摘要： 【目的】比較不同放養(yǎng)密度稻蝦綜合種養(yǎng)模式與傳統(tǒng)水稻單作模式的水體環(huán)境質(zhì)量及經(jīng)濟(jì)效益，探索洞庭湖區(qū)稻蝦種養(yǎng)的科學(xué)模式?！痉椒ā坎捎眯^(qū)試驗(yàn)的方法，共設(shè)置3 個處理：放養(yǎng)密度為300 kg·hm?2 的低密度稻蝦處理、放養(yǎng)密度為375 kg·hm?2 的高密度稻蝦處理和水稻單作處理。分別在水稻不同生長時期進(jìn)行水樣采集和理化性質(zhì)分析，采用綜合水質(zhì)指數(shù)評價法對3 種模式進(jìn)行水體質(zhì)量評價，同時比較不同模式的經(jīng)濟(jì)效益?！窘Y(jié)果】溶解性總固體含量、pH、NH4+?N 含量、化學(xué)需氧量和溶解氧含量這5 項(xiàng)水體理化指標(biāo)是田間水質(zhì)變化的主要影響因素。在成熟期，相較于低密度稻蝦處理蝦溝水體，高密度稻蝦處理蝦溝水體總N 含量顯著提升10.5%（Plt;0.05），總P 含量上升3.6%，化學(xué)需氧量顯著提升26.2%（Plt;0.05）。在水稻成熟期，低密度稻蝦處理水體質(zhì)量指數(shù)達(dá)到0.72，顯著高于高密度稻蝦處理（Plt;0.05）。成本和收益計(jì)算結(jié)果顯示，稻蝦綜合種養(yǎng)模式的經(jīng)濟(jì)效益較水稻單作模式提升6～9 倍，且低密度稻蝦處理的經(jīng)濟(jì)效益是高密度稻蝦處理的1.47 倍。【結(jié)論】在稻蝦綜合種養(yǎng)模式中選擇合適的蝦養(yǎng)殖密度，可有效降低農(nóng)業(yè)面源污染、提高稻田經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)境效益，具有較好的推廣潛力。以上研究結(jié)果為洞庭湖區(qū)農(nóng)業(yè)面源污染防治措施制定提供了數(shù)據(jù)支撐。

關(guān)鍵詞： 稻蝦綜合種養(yǎng)；放養(yǎng)密度；產(chǎn)量；水質(zhì)；經(jīng)濟(jì)效益

中圖分類號： S511.32；S966.12；X824 文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A 文章編號： 1001-411X（2024）06-0918-11

水質(zhì)和糧食安全是全球農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的中心問題[1]。中國是世界上最大的稻米生產(chǎn)國，產(chǎn)量約占全球稻米產(chǎn)量的28%[2]。作為一種耗水型作物，水稻種植用水量在許多地區(qū)占農(nóng)業(yè)用水總量的80% 左右，因此在確保糧食安全的前提下有效防控稻田面源污染至關(guān)重要。隨著當(dāng)前集約化農(nóng)業(yè)生產(chǎn)模式的廣泛應(yīng)用，施用大量農(nóng)藥、化肥的同時疊加不合理的灌溉和排水方式，一方面造成嚴(yán)重的農(nóng)業(yè)面源污染、降低水稻產(chǎn)量；另外，大量污染物通過地表徑流、農(nóng)田排水、地下滲漏等方式擴(kuò)散到其他水生生態(tài)系統(tǒng)，導(dǎo)致周邊湖泊、河流等水生生態(tài)系統(tǒng)的水質(zhì)下降，并引發(fā)水體富營養(yǎng)化、藍(lán)藻暴發(fā)等生態(tài)環(huán)境問題[ 3 - 4 ]，引起社會的高度關(guān)注。因此，積極探索環(huán)保型水稻種植模式、改善農(nóng)業(yè)面源污染環(huán)境已成為當(dāng)前農(nóng)業(yè)發(fā)展的一個重要方向。

稻漁綜合種養(yǎng)系統(tǒng)是以水稻種植為基礎(chǔ)，在稻田養(yǎng)殖魚、蝦、鴨等水生動物或禽類，在不施用或者少量施用化肥、農(nóng)藥的同時，生產(chǎn)出高質(zhì)量水稻和優(yōu)質(zhì)動物蛋白，是一種有機(jī)、可持續(xù)的現(xiàn)代農(nóng)業(yè)生產(chǎn)模式[5]。稻蝦種養(yǎng)模式是水稻種植與小龍蝦養(yǎng)殖的有機(jī)結(jié)合，當(dāng)前已在我國眾多湖區(qū)得到大面積推廣，是稻漁綜合種養(yǎng)系統(tǒng)的典型模式。一方面稻田中的雜草、害蟲等可為小龍蝦提供天然餌料，小龍蝦的糞便也可以成為水稻的肥料；同時，養(yǎng)殖小龍蝦還可通過有效減少稻田中害蟲數(shù)量、增加土壤有效含氧量及促進(jìn)田間水體元素循環(huán)等途徑減少稻田農(nóng)藥和化肥的使用[6-8]。

