黑龙江省稻-扣蟹共作模式中华绒螯蟹生长及水质研究

王世会，赵志刚，罗亮，张瑞，郭坤，徐伟

（中国水产科学研究院黑龙江水产研究所，黑龙江省冷水性鱼类种质资源及增养殖重点开放实验室，黑龙江 哈尔滨 150070）

中华绒螯蟹（Eriocheir sinensis）（俗称河蟹）是我国重要的水产经济养殖种类之一[1]，野生种群广泛分布于中国沿海及通海的河流湖泊中，主要有辽河、黄河、长江、瓯江和闽江种群[2,3]。2019 年我国中华绒螯蟹养殖产量为77.87 万t，产值超500 亿元[4]。目前中华绒螯蟹的养殖模式主要有池塘养殖、湖泊或苇塘养殖和稻蟹共作等。长江流域受还湖恢复生态的迫切要求，中华绒螯蟹养殖模式现已逐渐转变为池塘精养或半精养的方式。而东北高寒地区利用水稻宜渔面积大的优势，开展了稻蟹共作的养殖模式。与水稻单作模式比较，稻蟹共作的最大优点就是可以实现一田两出[5]。随着稻蟹共作在全国渔业产业扶贫和助力乡村振兴等方面发挥的作用愈加明显，对稻蟹共作模式科研攻关也逐渐增加。近些年来，在土壤理化性质[6]、河蟹肠道微生物和环境微生物[7]、经济和环境效应评估[8]、氯虫苯甲酰胺类农药的风险评估[9]等均有涉及。但对稻蟹共作中华绒螯蟹的生长性能研究较少。先前研究表明，不同水系中华绒螯蟹的养殖性能等存在一定的种质差异。王世会等[10]研究表明，将辽河水系中华绒螯蟹扣蟹迁移至长江流域上海崇明岛养殖，仍然保持其在辽河水系生长性能，即生殖蜕壳早、成蟹平均体质量小等特点。但繁育子一代后，其后代生长性能与长江水系中华绒螯蟹无显著性差异[11]。这说明不同水系中华绒螯蟹在相同/相似的养殖环境下，生长性能可能存在差异。黑龙江省地处我国东北边陲，常年有效积温低，水产动物生长期短，相同生长时间内成体体质量小等不利因素，对当地稻蟹综合种养产业的可持续发展提出了严峻的挑战。本团队前期调研结果表明：黑龙江省稻田养殖成蟹雌体平均体质量为60 g 左右，雄体100 g。但中华绒螯蟹扣蟹生长性能却并未见报道，这不利于全面系统梳理黑龙江省稻蟹共作模式中华绒螯蟹生长性能，亟需加强此方面的相关研究。

水质理化因子是稻蟹共作生态系统的重要环境因素，显著影响水稻、中华绒螯蟹以及水体中浮游动植物的生长[12]。稻田水体浅，水环境因子不稳定，探究稻蟹共作期间水环境因子的变化，可以为水稻、中华绒螯蟹生长提供重要的科学依据。探明稻蟹综合种养中水质理化因子的变化规律，对解析该模式在高寒地区的生态效益具有重要意义。本团队前期已经开展了长江水系中华绒螯蟹不同放养密度实验。为此，本研究以长江水系中华绒螯蟹为对照，探究不同放养密度辽河水系中华绒螯蟹生长及水质变化参数，以期为黑龙江省稻蟹共作模式技术推广及应用提供基础数据资料。

1 材料与方法

1.1 材料及实验地点

实验用辽河和长江水系中华绒螯蟹仔蟹平均体质量分别为（0.45±0.05）g 和（1.02±0.16）g，分别于7 月初购自辽宁省盘锦市和江苏省盐城市。实验在黑龙江省第二积温带的绥化市北林区稻渔综合种养基地（127.08°E，46.88°N）进行，稻田灌溉用水取自附近呼兰河水系。

