馮金飛，李鳳博，吳殿星，方福平，*

(1. 中國水稻研究所， 杭州 310006； 2. 浙江大學(xué)原子核農(nóng)業(yè)科學(xué)研究所， 杭州 310029)

稻作系統(tǒng)對淡水養(yǎng)殖池塘富營養(yǎng)化的修復(fù)效應(yīng)及應(yīng)用前景

馮金飛1，李鳳博1，吳殿星2，方福平1，*

(1. 中國水稻研究所， 杭州 310006； 2. 浙江大學(xué)原子核農(nóng)業(yè)科學(xué)研究所， 杭州 310029)

養(yǎng)殖池塘富營養(yǎng)化是目前制約我國淡水養(yǎng)殖業(yè)可持續(xù)發(fā)展的關(guān)鍵因素。稻作系統(tǒng)具有顯著的凈化水質(zhì)能力，如何將稻作系統(tǒng)和淡水養(yǎng)殖系統(tǒng)進行生態(tài)耦合實現(xiàn)氮、磷養(yǎng)分的循環(huán)利用，是淡水養(yǎng)殖池塘富營養(yǎng)化生態(tài)修復(fù)的一個重要研究方向。通過文獻調(diào)研和實地考察，綜合分析了浮床種稻-原位修復(fù)、稻田濕地-異位修復(fù)、稻魚生態(tài)種養(yǎng)3種耦合方式對養(yǎng)殖池塘富營養(yǎng)化的修復(fù)效應(yīng)，以及氮、磷養(yǎng)分綜合利用效率，歸納總結(jié)了不同模式的技術(shù)特點以及應(yīng)用中存在的問題，并就修復(fù)技術(shù)研究和生態(tài)補償提出了培育生態(tài)修復(fù)專用水稻品種，加強稻作系統(tǒng)生態(tài)修復(fù)理論研究和技術(shù)推廣，建立養(yǎng)殖池塘富營養(yǎng)化修復(fù)的生態(tài)補償機制等建議。

稻作系統(tǒng)；池塘養(yǎng)殖；富營養(yǎng)化；生態(tài)修復(fù)

我國淡水池塘養(yǎng)殖迅猛發(fā)展，在淡水水產(chǎn)養(yǎng)殖中的地位日益重要。據(jù)統(tǒng)計，2010年我國淡水池塘養(yǎng)殖面積已達(dá)到237.7 萬hm2，占淡水養(yǎng)殖面積的43%；池塘養(yǎng)殖水產(chǎn)品產(chǎn)量達(dá)1647 萬t，占淡水養(yǎng)殖總產(chǎn)量的70%[1]。為了提高水產(chǎn)品產(chǎn)量，目前我國淡水養(yǎng)殖普遍采用高密度集約化養(yǎng)殖模式，存在過量放養(yǎng)、餌料過剩等突出問題，導(dǎo)致養(yǎng)殖塘水體富營養(yǎng)化問題十分嚴(yán)重。同時，養(yǎng)殖廢水的排放也加劇了周邊水體的富營養(yǎng)化程度，面源污染嚴(yán)重。因此，池塘養(yǎng)殖的水環(huán)境污染問題已成為當(dāng)前淡水養(yǎng)殖發(fā)展的主要制約因素[2]。20世紀(jì)90年代以來，各國先后對淡水養(yǎng)殖水體環(huán)境修復(fù)進行了大量研究，并提出了相應(yīng)的對策措施，主要有物理修復(fù)、化學(xué)修復(fù)和生物修復(fù)等技術(shù)模式。其中，人工濕地等生物修復(fù)技術(shù)由于修復(fù)成本低、能耗少、環(huán)境友好等特點而受到廣泛關(guān)注[3- 5]。

