劉金雨，趙志剛，羅 亮，王世會，張 瑞，郭 坤，白慶利，李海濤1，，李明帥，3

(1.上海海洋大學(xué)水產(chǎn)與生命學(xué)院，上海 201306；2.中國水產(chǎn)科學(xué)研究院黑龍江水產(chǎn)研究所，黑龍江省冷水性魚類種質(zhì)資源及增養(yǎng)殖重點(diǎn)開放實(shí)驗(yàn)室，哈爾濱 150070；3.東北農(nóng)業(yè)大學(xué)動物科學(xué)技術(shù)學(xué)院，哈爾濱 150030)

稻漁綜合種養(yǎng)是將水產(chǎn)養(yǎng)殖與水稻種植相結(jié)合，基于生物種間互惠互利，生態(tài)優(yōu)勢互補(bǔ)，可以提高資源利用率的一種生態(tài)循環(huán)農(nóng)業(yè)模式。該模式具有穩(wěn)糧、促漁、提質(zhì)、增效、環(huán)境友好、發(fā)展可持續(xù)的特點(diǎn)。目前，稻漁綜合種養(yǎng)已形成了稻蝦、稻魚、稻蟹、稻鱉、稻鰍五大類典型模式，稻蟹綜合種養(yǎng)作為稻漁綜合種養(yǎng)的重要模式之一，2019年在全國的應(yīng)用面積約為1.37×10hm，主要分布在我國北方地區(qū)。

黑龍江省是我國水稻種植第一大省，發(fā)展稻漁綜合種養(yǎng)產(chǎn)業(yè)潛力巨大。盡管黑龍江省稻田資源豐富，但其地處高寒地區(qū)，水產(chǎn)動物在稻田中的生長周期短，導(dǎo)致適合稻漁綜合種養(yǎng)模式的養(yǎng)殖品種較少。中華絨螯蟹()作為我國重要的水產(chǎn)經(jīng)濟(jì)動物，是現(xiàn)今黑龍江省發(fā)展稻漁綜合種養(yǎng)產(chǎn)業(yè)的主要養(yǎng)殖品種之一。目前,關(guān)于稻蟹綜合種養(yǎng)方面的研究主要集中在通過機(jī)體生長、水質(zhì)理化因子、浮游生物、微生物等參數(shù)來評價稻蟹綜合種養(yǎng)過程中水稻的種植方式、施肥方式和投喂技術(shù)等方面的研究。然而，對于黑龍江等高寒地區(qū)稻蟹綜合種養(yǎng)過程中的相關(guān)技術(shù)參數(shù)尚未見報(bào)道。水質(zhì)和土壤理化因子作為稻蟹共作模式下的重要環(huán)境因子，探明其在稻蟹綜合種養(yǎng)過程中的變化規(guī)律，對于解析該模式在高寒地區(qū)的生態(tài)效益具有重要意義。為此，本研究通過設(shè)置不同扣蟹放養(yǎng)密度，研究寒區(qū)稻蟹綜合種養(yǎng)模式的生產(chǎn)性能及環(huán)境因子變化，旨在為構(gòu)建寒區(qū)稻蟹綜合種養(yǎng)模式提供技術(shù)支撐和理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 實(shí)驗(yàn)材料

實(shí)驗(yàn)于黑龍江省綏化市國家級稻漁綜合種養(yǎng)示范區(qū)進(jìn)行。水稻品種為“綏粳4號”，實(shí)驗(yàn)所用的蟹種來自遼寧盤錦，土壤施用有機(jī)肥作為基肥。

