“稻-沼-鱼”模式下沼液施量对草鱼和水稻生长、产量、品质的影响

曲兆凯 田军仓 沈晖 单宁 王凯亮

摘要：为探究宁夏引黄灌区“稻-沼-鱼”模式中最佳沼液施量，以沼液低施量（B1）和沼液高施量（B2）为处理，以常规追施化肥为对照（CK），对草鱼和水稻生长、产量、品质的影响进行试验研究。结果表明，B1、CK草鱼存活率均较B2高，B1、B2草鱼的体质量、体长均显著大于CK，体质量分别增加15.0%、16.9%，B1、B2草鱼肌肉滴水损失显著低于CK，分别减少17.4%、12.4%;B1、B2草鱼肌肉粗蛋白含量显著高于CK，分别增加15.7%、11.7%，但粗脂肪含量均显著低于CK，分别减少24.3%、20.9%;B1、B2处理的草鱼肌肉矿物元素P、Fe含量均显著高于CK，B1草鱼肌肉Ca含量显著大于B2、CK;B1、B2处理的草鱼肌肉氨基酸总量显著高于CK，分别增加16.8%、12.4%;必需氨基酸指数分别增加11.7%、9.6%;B1、B2水稻水分生产效率显著大于CK，分别增加10.5%、14.5%;B1、B2水稻整精米率显著高于CK，分别增加5.2%、2.9%，B1垩白粒率显著低于B2、CK。综合考虑，B1草鱼与水稻的生长、产量和品质较优，最佳沼液施量为较低水平处理B1，施沼液6次，总量为13 500 kg/hm2;总灌溉13次，灌溉定额为10 600 m3/hm2;水稻和草鱼产量分别为8 763.3、2 298.3 kg/hm2，较CK分别增产11.2%、23.0%。该结论对稻鱼提质增效和“稻-沼-鱼”模式推广以及现代化生态灌区建设具有指导作用。

关键词：引黄灌区;稻-沼-鱼模式;稻田草鱼;沼液;现代化生态灌区;氨基酸

中图分类号： S964.2  文献标志码： A

文章编号：1002-1302（2021）21-0100-08

收稿日期：2021-06-10

基金项目：宁夏自治区重点研发计划重大项目（编号：2018BBF02022）;宁夏高等学校一流学科建设项目（编号：NXYLXK2017A03、NXYLXK2021A03）。

作者简介：曲兆凯（1995—），男，河南兰考人，硕士研究生，从事节水灌溉理论与技术研究。E-mail：562042534@qq.com。

通信作者：田军仓，博士，教授，博士生导师，从事节水灌溉理论与技术研究。E-mail：slxtjc@163.com。

草鱼的养殖模式和生产方式因地而异，西北地区大多以投喂配合饲料进行大塘草鱼养殖[1]，但随着饲料的大量投喂，水体环境污染程度加重，鱼肉品质与口感随之下降，稻田养鱼模式在此背景下应运而生[2]，研究表明，稻鱼综合种养是减少集约化池塘缺氧和增加稻米产量的有效途径[3-5]。此外，由于水稻种植面积呈下降趋势[6]，为了提高稻谷产量，人们加大了化肥和农药的投入，进而导致稻田面源污染加剧，同时破坏了稻田鱼类的生存环境，水稻的生长与品质也受到影响[7]。

沼液是禽畜粪便经厌氧发酵后的残留物，富含氮（N）、磷（P）、钾（K）、蛋白质、维生素、氨基酸等养分及多种微量元素和生长因子[8-9]。研究表明，沼液可以为水体浮游动植物提供营养，增加其数量，进而丰富滤食性鱼类饵料，降低鱼病发生率[10]。陈祖洁发现，沼液中蛋白质的含量达到了大豆饼中的水平，蛋氨酸含量同鱼粉相近[11]。Madhumita等发现，施用沼液的鱼塘沉积物中异养细菌数量较高，可在一定程度上丰富鱼类的食源[12]。陈一良等也证明了沼液养殖鲫鱼的可行性[13]。