近年來，為了提高稻蝦綜合種養(yǎng)模式中小龍蝦的效益，農(nóng)民過量投放餌料和病害防治藥物，過多的投入品以及由此產(chǎn)生的固液態(tài)廢棄物在養(yǎng)殖季結(jié)束時隨尾水集中排放，大大加劇周邊水體富營養(yǎng)化的風(fēng)險。環(huán)洞庭湖區(qū)是湖南稻蝦綜合種養(yǎng)的重要區(qū)域，主要分布在益陽市、常德市、岳陽市、長沙市望城區(qū)，種養(yǎng)面積已突破5.3 萬hm2[9]。稻蝦養(yǎng)殖尾水大多不經(jīng)任何處理直接排至洞庭湖，嚴(yán)重威脅湖泊水質(zhì)及生態(tài)環(huán)境；因此，改善稻蝦養(yǎng)殖技術(shù)、減少養(yǎng)殖尾水中營養(yǎng)物質(zhì)的排放對于保障湖區(qū)生態(tài)環(huán)境、推動湖區(qū)稻蝦產(chǎn)業(yè)發(fā)展及面源污染防治均具有重要的理論和現(xiàn)實(shí)意義。

為了得出洞庭湖區(qū)稻蝦綜合種養(yǎng)的科學(xué)模式，本研究設(shè)置了3 種模式：水稻單作模式、水稻?低密度蝦模式和水稻?高密度蝦模式，結(jié)合綜合水質(zhì)指數(shù)評價法對3 種模式的水質(zhì)進(jìn)行綜合評價，以確定不同模式對水環(huán)境的影響；此外，還對不同模式的經(jīng)濟(jì)效益進(jìn)行了比較。本研究旨在遴選科學(xué)的種養(yǎng)模式，為湖區(qū)農(nóng)業(yè)面源污染的治理及農(nóng)業(yè)發(fā)展提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)區(qū)概況

試驗(yàn)地位于湖南省長沙市望城區(qū)（28°44′N，112°87′E），屬于亞熱帶季風(fēng)氣候，溫和濕潤，年平均氣溫17 ℃，年降水量約1 370 mm，年日照時數(shù)1 610 h，無霜期約274 d。試驗(yàn)地土壤為沙壤，耕層約20 cm，基本肥力性質(zhì)見表1。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

本研究采用小區(qū)試驗(yàn)的方法，將本底值相近的田塊設(shè)計(jì)成為均勻的9 個試驗(yàn)小區(qū)，每個試驗(yàn)小區(qū)面積為667 m2，并設(shè)有田埂，用地膜包裹，試驗(yàn)小區(qū)四周開挖蝦溝，上寬0.5 m，下寬0.3 m，深0.6 m。設(shè)置2 種稻蝦綜合種養(yǎng)模式（低密度稻蝦、高密度稻蝦） 和水稻單作模式，每種模式設(shè)置3 次重復(fù)，9 個試驗(yàn)小區(qū)完全隨機(jī)區(qū)組排列。供試水稻為中熟品種‘農(nóng)香4 2’。供試蝦為紅螯螯蝦C h e r a xquadricarinatus，蝦苗規(guī)格為120 尾·kg?1，其中低密度稻蝦處理投放2 0 k g （ 2 4 0 0 尾，投放密度為300 kg·hm?2），高密度稻蝦處理投放25 kg（3 000 尾，投放密度為375 kg·hm?2）。試驗(yàn)紅螯螯蝦放養(yǎng)密度由本研究前期對環(huán)洞庭湖地區(qū)（以常德市、益陽市、岳陽市為主要調(diào)研對象） 稻蝦綜合種養(yǎng)實(shí)際生產(chǎn)的調(diào)研結(jié)果確定，調(diào)研結(jié)果顯示環(huán)洞庭湖區(qū)稻蝦綜合種養(yǎng)的蝦苗放養(yǎng)密度以300、375 kg·hm?2 最具代表性，因此選取300、375 kg·hm?2 作為本研究目標(biāo)放養(yǎng)密度。