1.2 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

根據(jù)中華絨螯蟹不同放養(yǎng)密度，設(shè)置5個密度處理組，即低密度組(200只/667m)，中密度組(350和500只/667m)和高密度組(650和800只/667m)，水稻單作為對照組，每組設(shè)3次重復(fù)，共18個圍隔，每個圍隔面積為300 m。處理組各圍隔間筑田埂，設(shè)置高出地面50 cm塑料防逃墻，圍隔內(nèi)距防逃墻0.6 m處開挖環(huán)溝，環(huán)溝口寬0.5 m，底寬0.3 m，深0.4 m，溝田比為10%，并在對角設(shè)進(jìn)排水口(圖1)?？坌酚?020年6月25日放入圍隔稻田，初始放養(yǎng)規(guī)格為(21.45±1.45)g。成蟹收獲時間為2020年9月10日，水稻收割時間為2020年9月20日。實(shí)驗(yàn)期間，每天下午16：00投喂中華絨螯蟹商品配合飼料，投喂量為體重的2%～3%。各密度處理組水稻均采用大壟雙行、邊行加密的栽培方式進(jìn)行栽種，實(shí)驗(yàn)期間不使用農(nóng)藥。

圖1 田間工程示意圖

1.3 指標(biāo)測定

1.3.1 水稻的生長參數(shù)

從每個圍隔隨機(jī)選取2 m區(qū)域收割水稻，稻谷通過脫粒機(jī)脫粒晾干后稱重。同時，從每個圍隔中隨機(jī)選擇1 m區(qū)域測量水稻的株高(plant height，PH，cm)、穗長(panicle length，PL，cm)、穗粒數(shù)(grain number per rice ears，GR)和千粒重(1 000-grain weight，TKW)。

1.3.2 中華絨螯蟹的生長參數(shù)

每個圍隔捕獲15只雌蟹和15只雄蟹，擦干表面水分進(jìn)行稱重(精確度=0.01 g)，計(jì)算中華絨螯蟹的增重率(weight gain rate ,WGR)和特定生長率(specific growth rate，SGR)。計(jì)算方法如下：

WGR=(-)/×100%

SGR=(ln-ln)/×100%

式中，為扣蟹初始體重(g)，為成蟹終末體重(g)，為養(yǎng)殖時間(d)。

1.3.3 土壤理化因子

水稻收割后，五點(diǎn)法采集每個圍隔的土壤，混勻后帶回實(shí)驗(yàn)室，風(fēng)干、研磨、過篩后保存在干燥器中用于測定?？偭缀涂偟謩e采用酸溶-鉬銻抗比色法和半微量凱氏法測定，總碳使用N/C分析儀(multi N/C 3100)進(jìn)行測定。

1.3.4 水體理化因子

水體樣品每兩周采集測定一次，采樣時間為上午10:00～11:00。溫度(T)、pH和溶解氧(DO)使用便攜式水質(zhì)分析儀(YSI Professional Plus)進(jìn)行現(xiàn)場測定，采樣水質(zhì)按照《水和廢水監(jiān)測分析方法》進(jìn)行測定?；瘜W(xué)需氧量(COD)采用酸性高錳酸鉀滴定法測定、總磷(TP)含量采用鉬酸銨分光光度法測定、總氮(TN)含量采用堿性過硫酸鉀消解紫外分光光度法測定、總氨氮(TAN)含量采用納氏試劑比色法測定、硝酸態(tài)氮(NO-N)含量采用紫外分光光度法測定、亞硝態(tài)氮(NO-N)含量采用重氮偶合分光光度計(jì)法測定、葉綠素a(Chl.)含量采用分光光度法測定。

非離子氨(NH)的計(jì)算公式為：

(NH-N)=(100/(1 + EXP(-))/100×;

=10.056 0-0.032 5×(0<<40)，

式中，為溫度(℃)，為水體pH，為水體總氮濃度(mg/L)，(NH)為非離子氨的濃度(mg/L)，為溫度系數(shù)。

總無機(jī)氮的計(jì)算公式為：

(TIN)=(TAN)+(NO-N)+(NO-N)，

式中，(TIN)為水體總無機(jī)氮濃度(mg/L)，(NO-N)為水體硝酸態(tài)氮濃度(mg/L)，(NO-N)為水體亞硝酸態(tài)氮濃度(mg/L)。

