鄭雄偉，吳艷萍，洪 波，張?jiān)啵瑢O為國，羅軍強(qiáng)，白 洋， 王俊鋒，吳 穎，胡 青，趙 辭，鄭國權(quán)

(1.湖北省地質(zhì)局 地球物理勘探大隊(duì),湖北 武漢 430056； 2.洪湖市規(guī)劃編制研究中心,湖北 洪湖 433200；3.洪湖市自然資源和規(guī)劃局,湖北 洪湖 433200)

“稻蝦共作”是目前中國發(fā)展較為快速的一種農(nóng)業(yè)模式,它的核心是利用水稻田空閑季節(jié)將低洼稻田改變成臨時(shí)性淺水塘養(yǎng)殖小龍蝦[1]。在水稻生長季節(jié),人工建設(shè)的蝦稻共作生態(tài)系統(tǒng)使水稻、小龍蝦共同生活,時(shí)間和各自生長期配合得當(dāng),二者之間相輔相成,有效發(fā)揮小龍蝦在該系統(tǒng)中的積極作用,促進(jìn)物質(zhì)能量向有利方向流動(dòng)(圖1)。稻田中小龍蝦能夠食用大量雜草,黑藻、浮萍等都是小龍蝦天然的餌料。每年雜草奪取稻谷產(chǎn)量的7%～30%,由于小龍蝦食用雜草,減少了雜草與水稻對肥料的爭奪,間接促進(jìn)了水稻產(chǎn)量的提高。在水稻空閑季節(jié),小龍蝦攝食顆粒飼料及餌料,排糞積累在水田中,糞便中含有的氮磷鉀增加了水稻肥源[2-3]。

圖1 “稻蝦共作”生態(tài)系統(tǒng)中物質(zhì)能量轉(zhuǎn)換示意圖Fig.1 Schematic diagram of matter-energy conversion in shrimp-rice co-cropping ecosystem

“稻蝦共作”生態(tài)系統(tǒng)中,小龍蝦兼有滅蟲、保肥、造肥的作用,不僅攝食雜草,還能清除稻腳葉,改善水稻植株間的通風(fēng)透氣性能,促進(jìn)水稻植株生長,與人工除草相比具有經(jīng)常性、徹底性。小龍蝦的活動(dòng)引起了環(huán)境的變化,促進(jìn)了水稻的生長,二者相互利用,相得益彰。

洪湖市的“稻蝦共作”模式正在處于起步階段,呈現(xiàn)“蝦稻田不集中,局部規(guī)?；钡奶攸c(diǎn)?！暗疚r共作”模式提高了農(nóng)民種養(yǎng)的積極性,促進(jìn)了糧食增產(chǎn)、農(nóng)民增收,在農(nóng)業(yè)供給的結(jié)構(gòu)性改革中,經(jīng)濟(jì)效益顯著,同時(shí)生物農(nóng)藥的使用,有利于種養(yǎng)品種生態(tài)安全和食品安全,生態(tài)效益明顯提高[4-9]。通過評價(jià)區(qū)“稻田單種”和“稻蝦共作”兩種生產(chǎn)模式調(diào)查對比,發(fā)現(xiàn)“稻蝦共作”模式畝均利潤是水稻單作的3倍,且抗風(fēng)險(xiǎn)能力強(qiáng),若水稻因高溫、病害、水災(zāi)等遭受損失,可以從龍蝦中收回成本,若龍蝦養(yǎng)殖過程中遭受了損失,還可以依靠糧食收回部分成本,與水稻單作、池塘養(yǎng)龍蝦相比較,其抗風(fēng)險(xiǎn)能力大大增強(qiáng),未來發(fā)展“稻蝦共作”、種養(yǎng)雙贏模式的空間很大,前景廣闊。

本次研究選取洪湖區(qū)內(nèi)典型的“蝦稻共作”田作為研究對象,通過生態(tài)環(huán)境地質(zhì)調(diào)查及樣品采集分析,對“蝦稻共作”田土壤、小龍蝦安全質(zhì)量、水稻安全質(zhì)量進(jìn)行綜合評價(jià),為推進(jìn)當(dāng)?shù)剞r(nóng)(漁)業(yè)供給側(cè)結(jié)構(gòu)性的改革、促進(jìn)農(nóng)(漁)民增收提供技術(shù)支持。