目前关于沼液养鱼的研究主要集中在技术和增产方面，日本、德国及我国江苏、湖北等地已开展对“猪-沼-鱼”生态模式探究[14-15]。Balasubramanian等用发酵原料为牛粪的沼液养鱼，达到节省饲料和增产的效果[16]。胡大彬研究发现，沼液养鱼产量和利润较常规养鱼增加10%以上[17]。左爱和在稻田施加沼液进行养鱼，得出鲶鱼产量较池塘养殖增长28%[18]。龙胜碧等通过在稻田设置不同沼液用量养殖鲤鱼，发现施沼液处理鲤鱼较常规对照增产近50%[19]。

沼液养鱼的试验近年来大多集中在大塘，在施加沼液稻田环境中养殖草鱼的研究较少，另外，沼液对稻田草鱼生长和品质的影响也未见报道。因此，本试验围绕宁夏引黄灌区“稻-沼-鱼”模式对草鱼生长与品质影响进行研究，可为引黄灌区稻田合理生态养殖草鱼的推广提供理论依据和技术支撑。

1 材料与方法

1.1 试验设计与实施

试验点位于宁夏回族自治区贺兰县于祥村现代化生态灌区示范基地，地处38°69′N、106°32′E，海拔为 1 105.3 m，年平均气温为8.5 ℃，年平均日照时数为2 800～3 000 h，年平均降水量為180 mm。

本试验采用对比方法，设置“水稻+不同沼液施量+草鱼”处理（模式），简称“稻-沼-鱼”处理（模式），不同沼液施量设置低施量（B1）和高施量（B2）稻田及环沟为处理，以常规追施尿素稻田及环沟为对照（CK），每个处理和对照均设3次重复。本试验旨在探讨在稻田水层深度一定的条件下，“稻-沼-鱼”模式中不同沼液施量对稻田草鱼生长与品质的影响规律。沼液主要理化性质见表1。

试验布置：每个处理和对照各设置1个小区和环沟，小区长为100 m，宽为50 m，面积为5 000 m2，环沟宽为3 m，水面面积为900 m2，共布置9个小区和环沟，总面积为53 100 m2，并在每个小区进、排水口设防逃网。

试验实施：选用土壤肥力相当且均匀的稻田，稻田基肥施量相同：磷酸二铵（N、P2O5含量分别为18%、46%）300 kg/hm2，尿素（N≥46%）150 kg/hm2，硫酸钾（K2O≥46%）75 kg/hm2。水稻品种为宁粳48，于2019年4月26日采用旱播种植，行、穴距均为 20 cm，每穴种子播量为25～30粒。每块稻田均放养来源和规格一致的草鱼，平均体质量为（520.4±10.3） g/尾。草鱼于6月5日投放稻田，密度为 1 500尾/hm2，放养前用3%食用盐水浸泡5～10 min 进行鱼体消毒。6月15日至7月25日，每 8 d 随灌水施1次沼液，沼液施用情况见表2。试验期间稻田不投喂任何草鱼饲料，草鱼主要以稻田浮游和底栖动植物、杂草及环沟边芦草为食。灌溉水为黄河水，6月由于稻田秧苗较低，且温度不高，稻田水深保持为15 cm，7—9月温度较高，保证田间水深为25 cm。

1.2 水稻及草鱼产量和样品采集

2019年9月3日实测各小区草鱼产量;每个处理与对照的化验样品各随机选取9尾草鱼，将采集的样本草鱼洗净并吸干水分后，测量体质量、体长、体宽、体高;解剖鱼体，取出内脏并称质量;再分离肝脏并称质量。10月1日，每个处理与对照水稻单打单收并实测产量。