1.2 实验设计

本研究共设置1 个对照组（稻-长江蟹共作，RYZC）和2 个实验组（稻-辽河蟹共作组，RLHC），每组均设置3 个重复，共计9 个实验单元，每个实验单元300 m2。长江蟹投放密度为67 500 只/hm2，辽河蟹设置两个密度：67 500 只/hm2（稻-辽河蟹共作I，RLHCI）和135 000 只/hm2（稻-辽河蟹共作II，RLHCII）。5 月初，实验稻田开挖距田埂1 m 的梯形“口”字形环沟，环沟上部宽为0.6 m，下部宽度为0.3 m，深0.4 m，确保环沟面积不超过《稻渔综合种养技术规范第1 部分：通则SC/T 1135.1-2017》中规定的沟坑比，即不超过10%。稻田四周设置高为40 cm 的防逃网,防逃网底端埋入土下20 cm。实验稻田块水稻均采用“大垄双行，边沟加密”的栽培模式。6 月2 日，水工插秧，插秧行距40 cm 与行距20 cm 间隔排列，穴距15 cm，每穴3～4 株。借助稻田边际通风透光的优势，在环沟周围两侧增加插秧密度。待水稻返青后，7 月6 日在稻田中投放辽河和长江水系仔蟹，每天17:00 投喂中华绒螯蟹配合饲料（沈阳禾丰饲料有限公司），按体质量2%～3%投喂，晴天正常投喂，小雨天少投喂，大雨天不投喂。稻蟹共作期间，每隔两周采集一次水质样品，用于后续分析。

1.3 数据采集及指标测定

1.3.1 水稻和扣蟹生长性能

9 月下旬至10 月上旬，统计每个实验田块水稻产量；从养成扣蟹中随机挑选100 只，用毛巾擦干体表水分后，用电子天平称重（精确度=0.01 g），计算平均体质量、增重率（weight growth rate,WGR,%）和特定生长率（specific growth rate,SGR,%/d）。计算公式如下：

WGR（%）=100×（Wf-Wi）/Wi；

SGR（%/d）=100×（lnWf-lnWi）/D。

式中：Wf和Wi分别为扣蟹的终末体质量和初始体质量（g），D 为整个养殖实验时间（d）。

1.3.2 水体和土壤环境因子测定

上午9:00～10:00，采用美国维赛多参数水质分析仪（YSI Professional Plus）现场测定稻田水体的温度（TEMP）、溶解氧量（DO）、pH 和电导率（SPC）。现场收集稻田中的水质样品，带回黑龙江水产研究所分析。水体总氨氮（TAN）、亚硝酸态氮（NO2-N）、硝酸态氮（NO3-N）、总氮（TN）、正磷酸盐（PO4-P）、总磷（TP）和叶绿素a（Chl.a）含量及化学需氧量（COD）按照水和废水监测分析方法[13]测定，土壤TN、TP 采用相应方法[14,15]测定。

1.4 统计分析

所有数据均采用平均值±标准误（Mean±SE）表示，采用SPSS 22.0 软件统计分析。数据采用单因素方差（ANOVA）分析，Duncan 氏法多重比较，P＜0.05 代表差异显著。

2 结果与分析

2.1 中华绒螯蟹生长参数及水稻产量

长江蟹终末体质量和WGR 均高于辽河蟹，但仅终末体质量存在显著性差异（P＜0.05），辽河蟹SGR数值略高于长江蟹，但无显著性差异（P＞0.05）。稻-长江蟹共作和稻-辽河蟹共作I 水稻产量显著高于稻-辽河蟹共作II（P＜0.05）（表1）。

表1 各组中华绒螯蟹的生长参数及水稻产量Tab.1 The growth performance of Chinese mitten handed crab Eriocheir sinensis and yield of rice Oryza sativa L.in each treatment

2.2 水环境因子

整个实验期间，不同水系和不同的放养密度中华绒螯蟹养殖 稻田水体的TEMP、DO、pH、SPC、TAN、NO2-N、NO3-N、TN、PO4-P、TP、COD、Chl.a 和底泥的TN、TP 值均无显著性差异（P＞0.05）（表2）。稻-辽河蟹共作I 的DO 值略高于稻-长江蟹共作和稻-辽河蟹共作II；稻-长江蟹共作NO3-N 值略高于稻-辽河蟹共作组；而稻-辽河蟹共作II 的COD 值则略高于稻-长江蟹共作和稻-辽河蟹共作I。

表2 实验期间各组水质及底泥参数Tab.2 Water quality and sediment parameters in each treatment during the experiment

7 月稻田水体TEMP 呈波动性变化。进入8 月后，TEMP 逐渐下降，9 月2 日降低到18℃左右（图1）。三组稻田水体的TEMP 基本一致，无显著性差异（P＞0.05）。稻-长江蟹共作DO 呈先下降后上升的趋势，而稻-辽河蟹共作水体DO 则呈现较大波动（图2）。仅8 月15 日和9 月2 日稻田水体DO 存在显著性差异（P＜0.05），其余各采样时间点均无显著性差异（P＞0.05）。

