CN111955387A - 一种圩区水稻田耦合池塘、沟渠三级湿地系统 - Google Patents

一种圩区水稻田耦合池塘、沟渠三级湿地系统 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种圩区水稻田耦合池塘、沟渠三级湿地系统，涉及圩区水污染防治领域，本发明以“生态”、“环保”等为理念，创建新型生态农业园，进而控制农业面源污染，从源头上使化肥使用量减半，农药消减1/3左右，生产绿色无公害农产品,6‑10月稻鸭共育，生产鸭稻米，生态鸭,11‑5月，水稻田加水变鱼塘，进行生态养鱼、养虾，如小龙虾和鲢鳙鱼等。冬春季节，大量圩田变水塘，减少一季的种植，减少化肥和农药使用量，同时增加环巢湖流域圩区的水环境容量，春天的初级雨水中N、P经圩田湿地净化，极大缓解对巢湖水体的影响，更主要是，当地农民通过生态种植业的调整，农产品品质得到提高，收益增加。

Description

一种圩区水稻田耦合池塘、沟渠三级湿地系统
技术领域
本发明涉及圩区防治污染领域，尤其涉及一种圩区水稻田耦合池塘、沟渠三级湿地系统。
背景技术
近年来巢湖蓝藻爆发，水体富营养化严重。巢湖水体富营养化治理最关键是要控制入湖营养元素氮、磷的总量，尤其是要控制磷的入湖总量。据研究估算，巢湖磷容量为300-350吨，但每年排入湖中的磷总量却达到740吨左右，远远超出巢湖的环境承载能力。对巢湖流域污染结构分析可知，经长期治理，工业污染逐年下降，对巢湖总磷污染贡献占20％，而生活污水和农业面源各自贡献40％。因此，控源需针对农业面源污染来采取措施。
巢湖沿岸圩区集中，多数以种植业为主，农业生产强度较大，而水体环境相对封闭。巢湖流域粮食作物以小麦和水稻为主，氮磷化学肥料施用量过多，高浓度氮磷水体未经处理直接排入巢湖，加重了巢湖水体富营养化。且地表径流是农业化肥养分流失的主要途径，加剧了氮磷养分流失的风险。经研究巢湖沿岸圩区稻季排水氮磷浓度特征发现，圩区排水的总氮、总磷平均浓度分别为4.28、0.3mg/L，达到富营养化甚至超富营养化水平，且均高于受纳河流水质。稻麦轮作地表径流总氮流失量为45.27-101.38kg/hm2，总磷流失量为0.30-0.61kg/hm2。氮、磷等污染物随地表径流排入沟渠及下游水体，对巢湖水体富营养化的贡献不可忽视。巢湖圩区内污染主要是居民生产生活带来的污染。污染特点主要是广泛性、随机性、隐蔽性、滞后性、模糊性、潜伏性。此外，圩区的污染还具有爆发性：由于圩区水体环境相对封闭，圩区内产生的的污染物在环境中不断地累积，平时并不显山露水。一旦遭遇连续强降雨发生洪涝灾害，圩区需要向外排水时就会将超标的污水排入河流湖泊，对生态环境造成巨大的伤害。
环巢湖流域稻田分布广泛，目前巢湖圩区大量的水稻田响应“退耕还湿”政策，将水稻田变成芦苇、蒲草等自然湿地，减少了耕地量，降低了粮食产量，影响了经济效益，存在粮食安全风险。水稻田退耕建自然湿地，租地费和管理维护费等成本高；如能充分发挥水稻田湿地的生态功能，净化水质；不用退耕，能保证了粮食产量，又有经济效益。而且合理的稻田种植模式，让N、P留在农田里，增加养分，可有效减少化肥用量及居民生活产生N、P污染，显著削减流入巢湖的污染物量。巢湖圩区农田原多采用“一稻一麦”，或“一稻一油菜”模式，施肥量大，肥料流失严重，增加了农业面源污染。现结构调整，改为“冬春养虾”，“夏秋稻鸭共育”这种生态种养模式，从源头减少施肥量。生态种养是我国循环农业发展的重要模式，“稻—鸭”、“稻—虾”生态种养模式是在常规种植的基础上，一方面利用鸭、虾的活动除草除虫代替农药和除草剂，鸭粪和虾粪替代常规种植模式下使用的化肥，另一方面通过水稻对氮磷的吸收，不但降低了农药和化肥的投入，又能有效地改变氮磷的污染迁移，从而削减氮磷，降低农业环境污染。