佀國涵 袁家富 彭成林 趙書軍 賈平安 何節(jié)紅 謝雪萍 劉榮

摘要：通過監(jiān)測稻蝦共作模式下小龍蝦養(yǎng)殖水體中氮、磷等營養(yǎng)物質(zhì)以及重金屬含量，系統(tǒng)分析小龍蝦養(yǎng)殖水體營養(yǎng)狀況及養(yǎng)分排放強度、重金屬污染狀況。結(jié)果表明，小龍蝦養(yǎng)殖水體營養(yǎng)物質(zhì)含量較高，其中總氮（TN）、總磷（TP）和化學需氧量（COD）平均含量分別為2.21、0.50、59.0 mg/L;小龍蝦養(yǎng)殖廢水排放量平均為4 377.3 m3/hm2，其TN、TP和COD的排放強度分別為9.7、2.2、258.3 kg/hm2。小龍蝦養(yǎng)殖水體中Hg和Cr含量符合GB 3838—2002《地表水環(huán)境質(zhì)量標準》Ⅲ級標準，而Cu、Zn、As和Cd的含量達到了Ⅰ級標準，可見稻蝦共作模式下小龍蝦受水體重金屬污染的風險較低。

關(guān)鍵詞：稻蝦共作模式;小龍蝦;水體環(huán)境;重金屬

中圖分類號： X824 文獻標志碼： A 文章編號：1002-1302（2019）23-0299-04

稻田種養(yǎng)結(jié)合提高了稻田綜合利用率，實現(xiàn)了“一水兩用、一田雙收、穩(wěn)糧增效”，不僅有效提高了農(nóng)民收益，而且有利于糧食安全、食品安全和生態(tài)安全，是實施農(nóng)業(yè)供給側(cè)改革的關(guān)鍵途徑，已成為推動農(nóng)業(yè)綠色發(fā)展和鄉(xiāng)村振興的主導模式[1]。近年來，稻蝦[水稻（Oryza sativa）-小龍蝦（克氏原螯蝦，Procambarus clarkii）]共作模式已發(fā)展成為我國長江中下游地區(qū)一種新興的稻田種養(yǎng)復合生態(tài)模式，該模式被農(nóng)業(yè)農(nóng)村部譽為“現(xiàn)代農(nóng)業(yè)發(fā)展的成功典范，現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的一次革命”[2]。稻蝦共作模式具有顯著的生態(tài)、經(jīng)濟和社會效益，它不僅能夠大幅提高能量、水、肥等的利用率，而且能夠通過稻田蓄水養(yǎng)殖調(diào)節(jié)稻田生態(tài)系統(tǒng)微環(huán)境，促進稻田物質(zhì)和能量的多級利用[3]。作為農(nóng)業(yè)農(nóng)村部和多數(shù)省份農(nóng)業(yè)重點推廣的核心技術(shù)之一，稻蝦共作模式在全國得到快速推廣應(yīng)用，截至2017年，僅湖北省已推廣近27.78萬hm2[4]。

稻蝦共作模式具體為每年9—10月稻收割后，向稻田灌深水（深度40～50 cm）進行小龍蝦養(yǎng)殖，在翌年3—5月進行小龍蝦飼料投喂，餌料投喂量一般為1 800～2 250 kg/hm2，至5月底捕撈成熟小龍蝦完畢，將稻田小龍蝦養(yǎng)殖廢水排干后，進行整地、施肥以及水稻種植等農(nóng)事操作[5]。在該模式中小龍蝦產(chǎn)值是水稻產(chǎn)值的1.7～2.6倍，因此“重蝦輕稻”的問題比較突出。為了提高小龍蝦的效益，農(nóng)民往往過量投放餌料，加大病害防治藥物的投入，過多的投入品以及由此所產(chǎn)生的固液態(tài)廢棄物（殘餌、排泄物等）的分解，使養(yǎng)殖水體中富含各種營養(yǎng)物質(zhì)。由于稻蝦共作模式在長江中下游地區(qū)面積較大，且在小龍蝦養(yǎng)殖季結(jié)束時養(yǎng)殖廢水排放集中，易造成氮、磷等養(yǎng)分集中大量排放，可能會加劇周邊水域水體富營養(yǎng)化，破壞水體生態(tài)系統(tǒng)。本試驗以稻蝦共作模式推廣的核心區(qū)域——湖北省潛江市為研究區(qū)域，通過分析稻蝦共作模式下小龍蝦養(yǎng)殖水體中營養(yǎng)物質(zhì)含量及排放強度、重金屬濃度特征等，旨在明確該模式下小龍蝦養(yǎng)殖水體中營養(yǎng)物質(zhì)和重金屬含量狀況及其對周圍水域富營養(yǎng)化的貢獻程度，為稻蝦共作模式進一步推廣提供數(shù)據(jù)支撐。