1 材料與方法

1.1 樣品采集

本次研究在經(jīng)過前期資料搜集,市場調(diào)查、生態(tài)調(diào)查后,選取洪湖全域稻田養(yǎng)殖基地及常規(guī)種植區(qū)域(空白對照區(qū))進(jìn)行監(jiān)測,并取樣驗(yàn)證,養(yǎng)殖產(chǎn)品捕撈時(shí)間為2019年的 4—7月,水稻收割時(shí)間為2019年的10月15—30日。在每個(gè)區(qū)域的稻田養(yǎng)殖區(qū)采集土壤、灌溉水、水稻籽實(shí)及小龍蝦樣品,常規(guī)種植區(qū)采集土壤及農(nóng)產(chǎn)品樣品。按照X形走向采集5個(gè)點(diǎn)根系土土壤(0～20 cm),混合為1個(gè)樣本；與土壤一一對應(yīng)采集稻谷樣品 5個(gè)點(diǎn),混合為1個(gè)樣本；小龍蝦采集30尾混合為1個(gè)樣本；灌溉水樣采集3個(gè)點(diǎn)的樣本,混合為1個(gè)樣本,樣品采集情況見表1。

表1 樣品采集統(tǒng)計(jì)表(單位：件)Table 1 Statistical table of sample collection

1.2 樣品分析及方法

1.2.1測試項(xiàng)目

(1) 水稻及小龍蝦分析指標(biāo)：Se、Sr、Ge、I、S、Li、F、Cu、Zn、Ni、Cr、As、Cd、Pb、Hg共15項(xiàng)。

(2) 水稻根系土分析指標(biāo)：Se、Sr、Ge、I、S、Li、F、Cu、Zn、Ni、Cr、As、Cd、Pb、Hg、N、P、K、Fe、Na、Mn、Ca、Mg、Si、Al、pH、Org.C共27項(xiàng)。

(3) 養(yǎng)殖水樣品分析測試指標(biāo)：pH、總磷、總氮、總砷、總汞、鎘、六價(jià)鉻、鉛、銅、鋅、硒、硼、鐵、錳、釩、氟化物、硫化物、硫酸鹽、氯化物、硝酸鹽、高錳酸鹽指數(shù)、總硬度、溶解性總固體共23項(xiàng)。

1.2.2測試方法

(1) 生物樣品：依據(jù)自然資源部《生態(tài)地球化學(xué)評價(jià)動(dòng)植物樣品分析方法》(DZ/T 0253.1—4—2014),不同分析項(xiàng)目采用不同的分析方法,具體見表2。

表2 生物樣品分析方法Table 2 Methods for analysis of biological samples

(2) 養(yǎng)殖水樣品：根據(jù)《多目標(biāo)區(qū)域地球化學(xué)調(diào)查規(guī)范(1∶250 000)》(DZ/T 0258—2014)、《土地質(zhì)量地球化學(xué)評價(jià)規(guī)范》(DZ/T 0295—2016)、《地質(zhì)礦產(chǎn)實(shí)驗(yàn)室測試管理規(guī)范》(DZ/T 0130—2006)等相關(guān)規(guī)范測定,水樣分析方法全部采用水質(zhì)分析系列國家標(biāo)準(zhǔn)分析方法進(jìn)行,具體見表3。

表3 水質(zhì)樣品分析方法Table 3 Methods for analysis of water samples

(3) 根系土樣品：選擇以X射線熒光光譜法、等離子體原子發(fā)射光譜法和電感耦合等離子體質(zhì)譜法為主體的測試方案,輔以其它分析方法,各元素所采用的分析方法見表4。

表4 土壤樣品分析方法Table 4 Methods for analysis of soil samples

各元素檢出限、準(zhǔn)確度、精密度均符合有關(guān)規(guī)范的要求。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同種養(yǎng)模式下土壤含量變化特征

2.1.1養(yǎng)分元素對比

在“稻蝦共作”田采集了30件根系土樣品,同時(shí)采集其周邊單作水稻田做對比,各元素變化分析見表5。

表5 “蝦稻共作”田與周邊單作稻田土壤營養(yǎng)元素變化分析表Table 5 Variation of soil nutrient elements in shrimp-rice co-cropping field and peripheral monoculture rice field

隨著地方標(biāo)準(zhǔn)《蝦稻輪作克氏原螯蝦稻田養(yǎng)殖技術(shù)規(guī)程》(DB42/T 496—2008)的標(biāo)準(zhǔn)化推廣,評價(jià)區(qū)在近幾年開始對單作稻田改造為“稻蝦共作”田。隨著“稻蝦共作”年限時(shí)間的增加,土壤中營養(yǎng)元素略微富集,有機(jī)質(zhì)含量增幅較明顯,見圖2。

