中华鳖(Pelodiscussinensis)是我国重要的淡水养殖品种,由于其味道鲜美、营养丰富且具有一定的药用功效,近年来市场需求和生产规模急剧增加;中华鳖养殖产业快速发展的同时也带来诸多问题,如由于养殖规模的扩大、养殖密度的增加,生产中投饵量不断增大,这其中至少有10%-20%的饵料直接溶于养殖水体,被中华鳖摄食部分也只有20%-25%被鳖体利用;而约有投饵量75%-80%的饵料混入养殖系统中,造成严重的养殖环境污染,严重制约中华鳖养殖产业的可持续健康发展。稻渔共作养殖模式是将水稻种植和水产动物养殖置于同一时空位置,同时可产出高品质稻谷和水产动物。稻渔共作养殖模式可高效利用农业资源(土地、水、人力等),减少环境污染,同时为人们提供绿色高质量的饮食产品(水稻和畜牧养殖产品),是未来农业中绿色有机可持续发展模式的重要组成部分。本研究中,我们通过研究养殖对象产量质量变化、养殖系统环境参数变化、养殖对象与养殖系统间物质流动变化、养殖系统微生物多样性变化四个方面进行了详细的研究,以期初步阐明鳖稻综合种养模式运作机制并为完善和推广该养殖模式提供基础依据。具体结果如下:1.鳖稻综合种养模式对养殖对象生产性能的影响研究。通过统计学方法对各个试验处理组中华鳖和水稻生长性状研究发现:鳖稻共作组水稻产量显著高于水稻单作组(RM)和水稻单作施肥组(RMF)(P<0.05);鳖稻共作组中华鳖产量显著高于鳖单作组(TM)(P<0.05)。在整个养殖期间的不同取样时间点,鳖稻共作组中华鳖的甲长、甲宽及体重均高于鳖单作组。鳖稻共作组TR6(中华鳖养殖密度6只/m2)的饵料系数(FCR)显著低于其余鳖稻共作组和鳖单作组(P<0.05);TR6、TR8、TR10三组的特定生长率(SGR)、养殖期增重(WG)、死亡率(DR)、饲料氮储积效率(NRE)、饲料磷储积效率(PRE)均显著优于TR12组和TM组(P<0.05)。鳖稻共作组中华鳖粗脂肪含量显著高于TM组(P<0.05);TR6、TR8、TR10三组中华鳖粗灰分含量显著低于TM组(P<0.05)。TR6、TR8、TRI0三组中华鳖肠道蛋白酶和淀粉酶活性显著高于TR12组和TM组。杂草生物量统计结果显示鳖稻共作组杂草生物量显著低于RM组和RMF组(P<0.05)。以上结果说明鳖稻共作组较鳖单作组能够显著提升养殖对象的生产性能,推测是中华鳖与水稻之间积极的相互作用有益于双方生长代谢。本章结果为深入阐明鳖稻综合种养模式养殖对象间互作机制提供理论依据。2.鳖稻综合种养模式对养殖水环境的影响研究利用水质指标测定方法对各个试验组进行水质分析,结果显示:对于氨氮(NH4+-N)、亚硝态氮(NO2-N)、硝态氮(N03-N)、化学需氧量(COD)、总氮(TN)和总磷(TP)TR12组和TM组要高于其余鳖稻共作组(TR6、TR8和TR10)和水稻单作组(RM和RMF);其中TR6组的以上水质指标在养殖期大部分时间均处在鳖稻共作各组最低位置;同TM组相比,TR6组的90天养殖期平均 NH4+-N、NO2-N、NO3-N、TN、TP 和 COD 值分别降低了 43.79%、54.23%、50.61%、28.17%、41.23%、19.18%。TR6、TR8 和 TR10 组的溶解氧(DO)浓度值相近且均高于TR12和TM组;TR6组的90天养殖期平均DO值相比较TM组的增加了 9.1%。以上结果表明,鳖稻共作组能显著控制水环境富营养化,保证养殖水处在一个较好水质状态。3.鳖稻综合种养模式对土壤理化性质的影响研究结果显示在不使用任何化肥、复合肥的前提下,鳖稻共作养殖组(TR6、TR8、TRIO和TR12)和鳖单作组(TM)在养殖期间,其土壤中有机质、速效磷、速效钾、铵态氮、硝态氮含量均不断升高,其中TR12和TM组的以上土壤指标数据在养殖期大部分时间均高于其余三个共作组。鳖稻共作组和鳖单作组土壤有机质含量在养殖试验结束后有较大提高;在成熟期,TR12组的土壤有机质含量显著高于 TR6、TR8、TR10 和 TM 组(P<0.05),而 TR6、TR8、TR10 组的土壤有机质含量显著高于TM组(P<0.05)。水稻单作组和水稻单作施肥组土壤各项理化指标在养殖成熟期均低于鳖稻共作组和鳖单作组。各组土壤pH在整个养殖期内逐渐增大,最终仍处在弱酸性范围(6.54-6.86)。本部分结果体现了鳖稻共作组土壤土质变化,为深入明晰鳖稻共作组土壤对种植对象生长发育作用机制提供理论依据。