池塘原位种植水稻对尾水生态修复的试验研究

朱华兴，罗开练，艾红霞，郑尔锋

（1.中山市坦洲镇农业服务中心，广东 中山 528467；2.农业农村部华南现代农业智能装备重点实验室，广东 广州 510630；3.广东弘科农业机械研究开发有限公司，广东 广州 510630）

0 引言

珠三角九市淡水池塘养殖面积约258.8 万亩（1 亩=0.066 7 hm2），占广东省池塘养殖总面积的67.4%，开展渔稻综合种养生态养殖模式是《珠三角百万亩养殖池塘升级改造绿色发展三年行动方案》的重点任务，在珠三角开展鱼塘原位种植水稻试点，寻找养殖池塘尾水治理的新思路、新办法。

鱼塘种稻是指利用水产养殖的池塘种植水稻的种养结合模式。水产动物在养殖过程中，人为投入的饲料和药品，最终以粪便、残饵的形式残留在池塘水体中，经溶解后以氮、磷等多种形态存在于水体中，引起水体的富营养化。水稻生长通过根系吸收水体中的氮、磷等水体富营养元素，并以此作为自身生长营养元素，从而对鱼塘水体进行修复。

目前，利用浮板种植植物的水体修复研究工作比较多，主要集中在长江口周边水域[1]，河流[2]，湖泊[3]，景观水体[4]，人工模拟的富营养化水体中开展植物筛选[5]、浮床组合与制备[6-7]等，以及对养殖废水[8]、生活污水[9]等的研究，珠三角地区较少。利用水稻修复水体研究中，洪瑜等[10]对比研究了美人蕉、千屈菜、黄菖蒲、空心菜、水稻5 种浮床种植的植物对稻田退水中氮、磷的去除效果，王晓东等[11]在斑点叉尾鮰池塘水面成功种植水稻。

1 试验目的

通过对优质水产养殖品种与水稻品种的筛选，开展池塘原位种植水稻修复尾水关键技术研究，分析水稻对水产养殖尾水净化修复的效果。

2 材料与方法

2.1 试验材料

种植材料：南晶香粘水稻504 000 株、黑色EVA浮板（3 000 mm×1 500 mm×15 mm）1 500 块，种植杯126 000 个，绳索、PVC 管等。

养殖材料：泥鳅池塘3 口，泥鳅放养均重约0.25 g/ 尾，每池放养2 000 万尾；暗纹东方鲀池塘3口，暗纹东方鲀约200 g/尾，放养密度3 000 尾/亩；养鱼饲料和药品等。

2.2 试验方法

本试验分别在广顺水产养殖场（试验1）和海惠水产养殖有限公司（试验2）选择泥鳅池塘和暗纹东方鲀池塘设置平行试验组，每组3 口池塘，分别采集水稻生长对各组水体中悬浮物、总氮、总磷和化学需氧量等污染物数据，研究水体治理修复效果。

2.2.1 试验塘

试验1：在中山市坦洲镇广顺水产养殖场的2 口泥鳅池塘（各17.5 亩）用浮板种植水稻（各种植2.5亩），每杯/穴种植3～5 株，每亩种植12 600 穴，供试水稻品种为南晶香粘，种养周期4 个月。不种植水稻的泥鳅池塘（15 亩）为对照。

试验2：在中山市海惠水产养殖有限公司2 口12 亩和16 亩的池塘分别养殖暗纹东方鲀，用浮板种植水稻分别种植2 亩和3 亩，每杯/穴种植3～5 株，每亩种植12 600 穴，供试水稻品种为南晶香粘，种养周期4 个月。不种植水稻的暗纹东方鲀池塘（12亩）为对照。试验塘基本信息如表1 所示。

表1 试验塘基本信息

2.2.2 试验浮板的构建

每张浮板面积为4.5 m2，开孔84 个（穴），穴内放置种植杯。浮床框架由 PVC 管和绳索制作而成，两浮板长边相拼接，中间放1 条PVC 管并经尼龙包装绳扎绑；绳索沿着浮板短边拉平拉直拉紧，以浮板不变形为准，并与PVC 管堵头拴紧，以防脱绳，在绳索两端通过镀锌管作为固定浮床框架的锚。浮板拼装如图1 所示。

图1 浮板拼装图

生态浮床种稻对富营养化水体的修复受水稻生长阶段、供试验水体中氮磷浓度、浮床覆盖率、浮床基质等因素的影响[12]。根据广东省某地的试验数据，鱼塘种稻覆盖率以鱼塘水面的30%～50%为宜，晚造因气温较高，以30%为宜。本次浮床总面积约占池塘面积的15%（为上述某试验覆盖率的一半），即广顺两口池塘覆盖率为14.28%。海惠养殖场两口池塘覆盖率为16.67%。实践证明，本地鱼塘种稻覆盖率，还要根据鱼塘投喂量、释放到水中的量以及水稻品种、吸收量等研究确定；浮板安装位置还应根据池塘长宽、水流方向、风向、投喂点、进排水口等因素设置，浮板在池塘的安装位置如图2 所示。