1.3 样品测定

1.3.1 生长与形体指标的测定

用直钢尺测量草鱼的体长、体宽以及体高，用电子天平称量体质量。按下列公式计算草鱼形体指标。

肝体比=mg/m×100%;（1）

脏体比=mz/m×100%;（2）

肥满度=m/L3×100%。（3）

式中：mg表示鱼肝脏质量，g;mz为鱼内脏质量，g;m为鱼体质量，g;L为草鱼体长，cm。

1.3.2 pH值测定

依据GB 5009.237—2016《食品安全国家标准 食品pH值得测定》对样品进行处理和检测。

1.3.3 系水力测定

采集草鱼侧线上下方混合肌肉，测定滴水损失、冷冻渗出率、失水率，具体方法参考程辉辉等的方法[20]。

1.3.4 常规营养成分的测定

草鱼肌肉水分、粗脂肪、粗蛋白、粗灰分含量的测定分别采用GB 5009.3—2016《食品安全国家标准 食品中水分的测定》中的直接干燥法、GB 5009.6—2016《食品中脂肪的测定》中的索氏提取法、GB 5009.5—2016《食品安全国家标准 食品中蛋白质的测定》中的凯式定氮法、GB 5009.4—2016《食品安全国家标准 食品中灰分的测定》中的马弗炉550 ℃ 灼烧法。

1.3.5 矿物元素的测定

P、Fe、Ca含量测定分别依据GB 5009.87—2016《食品安全国家标准 食品中磷的测定》、GB 5009.90—2016《食品安全国家标准 食品中铁的测定》、GB 5009.92—2016《食品安全国家标准 食品中钙的测定》对样品进行处理，使用721型分光光度计测定P的含量，用原子吸收分光谱仪测定Fe、Ca的含量。

1.3.6 氨基酸含量的测定

采集侧线上下方混合肌肉，参照高效液相色谱法（GB 5009.124—2016《食品安全国家标准 食品中氨基酸的测定》），使用英国百康Biochrom 30+氨基酸分析仪测定氨基酸含量。

1.3.7 氨基酸营养价值评价

参考FAO/WHO氨基酸标准模式[21]与全鸡蛋蛋白氨基酸模式进行营养评价[22]。氨基酸评分（AAS）、化学评分（CS）、必需氨基酸指数（EAAI）和F（支链氨基酸与芳香族氨基酸的摩尔比值）[23]的计算公式如下：

样品氨基酸含量（mg/g）=样品中某氨基酸含量（mg/g）样品中粗蛋白含量（g/100 g）;（4）

AAS=样品中氨基酸含量（mg/g）FA/WHO标准模式中同种氨基酸含量（mg/g）;（5）

CS=样品中氨基酸含量（mg/g）全鸡蛋蛋白质中同种氨基酸含量（mg/g）;（6）

F=（缬氨酸+亮氨酸+异亮氨酸）（mg/g）（苯丙氨酸+酪氨酸）（mg/g）;（7）

EAAI=100AAE×100BBE×…×100NNE1/n。（8）

式中：n為比较的必需氨基酸个数;A，B，…，N为草鱼肌肉蛋白质中必需氨基酸含量;AE，BE，…，NE为全鸡蛋蛋白质中必需氨基酸含量。

1.3.8 水稻品质

按照NY 147—88《米质测定方法》标准测定稻米品质;参照GB/T 5009.5—2016标准，采用凯氏定氮法测稻米中蛋白质含量;参照GB/T 15683—2008《大米 直链淀粉含量的测定》标准，采用分光光度计测稻米直链淀粉含量。

1.4 数据统计分析

采用Excel 2016、SPSS 26.0统计软件进行单因素方差分析（One-way ANOVA），进行LSD多重比较检验组间差异，数据以“平均值±标准差”形式表示。

2 结果与分析

2.1 不同处理对草鱼生长性能、形体指标及肌肉系水力的影响

由表3可知，B1、B2处理的草鱼产量显著大于CK，分别增加23.0%、9.6%，草鱼存活率表现为 B1>CK>B2，且存在显著差异。

由表4可知，B1、B2处理的草鱼体质量、体长均显著大于CK，其中体质量分别增加15.0%、16.9%，体长分别增加4.2%、7.5%;各处理体宽、体高和肥满度均无显著差异。B1、B2处理的草鱼存活率较CK分别增加4.0%、-2.9%，此外，B1、B2处理的草鱼肥满度较CK分别增加0.7%、-6.3%;B1、B2处理的草鱼肝体比较CK分别增加5.9%、7.2%，脏体比分别增加7.9%、14.9%。

