镉污染稻田“虾稻轮作-稻鱼共生”安全利用模式试验总结

2023-05-16王冬武何志刚易继华黄向荣彭晓明李金龙

当代水产 2023年3期

■ 王冬武何志刚易继华黄向荣田兴何咏彭晓明李金龙

（1 湖南省水产科学研究所湖南长沙 410153； 2 国家虾蟹产业技术体系长沙综合试验站湖南长沙 410153；3 湘阴县水产工作站湖南湘阴 414699）

1 试验背景

当前，我国重金属污染耕地大约在2.0×107hm2，其中重金属镉（Cd）污染点位超标率为7.1%，主要污染区为中国南方水稻主产区，对粮食安全造成了一定的威胁。据研究报道，土壤镉含量为0.9mg/kg以下的中低镉污染稻田，采取“VIP+n”技术模式，可有效降低大米的镉积累，但相关技术措施因投入强度大且无额外经济产出，推广难度较大；湖南省水产科学研究所前期研究数据表明，镉污染稻田转型开展水产养殖，鱼虾等水产品质量符合食品安全标准，无镉污染风险隐患，但与国家保障粮食生产有一定矛盾。如何在中低镉污染稻田开展稻渔综合种养，“边生产边修复”，保障粮食与水产品稳定安全供给，我们做了“虾稻轮作-稻鱼共生”的试验探索，现总结如下：

2 试验材料与方法

2.1 试验设计与田块布置

试验田块位于湘阴县某公司基地，该公司现有流转稻田1,000余亩，为中低镉污染区，2022年开展小龙虾养殖，田间工程及水电路配套设施齐全。水源水以渠道水与自备水井取水为主，每丘设置1～2个水井，每日进水量约400m³。流转稻田土壤镉含量略超限值，为0.4～0.7mg/kg，井水镉含量为未检出，或远低于限量值；流转稻田生产大米镉含量超标，为0.2～0.6mg/kg之间。

在该公司稻田基地，随机选择某田块（40亩左右），抬高拓宽田埂分成3个实验单元，其中每个单元间的环沟用金属拦网阻隔（过水不过鱼），每个单元内分别种植三个实验水稻品种（农香39、青莲丝占与安优2号面积比为10∶3.5∶1.5，品种之间留1m间距，试验水稻品种由湖南省水稻研究所提供）；每个单元内分别养殖1个鲤鲫品种，合方鲫、乌鲤、瓯江彩鲤（鱼苗分别由湖南师范大学、湖南海博种业科技有限公司提供）。

实验田块布置如图1。实验田块周边为对照田块，种植水稻品种为黄花占，采取传统种植模式，未开沟、未养殖、未进行生石灰处理。

图1 实验田块布置

2.2 技术管理措施

2.2.1 田间工程改造

2021年底水稻收割后，利用开挖边沟的泥土加高加固田面上两道田埂，田埂高出田面0.4m、宽0.5m，将3个实验单元物理隔开。6月底收获小龙虾后，再进行池埂整理，设置好防逃设施。

2.2.2 小龙虾养殖

小龙虾养殖采取育养分离、轮捕轮放模式。2022年1～2月田面和环沟移植伊乐藻，施一定量的基肥，促进水草生长。随着水温升高，缓慢加水抬高田间水位。3月19日、4月10日、5月5日从育苗区分批转移虾苗投放至实验田养殖，投苗量分别为15kg/亩、10kg/亩、10kg/亩，投苗规格分别为4.5g/尾、5.5g/尾、8.5g/尾左右；从4月10日至6月10日期间投放4.0cm地笼分批起捕30g规格小龙虾上市销售；6月15日前完成小龙虾养殖周期，降水整田。

2.2.3 水稻种植

采用育秧盘育秧、抛秧移栽方式进行。每个水稻品种间留1m间距，浅沟分隔；插秧前整田，每亩施生石灰75kg。6月下旬完成插秧工作，秧苗栽插采用大垄宽、窄行方式，每隔10m留0.5m行沟，便于鱼类进田活动觅食；后期根据需要补施分糵肥、抽穗肥；水稻病虫害统防统治与追肥推荐使用无人机或安装诱虫灯；10月初，稻谷成熟度达到80%～90%用收割机收割，机收时尽量留低桩。

2.2.4 鱼类养殖

选用合方鲫、乌鲤、鸥江彩鲤等当年培育的夏花鱼苗，规格在2～5g，7月10日每亩放养密度400～500尾；总计放养鲤鲫鱼苗18,000尾。鱼苗先放养至围沟里，待秧苗稳根返青后加水让其自由进入稻田中；鱼类养殖周期120d左右，日投喂量为鲤、鲫鱼总重量的2%～3%，具体投喂量每半个月调整1次；水稻收割后，视长成规格，适时起捕。水稻种植期间一直保持田面高水位，仅在收割前3～5d降水晒田。

2.2.5 采样时间与指标

2022年6月～10月，每月采样1次。实验田小龙虾养殖结束时，采集小龙虾成虾样品；稻田降水整田，采集耕作层土壤样品、水源水样、稻田水体水样；实验田放养鱼苗采样；实验田水稻收割时，采集稻谷、秸秆，耕作层土壤、水体；养殖结束时采集商品鱼样品。所有样品送往农业农村部渔业产品质量监督检验测试中心（长沙）检测重金属指标。