1 材料與方法

1.1 水樣調(diào)查位點的分布

調(diào)查點共設(shè)4個鄉(xiāng)鎮(zhèn)，即潛江市浩口鎮(zhèn)、龍灣鎮(zhèn)、白鷺湖農(nóng)場和后湖農(nóng)場，每個鄉(xiāng)鎮(zhèn)選取10處采樣點，每個采樣點代表面積2 hm2以上稻田。具體分布見表1。

1.2 水樣采集及測定指標

于2018年6月即小龍蝦養(yǎng)殖季結(jié)束，稻田排水前采集水樣。所有水樣均采用有機玻璃采水器于水面下0.5 m處采集，每個養(yǎng)殖稻田采集5個點的混合樣。水樣采集后分裝于消毒過的聚乙烯瓶中，部分水樣加H2SO4酸化保存，所有的水樣帶回實驗室后存放于4 ℃下保存，于48 h內(nèi)測定pH值、總氮（TN）含量、氨態(tài)氮（NH+4-N）含量、硝態(tài)氮（NO-3-N）含量、總磷（TP）含量、化學需氧量（COD）含量等參數(shù);部分水樣加HNO3以備銅（Cu）、鋅（Zn）、砷（As）、汞（Hg）、鎘（Cd）和鉻（Cr）等重金屬測定。利用哈希LDOTM便攜式溶解氧測定儀記錄溫度和溶氧量（DO）等參數(shù)。

1.3 分析方法

水樣分析參照文獻[6]方法進行，pH值采用玻璃電極法測定;TN含量采用堿性過硫酸鉀消解紫外分光光度法測定;NH+4-N含量采用納氏試劑比色法測定;NO-3-N含量采用酚二磺酸分光光度法測定;TP含量采用鉬酸銨分光光度法測定;COD含量采用重鉻酸鹽法測定;Cu、Zn、Cd和Cr含量采用原子吸收分光光度法測定;Hg、As含量采用原子熒光光度法測定。

1.4 水體營養(yǎng)物質(zhì)排放強度計算

TN、TP和COD排放強度（TPF）計算方程如下：

TPFX=（CEX×V1）/1 000。

式中：X分別代表TN、TP和COD;TPFX分別代表TN、TP和COD的排放強度，kg/hm2;CEX為小龍蝦養(yǎng)殖廢水中各主要營養(yǎng)物質(zhì)量濃度，mg/L;V1為小龍蝦養(yǎng)殖結(jié)束時排水量，m3/hm2。

1.5 水環(huán)境調(diào)查評價標準的選擇

稻蝦共作模式下小龍蝦養(yǎng)殖季水環(huán)境評價標準采用GB 3838—2002《地表水環(huán)境質(zhì)量標準》Ⅰ級和Ⅲ級、GB 11607—1989《漁業(yè)水質(zhì)標準》和SC/T 9101—2007《淡水池塘養(yǎng)殖水排放要求》Ⅰ級和Ⅱ級，詳見表2。

1.6 數(shù)據(jù)處理與分析

所有數(shù)據(jù)分析借助Excel 2007和SPSS 19.0統(tǒng)計軟件完成。

2 結(jié)果與分析

2.1 稻蝦共作模式下小龍蝦養(yǎng)殖水體化學基本特征

由表3可知，潛江市稻蝦共作模式下小龍蝦養(yǎng)殖水體的pH值為7.4～7.7，平均值為7.6，屬于中性偏堿，溶解氧含量為3.2～17.2 mg/L，其平均值為8.6 mg/L，均達到了GB 3838—2002《地表水環(huán)境質(zhì)量標準》中的Ⅰ級標準和GB 11607—1989《漁業(yè)水質(zhì)標準》。在調(diào)查的不同鄉(xiāng)鎮(zhèn)中，小龍蝦養(yǎng)殖水體的溫度和pH值差異不大，但DO含量差異較大，為白鷺湖農(nóng)場>龍灣鎮(zhèn)>浩口鎮(zhèn)>后湖農(nóng)場。