由表5可知，B1、B2草鱼肌肉pH值显著大于CK，分别增加10.4%、17.9%。B1、B2处理的草鱼肌肉滴水损失显著低于CK，分别减少17.4%、12.4%;B1、B2较CK处理的草鱼肌肉冷冻渗出率分别低10.0%、3.1%，失水率分别低3.6%、3.0%。

2.2 不同处理对草鱼肌肉常规营养成分与部分矿物元素含量的影响

由表6可知，B1、B2处理的草鱼肌肉的水分含量显著高于CK，分别增加1.6%、1.4%;B1、B2处理的草鱼肌肉粗蛋白含量显著高于CK，分别增加15.7%、11.7%，但B1、B2处理的草鱼肌肉粗脂肪含量均显著低于CK， 分别减少24.3%、 20.9%，粗灰分含量无显著性差异，B1、B2处理的草鱼肌肉矿物元素P、Fe含量显著高于CK，其中P含量分别增加20.2%、21.8%，Fe含量分别增加44.2%、47.6%。B1处理的草鱼肌肉Ca含量显著大于B2和CK，B1和B2处理的Ca含量分别比CK增加30.4%、7.7%。

2.3 不同处理对草鱼肌肉氨基酸含量的影响

由表7可知，本试验草鱼肌肉中均测得17种氨基酸，包括7种人体必需氨基酸，2种半必需氨基酸和6种非必需氨基酸，其中，Glu含量最高，His次之，Val含量最低。B1处理的草鱼肌肉氨基酸含量整体优于B2，但差异不显著。B1与B2处理的草鱼肌肉TAA、EAA、HEAA和FAA总量均显著高于CK，其中TAA含量分别增加16.8%、12.4%，EAA含量分别增加18.9%、14.2%，FAA含量分别增加16.9%、13.6%。

B1、B2处理的草鱼肌肉Glu、Ala、Val、Leu、His、Lys含量均显著高于CK，其中Glu含量分别增加31.1%、27.2%，Lys含量分别增加56.0%、44.0%。根据FAO/WHO提出蛋白质中EAA/TAA在0.4左右、EAA/NEAA达到0.6以上属优质蛋白质[24]，本试验草鱼EAA/NEAA均符合上述指标要求，其中B1、B2较CK分别增加3.3%、2.1%;但EAA/TAA均低于0.4。

2.4 不同处理对氨基酸营养价值评价结果的影响

由表8中AAS和CS可知，“稻-沼-鱼”模式下施沼液处理草鱼第一限制性氨基酸均为Val，第二限制性氨基酸均为Lys。此外，本试验中草鱼肌肉必需氨基酸总量均高于FAO/WHO模式，但低于全鸡蛋蛋白质模式，其中B1、B2较CK分别增加3.3%、2.8%。B1、B2处理的草鱼肌肉EAAI分别较CK高11.7%、9.6%，F值分别高10.1%、6.1%。

2.5 不同处理对水稻灌溉定额-需水量-产量-品质与水分利用效率影响

在2019年水稻生育期4月28日至10月1日，贺兰县气象站所测蒸发量（E601） 为723.3 mm， 降雨量为127.8 mm。本试验灌溉13次，其中6月稻田水层深度保持15 cm，7—9月保持25 cm。水稻需水量按下式水量平衡方程计算：

ETt=h1-h2+P+W-d。（9）

式中：ETt表示时段t内水稻的田间需水量，mm;h1和h2分别为初、末稻田水层深度;P表示有效降水量，mm;W表示水稻生育期内稻田的灌溉定额，mm，本试验为1 060 mm;d表示稻田排水量，mm，本试验为便于草鱼捕捞和水稻乳熟期稻田自然晾干，于9月3日排水150 mm。

由公式（9）计算得出ETt为1 038 mm。由表9可知，B1和B2处理的水稻产量显著大于CK，分别增加11.2%、14.7%;B1和B2处理水稻水分生产效率显著大于CK，分别增加10.5%、14.5%。B1处理的稻米糙米率、精米率、胶稠度与食味值显著大于CK，分别增加4.0%、3.7%、11.9%、4.7%，B1与B2处理在上述水稻品质指标方面差异均不显著，表现为B1>B2>CK;B1和B2处理整精米率显著大于CK，分别增加5.2%和2.9%;B1和B2处理稻米垩白粒率和垩白度显著低于CK，垩白粒率分别降低16.2%和8.2%，垩白度分别降低36.6%和27.3%;直链淀粉含量表现为B2>CK>B1，蛋白质含量表现为B2>B1>CK，均无显著差异。