1.4 統(tǒng)計(jì)分析

實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)均以平均值±標(biāo)準(zhǔn)誤差(Mean±SE)表示，進(jìn)行單因素方差(ANOVA)分析并進(jìn)行Duncan氏多重比較，顯著性水平=0.05。

2 結(jié)果與分析

2.1 中華絨螯蟹生長參數(shù)

不同處理組中華絨螯蟹的生長性能見表1。隨著放養(yǎng)密度的增加，中華絨螯蟹的終末體重(W)、WGR和SGR整體均呈下降趨勢。200只/667m和350只/667m密度組中華絨螯蟹的W、WGR和SGR均顯著高于其他處理組。

表1 不同處理組中華絨螯蟹的生長性能

2.2 水稻生長性能

不同放養(yǎng)密度條件下水稻的生長性能見表2。水稻的PH、PL、GR及TKW在各組之間均未表現(xiàn)出顯著性差異，350只/667m處理組水稻的結(jié)實(shí)率和產(chǎn)量均顯著高于水稻單作組和其他處理組。

表2 不同組水稻的生長性能

2.3 土壤參數(shù)

與水稻單作組相比，各處理組稻田土壤的TP、TN和TC含量均未表現(xiàn)出顯著差異(表3)。隨著中華絨螯蟹放養(yǎng)密度的增加，各處理組土壤的總磷含量均呈逐漸上升趨勢。800只/667m處理組總氮和總磷含量均顯著高于350只/667m和500只/667m處理組，與其它組差異均不顯著。

表3 不同組土壤的總磷、總氮和總碳含量(風(fēng)干重)

2.4 水環(huán)境因子

實(shí)驗(yàn)期間，各組水體T均呈先上升后下降的趨勢，T變化范圍17.0～26.0 ℃(圖2)。各處理組水體pH總體呈先下降后上升的趨勢，波動范圍在6.5～7.5，8月3日各處理組水體的pH顯著高于水稻單作組(圖3)。

圖2 各組稻田水體T變化

圖3 各組稻田水體pH變化

實(shí)驗(yàn)期間各組水體DO含量波動較大，各組均在8月份的高溫季節(jié)處于較低水平，此后DO含量逐漸上升(圖4)。7月5日和8月3日，各處理組水體的DO顯著低于水稻單作組。8月17日，高密度組(650只/667m和800只/667m)水體的DO顯著低于其他組。

圖4 各組稻田水體DO變化

稻田水體NO-N和NO-N含量變化分別見圖5和圖6。養(yǎng)殖前期各組水體的NO-N含量波動較大，波動范圍為0.01～0.08 mg/L，從養(yǎng)殖中期開始，各組NO-N含量整體呈顯著降低趨勢。養(yǎng)殖前期各組稻田水體的NO-N含量均處于較高水平，從6月底開始顯著下降，逐漸穩(wěn)定在0～0.30 mg/L之間。

圖5 各組稻田水體NO2-N變化

圖6 各組稻田水體NO3-N變化

各組稻田水體的TAN、TIN、NH-N及TN含量在實(shí)驗(yàn)期間均呈相同變化趨勢，養(yǎng)殖前期各項(xiàng)參數(shù)顯著高于養(yǎng)殖后期，從6月底開始，各項(xiàng)參數(shù)均維持在較低水平(圖7；圖8；圖9和圖10)。8月17日，高密度組(650只/667m和800只/667m)稻田水體的TAN和TIN含量均顯著高于水稻單作組。8月31日，800只/667m處理組稻田水體的NH-N和TN含量均顯著高于其他各組。

