池塘虾-稻共作系统中氮素利用效率及循环机制研究

Nitrogen is an essential element for the growth of animals and plants, and one of the main pollutants account for non-point source pollution of aquaculture. The rice-shrimp co-culture combines the ecological function of rice system and the aquaculture system in order to remediate the nutrients pollution and increase economical benefits. Therefore，it is critical to investigate the nitrogen recycling mechanism and efficiency in the co-culture system for the optimization and development of this eco-friendly aquaculture model. The primary aims of this study were to investigate the nitrogen dynamic changes and balance in the rice-shrimp-pond system, including (1) the nitrogen turnover and transformation in various media (soil, sediment, water body, animal and plant) of rice-shrimp-pond system; (2) The effects of pond sediment properties, shrimp-rice varieties and rice cultivation season on nitrogen uptake capacity of rice and nitrogen use efficiency in the system; (3) the total nitrogen budgets and losses within the rice-shrimp co-culture pond. Based on the studies above, the nitrogen cycle mechanism in the rice-shrimp-pond system will be explored, and the key controllable factors to improve the nitrogen efficiency and ecological function of the shrimp-rice-pond system will be revealed.

氮素是动植物生长的主要生源要素和限制因子之一，也是养殖面源污染的主要污染因子，池塘渔稻共作模式将稻作系统和养殖系统生态耦合以求化害为利，因而研究氮素在共作系统中的循环利用机制和效率对于优化和发展这一生态模式至关重要。本项目通过研究河口池塘虾-稻共作模式下氮素在系统中的动态变化和收支平衡，探讨共作系统的氮循环机制，揭示影响系统氮素利用率和种养殖环节耦合度的关键可控因子，探明提高虾-稻共作系统运行效率的切入点。主要研究内容包括：（1）氮素在池塘虾-稻共作系统各介质（土壤、沉积物、水体和动植物）中的存量形式和动态变化；（2）池塘沉积物性质、对虾-水稻品种配置以及稻作季节对系统中水稻氮吸收能力和系统氮素利用效率的影响；（3）氮素在池塘虾-稻共作系统内的循环通量和收支。

我国沿海河口及三角洲地区咸淡水交汇，水土丰沃，是我国农业种植和渔业养殖的重要经济区，同时也是重要的生态功能区，对海岸带生态环境影响巨大。然而，河口地区主要的鱼虾养殖模式——土池养殖，资源利用率低，池塘老化率高，造成的面源污染严重，同时面临水质调控难，渔病频发，养殖成功率逐年降低等问题，难以维持产业的可持续发展。本项目针对传统对虾养殖存在的问题和缺陷，尝试构建高效的虾-稻共作养殖模式，利用水稻和对虾的共生互利特点和对环境需求的互补性来实现共作，使无机氮等养分在系统内循环利用，减少养殖污染，提高养殖效率。本项目以提高虾-稻共作系统运行效率为切入点，研究影响系统氮素利用率和种养殖环节耦合度的关键可控因子，通过对虾、稻品种和种养环节的优化配置，完成在不同养殖盐度、不同稻作季节以及不同运行模式下虾-稻共作系统构建，厘清共作过程中系统各组分氮素存量和动态变化，解析影响共作系统氮素利用效率及其生态功能的重要因素和关键环节。研究结果表明海水稻-对虾半咸水塘田共作模式相较于低盐条件下的常规水稻-对虾共作模式具有更高的营养盐利用效率和更稳定的养殖水环境；海水稻稻田湿地在对虾池塘养殖过程中，不仅在水稻生长期具有较高的水质净化能力，无机氮去除率在60%以上；在非生长季节稻田湿地也有助于维持池塘良好水质，有效控制氨氮和亚硝酸盐氮在养殖水体中的积累(无机氮下降率达35%以上)，有利于维持对虾健康生长；海水稻稻田作为异位塘田共作系统中养殖尾水祛氮除磷净化单元具有较好的处理效果。通过本项目形成的池塘虾-稻共作养殖模式理论和实用性技术成果，将为虾-稻塘田共作这一生态养殖模式在半咸水养殖区的推广应用提供实践基础，为提高南方河口和沿海地区土地和资源利用率、解决传统池塘养殖带来的面源污染问题提供新途径。