摘要：设置了精养蟹、常规养蟹和不养蟹３种种养模式，并在稻田四周开挖环沟，研究不同种养模式和环沟对稻田水环境部分因子的影响。结果表明，前期稻田水质环境适宜河蟹生存，水体昼夜溶解氧均在２．０ ｍｇ／Ｌ以上；稻田环沟上下层温差最高达７．６ ℃，环沟的存在有效地防止了高温对河蟹的危害。在稻蟹生长的中后期，养蟹稻田的溶解氧显著低于不养蟹稻田，但基本不影响河蟹的生长。整个稻蟹生长的中后期，精养蟹稻田的硝酸盐、磷酸盐含量显著高于不养蟹稻田。在养蟹稻田中，尤其是精养蟹稻田，河蟹的存在为水稻提供不间断施肥，对水稻具有明显的增产作用。
关键词：稻田养蟹；温度；溶解氧；硝酸盐；磷酸盐；不间断施肥
中图分类号：Ｓ１８１文献标识码：Ａ文章编号：0439－８114（２０11）17－3514-05
Study on the Changes of Water Environmental Factors in Rice-crab Culture System
ＷＡＮＧ Ａｎｇ１，ＷＡＮＧ Ｗｕ１，ＭＡ Ｘｕ－ｚｈｏｕ１，ＷＡＮＧ Ｑｉｎｇ１，ＹＵ Ｙｏｎｇ－ｑｉｎｇ２，ＣＨＥＮ Ｗｅｉ－ｘｉｎ２
（１． Ｃｏｌｌｅｇｅ ｏｆ Ｆｉｓｈｅｒｉｅｓ ａｎｄ Ｌｉｆｅ Ｓｃｉｅｎｃｅ， Ｓｈａｎｇｈａｉ Ｏｃｅａｎ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ， Ｓｈａｎｇｈａｉ ２０１３０６， Ｃｈｉｎａ；
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Ａｂｓｔｒａｃｔ： Ｔｈｅ ｃｈａｎｇｅｓ ｏｆ ｗａｔｅｒ ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌ ｆａｃｔｏｒｓ ｉｎ ｒｉｃｅ－ｃｒａｂ ｃｕｌｔｕｒｅ ｓｙｓｔｅｍ ｗｅｒｅ ｓｔｕｄｉｅｄ． Ｔｈｒｅｅ ｔｒｅａｔｍｅｎｔｓ （Ａ， ｒｉｃｅ－ｃｒａｂ ｃｕｌｔｕｒｅ， ｉｎ ｗｈｉｃｈ ｃｒａｂ ｗａｓ ｆｅｄ ｏｎ ｈｉｇｈ－ｐｒｏｔｅｉｎ（ＣＰ＝３０％） ｆｏｒｍｕｌａ ｆｅｅｄ ａｎｄ ｌｉｖｉｎｇ ｆｏｏｄ； Ｂ， ｒｉｃｅ－ｃｒａｂ ｃｕｌｔｕｒｅ， ｉｎ ｗｈｉｃｈ ｃｒａｂ ｗａｓ ｏｎｌｙ ｆｅｄ ｏｎ ｌｏｗ－ｐｒｏｔｅｉｎ （ＣＰ＝２０％） ｆｏｒｍｕｌａ ｆｅｅｄ； Ｃ， ｒｉｃｅ ｗｉｔｈｏｕｔ ｃｒａｂ） ｗｅｒｅ ｓｅｔ． Ｔｈｅｒｅ ｗｅｒｅ ｔｈｒｅｅ ｐａｒａｌｌｅｌ ｇｒｏｕｐｓ ｉｎ ｅａｃｈ ｔｒｅａｔｍｅｎｔ． Ａ ｒｉｎｇ ｄｉｔｃｈ ｗａｓ ｄｕｇ ａｒｏｕｎｄ ｔｈｅ ｐａｄｄｙ ｉｎｓｉｄｅ， ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｕｐｐｅｒ ｗｉｄｔｈ ｏｆ ６０ｃｍ， ｌｏｗｅｒ ｗｉｄｔｈ ｏｆ ３０ｃｍ ａｎｄ ｄｅｐｔｈ ｏｆ ３３ｃｍ． Ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔｓ ｉｎｄｉｃａｔｅｄ ｔｈａｔ ｉｎ early ｓｔａｇｅ， ｔｈｅ ｗａｔｅｒ ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ ｗａｓ ｓｕｉｔａｂｌｅ ｆｏｒ ｔｈｅ ｃｒａｂ． ＤＯ ｗａｓ ｍｏｒｅ ｔｈａｎ ２．０ ｍｇ/Ｌ ａｌｌ ｄａｙ． Ｉｎ ａｄｄｉｔｉｏｎ， ｔｈｅ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅ ｂｅｔｗｅｅｎ ｕｐｐｅｒ ａｎｄ ｌｏｗｅｒ ｏｆ ｔｈｅ ｒｉｎｇ ｄｉｔｃｈｅｓ ｗａｓ ｕｐ ｔｏ ７．６ ℃． Ｓｏ， ｔｈｅ ｐｒｅｓｅｎｃｅ ｏｆ ｒｉｎｇ ｄｉｔｃｈ ｃｏｕｌｄ ｐｒｅｖｅｎｔ ｃｒａｂ ｆｒｏｍ ｈｉｇｈ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｄａｍａｇｅ． Ａｌｔｈｏｕｇｈ ＤＯ ｉｎ ｒｉｃｅ－ｃｒａｂ ｆｉｅｌｄ ｗａｓ ｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔｌｙ ｌｏｗｅｒ ｔｈａｎ ｔｈｅ ｐａｐｐｙ ｗｉｔｈｏｕｔ ｃｒａｂ ｉｎ ｍｉｄ－ｌａｔｅ ｓｔａｇｅ， ｂｕｔ ｉｔ ｗｏｕｌｄ ｎｏｔ ａｆｆｅｃｔ ｔｈｅ ｇｒｏｗｔｈ ｏｆ ｃｒａｂ． Ｉｎ ｔｈｅ ｗｈｏｌｅ ｍｉｄ－ｌａｔｅ ｇｒｏｗｔｈ ｐｅｒｉｏｄ， ｔｈｅ ｃｏｎｔｅｎｔ ｏｆ ｎｉｔｒａｔｅ ａｎｄ ｐｈｏｓｐｈａｔｅ ｉｎ ｔｒｅａｔｍｅｎｔ Ａ ｗａｓ ｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔｌｙ ｈｉｇｈｅｒ ｔｈａｎ ｔｈａｔ ｏｆ ｔｒｅａｔｍｅｎｔ Ｃ． Ｉｎ ｒｉｃｅ－ｃｒａｂ ｆｉｅｌｄ， ｔｈｅ ｅｘｉｓｔｅｎｃｅ ｏｆ ｃｒａｂ ｏｆｆｅｒｅｄ ａｎ ｕｎｉｎｔｅｒｒｕｐｔｉｂｌｅ ｆｅｒｔｉｌｉｚａｔｉｏｎ ｆｏｒ ｒｉｃｅ， ｗｈｉｃｈ ｏｂｖｉｏｕｓｌｙ ｐｌａｙｅｄ ａ ｐｏｓｉｔｉｖｅ ｒｏｌｅ ｔｏ ｒｉｃｅ ｙｉｅｌｄ ｉｎｃｒｅａｓｅ．
Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ： ｒｉｃｅ－ｃｒａｂ ｃｕｌｔｕｒｅ； ｗａｔｅｒ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ； ＤＯ； ｎｉｔｒａｔｅ； ｐｈｏｓｐｈａｔｅ； ｕｎｉｎｔｅｒｒｕｐｔｉｂｌｅ ｆｅｒｔｉｌｉｚａｔｉｏｎ
稻田生态养蟹是利用稻蟹共生，使能量和物质向有利于水稻、河蟹生长的方向流动，使稻蟹共生生态系统内的物质和能量完成良性循环，从而实现合理利用资源的功能体系。稻田养蟹技术充分发挥了水田的种植、养殖和生态功能，开辟了水稻、水产可持续发展的新途径。水稻可以给河蟹提供一个利于生存的环境；由于河蟹的存在，需要投喂饵料，河蟹摄食饵料产生的粪便为水稻提供了肥料，促进水稻生长。目前，这种稻蟹共生模式在我国北方地区蓬勃发展。关于稻田养蟹的技术研究有许多报道，但是对稻田水环境的基础研究较少［１］。本试验研究了不同投喂模式条件下的养蟹稻田和普通稻田环境中与水稻、河蟹密切相关的部分因子，同时对养蟹稻田环沟的作用进行阐述，旨在为确定不同稻田种养模式的实用性提供科学依据。
