水稻浮床对养殖池塘水质净化效果研究

蒋阳阳 荣朝振 吴明林 崔凯 周蓓蓓 汪翔 孙永旭 马仁胜 阮守云 李海洋

摘要 为研究水稻对养殖池塘水质净化效果及对鱼类产量的影响，设计2个处理，分别为水稻浮床组（试验组）和常规养殖组（对照组）。试验期间，定期检测2个试验池塘水质理化指标，试验结束后统计养殖鱼类产量、成活率及水稻产量。结果表明：试验组平均水温略低于对照组，透明度（SD）高于对照组；试验初期，试验组溶解氧（DO）含量高于对照组，中后期DO含量低于对照组。水稻浮床对养殖池塘水体总磷（TP）、总氮（TN）、氨氮（NH4+-N）、亚硝酸盐氮（NO2--N）、化学耗氧量（CODMn）的平均去除率分别为30.6%、29.6%、27.9%、21.0%和15.6%。试验组不同养殖鱼类成活率均高于对照组，养殖鱼类产量22 557.15 kg/hm2，浮床水稻产量5 234.57 kg/hm2。

关键词 池塘养殖；浮床种稻；水质净化

中图分类号 S 949  文献标识码 A  文章编号 0517-6611（2024）12-0096-05

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2024.12.020

Research on the Purification Effect of Rice Floating Bed on Water Quality in Aquaculture Ponds

JIANG Yang-yang1， RONG Chao-zhen2， WU Ming-lin1 et al

（1. Institute of Aquaculture， Anhui Academy of Agricultural Sciences/Anhui Key Laboratory of Aquaculture Enhancement， Hefei， Anhui 230031;2. Hefei Livestock and Aquaculture Technology Promotion Center， Hefei， Anhui 230001）

Abstract To study the effect of rice on water purification and fish yield in aquaculture ponds， two treatments were designed， namely the rice floating bed group （experimental group） and the conventional aquaculture group （control group）. During the experiment， the physical and chemical indicators of water quality in two experimental ponds were regularly tested. After the experiment， the yield of farmed fish， survival rate， and rice yield were counted.The results showed that the average water temperature of the experimental group was slightly lower than that of the control group， and the transparency （SD） was higher than that of the control group;in the early stage of the experiment， the dissolved oxygen （DO） content in the experimental group was higher than that in the control group， and in the middle and later stages， the DO content was lower than that in the control group. During the experiment， the average removal rates of total phosphorus （TP）， total nitrogen （TN）， ammonia nitrogen （NH4+-N）， nitrite nitrogen （NO2--N）， and chemical oxygen demand （CODMn） in the aquaculture pond water by rice floating bed were 30.6%， 29.6%， 27.9%， 21.0%， and 15.6%， respectively.The survival rate of different cultured fish in the experimental group was higher than that in the control group，with a fish yield of 22 557.15 kg/hm2 and a floating bed rice yield of 5 234.57 kg/hm2.

Key words Pond aquaculture;Floating bed rice cultivation;Water purification

基金项目 现代农业产业技术体系建设专项（CARS-45，CARS-46）；合肥市关键共性技术研发“揭榜挂帅”项目（GJ2022QN09）；安徽省农业科学院成果转化项目（2023YL023）；肥西县科技特派员专项（202302）；肥西县稻渔产业发展科技特派团（202203）。

作者简介 蒋阳阳（1987—），男，安徽天长人，助理研究员，硕士，从事池塘健康养殖研究。

*通信作者，研究员，从事水产健康养殖研究。

收稿日期 2023-10-27

水产品是人类膳食蛋白质的重要来源，含有丰富的维生素、必需脂肪酸和矿物质，是全球公认的最健康的食物之一。联合国粮食及农业组织2020年发布的《世界渔业和水产养殖状况》报告显示：全球人均水产品消费量已经创下20.5 kg的纪录，水产品消费占全球人口动物蛋白摄入量的16.67%。目前我国已成为全球最大的水产养殖国家，是唯一的水产养殖产量超过捕捞产量的国家［1］。据《2023中国渔业统计年鉴》的统计数据，2022年我国水产品总产量达到6 865.9万t，其中养殖产量5 565.5万t，占总产量81.1%［2］。在渔业经济全球化过程中，我国水产养殖业为世界经济增长、食品安全和营养作出了重大贡献。

