施肥对稻虾共作池水质影响的田间试验

张丁月，朱建强,，侯俊，杜延全，刘凯文

（1.长江大学农学院，湿地生态与农业利用教育部工程研究中心，湖北 荆州 434025；2.荆州农业气象试验站，湖北 荆州 434025;3.中化化肥有限公司临沂农业研发中心，湖北 临沂 276000）

稻虾综合种养（以下简称稻虾模式）是以田间工程为纽带，将中稻种植与克氏原螯虾（小龙虾，Procambarus clarkii）养殖结合在一起的高效农作制度。与低湖田中稻单作相比，稻虾模式可以提高土壤肥力、改善土壤理化性质[1,2]，减少化肥农药的使用、降低水稻病虫害发生[3]和温室气体的排放[4]，显著提高经济效益[5]，在湖北省平原地区迅速发展。2017 年湖北省实行稻虾模式的面积已达36.3 万hm2[6]，目前已突破40 万hm2。稻虾模式通常有稻虾轮作和稻虾共作两种：稻虾轮作是在种植一季中稻后的稻田冬闲期养殖小龙虾；稻虾共作是在稻田休闲期养殖小龙虾后，稻作期继续在田间养殖小龙虾，使小龙虾与水稻在田间同生共长，属于“种养结合”的生产模式。通常，虾稻田的养分投入不同于单纯的水稻种植和小龙虾养殖：适当施肥为水稻和水体中的浮游生物提供了营养，有利水稻和小龙虾生长；而不当施肥也会使养殖水质恶化。目前，对稻虾模式的种养技术和效益多有研究报道，而对稻虾模式的特殊性，养殖期和稻虾共作期施肥管理对养殖水质的影响尚缺乏系统研究。因此本研究进行稻虾共作田间试验，以便系统研究对养殖水质的影响，并为今后稻虾共作提供指导。

1 材料与方法

1.1 试验地点与试验系统介绍

试验地点位于湖北省荆州市太湖农场（30°24'49"N，111°59'55"E）。该地区属亚热带季风湿润气候，年平均气温16.3 ℃，≥10 ℃活动积温5000～5800℃，无霜期242～263 d，年降雨量1100～1300 mm。土壤类型为潜育型水稻土，土壤含有机质25.4 g/kg、全氮1.91 g/kg、全磷0.34 g/kg、全钾3.34 g/kg、碱解氮69.4 mg/kg、有效磷24.1 mg/kg、速效钾118.7 mg/kg，pH 为7.3。本试验研究的虾稻田经过田间工程改造后，从2006 年到2018 年已进行了12 年稻虾轮作，2018 年开始稻虾共作。试验地有4 个完全相同的种养单元，本试验随机选取3 个单元。每个种养单元占地6667m2，其中，围埂和虾沟占地各666.7 m2，可种植面积5333 m2。养殖沟（虾沟）沿田块四周开挖，底宽1.0m，田面以下沟深1.2 m，边坡1∶1.5，开口宽4.6 m。田埂高度30 cm，顶宽50 cm；围埂高于田面60 cm，顶宽2.5 m。每个种养单元设一进水口和排水口，进水口底部高于田30 cm，排水口底部低于田面80 cm。养殖沟排水口与田块附近田间排水的农沟相连，由插管式简易装置控制排水。虾稻田工程配置如图1。

1.2 试验设计

2017 年10 月中旬，水稻收获后20 d 向田间逐渐加水，冬季田面水达到最大深度（50～60 cm），随气温回升逐渐降低田面水位，到2018 年3 月下旬田面水深维持在30 cm 左右。由于是连续种养，本季虾苗来源于上一季在养殖池中所留的种虾。2018年2 月中旬开始按小龙虾体质量的3%～5%投饲，从3 月27 日开始捕捞商品虾（体质量25g 以上），捕大留小。2018 年4 月2 日—5 月2 日，每5 d 向虾沟施肥1 次；5 月下旬在小龙虾基本捕捞结束后，降低虾沟水位、排干田面水，进行稻田耕整，6 月2 日撒播Y 两优2 号稻种。水稻直播后30d（7 月1 日），按总无机养分相同的原则，向田间撒施尿素（含N 46%）和3 种复混肥，用量见表1。施肥后15 d 向虾沟灌水，抬高水位，引导小龙虾进入稻田，开始稻虾共生养殖，7 月30 日—8 月2 日轻度晒田，10 月4日收获水稻。

图1 稻虾模式田间工程配置Fig.1 Farmland works configuration of a rice-crayfish model

2018 年春季小龙虾养殖期，按总无机养分相同的原则，向虾沟撒施2 种肥料：1）有机无机复混菌肥（FA），有机质含量≥40%，N-P2O5-K2O 百分含量为10-4-6，解淀粉芽孢杆菌Bacillus amyloliquefaciens，有效活菌数0.2 亿个/g，每次用量45kg/hm2；2）有机肥（OF），有机质≥45%，N-P2O5-K2O百分含量为2.5-0.6-2.9，分次施入虾沟，每次用量150 kg/hm2。稻作期施用的3 种复混肥基本情况如下：1）有机无机复混肥（FB），有机质含量≥15%，N-P2O5-K2O百分含量为18-10-12，含有中微量元素硅锌，用量450 kg/hm2；2）掺混肥（FC），N-P2O5-K2O百分含量为28-15-5，涂层控氮（涂层氮含量≥15%），用量375 kg/hm2；3）腐殖酸掺混肥（FD），N-P2O5-K2O百分含量为26-10-12，涂层控氮（涂层氮含量≥15%），用量375 kg/hm2。3 个种养单位元试验处理见表1。

