稻龟综合种养土壤磷营养物质分析研究

邓时铭 ，刘丽 ，吴浩 ，陈湘艺 ，邹利 ，蒋国民 ，王冬武 ，2

（1.湖南省水产科学研究所，湖南 长沙 410153；2.水生动物营养与品质调控湖南省重点实验室，湖南 长沙 410003）

我国是世界上稻鱼养殖生产规模最大的国家[1]，已有20 多个省、自治区、直辖市开展[2-3]，养殖面积达231 万hm2[4]。为了能更好地满足人民生活高质量要求，实现稻田养殖可持续健康地发展，我国张启发院士提出“双水双绿”理念，做强水稻、水产“双水”产业，做优绿色稻米、绿色水产等“双绿”产品[5]。目前我国稻渔综合种养模式主要有：稻-虾、稻-鱼、稻-蛙、稻-鳅等共作、轮作或连作模式，主要进行了养殖品种与养殖模式的探究[6-7]、生态系统营养物质的支出与效益分析[8-10]、渔米产品质量评价[11-13]等研究。试验发现，稻鱼综合种养模式可增加土壤肥力[14-15]，促进营养物质的吸收和循环[16]，产生了较高的生态效益和经济效益。而稻龟综合种养模式研究较少，研究的内容也较为简单[17-18]，对稻田生态系统营养物质的循环与利用还未见报道。

磷是动植物生长、发育不可缺少的营养元素，也是细胞内一切生物化学作用的能量来源。在稻田生态系统中，磷营养物质易于沉积并在底泥中富集[16]，有机磷和不溶性磷较难被植物吸收，利用率不高[19]，有效性低，从而使得磷成为稻田土壤中限制性的营养物质[20]和农田生态系统生产力重要的制约因素之一[15]。该论文按照不同的养殖密度进行稻龟综合种养，不施肥，只投饵。乌龟从饲料中吸收磷营养，满足生长发育需求，水稻利用根系吸收底泥有效磷。通过检测分析稻田土壤理化性质、不同形态磷营养含量及微生物组成与分布等，比较分析其差异性及相关性，研究稻田磷营养物质的转化与利用情况，探索最佳稻田养龟综合种养模式，以期为绿色稻龟养殖提供理论基础。

1 材料与方法

1.1 试验材料

中华草龟购于湖南呈宝龟类繁养有限公司，为同一批次人工孵化苗，规格一致，为35～40 g/只。水稻为湖南省水稻研究所提供，试验桶为塑料圆桶，体积约为3 m3，稻田土壤为池塘淤泥和体表土壤混合物，pH 值为 6.50 左右。

1.2 试验方法

设12 个试验桶。3 个为对照组（control group 简称CG），不放龟，只种稻。另9 个试验桶为稻龟综合种养组（rice-tortoise 简称 RT），分设 3 个梯度：即2.7 只/m2（rice-tortoise one 简称RT1）、3.3 只/m2（rice-tortoise two 简称 RT2） 和 3.9 只/m2（rice-tortoise three 简称RT3）放养密度，每个梯度3 个试验桶，置于室外养殖。

水稻根系主要分布在0～20 cm 土层[21]，试验桶内铺设20 cm 厚土壤，加水，插稻，待禾苗返青后将室外暂养10 d 的中华草龟随机分组放入。第3 天开始投喂含磷92.61 mg/kg 颗粒浮性饵料，日投饵量为龟总体质量的3%，分2 次投，投喂1 h 后清除残饵，养殖周期为11 周。试验期间，12 个试验桶管理模式一致，不施肥，不撒药。

1.3 采样与处理

鉴于沉积物5 cm 磷含量和细菌多样性最具有代表性[22]，分别在试验第 1 天、第 34 天、第 54 天和第74 天，也就是禾苗的返青期（Turning green stage,TS）、拔节孕穗期（Jointing-booting stage, JS）、灌浆期（Filling stage, FS）和成熟期（Mature stage, MS），无菌条件采集表层5 cm 厚土壤。每个试验桶设3 个采样点,混匀为一个样[23]，微生物检测样无菌4 ℃保存，1 d 内检测完毕。

