全部为养殖水域，其中池塘5.9 khm2、湖泊2.3 khm2、河沟1.0 khm2。地势自西北向东南微倾，平均海拔29 m。属中亚热带向北亚热带过渡的大陆性季风湿润气候，年均气温16.7℃，年降雨量1237.7 mm。土地肥沃，雨水充沛，日照时间长，有霜期短，气候温暖湿润，适宜动、植物的繁育和生长，是一个自然条件优越的农业区域，农业生产有着得天独厚的区域优势［5～7］，适宜发展稻虾共作模式。

近年来，为打造渔业产业链，打响“洞庭生态鱼”品牌，湖南省提出了建立环洞庭湖生态渔业经济圈的构想［8］，促进了稻虾共作模式的发展。以南县为代表，其稻虾共作模式普遍以“一季中稻+两季虾”为主，在3月中旬至4月初间投放第一批虾苗，至6月下旬期间适时补苗并捕捞成虾，未成熟的幼虾随水迁移至虾沟中。6月底开始中稻种植，完成整田、插秧、晒田控蘖及复水后，虾沟中的幼虾进入稻田生活，于中稻收割前收获第2季成熟小龙虾。10月底或11月初中稻收割完毕后投放抱卵亲虾，进行下一轮的稻虾共作种养。整个种养过程涉及的稻虾苗种选择、稻田工程改造、虾苗放养培育、田间管理、水肥调控和水质监测、病虫害防治、捕捞收割等种养技术在南县已趋于成熟。截至2018年底，南县稻虾共作总面积达到33.3 khm2，累计年产小龙虾8万吨，生产稻虾米24万吨，综合产值达100亿元［9］，成为湖南省高效渔业先进县，也是洞庭湖淡水渔业县的典型代表。

1.2 观测指标与研究方法

检测水样的稻虾共作稻田位于南县茅草街镇、南洲镇、青树嘴镇的8个稻虾共作集中种养村。于2018年6月底水稻种植后对同一调查农户的中稻单作模式和稻虾共作模式稻田进行取样。稻虾共作模式处于稻虾共生期，取样为稻虾共作稻田的进水口自然水和田间水。中稻单作模式取样为水稻生长期的稻田田间水。田间分散随机取样，取样深度为距水面30 cm。设置稻虾共作稻田进水口自然水和中稻单作稻田田间水两个对照组，以稻虾共作稻田田间水为实验组，实验组和对照组各取20份250 mL的水体样本，总样本数为60份。

测定指标为水体pH值、色度、TDS、溶解氧、电导率和氧化还原电位。其中pH值使用PHBJ-260型pH仪测定；色度采用分光光度法测定［10］；TDS采用电导率法测定［11］；溶解氧采用电容量分析法测定［12］；电导率由雷磁DDSJ-308A电导率仪测定；氧化还原电位采用去极化测定法测定［13］。

稻虾共作稻田的种养用水通过进水口引入，引入水为取样所在地的河流湖泊自然水。取进水口自然水与稻虾共作模式的稻虾共生期田间水进行对比，可反映稻虾共作种养前后水体环境变化，探讨稻虾共作模式对自然水体的改变程度；取中稻单作模式的水稻生长期和稻虾共作模式的稻虾共生期两者的田间水进行对比，可反映稻虾共作模式相较于中稻单作模式对稻田水体环境的影响。

1.3 数据分析与统计

实验数据采用SPSS 19.0和Microsoft Excel 2010软件进行方差分析及计算。

2 结果与分析

2.1 稻虾共作前后的稻田水体环境变化

在稻虾共作种养过程中，进水口引入江河湖泊水作为田间种养用水，进入共作稻田后，在稻虾生命活动的共同作用下，水体环境将发生变化。由表1可知，稻虾共作改变了自然水体的理化性质和物质含量。稻虾共作田间水与进水口自然水的pH值差异显著，田间水相较于自然水的pH 值提高了1.88%；水体色度在稻虾共作种养前后变化显著，稻虾共作种养后的田间水体相较于未受共作种养影响的进水口自然水，其色度值提高了42.19%；稻虾共作田间水体相较于进水口自然水的TDS含量显著提高了1.66%；田间水体的电导率显著高于自然水，增长值为13.08%；共作种养后的田间水体相较于进水口自然水的氧化还原电位显著增加了14.15%；稻虾共作田间水体与进水口自然水的溶解氧（DO）含量呈显著差异，相较于进水口自然水，稻虾共作田间水降低了17.20%的水中溶解氧。由以上分析可知，稻虾共作种养前后的水体理化环境发生了较大变化，稻虾共作提高了水体pH、色度、TDS、电导率和氧化还原电位，降低了水体溶解氧的含量。

