“稻-沼-魚”模式下沼液施量對草魚和水稻生長、產量、品質的影響

曲兆凱 田軍倉 沈暉 單寧 王凱亮

摘要：為探究寧夏引黃灌區“稻-沼-魚”模式中最佳沼液施量，以沼液低施量（B1）和沼液高施量（B2）為處理，以常規追施化肥為對照（CK），對草魚和水稻生長、產量、品質的影響進行試驗研究。結果表明，B1、CK草魚存活率均較B2高，B1、B2草魚的體質量、體長均顯著大于CK，體質量分別增加15.0%、16.9%，B1、B2草魚肌肉滴水損失顯著低于CK，分別減少17.4%、12.4%;B1、B2草魚肌肉粗蛋白含量顯著高于CK，分別增加15.7%、11.7%，但粗脂肪含量均顯著低于CK，分別減少24.3%、20.9%;B1、B2處理的草魚肌肉礦物元素P、Fe含量均顯著高于CK，B1草魚肌肉Ca含量顯著大于B2、CK;B1、B2處理的草魚肌肉氨基酸總量顯著高于CK，分別增加16.8%、12.4%;必需氨基酸指數分別增加11.7%、9.6%;B1、B2水稻水分生產效率顯著大于CK，分別增加10.5%、14.5%;B1、B2水稻整精米率顯著高于CK，分別增加5.2%、2.9%，B1堊白粒率顯著低于B2、CK。綜合考慮，B1草魚與水稻的生長、產量和品質較優，最佳沼液施量為較低水平處理B1，施沼液6次，總量為13 500 kg/hm2;總灌溉13次，灌溉定額為10 600 m3/hm2;水稻和草魚產量分別為8 763.3、2 298.3 kg/hm2，較CK分別增產11.2%、23.0%。該結論對稻魚提質增效和“稻-沼-魚”模式推廣以及現代化生態灌區建設具有指導作用。

關鍵詞：引黃灌區;稻-沼-魚模式;稻田草魚;沼液;現代化生態灌區;氨基酸

中圖分類號： S964.2? 文獻標志碼： A

文章編號：1002-1302（2021）21-0100-08

收稿日期：2021-06-10

基金項目：寧夏自治區重點研發計劃重大項目（編號：2018BBF02022）;寧夏高等學校一流學科建設項目（編號：NXYLXK2017A03、NXYLXK2021A03）。

作者簡介：曲兆凱（1995—），男，河南蘭考人，碩士研究生，從事節水灌溉理論與技術研究。E-mail：562042534@qq.com。

通信作者：田軍倉，博士，教授，博士生導師，從事節水灌溉理論與技術研究。E-mail：slxtjc@163.com。

草魚的養殖模式和生產方式因地而異，西北地區大多以投喂配合飼料進行大塘草魚養殖[1]，但隨著飼料的大量投喂，水體環境污染程度加重，魚肉品質與口感隨之下降，稻田養魚模式在此背景下應運而生[2]，研究表明，稻魚綜合種養是減少集約化池塘缺氧和增加稻米產量的有效途徑[3-5]。此外，由于水稻種植面積呈下降趨勢[6]，為了提高稻谷產量，人們加大了化肥和農藥的投入，進而導致稻田面源污染加劇，同時破壞了稻田魚類的生存環境，水稻的生長與品質也受到影響[7]。

沼液是禽畜糞便經厭氧發酵后的殘留物，富含氮（N）、磷（P）、鉀（K）、蛋白質、維生素、氨基酸等養分及多種微量元素和生長因子[8-9]。研究表明，沼液可以為水體浮游動植物提供營養，增加其數量，進而豐富濾食性魚類餌料，降低魚病發生率[10]。陳祖潔發現，沼液中蛋白質的含量達到了大豆餅中的水平，蛋氨酸含量同魚粉相近[11]。Madhumita等發現，施用沼液的魚塘沉積物中異養細菌數量較高，可在一定程度上豐富魚類的食源[12]。陳一良等也證明了沼液養殖鯽魚的可行性[13]。