稻田生態(tài)系統(tǒng)是我國重要的人工濕地，不僅承載著重要的糧食生產(chǎn)功能，而且在凈化水質(zhì)中也具有獨特的作用[6]。稻田濕地同時具有生物吸收分解污染物質(zhì)的食物鏈系統(tǒng)、沉淀和吸附污染物的物理自凈過程，以及氧化還原分解、固定污染物質(zhì)的化學(xué)凈化作用，可以通過水稻的吸收、水稻土的吸附以及土壤微生物的降解等途徑，來實現(xiàn)對水體中氮磷等營養(yǎng)物質(zhì)以及重金屬等污染物的去除[7]。有研究表明，池塘養(yǎng)殖污水經(jīng)稻田濕地修復(fù)后，污水中總磷含量降低66.0%—69.3%，總氮含量降低41.4%—42.5%，化學(xué)耗氧量降低53.3%—54.8%[8]。稻田濕地系統(tǒng)對城鎮(zhèn)生活污水同樣具有顯著的凈化能力。Li等研究表明農(nóng)村污水灌入稻田濕地生態(tài)系統(tǒng)后，對總氮和總磷的消納分別達(dá)到55.7%—69.3%和56.7%—71.4%[9- 10]；陳興華等研究發(fā)現(xiàn)經(jīng)過稻田濕地修復(fù)可以使生活污水中的懸浮物降低50%—70%，化學(xué)耗氧量降低60%—80%，生物化學(xué)耗氧量降低50%—90%，pH值趨向中性[11]。太湖地區(qū)多年監(jiān)測結(jié)果也顯示，從稻田濕地流出的徑流水或排水中所含氮素一般都要低于進入稻田濕地的灌溉水和雨水，稻田濕地對水循環(huán)中養(yǎng)分的氮匯作用顯著[12]?？梢?，稻作系統(tǒng)對不同來源氮、磷等污染物具有較強的消納能力，而且富集在水稻植株中的這些養(yǎng)分元素還可以通過秸稈還田等方式循環(huán)利用，是一種環(huán)境友好、生態(tài)健康、可持續(xù)利用的水質(zhì)凈化修復(fù)系統(tǒng)。

在我國南方水網(wǎng)農(nóng)區(qū)，一方面淡水養(yǎng)殖發(fā)展迅速，傳統(tǒng)的養(yǎng)殖模式使水體富營養(yǎng)化問題日益嚴(yán)重，給區(qū)域水體環(huán)境健康帶來巨大威脅；另一方面，稻谷剛性需求逐年增加，耕地面積逐年減少，增加稻谷產(chǎn)量、保障口糧安全的壓力越來越大。因此，如何將稻作系統(tǒng)和淡水養(yǎng)殖系統(tǒng)進行生態(tài)耦合，實現(xiàn)生態(tài)安全、水產(chǎn)養(yǎng)殖和糧食保障的多贏，從而促進養(yǎng)殖池塘的可持續(xù)發(fā)展，成為當(dāng)前淡水養(yǎng)殖水體環(huán)境修復(fù)的一個重要研究方向。本文在系統(tǒng)總結(jié)國內(nèi)外研究的基礎(chǔ)上，深入討論了稻作系統(tǒng)對淡水養(yǎng)殖池塘氮磷富集的修復(fù)效應(yīng)，分析了不同修復(fù)模式的技術(shù)特點及應(yīng)用前景，期望能為今后的研究提供理論參考。

1 淡水養(yǎng)殖池塘富營養(yǎng)化的成因及危害

淡水養(yǎng)殖池塘的富營養(yǎng)化主要是由于池塘生態(tài)系統(tǒng)中氮、磷等養(yǎng)分物質(zhì)失衡引起的。在養(yǎng)殖池塘中，氮、磷等養(yǎng)分物質(zhì)是影響初級生產(chǎn)力的關(guān)鍵因素。為了提高水產(chǎn)品產(chǎn)量，往往需要投入大量的餌料、肥料等，以保證氮、磷等養(yǎng)分物質(zhì)的供給。除此之外，魚苗投入、池塘灌水、降雨、微生物固氮等也會帶入一部分氮、磷進入養(yǎng)殖池塘中。在養(yǎng)殖池塘中氮主要以銨態(tài)氮、亞硝態(tài)氮、硝態(tài)氮等無機氮以及氨基酸、蛋白質(zhì)、腐殖酸等有機氮形式存在；磷主要以溶解無機磷、溶解有機磷、顆粒磷等形式存在。不同形態(tài)氮、磷的轉(zhuǎn)化主要是受水產(chǎn)動物、浮游植物和微生物的吸收同化、硝化與反硝化、銨揮發(fā)以及吸附沉積等生物物理化學(xué)過程調(diào)控[13- 15]。即不同來源的氮、磷進入養(yǎng)殖池塘后，一部分被塘中魚蝦等水產(chǎn)動物以及浮游生物吸收同化；另一部分則以底泥沉積、換排水和滲漏、銨揮發(fā)等途徑輸出。表1列出了不同類型養(yǎng)殖塘的氮磷收支狀況，從表中可以看出，餌料和肥料的投入在氮、磷的輸入中所占比例最大，在大部分養(yǎng)殖塘中都占到氮、磷輸入的80%以上，魚苗投入、進水等其他途徑輸入的氮、磷所占比例相對較低。在氮、磷的輸出中，不同類型養(yǎng)殖塘水產(chǎn)品收獲輸出的氮、磷存在較大差異，水產(chǎn)品收獲輸出的氮占總量的11.6%—49.2%，水產(chǎn)品收獲輸出的磷占總量的2.4%—48.4%，但均沒有超過總量的一半。剩余的氮、磷大多沉積在底泥中，或通過排水、滲漏、銨揮發(fā)等途徑進入養(yǎng)殖塘外部的水體或大氣環(huán)境中。其中，底泥中沉積的氮、磷所占比例最高，大部分養(yǎng)殖塘底泥中沉積的氮都超過了總量的50%，沉積的磷均超過了總量的40%；其次養(yǎng)殖塘排水中輸出的氮、磷也占有較大比例。從這些結(jié)果可以看出，在養(yǎng)殖塘中，水產(chǎn)品吸收同化的氮、磷僅占餌料和肥料輸入的一小部分，大量的氮、磷沉積在池塘底泥或隨養(yǎng)殖廢水排出，對養(yǎng)殖塘內(nèi)或外界水體環(huán)境產(chǎn)生富營養(yǎng)化污染。