2.2 稻蝦共作模式下小龍蝦養(yǎng)殖水體氮含量特征

由圖1可知，潛江市稻蝦共作模式下小龍蝦養(yǎng)殖水體TN、NH+4-N含量分別為2.21、1.01 mg/L，其值高于GB 3838—2002《地表水環(huán)境質(zhì)量標準》中的Ⅲ級標準，但符合SC/T 9101—2007《淡水池塘養(yǎng)殖水排放要求》Ⅰ級標準。在調(diào)查的不同鄉(xiāng)鎮(zhèn)中，以后湖農(nóng)場小龍蝦養(yǎng)殖水體中的TN和NO-3-N含量最高，分別為2.65、1.20 mg/L，而以龍灣鎮(zhèn)小龍蝦養(yǎng)殖水體中的TN和NH+4-N含量最低，分別為1.98、085 mg/L。

2.3 稻蝦共作模式下小龍蝦養(yǎng)殖水體總磷含量特征

由圖2可知，潛江市稻蝦共作模式下小龍蝦養(yǎng)殖水體TP含量為0.40～0.56 mg/L，其平均含量為0.50 mg/L，其值高于GB 3838—2002 《地表水環(huán)境質(zhì)量標準》中的Ⅲ級標準， 但

達到了SC/T 9101—2007《淡水池塘養(yǎng)殖水排放要求》Ⅰ級標準。在調(diào)查的不同鄉(xiāng)鎮(zhèn)中，龍灣鎮(zhèn)小龍蝦養(yǎng)殖水體中TP含量為0.40 mg/L，達到SC/T 9101—2007《淡水池塘養(yǎng)殖水排放要求》Ⅰ級排放標準，而白鷺湖農(nóng)場、浩口鎮(zhèn)和后湖農(nóng)場的TP含量分別為0.56、0.51、0.55 mg/L，均高于SC/T 9101—2007《淡水池塘養(yǎng)殖水排放要求》Ⅰ級的含量，但達到其Ⅱ級標準，可見稻蝦共作模式下小龍蝦養(yǎng)殖水體中磷素是污染周圍水域的潛在因子之一。

2.4 稻蝦共作模式下小龍蝦養(yǎng)殖水體COD含量特征

由圖3可知，潛江市稻蝦共作模式下小龍蝦養(yǎng)殖水體COD含量為41.4～92.8 mg/L，其平均含量為59.0 mg/L，其值高于GB 3838—2002《地表水環(huán)境質(zhì)量標準》中的Ⅲ級標準。在調(diào)查的不同鄉(xiāng)鎮(zhèn)中，以后湖農(nóng)場的小龍蝦養(yǎng)殖水體中的COD含量最高，為92.8 mg/L， 而以浩口鎮(zhèn)的含量最低，為41.4 mg/L。

2.5 稻蝦共作模式下小龍蝦養(yǎng)殖廢水養(yǎng)分排放強度

水產(chǎn)養(yǎng)殖排污是重要的農(nóng)業(yè)面源污染來源之一，尤其是水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)發(fā)達地區(qū)[7]。由表4可知，潛江市稻蝦共作模式下小龍蝦養(yǎng)殖稻田田面水深為40.2～49.7 cm，其平均值為43.8 cm，排水量為4 018.9～4 968.8 m3/hm2，其平均值為 4 377.3 m3/hm2，其中以浩口鎮(zhèn)的田面水深和排水量最高，而以后湖農(nóng)場最低。潛江市由小龍蝦養(yǎng)殖廢水排出的TN、TP和COD分別為9.6～10.7、2.0～2.5、199.8～373.0 kg/hm2，其平均值分別為9.7、2.2、258.3 kg/hm2;在調(diào)查的不同鄉(xiāng)鎮(zhèn)中，以后湖農(nóng)場的TN和COD排放量最高，分別達到了10.7、373.0 kg/hm2，而以龍灣鎮(zhèn)的TP排放量最高，為2.5 kg/hm2。

