稻蟹共生模式农事活动对河蟹筑穴行为及产量的影响

李浩， 武淑霞， 王洪媛， 刘宏斌， 徐洋， 李伟晶， 雷秋良， 马思琪

(中国农业科学院农业资源与农业区划研究所 农业农村部面源污染控制重点实验室， 北京 100081)

水产养殖被认为是增加粮食供应、促进经济发展和社会进步的有效途径[1]，水产养殖提供了更加多样化的食物组合，满足人们对蛋白质日益增长的需求[2]。应用稻渔生态种养模式，在保证水稻产量的同时又能发展水产养殖，利用养殖鱼类提供的营养物质增加养分利用效率和减少农药使用[3]，在稻蟹共生系统将河蟹引入稻田，利用河蟹行为(取食、排泄、爬行、筑穴等)[4]实现稻田优化生产。

目前对水产养殖生物的研究表明，超过一定限度的环境变化会造成环境胁迫[5]。天气骤变、生产操作(苗种捕捞、运输、换水等)不规范、投入品使用不当等原因会给水产养殖生物带来影响[6]，如温度变化会改变鱼类的生长速度[7-8]，光照强度影响中国对虾生长[9]等。稻田水环境区别于传统养殖水体环境，其水位较浅的特征会增加稻田水产养殖生物对外界环境因素(光照、温度、人类活动等)的敏感性[10-11]。稻田养殖环境中农事活动等外界因素贯穿始终，如灌排水、田间主路农用机械与车辆的运输、饲料投喂与施肥等农事操作产生的声音、地面震动与田间水质等变化，都会直接或间接对稻田水环境产生影响。

生存环境的变化也容易使河蟹产生应激反应，长期处于应激状态的河蟹抵抗力下降，易发生病害[12]。而河蟹常采取在水岸交接处掘洞穴居或在石砾水草丛中隐居等途径来躲避胁迫环境，穴居后的河蟹会降低对饲料的取食[13]，进而影响河蟹产量与规格。稻蟹共生模式中河蟹生育时期内的农事活动影响主要有施肥后田面水中的硝酸盐与铵态氮会对其生存产生影响[14-15]、车辆行人与投喂饲料等人类活动产生的扰动、田间灌排水量变化，但目前这些农事活动对河蟹筑穴行为产生何种影响尚不可知。

为了探究农事活动对河蟹筑穴行为和产量的影响，本文以辽宁省盐碱地研究所稻蟹养殖小区为例，选取距离因子、水位因子以及施肥因子，距离因子采用不同小区到主路的自然距离，水位因子由不同时间所测量的水深进行累加来表示，施肥因子设相应的施氮梯度试验，量化分析农事活动对稻蟹生长的影响，分析不同施氮梯度下河蟹筑穴行为对农事活动与田间水量的响应关系和对河蟹产量的影响，其结果可为稻蟹共生模式田间设计提供优化思路。

1 材料与方法

1.1 供试材料

试验地位于辽宁省盘锦市大洼区刘家村辽宁省盐碱地研究所实验基地(41°02′00.26″N，122°10′26.55″E)，处于辽河三角洲地区，属于温带半湿润季风气候区，年降水量650 mm左右，多集中在7—8月，年无霜期170 d左右，具有完备的灌排沟渠，全年月均温最高28 ℃，最低-12 ℃。

试验水稻品种为盐丰47，由辽宁省盐碱地利用研究所提供；河蟹品种为中华绒螯蟹，由辽宁省盘锦市盘山县河蟹技术研究所提供。

1.2 处理设计

试验以稻蟹共生田块为研究对象，于2020年5月开始布设。试验设置2个不同的到主路距离和4个不同化肥氮投入水平。其中，田块中心点到主路的垂直距离分别为15 m和34 m，以A和B表示；4个施氮水平总氮投入量分别为0、150、210以及270 kg·hm-2，每个氮水平设3次重复，共计12个试验小区(表1)；由当地统一开闸放水进行稻田灌溉，河蟹生育期每10 d测量各个小区的田面水深，共测量10次。小区面积120 m2。所有处理磷、钾肥用量相等，均为96.4 kg·hm-2P2O5和77.1 kg·hm-2K2O。肥料类型为复合肥(28-11-14)、尿素、磷酸二胺、过磷酸钙和硫酸钾。各处理氮肥分2次投入，其中30 kg·hm-2做分蘖肥追施，其余肥料做基肥投入，基肥与追肥施用日期分别为5月23日与6月3日，蟹苗投放日期为5月28日，投放量为11 250只·hm-2。