圖2 “稻蝦共作”田與周邊單作稻田土壤營養(yǎng)元素變化分析圖Fig.2 Analysis map of soil nutrient element change in shrimp-rice co-cropping field and peripheral monoculture rice field

“稻蝦共作”田模式較單作模式相比,在土層0～10 cm、10～20 cm,氮元素提高了29.9%、23%；磷元素提高了9%、7.5%；鉀元素提高了5.2%、5.1%；有機(jī)質(zhì)提高了33%、22.5%。出現(xiàn)增長的原因是小龍蝦未食用的殘餌及小龍蝦生長過程中所產(chǎn)生的蝦殼、排泄物補(bǔ)充增加了土壤中養(yǎng)分的投入[10]。

洪湖地區(qū)“蝦稻共作”田可能因?yàn)閷υ袉巫魈锔脑鞎r(shí)間不長,小龍蝦未食用的殘餌及其蝦殼、排泄物在土壤中的積累較少,造成評價(jià)區(qū)內(nèi)“稻蝦共作”田營養(yǎng)元素積累量過少。同時(shí),由于小龍蝦對環(huán)境的敏感性,造成當(dāng)?shù)剞r(nóng)民施肥謹(jǐn)慎,多用微生物肥料、農(nóng)家有機(jī)肥,只為保證小龍蝦正常生長安全,“重蝦輕稻”現(xiàn)象普遍,造成土壤施肥量減少。在此也可以看出,評價(jià)區(qū)內(nèi)散戶的“稻蝦共作”技術(shù)力量較為薄弱,迫切需要技術(shù)支撐。

2.1.2重金屬元素對比

“稻蝦共作”模式土壤中8種重金屬含量與常規(guī)種植區(qū)相比,無明顯差異,且8種重金屬含量均未超過《農(nóng)產(chǎn)品安全質(zhì)量——無公害水產(chǎn)品產(chǎn)地環(huán)境要求》(GB/T 18407.4—2001)規(guī)定的限值。

2.2 不同種養(yǎng)模式下農(nóng)產(chǎn)品的含量變化特征

由于“稻蝦共作”田改變了稻田原有的生態(tài)環(huán)境,使得原有的生態(tài)系統(tǒng)物質(zhì)能量流動(dòng)方向發(fā)生了改變,農(nóng)產(chǎn)品(水稻、小龍蝦)的質(zhì)量需作進(jìn)一步研究。

2.2.1蝦仁對比

小龍蝦是一種主動(dòng)攝取食物的物種,根據(jù)食物鏈可知,在該農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)中,小龍蝦處于食物鏈的最頂端,本次對比分析選取蝦仁作取樣調(diào)查,各元素對比結(jié)果見表6。

表6 不同類型水稻田蝦仁元素含量對比表Table 6 Comparative table of element contents of shrimps in different types of paddy fields

“稻蝦共作”田產(chǎn)出的龍蝦與普通蝦塘中的蝦仁中,硒元素及重金屬元素差距不大,含量均遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于《食品安全國家標(biāo)準(zhǔn)食品中污染物限量》(GB 2762—2017)中限量值,且均未超過《農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全 無公害水產(chǎn)品安全要求》(GB 18406.4—2001)規(guī)定的限值,均達(dá)到無公害水產(chǎn)品質(zhì)量安全要求,可見小龍蝦是健康可食用的,見圖3。

圖3 不同類型水稻田蝦仁元素含量對比圖Fig.3 Comparison of element contents of shrimps in different types of paddy fields

圖4為小龍蝦中重金屬單因子污染指數(shù)Pi比較,單因子污染指數(shù)表達(dá)式為Pi=Ci/Si,其中Pi為重金屬單項(xiàng)污染指數(shù),Ci為該重金屬的實(shí)測平均值,Si為各項(xiàng)評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)值。由圖2可知,洪湖地區(qū)小龍蝦中重金屬Pb、Cr、Cd、As、Hg單因子污染指數(shù)Pi均<0.2,該地區(qū)小龍蝦未受Pb、Cr、Cd、As、Hg的污染。

圖4 不同類型水稻田蝦仁中重金屬單因子污染指數(shù)Pi比較Fig.4 Comparison of single factor pollution index (Pi) of heavy metals in shrimps from different types of paddy fields

由此可見,“稻蝦共作”生態(tài)系統(tǒng)雖然改變了原有生態(tài)系統(tǒng)物質(zhì)能量流動(dòng)的方向,不影響小龍蝦中硒元素及其重金屬元素的含量。

