稻田放养鲤鱼对土壤和水体理化因子的影响

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　　摘 要 2019年6—9月，分4个时期对普通稻田与放养鲤鱼的稻田进行土壤和水体采样，测定并分析二者间指标差异。数据表明，与单一种植水稻相比，稻鱼共作模式不仅显著提高了水体总碳和土壤有机质含量，显著降低了水体COD含量，也为水稻生长提供更稳定的土壤氮素。
　　关键词 稻鱼共作;水质;土壤;理化因子
　　中图分类号：S511 文献标志码：B DOI：10.19415/j.cnki.1673-890x.2020.05.063
　　稻田养鱼是指在稻田种植水环境中投放鱼苗，既种植水稻又养殖鱼，以提高稻田生产效益的一种传统养殖生态模式[1]。中国的稻田养鱼历史悠久并持续至今，上至唐代就已经出现稻田养皖鱼的记载[2]。稻田养鱼虽然历经起伏，但由于生态效益以及经济效益的推动，在世界各地都不曾退出时代的舞台。传统稻鱼共生系统主要分布在中国、埃及、印度、印度尼西亚、泰国、越南、菲律宾、孟加拉国和马来西亚等国家，既确保了当地粮食安全，高效利用了水土资源，又降低了农药和化肥的投入，减少了农业环境污染，对这些地区的农业可持续发展起着积极作用[3-4]。鲤鱼属于底栖杂食性鱼类，饵谱广泛，吻骨发达，常拱泥摄食，是适于在稻田里养殖的品种之一。
　　稻鱼混合养殖系统是全球重要传统农业系统之一，研究稻鱼混合养殖系统对水稻种植区域稻作模式的创新设计有重要的意义。广东省粤北山区是发展稻鱼混合养殖较普遍的区域[5]，这与其独特的地形地貌相关联。粤北山区多属狭窄梯田地形，且水源干净充裕，保水性好，稻鱼共作模式能够因地制宜地整合土地资源、水面资源、生物资源以及非生物资源，可以极大地提高当地农民的综合效益[6]。
　　目前关于稻田养鱼系统养分平衡等方面有了较多的研究[7-8]，但对于华南地区稻鱼混合养殖区域的稻田水和稻田土壤的各种理化指标还未见报道，因此初步探讨乳源瑶族自治县传统稻鱼混合养殖区域的水体与土壤理化指标，以期为后续的研究提供一定的理论参考。
　　1 研究地区概况与研究方法
　　1.1 研究地概况
　　研究地位于广东省乳源瑶族自治县（东经113°09′，北纬24°59′），全县气候属中亚热带季风气候，区间气候悬殊，全年平均气温5～19 ℃。降雨量东南部及西部山区偏多，全年平均有2 000 mm以上，南部和北部降雨量偏少，全年降雨量平均1 400～1 500 mm;无霜期308 d，四季明显，昼夜温差大;耕层厚度约为20 cm，耕层水深约9 cm，容重约为0.97 g·cm-3。
　　1.2 研究设计
　　试验在广东省乳源瑶族自治县的中冲村、核桃山村进行，两地具有相似的地理面貌和环境特征。放养的鱼种均为当地鲤鱼，俗称“禾花鱼”。研究过程中种植水稻为杂交水稻，属于中浙类型。
　　试验田采用农民常用的耕作田，选取的每块试验稻田面积大小约为120 m2，设置3个重复，每个试验田均有独立的进水口和出水口，以保证重复试验的水环境独立且一致。对照池塘选取临近不放养鲤鱼的3个稻田作为对照，平均面积约110 m2。采样时间和方法均一致。
　　研究从2019年6月22日开始至9月14日结束，伴随稻田水稻的插秧到收获全过程。禾花鱼的投放在秧苗移栽5 d左右投放。整个试验过程没有施用化肥农药并保持淹水状态，且不投放鱼饲料。
　　1.3 试验测定
　　试验采取3点取样并混合（包括水样和泥样），在整个研究期间分4次取样，相隔22 d左右，分别处于6月、7月、8月和9月。
　　1.3.1 试验水体指标的测定