2.6 稻蝦共作模式下小龍蝦養(yǎng)殖水體中重金屬含量及評價

由表5可知，潛江市稻蝦共作模式下小龍蝦養(yǎng)殖水體中As、Hg、Cd和Cr的濃度范圍分別為0.41～4.61、nd～0.12、nd～0.02、nd～52.0 μg/L，其平均濃度分別為2.21、0.05、0.003、23.2 μg/L，均符合GB 11607—1989《漁業(yè)水質(zhì)標準》和GB 3838—2002《地表水環(huán)境質(zhì)量標準》Ⅲ級標準，其中As和Cd的含量達到了GB 3838—2002《地表水環(huán)境質(zhì)量標準》Ⅰ級標準。小龍蝦養(yǎng)殖水體中Cu和Zn的濃度范圍分別為nd～10.36 μg/L、10.0～66.0 μg/L，其平均濃度分別為487、17.9 μg/L，均符合GB 11607—1989《漁業(yè)水質(zhì)標準》、GB 3838—2002《地表水環(huán)境質(zhì)量標準》Ⅰ級標準以及SC/T 9101—2007《淡水池塘養(yǎng)殖水排放要求》Ⅰ級標準;在調(diào)查的小龍蝦養(yǎng)殖水體中，以Zn和As的檢出率最高，均為100%，而以Cd的檢出率最低，僅為25%。在調(diào)查的不同鄉(xiāng)鎮(zhèn)中，以白鷺湖農(nóng)場養(yǎng)殖水體的Zn、As和Cr含量最高，分別為28.6、2.71、37.2 μg/L，以后湖農(nóng)場養(yǎng)殖水體中Cu和Cd含量最高，分別為8.68、0.006 μg/L，Hg的含量以龍灣鎮(zhèn)最高，為 0.08 μg/L。

3 討論與結(jié)論

隨著稻蝦共作面積的逐年擴大，小龍蝦養(yǎng)殖對水體環(huán)境影響及其所帶來的營養(yǎng)物質(zhì)排放問題已逐漸引起農(nóng)業(yè)和環(huán)境保護工作者的重視。本研究表明，潛江市稻蝦共作模式下小龍蝦養(yǎng)殖水體的pH值為7.6～7.7，DO平均含量為6.1～12.3，均達到了GB 3838—2002《地表水環(huán)境質(zhì)量標準》中的Ⅲ級標準和GB 11607—1989《漁業(yè)水質(zhì)標準》，這與稻田中種植了大量水草有關(guān)，水草的光合作用大量消耗水體中的CO2，從而使得pH值和溶解氧均有不同程度地上升[8]，另外小龍蝦可能在水體中通過覓食、遷徙等方式擾動水體從而增加水體溶氧量。本研究表明，潛江市稻蝦共作模式下小龍蝦養(yǎng)殖水體的總氮、銨態(tài)氮和總磷含量分別達到了2.21、1.01、0.50 mg/L，其值均高于GB 3838—2002《地表水環(huán)境質(zhì)量標準》中的Ⅲ級標準。正常情況下，水體自身具有自凈能力，能夠為小龍蝦養(yǎng)殖提供良好的環(huán)境條件[9]，但是農(nóng)戶為了追求高效益，在小龍蝦養(yǎng)殖過程中過量投入飼料，甚至有些農(nóng)戶為了 “肥水”，人為在小龍蝦養(yǎng)殖水體中撒施磷肥和有機肥，另外水稻秸稈全量還田也會增加水體中的養(yǎng)分物質(zhì)濃度。Oehme等研究發(fā)現(xiàn)，稻魚系統(tǒng)中田面水養(yǎng)分含量受投餌量影響較大，投餌越多，田面水養(yǎng)分含量越高[10]。蘇躍朋等對中國明對蝦精養(yǎng)池塘水中營養(yǎng)鹽收支情況的研究發(fā)現(xiàn)，餌料中氮、磷營養(yǎng)鹽的輸入量分別占水體中氮、磷總輸入量的814%、90.2%[11]。COD是表征環(huán)境水樣中有機物污染的特定綜合指標，反映水環(huán)境中有機物的含量，且其主要來源為養(yǎng)殖過程中的代謝產(chǎn)物和殘餌累積[12]。本研究表明，潛江市稻蝦共作模式下小龍蝦養(yǎng)殖水體COD平均含量為59.0 mg/L，其值高于GB 3838—2002《地表水環(huán)境質(zhì)量標準》Ⅴ級標準（≤40.0 mg/L），其COD排放強度達到258.3 kg/hm2。在稻蝦共作模式中，小龍蝦養(yǎng)殖水體中COD主要來源一方面為殘餌累積，但很大一部分可能來自于水稻全量還田的秸稈泡水腐解產(chǎn)生的有機碎屑。本研究結(jié)果表明，稻蝦共作模式下小龍蝦養(yǎng)殖廢水排出的總氮和總磷分別為9.7、2.2 kg/hm2。陳家長等報道，太湖流域青蝦塘中TN、TP排放強度分別為287、2.9 kg/hm2[13];Páez-Osuna等報道，半精養(yǎng)蝦塘排放的TN、TP分別為52.1、8.4 kg/hm2[14]?？梢姷疚r共作模式下小龍蝦養(yǎng)殖水體中排放的養(yǎng)分總量均低于上述報道，其原因可能是在稻田中養(yǎng)殖小龍蝦水體總量低于池塘養(yǎng)殖水體，一般情況下池塘養(yǎng)殖青蝦、對蝦等水產(chǎn)品時，池塘平均水深為1.56～1.71 m，而稻田養(yǎng)殖小龍蝦水體的深度一般為0.4～0.5 m。