１材料与方法
１．１试验地点
试验地点选择在辽宁省盘锦市盘山县坝墙子镇姜家村，年平均气温８．４ ℃，无霜期１７４ ｄ，年降雨量６１２ ｍｍ。全年种植一季水稻，土壤为褐土［２］，中等肥力［３］。
１．２试验材料
试验水稻品种为辽星１号，试验蟹种为中华绒螯蟹，由辽宁省盘锦市盘山县河蟹技术研究所提供。
１．３试验设计
试验按照种养模式设置３个处理，处理Ａ：精养蟹，投喂高蛋白配合饲料（粗蛋白含量３０％），辅以活饵料；处理Ｂ：常规养蟹，投喂低蛋白配合饲料（粗蛋白含量２０％）；处理Ｃ：不养蟹，作为对照。各处理均设３次重复。
在同一块田中，设置９个正方形单元格（图１），土壤肥力相当，单元格面积均为５０ ｍ２（包括环沟，不包括田埂）。在离田埂０．６ ｍ的周边开挖环沟，环沟开口０．５～０．６ ｍ，底宽０．３ ｍ，深０．３ ｍ，进、排水口对角设置，同时加高四周的田埂，埂高０．５～０．６ ｍ，顶宽０．５ ｍ以上，做到坚固、夯实、平坦（图２）。水田部分种植水稻采用大垄双行栽培模式，宽行４０ ｃｍ，窄行２０ ｃｍ，穴距１６ ｃｍ，约１９９ ８００穴／ｈｍ２，施有机肥９００ ｋｇ／ｈｍ２作为基肥，不施追肥。河蟹放养规格为（２０．０±２．０） ｇ／只，放养密度为６ ０００只／ｈｍ２。水稻生长期间，不使用农药除草、除虫，其他田间管理措施与常规大田相同。
１．４采样与分析方法
溶解氧和水温采用美国ＹＳＩ ５５０Ａ便携式溶解氧测定仪直接测定。硝酸盐、磷酸盐的测定，用自制稻田采水器将田面水取至采样瓶中，带回实验室，采用美国哈希ＤＲ ８９０比色计进行测定。
１．５统计分析
试验数据采用Ｅｘｃｅｌ和ＳＰＳＳ １１．５进行统计和方差分析。
２结果与分析
２．１溶解氧和温度的昼夜变化规律
溶解氧和温度是河蟹养殖过程中最基本、最主要的物理因素。在河蟹放养前期，选取水稻分蘖初期的一个无风的晴天，对稻田水体做一次昼夜变化规律的调查。
２．１．１溶解氧的昼夜变化规律在稻蟹种养模式中，水体的溶解氧是制约河蟹生长的关键因素之一。一方面，河蟹正常的生长和代谢需要溶解氧，另一方面，养殖过程中产生的粪便分解也需要消耗氧气，如果氧气缺乏，则容易形成一些中间产物，如氨、亚硝酸盐和硫化氢等，这些有害物质均会对河蟹的生长和脱壳产生直接危害。
试验结果表明，在稻田里，溶解氧的变化主要受光照强度和水中浮游植物光合作用强度的影响。由图３可知，各处理的溶解氧在４∶００时最低（２．３６～２．８４ ｍｇ／Ｌ），之后逐渐升高，１２∶００～１６∶００时各处理的溶解氧达到高峰（７．１８～９．０６ ｍｇ／Ｌ）。晴天时甚至达到饱和而产生“氧盈”，然后产氧量开始减少，至太阳落山，光合作用终止，由于夜晚有机质分解及生物呼吸，溶解氧逐渐降低，至次日黎明降到最低点。这与一些学者［４－７］得出的结论相符。