表1 稻虾共作前后的稻田水体环境变化Table 1 Changes of water environment in rice paddies before and after rice shrimp co-cropping

2.2 不同稻作模式对田间水体环境的影响

表2数据显示，稻虾共作模式下的pH值、色度、TDS、电导率、氧化还原电位均高于中稻单作模式，溶解氧（DO）含量低于中稻单作模式。两种模式的pH、色度、溶解氧、电导率、氧化还原电位差异性显著。相较于中稻单作模式，稻虾共作模式的稻田水体pH值提高了1.37%、色度提高了10.98%、电导率提高了10.31%、溶解氧降低了9.41%、氧化还原电位提高了6.03%。两种模式的稻田水体TDS差异不显著，相较于中稻单作模式，稻虾共作模式TDS提高了1.14%。由以上分析可知，相较于中稻单作模式，稻虾共作模式对稻田水体环境的影响更大。

表2 不同稻作模式下稻田的田间水体环境差异Table 2 Differences of field water environment of paddy fields under different rice cropping patterns

3 讨论

pH值是表征水体酸碱性的指标，不同类型的水环境质量标准不同，我国对于农田用水的水质标准规定，pH值的适用范围是5.50～8.50，在小龙虾的养殖过程中，要求保持在7.0～8.5［14，15］。根据测定数据可知，稻虾共作模式和中稻单作模式pH值含量均符合国家农田用水的水质标准规定，稻虾共作模式下的pH环境也符合小龙虾养殖的水体要求。稻虾共作时，需要使用生石灰调节稻田土壤环境，小龙虾脱壳形成的含钙较多的壳灰、贝壳粉等进入农田可中和田间H+［16］，导致稻虾共作提高了自然水体的pH，相较于中稻单作模式的水体碱化程度更加明显。TDS是水中总溶解固体含量，它直接反映了水的咸化程度［17］。稻虾共作种养过程中小龙虾的残饵、排泄物增加了土壤有机质，土壤中相关酶的活性提高也促进了有机质的分解［18～20］，使水中溶解物质增加。稻虾共作稻田田间水体TDS含量高于自然水和中稻单作田间水，提高了水体咸化程度，可以更快地在土壤中积累盐分达到抑制潜水蒸发的作用［21］。色度是一项感官性指标，由水中的溶解物质引起变化。溶于水的腐殖质、有机物也会使水体色度增加。电导率与水体营养物质浓度和悬浮物含量呈一定的正相关性［22］。稻虾共作稻田水体营养物质含量增加，较中稻单作模式水体有更高的养分，使得稻虾共作稻田田间水体电导率显著提高。溶解氧是指以分子状态溶存于水中的氧气单质。我国环境监测指标指出，溶解氧含量在4 mg／L以上，即可满足大多数鱼类的生存条件［23］。其值与气温、水草生长和外界增氧等因素密切相关［3］。在稻虾共作种养过程中，虾的日常活动不断搅混田间水体，水中的太阳光穿透率低，不利于水生植物的光合作用，放氧量下降。且稻田底质中所含有机质在微生物的作用下分解耗氧，使水体中溶解氧含量降低［24］。同时，溶氧量的降低也会引起水体污染和水质下降［25］，对田间生物的生命活动有一定负面影响。氧化还原电位是多种氧化物质和还原物质发生氧化还原反应的综合结果，是评价水质优劣程度的一个标准［26］。与全国明等［15］的研究结果相似，稻虾共作种养过程中，稻田水体溶氧量的降低会导致氧化还原电位的下降，但虾的中耕混水作用也能使水体溶解更多的氧气。且稻虾共作种养过程中，微生态制剂的使用可以降解水体及底泥中的有机质，吸收氨氮及亚硝酸盐等还原性物质，还原性物质的减少在一定程度上提高了氧化还原电位［27］。多重因素影响下，稻虾共作稻田田间水体氧化还原电位显著提高，水体处理生物代谢的还原性有机物的能力增强，系统可以更有效地处理污染物［28］。

4 小结

稻虾共作种养前后的水体理化环境发生了较大变化。相较于中稻单作，稻虾共作提高了水体pH、色度、TDS、电导率和氧化还原电位，降低了水体溶解氧的含量，创造了适宜稻虾共同生长的水体环境，在抑制潜水蒸发、提高水体自净能力方面有积极作用，但水体溶氧量的降低，不利于水生植物的生长和部分物质的分解消化，影响稻田水质。在稻虾共作过程中，需充分利用水体环境变化的有利因素，合理人工增氧规避水体溶氧降低带来的影响，以促进稻虾共作模式持续健康发展。