目前關于沼液養魚的研究主要集中在技術和增產方面，日本、德國及我國江蘇、湖北等地已開展對“豬-沼-魚”生態模式探究[14-15]。Balasubramanian等用發酵原料為牛糞的沼液養魚，達到節省飼料和增產的效果[16]。胡大彬研究發現，沼液養魚產量和利潤較常規養魚增加10%以上[17]。左愛和在稻田施加沼液進行養魚，得出鯰魚產量較池塘養殖增長28%[18]。龍勝碧等通過在稻田設置不同沼液用量養殖鯉魚，發現施沼液處理鯉魚較常規對照增產近50%[19]。

沼液養魚的試驗近年來大多集中在大塘，在施加沼液稻田環境中養殖草魚的研究較少，另外，沼液對稻田草魚生長和品質的影響也未見報道。因此，本試驗圍繞寧夏引黃灌區“稻-沼-魚”模式對草魚生長與品質影響進行研究，可為引黃灌區稻田合理生態養殖草魚的推廣提供理論依據和技術支撐。

1 材料與方法

1.1 試驗設計與實施

試驗點位于寧夏回族自治區賀蘭縣于祥村現代化生態灌區示范基地，地處38°69′N、106°32′E，海拔為 1 105.3 m，年平均氣溫為8.5 ℃，年平均日照時數為2 800～3 000 h，年平均降水量為180 mm。

本試驗采用對比方法，設置“水稻+不同沼液施量+草魚”處理（模式），簡稱“稻-沼-魚”處理（模式），不同沼液施量設置低施量（B1）和高施量（B2）稻田及環溝為處理，以常規追施尿素稻田及環溝為對照（CK），每個處理和對照均設3次重復。本試驗旨在探討在稻田水層深度一定的條件下，“稻-沼-魚”模式中不同沼液施量對稻田草魚生長與品質的影響規律。沼液主要理化性質見表1。

試驗布置：每個處理和對照各設置1個小區和環溝，小區長為100 m，寬為50 m，面積為5 000 m2，環溝寬為3 m，水面面積為900 m2，共布置9個小區和環溝，總面積為53 100 m2，并在每個小區進、排水口設防逃網。

試驗實施：選用土壤肥力相當且均勻的稻田，稻田基肥施量相同：磷酸二銨（N、P2O5含量分別為18%、46%）300 kg/hm2，尿素（N≥46%）150 kg/hm2，硫酸鉀（K2O≥46%）75 kg/hm2。水稻品種為寧粳48，于2019年4月26日采用旱播種植，行、穴距均為 20 cm，每穴種子播量為25～30粒。每塊稻田均放養來源和規格一致的草魚，平均體質量為（520.4±10.3） g/尾。草魚于6月5日投放稻田，密度為 1 500尾/hm2，放養前用3%食用鹽水浸泡5～10 min 進行魚體消毒。6月15日至7月25日，每 8 d 隨灌水施1次沼液，沼液施用情況見表2。試驗期間稻田不投喂任何草魚飼料，草魚主要以稻田浮游和底棲動植物、雜草及環溝邊蘆草為食。灌溉水為黃河水，6月由于稻田秧苗較低，且溫度不高，稻田水深保持為15 cm，7—9月溫度較高，保證田間水深為25 cm。

1.2 水稻及草魚產量和樣品采集

2019年9月3日實測各小區草魚產量;每個處理與對照的化驗樣品各隨機選取9尾草魚，將采集的樣本草魚洗凈并吸干水分后，測量體質量、體長、體寬、體高;解剖魚體，取出內臟并稱質量;再分離肝臟并稱質量。10月1日，每個處理與對照水稻單打單收并實測產量。