表1 处理编号及处理设计

1.3 样品采集及分析方法

河蟹收获量：根据河蟹生活习性于收获期后的1、2、3 d，每天晚间在田埂周围捕捉爬至小区四周的河蟹并记录数量。

河蟹产量：每个小区随机选取10只河蟹测定每只重，记录产量。

蟹洞数量：水稻收获后采用人工计数法，记录田面与田埂所有蟹洞数量。

田面水质：河蟹生育期每10 d在9：00—10：00进行一次田面水取样，每次采用五点取样法将水样装于500 mL取样瓶中，同时测定田面水深，田面水铵态氮采用流动分析仪测定。

数据采用Excel 2019处理，SPSS 26软件进行单因素方差分析，Origin Pro 2021软件相关性分析与作图。

2 结果与分析

2.1 农事活动对河蟹筑穴行为的影响

农用器具、车辆运输、人类投喂饲料与田间管理活动都需要通过道路实现，试验田块到主路的距离可间接反应此类农事活动，其他田间管理如灌排水、施肥等农事活动也会对稻蟹共生模式中河蟹的生长造成影响。对蟹洞数量的调查结果，发现试验点养蟹田块到试验区主路的距离对蟹洞的数量分布影响显著，较近距离A田块蟹洞数量显著多于较远距离田块B(P<0.05)；稻蟹共生模式下田面水量对河蟹筑穴行为的影响显著，与蟹洞数量进行相关性分析表明，田面水累积测量水深和蟹洞数量呈显著负相关关系。随着水深的降低，河蟹打洞数量增加，水的深浅影响了河蟹的行为，水浅对外界光照、声波震动的抵消能力弱，既不利于河蟹隐藏，也易使其受到外界环境影响，增加打洞筑穴行为；对河蟹投放后稻田田面水铵态氮含量测定结果表明，在河蟹生育时期的后4个月中(6月18日—收获期)，各田块的田面水铵态氮含量满足渔业水质标准(GB 11607—1989)要求的0.05 mg·L-1左右，同时施氮量与蟹洞数量相关性不显著(P>0.05，图1)，表明河蟹筑穴行为并不受稻田施氮量的影响，这与田面水铵氮在河蟹生育后期含量显著降低有关。

图1 农事活动对河蟹筑穴行为的影响

2.2 农事活动对河蟹产量与成活率的影响

分析到主路不同距离对河蟹产量的影响结果(表2)表明，距主路较近田块A的河蟹产量比较远田块B河蟹均值产量低10.58%。河蟹投放密度11 250只·hm-2，根据河蟹收获个数，田块A河蟹平均成活率较B低5.34百分点，说明距主路越近的田块受人类农事活动影响越大，进而导致河蟹成活率下降；施氮量与河蟹产量有显著正相关关系(图2)，与河蟹收获量无相关性，说明施氮量增加不仅不会对河蟹生长产生影响，反而会增加河蟹产量；田面水深与河蟹产量相关性不显著。

表2 农事活动对河蟹产量与成活率的影响

图2 施肥量、田面水累积深度与河蟹产量相关性

3 讨论

3.1 农事活动对河蟹筑穴行为的影响

试验田块主路是该实验基地区域内水泥铺设主干道，主要用于田间农事期间耕作机械、车辆和试验人员通行，本次试验中田块到主路两种不同距离对蟹洞个数有显著影响，推测主要原因在于外环境中主路上车辆机械以及行人通行，产生的声波、震动等对河蟹有直接影响，促使河蟹产生应激反应。有研究表明，蟹类刚毛末端连接着神经细胞[16]，河蟹通过刚毛的机械与化学感觉和眼部视觉[17]感知外部环境并会对环境改变做出相应的反应，试验区主路人为影响因素导致河蟹挖洞穴的概率增大，车辆行人等经过产生的声音和震动对河蟹影响较为直接，农事操作刺激河蟹产生应激反应，通过筑穴进行隐蔽。但影响稻田环境中河蟹行为的声波、震动、光照等的范围以及河蟹应激反应程度仍需设计试验进行探究。