養(yǎng)殖池塘富營養(yǎng)化的危害主要體現(xiàn)在對養(yǎng)殖塘內(nèi)部和外部水體的污染兩個方面。養(yǎng)殖池塘富營養(yǎng)化，會導(dǎo)致塘內(nèi)水體質(zhì)量的惡化，抑制魚蝦的正常生長，甚至危及魚蝦的生存。池塘中大量的殘餌和魚蝦的代謝產(chǎn)物經(jīng)微生物的氨化作用轉(zhuǎn)變成無機形態(tài)的氨氮，會導(dǎo)致水體中氨氮含量過高。Randall等[22]研究表明水體中氨氮濃度過高會嚴(yán)重影響魚蝦體內(nèi)酶的催化作用和細(xì)胞膜的穩(wěn)定性，破壞魚蝦的排泄系統(tǒng)和滲透系統(tǒng)，導(dǎo)致魚蝦失去平衡，無生氣或昏迷等。氨氮在水體中還可通過亞硝化細(xì)菌和硝化細(xì)菌的作用，氧化成亞硝酸鹽和硝酸鹽。水體中亞硝酸鹽過高會導(dǎo)致魚蝦體內(nèi)血液中的亞鐵血紅蛋白被氧化成高鐵血紅蛋白，導(dǎo)致血液中氧氣含量降低，從而造成魚蝦死亡[23]。此外，養(yǎng)殖塘氮、磷養(yǎng)分富集還會導(dǎo)致塘內(nèi)有害藻類暴發(fā)性生長，水體溶氧量降低，導(dǎo)致魚蝦死亡。除了對塘內(nèi)水質(zhì)的影響之外，養(yǎng)殖塘排出的廢水還會對周邊水體環(huán)境產(chǎn)生污染。如王洪起對于橋水庫和周邊養(yǎng)殖塘水質(zhì)的監(jiān)測發(fā)現(xiàn)，水庫周邊養(yǎng)殖塘水體的氮、磷含量明顯高于水庫，在夏秋季節(jié)和捕魚時，富含氮、磷的魚塘廢水被直接或間接排入水庫，在水庫周邊形成明顯的污染帶[24]。太湖地區(qū)主要水產(chǎn)養(yǎng)殖模式氮、磷損失的研究表明，不同模式下池塘每年向周圍水體排出的氮、磷量分別為21.96—73.54 kg/hm2和1.99—6.55 kg/hm2[25]。第一次全國污染普查公報數(shù)據(jù)也顯示，我國水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)排放的總氮和總磷分別達(dá)到8.21 萬t和1.56 萬t。養(yǎng)殖廢水富營養(yǎng)化對周邊水體環(huán)境的污染不容忽視。

2 稻作系統(tǒng)對養(yǎng)殖池塘富營養(yǎng)化的修復(fù)效應(yīng)