1.3 樣品測定

1.3.1 生長與形體指標的測定

用直鋼尺測量草魚的體長、體寬以及體高，用電子天平稱量體質量。按下列公式計算草魚形體指標。

肝體比=mg/m×100%;（1）

臟體比=mz/m×100%;（2）

肥滿度=m/L3×100%。（3）

式中：mg表示魚肝臟質量，g;mz為魚內臟質量，g;m為魚體質量，g;L為草魚體長，cm。

1.3.2 pH值測定

依據GB 5009.237—2016《食品安全國家標準 食品pH值得測定》對樣品進行處理和檢測。

1.3.3 系水力測定

采集草魚側線上下方混合肌肉，測定滴水損失、冷凍滲出率、失水率，具體方法參考程輝輝等的方法[20]。

1.3.4 常規營養成分的測定

草魚肌肉水分、粗脂肪、粗蛋白、粗灰分含量的測定分別采用GB 5009.3—2016《食品安全國家標準 食品中水分的測定》中的直接干燥法、GB 5009.6—2016《食品中脂肪的測定》中的索氏提取法、GB 5009.5—2016《食品安全國家標準 食品中蛋白質的測定》中的凱式定氮法、GB 5009.4—2016《食品安全國家標準 食品中灰分的測定》中的馬弗爐550 ℃ 灼燒法。

1.3.5 礦物元素的測定

P、Fe、Ca含量測定分別依據GB 5009.87—2016《食品安全國家標準 食品中磷的測定》、GB 5009.90—2016《食品安全國家標準 食品中鐵的測定》、GB 5009.92—2016《食品安全國家標準 食品中鈣的測定》對樣品進行處理，使用721型分光光度計測定P的含量，用原子吸收分光譜儀測定Fe、Ca的含量。

1.3.6 氨基酸含量的測定

采集側線上下方混合肌肉，參照高效液相色譜法（GB 5009.124—2016《食品安全國家標準 食品中氨基酸的測定》），使用英國百康Biochrom 30+氨基酸分析儀測定氨基酸含量。

1.3.7 氨基酸營養價值評價

參考FAO/WHO氨基酸標準模式[21]與全雞蛋蛋白氨基酸模式進行營養評價[22]。氨基酸評分（AAS）、化學評分（CS）、必需氨基酸指數（EAAI）和F（支鏈氨基酸與芳香族氨基酸的摩爾比值）[23]的計算公式如下：

樣品氨基酸含量（mg/g）=樣品中某氨基酸含量（mg/g）樣品中粗蛋白含量（g/100 g）;（4）

AAS=樣品中氨基酸含量（mg/g）FA/WHO標準模式中同種氨基酸含量（mg/g）;（5）

CS=樣品中氨基酸含量（mg/g）全雞蛋蛋白質中同種氨基酸含量（mg/g）;（6）

F=（纈氨酸+亮氨酸+異亮氨酸）（mg/g）（苯丙氨酸+酪氨酸）（mg/g）;（7）

EAAI=100AAE×100BBE×…×100NNE1/n。（8）

式中：n為比較的必需氨基酸個數;A，B，…，N為草魚肌肉蛋白質中必需氨基酸含量;AE，BE，…，NE為全雞蛋蛋白質中必需氨基酸含量。

1.3.8 水稻品質

按照NY 147—88《米質測定方法》標準測定稻米品質;參照GB/T 5009.5—2016標準，采用凱氏定氮法測稻米中蛋白質含量;參照GB/T 15683—2008《大米 直鏈淀粉含量的測定》標準，采用分光光度計測稻米直鏈淀粉含量。

1.4 數據統計分析

采用Excel 2016、SPSS 26.0統計軟件進行單因素方差分析（One-way ANOVA），進行LSD多重比較檢驗組間差異，數據以“平均值±標準差”形式表示。

2 結果與分析

2.1 不同處理對草魚生長性能、形體指標及肌肉系水力的影響

由表3可知，B1、B2處理的草魚產量顯著大于CK，分別增加23.0%、9.6%，草魚存活率表現為 B1>CK>B2，且存在顯著差異。

由表4可知，B1、B2處理的草魚體質量、體長均顯著大于CK，其中體質量分別增加15.0%、16.9%，體長分別增加4.2%、7.5%;各處理體寬、體高和肥滿度均無顯著差異。B1、B2處理的草魚存活率較CK分別增加4.0%、-2.9%，此外，B1、B2處理的草魚肥滿度較CK分別增加0.7%、-6.3%;B1、B2處理的草魚肝體比較CK分別增加5.9%、7.2%，臟體比分別增加7.9%、14.9%。