在水产养殖生产方式多元化的今天，池塘养殖扮演着重要角色。2022年全国淡水养殖产量3 289.8万t，占淡水产品总产量的96.6%；淡水池塘养殖面积262.5万hm2，占淡水养殖总面积的52.2%；淡水池塘养殖产量达到2 414.3万t，占淡水养殖总产量的73.4%。安徽省水产品总产量234.6万t，池塘养殖产量120.7万t，占总产量的51.4%；淡水养殖面积41.1万hm2，池塘养殖面积19.2万hm2，占总面积的46.7%［2］。可见，淡水池塘养殖是我国水产养殖的主要形式及水产品供应的主要来源，产业地位极其重要。

淡水池塘养殖业快速发展的同时也带来了较为严重的水环境问题。当前，我国池塘养殖产量和效益的提高主要通过大幅提高鱼类的放养密度及增加商品饲料的投入量来实现，过多的残饵、粪便以溶解和颗粒物的形式滞留在池塘中，这些物质本身及分解后产生的氮、磷等无机营养盐和有机污染物会在不同程度上造成池塘养殖环境的恶化，导致病害频发、养殖风险增大、水产品品质下降等问题。2019年，农业农村部等十部委联合发布的《关于加快推进水产养殖业绿色发展的若干意见》中明确指出要“以渔净水、以渔控水、修复水域生态环境”，要将绿色发展理念贯穿水产养殖生产全过程［3］。2022年农业农村部印发的《“十四五”全国渔业发展规划》中也提出了要以绿色生态为发展目标［4］。因此，及时有效地净化养殖池塘水质，提高养殖产量，减少病害，保障水产品质量安全已成为水产养殖业实现绿色高质量发展的当务之急。

生物浮床技术是一项可持续发展的生态型农业新技术，该技术是在浮床载体上种植水生植物，通过水生植物发达的根系及根际微生物群落，经过吸收、吸附和降解作用，有效消除养殖水体中氮、磷等营养物质，达到净化富营养化水体的目的。不同于传统物理和化学水质调控方法，生物浮床净化水体具有成本低廉、节约能源及处理高效等优点。水稻是我国重要的粮食作物，也是唯一可以淹水种植的粮食作物，对水体氮磷养分具有较强的吸收利用能力［5］。近年来，我国学者开展了水稻对养殖水体环境原位修复及异位治理的大量研究［6］。李凤博等［7］研究发现，在黄颡鱼精养池塘种植高秆水稻，养殖水体中TN、TP比不种水稻池塘分别降低95.95%、84.47%；周元等［8］研究发现，利用稻田异位治理可以明显降低养殖水体营养物质含量，对NO3--N和TP吸收尤为显著。笔者通过在精养池塘中架设水稻浮床，定期检测养殖水体理化指标，试验期结束后统计养殖鱼类产量、成活率及水稻产量，研究水稻浮床对养殖池塘水质净化效果及综合产出的影响，以期为水稻浮床在池塘养殖中的推广应用及水产养殖业绿色高质量发展提供科学依据和参考。

1 材料与方法

1.1 试验设计

试验在国家大宗淡水鱼产业技术体系合肥综合试验站依托单位安徽省农业科学院岗集试验示范基地开展（117°12′24″E，31°57′14″N）。2口试验池塘面积均为0.67 hm2，东西走向，长方形，四周无遮挡，池底平坦，平均水深2.0 m。池塘进排水独立，电力设施完备，每口池塘安装1台3.0 kW叶轮式增氧机。养殖水源为地下水，水质符合国家渔业用水标准（GB 11607—1989）。试验设试验组和对照组，试验组池塘中架设水稻浮床，面积300 m2，水稻浮床覆盖面积约占池塘面积的4.5%，对照组未架设水稻浮床。