目前，采用稻作系統(tǒng)修復(fù)淡水養(yǎng)殖池塘富營養(yǎng)化主要有三類技術(shù)耦合模式：一是浮床種稻-原位修復(fù)模式，即在養(yǎng)殖塘中利用浮床種稻實現(xiàn)對水質(zhì)的凈化作用；二是稻田濕地-異位修復(fù)模式，即將養(yǎng)殖廢水引出，灌入構(gòu)建的稻田人工濕地生態(tài)系統(tǒng)中對其進行凈化后再循環(huán)利用。三是轉(zhuǎn)變水產(chǎn)養(yǎng)殖模式，將單一的水產(chǎn)養(yǎng)殖模式轉(zhuǎn)變?yōu)榈爵~生態(tài)種養(yǎng)模式，以減少餌料、肥料投入，提高氮、磷養(yǎng)分綜合利用效率，減少水產(chǎn)養(yǎng)殖過程中養(yǎng)分物質(zhì)的排放。

表1 不同類型淡水養(yǎng)殖塘的氮、磷收支

a 銨揮發(fā)和反硝化損失；b 伊樂藻吸收

2.1 浮床種稻-原位修復(fù)

浮床種稻對富營養(yǎng)化水質(zhì)的修復(fù)機制主要有三個方面：一是通過水稻生長對水體中氮、磷的吸收利用，直接將水體中的無機營養(yǎng)物帶出水體；二是利用植物根系和浮床基質(zhì)等對水體中懸浮物的吸附作用，富集水體中的懸浮物；三是通過根際泌氧功能改善水體微環(huán)境，使根區(qū)形成好氧環(huán)境，促進有機物質(zhì)分解和硝化細(xì)菌的生長，促進好氧轉(zhuǎn)化，利于養(yǎng)分轉(zhuǎn)化吸收。對水體的凈化效果受到浮床覆蓋率、水稻生物量、根系的發(fā)達(dá)程度、輸氧能力、污水中氮、磷含量等因素影響，覆蓋率越高、生物量越大、根系輸氧能力越強，氮、磷的去除效果就越好。采用浮床種稻凈化水質(zhì)的研究可以追溯到20世紀(jì)90年代，宋祥甫等研究了不同覆蓋率浮床種稻對富營養(yǎng)化水體中氮磷的去除效果，結(jié)果表明，在20%、40%和60%浮床覆蓋率下，通過分蘗到成熟84d處理，全池水體中總氮的去除率分別為29.0%、49.8%和58.7%，總磷的去除率分別為32.1%、42.9%和49.1%。隨著覆蓋率增加，對水體氮、磷的去除率也不斷提高[26]。馬克星等利用浮床種稻凈化農(nóng)田退水水質(zhì)的研究結(jié)果也顯示，浮床種稻系統(tǒng)對總氮的去除率可以達(dá)到90.3%[27]。盧進登等比較了水稻、蘆葦、香蒲等不同水生植物的對富營養(yǎng)化的凈化效果，在2個月的生育期內(nèi)，水稻氮磷的吸收量分別為118.7 g/m2和11.1 g/m2，僅次于蘆葦和萩，明顯高于牛筋草、香蒲、美人蕉等植物[28]。可見，利用浮床種植水稻對富營養(yǎng)化水體中的氮、磷具有較強的凈化能力。

浮床種稻-原位修復(fù)模式的特點是將大田種植的糧食作物-水稻進行浮床水生漂浮種植，充分利用水稻植株根系發(fā)達(dá)、生物量大、養(yǎng)分吸收和轉(zhuǎn)運能力強等特點，可以大量吸收和富集水體中的氮、磷等養(yǎng)分元素，降低水體中養(yǎng)分元素含量；既可以凈化水體，又可以實現(xiàn)養(yǎng)分物質(zhì)的循環(huán)利用。該技術(shù)模式還具有充分利用水面而無需占用土地，能夠適應(yīng)較寬的水深范圍，運行管理相對容易，美化養(yǎng)殖塘水體景觀等優(yōu)點。而且，水稻是重要的糧食作物，浮床種植的水稻收獲后還可以創(chuàng)造一定的經(jīng)濟效益，不存在修復(fù)植物收獲后難以二次利用的問題。然而，在養(yǎng)殖池塘中，氮、磷等養(yǎng)分物質(zhì)不僅富集在水體中，而且還大量沉積在底泥中。以往研究主要關(guān)注浮床種植水稻對水體中氮、磷含量的凈化效應(yīng)，而對底泥中氮磷的凈化效應(yīng)研究則較少。浮床種植水稻可以降低水體中氮、磷濃度，調(diào)節(jié)水體溶解氧含量以及pH值等水體理化性質(zhì)，這些因素的改變可能會影響底泥中氮、磷向水體的擴散過程[29- 30]。但是目前還不明確浮床種植水稻是否對底泥中氮、磷養(yǎng)分也具有顯著的凈化效應(yīng)。

