克氏原螯虾养殖对稻田生态系统影响的初步研究

【摘要】：克氏原螯虾(Procambarus clarkii)是目前世界上养殖产量最高的淡水螯虾。中国是全球最大的克氏原螯虾养殖国家。当前克氏原螯虾稻田养殖即稻虾综合种养模式在我国发展迅速,总种养面积已逾1000万亩,但相关理论研究相对滞后,水稻种植和水产养殖叠加耦合后稻田生态系统的结构和功能状况变化目前尚处于未知状态。为了探究克氏原螯虾养殖对稻田生态系统的影响,以期进一步完善稻田综合种养模式的技术和理论体系,本研究以水稻单作稻田为对照,选择不同地区的稻虾综合种养开展调查研究,从水质、土质、浮游植物、浮游动物、土壤微生物及养殖水体初级生产力等方面考察了克氏原螯虾稻田养殖系统,主要研究结果如下:1.于2018年3月～6月对江汉平原四个调查站点的近200亩共24块稻虾综合种养(IRCC)和水稻单作(TRF)稻田的水理化因子进行了采样调查,每半个月调查1次,监测了IRCC和TRF水体的15项理化指标。结果显示:(1)克氏原螯虾养殖期,IRCC中的水温、pH、浊度、透明度、溶解氧含量、氧化还原电位和电导率变化范围分别为7.24～29.02℃、7.56～8.28、7.55～41.69 NTU、0.21～0.55 m、4.26～9.71 mg/L、151.62～247.82m V和294.44～433.43μS/cm;TRF中的水温、pH、浊度、溶解氧含量、氧化还原电位及水体电导率的变化范围分别为8.73～29.89℃、7.90～9.17、2.54～13.40 NTU、7.46～13.22mg/L、131.65～240.53 mV和189.95～293.60μS/cm;随养殖时间变化,IRCC和TRF的水温和浊度逐渐升高,透明度、氧化还原电位、电导率呈下降趋势,溶解氧含量先降低后升高。(2)IRCC中总氮、总磷、硝态氮和磷酸盐含量变化范围分别为1.64～3.36 mg/L、0.16～0.32 mg/L、0.08～0.27 mg/L和0.04～0.13 mg/L,TRF中总氮、总磷、硝态氮和磷酸盐含量分别为1.31～2.27 mg/L、0.07～0.20 mg/L、0.04～0.19 mg/L和0.02～0.05 mg/L;高锰酸盐指数和叶绿素a含量在IRCC分别为7.20～16.76 mg/L和4.89～37.78μg/L,在TRF分别为5.19～6.01 mg/L和1.03～15.87μg/L;两类水体氨态氮、亚硝酸盐及叶绿素a含量均随时间变化而逐渐增加。相较于水稻单作,稻虾综合种养提高了水体浊度、电导率、叶绿素a等含量,降低了水体水温、pH及溶解氧含量。克氏原螯虾的养殖增加了稻田水体营养盐含量,加剧了水体的营养负荷。2.调查了稻虾综合种养水体和水稻单作稻田水体的浮游生物种类组成、密度和生物量,并每月一次测定了两类水体的初级生产力。结果显示:(1)共鉴定出浮游植物7门146种,其中IRCC中7门141种,蓝藻15种,绿藻85种,硅藻23种,甲藻5种,裸藻7种,隐藻2种以及金藻4种,优势种多为蓝藻;TRF中7门103种,蓝藻11种,绿藻63种,硅藻17种,甲藻3种,裸藻6种,隐藻2种以及金藻1种,优势种多为绿藻;两者共有物种98种,物种组成相似度较高。IRCC的浮游植物细胞密度变化范围为3.79×106～1.73×10~8 cells/L,TRF为3.25×10~5～4.66×10~7 cells/L,叶绿素a含量为1.03～37.78μg/L;IRCC的细胞密度和藻类生物量显著高于TRF,且随时间变化,两者的细胞密度均呈上升趋势。两者浮游植物群落多样性指数(H’)均值分别为2.052和1.700,多样性评价等级均为III级,为较好水平。