论文部分内容阅读
本研究以稻蟹共作—池塘养殖复合生态系统为研究对象,将稻蟹综合种养和鱼类水产养殖相结合,利用水稻的净化能力将鱼类养殖过程中不能利用的营养物质吸收利用,而经过稻田吸收净化后的水又流回养殖鱼塘。通过研究该复合生态系统中水质理化指标变化、各水产品生长、微生物群落动态分布、各营养要素的变化规律,以揭示系统中氮、磷等营养物质动态迁移特征与水质综合调控技术,探究稻蟹共作—池塘养殖复合生态系统中的物质循环转化利用效率、能量流动效率以及经济的生态效益,最后达到优化系统,提升系统节水、减排提效的目的。本研究主要结果与结论如下:1.稻蟹共作—池塘养殖复合生态系统水质综合调控技术。将稻蟹共作系统和池塘养殖系统耦合,水稻对水体养分强大的吸收作用可以维持池塘水质稳定,可提高河蟹规格及肥满度、水稻产量和鱼类成活率等等,来自稻蟹共作田的高PO43--P和的循环水输入池塘系统,可以保持池塘水体藻类生长更新,提高水体DO,降低水体有毒有害物质如NO2–-N、NH3-N和悬浮絮状物(由老化藻类、残饵粪便、鱼体分泌物组成)稻蟹共作田对池塘尾水中的NO2–-N、NH4+-N和悬浮物净化效果良好,其中对NO2–-N去除率可达到30.26%~71.84%,对悬浮物去除率可达到32.84%~46.44%,对NH4+-N的去除率最高可达110.68%;实验点位于盐碱地区,稻田系统面积大、水浅等特点会造成土壤中的盐离子析出进而导致稻蟹共作田田面和环沟内水体盐度上升,而池塘养殖系统可以显著降低水体总碱度,故而在盐碱地地区发展渔共生—池塘养殖复合生态系统是有助于改善土壤盐碱性的。2.稻蟹共作—池塘养殖复合生态系统养殖池塘水对水稻生长影响。对水稻生长动态研究表明,稻蟹共作—池塘养殖复合生态系统下,鱼塘水的灌溉有助于水稻分蘖,能明显增加水稻分蘖数,所以在水稻分蘖期可以适当加大鱼塘水的灌溉量和频率。灌溉池塘水的实验组比灌溉黄河水的对照组水稻杆基部外径和穗基部外径更粗,杆长和株高偏小,即灌溉鱼塘水会使水稻植株更短但更粗壮,鱼塘水灌溉水稻有助于水稻抗倒伏。实验组稻谷千粒重小且含水率高,可以推测出灌溉鱼塘水会推迟水稻的生长期,导致水稻晚熟一段时间,为了产量最大化,我们应该适当延迟水稻收割时间。但实验组每穴稻谷干重和亩平均产量均高于处理组,说明鱼塘水灌溉可以明显提高水稻产量。水稻灰色关联分析法显示是否灌溉鱼塘水对于水稻根茎秆构成因素和产量构成因素影响较小,根茎秆构成因子分析:实验组和对照组的与关联度最大的指标均为杆长、株高和穗长,产量构成因子分析:实验组与对照组的关联度最大指标均为穗粒数和成穗率。按离进水口远近对实验组的每口稻田分为进水区域、中间区域和出水区域,对其进行灰色关联分析发现,根茎秆构成因子:进水区域的水稻最相关的指标为秆基部外径和穗基部外径,中间区域的水稻最相关的指标为穗基部外径和秆长,出水区域的水稻最相关的指标为根长和穗长;产量构成因子:进水区域为有效穗数,中间区域为有效穗数,出水区域为地上生物量干重。3.稻蟹共作—池塘养殖复合生态系统微生物群落结构变化规律。水体、土壤环境微生物:在门水平上,放线菌、变形菌和巴氏杆菌在整个系统的进水口采集的水样中占主导地位,放线菌和变形菌在所有水体样本中占主导地位,绿弯菌门,放线菌,变形菌门和厚壁菌门在稻蟹共作系统的土壤里占主导地位。比较了样本组之间的细菌群落,OTU水平的相似性分析结果表明,蟹品种之间(R=0.054,P=0.002)和雌雄蟹之间(R=0.026,P=0.04)存在显著性差异,但在养殖池塘和稻田之间(P=0.39)并不存在显著性差异,即使品系和性别均不相同,养殖池塘和稻田之间的差异也不显著(P>0.05),即本研究中,稻蟹共作和池塘养殖两种模式对河蟹的肠道细菌群落结构没有明显影响。