2.2 稻田濕地-異位修復(fù)

稻田濕地-異位修復(fù)是將富含氮、磷的養(yǎng)殖廢水轉(zhuǎn)入稻田濕地進行修復(fù)的一種技術(shù)模式。稻田濕地主要是通過水稻的吸收、水稻土的吸附及稻田土壤微生物的降解來去除廢水中的氮、磷養(yǎng)分物質(zhì)。稻田濕地除氮的過程主要是微生物的硝化和反硝化作用、植物吸收及氨揮發(fā)；除磷的過程主要包括微生物降解增加植物吸收、植物根系吸附、底泥吸附和還原態(tài)時少量磷的揮發(fā)等。研究表明，稻田濕地對養(yǎng)殖塘廢水中的氮、磷具有顯著的凈化效果，養(yǎng)殖塘廢水經(jīng)稻田濕地凈化后，其總氮、總磷、硝態(tài)氮和銨態(tài)氮含量分別降低65.2%、72.0%、87.3%和66.8%[31]。稻田濕地的灌溉方式會影響凈化效果，平衡灌排方式下養(yǎng)殖廢水氮、磷的去除率要低于間隙灌排方式和間隙灌溉連續(xù)排水方式[32]。在稻田濕地中，養(yǎng)殖廢水提供的氮、磷養(yǎng)分并不能完全滿足水稻的生長需要，需要補施適量肥料才能保證水稻產(chǎn)量。適當(dāng)增施肥料并不降低稻田濕地對養(yǎng)殖廢水的凈化效果[8]。在人工構(gòu)造的稻田濕地中，滲徑也會影響稻田濕地對養(yǎng)殖廢水的凈化效果，當(dāng)滲徑增加到50 cm時，硝態(tài)氮和化學(xué)耗氧量的去除率則明顯優(yōu)于30 cm滲徑[31]。

稻田濕地是世界上最大的人工濕地，為富營養(yǎng)化水質(zhì)的生態(tài)修復(fù)提供了豐富的濕地資源。稻田濕地在氮磷去除方面具有獨特的特點：一是富營養(yǎng)化廢水為水稻生長提供必須元素，可節(jié)約化肥、水的投入，水稻收獲可以創(chuàng)造一定的經(jīng)濟效益，生態(tài)效應(yīng)和經(jīng)濟效益顯著；二是水稻吸收的氮磷養(yǎng)分可通過秸稈還田等方式實現(xiàn)養(yǎng)分元素的二次循環(huán)利用；三是稻田濕地生態(tài)系統(tǒng)在凈化水質(zhì)的同時，還可以起到防洪減災(zāi)、減少空氣浮塵、保護農(nóng)業(yè)耕地、降低農(nóng)業(yè)成本、發(fā)展旅游休閑的效果和作用。但是，稻田濕地系統(tǒng)除了具有吸納、降解不同來源的氮磷和有機物等污染，起到匯的作用外，在雨季稻田濕地還會產(chǎn)生一定的徑流，成為富營養(yǎng)化的源；稻田濕地本質(zhì)上屬于稻作生態(tài)系統(tǒng)，在水稻生長過程中需要針對病蟲危害而噴灑農(nóng)藥，從而造成農(nóng)藥對凈化水體的污染，即稻田濕地系統(tǒng)在處理富營養(yǎng)化廢水過程中存在二次污染的風(fēng)險，需要提高水稻品種的抗病蟲能力和生物農(nóng)藥的應(yīng)用，加強工程和農(nóng)藝等管理措施，減少徑流。此外，養(yǎng)殖廢水僅靠灌入周邊稻田濕地進行凈化，受養(yǎng)殖池塘和稻田分布的限制。

2.3 稻魚生態(tài)種養(yǎng)