圖7 各組稻田水體TAN變化

圖8 各組稻田水體TIN變化

圖9 各組稻田水體NH3-N變化

圖10 各組稻田水體TN變化

實(shí)驗(yàn)期間稻田水體的TP、COD和Chl.a含量變化分別見圖11、圖12和圖13。各組稻田水體總磷含量在實(shí)驗(yàn)期間均呈先上升后下降的趨勢，且均在8月初上升至最高值，8月中旬之后逐漸穩(wěn)定在0.2～0.4 mg/L。各組稻田水體COD含量在整個實(shí)驗(yàn)過程中變化較大，7月5日、8月3日和8月17日，200只/667m和350只/667m處理組稻田水體COD含量均顯著低于水稻單作組。實(shí)驗(yàn)期間各組水體的Chl.a含量波動變化較大，各組均未呈現(xiàn)明顯的變化規(guī)律。

圖11 各組稻田水體TP變化

圖12 各組稻田水體COD變化

圖13 各組稻田水體Chl.a變化

3 討論

稻蟹綜合種養(yǎng)是將水稻種植和中華絨螯蟹養(yǎng)殖相結(jié)合的復(fù)合農(nóng)業(yè)生產(chǎn)方式，從生態(tài)學(xué)上來講，是在稻田生態(tài)系統(tǒng)中引入中華絨螯蟹種群后形成的以稻、蟹為主導(dǎo)生物的稻-蟹共生生態(tài)系統(tǒng)。水稻與中華絨螯蟹的結(jié)合可充分提升系統(tǒng)中物質(zhì)轉(zhuǎn)化和能量傳遞的效率。在稻蟹綜合種養(yǎng)過程中，根據(jù)實(shí)際情況投喂飼料，利用稻田的淺水環(huán)境，輔以工程技術(shù)設(shè)施，既種植水稻，又養(yǎng)殖中華絨螯蟹，使稻田的水資源、雜草、小型水生動植物、昆蟲以及其他物質(zhì)和能源充分地被中華絨螯蟹利用，通過中華絨螯蟹的活動，達(dá)到為稻田除草、滅蟲、疏土和增肥的目的。

本實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，養(yǎng)殖密度會對中華絨螯蟹的生長產(chǎn)生顯著影響(見表1)，這與鄧夢穎等研究結(jié)果一致。本研究采用遼河水系中華絨螯蟹，在黑龍江高寒地區(qū)，經(jīng)過75 d的稻田養(yǎng)殖，500只/667m密度組的中華絨螯蟹從(21.45±1.45)g生長至(66.91±0.78)g，特定生長率為(1.33±0.01)%/d，而呂東峰等在遼寧地區(qū)經(jīng)過120 d的稻田養(yǎng)殖，同樣放養(yǎng)密度的中華絨螯蟹從(7.07±0.25)g生長至(96.67±7.64)g，特定生長率為(2.18±0.06)%/d，可能主要因生長周期和溫度等氣候條件的不同所致。本研究結(jié)果顯示，稻蟹處理組的水稻產(chǎn)量均高于水稻單作組，這與胡宗云等和安輝等的研究一致。影響水稻產(chǎn)量的因素較多，主要包括遺傳因素和環(huán)境因素等。本研究結(jié)果為放養(yǎng)中華絨螯蟹密度為350只/667m時其水稻產(chǎn)量最高，而鄭巖等認(rèn)為放養(yǎng)密度為696只/667m時水稻產(chǎn)量最高。主要可能因不同區(qū)域的實(shí)驗(yàn)條件和氣候特征差異所致。有相關(guān)研究表明，稻蟹共作有利于改善稻田土壤結(jié)構(gòu)。本研究結(jié)果顯示，中華絨螯蟹放養(yǎng)密度會影響土壤中的總氮和總磷含量，且隨著中華絨螯蟹放養(yǎng)密度的增加，總氮和總磷含量逐漸升高，主要原因可能由于中華絨螯蟹活動對土壤的擾動作用及中華絨螯蟹的排泄作用所致。中華絨螯蟹養(yǎng)殖過程中殘餌、糞便、脫殼等因素均會導(dǎo)致土壤中的氮磷含量增加，且中華絨螯蟹活動對土壤的擾動造成渾水效應(yīng)，降低了水體浮游植物含量，一定程度上減少了植物對氮磷的吸收。土壤總碳含量并未隨著中華絨螯蟹放養(yǎng)密度的增加而顯著上升，可能與土壤微生物對有機(jī)質(zhì)分解導(dǎo)致CO的排放有關(guān)。