河蟹肠道微生物:在门水平上,厚壁菌门约占肠道所有分析序列的78%,变形菌门、拟杆菌门、放线菌门、蓝细菌门和巴氏杆菌门分别占序列的1%以上。Spearman相关分析结果表明,优势门厚壁菌门与河蟹的体宽和体重呈负相关,OTU2976与蟹的体长、宽度和体重以及蟹甲的湿重呈负相关,而来自环境样本(黄河水)的OTU与OTU2976的相似性为97.2%,说明河蟹肠道微生物中的高丰度OTU2976可能来自环境。这可能是宁夏地区河蟹规格偏小的原因之一,本研究表明环境中的微生物对河蟹肠道影响较大,往水体中投加益生菌改善水体群落微生物结构可能会改善河蟹肠道菌群,进而促进河蟹生长。4.稻蟹共作—池塘养殖复合生态系统经济效益分析。2020年总计养殖产出鱼为302622kg,平均产量为15650kg/hm~2显著高于池塘单塘口和循环水槽养殖等模式,鱼塘平均利润也较高,约为76200元/hm~2;稻谷总产量388368kg,河蟹总产量8733kg。稻蟹共作田平均产值可达37290元/hm~2,利润为24934元/hm~2;而单独种稻田平均产值仅29565元/hm~2,利润为16821元/hm~2。该复合模式下,稻蟹共作模式比单独种稻田利润高8113元/hm~2。2021年由于厂区施工,和当地政策,一直施工到六月份,鱼塘系统养殖密度低,总计养殖产出鱼为123230kg,稻谷总产量312723kg,河蟹总产量7174kg。施工过程中使得大量扣蟹死亡,所以21年的河蟹放养密度高,但是总产量反而显著下降。由于2021年鱼价明显较高,鱼塘平均利润高于2020年约为128000元/hm~2,但稻蟹共作田平均产值为33455元/hm~2,低于2020年。5.稻蟹共作—池塘养殖复合生态系统能值分析。稻蟹共作—池塘养殖复合生态系统在购买能值(70%~80%)方面较高,施肥、人工与日常管理的开销显著高于其它生产模式,本复合生态系统的环境负载率(0.24~0.4)与可持续发展指数(1.64~3.23)都比单独的稻鱼共生模式(环境负载率为2.44,可持续发展指数为0.92)好,而且因为单独的稻鱼共生模式中在购买能值方面投入和产出都比较少,所以远低于本复合生态系统(62.66~96.44)的能值投资率(2.09)。稻蟹共作—池塘养殖复合生态系统具有生产活力强、发展潜力大、能值利用率较高、处于较低的环境负载率等优点。6.稻蟹共作—池塘养殖复合生态系统氮磷营养收支研究。2020年和2021年两年复合生态系统的总氮的输入量为53413.5kg,总磷的输入量为12448.29kg;总氮的输出量为20687.45kg,总磷的输出量为2936.07kg。在系统氮、磷的输入中,日常投喂的饲料是主要来源,占总体的59.45%和56.69%;氮肥是氮输入的次要来源,占总输入的20.33%;复合肥是磷输入的次要来源,占总输入的19.07%。该复合系统对氮的利用率为33.36%,对磷的利用率为17.65%;复合系统中水产养殖系统对氮的利用率为22%,对磷的利用率为21.29%;水稻种植系统对氮的利用率为54.19%,对磷的利用率为11.95%。本复合生态系统中稻蟹共作系统对氮的利用率(45%~73.59%)显著高于单一的稻渔共作模式下的氮的利用率(27.42%~40.05%),池塘养殖系统对磷的利用率(21%~21.3%)显著高于单一的池塘养殖模式下的磷的利用率(9.78%~13.81%)。