1.4 土壤磷营养及微生物的测定

1.4.1 土壤营养物质的测定 按照NY/T 88、NY/T 1121.7 和NY/T 1121.6 标准进行土壤总磷、有效磷和有机质的检测分析，采用欧盟推荐SMT 法[24-25]进行土壤无机磷的测定。

1.4.2 微生物培养及计数方法 参考李翠[22]方法进行土壤无机磷细菌、有机磷细菌和厌氧菌[26]的计数分析，采用李振高等[27]方法进行亚硝化细菌计数，细菌总数和硝化细菌分别用牛肉膏蛋白胨琼脂培养基[28]、改良的斯蒂芬逊培养基 B 计数[29]。

1.5 数据统计与分析

采用Microsoft Excel 整理试验数据，结果用平均值±标准差（`X±SD）表示，用软件 SPSS23.0 进行单因素分析，差异具统计学意义（P＜0.05）时，则用Duncan’s 法进行多重比较。

2 结果与分析

2.1 稻田土壤营养物质变化

土壤营养物质变化如图1 所示，对照组（CG）土壤表层有机质含量变化不显著，稻龟组（RT）降幅大，灌浆期达最低，其后逐步增加，RT2 和RT3 组降幅极显著地高于RT1（P＜0.01）。对照组（CG）土壤表层总磷随着水稻生长而逐步降低，成熟期达最低，降幅较为缓慢。稻龟RT1 组土壤总磷先增加，其后逐步降低，而稻龟RT2 和RT3 土壤总磷先降低，在灌浆期达最低值，降幅大，随后逐步增加。所有试验田土壤有效磷含量随着水稻的生长均呈下降趋势，其降幅组间无统计学意义差异（P＞0.05），但成熟期，稻龟组（RT）土壤有效磷含量极显著高于稻田组（P＜0.01），RT2 组达最高，其次是 RT1 组和 RT3 组。

图1 稻田土壤营养物质变化趋势图

2.2 稻田土壤营养物质相关性

根据土壤营养物质检测结果，进行相关性和显著性分析发现：对照组（CG）土壤总磷与有机质、无机磷和有效磷相关系数＜0.70，无显著强相关性（P＞0.05）。稻龟组（RT）土壤总磷与有机质的相关系数＞0.90（表1），两者呈极显著直线正相关（P＜0.01，R2= 0.8852）（图2）；土壤总磷与无机磷的相关系数，随着中华草龟养殖密度的增加而逐步增大，相关性增强，但无显著相关性（P＞0.05，R2=0.1683）；而土壤总磷与有效磷的相关系数，在中华草龟养殖密度为2.7～3.3 只/m2时，随着养殖密度的增加而变大，相关性增强，3.3～3.9 只/m2时逐步下降，两者相关性达显著水平（0.01＜P＜0.05，R2=0.3335）。因此，根据稻龟组（RT）土壤总磷与有机质、有效磷的相关性，拟合回归模型方程为Y=0.029928X1+14.75773X2-0.03891（Y 为总磷 g·kg-1，X1为有机质 g·kg-1，X2为有效磷 g·kg-1）。

表1 土壤营养物质相关系数

图2 土壤总磷与有机质、无机磷和有效磷的相关性

2.3 稻田土壤微生物种类、数量及相关性

随着禾苗的生长，稻龟组（RT）土壤微生物总量不断增加，到水稻成熟期达最大值，对照组（CG）灌浆期达最大值，其后降低。稻龟组（RT）微生物总量增速非常明显，从灌浆期开始极显著地高于稻田组（CG）（P＜0.01），稻龟组间差异也显著（P＜0.01），以RT1 组增速最快，微生物总量最高，其次是RT3 和RT2 组，具体见图3。

图3 禾苗不同生长期土壤细菌总数变化

稻田土壤微生物有厌氧菌、有机磷菌、无机磷菌、硝化细菌和亚硝化菌等种类，厌氧菌含量低，并随禾苗的生长，稻龟RT1 和RT2 组极显著下降，待禾苗成熟期时才略有上升，对照组（CG）则逐步增加，而稻龟RT3 组先增加，灌浆期下降，随后成熟期上升。到水稻成熟期时，各试验组土壤厌氧菌含量差异不明显，具体见表2。