1.3 田間管理

1.3.1 水稻管理

2022 年5 月中旬進(jìn)行整地、育秧；6 月上旬進(jìn)行水稻機(jī)插秧，栽插的原則是寬行窄株、溝邊密植，10 月中下旬收割。本研究所有處理均于水稻種植前施用基肥，基肥選用三元復(fù)合肥（N、P、K 質(zhì)量比為15∶15∶15）；水稻單作模式施用基肥40 kg，2 種稻蝦綜合種養(yǎng)模式均減少20%（w） 的肥料投入，即施用基肥32 kg。

1.3.2 紅螯螯蝦管理

2022 年7 月初投放紅螯螯蝦蝦苗，10 月中旬收獲成蝦。每日分別在06：00、17：00 投喂，初始投喂量為蝦苗總質(zhì)量的3%（w），后期根據(jù)紅螯螯蝦長勢及餌料臺吃食情況調(diào)整投喂量。

1.3.3 水位管理

水稻單作：水稻移栽后至分蘗盛期前，田間保持淹水3～4 cm；水稻分蘗盛期采用淺水曬田，水層1～2 cm；水稻分蘗后期至灌漿期前，田面保持15～20 cm 水位；水稻灌漿期，田間排水，開始曬田。

稻蝦綜合種養(yǎng)模式：水稻移栽后至分蘗盛期前，田間保持淹水3～4 cm；水稻分蘗盛期采用淺水曬田，水層1～2 cm；水稻分蘗后期至成熟期前，田面保持15～30 cm 水位；水稻成熟期至水稻收割，逐漸降低水位至田面以下。整個稻蝦共作期間，僅在水稻成熟期對田間進(jìn)行排水，蝦溝一直保持淹水狀態(tài)。

1.4 水體樣品采集與測定

2022 年6—10 月，分別在水稻的分蘗期、拔節(jié)期、孕穗期、揚(yáng)花期、灌漿期和成熟期，從低密度、高密度稻蝦處理的田面和蝦溝以及水稻單作處理的田面采集水樣，帶回實(shí)驗(yàn)室保存于4 ℃ 冰箱，等待后續(xù)檢測。樣品名稱及編號分別為：低密度稻蝦模式田面水體樣品（RCL）、低密度稻蝦模式蝦溝水體樣品（RCL-G）、高密度稻蝦模式田面水體樣品（RCH）、高密度稻蝦模式蝦溝水體樣品（RCH-G）、水稻單作模式田面水體樣品（RM）。由于水稻單作模式在灌漿期即開始曬田，因此在灌漿期水稻單作模式無水體樣品；成熟期3 個處理均需要曬田，僅采集低、高密度稻蝦處理蝦溝水體樣品。使用便攜式水質(zhì)分析儀（YSI Pro Quatro） 現(xiàn)場測定水體溶解氧含量、溫度、溶解性總固體含量、電導(dǎo)率和pH；采用堿性過硫酸鉀消解?紫外分光光度法測定水體總N 含量；采用納氏試劑分光光度法測定水體銨態(tài)N（NH4+?N） 含量；采用紫外分光光度法測定水體硝態(tài)N（NO3??N） 含量；采用鉬酸銨分光光度法測定水體總P 含量；采用高錳酸鉀法測定水體的化學(xué)需氧量。

1.5 數(shù)據(jù)分析

1.5.1 水體質(zhì)量評價

綜合水質(zhì)指數(shù)評價法將各種參數(shù)指標(biāo)整合成一個可以反映整體水質(zhì)情況的常數(shù)，減少單獨(dú)使用一些指標(biāo)產(chǎn)生的差異，從而綜合評價水生生態(tài)系統(tǒng)水環(huán)境的整體質(zhì)量[10-11]。在這一方法中，所有候選的指標(biāo)都可能是水體質(zhì)量的最終評價因素，由于部分指標(biāo)的獲取有一定難度，因此可以選擇具有代表性的指標(biāo)建立一個最小數(shù)據(jù)集（Minimal data set，MDS），旨在從所有候選參數(shù)中篩選出最具代表性的子集，以盡可能全面地代表所有候選參數(shù)。然后，對選擇出來的合適指標(biāo)進(jìn)行加權(quán)與評分，最終將分?jǐn)?shù)合并為水質(zhì)指數(shù)（Waterquality index，WQI）。

本研究選取9 個水體理化指標(biāo)進(jìn)行WQI 評價，選擇評價因子建立MDS。為了克服指標(biāo)間的信息重疊，采用主成分分析（Principal componentanalysis） 進(jìn)行分組，將特征值≥1、主成分載荷值絕對值≥0.5 的水體指標(biāo)分為一組。計(jì)算分組指標(biāo)的范數(shù)值，選擇各組中范數(shù)值在前10% 的指標(biāo)。選擇后，分析各組指標(biāo)間的相關(guān)性，如果具有相關(guān)性（r≥0.3），確定得分最高的指標(biāo)進(jìn)入MDS，如果無相關(guān)性（rlt;0.3），所有指標(biāo)都進(jìn)入MDS，從而得到最終的MDS。范數(shù)值的計(jì)算公式見式（1）：