1.2 试验池塘鱼种放养情况

试验组和对照组池塘均采用草鱼、鲫鱼混养模式，搭配放养滤食性花白鲢，鱼种放养规格和数量基本保持一致。3月中下旬开始，陆续投放试验鱼种，草鱼放养规格为（553.3±14.1） g/尾，放养数量4 500 尾/hm2；异育银鲫放养规格为（23.1±4.3） g/尾，放养数量16 500尾/hm2；白鲢放养规格为（301.2±9.5） g/尾，放养数量2 100尾/hm2；花鲢放养规格为（904.4±9.7） g/尾，放养数量1 050尾/hm2。

1.3 浮床制作方法

试验选择的床体材料为聚苯乙烯泡沫板（EPS），单个泡沫板长度×宽度×厚度规格为85 cm×85 cm×12 cm，每块泡沫板上有16个直径约为12 cm的种植孔，底部镂空。利用铰链螺丝将泡沫板拼接成浮床，采用6×10个泡沫板为1个浮床单元的拼接模式，共拼接制作7个浮床单元，浮床总面积约为300 m2。拼接过程中特别注意每块泡沫板之间的连接，保证铰链螺丝牢固，在每个浮床单元下安装防护网，保护水稻根系，防止被草食性鱼类啃食。拼接完成后在试验池塘中使用竹竿扦插固定浮床，确保工人可以安全地在浮床上完成水稻秧苗移栽。

1.4 水稻秧苗移栽

试验选择的水稻品种为“绿稻24号”，该品种由安徽省农业科学院选育，具有高产、优质、抗病等特点。水稻秧苗前期在温棚内培育，长到5～6 cm高时，于6月下旬进行移栽。使用前1年池塘冬季清塘出的淤泥作为水稻秧苗的栽培基质，一方面可将养殖池塘中废弃物再利用，另一方面清塘出的淤泥中富含氮磷等养分，确保水稻秧苗移栽后能顺利生根分蘖。每个种植孔洞底部覆盖40目纱网，以防栽培基质流入池塘。在每个种植孔洞中移栽3～5株水稻秧苗，再用塘泥压实秧苗根部。

1.5 日常管理

试验组和对照组池塘饲料投喂和病害防控等管理措施基本一致。每天投喂28%蛋白质含量的混养鱼硬颗粒饲料，日投喂量为存塘吃食性鱼类总体重的3%～5%，具体根据水温、天气及吃食情况适时调整投喂量。每天定时巡塘，观察养殖鱼类活动情况，根据需要适时开启增氧机。试验期间，试验组和对照组池塘不换水，只补充因蒸发和渗透消耗的水，试验组浮床水稻不施化肥和农药。及时做好2口试验池塘的养殖管理记录，特别记录死亡鱼类。

1.6 样品采集与分析

7月1日—10月15日，每隔15 d分别采集试验组和对照组池塘水质样品1次，共采集8次。采用5点取样法，在池塘四周及中央各设1个采样点。于采样当日10：30左右各取5个采样点水面下50、100 cm的水质样品500 mL，混合后作为该试验池塘的水样。分别检测试验组和对照组池塘水体水温、溶解氧（DO）、pH、透明度（SD）、总磷（TP）、总氮（TN）、氨氮（NH4+-N）、亚硝酸盐氮（NO2--N）和化学耗氧量（CODMn）等理化指标，其中，水温、DO含量、pH采用便携式水质分析仪（HQ40D，HACH，美国）现场测定；SD采用塞氏盘现场测定；TP、TN、NH4+-N、NO2--N及CODMn含量分别采用过钼酸铵分光光度法、碱性过硫酸钾消解紫外分光光度法、纳氏比色法、N-1-萘基-乙二胺光度法、高锰酸钾法，具体检测流程及方法参照《水和废水监测分析方法（第四版）（增补版）》执行。10月下旬收割浮床水稻，统计水稻产量。12月下旬，干塘捕捞，统计2口试验池塘的养殖产量，并计算成活率。