由表5可知，B1、B2草魚肌肉pH值顯著大于CK，分別增加10.4%、17.9%。B1、B2處理的草魚肌肉滴水損失顯著低于CK，分別減少17.4%、12.4%;B1、B2較CK處理的草魚肌肉冷凍滲出率分別低10.0%、3.1%，失水率分別低3.6%、3.0%。

2.2 不同處理對草魚肌肉常規營養成分與部分礦物元素含量的影響

由表6可知，B1、B2處理的草魚肌肉的水分含量顯著高于CK，分別增加1.6%、1.4%;B1、B2處理的草魚肌肉粗蛋白含量顯著高于CK，分別增加15.7%、11.7%，但B1、B2處理的草魚肌肉粗脂肪含量均顯著低于CK， 分別減少24.3%、 20.9%，粗灰分含量無顯著性差異，B1、B2處理的草魚肌肉礦物元素P、Fe含量顯著高于CK，其中P含量分別增加20.2%、21.8%，Fe含量分別增加44.2%、47.6%。B1處理的草魚肌肉Ca含量顯著大于B2和CK，B1和B2處理的Ca含量分別比CK增加30.4%、7.7%。

2.3 不同處理對草魚肌肉氨基酸含量的影響

由表7可知，本試驗草魚肌肉中均測得17種氨基酸，包括7種人體必需氨基酸，2種半必需氨基酸和6種非必需氨基酸，其中，Glu含量最高，His次之，Val含量最低。B1處理的草魚肌肉氨基酸含量整體優于B2，但差異不顯著。B1與B2處理的草魚肌肉TAA、EAA、HEAA和FAA總量均顯著高于CK，其中TAA含量分別增加16.8%、12.4%，EAA含量分別增加18.9%、14.2%，FAA含量分別增加16.9%、13.6%。

B1、B2處理的草魚肌肉Glu、Ala、Val、Leu、His、Lys含量均顯著高于CK，其中Glu含量分別增加31.1%、27.2%，Lys含量分別增加56.0%、44.0%。根據FAO/WHO提出蛋白質中EAA/TAA在0.4左右、EAA/NEAA達到0.6以上屬優質蛋白質[24]，本試驗草魚EAA/NEAA均符合上述指標要求，其中B1、B2較CK分別增加3.3%、2.1%;但EAA/TAA均低于0.4。

2.4 不同處理對氨基酸營養價值評價結果的影響

由表8中AAS和CS可知，“稻-沼-魚”模式下施沼液處理草魚第一限制性氨基酸均為Val，第二限制性氨基酸均為Lys。此外，本試驗中草魚肌肉必需氨基酸總量均高于FAO/WHO模式，但低于全雞蛋蛋白質模式，其中B1、B2較CK分別增加3.3%、2.8%。B1、B2處理的草魚肌肉EAAI分別較CK高11.7%、9.6%，F值分別高10.1%、6.1%。

2.5 不同處理對水稻灌溉定額-需水量-產量-品質與水分利用效率影響

在2019年水稻生育期4月28日至10月1日，賀蘭縣氣象站所測蒸發量（E601） 為723.3 mm， 降雨量為127.8 mm。本試驗灌溉13次，其中6月稻田水層深度保持15 cm，7—9月保持25 cm。水稻需水量按下式水量平衡方程計算：

ETt=h1-h2+P+W-d。（9）

式中：ETt表示時段t內水稻的田間需水量，mm;h1和h2分別為初、末稻田水層深度;P表示有效降水量，mm;W表示水稻生育期內稻田的灌溉定額，mm，本試驗為1 060 mm;d表示稻田排水量，mm，本試驗為便于草魚捕撈和水稻乳熟期稻田自然晾干，于9月3日排水150 mm。

由公式（9）計算得出ETt為1 038 mm。由表9可知，B1和B2處理的水稻產量顯著大于CK，分別增加11.2%、14.7%;B1和B2處理水稻水分生產效率顯著大于CK，分別增加10.5%、14.5%。B1處理的稻米糙米率、精米率、膠稠度與食味值顯著大于CK，分別增加4.0%、3.7%、11.9%、4.7%，B1與B2處理在上述水稻品質指標方面差異均不顯著，表現為B1>B2>CK;B1和B2處理整精米率顯著大于CK，分別增加5.2%和2.9%;B1和B2處理稻米堊白粒率和堊白度顯著低于CK，堊白粒率分別降低16.2%和8.2%，堊白度分別降低36.6%和27.3%;直鏈淀粉含量表現為B2>CK>B1，蛋白質含量表現為B2>B1>CK，均無顯著差異。