在禾苗生长过程中，稻龟RT1 和RT2 组土壤有机磷菌和无机磷菌含量逐步上升，亚硝化菌含量始终高于硝化菌含量，对照组（CG）和稻龟RT3 组有机磷菌含量呈下降趋势，硝化菌含量呈逐步上升趋势，具体见图4。

2.4 稻田土壤微生物与磷营养物质的相关性

将试验田土壤营养物质含量与微生物数量进行相关性分析，结果发现，对照组（CG）土壤总磷和有效磷分别与厌氧菌和硝化菌数量的相关系数（|r|＞0.9）呈极显著性负相关（P＜0.01），与有机磷菌和无机磷菌呈显著的负相关（P＜0.05），而稻龟组（RT）的负相关性明显减弱；对照组和稻龟组土壤有机质和无机磷含量与厌氧菌、有机磷菌、无机磷菌等微生物数量相关系数（|r|＜0.7）无显著相关性（P＞0.05），具体见表3。

表2 土壤厌氧菌含量 %

表3 微生物数量与磷营养含量相关性

图4 土壤微生物含量变化

3 讨论

3.1 稻田养龟肥效分析

禾苗在生长过程中一直都从土壤吸收营养，但随着禾苗的生长，水稻根系吸收土壤营养越来越强，到抽穗灌浆期达高峰，其后营养吸收量开始下降[30]。因此，对照组（CG）土壤总磷、有效磷和有机质一直呈下降趋势，成熟期达最低，而稻龟综合种养田（RT）灌浆期达最低。这是因为稻龟养殖，投喂饲料，增加水体营养物质，当水稻根系吸收能力降低时，稻田土壤总磷、有效磷和有机质出现积累，使得磷营养增加。也就表明，稻龟综合种养模式能明显增加稻田土壤磷肥。

稻田土壤有效磷降幅在一定程度上反映出水稻根系对有效磷的吸收量，对照组（CG）和稻龟组（RT）有效磷浓度的降幅差异不明显，表明水稻根系吸收磷营养物质总量差异不大，但到水稻成熟期后，稻龟组（RT）土壤有效磷浓度极显著地高于对照组（CG），且稻龟组（RT）有机质降幅极显著地高于对照组（CG）。这说明中华草龟的投喂与活动，加快了稻田土壤有机质的循环与利用，提高了稻田土壤的磷肥力，使得土壤肥效强且持久，以RT2 组为最佳模式，土壤总磷含量与土壤有机质含量呈极显著直线正相关，土壤有效磷与总磷呈显著直线正相关。

3.2 稻田微生物总量、菌落结构与活性

土壤微生物是土壤生态系统的重要组成成分[31]，不但影响着土壤正常的物质循环和能量转化，而且影响着土壤的肥力[32]，是体现土壤质量的重要指标之一[33]。稻田养殖中华草龟后，不但显著地增加土壤表层微生物总量，而且随着禾苗的生长，水稻根系吸氧能力的提升[34]，对照组（CG）土壤厌氧状态越来越严重，厌氧菌含量逐步增加，而稻龟组（RT）土壤厌氧菌含量则大大降低，亚硝化菌含量增加，扭转了有机磷菌的变化趋势，极明显地改变了土壤微生物菌落的分布与丰度。这可能是由于中华草龟的日常活动，加强了对土壤表层的搅拌，提升了土壤表层含氧量，抑制了厌氧菌的繁殖，促进了好氧的亚硝化菌和兼性厌氧的有机磷菌和无机磷菌的生长，加强了土壤硝化作用[35]和磷循环，增强了土壤养分供应能力。

中华草龟生长速度慢，吸收能力差，排泄物肥力足，极易污染环境。稻田养殖中华草龟，不但充分利用了乌龟排泄物肥料，减少污染，而且还促进土壤营养物质的释放与利用，提高稻田土壤的肥力。