2.2.2水稻籽實(shí)對比

本次研究對洪湖地內(nèi)“稻蝦共作”田、單種水稻田進(jìn)行了水稻籽實(shí)樣品采集,根據(jù)《食品安全國家標(biāo)準(zhǔn)食品中污染物限量》(GB 2762—2017)中對鉛、鎘、汞、砷、鎳、鉻做了限量標(biāo)準(zhǔn),考慮評價(jià)區(qū)內(nèi)對硒作為重點(diǎn)分析對象,本次對比添加硒元素,對比分析表見表7?！暗疚r共作”田與普通水稻田的籽實(shí)中,無論是硒元素,硒元素及重金屬元素差距不大；含量均遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于稻米限值標(biāo)準(zhǔn)值,污染風(fēng)險(xiǎn)較小,見圖5。

表7 不同類型水稻田籽實(shí)元素含量對比表Table 7 Comparative table of seed element contents in different types of paddy fields

圖5 不同類型水稻田籽實(shí)元素含量對比圖Fig.5 Comparison of seed element contents in different types of paddy fields

2.3 不同種養(yǎng)模式下養(yǎng)殖水中含量變化特征

2.3.1養(yǎng)分含量分析

“稻蝦共作”模式養(yǎng)殖水中全氮、全磷含量均高于常規(guī)種植模式。在實(shí)際生產(chǎn)中,農(nóng)民往往比較重視蝦的產(chǎn)量,投放較多的飼料,稻蝦共作有利于提高水體養(yǎng)分含量,但同時(shí)也增加了水體富營養(yǎng)化的風(fēng)險(xiǎn)。

表8 不同類型養(yǎng)殖水元素含量對比表(單位：mg/L)Table 8 Comparison of element contents in different types of aquaculture water

2.3.2重金屬含量分析

本次試驗(yàn)養(yǎng)殖水中8種重金屬含量均未超過《無公害農(nóng)產(chǎn)品 淡水養(yǎng)殖產(chǎn)地環(huán)境條件》(NY 5361—2016)規(guī)定的限值,但都有檢出,說明養(yǎng)殖水中存在潛在的危險(xiǎn)性。養(yǎng)殖人員要在這一方面加強(qiáng)管理力度,定期跟蹤監(jiān)控并且不定期對水體進(jìn)行抽檢,運(yùn)用當(dāng)前的先進(jìn)技術(shù)消除污染出現(xiàn)的原因,有效避免重金屬污染水體、破壞環(huán)境。

3 結(jié)論

(1) 稻蝦養(yǎng)殖基地與常規(guī)種植區(qū)相比,隨著“稻蝦共作”年限時(shí)間的增加,土壤中營養(yǎng)元素略微富集,有機(jī)質(zhì)含量增幅較明顯。

(2) 稻蝦養(yǎng)殖區(qū)與常規(guī)種植區(qū)的稻米中,8種重金屬含量無顯著差異,均未超過食品安全國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的限量值,污染風(fēng)險(xiǎn)較??；小龍蝦重金屬含量均遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于《食品安全國家標(biāo)準(zhǔn)食品中污染物限量》(GB 2762—2017)中限量值,且均未超過《農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全 無公害水產(chǎn)品安全要求》(GB 18406.4—2001)規(guī)定的限值,重金屬單因子污染指數(shù)Pi<0.2。

(3) 養(yǎng)殖水中8種重金屬含量均未超過《無公害農(nóng)產(chǎn)品 淡水養(yǎng)殖產(chǎn)地環(huán)境條件》(NY 5361—2016)規(guī)定的限值。

通過研究可知,相比于常規(guī)的種植模式,“稻蝦共作”這一種全新的生態(tài)養(yǎng)殖模式,既能夠保證水稻和小龍蝦的品質(zhì)安全,又能夠?qū)崿F(xiàn)現(xiàn)有資源的充分利用,它一定程度上降低了養(yǎng)殖成本,大幅增加了農(nóng)民收入,具有明顯的經(jīng)濟(jì)和社會效益,它是目前值得推廣的一種健康的農(nóng)業(yè)生態(tài)養(yǎng)殖模式。

致謝：對在工區(qū)工作的同仁們表示由衷的敬意,感謝嚴(yán)向軍教授級高級工程師對文章的審閱。樣品分析由湖北省地質(zhì)實(shí)驗(yàn)測試中心的曾慧美高級工程師、張響蓉工程師等協(xié)助完成,在此一并表示感謝！