图1 各组稻田水体温度变化Fig.1 Changes in water temperature in paddy field in each treatment

图2 各组稻田水体溶解氧变化Fig.2 Changes in dissolved oxygen level（DO）in paddy field water in each treatment

实验期间各组稻田水体pH 和SPC 变化趋势如图3 和图4 所示。三组稻田水体pH 整体上呈先下降后上升趋势（图3）。除7 月25 日和8 月15 日三组稻田水体pH 无显著性差异（P＞0.05）外，其余各采样时间点均存在显著性差异（P＜0.05）。实验期间三组稻田水体SPC 则基本稳定在0.3～0.4 ms/cm（图4）。除8 月5 日三组稻田水体SPC 存在显著性差异（P＜0.05）外，其余各采样时间点水体SPC 均无显著差异（P＞0.05）。

图3 各组稻田水体pH 变化Fig.3 Changes in paddy field water pH in each treatment

图4 各组稻田水体电导率变化Fig.4 Changes in paddy field water conductivity（SPC）in each treatment

三组TAN 稳定在0.2～0.5 mg/L 之间，除7 月25 日稻-长江蟹共作与稻-辽河蟹共作水体TAN值存在显著性差异（P＜0.05）外，其余各采样时间点均无显著性差异（P＞0.05）（图5）。8 月5 日后，三组稻田水体NO2-N 值变化趋势基本一致，仅8 月5 日，三组稻田水体NO2-N 值存在显著性差异（P＜0.05），其余各采样时间点均无显著性差异（P＞0.05）（图6）。

图5 各组稻田水体总氨态氮变化Fig.5 Changes in total ammonia nitrogen（TAN）level in paddy field water in each treatment

图6 各组稻田水体亚硝酸态氮变化Fig.6 Changes in nitrite nitrogen（NO2-N）level in paddy field water in each treatment

7 月11 日—7 月25 日，各组NO3-N 值均呈现下降趋势，随后稳定在0.10～0.40 mg/L 之间。三组稻田水体NO3-N 值均无显著性变化（P＞0.05）（图7）。TN 值呈现波动变化。7 月25 日、8 月5 日和8月24 日稻田水体TN 显著性差异（P＜0.05），其余各采样时间点均无显著性变化（P＞0.05）（图8）。

图7 各组稻田水体硝酸态氮变化Fig.7 Changes in nitrate nitrogen（NO3-N）level in paddy field water in each treatment

图8 各组稻田水体总氮变化Fig.8 Changes in total nitrogen（TN）level in paddy field water in each treatment

三组稻田水体PO4-P 值呈现先升高后降低的趋势，各采样时间点稻田水体PO4-P 均无显著性差异（P＞0.05）（图9）。仅8 月15 日三组稻田水体TP值存在显著性差异（P＜0.05），其余各采样时间点稻田水体TP 值均无显著性差异（P＞0.05）（图10）。

图9 各组稻田水体正磷酸盐变化Fig.9 Changes in orthophosphate（PO4-P）level in paddy field water in each treatment

7 月11 日、8 月5 日和8 月15 日各组稻田水体COD 存在显著性差异（P＜0.05），其余各采样时间点均无显著性差异（P＞0.05）（图11）。各采样时间点稻田水体Chl.a 值呈现增加趋势，但各采样时间点三组稻田水体Chl.a 值均无显著性差异（P＞0.05）（图12）。

图11 各组稻田水体化学需氧量变化Fig.11 Changes in chemical oxygen demand（COD）in paddy field water in each treatment

图12 各组稻田水体叶绿素a 含量变化Fig.12 Changes in Chl.a level in paddy field water in each treatment