式中：Nik 為水體變量i 在前k 個主成分上的綜合載荷；Ui k 為水體變量i 在第k 個主成分上的載荷；λk 為主成分k 的特征值。

式（2） 和（3） 分別為“越多越好”和“越少越好”曲線的線性評分：

S i =X - L／H - L， （2）

S i = 1-（ X - L／H - L）， （3）

式中：Si 為水體指標(biāo)的線性得分，0～1；X 為變量值；L 為變量中的最小值；H 為變量中的最大值。

在計(jì)算了水體指數(shù)的得分和權(quán)重后，采用式（4） 計(jì)算WQI：

式中：Wi 為主成分分析得到的加權(quán)指標(biāo)；Si 為使用式（2） 或（3） 計(jì)算的指數(shù)得分；n 為數(shù)據(jù)集中的指數(shù)量。WQI 取值0～1，WQI 越高，說明水體質(zhì)量越好。

1.5.2 經(jīng)濟(jì)效益評價

水稻產(chǎn)量測定：在水稻成熟期，每小區(qū)按5 點(diǎn)取樣法調(diào)查100 穴水稻的有效穗數(shù)，計(jì)算單穴平均有效穗數(shù)；每小區(qū)按平均有效穗數(shù)取樣5 穴，測定每穗總粒數(shù)、每穗實(shí)粒數(shù)、結(jié)實(shí)率和千粒質(zhì)量；各處理分收分曬，測實(shí)際產(chǎn)量[12]。

紅螯螯蝦產(chǎn)量測定：紅螯螯蝦通過蝦的規(guī)格分級記產(chǎn)，計(jì)算產(chǎn)值，紅螯螯蝦規(guī)格分為小青、中青、大青、炮頭。小青指體質(zhì)量lt;20 g，中青指體質(zhì)量20～lt;30 g，大青指體質(zhì)量30～lt;45 g，炮頭指體質(zhì)量≥45 g。

1.5.3 水質(zhì)數(shù)據(jù)分析

統(tǒng)計(jì)分析均采用SPSS 26.0進(jìn)行，在Plt;0.05 水平差異顯著；采用雙因素方差分析研究水稻不同生長時期和不同處理對水體理化指標(biāo)和WQI 的影響；采用多重比較檢驗(yàn)法（Duncan’s法） 檢驗(yàn)水稻不同生長時期和不同處理的水體理化指標(biāo)和WQI 的差異性；采用Pearson 相關(guān)分析確定水體理化指標(biāo)的兩兩相關(guān)性；采用線性回歸比較與驗(yàn)證WQI 的MDS；使用Origin 2021 繪圖軟件制圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 水體物理指標(biāo)的變化

不同處理及水稻不同生長時期對水體物理指標(biāo)的影響如圖1A～1C 所示。整個試驗(yàn)階段的水體溫度隨水稻生長時期的推移逐漸降低。在水稻分蘗期，低密度稻蝦處理水體的電導(dǎo)率高于高密度稻蝦處理，且電導(dǎo)率和溶解性總固體含量均顯著高于水稻單作；在水稻拔節(jié)期和揚(yáng)花期，高密度稻蝦處理水體的電導(dǎo)率和溶解性總固體含量高于低密度稻蝦處理，且均顯著高于水稻單作；在水稻孕穗期，高密度稻蝦處理水體的溶解性總固體含量顯著高于低密度稻蝦處理和水稻單作；在水稻灌漿期，高密度稻蝦處理水體的電導(dǎo)率和溶解性總固體含量均顯著高于低密度稻蝦處理。

2.2 水體化學(xué)指標(biāo)的變化

不同處理及水稻不同生長時期對水體化學(xué)指標(biāo)的影響如圖1D～1J 所示。pH 變化如圖1D 所示，3 個處理的水體pH 在6.12～7.92 波動。溶解氧含量變化如圖1E 所示，2 種稻蝦綜合種養(yǎng)處理的水體溶解氧含量在拔節(jié)期最高，在孕穗期最低，且2 種綜合種養(yǎng)模式蝦溝水體的溶解氧含量普遍高于其田面水體；水稻單作田面水體的溶解氧含量隨水稻生育期推移呈先下降后上升的趨勢，且全程低于2 種稻蝦處理蝦溝水體?；瘜W(xué)需氧量變化如圖1F 所示，水體化學(xué)需氧量在水稻生長周期內(nèi)無明顯波動。低密度稻蝦處理水體的化學(xué)需氧量在水稻分蘗期、孕穗期、揚(yáng)花期、灌漿期均高于高密度稻蝦處理，在拔節(jié)期和成熟期低于高密度稻蝦處理；在成熟期，相對于低密度稻蝦模式蝦溝水體，高密度稻蝦模式蝦溝水體的化學(xué)需氧量顯著上升26.2%。