稻魚生態(tài)種養(yǎng)模式是通過改變水產(chǎn)養(yǎng)殖方式，以稻田濕地為養(yǎng)殖水體，將水產(chǎn)養(yǎng)殖與水稻種植有機結(jié)合起來，通過充分利用魚-稻的生態(tài)互惠作用，來減少餌料、肥料等養(yǎng)殖、種植物料的投入，從而減少水產(chǎn)養(yǎng)殖和水稻種植對水體環(huán)境的氮、磷等養(yǎng)分物質(zhì)排放，減少水體污染風(fēng)險。大田試驗表明，在相同養(yǎng)殖密度下，稻魚共作系統(tǒng)水體氨氮含量要比魚單作系統(tǒng)低24.5%，總磷含量低32.6%，稻魚共作系統(tǒng)氮、磷利用效率高于魚單作系統(tǒng)，稻魚共作系統(tǒng)能夠減少水產(chǎn)養(yǎng)殖帶來的養(yǎng)分流失[33]。與常規(guī)稻作相比，稻魚共生系統(tǒng)的硝態(tài)氮淋溶量、氧化亞氮排放和銨揮發(fā)也有所降低[34]。在稻魚共生系統(tǒng)中，一方面，稻田大部分雜草、水體中的大量浮游生物和細(xì)菌、以及部分有機物腐屑都是魚等水生經(jīng)濟動物很好的天然餌料，可以直接被魚攝食，從而可以不投或僅投放少量餌料就可以滿足魚的食物需求，而且殘余餌料或魚的排泄物降解產(chǎn)生的氮、磷等養(yǎng)分物質(zhì)會被水稻吸收，從而減少養(yǎng)分的流失[35]。另一方面，稻田中魚、蝦等水生動物的不間斷活動產(chǎn)生中耕混水效果，促進土壤中養(yǎng)分物質(zhì)的釋放，促進水稻生長。以往研究發(fā)現(xiàn)，稻魚共作系統(tǒng)水稻生物量和氮儲量均高于水稻單作[36]。

稻魚生態(tài)種養(yǎng)模式雖然不是直接對養(yǎng)殖水體進行修復(fù)，但是可以作為一種生態(tài)養(yǎng)殖模式來部分替代對水體污染重的集約化養(yǎng)殖方式，從而減輕水產(chǎn)品養(yǎng)殖產(chǎn)業(yè)對水體的污染風(fēng)險。近30年來，我國稻田水產(chǎn)養(yǎng)殖發(fā)展迅速，稻田養(yǎng)殖的水產(chǎn)品逐漸由鯉、草等普通魚類擴展到蝦、蟹、中華鱉等特種水產(chǎn)。稻田水產(chǎn)養(yǎng)殖規(guī)模也在不斷擴大，到2010年，我國稻田水產(chǎn)養(yǎng)殖面積已達(dá)到132.6 萬hm2，年水產(chǎn)品產(chǎn)量已達(dá)到124.3 萬t。但是目前我國稻田水產(chǎn)養(yǎng)殖在規(guī)?；途C合化發(fā)展中還存在一些問題，影響了稻田水產(chǎn)養(yǎng)殖的推廣。例如，稻田水產(chǎn)養(yǎng)殖需要連片作業(yè)、規(guī)?；a(chǎn)、產(chǎn)業(yè)化經(jīng)營，才能提高綜合生產(chǎn)能力，提高經(jīng)濟和生態(tài)效益。但目前農(nóng)村一家一戶小生產(chǎn)的經(jīng)營體制，種養(yǎng)規(guī)模小，缺乏必要的資金和技術(shù)支撐；稻田水產(chǎn)養(yǎng)殖缺乏配套的農(nóng)機設(shè)備，機械化程度低，勞動強度大，用工量多。由于社會經(jīng)濟的迅速發(fā)展，大量農(nóng)村勞動力向城市第二、三產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)移，農(nóng)村勞動力的缺乏也限制了稻田水產(chǎn)養(yǎng)殖的推廣和規(guī)?；l(fā)展[37- 38]。此外，稻田養(yǎng)殖因需要開挖環(huán)形溝、蓄水魚池，一定程度上減少了稻田面積，不利于水稻增產(chǎn)。