图2 浮板在池塘的安装位置

2.2.3 日常管理及病虫害防治

本次试验期间，保持水产养殖日常操作，为了保证池塘水质一致，对照塘尾水按试验塘的做法排水。试验期间，6 口鱼塘均未对外排放尾水；未对水稻施用化肥、农药；选用试验塘的底泥作为栽培基质，基质量与水面相平。

本次试验发现，泥鳅和暗纹东方鲀都成活率高，没有出现死亡现象。泥鳅池塘的水稻根系一直保持茂盛，9 月20 日发现暗纹东方鲀塘的水稻底部均无根，原因是被鱼类啃食，由此推测暗纹东方鲀作为杂食性鱼类不适宜作为鱼塘种稻的养殖品种。王晓东等[11]报道，对于养殖锂、草鱼等杂食性鱼类的池塘，底部要设置隔离网，防止鱼类啃食根部。

2.3 水质采集与检测

委托第三方专业资质机构赴现场采样并进行试验水质检测工作。

水质检测频率：每月1 次，采集时间为2022 年9 月9 日和2022 年10 月12 日，每次水样取自鱼塘排水口，为瞬时采样。

检测指标：pH、化学需氧量、总磷、总氮、悬浮物、铜、锌。

检测方法和方法检出限如表2 所示。

表2 检测方法及方法检出限

2.4 数据统计方法

采用EXCEL 进行数据处理和统计分析，平均值采用2 次检测值的算术平均，去除率计算公式如下式所示。

式中：

R——去除率，%；

S——供试池塘两次水体检测的污染物平均浓度，mg/L；

S0——对照组水体中的各污染物平均浓度，mg/L。

3 成本核算

通过对两组试验的成本统计，发现鱼塘种植水稻的总成本较高，各组成本如下。

试验1：养殖成本包括泥鳅苗种7.6 万元，肥料0.5 万元，药物0.6 万元，人工0.85 万元，水电费1.05 万元，水稻的投入约0.29 万元，浮板（含种植杯）、鱼塘种稻涉及的人工、器械、技术服务费等成本资金为9.36 万元，项目总投资20.25 万元。

试验2：养殖成本包括暗纹东方鲀苗种72 万元、药物0.25 万元、人工0.18 万元、水电费0.18 万元、水稻的投入约0.29 万元，浮板（含种植杯）、鱼塘种稻涉及的人工、器械、技术服务费等投入为9.36 万元，项目共投资82.26 万元。

分析发现，两组供试验鱼塘在水产养殖环节单位投入和产出与CK 塘相差不大，供试验鱼塘增加了水稻种植环境的费用，如按一次性投入计，增加水稻种植的费用为1.93 万元/亩；考虑到生产实际，浮板使用寿命可达5 年，水稻种植成本约为0.25 万元/亩。胡景涛[13]报道鱼塘种稻每亩水稻产量为500 kg,净收益为2 470 元。本次试验结果尚未能验证该经济效益。

4 结果及分析

4.1 水质检测结果

水质检测结果如表3 所示。

表3 水质检测结果

检测结果表明：COD 和总氮2 个污染物指标出现超出SC/T 9101—2007《淡水池塘养殖水排放要求》的二级标准；对照组的悬浮物接近或超出SC/T 9101—2007《淡水池塘养殖水排放要求》的二级标准，试验组均未超标；总磷均符合SC/T 9101—2007《淡水池塘养殖水排放要求》的二级标准，去除率相对较低；铜和锌去除率不明显。

4.2 结果分析

4.2.1 水稻对池水中pH值的影响

与对照组比较，水稻的生长可稍微降低池水中pH 值，池塘水中的pH 值保持在7.7～8.3 之间，符合SC/T 9101—2007 的二级标准。一般情况下，鱼类生长要求水质偏碱，但水稻最适宜生长的环境pH 值是6～7，两者之间存在矛盾。水稻生长过程中，水稻根系及其附着微生物的呼吸作用下产生CO2，使水体pH 值下降。周亚科等[14]报道，水稻与土壤pH 存在交互效应，低于5.0 或高于7.0 会显著影响水稻的单株产量。

4.2.2 水稻生长对池中化学需氧量的净化效果

试验期间，池塘水中的化学需氧量保持在较高水平，海惠养殖场的3 口池塘中COD 的2 次检测全部超标，广顺养殖场试验塘第1 次检测超标，第2 次降低且未超标，共同点是对照组均超限值2 倍以上，水稻生长对水中COD 去除率在35.00%～60.00%之间。海惠养殖场试验塘水稻前期长势良好，后期水稻根系被暗纹东方鲀啃食，化学需氧量反弹，去除率由60%降为35%。泥鳅池塘的COD 随着水稻长势，COD 值下降，去除率比较稳定，保持在42.20%～44.95%，平均值43.58%。因此，水稻生长对COD 去除效果显著，结果证明，水稻根系茂盛与否与COD 去除效果有必然的关系。