總N 含量變化如圖1G 所示，所有模式的水體總N 含量隨水稻生長時期推移呈先下降后上升的趨勢。所有模式均在分蘗期最高，在拔節(jié)期最低；在分蘗期和成熟期，高密度稻蝦處理水體總N 含量顯著高于低密度稻蝦處理，其中成熟期蝦溝水體中總N 含量顯著提升10.5%；其余時期低密度稻蝦處理水體總N 含量高于高密度稻蝦處理。

總P 含量變化如圖1H 所示，所有模式水體總P 含量隨水稻生長時期推移呈先下降后上升再下降的趨勢。2 種稻蝦綜合種養(yǎng)處理水體的總P 含量在水稻分蘗期和揚(yáng)花期均高于水稻單作，而在水稻拔節(jié)期和孕穗期則顯著低于水稻單作；高密度稻蝦處理田面水樣總P 含量在水稻灌漿期顯著高于低密度稻蝦處理水樣，且均顯著高于高密度稻蝦處理蝦溝水樣；在水稻成熟期2 種稻蝦綜合種養(yǎng)處理水體的總P 含量無顯著差異，高密度模式蝦溝水體總P 含量比低密度模式蝦溝水體提升3.6%。

NO3??N 含量變化如圖1I 所示，所有模式水體的NO3??N 含量隨水稻生長時期推移呈先上升后下降再上升的趨勢。2 種稻蝦綜合種養(yǎng)處理水體的NO3??N 含量在水稻分蘗期、孕穗期和揚(yáng)花期均低于水稻單作，而在水稻拔節(jié)期則高于水稻單作；低密度稻蝦處理水體NO3??N 含量在水稻灌漿期和成熟期高于高密度稻蝦處理。NH4+?N 含量變化如圖1J 所示。水稻單作水體的NH4+?N 含量在水稻揚(yáng)花期顯著低于2 種稻蝦綜合種養(yǎng)處理，而在水稻拔節(jié)期則高于低密度稻蝦處理，且顯著高于高密度稻蝦處理；高密度稻蝦處理蝦溝水樣的NH4+?N 含量在水稻分蘗期顯著高于水稻單作，且均顯著高于低密度稻蝦處理；高密度稻蝦處理水體的NH4+?N含量在水稻拔節(jié)期和揚(yáng)花期低于低密度稻蝦處理；高密度稻蝦處理蝦溝水體的NH4+?N 含量在水稻分蘗期、孕穗期和灌漿期顯著高于低密度稻蝦處理；在水稻成熟期，2 種稻蝦處理的NH4+?N 含量無顯著差異。

2.3 基于水質(zhì)指數(shù)的水質(zhì)總體狀況及主要因子

2.3.1 最小數(shù)據(jù)集

從測定的10 個指標(biāo)中選擇合適的變量納入MDS，并進(jìn)行主成分分析，結(jié)果如表2 所示。共得到4 個特征值gt;1 的主成分，占所有變量特征變化的72% 以上。

根據(jù)MDS 的構(gòu)建方法，從主成分Ⅰ～Ⅳ中挑選載荷值絕對值≥0.5，即具有高度加權(quán)的變量。在主成分Ⅰ中挑選出的指標(biāo)為電導(dǎo)率、溶解性總固體含量和總N 含量；在主成分Ⅱ中挑選出的指標(biāo)為pH、總P 含量和NO3??N 含量；在主成分Ⅲ中挑選出的指標(biāo)為NH4+?N 含量和化學(xué)需氧量；在主成分Ⅳ中挑選出的指標(biāo)為pH 和溶解氧含量。從這些指標(biāo)中挑選出范數(shù)值在前10% 的7 個指標(biāo)：電導(dǎo)率、溶解性總固體含量、總N 含量、pH、NH4+?N 含量、化學(xué)需氧量和溶解氧含量；再結(jié)合圖2 水體各指標(biāo)間的相關(guān)性分析，去除相關(guān)性較高的指標(biāo)（電導(dǎo)率和總N 含量） 后，最終得到5 項(xiàng)MDS 指標(biāo)：溶解性總固體含量、pH、NH4+?N 含量、化學(xué)需氧量和溶解氧含量（表3），即這5 項(xiàng)指標(biāo)是導(dǎo)致田間水質(zhì)變化的主要因素。