比较３个处理可知，不养蟹稻田的溶解氧含量较高，且呈平稳变化趋势，这说明河蟹的存在消耗氧气；此外，没有河蟹的活动，水中产氧和耗氧物质稳定。比较精养蟹和常规养蟹稻田，可以看出常规养蟹稻田的溶解氧一直高于精养蟹稻田，这是由于精养蟹稻田投喂的饵料粗蛋白含量较高，分解河蟹摄食高蛋白含量饵料产生的粪便较分解河蟹摄食低蛋白含量饵料所产生的粪便需要消耗较多的氧气。另外，１８∶００～２２∶００时，养蟹稻田的溶解氧下降幅度较大，这是由于这时河蟹处于摄食和活动的高峰期。
２．１．２温度的昼夜变化规律水温也是影响河蟹生长和活动的重要因素之一。由图４可知，在水稻分蘖初期，气温较高，一天最高气温在１４∶００左右，超过３１ ℃，昼夜温差为９ ℃左右。精养蟹处理、常规养蟹处理和不养蟹处理之间温度差异较小，可见河蟹的存在对稻田水温无显著影响。
２．２环沟对水温的调节作用
河蟹是变温动物，不同温度引起河蟹体内的消化酶产生较大差异，水温也是影响河蟹生长速度和饲料系数最关键的因素之一。高温能抑制鱼类和其他水生生物的生长和繁殖，甚至迫使其死亡［８］。河蟹生长的适宜温度为１５～３０ ℃，最适温度为２０～２６ ℃，河蟹对高温的适应能力较差，在３０ ℃以上的水域中生活，为躲避高温，其穴居的比例大幅度提高；特别是幼蟹在３０ ℃以上的水域中生活，易产生性早熟［９］。为了降低高温对河蟹生长的影响，本模式采用在稻田四周开挖环沟的方式，以方便河蟹躲避高温。
环沟对稻田养蟹模式的作用主要表现在前期，环沟的存在可以让河蟹躲避高温，给河蟹提供适宜生长的环境。为此，本试验分别在６月、７月、８月、９月这４个月中，每月挑选一个晴天，测定精养蟹稻田环沟上、下层水温昼夜变化情况。
通过测定精养蟹稻田环沟不同水层温度，结果表明，６月１２日１４∶００左右环沟上层最高水温达到３２．６ ℃，而此时沟底的水温只有２５．０ ℃，相差７．６ ℃。环沟下层水温最高仅２５．６ ℃，完全适宜河蟹的生长（图５），由此可见，环沟的存在可以较好地缓解白天高温对河蟹产生的不利影响，河蟹可以在中午和下午选择伏在沟底。７月下旬以后，白天的气温比较适宜，昼夜温差较小，此时环沟的作用不明显（图６、图７、图８）。
２．３整个稻蟹生长周期稻田水质环境及硝酸盐、磷酸盐含量
２．３．１水稻不同生长阶段通过观察试验期间水稻移栽后的生长情况，大致归纳出水稻不同生长阶段所对应的日期。本田期在６月３～８日，返青期在６月９～１２日，分蘖期在６月１３日至７月５日，拔节孕穗期在７月６日至８月９日，扬花期在８月１０～１７日，灌浆期在８月１８日至１０月５日。
２．３．２水质环境在整个生长阶段，水温随着气温的降低而降低。由表１可知，３个处理间水温无显著差异，与稻鸭共作能够降低稻田表层水体的温度不相一致［１０］，与养鱼稻田可以提高水温的观点相左［１１］。对比３种种养模式，不养蟹稻田、常规养蟹稻田和精养蟹稻田的溶解氧依次递减。可见，由于河蟹的存在和产生的粪便分解，增加了稻田水体溶解氧的消耗。但国内的一些学者［８，１２－１４］在研究稻田生态种养对溶解氧的影响时，一致认为养殖种类可以给稻田增氧。分析其原因可能是：①养殖种类的差异，和鱼类不同，河蟹的活动主要在底层，因此不能搅动水体，进而给水体增氧；②稻田设施的不同，如环沟的尺寸。本试验研究的稻蟹种养模式是建立在水稻不减产的基础上，因此环沟比较窄，减少了受光面积，浮游植物的光合作用减弱，降低对水中溶解氧的供应。