3 討論

3.1 不同處理影響草魚產量、形體指標、系水力的機制

“稻-沼-魚”B1和B2處理的草魚形體指標、產量均優于CK常規施化肥對照，其中產量方面與龍勝碧等的研究結果[19]相似，表明稻田施加沼液可以提高草魚的商品價值。但未見稻魚模式下對草魚形體指標的研究。對于草魚存活率而言，B1>CK>B2，說明適量沼液（B1）能夠提高草魚存活率，但過量沼液（B2）會增加草魚死亡的風險。沼液可以為水中浮游生物提供營養，豐富濾食性魚類餌料[10]，因此稻田施加適量沼液能有效改善草魚的生存環境，但沼液施加過多可能會導致稻田水體富營養化[25-26]，破壞草魚生存環境，不利于其生長發育。

滴水損失、冷凍滲出率、失水率等3個指標與系水力呈負相關[27]，且系水力越高，魚肉品質越好[28]，其中滴水損失越大，草魚市場貨架期越短，從而導致其經濟價值降低[29]?！暗?沼-魚”處理B1和B2的草魚肌肉系水力高于CK，其中滴水損失顯著低于CK，表明稻田施加沼液有助于減少肌肉水分損失，提升魚肉品質和口感，但B1系水力較B2優，表明沼液施加過多會縮短草魚貨架期并降低其商品價值，不利于改善魚肉的鮮度和風味。

3.2 不同處理影響草魚肌肉營養成分和礦物元素的機制

“稻-沼-魚”B1和B2處理草魚水分與粗蛋白含量顯著高于CK，粗脂肪含量顯著低于CK，該結論未見研究報道，但與陳一良等在池塘施加沼液養殖鯽魚得出水分、粗蛋白含量增加，粗脂肪含量降低的結果[25]相似，但由于與其養殖環境、沼液施量及水源類型不同，相差程度有所不同。B1和B2處理的草魚脂肪含量低于CK的原因是稻田施沼液后，浮游與底棲動植物數量增加，草魚的覓食行為隨之增多，有效消耗了體內脂肪。B1草魚粗蛋白含量高于B2，表明過多沼液不利于草魚體肌肉營養物質的合成和積累，同時也降低了食用草魚的健康標準。

3.3 不同處理影響草魚肌肉氨基酸含量及營養評價的機制

“稻-沼-魚”B1和B2處理的草魚肌肉鮮味氨基酸含量（FAA）和必需氨基酸指數（EAAI）均表現為B1>B2>CK，說明“稻-沼-魚”處理有利于魚肉的鮮美程度提高以及氨基酸合理組成與積累，B1處理的草魚肌肉氨基酸含量整體優于B2，表明沼液施加過多不利于其氨基酸的合成以及魚肉風味的改善。經查未見“稻-沼-魚”模式對草魚氨基酸含量及營養評價的研究。

“稻-沼-魚”B1、B2處理草魚第一限制性氨基酸均為Val，該結論未見研究報道，但與況文明等在池塘環境下養殖草魚的研究結果[30]相似。本研究第二限制性氨基酸均為Lys，但與況文明得出的Ile研究結果[30]有差異，由于況文明取自草魚背部肌肉，而本試驗取側線上下部分混合，且研究表明，草魚背肌和腹肌的限制性氨基酸不相同[31]，因此該差異可能與取樣部位不同有關。