2.3.2 基于綜合水質(zhì)指數(shù)評價法的水質(zhì)變化特征

對3 種模式在水稻不同生長時期的水體樣品分別計(jì)算WQI，結(jié)果如圖3 所示。在前4 個生長時期，所有處理的WQI 均隨水稻生長時期的推移呈下降趨勢。在分蘗期，低密度稻蝦處理蝦溝水體的WQI 最高，其次是水稻單作，低密度稻蝦處理田面水體最低；在拔節(jié)期，高密度稻蝦處理田面水體的WQI 顯著高于低密度稻蝦處理田面水體和水稻單作；在孕穗期，高密度稻蝦處理田面水體的WQI 顯著低于其他處理；在灌漿期，低密度稻蝦處理的WQI 整體高于高密度稻蝦處理，但差異不顯著；在成熟期，低密度稻蝦處理蝦溝水體的WQI 達(dá)到0.72，顯著高于高密度稻蝦處理蝦溝水體。

2.4 經(jīng)濟(jì)效益評價

2.4.1 水稻產(chǎn)量與產(chǎn)值

試驗(yàn)期間水稻的種植時間為2022 年6 月14 日至10 月12 日，低密度稻蝦、高密度稻蝦和水稻單作的水稻產(chǎn)量分別為5.21、4.35 和6.57 t·hm?2，產(chǎn)值分別為18 235、15 225和22 987 元·hm?2；單作的水稻產(chǎn)量與產(chǎn)值較高，2 種稻蝦綜合種養(yǎng)模式中低密度處理的水稻產(chǎn)量與產(chǎn)值較高（表4）。

2.4.2 紅螯螯蝦產(chǎn)量與產(chǎn)值

本研究于2022 年7 月10 日開始投放蝦苗，2022 年10 月9 日起捕，連續(xù)捕撈2 d，養(yǎng)殖周期為91 d。低密度和高密度稻蝦處理的蝦產(chǎn)量分別為923 和752 kg·hm?2，產(chǎn)出投入比分別為1.93 和1.36，存活率分別為79.3% 和51.8%。低密度養(yǎng)殖的紅螯螯蝦產(chǎn)量、產(chǎn)出投入比及存活率較高（表5）。

2 種稻蝦復(fù)合模式產(chǎn)量與產(chǎn)值的統(tǒng)計(jì)結(jié)果如表6 所示，低密度和高密度稻蝦處理的紅螯螯蝦產(chǎn)值分別為90 575 和73 356 元 ·hm?2，大規(guī)格（中青、大青、炮頭） 紅螯螯蝦產(chǎn)量分別占總產(chǎn)量的96.3%和95.8%；低密度養(yǎng)殖的大規(guī)格紅螯螯蝦占比和紅螯螯蝦產(chǎn)值較高。

2.4.3 經(jīng)濟(jì)效益分析

3 種模式的經(jīng)濟(jì)效益分析如表7 所示，除去成本，低密度、高密度稻蝦和水稻單作的收益分別為73 672、49 866 和6 983 元·hm?2，低密度稻蝦共作模式的收益更高。

3 討論與結(jié)論

3.1 討論

研究表明，稻蝦綜合種養(yǎng)會對水體環(huán)境產(chǎn)生較大的影響[13-14]。在稻蝦共作期間，稻田水位較淺會使得水體的理化因子更容易受到外界影響而發(fā)生變化，系統(tǒng)研究水體理化因子的動態(tài)變化，能夠更全面地了解共作系統(tǒng)中的環(huán)境特征。本研究中，3 種處理水體的多個指標(biāo)間存在顯著差異，表明小龍蝦養(yǎng)殖對水體具有顯著影響。溫度是影響小龍蝦生長發(fā)育的重要環(huán)境因子[15]。紅螯螯蝦生長的適宜水溫為24～30 ℃，當(dāng)溫度超過35 ℃ 時，開始出現(xiàn)死亡[16]。本研究紅螯螯蝦的試驗(yàn)周期為7—10 月，水體溫度為23.3～34.7 ℃，基本符合蝦的適應(yīng)溫度。水體pH 是稻田生態(tài)系統(tǒng)中重要的非生物因素，可以通過直接或間接影響其他因素來影響水稻生長[17]。本研究中，隨著水稻生長時期推移，3 個處理的水體pH 均呈現(xiàn)下降趨勢，在低密度和高密度稻蝦處理中有偏向酸性的變化，但在水稻成熟期回歸了弱堿性，這可能與稻田的飼料投放有關(guān)[18]。王世會等[19]同樣研究發(fā)現(xiàn)稻漁綜合種養(yǎng)模式會導(dǎo)致水體pH 下降。溶解氧對蝦的生長發(fā)育具有重要促進(jìn)作用[20]。本研究中，環(huán)溝中水體的溶解氧含量大多顯著高于田面，這可能是由于蝦溝中的氣體交換相較田面更為便利，并且蝦溝水體接收到更多的光照，使得浮游植物釋放更多的氧氣[21]。Bashir 等[22] 同樣發(fā)現(xiàn)在稻漁綜合種養(yǎng)模式中，環(huán)溝水體的溶解氧含量明顯高于田間水體。這種相對較高的溶解氧水平為稻蝦綜合種養(yǎng)模式中蝦類的代謝活動提供了更為適宜的生態(tài)條件，從而對蝦的生長發(fā)育產(chǎn)生積極的影響[23]。