4.鳖稻综合种养模式对土壤酶活性的影响研究研究结果表明鳖稻综合种养模式土壤酶活性均高于水稻单作组和水稻单作施肥组,并且鳖稻共作组土壤酶活性随着中华鳖养殖密度的增加而逐渐上升,并在成熟期趋于稳定。其中TR12组和TM组的土壤脲酶、蛋白酶、过氧化氢酶和磷酸酶的酶活性在养殖期的大部分时间段都要高于TRIO、TR8和TR6三组。结合前述结果推测是由于鳖稻综合种养模式可以促进水稻根系的生长发育,增强水稻根系代谢能力,增加根系分泌物而导致的。本部分试验详细分析了不同试验组土壤酶活性变化特点,为深入解析鳖稻综合种养模式土壤土质变化提供理论依据。5.鳖稻综合种养模式各组份营养元素代谢流动的变化研究试验分析了养殖系统不同组份(土壤、中华鳖、稻谷和稻谷)营养元素含量变化,同时分析了氮(N)、磷(P)和钾(K)在土壤、水稻(稻谷和稻谷)、中华鳖体内的分布特点以及对N、P和K利用率的差异变化。本章结果显示:鳖稻共作组相比鳖单作组可以显著提高中华鳖对饲料中微量元素的转化吸收能力(P<0.05),增加其对各种微量元素的积累。鳖稻共作组水稻秸秆、稻谷中微量元素含量显著高于水稻单作组和水稻单作施肥组(P<0.05)。在养殖试验期结束时,鳖稻共作组土壤、中华鳖体内、水稻稻谷和稻谷中绝大多数总氮、总磷和总钾的含量要显著高于水稻单作组(RM和RMF)和鳖单作组(TM)(P<0.05)。N、P和K主要分布于养殖土壤中,其余分布在水稻(稻谷和稻谷)和中华鳖体内,其中在鳖稻共作组养殖对象体内分布的N、P和K的含量要高于水稻单作组和鳖单作组。相比较水稻单作组和中华鳖单作组,鳖稻共作组N、P和K的利用率(NUE、PUE和KUE)有显著提高(P<0.05),并且随着中华鳖养殖密度的增加而略微下降;其中TR6组的N、P和K利用率最高,相比相同中华鳖养殖密度的TM组,NUE、PUE和KUE分别提高了 31.86、15.26和2.24个百分点。本部分试验结果表明在鳖稻综合种养模式的养殖条件下,各个养殖组份具有更强的吸收营养元素的能力。本章结果在营养元素代谢流动层面为进一步解析共作养殖系统的运作机理提供理论依据。6.鳖稻综合种养模式对养殖土壤、中华鳖肠道和粪便细菌菌群多样性差异的作用研究本部分试验利用高通量测序技术对不同处理组植物根系土壤微生物、中华鳖肠道和粪便微生物16S rRNA基因V3-V4保守区进行测序分析,从而获得以上各组份微生物群落多样性特点。由试验结果发现,不同处理组之间土壤、中华鳖肠道和粪便微生物群落多样性不同,水稻单作组(BB)和鳖稻共作组(DB)中占据优势地位的菌属主要是酸杆菌_Gp1属(Acidobacteria_Gp1)、酸杆菌_Gp3属(Acidobacteria_Gp3)、厌氧粘细菌属(Anaeromyxobacter)和芽单胞菌属(Gemmatimonas)等;中华鳖单作组(CB)优势菌属分别是酸杆菌_Gp1属(Acidobacteria_Gp1)、酸杆菌_Gp3 属(Acidobacteria_Gp3)、厌氧粘细菌属(Anaeromyxobacter)和酸杆菌_Gp2 属(Acidobacteria_Gp2)等。利用 STAMP差异分析法获得CB和DB组显著差异菌属主要为厌氧粘细菌属(Anaeromyxobacter)、酸杆菌_Gp3 属(Gp3)、硝化螺旋菌属(Nitrospira)、地杆菌属(Geobacter)、芽单胞菌属(Gemmatimonas)等;在鳖单作粪便组(GB)和鳖稻共作粪便组(HB)显著差异菌属则主要是纤线杆菌属(Ktedonobacter)。进一步分析不同组间富集功能通路变化情况,DB组中富集程度显著高于CB组的功能通路主要集中在氨基酸代谢(Amino Acid Metabolism)、脂代谢(Lipid Metabolism)、共生产物代谢(Xenobiotics Biodegradation and Metabolism)、其它氨基酸代谢(MetabolismofOtherAminoAcids)等。综合以上结果表明DB组拥有更多涉及营养元素循环和环境修复功能的优势菌属,同时显著差异功能通路也主要涉及常规营养物质及微量营养物质的代谢功能。本部分试验初步明晰了鳖稻共作组相比鳖单作组在根系土壤、中华鳖肠道和粪便微生物多样性层面的优势,为全面阐明鳖稻综合种养模式运作机制提供理论依据。