1.7 数据处理

使用EXCEL 2019软件对试验数据进行统计并作图。

2 结果与分析

2.1 水稻浮床对养殖池塘水体水温、DO含量、pH和SD的影响

试验期间每次采样时，对2口试验池塘水体的水温、DO含量、pH及SD进行了现场测定，其平均值见表1。在浮床水稻种植期间，试验池塘的水温在25.3～32.6 ℃，对照池

塘的水温在25.1～33.1 ℃，试验池塘平均水温28.30 ℃，对

照池塘平均水温28.50 ℃。试验池塘和对照池塘的水温动态变化如下图1所示，整体呈先升高后降低趋势，从7月16日开始，试验组的水温均低于对照组，在高温季节浮床有一定的遮阴降温作用。

从图2可见，试验池塘水体DO含量为5.4～8.9 mg/L，对照池塘水体DO为5.9～8.2 mg/L。试验池塘平均DO含量为6.84 mg/L，对照池塘平均DO含量为7.14 mg/L。试验初期，试验组DO含量高于对照组；试验中后期，试验组DO含量低于对照组。

从图3可见，试验组和对照组池塘水体pH为7.4～8.2，试验组池塘水体平均pH为7.68，对照组池塘水体平均pH为7.78。

从图4可见，试验组池塘水体SD为19.4～35.3 cm，对照组池塘水体SD为13.6～35.7 cm。试验组池塘水体平均SD为25.84 cm，对照组池塘水体平均SD为21.91 cm。随着养殖的开展，池塘水体中富营养物质越来越多，各组水体SD整体呈下降趋势。7月16日后，试验组池塘水体SD均高于同期对照组池塘。

2.2 水稻浮床对养殖池塘水体TP、TN质量浓度的影响

从图5可见，试验期间，试验组池塘水体TP质量浓度平均值为（0.57±0.16） mg/L，变化范围为0.39～0.89 mg/L；对照组池塘水体TP质量浓度平均值为（0.82±0.29） mg/L，变化范围为0.36～1.13 mg/L。在试验期间对照组池塘水体TP质量浓度总体呈上升趋势，试验组池塘水体TP质量浓度呈先升后降趋势。水稻浮床对养殖池塘水体TP有较好的去除效果，平均去除率为30.6%，试验末期去除率达45.8%。

从图6可见，试验组和对照组池塘水体TN质量浓度平均值分别为（3.31±0.94）、（4.71±1.95） mg/L，其质量浓度分别为1.81～4.38、1.74～6.98 mg/L。随着养殖的开展，各试验组水体TN质量浓度总体呈上升趋势。自7月16日起，试验组池塘水体TN质量浓度低于对照组，说明架设水稻浮床对水体TN有较好的净化效果，试验末期去除率为33.5%，平均去除率29.6%。

2.3 水稻浮床对养殖池塘水体NH4+-N、NO2--N质量浓度的影响

从图7可见，试验期间试验组池塘水体NH4+-N质量浓度平均值为（0.47±0.14） mg/L，变化范围为0.26～0.69 mg/L；对照组池塘水体NH4+-N质量浓度平均值为（0.66±0.19） mg/L，变化范围为0.33～0.91 mg/L。7月31日至10月14日试验组池塘水体NH4+-N质量浓度均低于对照组。水稻浮床对养殖池塘水体NH4+-N平均去除率27.9%，试验末期去除率达60.4%。

从图8可见，试验组池塘水体NO2--N质量浓度平均值为（0.020±0.009） mg/L，波动范围为0.008～0.039 mg/L；对照组池塘水体NO2--N质量浓度平均值为（0.026±0.013） mg/L，变化范围为0.009～0.045 mg/L。在试验期间各组池塘水体NO2--N质量浓度总体呈上升趋势。8月30日前，试验组、对照组池塘水体NO2--N质量浓度变化趋势大致相同，往后波动较大。水稻浮床对养殖池塘水体NO2--N平均去除率为21.0%，试验末期去除率达44.4%。

2.4 水稻浮床对养殖池塘水体CODMn质量浓度的影响

从图9可见，试验期间，试验组池塘水体CODMn质量浓度平均值为（19.04±4.50） mg/L，变化范围为11.4～23.8 mg/L；对照组池塘水体CODMn质量浓度平均值为（22.55±6.23） mg/L，变化范围为11.1～28.1 mg/L。水稻浮床对养殖池塘水体CODMn平均去除率15.6%，试验末期去除率为14.7%。