N、P 作為動植物生長所需的必要營養(yǎng)元素，在維持農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)健康和促進(jìn)作物生長中發(fā)揮著至關(guān)重要的作用[24]。然而，當(dāng)過度投入N、P 時不僅會導(dǎo)致水體中N、P 元素過量積聚及水質(zhì)惡化，還可能造成水產(chǎn)品死亡[25]。本試驗(yàn)中，總N、NO3??N含量均隨水稻生長時期推移先下降后上升，這可能是因?yàn)樗厩捌谏L發(fā)育旺盛對N 的吸收量較大，后期隨著小龍蝦的生長，投餌量逐漸增加，從而導(dǎo)致水體中N 素累積，這與已往研究結(jié)果一致[14， 26]。水體總P 含量隨水稻生長時期先下降后上升再下降，稻蝦處理水體總P 的最大累積出現(xiàn)在水稻的灌漿期，且高密度稻蝦處理顯著高于低密度稻蝦處理，這可能是因?yàn)榇藭r臨近小龍蝦的收獲期，開始加大飼料投喂，而高密度稻蝦處理的飼料投喂量高于低密度稻蝦處理，飼料在水體中有盈余，因此導(dǎo)致P 素在水體中累積?；瘜W(xué)需氧量是衡量水體中有機(jī)物質(zhì)含量的指標(biāo)，化學(xué)需氧量越大，說明水體受有機(jī)物污染越嚴(yán)重[27]。本研究中，3 種處理的化學(xué)需氧量隨水稻生長時期推移無大的波動，但在成熟期高密度稻蝦處理的化學(xué)需氧量顯著高于低密度稻蝦處理，可能是因?yàn)榇藭r接近龍蝦養(yǎng)殖尾聲，加大了飼料投放量，而高密度稻蝦處理的龍蝦存活率較低密度稻蝦低，投入的飼料有盈余，導(dǎo)致高密度稻蝦處理的化學(xué)需氧量升高。Li 等[28] 的研究也表明在稻蝦綜合種養(yǎng)系統(tǒng)中增加投餌量會導(dǎo)致水體化學(xué)需氧量顯著上升。

水質(zhì)評價是通過水體理化指標(biāo)定量描述水體質(zhì)量[29]，得到水體污染程度，為科學(xué)管理水體和防治水體污染提供理論依據(jù)[30]。本研究使用的綜合水質(zhì)指數(shù)分析法廣泛應(yīng)用于各種水體的質(zhì)量評價[31-32]；但是目前以分析河流和湖泊等自然生態(tài)系統(tǒng)為主，分析農(nóng)業(yè)養(yǎng)殖水體質(zhì)量的研究較少。隨著養(yǎng)殖業(yè)的迅速發(fā)展，對水質(zhì)的要求日益提高，近年來，WQI 開始用于養(yǎng)殖水體的綜合水質(zhì)評價[33]。本研究通過構(gòu)建3 種模式WQI 的MDS，并進(jìn)行比較與驗(yàn)證，發(fā)現(xiàn)溶解性總固體含量、pH、NH4+?N 含量、化學(xué)需氧量和溶解氧含量這5 項(xiàng)指標(biāo)是導(dǎo)致田間水質(zhì)變化的主要因素。2 種稻蝦模式蝦溝內(nèi)的水質(zhì)在大多時期優(yōu)于田面，這可能是由于蝦的大部分活動在蝦溝中，蝦的活動會增加水體的溶解氧含量，水體中殘余的養(yǎng)分也會被蝦利用吸收。在水稻揚(yáng)花期和灌漿期，整體上各處理間的WQI 差異不大，而在水稻成熟期，低密度稻蝦處理蝦溝水體的WQI 顯著高于高密度稻蝦處理蝦溝水體，這可能是由于高密度模式的蝦死亡率較高，投放的餌料有剩余，從而引起水質(zhì)惡化。梁宇輝[34] 研究得出相較于小龍蝦池塘精養(yǎng)模式和水稻單作模式，稻蝦種養(yǎng)模式能夠有效降低水質(zhì)污染風(fēng)險、提高生態(tài)效益；與本研究結(jié)果相似。水稻單作模式中，在水稻灌漿期前，為了便于水稻曬田需要進(jìn)行排水處理；稻蝦模式中，在水稻成熟期，為了便于水稻的收割和蝦的捕撈需要進(jìn)行排水處理。在本研究中，2 種稻蝦模式水質(zhì)整體優(yōu)于水稻單作模式，且低密度稻蝦處理水質(zhì)為3 種模式中最優(yōu)。相較水稻單作模式，稻蝦模式生態(tài)效益更好，降低養(yǎng)殖密度，給外環(huán)境帶來的生態(tài)風(fēng)險會更低。