水深是水产养殖的一大限制因素，浅水的环境特性对声音传播的影响很大[18]。水位浅水量少使得水体对外环境的震动传导对浅水养殖生物刺激更强，光照的穿透能力加强，温度变化速率、pH等变化速率加快，易使河蟹产生应激反应，增加筑穴行为。

本次试验氮肥分为基肥和分蘖肥两次施入，试验结果中施氮量与蟹洞个数无显著相关性，一方面可能是由于施氮量对河蟹筑穴行为影响不大，另一方面也可能是随着施氮量的增加铵氮胁迫增强导致了河蟹的死亡，降低了河蟹个体数量，蟹洞数量也随之降低，但相关性分析显示河蟹收获量与施氮量之间并无显著相关性，表明稻田养殖中铵氮胁迫并不会引起河蟹大面积死亡。氮肥施用会增加水中铵氮含量，铵氮胁迫会损伤中华绒螯蟹的非特异性免疫防御系统、机体细胞和组织[19]，传统池塘河蟹养殖水体中铵态氮含量在0.10～0.25 mg·L-1[20]，渔业水质标准(GB 11607—1989)中铵氮含量应小于0.05 mg·L-1。不同于传统池塘水产养殖，由于水稻的吸收和田间铵态氮的转化、固定，在田面水铵态氮含量的周期变化中，各施氮量处理田面水铵态氮含量在河蟹生育中后期均在其生存的适宜范围内，虽然在其生育前期即施用氮肥后一周内田面水铵氮水平较高，稻田水浅也许是河蟹免受胁迫的重要原因之一，河蟹可以在铵氮含量过高时爬到田埂或水稻茎秆上来降低铵氮胁迫的影响，因此，氮肥施用对河蟹筑穴行为无影响。

3.2 农事活动对河蟹产量与成活率的影响

试验中与距主路较远距离B田块相比，距主路较近距离A田块中河蟹的成活率下降5.34百分点，产量降低10.58%。自然界河蟹穴居是一种越冬、御敌的方式，筑穴增加还会导致河蟹成为“懒蟹”降低取食[13]，有研究表明，洞穴内温度降低还会影响蜕壳频率，掘洞导致的逃逸和后期难以捕捉等问题也很突出，人工养殖中应尽量降低河蟹筑穴穴居的情况[21]，因此，靠近主路河蟹产量与成活率降低与筑穴行为增加有很大关系，筑穴行为的增加，使得蜕壳与进食也会受到影响，进而导致河蟹减产。因此，在稻田养蟹过程中可以通过减少人类活动的影响来达到提高河蟹产量的目的，水深与河蟹筑穴数量的负相关性表明，抬高田面水水位，保持充足水量也可提高河蟹产量。可考虑适当改变田间管理措施、减少车辆和机械通行、增加田面水水深等来提高稻田养殖蟹产量与成活率。

施氮量与河蟹产量呈正相关关系。一方面，由于施肥后的田面水铵态氮含量在河蟹生育时期的大部分时间内含量较低，铵氮胁迫减弱。另一方面，有研究表明稻田养殖河蟹对水生动植物的取食在2.1%～6.0%[22]，施氮量增加间接的增加了田间动植物的生物量，即增加了河蟹的食物来源，稻蟹共生模式中河蟹取食饲料以及田间动植物后，其排泄物相当于对稻田增施了有机肥，提高了土壤中全氮全磷含量[23]、田面水硝态氮铵态氮含量[24]，增加田间浮游动植物种类[11]，增加稻蟹系统内的能量利用效率。因此，氮肥施用对稻田河蟹养殖无显著影响。