(2)共鉴定出大型浮游动物54种,其中IRCC中48种,枝角类28种、桡足类20种,优势物种多数为枝角类;TRF中39种,枝角类25种、桡足类14种,优势种多为桡足类。两者共有种类为33种,种类组成相似度较高。IRCC的种群密度和生物量均显著高于TRF,且随时间变化,两者均呈增加趋势。两者浮游动物群落多样性指数(H’)均值分别为1.181和1.132,多样性评价等级为II级,为一般水平。(3)IRCC的总生产量、净生产量及呼吸量均显著高于TRF,且两类水体的初级生产力随时间变化逐渐增加,两者初级生产力最大在6月,分别为15.49 mg O2/(L·d)和4.36 mg O2/(L·d),最小在3月,1.97 mg O2/(L·d)和0.49 mg O2/(L·d)。相对于水稻单作模式,进行克氏原螯虾养殖的稻虾综合种养模式增加稻田水体浮游生物的物种组成,使得藻类细胞和浮游动物种群密度及生物量显著高于水稻单作稻田,同时也显著提高了稻田浮游植物的初级生产力。3.在洪湖市和潜江市采集水稻单作(TRF)和种养年限为2年、4年、6年10年的稻虾综合种养(IRCC)田块中的土壤,测定了稻虾综合种养稻田的环沟(TRC)、耕作层(PRC)和水稻单作稻田(TRF)土壤的11项理化指标和微生物数量,并测试了土壤微生物群落的功能多样性。结果显示:(1)土壤的pH、电导率及含水率(%)在6.54～7.78、1.82～2.16ms/cm、0.30～0.55之间;总碳、总氮、硝态氮、氨态氮、亚硝态氮及速效磷等含量均表现出TRCPRCTRF,且总碳、总氮、总磷、有机碳、氨态氮和亚硝态氮等含量随种养年限的增加而升高,硝态氮和速效磷含量随种养年限的增加先升高后下降。(2)随种养年限的增加,土壤微生物生物量无较大差异,但微生物多样性指数逐渐减小;PRC中土壤微生物对碳源的利用能力高于TRC,在PRC中,2年TRF4年6年10年,TRC中,4年2年6年10年。克氏原螯虾养殖使稻田土壤积累了较多的碳氮磷等营养物质,增加了稻田土壤营养负荷。随年限增加,土壤养分综合指数逐渐升高,由中营养上升至高营养水平;土壤微生物对碳源的利用能力先上升后降低,多样性指数逐渐减小,碳代谢能力逐渐减弱。4.为考察残饵对稻田生态系统的可能影响,采用不同饲料开展了浸泡试验,测定其营养释放情况及其对水质的影响,结果显示:饲料浸泡96h后,水中硝酸盐、磷酸盐、氨态氮及亚硝酸盐等均上升到一个较高水平,对水质存在显著的负面影响,导致水体营养负荷增加,水体有恶化趋势。为了减轻残饵对水质的负面效应,在饲料浸泡试验结束后将索罗金小球藻(Chlorella sorokiniana)接种到各试验组中,培养8d后,发现蒸馏水和养殖原水两个处理组中硝酸盐的去除率分别为77%和83%,磷酸盐为62%和56%,铵态氮为92%和89%;小球藻OD680nm增加了0.446和0.654,生物量增加了2.126 g/L和3.115 g/L。结果表明,饲料浸泡的营养释放会使水体氮、磷等含量迅速升高,而小球藻对此引起的水体营养加富具有较好的吸收净化效果。本研究结果确认了克氏原螯虾的养殖对稻田生态系统的具体影响效应,在一定程度上增加了稻田水体营养盐含量,提升了稻田土壤肥力,但同时也加剧了水体和土壤的营养负荷;增加了稻田浮游生物的物种组成、种群密度及生物量,提高了稻田浮游植物的初级生产力,但同时也使得土壤中的微生物对不同碳源的利用能力、微生物群落多样性指数等发生较大变化。克氏原螯虾养殖对稻田生态系统的影响有利有弊,本研究结果可为客观认识和评价克氏原螯虾的稻田综合种养提供数据支撑。