2.5 鱼类及水稻产量

10月下旬收割浮床水稻，统计水稻产量。12月下旬干塘捕捞，统计2口试验池塘的养殖产量，并计算成活率。试验期间各组鱼类及水稻产量见表2。

由表2可知，试验组池塘养殖草鱼、鲫鱼、白鲢和花鲢成活率均高于对照组，试验组池塘养殖鱼类总产量22 557.15 kg/hm2，其中包括吃食性鱼类产量17 549.25 kg/hm2，滤食性鱼类产量5 007.90 kg/hm2；对照组池塘养殖鱼类总产量21 646.35 kg/hm2，其中包括吃食性鱼类产量16 526.10 kg/hm2，滤食性鱼类产量5 120.25 kg/hm2。此外，试验组浮床水稻总产量156.80 kg，浮床产稻谷522.67 g/m2，折合产量5 234.57 kg/hm2。

3 讨论

3.1 水稻浮床对养殖池塘水质的净化效果

水温是池塘水体一种重要的水生态环境因子，直接可以影响养殖鱼类的生长与摄食情况［9］。试验期间，试验池塘平均水温比对照池塘低0.20 ℃，说明浮床覆盖在池塘水面上有一定的遮阳降温作用，但是由于该试验中水稻浮床覆盖面积仅占池塘面积的4.5%，覆盖面积更大可能降温效果更好。有研究表明，生物浮床覆盖在水面上，占据部分水体气液相接触面积，因此会降低养殖池塘水体空气溶解量［10］。此外，浮床遮阳会阻碍水体中藻类的光合作用，且水生植物根系呼吸及根系周围硝化微生物的耗氧会进一步降低水体DO含量［11］。也有研究表明，当生物浮床在池塘中覆盖面积低于池塘水面的20%时，对池塘养殖水体DO含量影响不明显［12］。

该试验初期，试验池塘水体DO含量略高于对照组，中后期试验组DO含量略低于对照组，可能是由于试验初期浮床水稻生长时，植

株能够将光合作用产生的氧气运送至根部，增加水体溶氧［5］，

而试验中后期，试验组养殖鱼类密度更大，耗氧量更多，因此水体中溶解氧含量低于对照组。养殖池塘水体SD的高低主要取决于水体中悬浮物的多少，同时也与藻类数量、残饵及粪便等密切相关［13］。该试验中，随着养殖的开展，池塘中残饵和鱼类代谢物逐渐增加，水体中富营养物质也越来越多，导致各组水体SD整体呈下降趋势。试验池塘水体平均SD比对照池塘高17.9%，这可能由于水稻发达的根系大量过滤了养殖水体中的悬浮物［14］。

磷元素是水体富营养化的关键调控因子之一，在精养池塘中，磷的增加以外源投入的饲料为主。运用浮床植物系统中的微生物处理富营养化水体中的磷，主要依靠脱硫弧菌、无色杆菌、芽孢杆菌等微生物的生物絮凝作用［15］。李凤博等［7］研究发现，池塘种稻能显著降低黄颡鱼精养塘水体TP含量的84.5%。周世玲等［16］研究发现，浮床水稻对低、中、高浓度污水的TP去除率分别为69.4%、72.3%、55.1%。该试验中，水稻浮床对试验组池塘水体TP平均去除率为30.6%，与上述研究相比有所降低，可能与水稻浮床覆盖面积、池塘水体富营养化程度有关。