4.2.3 水稻生长对池中总磷和总氮的吸附作用

试验结果表明，池塘水中的总磷未超过SC/T 9101—2007 的二级标准，试验塘的总磷去除率达到25.37%～50.49%。试验池塘水中的总磷含量比对照组的浓度低，由此推测水稻生长所需吸收的磷与水产养殖投入品释放的磷达到一个相对平衡的状态，或者是水稻吸收水中的总磷存在一个临界值。这与孙志萍[12]的报道去除率的变化可能与水体氮磷含量比及水稻生长阶段对养分的吸收能力有关的结论基本相符。池塘水中的总氮在暗纹东方鲀鱼池和2 个对照池中发现超过SC/T 9101—2007 的二级标准，试验塘的总氮去除率达到24.64%～57.26%。本次试验检测的总氮含量、总磷含量与李凤博等[15]在养殖池塘原位种植池塘专用水稻测出水稻收获时的结果基本一致。据报道，水稻在湖泊水体修复中，总氮和总磷含量分别降低61.9%、80.0%[12]，水稻在不同的水体修复中对总氮和总磷去除效果也显著。

4.2.4 水稻生长对鱼塘悬浮物的影响

检测结果表明，种植水稻的池水悬浮物都未超过SC/T 9101—2007 的二级标准，而2 个对照组的悬浮物值接近或超过限值，因此，水稻生长对池塘水中的悬浮物具有很好的吸附沉降效果。池塘中悬浮物主要来自池塘水中的鱼粪、饲料粉末等颗粒状物质，在增氧机和风的搅动下，随水流漂浮。在池塘设置了浮板和种植水稻后，池塘水体交换能力下降，悬浮物在低流速下沉降速度加快，另外，水稻生长产生的根系以及根系附着的微生物也对水中漂浮的悬浮物颗粒进行拦截、过滤和吞食，故种植水稻的池塘悬浮物浓度下降，池水透明度增加。

4.2.5 水稻生长对铜和锌的吸收效果

据有关报道，淡水养殖尾水中重金属含量低，可以用来灌溉多数的植物[16]。本试验得到一致结论，池塘水中铜和锌的含量低。试验塘和对照塘对铜吸附作用不显著，可能与池水中铜的含量低有关。锌是水稻生长所需要的养分，9 月9 日检测两口对照组的锌的值分别为0.071、0.004 9 mg/L，其他试验塘的含量低于0.002 1 mg/L；胡艳[17]报道，水稻缺锌一般在中、后期发生，主要症状为老叶发脆，稻丛矮化，根系生长停滞，成熟期延迟，使产量大幅度下降。10 月12日再次检测，各池的锌值全降低为0.002 1 mg/L，对照组的锌下降，表明锌也是鱼类生长所需要的养分。

5 结语

1）鱼塘原位种稻对池塘尾水生态修复起着显著的作用。种养结合的生态修复方法是解决养殖水体富营养化的有效举措[18-19]，水稻生长形成的根、茎、叶和稻穗等物质都是从水中吸收的有机废弃物转化而成的，池水中的有机废弃物被吸收使水体中有机物质浓度下降甚至达标。在池塘尾水治理中，如原位处理、一池一生态池或三池两坝模式，水稻作为浮岛植物或挺水植物种植是较好的选择；不足之处是水稻是季节性植物，生长周期短，冬季水产养殖尾水负荷高时，水稻却进入收割枯萎期。建议池塘尾水治理生态模式中采用水稻与多种植物搭配种植，使尾水系统中各季节均有植物茂盛生长，保证池塘尾水系统始终能持续发挥较好的处理效果。

2）试验期间，泥鳅和暗纹东方鲀生长表现良好，没有出现死亡现象，水稻生长对泥鳅和暗纹东方鲀生长和产量均无不利影响。泥鳅对水稻生长无不利影响，暗纹东方鲀存在啃食水稻根系的行为，不建议直接在该鱼池上种植浮板水稻。

本次试验水稻欠收，主要原因是水稻种植前期耽误农时，后期未施肥、未打药。建议鱼塘种稻应注意选择不啃食稻根的鱼种和抗病力好的水稻，不误农时的同时要加强有害生物防控。发展鱼塘种稻，不能单方面计较水稻种植的经济效益，可以通过减少渔药，利用废弃资源，节约用水，实现水产品节本增收以弥补水稻的损失。此外，通过修复鱼塘水体，水体变清，养殖尾水从源头得到综合资源化利用也具有显著生态效益。