虾稻共作田虾沟溶解氧和pH 值对小龙虾产量的影响

2022-10-27谭扬才罗强袁帅李娜秦婷婷刘路广程伦国

中国农村水利水电 2022年10期

谭扬才，罗强，袁帅，李娜，秦婷婷，刘路广，程伦国

（1.武汉大学水利水电学院，湖北武汉 430072；2.湖北省水利水电科学研究院，湖北武汉 430079；3.湖北省荆州市四湖工程管理局排灌试验站，湖北荆州 434013）

0 引言

虾稻共作作为新的种养模式，属于渔稻共作的一种，是在传统种植水稻的过程中引入水生生物，为了在兼顾水稻生长的前提下获取更多的水产品，同时也能起到保护环境的作用。关于虾稻共作，国内外学者对水稻的产量所受到的影响进行了一系列的研究。Gurung 和Wagle［1］通过在尼泊尔的研究得出的结论是，相比于水稻单种，稻田养鱼情况下，水稻产量会明显增加。Ahmed［2］等在孟加拉通过虾稻共作试验发现，虾稻共作模式下水稻产量得到了提升。曹凑贵等［3］统计了潜江市2010 到2017年的虾稻种养情况，发现虾稻共作模式水稻产量比传统水稻种植模式增加4.63%～14.01%。水稻田中引入小龙虾改变了稻田生态系统中微生物群落结构［4］以及土壤肥力［5］，对稻田生物多样性产生影响。小龙虾会通过取食稻田中的虫子和杂草来减轻稻田的虫害和草害［6，7］，减少稻田中除草剂和杀虫剂等农药的使用，因此一些研究还表明渔稻共作也可以在一定程度上提高稻米的品质［8］。

虾稻共作能显著增加稻田水体中的溶解氧含量，有效削减稻田水体中总氮、总磷含量和化学需氧量［9］；同时稻虾共作模式有效地利用了物种间资源互补的循环生态机理，降低了水体水质氨氮的排放［10］。pH 值、溶解氧、氨氮、硫化物等是虾类养殖水质生态条件重要的指标，对虾类养殖生态系统有着不同的影响和意义［11］。目前关于虾稻共作对虾稻田水体各理化性质的影响研究较多，但各理化性质对小龙虾产量的影响研究仍空缺，故本试验旨在研究溶解氧和pH 值在虾稻共作中对小龙虾产量的影响。

1 材料与方法

1.1 研究区概况

试验在湖北省荆州市沙市区丫角村进行。该试验选取该村临近的9 块虾稻共作田块（如图1 所示），共属于6 个农户，其中2、3 号田属于同一农户，4、5、6 号田属于同一农户，其余田分属不同农户所有。9 块虾稻共作田的虾沟均采用回型沟，即在稻田的四周布置虾沟，中间用于种植水稻。对虾稻田及虾沟面积进行了测量，9 块虾稻田的虾沟占虾稻田的面积从22.3%到41.3%不等。

图1 虾稻共作试验观测田位置示意图

1.2 试验设计

为保证实验观测结果更接近于生产实际，试验期间虾稻田由农户按照各自的习惯进行种养。对各田块虾沟的水体取样后，在位于观测田块附近的荆州市四湖流域管理局丫角排灌站内进行水质分析。

试验需对试验田块虾沟的水质状况及小龙虾的产量进行观测。其中水质观测指标包括：溶解氧（DO）、pH 值。选取2019、2020 年的7 月、8 月为观测期，该时期为水稻与小龙虾的主要共生期。监测频率为每2天一测。各水质指标的监测方法如下：

（1）虾沟溶解氧和pH 值检测。温度和溶解氧是小龙虾生长发育最重要的影响因素［12］，虾沟中溶解氧和pH 值分别采用JPBJ-608 便携式溶解氧测定仪和pHBJ-260 便携式pH 计对每个田块的虾沟水体进行现场检测，采用五点取样法检测并取平均值记录。

（2）小龙虾产量观测。试验未进行小龙虾的捕捞试验，小龙虾产量数据来源于农户，通过调查获取2019 和2020 年年度小龙虾总捕捞量，从而计算每块田小龙虾的亩均产量。

2 溶解氧及其对小龙虾产量的影响

2.1 溶解氧DO变化规律

为分析虾沟中溶解氧的总体变化情况，取2019年观测期的数据进行分析。

2019 年整个试验观测从7 月22 日至9 月4日，分为两个观测期，8 月6 日至8 月12 日由于仪器维修，未能获取数据。各观测期虾沟内的溶解氧DO的试验观测数据见表1和表2所示。