　　测定稻田水体水质指标包括水温（T）、溶解氧（DO）、pH、氨氮（NH4-N）、硝酸鹽（NO3-N）、亚硝酸盐（NO2-N）、总氮（TN）、总磷（TP）、总有机碳（TC）和化学需氧量（COD）。所有水样经分类编号后，带回实验室在48 h内进行测定。其中水温、溶解氧和pH使用便携式多参数水质分析仪（YSI Professional Plus，美国）现场测定;氨氮采用纳氏试剂分光光度法，硝酸盐采用酚二磺酸分光光度法（GB/T 7480-1987），亚硝酸盐采用分光光度法（GB/T 7493-1987），总氮采用碱性过硫酸钾消解紫外分光光度法（HJ636-2012），总磷采用钼酸铵分光光度法（GB/T 11893-1989），总有机碳采用燃烧氧化-非分散红外吸收法HJ 501-2009，化学需氧量采用重铬酸盐法（GB/T 11914-1989）测定。
　　1.3.2 试验稻田泥指标的测定
　　测定稻田土壤指标包括铵态氮（NH4-N）、硝态氮（NO3-N）、亚硝态氮（NO2-N）、全氮、有机质、全磷、全钾、速效钾、有效磷。检测标准为有机质：LY/T1237-1999;全氮：LY/T1228-1999/3;全磷：LY/T1232-1999/3;全钾：LY/T1254-1999;有效磷：LY/T1233-1999/5;有效钾：LY/T1236-1999;NH4+-N：LY/T1231-1999;NO2-N、NO3-N：水浸提液，浸提液离子色谱法HJ/T84-2001。
　　2 结果与分析
　　2.1 两种养殖模式对稻田水体的影响
　　2.1.1 稻田水体T、DO、pH值的变化趋势
　　整个养殖期间，温度总体保持在26.5～29.1 ℃，DO在整个实验阶段中期略有降低，变化范围为5.62～10.46 mg·L-1，可能和实验中期稻田中水稻叶片茂盛有关，遮挡了阳光照射，导致水体中溶解氧下降。pH幅度变化范围较小，为6.81～8.59。
　　2.1.2 稻田水体中氮素变化趋势
　　如图1所示，为对照组和稻鱼养殖系统中稻田水体NH4-N、NO3-N、NO2-N随时间变化趋势。在稻鱼养殖系统中，NH4-N的含量呈现先下降再微升的趋势，最高值出现在6月，其值为7.18 mg·L-1左右;NO3-N、NO2-N含量在6—9月的变化幅度不大，总体变化范围分别为0.05～0.41 mg·L-1、0.09～0.10 mg·L-1。两个系统间三态氮的最高值均出现在第一次取样时间，这和稻田初期施用了大量的有机肥有关;随着时间的推移，有机肥慢慢分解，水体中NH4-N、NO3-N、NO2-N逐渐降低，但两者之间差异不显著，表明放养鱼类对水体中NH4-N、NO3-N、NO2-N影响不大。 　　2.1.3 稻田水体中TN、TP、TC、COD变化趋势
　　如图2所示，为稻鱼混合养殖系统中稻田水体TN、TP、TC随时间变化趋势，图中TN和TP的含量呈下降趋势;实验组的TC变化趋势却相反，一直呈上升趋势，对照组的TC变化不大，一直比较平稳。
　　图3所示，为实验组和对照组系统中COD随时间变化趋势，在整个养殖期间，COD的值虽有起伏，但整体呈下降趋势。特别是在7月和8月，实验组与对照组存在显著差异。
　　2.2 两种养殖模式对稻田底泥的影响
　　2.2.1 稻田底泥中氮素变化趋势
　　图4为稻鱼混合养殖系统中稻田泥NH4+-N、NO2--N、NO3--N随时间变化趋势。如图所示，实验组稻田泥当中的NH4+-N在整个养殖期间，先稍微下降再呈上升趋势;而对照组NH4+-N处于比较平稳的水平，始终维持在10 mg·kg-1左右，且两者之间存在显著差异。NO2--N在两种养殖模式下均处于上升趋势，且差异不显著。稻鱼组的NO3--N一直处于下降趋势，而对照组在7月略有下降，在8—9月有显著上升。