重金屬元素在水環(huán)境中的累積，嚴重危害著漁業(yè)水環(huán)境和水生生物，也對人類健康造成潛在威脅[15]。本研究表明，潛江市稻蝦共作模式下小龍蝦養(yǎng)殖水體中Cu、Zn、As、Hg、Cd和Cr含量均符合GB 11607—1989《漁業(yè)水質(zhì)標準》和GB 3838—2002《地表水環(huán)境質(zhì)量標準》Ⅲ級標準，其中Cu、Zn、As和Cd的含量達到了GB 3838—2002《地表水環(huán)境質(zhì)量標準》Ⅰ級標準，這表明小龍蝦養(yǎng)殖水體中重金屬含量較低，達到潔凈級別。水產(chǎn)養(yǎng)殖過程中的重金屬污染主要分為2類，一類為外源性污染，即養(yǎng)殖過程中外來重金屬污染源的排入造成的污染;另一類為內(nèi)源性污染，即在養(yǎng)殖過程中，由于飼料的投放、漁藥的施用等養(yǎng)殖行為所導致的重金屬污染[16]。稻蝦共作模式下小龍蝦養(yǎng)殖區(qū)域均為典型稻田，受周邊工礦、冶煉加工等高污染企業(yè)影響的概率較低，因此小龍蝦養(yǎng)殖過程中的重金屬污染可能主要來自于內(nèi)源性污染，即飼料和漁藥投放所帶入的重金屬污染，且通常以Cu和Zn為主[15]。本研究發(fā)現(xiàn)，小龍蝦養(yǎng)殖水體中Cu和Zn的濃度均較低，可見由內(nèi)源性污染源所帶來的潛在重金屬污染風險較低。由于水生動物尤其是小龍蝦對金屬元素有較強的富集作用，可通過食物鏈直接或間接進入人體內(nèi)[17]，因此應(yīng)加強飼料和漁藥等重金屬內(nèi)源性污染源的監(jiān)管力度，實時監(jiān)測小龍蝦養(yǎng)殖排入水中重金屬含量的變化，為小龍蝦的生長和人類的食品安全營造一個良好的環(huán)境。

稻蝦共作模式下小龍蝦養(yǎng)殖水體的pH值為7.6，溶解氧平均含量為8.6 mg/L，均達到了GB 3838—2002《地表水環(huán)境質(zhì)量標準》中的Ⅰ級標準和GB 11607—1989《漁業(yè)水質(zhì)標準》。

稻蝦共作模式下小龍蝦養(yǎng)殖水體中TN、NH+4-N和NO-3-N含量分別為2.21、1.01、0.89 mg/L，TP和COD平均含量分別為0.50、59.0 mg/L，其值均高于GB 3838—2002《地表水環(huán)境質(zhì)量標準》中的Ⅲ級標準，但符合SC/T 9101—2007《淡水池塘養(yǎng)殖水排放要求》Ⅰ級標準。

稻蝦共作模式下小龍蝦田面水深和排水量平均分別為43.8 cm、4 377.3 m3/hm2，其養(yǎng)殖廢水排出的總氮、總磷和COD平均含量分別為9.7、2.2、258.3 kg/hm2。

稻蝦共作模式下小龍蝦養(yǎng)殖水體中Cu、Zn、As、Hg、Cd和Cr含量均符合GB 11607—1989《漁業(yè)水質(zhì)標準》和GB 3838—2002《地表水環(huán)境質(zhì)量標準》中的Ⅲ級標準，其中Cu、Zn、As和Cd的含量達到了GB 3838—2002《地表水環(huán)境質(zhì)量標準》中的Ⅰ級標準。

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收稿日期：2018-09-21

基金項目：國家重點研發(fā)計劃（編號：2018YFD0301305、2017YFD0301400、2016YFD0200807）;湖北省農(nóng)業(yè)科學院重大研發(fā)成果培育項目（編號：2017CGPY01）。

作者簡介：佀國涵（1981—），男，河南濮陽人，博士，副研究員，主要從事植物營養(yǎng)與農(nóng)業(yè)環(huán)境研究。E-mail：siguoh@qq.com。

通信作者：彭成林，碩士，副研究員，研究方向為農(nóng)業(yè)生態(tài)與施肥。E-mail：chlpeng@163.com。