3 讨论

3.1 不同处理影响草鱼产量、形体指标、系水力的机制

“稻-沼-鱼”B1和B2处理的草鱼形体指标、产量均优于CK常规施化肥对照，其中产量方面与龙胜碧等的研究结果[19]相似，表明稻田施加沼液可以提高草鱼的商品价值。但未见稻鱼模式下对草鱼形体指标的研究。对于草鱼存活率而言，B1>CK>B2，说明适量沼液（B1）能够提高草鱼存活率，但过量沼液（B2）会增加草鱼死亡的风险。沼液可以为水中浮游生物提供营养，丰富滤食性鱼类饵料[10]，因此稻田施加适量沼液能有效改善草鱼的生存环境，但沼液施加过多可能会导致稻田水体富营养化[25-26]，破坏草鱼生存环境，不利于其生长发育。

滴水损失、冷冻渗出率、失水率等3个指标与系水力呈负相关[27]，且系水力越高，鱼肉品质越好[28]，其中滴水损失越大，草鱼市场货架期越短，从而导致其经济价值降低[29]。“稻-沼-鱼”处理B1和B2的草鱼肌肉系水力高于CK，其中滴水损失显著低于CK，表明稻田施加沼液有助于减少肌肉水分损失，提升鱼肉品质和口感，但B1系水力较B2优，表明沼液施加过多会缩短草鱼货架期并降低其商品价值，不利于改善鱼肉的鲜度和风味。

3.2 不同处理影响草鱼肌肉营养成分和矿物元素的机制

“稻-沼-鱼”B1和B2处理草鱼水分与粗蛋白含量显著高于CK，粗脂肪含量显著低于CK，该结论未见研究报道，但与陈一良等在池塘施加沼液养殖鲫鱼得出水分、粗蛋白含量增加，粗脂肪含量降低的结果[25]相似，但由于与其养殖环境、沼液施量及水源类型不同，相差程度有所不同。B1和B2处理的草鱼脂肪含量低于CK的原因是稻田施沼液后，浮游与底栖动植物数量增加，草鱼的觅食行为随之增多，有效消耗了体内脂肪。B1草鱼粗蛋白含量高于B2，表明过多沼液不利于草鱼体肌肉营养物质的合成和积累，同时也降低了食用草鱼的健康标准。

3.3 不同处理影响草鱼肌肉氨基酸含量及营养评价的机制

“稻-沼-鱼”B1和B2处理的草鱼肌肉鲜味氨基酸含量（FAA）和必需氨基酸指数（EAAI）均表现为B1>B2>CK，说明“稻-沼-鱼”处理有利于鱼肉的鲜美程度提高以及氨基酸合理组成与积累，B1处理的草鱼肌肉氨基酸含量整体优于B2，表明沼液施加过多不利于其氨基酸的合成以及鱼肉风味的改善。经查未见“稻-沼-鱼”模式对草鱼氨基酸含量及营养评价的研究。

“稻-沼-魚”B1、B2处理草鱼第一限制性氨基酸均为Val，该结论未见研究报道，但与况文明等在池塘环境下养殖草鱼的研究结果[30]相似。本研究第二限制性氨基酸均为Lys，但与况文明得出的Ile研究结果[30]有差异，由于况文明取自草鱼背部肌肉，而本试验取侧线上下部分混合，且研究表明，草鱼背肌和腹肌的限制性氨基酸不相同[31]，因此该差异可能与取样部位不同有关。