　　2.2.2 稻田底泥中有效磷和有效钾变化趋势
　　图5所示为稻鱼混合养殖系统中稻田泥中有效磷、有效钾随时间变化趋势，其中有效磷的幅度变化范围不大，稻鱼组最低点出现在8月，而对照组出现在7月。有效钾从最初的140 mg·kg-1左右下降至50 mg·kg-1左右。推测可能是钾易溶于水，很快被作物吸收。
　　2.2.3 稻田底泥中全氮、全钾和有机质变化趋势
　　图6所示为稻鱼混合养殖系统中稻田泥中有机质、全氮、全钾随时间变化趋势，其中全钾变化呈先下降、后又缓慢回升的趋势;全氮在稻鱼组比较稳定，而对照组呈现波浮不定的趋势;有机质稻鱼组呈现上升趋势，而对照组缓慢下降，这可能是稻田中放养了鱼类，加速了稻田中物质的转化。
　　3 讨论与结论
　　3.1 稻鱼混合养殖系统中稻田水体理化指标变化
　　稻鱼混合养殖系统水体中的TN、NH4+-N含量在养殖期间呈下降趋势，其含量均高于NO3-N、NO2-N，而NO3-N、NO2-N含量变化范围不大，其含量均不超过0.5 mg·L-1，说明在稻鱼混合养殖系统中，水体中有机氮和无机氮含量均在减少。稻田水体中的N元素主要以NH4-N为主[9]，是植物生长最为重要的营养元素之一[10]。试验地区的稻鱼混合养殖是一种传统的复合生态农业模式，在研究期间没有进行化肥的补充，因此稻田水体中的氮元素变化与水稻生长所需有关，受到水稻的吸收以及土壤下渗淋失的作用[11]。在稻鱼混合养殖系统中，稻田水体的TP变化幅度并不大，且含量不高，有研究表明TP的含量与化肥的投入以及鱼饲料的投喂有关[12]，而试验地区作为传统的稻鱼混合养殖区域，无化肥与鱼饲料的投放，依靠稻田系统当中的天然饵料来满足所投放的禾花鱼的正常生长所需要的养分，因此TP含量不高。COD是衡量水体有机质相对含量的指标之一，数值较高证明水体污染程度大[13]。在此次研究中，COD总体呈下降趋势，说明稻鱼混合养殖系统在一定程度上能够减少水体COD的含量，有利于稻鱼复合养殖生态模式中水质的维护和生态的保护。
　　3.2 稻鱼混合养殖系统中稻田土壤理化指标变化
　　在此次研究中，稻鱼混合养殖系统中稻田泥中的NH4+-N含量变化呈上升趋势，而NO3--N、NO2--N的含量则呈下降趋势，有研究推测NH4+-N含量可能与禾花鱼的粪便排泄有关，随着整个养殖期间的禾花鱼粪便排泄沉降分解，渗透进稻田泥中，增加了稻田泥中NH4+-N含量[12]。有效磷、有效钾、有机质以及全钾是表明土壤肥力性质的指标，此次稻鱼混合养殖系统中，由于没有化肥的投放以及饲料的投入，含量和百分比均变化不大，且有效钾和全氮呈下降的趋势，这在一定程度上表明传统稻鱼混合养殖系统依靠天然的外物来源以及稻鱼相互作用来维持稻田泥的肥力。
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　　（责任编辑：赵中正）
　　收稿日期：2020-01-14
　　基金项目：广东省促进经济发展专项资金（2019B2）;中国水产科学研究院院级基本科研业务费（2019XT05），中国-东盟海上基金（CAMC-2018F）联合资助。
　　作者简介：孙悦（1995—），女，黑龙江牡丹江人，硕士，研究方向为水产动物健康养殖研究。
　　※为通信作者，E-mail： 13902409546@163.com。
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