與湖泊、池塘等水體相比，稻田水體的深度相對較小，其水質(zhì)環(huán)境更易受到氣候和人為干擾的影響。水溫是水生動物生命活動的重要環(huán)境因子，中華絨螯蟹作為變溫動物，體溫會隨環(huán)境溫度而變化。研究表明，中華絨螯蟹的最適生長溫度為20～26 ℃，低于10 ℃或高于30 ℃時攝食活動減弱，生長受限。在實(shí)驗(yàn)期間，各組稻田水溫均在17.0～26.0 ℃波動，整體處于中華絨螯蟹適宜生長的溫度范圍。即使在7、8月份的高溫季節(jié)，水溫也未超過30 ℃，一方面原因在于黑龍江地區(qū)的高溫期較短，另一方面在于高溫時期水稻葉片遮蓋水面，可有效遮擋太陽光直射，從而避免水體溫度的大幅度升高。pH同樣作為一項(xiàng)重要的水質(zhì)理化因子，其穩(wěn)定性對于養(yǎng)殖和種植的影響較大，過高和過低的pH都會對中華絨螯蟹的生長造成不利影響。中華絨螯蟹適宜的生長pH范圍為7.5～8.5，本實(shí)驗(yàn)各組稻田水體的pH值在6.5～7.5之間，略低于中華絨螯蟹的適宜生長范圍。7月中旬至8月中旬，各組稻田水體的pH值顯著下降，該時期為高溫季節(jié)，在持續(xù)降雨，浮游植物的光合作用減弱，種養(yǎng)系統(tǒng)中中華絨螯蟹等生物的呼吸作用導(dǎo)致了pH下降。

溶解氧作為影響水生動物生命活動的關(guān)鍵因子，在養(yǎng)殖過程中其重要性不言而喻。稻蟹綜合種養(yǎng)系統(tǒng)中水體的溶解氧來源主要通過日間水生植物的光合作用以及空氣中氧氣的溶解，而對溶解氧的消耗主要來自中華絨螯蟹、水稻根系、水生植物及微生物的呼吸作用。養(yǎng)殖前期，各處理組水體的溶解氧含量均顯著低于水稻單作組，可能與中華絨螯蟹的呼吸作用及微生物對殘餌糞便的分解耗氧有關(guān)。在養(yǎng)殖過程中，高密度組(650只/667m和800只/667m)水體溶解氧含量在多個時間點(diǎn)均顯著低于其他處理組，表明中華絨螯蟹高放養(yǎng)密度會顯著降低稻田水體溶解氧含量。漁業(yè)水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定，水產(chǎn)動物在養(yǎng)殖過程中溶解氧含量在任何時候不得低于3 mg/L，而在本實(shí)驗(yàn)稻田養(yǎng)殖過程中，在7、8月份高溫多雨季節(jié)，溶解氧含量有時會有低于3 mg/L的情況出現(xiàn)。因此，在寒區(qū)稻蟹綜合種養(yǎng)過程中，高溫季節(jié)可能會有中華絨螯蟹缺氧的現(xiàn)象存在，可通過及時換水等方式進(jìn)行緩解。中華絨螯蟹在生長過程中除了依賴水體溶氧外，還可從空氣中獲取氧氣，該行為可在一定程度上緩解因水體缺氧導(dǎo)致的生理機(jī)能受阻。