3.4 不同處理影響水分生產效率的機制

本研究“稻-沼-魚”共作灌溉定額為 10 605 m3/hm2，與劉路廣等在潛江市實際調研的當地稻蝦模式灌溉定額約為水稻灌溉定額（4 050 m3/hm2）的3倍左右，最后通過計算得稻蝦共作灌溉定額為12 945 m3/hm2的結論[32]相似。本研究6月稻田水層深度保持為15 cm，7—9月保持為25 cm，與Rohtuis等研究得出的養魚稻田水層的深度應為常規稻田需水深度（5～9 cm）2～3倍的結論[33]相似。本研究水分生產效率范圍為0.76～0.87 kg/m3，與郭燦在湖北省淹灌條件下稻蝦共作模式中得出的水分生產效率在0.60～0.83 kg/m3范圍內的結論[34]相似。本試驗中B1、B2處理的水分生產效率分別為0.84、0.87 kg/m3，顯著大于CK（0.76 kg/m3），原因在于需水量相同的情況下，B1和B2處理的水稻產量顯著大于CK，即施加沼液能夠明顯提高水稻產量[35]。

4 結論

“稻-沼-魚”處理中隨著沼液施量的增加，草魚體長、肌肉滴水損失降低，pH值增大，其中B1和B2處理的草魚產量較CK分別增產23.0%、9.6%，草魚的體質量較CK分別增加15.0%、16.9%，體長分別增加4.2%、7.5%，草魚肌肉pH值分別增加10.4%、17.9%，肌肉滴水損失分別減少17.4%、12.4%。

“稻-沼-魚”處理中隨著沼液施量的增加，草魚肌肉水分、粗蛋白和鈣含量降低，粗灰分、粗脂肪、磷、鐵含量增加。B1、B2處理的草魚肌肉水分較CK分別增加1.6%、1.4%，粗蛋白含量分別增加15.7%、11.7%，粗脂肪含量分別減少24.3%、20.9%，P含量分別增加20.2%、21.8%，Fe含量分別增加44.2%、47.6%，Ca含量分別增加30.4%、7.7%。

“稻-沼-魚”處理中隨著沼液施量的增加，草魚TAA、FAA、EAAI、F值均有所降低，B1與B2處理的草魚肌肉TAA較CK分別增加16.8%、12.4%，谷氨酸含量分別增加31.1%、27.2%，賴氨酸含量分別增加56.0%、44.0%，EAAI分別提高11.7%、9.6%，F值分別增加10.1%、6.1%。

“稻-沼-魚”處理中隨著沼液施量的增加，稻米糙米率、精米率、整精米率、膠稠度與食味值減小，直鏈淀粉含量、蛋白質含量、堊白粒率、堊白度和水稻產量增加。B1和B2處理的水稻產量較CK分別增加11.2%、14.7%，糙米率分別增加4.0%、1.7%，精米率分別增加3.7%、1.5%，整精米率分別增加5.2%、2.9%，膠稠度分別增加11.9%、5.2%，食味值分別增加4.7%、2.6%;B1和B2處理的堊白粒率較CK分別降低16.2%、8.2%，堊白度分別降低36.6%、27.3%。

綜合“稻-沼-魚”處理（模式）沼液施量與草魚和水稻產量品質的指標效應看，在水稻生育期降水量為123.7 mm、稻田水面蒸發量為723.3 mm的條件下，B1處理整體較B2與CK優，B1處理水稻產量雖然較B2低，但考慮草魚增加的經濟效益較水稻高，確定最佳沼液施量處理為B1，即施沼液總量為13 500 kg/hm2，施沼液6次，前3次分別為 3 000 kg/hm2，后3次分別為1 500 kg/hm2;總灌溉13次，6月稻田水層深度保持為15 cm，7—8月保持為25 cm，水稻和草魚產量分別為8 763.3、2 298.3 kg/hm2，灌溉定額為10 600 m3/hm2，水稻水分生產效率為0.84 kg/m3。該處理（模式）滿足了水稻生育期養分需求，又為草魚營造了食物更加豐富的生存環境，同時減少了化肥與飼料的投入，改善了農田生態環境，保障了無公害、綠色稻魚產品輸出，是一種共贏的高效生態農業生產模式，為建設現代化生態灌區提供了借鑒。

致謝：特別感謝寧夏大學土木與水利工程學院單寧、王凱亮、楊振峰、歐陽贊等同學在試驗及樣品檢測過程中的大力幫助。

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