稻漁綜合種養(yǎng)從環(huán)境友好、高效增產(chǎn)、農(nóng)民增收等方面推動了綠色農(nóng)業(yè)的高效發(fā)展[35]。本研究以不同密度稻蝦種養(yǎng)和水稻單作為研究主體，探討了水稻產(chǎn)量與產(chǎn)值、紅螯螯蝦產(chǎn)量與產(chǎn)值、種養(yǎng)階段經(jīng)濟(jì)效益的變化情況。研究結(jié)果表明，相較水稻單作，2 種稻蝦模式的水稻產(chǎn)量與產(chǎn)值有所下降，其中高密度模式下降更多。低密度稻蝦處理的紅螯螯蝦產(chǎn)量、產(chǎn)出投入比、存活率均高于高密度稻蝦，這可能是由于高密度處理的蝦投入量過大，壓縮了生長活動空間，加強(qiáng)了種內(nèi)競爭，使蝦存活率降低，最終導(dǎo)致紅螯螯蝦產(chǎn)量降低[36]。低密度稻蝦處理的紅螯螯蝦產(chǎn)值高于高密度稻蝦處理，這可能是由于低密度稻蝦處理的蝦產(chǎn)量較高，且炮頭蝦產(chǎn)量的占比較高。研究結(jié)果說明低密度稻蝦處理的蝦投放密度較合理，給蝦提供足夠的生長空間。王晨等[37] 研究發(fā)現(xiàn)，水稻單作模式的生產(chǎn)成本顯著低于稻魚綜合種養(yǎng)模式，但稻魚綜合種養(yǎng)模式的經(jīng)濟(jì)效益顯著高于水稻單作模式；本研究結(jié)果也得到了類似的結(jié)論。通過對3 種模式的經(jīng)濟(jì)效益進(jìn)行對比，發(fā)現(xiàn)2 種稻蝦模式的收益顯著高于水稻單作，提升6～9 倍。這可能是因?yàn)樵诓恍枰^多增加成本的情況下，收獲了額外的產(chǎn)品紅螯螯蝦，大大增加了收入。在2 種稻蝦處理中，低密度稻蝦處理的經(jīng)濟(jì)效益是高密度稻蝦的1.47 倍，這主要是由于低密度稻蝦處理中蝦的產(chǎn)出投入比和存活率較高，導(dǎo)致其紅螯螯蝦產(chǎn)值顯著高于高密度稻蝦。因此，在稻蝦綜合種養(yǎng)模式中，選擇合適的放養(yǎng)密度，有助于充分利用水體中的養(yǎng)分，防止過度競爭和資源浪費(fèi)，以實(shí)現(xiàn)最佳的經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)境效益。

3.2 結(jié)論

1） 多個水體理化指標(biāo)在不同處理和水稻不同生長時期間呈現(xiàn)顯著差異。WQI 和MDS 分析表明：溶解性總固體含量、pH、NH4+?N 含量、化學(xué)需氧量和溶解氧含量這5 項(xiàng)水體理化指標(biāo)是導(dǎo)致田間水質(zhì)變化的主要因素。

2） 在水稻成熟期，低密度稻蝦綜合種養(yǎng)模式的WQI 顯著高于高密度稻蝦綜合種養(yǎng)模式，且具有較高的經(jīng)濟(jì)效益；因此在稻蝦綜合種養(yǎng)模式中需選擇合適的蝦養(yǎng)殖密度，這對于提高稻田環(huán)境效益和經(jīng)濟(jì)效益均具有一定的意義。

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【責(zé)任編輯 李慶玲】

基金項(xiàng)目：國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃（2021YFD1700804）；湖南省水利廳項(xiàng)目（XSKJ2022068-32）；湖南省重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃（2021NK2059）；國家自然科學(xué)基金（42377319）；湖南省自然科學(xué)基金（2023JJ30308）；長沙市自然科學(xué)基金（kq2208078）；湖南省水產(chǎn)產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系項(xiàng)目（HARS-07）