3.4 不同处理影响水分生产效率的机制

本研究“稻-沼-鱼”共作灌溉定额为 10 605 m3/hm2，与刘路广等在潜江市实际调研的当地稻虾模式灌溉定额约为水稻灌溉定额（4 050 m3/hm2）的3倍左右，最后通过计算得稻虾共作灌溉定额为12 945 m3/hm2的结论[32]相似。本研究6月稻田水层深度保持为15 cm，7—9月保持为25 cm，与Rohtuis等研究得出的养鱼稻田水层的深度应为常规稻田需水深度（5～9 cm）2～3倍的结论[33]相似。本研究水分生产效率范围为0.76～0.87 kg/m3，与郭灿在湖北省淹灌条件下稻虾共作模式中得出的水分生产效率在0.60～0.83 kg/m3范围内的结论[34]相似。本试验中B1、B2处理的水分生产效率分别为0.84、0.87 kg/m3，显著大于CK（0.76 kg/m3），原因在于需水量相同的情况下，B1和B2处理的水稻产量显著大于CK，即施加沼液能够明显提高水稻产量[35]。

4 结论

“稻-沼-鱼”处理中随着沼液施量的增加，草鱼体长、肌肉滴水损失降低，pH值增大，其中B1和B2处理的草鱼产量较CK分别增产23.0%、9.6%，草鱼的体质量较CK分别增加15.0%、16.9%，体长分别增加4.2%、7.5%，草鱼肌肉pH值分别增加10.4%、17.9%，肌肉滴水损失分别减少17.4%、12.4%。

“稻-沼-鱼”处理中随着沼液施量的增加，草鱼肌肉水分、粗蛋白和钙含量降低，粗灰分、粗脂肪、磷、铁含量增加。B1、B2处理的草鱼肌肉水分较CK分别增加1.6%、1.4%，粗蛋白含量分别增加15.7%、11.7%，粗脂肪含量分别减少24.3%、20.9%，P含量分别增加20.2%、21.8%，Fe含量分别增加44.2%、47.6%，Ca含量分别增加30.4%、7.7%。

“稻-沼-鱼”处理中随着沼液施量的增加，草鱼TAA、FAA、EAAI、F值均有所降低，B1与B2处理的草鱼肌肉TAA较CK分别增加16.8%、12.4%，谷氨酸含量分别增加31.1%、27.2%，赖氨酸含量分别增加56.0%、44.0%，EAAI分别提高11.7%、9.6%，F值分别增加10.1%、6.1%。

“稻-沼-鱼”处理中随着沼液施量的增加，稻米糙米率、精米率、整精米率、胶稠度与食味值减小，直链淀粉含量、蛋白质含量、垩白粒率、垩白度和水稻产量增加。B1和B2处理的水稻产量较CK分别增加11.2%、14.7%，糙米率分别增加4.0%、1.7%，精米率分别增加3.7%、1.5%，整精米率分别增加5.2%、2.9%，胶稠度分别增加11.9%、5.2%，食味值分别增加4.7%、2.6%;B1和B2处理的垩白粒率较CK分别降低16.2%、8.2%，垩白度分别降低36.6%、27.3%。

综合“稻-沼-鱼”处理（模式）沼液施量与草鱼和水稻产量品质的指标效应看，在水稻生育期降水量为123.7 mm、稻田水面蒸发量为723.3 mm的条件下，B1处理整体较B2与CK优，B1处理水稻产量虽然较B2低，但考虑草鱼增加的经济效益较水稻高，确定最佳沼液施量处理为B1，即施沼液总量为13 500 kg/hm2，施沼液6次，前3次分别为 3 000 kg/hm2，后3次分别为1 500 kg/hm2;总灌溉13次，6月稻田水层深度保持为15 cm，7—8月保持为25 cm，水稻和草鱼产量分别为8 763.3、2 298.3 kg/hm2，灌溉定额为10 600 m3/hm2，水稻水分生产效率为0.84 kg/m3。该处理（模式）满足了水稻生育期养分需求，又为草鱼营造了食物更加丰富的生存环境，同时减少了化肥与饲料的投入，改善了农田生态环境，保障了无公害、绿色稻鱼产品输出，是一种共赢的高效生态农业生产模式，为建设现代化生态灌区提供了借鉴。

致谢：特别感谢宁夏大学土木与水利工程学院单宁、王凯亮、杨振峰、欧阳赞等同学在试验及样品检测过程中的大力帮助。

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