3 研究展望

浮床種稻原位修復(fù)、稻田濕地異位修復(fù)和稻魚生態(tài)種養(yǎng)這3種模式都可以有效的凈化或減少淡水養(yǎng)殖水體中氮磷等養(yǎng)分物質(zhì)，實現(xiàn)養(yǎng)分的循環(huán)利用，減輕水產(chǎn)養(yǎng)殖對水體的污染。此外，水稻收獲還能產(chǎn)生一定的經(jīng)濟效益。在我國南方水網(wǎng)農(nóng)區(qū)，采用稻作系統(tǒng)來修復(fù)養(yǎng)殖水體的富營養(yǎng)化問題具有十分廣闊的應(yīng)用前景。但是，上述3種修復(fù)模式也還存在一些不足，影響了大范圍的推廣應(yīng)用。例如，浮床消耗材料多且材料成本高、操作困難，而且浮床種稻根系難以深入到底泥，對底泥中氮、磷的富集修復(fù)效果差等；稻田濕地系統(tǒng)修復(fù)養(yǎng)殖廢水受養(yǎng)殖池塘和稻田空間分布的限制；“水稻+水產(chǎn)”生態(tài)種養(yǎng)模式存在不易規(guī)?；l(fā)展、不利稻谷增產(chǎn)等問題。因此，急需在理論與技術(shù)研究資助、生態(tài)補償以及農(nóng)戶激勵等方面給予政策支持。

(1)加強生態(tài)修復(fù)專用水稻品種的培育。在以往的研究和修復(fù)實踐中，一般都是采用大田生產(chǎn)中的常規(guī)水稻品種，主要針對養(yǎng)殖塘水體中氮、磷養(yǎng)分富集的凈化。但是在養(yǎng)殖池塘，底泥中沉積的養(yǎng)分物質(zhì)要遠(yuǎn)大于水體，并且會不斷向上層水體釋放。因此，在以后的研究中，應(yīng)專門針對養(yǎng)殖池塘中氮、磷等養(yǎng)分物質(zhì)的富集特征，培育生物量大、對氮、磷等養(yǎng)分物質(zhì)富集能力強、抗性好、產(chǎn)量高、品質(zhì)優(yōu)以及可以直接種植養(yǎng)殖塘中深水稻品種，以加強對養(yǎng)殖塘底泥富營養(yǎng)化的修復(fù)。

(2)加強稻作系統(tǒng)生態(tài)修復(fù)的理論研究和技術(shù)推廣。從現(xiàn)有文獻看，稻作系統(tǒng)對養(yǎng)殖塘水體修復(fù)主要通過增加氮、磷等養(yǎng)分的轉(zhuǎn)運輸出，以及改良池塘水體、底泥的生物物理化學(xué)環(huán)境等兩方面。但是，目前對這兩方面作用機制的研究還非常有限。因此，還需要加強稻作系統(tǒng)生態(tài)修復(fù)機制的研究，以期進一步明確稻作系統(tǒng)對養(yǎng)殖池塘氮、磷等養(yǎng)分循環(huán)的直接和間接影響，最終實現(xiàn)稻作系統(tǒng)和養(yǎng)殖池塘系統(tǒng)的最優(yōu)生態(tài)耦合。同時，加強對稻-魚共生系統(tǒng)中水稻與魚的生物配置、水稻的空間布局、肥料和餌料的投入、池塘水的管理等技術(shù)環(huán)節(jié)的研究，構(gòu)建以生態(tài)修復(fù)為核心的“水產(chǎn)-水稻”復(fù)合養(yǎng)種技術(shù)體系，并在池塘養(yǎng)殖典型地區(qū)進行技術(shù)示范和推廣應(yīng)用。

(3)建立稻作系統(tǒng)生態(tài)修復(fù)的生態(tài)補償機制。采用稻作系統(tǒng)修復(fù)養(yǎng)殖池塘富營養(yǎng)化不僅生態(tài)環(huán)境效益顯著，而且還能促進農(nóng)業(yè)增效與農(nóng)民增收。稻作系統(tǒng)與水產(chǎn)養(yǎng)殖系統(tǒng)的生態(tài)耦合，是集生態(tài)、社會和經(jīng)濟三大效益于一體的生態(tài)種養(yǎng)技術(shù)體系。因此，政府部門應(yīng)建立適當(dāng)?shù)纳鷳B(tài)補償機制，對實現(xiàn)這些修復(fù)技術(shù)的生產(chǎn)單位和農(nóng)戶進行補貼；跟蹤監(jiān)測修復(fù)技術(shù)的生態(tài)效應(yīng)，綜合評價不同技術(shù)模式對氮、磷等養(yǎng)分物質(zhì)的減排效果以及綜合利用效率，確定補貼標(biāo)準(zhǔn)。同時，對應(yīng)用這些修復(fù)技術(shù)的生產(chǎn)單位和農(nóng)戶，在土地流轉(zhuǎn)、技術(shù)服務(wù)以及產(chǎn)業(yè)化經(jīng)營等方面給予相應(yīng)的政策支持。