氮失衡是影响养殖池塘水体环境的主要问题之一，水体中冗余的氮主要来源于残饵、鱼类代谢废物［7］。孙志萍［17］研究发现，在黄颡鱼养殖池塘中种植水稻，池塘水体TN、NH4+-N和NO2--N含量分别降低了58.1%、89.9%和62.8%，水稻能显著改善养殖水体氮循环。在利用水稻浮床修复不同浓度污水的研究中发现，水稻对低浓度污水的TN、NH4+-N去除率分别为54.5%、67.2%；对中浓度污水的TN、NH4+-N去除率分别为71.0%、75.6%；对高浓度污水的TN、NH4+-N去除率分别为66.3%、72.7%［16］。在该试验中，随着养殖的开展，各试验组水体TN、NH4+-N和NO2--N质量浓度总体呈上升趋势。在试验组池塘中架设水稻浮床，对池塘养殖水体TN、NH4+-N和NO2--N平均去除率分别为29.6%、27.9%和21.0%。水稻可能通过生长同化吸收及促进水中含氮的颗粒物沉降和反硝化等途径降低养殖水体中氮含量［18］。

养殖池塘水体中的COD主要来源于饲料残饵、鱼类代谢产物和死亡生物残体，反映养殖水体中亚硝酸盐、硫化物、亚铁盐等还原性有机物含量直接影响养殖鱼类的病害及生长情况。有研究发现，池塘种稻可以显著降低养殖池塘水体COD含量，在水稻收获期，COD去除率达到47.5%［7］。该试验中，水稻浮床对养殖池塘水体CODMn的平均去除率为15.6%。水体中COD的去除包括化学氧化、矿化及沉淀等过程，起主要作用的是微生物的耗氧降解途径［19］。浮床上种植的水稻，利用其发达的根际泌氧能力，通过通气组织将氧气输送扩散到根际，在根区形成一个微域的氧化圈，促进根际好氧微生物群落的新陈代谢，降低了水体中COD含量。

3.2 水稻浮床对养殖池塘产量及收益的影响

在罗非鱼的养殖试验中发现，生物浮床上种植水雍菜不仅可以提高罗非鱼成活率和特定生长率，还能显著提高饲料利用率，进而达到环保、增值效果［11］。而在池塘工程化循环水的研究中发现，水生植物的应用能较好地改善养殖水质，提升养殖效益［20］。该试验中，通过在试验组设置生物浮床种植水稻，改善了池塘水生态环境，促进养殖鱼类生长，降低病害发生率，试验组养殖鱼类成活率均高于对照组，且总产量比对照组提高了910.8 kg/hm2。

该试验中，试验组聚苯乙烯泡沫浮床上种植的水稻产量达到5 234.57 kg/hm2，与陶玲等［21］在陶粒载体浮床上种植的水稻产量5 900 kg/hm2相比有一定差距，可能是与水稻品种、种植密度及养殖水体富营养化程度有关。水稻是重要的粮食作物，浮床种稻可将水体中大量营养盐转化为水稻干物质并收割移除，既可使池塘水体中营养物质得到循环利用，又能产生一定的经济效益，稳粮增收、生态环保效果显著。

3.3 水稻浮床在池塘养殖应用中存在的问题及展望

虽然聚苯乙烯泡沫浮床制造工艺简单，造价低廉，但其使用寿命较短且易产生白色污染［22］。该试验中，工人在浮床上移栽水稻秧苗时，聚苯乙烯浮床出现拼接铰链松动及泡沫板断裂等现象，稳定性相对较差。因此，在今后可以选择稳定性强、使用寿命长的高密度聚乙烯（HDPE）材料作为浮床的床体。此外，因养殖池塘开阔，四周无遮挡，水面风浪相比稻田较大，试验后期部分浮床水稻出现倒伏现象。水稻种植在浮床上，其根系始终浸泡在水中，而且扎根不深，无法晒田，因此相对于常规水稻种植，浮床稻要选择根系发达、抗倒伏、茎秆支撑力强的水稻品种［23］。

有研究发现，使用单一植物的净化水质能力有限，而组合式生态浮床对养殖水体氮磷、藻类毒素的去除率较高，有较好的水处理效果［24］。因此，可以考虑在水稻浮床下吊养贝类，利用水生植物和水生动物协同净化养殖池塘水质。此外，微生物是生态浮床净化水质的重要组成部分，未来应深入研究与氮磷吸附、分解相关微生物的筛选及固定化技术［22］，在水稻浮床下引入人工填料，固化分解能力强、环境适应能力强的特定微生物，以提高水稻浮床水质净化效率。

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