表2 8月13日-9月4日虾沟内溶解氧含量 mg/L

在观测期7 月22 日-8 月5 日（见表1），各田块溶解氧含量变幅都较大，但从测量期内各田块平均溶解氧含量来看，除6号田平均溶解氧含量仅0.87 mg/L之外，其余田块的平均溶解氧含量都在1 mg/L 之上，5 号田块的平均溶解氧含量最高，达到了4.06 mg/L。分析产生这种变化的原因，在观测期内，6号田的虾沟中生长有大量浮萍，虾沟中大部分水面都被浮萍覆盖，水体富营养化严重，造成水体中溶解氧含量极低；在进行现场溶解氧测定时可以看到有部分小龙虾爬出水体，到虾沟边坡上呼吸。而5号田块的水面则较为干净，基本无浮萍生长。此外，在观测期内，9号田虾沟内溶解氧也多次出现极低的情况，其中有3 次测量值都在1 mg/L 以下，分析发现可能是由于虾沟内生长有大量水草，过于茂密，水草根系生长于水中，但是顶部生长在水面之上，其根系的呼吸作用消耗水中溶解氧，而叶面光合作用产生的氧气又无法补充水中溶解氧，造成水体溶解氧含量出现极低的情况。

表1 7月22日-8月5日虾沟内溶解氧含量 mg/L

8 月5 日之后，1、2、3、4、5、6 号田的农户均在虾沟中施用了化学增氧剂“过硫酸氢钾”，而7、8、9 号田均未作处理。对比上一个测量周期，从平均溶解氧含量来看，除了5 号田之外，增施化学增氧剂的田块溶解氧含量有了提高，5 号田虾沟水体平均溶解氧虽呈有小幅下降但仍然保持较高水平的溶解氧含量，6号田中的溶解氧较上一测量其内的平均值有了较大程度的提升，但观测发现其虾沟内仍然有大量浮萍存在，水体富营养化未得到有效解决。9 号田由于没有采取任何措施，虾沟内水草生长未得到抑制，虾沟内溶解氧含量呈现下降趋势，平均溶解氧含量仅1.09 mg/L。

2020 年溶解氧的监测数据整体与2019 年相同，但出现了暴雨影响虾沟溶解氧的情况。如在2020 年8 月初，试验区发生长历时暴雨，使得虾沟内水生植物与田中水稻的生长发育滞后，且暴雨时大气压降低，水中溶氧量变小，而人为增氧措施又无法有效开展，故2020年8月12日时各田块虾沟溶解氧含量几乎都有较大幅度下降。

2.2 对产量的影响

取测量期内虾沟平均溶解氧含量，与年度虾稻田小龙虾的产量对比，相关数据见表3 所示，产量与溶解氧的关系图如图2、3所示。

图2 2019年平均溶解氧含量与小龙虾亩产对比图

表3 虾沟溶解氧与小龙虾产量数据表

淡水小龙虾耐低氧能力较强，小龙虾在水体溶氧量高于3 m/L 以上时就能正常生长［2］。当溶解氧在1 mg/L 以下时其活动减弱，而当低于0.5 mg/L，如果没有攀爬物让其浮出水面呼吸，就会造成其大量死亡。

从总体趋势来看，试验田虾沟溶解氧含量越高，小龙虾产量越高，当平均溶解氧含量低于2 mg/L时，如6 号田块和9 号田块，其小龙虾产量明显低于其他田块；而当溶解氧含量高于3 mg/L时，小龙虾产量因溶解氧不同而产生的差异减小，基本保持稳定。因此在实际生产中，保持溶解氧含量高于某一阈值时如3 mg/L，即可保证小龙虾的正常生长。

图3 2020年平均溶解氧含量与小龙虾亩产对比图

3 pH值及其对小龙虾产量影响

3.1 虾沟pH值变化规律

同样取2019 年观测期的pH 值进行分析，观测数据见表4和表5.

表4 2019年7月22日-8月5日虾沟内pH值

表5 2019年8月13日-9月4日虾沟内pH值

2019 年观测期内，9 块试验田的PH 总体在7.4～8.4 之间波动，但是对比各田块两个测量期的平均PH 值可以发现每个田块都有一定的变幅，1、2、3、4 号田块的pH 值呈上升趋势，而5、6、7、8、9 号田的pH 呈下降趋势。分析pH 值变化产生的原因，与不同田块采取的生石灰投放措施有关。生石灰的主要成分是氧化钙，生石灰稀释液是现阶段我国水产养殖中应用最广泛的池塘水质pH 调节液，通过向池塘中定期注入生石灰水，能够使池水的pH 值得到有效调节和控制，同时还能够提高水的硬度及水中浮游植物的光合作用速率，这对改善虾沟水质具有重要的作用。在第一个测量期结束后，1、2、3、4、5、6 号田块均向虾沟中投放了适量生石灰，而7、8、9 号田未采取措施。其中6号田虽投放了生石灰，但是因为虾沟中浮萍泛滥，长期没有活水注入，投放生石灰后仍不能提高其pH值，反而出现了一定程度的下降。7、8、9 号田pH 值的下降则主要是由于虾沟内大型水草的生长增加了水中二氧化碳的含量而导致水体pH下降。

由此可见，一般情况下生石灰虽能显著改善虾沟水质pH值，但是若水体富营养化严重或水草生长未得到抑制，生石灰则不能起到有效作用。