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Effects of rice cropping systems on the restoration of aquaculture pond eutrophication and its prospective application

FENG Jinfei1, LI Fengbo1, WU Dianxing2, FANG Fuping1,*

1ChinaNationalRiceResearchInstitution,Hangzhou310006，China2InstituteofNuclearAgriculturalSciences,ZhejiangUniversity,Hangzhou310029,China

Pond culture, the area of which reached 2.37 million ha in 2010 and provided more than 70% of the freshwater aquaculture product in China, has become increasingly important in aquaculture in the last ten years. In order to achieve higher product yields, intensive culture of food fish has been widely employed in pond culture. However, overfeeding of bait in the intensive culture system has caused serious eutrophication problems (such as nitrogen and phosphorus enrichment) in the sediment and water in these ponds, which has become an important obstacle for the sustainable development of pond aquaculture. The rice cropping system has a significant capacity for water purification by rice plant accumulation, paddy soil adsorption and microbial degradation. Therefore, coupling of the rice cropping system and pond culture system could have great potential for ecological restoration of aquaculture pond eutrophication. With a summary of related research and field surveys, this paper comprehensively analyzed the effects of three coupled modes (floating-bed rice planting system, artificially constructed rice paddy wetland system and rice-fish system) on the restoration of aquaculture pond eutrophication and the use efficiency of nitrogen and phosphorus, and conclusions were drawn regarding the technical characteristics and problems in the application of these three coupled modes. The floating-bed rice planting system is an in situ remediation technology where rice was planted in a floating-bed in the pond as the phytoremediation plant and the nutrients were removed directly by the floating-bed system, mainly through accumulation by the rice plant and to a lesser extent adsorption by the floating-bed. Field studies had reported that nitrogen and phosphorus in pond water could be reduced by 29.0%—90.3% and 32.1%—49.1%, respectively, depending on the coverage area of the floating-bed and the nutrient content in the pond water. Whether the floating-bed rice planting system had a significant effect on the removal of nutrients in pond sediment is still unknown. The artificially constructed rice paddy wetland system is an ex situ restoration technology. The aquaculture water was firstly pumped from the pond to the artificially constructed rice paddy wetland, which removed the excess nutrients in the pond water by rice plant accumulation and paddy soil adsorption; the purified water was then pumped back to the pond. The nitrogen and phosphorus content in pumped pond water could be reduced by 65.2% and 72.0%, respectively, through the restoration of rice paddy wetland. Irrigation, fertilization and leakage affected the remediation effect of rice paddy wetland. However, there is a secondary pollution risk that pesticide used in rice paddy wetland may be left in pumped back water and have a toxic effect on the fish. Additionally, the eutrophic runoff from the rice paddy wetland during the rainy season would contaminate nearby water. The rice-fish system is an ecological rice-fish co-culture model. Compared to pond culture, rice-fish co-culture could reduce the bait feed and nutrient enrichment risk by the mutually beneficial relationship of fish and rice. Replacing the pond culture mode with rice-fish co-culture would greatly decrease the aquaculture water pollution risk. However, the area of rice-fish co-culture has increased slowly due to the lower economic benefit and higher labour density relative to other modes. Based on these analyses, this paper further proposed that more attention should be paid to research on special rice varieties for phytoremediation, restoration mechanism investigation and technology application, and the construction of ecological compensation mechanisms for the ecological restoration of aquaculture pond eutrophication.

Rice cropping system; aquaculture pond; eutrophication; ecological restoration

國家自然科學(xué)基金(70973143); 浙江省自然科學(xué)基金(Y5110259)

2013- 03- 22;

2014- 06- 13

10.5846/stxb201303220486

*通訊作者Corresponding author.E-mail: fangfuping1971@163.com

馮金飛，李鳳博，吳殿星，方福平.稻作系統(tǒng)對淡水養(yǎng)殖池塘富營養(yǎng)化的修復(fù)效應(yīng)及應(yīng)用前景.生態(tài)學(xué)報,2014,34(16):4480- 4487.

Feng J F, Li F B, Wu D X, Fang F P.Effects of rice cropping systems on the restoration of aquaculture pond eutrophication and its prospective application.Acta Ecologica Sinica,2014,34(16):4480- 4487.