1.3 水样采集与测定

春季小龙虾养殖期施肥试验从4 月2 日开始，5 月2 日后不再投肥。试验期间，每5 d 在虾沟随机选3 点，上午10:00 左右采集水面下50 cm 处水样500 mL，带回实验室测定氨氮、亚硝态氮和叶绿素a浓度、细菌数和酵母菌数。用便携式仪器原位测定pH、溶解氧（DO）含量、水体透明度等指标。

按文献[7]的方法检测养殖水质，其中，水体氨氮含量用水杨酸分光光度法，亚硝态氮含量用N-1-萘基-乙二胺光度法，细菌分离计数采用牛肉膏蛋白胨培养基，酵母菌分离计数采用PDA 培养基，叶绿素a 用分光光度法；pH 用FG2 型pH 计测定，DO用JPB-607A 溶解氧测定仪测定，水体透明度用塞氏盘测定。

在稻田施肥后10 d 内（7 月1 日—10 日）和施肥两周后（7 月14 日），每天上午10:00 左右分别在虾沟和田面随机取三个点，用水样采集器分别取虾沟水和田面水带回实验室，按文献[7]的方法测定水样的氨氮含量；现场测定虾沟水（水面下50 cm）和田面水的pH 和DO 含量。

1.4 数据处理与分析

用DPS7.05 软件进行方差分析，用最小显著性检验（LSD）法比较不同处理间的差异显著性。下文中标不同字母的平均值间在5%显著性水平上的差异。相关图表制作用Excel 2007 软件完成。

2 结果与分析

2.1 小龙虾养殖期施肥与虾沟水质

（1）养殖沟水体氨氮含量。由图2-a 可知，养殖沟氨氮含量在0.053～0.22mg/L 之间，符合淡水养殖氨氮含量应小于0.5 mg/L 的渔业水质标准[8]；不同施肥处理下，氨氮含量表现为T1＞T3＞T2，即撒施有机无机复混肥FA 的水体氨氮浓度大于撒施有机肥OF，不施肥组氨氮含量最低，但彼此之间差异不显著。

（2）养殖沟亚硝态氮含量。试验中亚硝态氮在0.004～0.022 mg/L 之间，符合养殖水质亚硝态氮应在0.1 mg/L 以下的标准[8]，施肥可以增加亚硝态氮浓度，但不同处理之间含量差异不显著。

（3）养殖沟水体叶绿素a 含量。3 个试验单元叶绿素a 含量呈现T1＞T3＞T2 的趋势（图2-b），彼此差异达到显著水平（P＜0.05）。说明施用有机无机复混菌肥FA 培育水体浮游生物的效果最好，施用有机肥OF 次之，不施肥的最低。施肥与否和施用肥料种类，影响养殖沟叶绿色a 的含量及浮游生物量。

表1 种养单元试验处理描述Tab.1 Experimental treatments for each farming unit

图2 小龙虾养殖期虾沟水质Fig.2 Water quality in the ditches of crayfish during the period of crayfish farming

（4）养殖沟水体的透明度。水体透明度在20～35 cm 之间，属于正常范围。不施肥的单元（T2）的水体透明度最大，撒施FA（T1）和OF 的（T3）比较接近。T2 与T1、T3 相比，水体透明度的差异显著（P＜0.05）（图2-c）。

（5）养殖沟中细菌与酵母菌特征。随着施肥次数增加，T1 与T3 相对于T2 细菌数量显著增多（P＜0.05），而酵母菌数量减少。在4 月12 日，T1 与T3 虾沟中细菌数比T2 增加约59%；4 月21 日，T1虾沟中细菌数是T2 的9.5 倍，而酵母菌数量却比T2 显著减少了28%（P＜0.05），即T1 与T3 单元的处理能显著提高虾沟水体细菌的数量，降低酵母菌的数量（图2-e，2-f）。

2.2 稻虾共作期施肥后的水质

（1）氨氮变化特征。由图3-a 可知，稻田表施基肥后，田面水氨氮浓度先升高后降低。施肥后前3d T2 的氨氮降幅最大（59%），之后降幅逐渐减慢；施肥后第1d，T2 的氨氮显含量著低于T1、T3（P＜0.05）。前8d T3 降幅比较稳定，之后降幅迅速减小。15d 后3 种处理下田面水氨氮浓度都降到3mg/L 左右，但远高于小龙虾养殖所要求的氨氮阈值（0.5mg/L）。施肥后虾沟水中氨氮浓度与田面水氨氮浓度变化相一致，施肥1d 后T2 虾沟氨氮浓度比T1 与T3 低，且差异显著（P＜0.05）；8d 后，T 氨氮最低，T3 最高，但都降到0.5mg/L 以下，满足小龙虾安全养殖需要（图3-d）。