６月２５日，水稻处于分蘖期，养蟹稻田与不养蟹稻田的溶解氧差异显著；７月１０日至９月１０日，养蟹稻田的溶解氧一直处于较低的水平，而不养蟹稻田的溶解氧呈现先降低后升高的趋势。养蟹稻田与不养蟹稻田间溶解氧存在显著差异，精养蟹与常规养蟹稻田之间差异不显著（９月１０日的除外）。其原因为，７月、８月份，水稻处于拔节初期，分蘖已经完成，稻叶大面积覆盖稻田，田面水体受光面积减少；此外，这时正是全年降雨量较多的月份，光照时间减少，强度减弱，导致水中植物光合作用能力减弱，稻田水体溶解氧下降，而养蟹稻田由于河蟹的存在，加速了这一过程。进入９月份，雨季结束，光照时间增多，不养蟹稻田水体的溶解氧出现了回升，而养蟹稻田因河蟹活动耗氧，加上粪便的不断增多，增加了溶解氧的消耗量，因此溶解氧含量并未出现明显的回升趋势。
２．３．３硝酸盐和磷酸盐水体中硝酸盐、磷酸盐的含量可以直接或间接地反映水田的供肥能力。由表１可知，精养蟹稻田的硝酸盐含量高于常规养蟹稻田和不养蟹稻田；拔节期后常规养蟹稻田的硝酸盐含量也高于不养蟹稻田。综观整个生长期，硝酸盐含量呈先下降后升高的趋势。在水稻分蘖和拔节期下降最快，扬花期以后又慢慢回升。精养蟹稻田的下降趋势最小，回升趋势最大。与硝酸盐相比，磷酸盐的变化更复杂一些，从整体来看，精养蟹稻田的磷酸盐含量最高，常规养蟹稻田次之，不养蟹稻田的最低。从水稻的分蘖期到拔节期，３个处理的水体磷酸盐含量均在缓慢上升，其上升幅度精养蟹稻田最大，不养蟹稻田最小。至扬花和灌浆前期，磷酸盐含量迅速下降至较低水平，灌浆后期又出现缓慢的上升趋势。比较３个处理的差异性，拔节前期和灌浆前期，养蟹稻田磷酸盐含量显著高于不养蟹稻田，养蟹稻田之间无显著差异；拔节后期至扬花期，３个处理之间均存在显著差异；灌浆后期精养蟹稻田显著高于常规养蟹稻田和不养蟹稻田，后两者间差异不显著。
从以上结果推断，其水体硝酸盐、磷酸盐含量变化与施肥、河蟹粪便的分解、水稻吸收、土壤吸附等因素有着密切的联系，是这些因素共同作用的结果。前期施有机肥可使水体硝酸盐、磷酸盐处于一个较高水平，而后期Ｎ、Ｐ的释放是一个缓慢的过程，和粪便相同，都是在微生物的作用下，逐渐转化为硝酸盐、磷酸盐，这个过程无时无刻不在进行。当然，这种转化的过程与温度和溶解氧有着密切的关系。温度高，溶解氧高，转化效率高，转化为硝酸盐、磷酸盐的程度大，反之，转化效率和程度低。根据水稻不同生长时期Ｎ、Ｐ的需求，分蘖期对氮素的吸收最高，其次为幼穗发育期，但品种间有差异；幼穗发育期对Ｐ的吸收最高，分蘖期次之，结实成熟期仍吸收相当数量的磷。从硝酸盐的变化趋势可以看出，前期浓度较高，同时分解速率也较高，但是因为分蘖期和拔节期水稻对Ｎ的需求量较大，所以硝酸盐含量呈现较快的下降趋势；后期，养蟹稻田Ｎ的投入量日趋增大，但是温度降低，含Ｎ有机物的分解速率降低；同时，水稻对Ｎ的需求量减少，硝酸盐浓度出现缓慢回升。不养蟹稻田的硝酸盐含量也出现了回升，是因为施入有机氮肥的矿化分解为硝酸盐。同样，磷酸盐含量前期处于快速上升阶段，这一方面是施肥的原因；另一方面，较高的温度也提高了有机磷转化为磷酸盐的速率，分蘖和拔节期，水稻对Ｐ的需求较少，促成了这一结果；扬花和灌浆前期，磷酸盐浓度下降较快，主要因为水稻的需求量增大，同时温度降低，转化速率变慢，无法补充磷酸盐的消耗；灌浆后期，磷酸盐浓度缓慢回升，因为磷酸盐的产生速率高于水稻的消耗速率所致。