3 试验结果与分析

3.1 小龙虾、鱼与水稻收获情况

3.1.1 小龙虾收获情况

实验田小龙虾亩产量为153kg，捕捞规格为30g/尾，销售均价为30元/kg，亩产值4,575元，亩成本1,641元（小龙虾苗种、饲料、水电、调水动保药品、工人工资），亩纯利润2,948元。

表1 试验田小龙虾产出情况（40亩）

3.1.2 水稻收获情况

实验田水稻的亩产量（湿谷）分别为农香39品种459kg/亩、青莲丝占503kg/亩、安优2号555kg/亩；实验田稻谷销售价为3.2元/kg，亩产值为1,616元。亩成本920元（田租、种子、农药、机耕、育秧、机插、机收），亩利润696元。见表2。

表2 试验田水稻收获情况（40亩）

3.1.3 鱼类收获情况

11月初，鱼沟排水捕鱼。试验田收获合方鲫鱼种312kg、乌鲤390kg、瓯江彩鲤364kg，折合亩产量合方鲫24kg/亩，乌鲤30kg/亩，瓯江彩鲤28kg/亩。平均规格：合欢鲫112g、乌鲤160g、瓯江彩鲤140g。

3.2 试验田块土壤与水体镉含量变化情况

3.2.1 土壤镉含量检测结果

对稻田土壤采样分析结果显示，各田块镉含量较为均匀，略高于限量值，见表3。《NY/T 5361-2016 无公害农产品淡水养殖产地环境条件》标准规定土壤Cd限量值为0.5mg/kg。

表3 2022年实验田块土壤中镉（Cd）含量单位：mg/kg

3.2.2 种养殖用水镉含量检测结果

根据实验期间多次对稻田养殖水样、外部沟渠水源样、地下水源样采样结果显示，各水样中镉含量为未检出，或远低于限量值，见表4。《NY/T 5361-2016 无公害农产品淡水养殖产地环境条件》标准规定水体中Cd限量值为0.005mg/L。

表4 2022年实验田水样镉（Cd）含量单位：mg/L

3.3 稻渔种养产品镉含量与安全性评价

3.3.1 水稻镉含量检测结果

对各试验田块水稻整株采样结果显示，各实验田块的3个水稻品种糙米镉含量均未超标（低于0.2mg/kg限量值），对照田水稻糙米镉含量超标（0.537mg/kg）；另外，试验田3个水稻品种的茎、叶、谷壳镉含量均未超标，对照田水稻茎、叶、谷壳镉含量均超标，详见表5。《GB/T 2762-2017食品安全国家标准食品中污染物限量》标准规定谷物类（以糙米计）中Cd限量值为0.2mg/kg，谷物（稻谷除外）中Cd限量值为0.1mg/kg。

表5 2022年试验田糙米、茎、叶、谷壳Cd含量单位：mg/kg

3.3.2 鱼类镉含量检测结果

根据实验结束后对稻田养殖鱼类各组织采样检测结果显示，合方鲫、乌鲤、瓯江彩鲤的肌肉和鱼皮中均未检测出镉含量，肝脏和肠道组织中的镉含量均未超标（低于0.1mg/kg限量值），详见表6。《GB/T 2762-2017食品安全国家标准食品中污染物限量》标准规定食品鱼类中Cd限量值为0.1mg/kg。

表6 2022年实验稻田水产品各组织中Cd含量单位：mg/kg

4 结论与讨论

4.1 实施效果

本试验集成组装全周期“虾-稻-鱼”生态种养模式，以渔促稻、以稻育鱼；通过泼洒生石灰提升土壤pH值、加高水位以钝化镉离子，并为水产养殖营造适宜环境；通过水稻秸秆回收饲料化，有效移出土壤镉；通过建设鱼虾沟坑、宽窄行栽植、深水位管理等工程技术措施，实现“虾稻轮作+稻鱼共生”复合种养模式，提高田块复种指数，实现N、P周年循环利用、种养平衡、质量安全、效益提升。从实施结果来看，试验基地实施“虾稻轮作+稻鱼共生”复合种养技术模式后，与对照田稻谷镉含量超标相比，实验田水稻稻谷与鱼类水产品的镉含量均在安全限值以内，表明该复合种养模式降镉效果明显，达到安全利用镉污染稻田的目的。

中国生态环境公报从2019年起在土壤环境质量调查中连续三年提及“影响农用地土壤环境质量的主要污染物是重金属，其中镉为首要污染物”。针对耕地镉污染状况，国内许多学者专家都积极研究各种土壤治理修复手段，并取得一定成效。当前，稻田重金属污染修复技术重点围绕镉污染修复而展开，常见的有品种调整、原位钝化、优化施肥、叶面调控等多种技术手段，在镉污染治理试点采取土壤修复剂或钝化剂等措施能取得良好的修复效果，但经济成本大幅增加，修复稳定性及环境友好性尚待评估，特别是农民在种稻过程中应用此类修复手段的可操作性、积极性均较低，不能有效复制及大面积推广。

“虾稻轮作+稻鱼共生”复合种养技术模式，在种水稻前养殖一茬小龙虾，亩纯利润近3,000元，种植一季中晚稻的同时套养一茬禾花鲤（鲫），水稻亩产500kg，稻谷低镉安全，每亩多收了30kg禾花鱼。该模式基于“VIP+N”，将生石灰的使用纳入到小龙虾与禾花鲤的养殖环节，将强制要求使用转变成农民的自发行为，在确保稻田种粮、粮食稳产的大前提下，每亩增加纯收益3,000～4,000元，农民操作简单、积极性高，实现水稻复种、产品安全、增产增收的效果。