水體中的總無機(jī)氮包括氨氮、硝酸態(tài)氮和亞硝酸態(tài)氮，三者之間存在轉(zhuǎn)化關(guān)系，其相互轉(zhuǎn)化過程與水體溶解氧含量密切相關(guān)。氨氮可通過硝化作用轉(zhuǎn)化為硝酸態(tài)氮和亞硝酸態(tài)氮，硝酸態(tài)氮也可經(jīng)反硝化作用轉(zhuǎn)化為亞硝酸態(tài)氮和氨氮。本研究中，在種養(yǎng)殖初期(7月前)，各處理組稻田水體的總無機(jī)氮、氨氮和硝酸態(tài)氮含量均顯著高于其余時間點(diǎn)(見圖6，圖7，圖8)，最高時氨氮含量可達(dá)6 mg/L以上，可能是因?yàn)榍捌谕寥朗┯没仕?，隨后各項(xiàng)指標(biāo)因水稻和水生植物的吸收而逐漸降低。整個實(shí)驗(yàn)過程，各組之間的總無機(jī)氮、氨氮、硝酸態(tài)氮和亞硝酸態(tài)氮含量均未表現(xiàn)出顯著差異，表明在北方寒區(qū)的溫度條件下，各處理組因投喂餌料導(dǎo)致殘餌、糞便等氮營養(yǎng)物質(zhì)向水體溶解釋放的量是有限的，并未因投餌量的增加而顯著上升。葉綠素a含量可在一定程度上表征水體中浮游植物的生長和繁殖，本實(shí)驗(yàn)中，350只/667m密度組稻田水體葉綠素a含量顯著高于水稻單作，表明稻田中放養(yǎng)適當(dāng)密度的中華絨螯蟹，其殘餌糞便和活動行為可顯著促進(jìn)水體浮游植物的生長。水體中氨氮(非離子氨)和亞硝酸態(tài)氮含量過高會對養(yǎng)殖動物產(chǎn)生危害，實(shí)驗(yàn)期間，相比各處理組養(yǎng)殖初期水體的氨氮(非離子氨)含量和亞硝酸態(tài)氮含量，其余時間均處于相對較低水平，但在特定時間內(nèi)，水體的非離子氨含量仍高于漁業(yè)水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。在整個養(yǎng)殖過程中可通過適量換水的方式緩解氨氮和亞硝酸態(tài)氮對中華絨螯蟹造成的危害。研究表明，水體溫度越高，氨氮的毒害作用越強(qiáng)，因此，在高溫季節(jié)可通過適當(dāng)增加換水或添加微生態(tài)制劑的方式對稻田水質(zhì)進(jìn)行調(diào)控，降低水體有害氮含量。

氮、磷作為基礎(chǔ)物質(zhì)，在生物代謝過程中發(fā)揮著重要作用。化學(xué)需氧量可以指示水樣中有機(jī)物的含量，稻田水體中總氮、總磷及化學(xué)需氧量來源主要包括溶解性物質(zhì)以及浮游生物、殘餌、糞便、水稻和水生植物脫落的有機(jī)碎屑等。整個實(shí)驗(yàn)期間，稻田水體的總氮、總磷及化學(xué)需氧量在各組之間差異并不顯著，表明稻田中放養(yǎng)一定量的中華絨螯蟹在整個種養(yǎng)過程中不會影響水體主要營養(yǎng)物質(zhì)的變化。稻田水中總氮、總磷及化學(xué)需氧量在不同組之間的個別時間點(diǎn)存在顯著性差異，可能與中華絨螯蟹活動及殘餌糞便分解導(dǎo)致的差異有關(guān)。

4 結(jié)論

本研究結(jié)果表明，扣蟹放養(yǎng)密度為350只/667m時，中華絨螯蟹和水稻的生長性能最佳、稻田的水質(zhì)環(huán)境較好。本研究認(rèn)為寒區(qū)稻蟹綜合種養(yǎng)中扣蟹的最佳放養(yǎng)密度為350只/667m。