另外，由于精养蟹模式的饵料以高蛋白配合饲料为主，另外辅助动物性饵料，因此水中硝酸盐、磷酸盐含量一直保持同期较高水平。可见，稻田养蟹投喂高蛋白配合饲料和活饵料，可以有效地增加稻田水体中的Ｎ、Ｐ含量。结合水稻生长阶段的营养需求不难得出，稻田精养蟹模式对水稻的增产作用最大。
３讨论
１）养蟹稻田生态环境。环沟的存在为河蟹提供一个适温环境；同时，从环沟的尺寸可以看出，一方面，上宽６０ ｃｍ节省了空间，减少了水稻栽种面积的占用，为水稻增产提供了前提条件；另一方面，深度３０ ｃｍ的环沟对于前期调节水温起到了足够的作用。这样的环沟无论是开挖还是填埋都很方便，可以减少成本的投入，而且有利于农业机械作业。
水体溶解氧含量低，影响水生动物的生长。据报道［１５］，草鱼在溶氧２．７３ ｍｇ／Ｌ中较在５．５６ ｍｇ／Ｌ中，生产率低９．８８倍，饲料系数高４.00倍。在缺氧的条件下，水生生物代谢产生的氨，不能及时转化为硝酸盐被植物利用，会对水产动物造成毒害作用，还会产生一些特殊的有毒物质硫化氢、甲烷等［１６］。在本试验过程中，养蟹稻田尤其是投喂优质饵料稻田的水中溶解氧含量虽然较不养蟹稻田低，在河蟹生长中期，溶解氧水平达最低，但仍然在河蟹安全生长水平以上［１７］。稻田水较浅，水量较少，水中溶解氧的补充较快，白昼水中溶解氧含量垂直分布均匀，是夜晚的２倍以上，可以将有机物充分矿化，进而完全氧化；而且由于河蟹的呼吸机制与鱼类不同，其不仅可以呼吸水中的溶解氧，而且在陆上也可以进行呼吸作用［１８］。因此，养蟹稻田水体溶解氧的含量虽然较不养蟹稻田低，但由于稻田不同于池塘的环境特点，而且河蟹会趋利避害，削弱环境对其的不良影响，因此，稻田生态环境不会制约河蟹的生长。
２）不间断施肥（Ｕｎｉｎｔｅｒｒｕｐｔｉｂｌｅ ｆｅｒｔｉｌｉｚａｔｉｏｎ，
ＵＰＦ）。在稻渔共作生态系统中，随着水产动物的生长，其代谢产物——氨和排泄产物——粪便，进入水体中，氨可以直接被水稻吸收利用，粪便通过微生物的分解代谢，部分转化为有效氮、磷被水稻利用，起到施肥的作用。在稻蟹整个生长阶段中，这种分解代谢过程是持续的，从未间断，因此称为不间断施肥。稻田施追肥的原则是少量多次。但在水稻生产中，仅靠人工无法做到。河蟹的存在让稻田不间断施肥成为了可能，其来源为河蟹的粪便。河蟹粪便可以视为随着河蟹的活动，相对均匀分布在稻田，转化为硝酸盐、磷酸盐，一部分直接被水稻利用中；另一部分由水体运送至整个稻田，这个过程与流入施肥法［１９，２０］或者淌灌施肥［２１］法类似。艾天成、李方敏等［１９－２１］试验表明，流入施肥法或淌灌施肥法对水稻有一定的增产效果。因此，稻田养蟹对于水稻的增产具有一定的作用。然而，河蟹的粪便相比于化肥，其肥效滞后，因此，某一特定稻田环境，河蟹粪便对硝酸盐、磷酸盐的转化速率也有待于进一步研究。
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