3 讨论

稻蟹共作是利用水稻与中华绒螯蟹互利共生使物质和能量向有利于水稻和中华绒螯蟹生长的方向流动，促进稻蟹共生生态系统内的物质和能量良性循环[16]。水稻田为中华绒螯蟹提供了食物来源及隐蔽场所等优良生存环境；而中华绒螯蟹可以捕食杂草及害虫，其排泄的粪便及投喂残余饲料可为水稻施肥，促进水稻生长。本研究表明：长江蟹终末体质量显著高于辽河蟹，这与长江蟹初始体质量高于辽河蟹有关，同时也可能与长江蟹移至黑龙江省养殖，长江蟹仍保留其在长江流域的生长特性有关。这与将辽河蟹移至长江流域养殖，养成成蟹平均规格仍然较小相一致[10]。初始投放的长江蟹平均体质量高于辽河蟹，是因为长江流域中华绒螯蟹繁育时间早于辽河流域1 个月左右，故在同一放养时间节点上，长江蟹的平均体质量要高于辽河蟹。辽河蟹平均体质量为7 g 左右，这比张云杰等[12]在辽宁盘锦地区稻蟹共作养成中华绒螯蟹平均体质量低，这与黑龙江和辽宁两地所处的地理位置有关。黑龙江地处高寒地带，水生动物生长期更短，至少相差半个月的生长期，故长成规格更小。但就WGR和SGR 而言，长江蟹和辽河蟹无显著性差异，说明不同水系中华绒螯蟹种质的WGR 和SGR 无明显差异。水稻产量随着中华绒螯蟹放养密度提高，产量明显下降。这是因为高密度放养后，中华绒螯蟹的觅食活动等会破坏一部分水稻秧苗[17]。暗示着中华绒螯蟹的放养密度要根据环境容纳量，盲目提高中华绒螯蟹放养密度，会显著影响水稻产量，这与稻蟹综合种养的基本原则相悖。

探究中华绒螯蟹和水稻共作期间水环境因子的变化可为蟹稻生长提供重要的科学依据。温度是水生动物和水生植物生长的最重要环境因子之一。本研究表明，7～8 月间，稻田TEMP 呈先下降再上升的趋势，主要与2019 年度黑龙江省7～8 月间持续性降水有关。DO 是水产动物养殖的另一个重要水环境因子[18]，其来源主要是空气中氧气溶解和水体中植物光合作用产生的氧气。本研究表明：养殖后期稻-辽河蟹共作I 水体DO 高于稻-辽河蟹共作II，说明随着中华绒螯蟹放养密度增加，水体DO逐渐降低。虽然增加放养密度，会加强中华绒螯蟹在稻田中觅食扰动水体，增加一部分水体DO，但大量的中华绒螯蟹呼吸作用也会显著增加水体中DO的消耗量。整体来看，中华绒螯蟹呼吸消耗DO 量高于觅食扰动DO 的溶解量。7 月水体pH 呈下降趋势，说明酸性逐渐增强，可能与此阶段持续降水，水体光照不足有关，因此水体中浮游植物和中华绒螯蟹呼吸作用占主导，产生CO2溶解于水体中，导致水体pH 降低。SPC 是反应水体中可溶性离子总量的重要参数[19]，与水体营养物质浓度和悬浮物含量呈一定的正相关性[20]。本研究表明，不同地理种群中华绒螯蟹及放养密度对稻田水体电导率影响不显著。水环境因子中总氮包括有机态和无机态两种状态，有机态氮主要是氨基酸、蛋白质、核酸和腐殖酸等物质中所含的氮，无机态氮主要有氨氮、NO2-N和NO3-N[21]。8 月5 日稻-长江蟹共作NO2-N 值最高，这与其DO 较低相一致。因为氧气缺乏导致了NO2-N 不能转化成NO3-N。7 月11 日—7 月25 日期间，不论是稻-长江蟹共作，还是稻-辽河蟹共作的NO3-N 值均呈快速下降趋势，主要原因是此期间水稻对氮素的需求量大，这与已往研究结果一致[22]。COD 表明水环境中有机物含量，来源途径为养殖过程中的水产动物代谢产物和投喂残饵累积[23]。本研究表明：实验前期稻-辽河蟹共作II COD较高，这与其放养中华绒螯蟹数量以及投喂残饵较多有一定关系。中华绒螯蟹的扰动以及饲料残饵的分解等使水体中有机物的含量升高。

综上所述，本文研究了北方黑龙江省稻-扣蟹共作模式下，不同水系和放养密度中华绒螯蟹生长性能、水稻产量以及在稻蟹共作期间稻田水质理化因子的变化规律。结果表明，黑龙江省稻蟹共作过程中，不同水系中华绒螯蟹对扣蟹规格有显著性影响，而对整个试验期间水质参数影响不大。仔蟹放养密度超过一定限度，会显著影响水稻产量和水质参数。此项研究将为黑龙江省稻蟹共作模式推广提供依据，也为黑龙江省稻蟹共作模式的生态效益评估提供基础理论参数。