（2）溶氧含量特征。稻虾共作期施肥后田面水的溶氧量均高于3 mg/L，符合小龙虾养殖要求。肥后第6 d，T1 虾沟中溶氧量低于小龙虾安全值，直到第10d 才达到3 mg/L 以上；施肥后T2 的溶氧量一直保持在3 mg/L 以上，只有第8 d 才低于3 mg/L（图3-b，3-e）。

（3）水体的pH。施肥后田面水和养殖沟水体的pH 一直在允许范围内波动。与田面水相比，虾沟水的pH 波动较小（图3-c，3-f）。

图3 稻虾共作期施肥后田面水和虾沟水的水质变化Fig.3 Water quality changes in farmland surface water and crayfish-ditch water after base fertilizer applied into paddy field in the symbiotic period of rice and crayfish

3 讨论

3.1 养殖期施肥对虾沟水质的影响

氨氮和亚硝态氮含量是影响养殖甲壳类生长、生存和生理机能的主要限制因素之一[9-11]，将水体中氨氮和亚硝态氮含量控制在较低水平具有较好的预防疾病作用。程建平等[12]研究表明，增施微生物营养料对稻虾共作养殖水体水质有一定影响。本试验施肥条件下，养殖沟氨氮含量变化在0.053～0.22 mg/L 之间、亚硝态氮含量变化在0.004～0.022 mg/L 之间，符合淡水养殖水质要求。

水体中叶绿素a 含量反映了浮游植物生长情况[13]，而一些浮游植物可以作为小龙虾直接或间接饵料，所以浮游植物的种类和数量对于小龙虾养殖具有重要意义。吴阿娜等[14]研究指出，水中叶绿素a浓度与磷含量呈显著正相关。本研究中，与不施肥的对照池相比，养殖期施用有机无机复混肥与有机肥能显著增加浮游植物数量（图2-b），随着肥料中磷的投入增加叶绿素含量显著增加，这与吴阿娜等的结果一致。

养分投入影响水体中悬浮物增加，降低透明度，合理的养分投入能够改善养殖水质[15]。本试验条件下，水体透明度在小龙虾养殖期处于合理范围（图2-c）。相对于不施肥，养殖期T1 与T3（有机无机复混肥与有机肥）随着施肥次数增加，虾沟中细菌数量显著增加，酵母菌数显著减少（图2-e，2-f）。

有益菌可以为浮游生物提供营养元素，促进水体生态系统循环和能量流动[16,17]。季英杰等[18]研究发现，施入有机无机复混肥可以提高草鱼Ctenopharyngodon idellus 养殖水体中细菌丰度以及有益菌比例。本研究中，与不施肥的对照池相比，施用有机无机复混菌肥和有机肥后均可显著增加养殖水体的细菌数量，但对其中有益菌数量未进行检测，需要结合稻虾模式特点进一步深化研究。

以上分析表明，本试验所用的有机无机复混菌肥和有机肥有益于小龙虾养殖期肥水培藻。

3.2 稻虾共作期施肥对水质的影响

有研究表明[19]，在虾稻共作期施肥后田面水的氨氮会迅速升高，然后逐渐下降。本试验中，笔者也观察到，田间施肥后田面水和虾沟水的氨氮含量亦呈现先升后降的趋势，说明田埂不能完全阻止肥料随水进入虾沟，虾沟水质仍会受到施肥的影响。在本试验条件下，将水稻生长所需的养分在水稻直播后30 d 一次性施入田间15 d 后，田面水氨氮浓度仍然较高，不能满足小龙虾健康安全养殖，表明不宜抬高虾沟水位来引导小龙虾入田。为了使小龙虾在稻作期尽快进田与水稻共生，应在插秧或直播前将水稻所需的肥料养分施入土壤中，避免在水稻生长期大量施肥造成田面水氨氮浓度长时间偏高，不宜小龙虾进田的状况发生。施肥也会影响水体pH[20]。在本试验条件及施肥水平下，田面水与虾沟水的pH 均在7.8 左右，适宜小龙虾生长。

3.3 结论

（1）在春季小龙虾养殖期适量施用有机无机复混菌肥和有机肥，水质满足小龙虾生长要求。养殖沟主要水质指标值为：氨氮0.053～0.22 mg/L、亚硝态氮0.004～0.022 mg/L、水体透明度20～35 cm、pH7.8 左右。水体浮游生物量显著高于不施肥池，肥水培藻效果以施用有机无机复混菌肥为佳。

（2）稻虾共作条件下，在水稻插秧或直播前不施基肥而将大量肥料在水稻返青分蘖期撒施于田间，这严重影响养殖水质，导致小龙虾进入田间活动的时间滞后15 d 以上。须在水稻插秧或直播前将肥料施入土壤，增加小龙虾在田间与水稻共生的时间。