但是，目前关于生态种养的研究主要集中在单一种养模式，鲜有研究结合这两种单一种养殖模式以及沟渠湿地进行考虑。为此，本发明在巢湖圩区通过大规模的稻田种植，以“稻—鸭—虾-鱼”结合水塘、沟渠的生态种养模式，这样一田二用，冬春养虾，肥水不排，用作肥料；夏秋种稻，耦合池塘沟渠湿地，净化水质，在夏季圩区洪涝外排，水质稳定在IV类，从源头减少施肥量和农药用量，并能保证了粮食产量，提高粮食品质，提高经济效益。
发明内容
本发明的目的在于提供一种圩区水稻田耦合池塘、沟渠三级湿地系统的模式，以解决上述技术问题。
本发明为解决上述技术问题，采用以下技术方案来实现：构建一种圩区水稻田耦合池塘、沟渠三级湿地系统，包括一级湿地生态系统-池塘、二级湿地生态系统-稻田和三级湿地生态系统-排水沟。三级湿地面积大致占比为稻田：沟渠：池塘＝10:1:1，具体步骤如下：
(1)将村庄里生活污水经化粪池初级处理后可与稻田水排入沟渠塘，水中氮磷增多，在水体中加微生物植酸酶，变污染水体的有机磷为无机磷，溶解氧增加，此时磷为水体营养物质，滋生藻类，水草等，进而在沟渠塘中放入净化水质的鲢鳙鱼，以及经济价值高的沙塘鳢，变N、P营养物为生态水产品；
(2)在水稻田通过“稻-鸭-虾”共育技术，利用冬春养虾，夏秋鸭稻共育，组成多样化稻田生态系统，种养结合，达到化肥农药使用量减半，无需除草剂的效果；
(3)稻田水经排水沟渠进入鱼塘后，氮磷浓度经水生态系统净化，显著降低，正常情况下，水稻田不对外排水，水塘和水稻田中水是循环利用，形成封闭循环体系，水稻田渠塘水体对圩区外围水系氮磷是零排放；只有在雨季，水量增大，因减量施用化肥，三级湿地净化水质，池塘沟渠水质稳定在IV类，才用水泵排入入湖河道。
优选的，步骤(2)所述试验全年采用田间定位试验，前期3月-6月为稻田养虾时期，7月-11月为“稻-鸭-虾”生态种养时期，并对比常规种植处理模式下的差异及优越性，11月-3月稻田加水变鱼塘，进行生态养鱼，重点研究稻田水体各形态氮磷的浓度及基本水质指标变化，浮游植物群落变化，并结合稻米品质以及三叉河湿地水体质量进行了综合评估；
稻田养虾：稻田养虾试验区设置3个试验小区，每个处理区面积为1.78hm2，稻田中放入虾苗，每个小区四周挖宽3m、深1.5m的“回”形沟渠，沟渠中种植轮叶黑藻、水花生和当地杂草供虾取食，沟渠和水稻田内水体互通，水互相循环；
“稻-鸭-虾”生态种养：
试验分为两种处理区：常规种植模式处理区(CK)和“稻-鸭-虾”生态种养模式处理区(RDS)，每个处理区面积为1.78hm2，3次重复，各处理区如下：处理区CK：不放入鸭、虾，按照当地种植模式，稻田基肥施用量为600kg/hm2，追肥施用量为150kg/hm2，晚稻整个生育期内根据水稻病虫害施用农药(4次)和除草剂(2次)，处理区RDS：放入鸭、虾，每个小区四周挖宽3m、深1.5m的“回”形沟渠，沟渠中种植轮叶黑藻、水花生和当地杂草，沟渠和水稻田内水体互通，水互相循环，稻田肥料施用量减半化处理，基肥施用量为300kg/hm2，采用测深施肥技术；追肥施用量75kg/hm2，在水稻的整个生育期内不施用农药和除草剂。
优选的，步骤(2)中所述放养虾苗之前，在田间设置防逃措施，并清除田间的杂鱼、杂物，3-4天后，稻田进水，稻田水位达30-40cm，每亩用量30-40斤茶粕加10斤生石灰，全田泼洒，全田泼洒颗粒状腐殖酸钠类鱼药来控制青苔，4月初，亩投入27公斤虾苗并按时喂养，4月份，每隔5-7天，交替全池泼洒光合细菌、EM菌微生态制剂及过硫酸氢钾、腐殖酸钠1次，每隔7-10天，换底层水一次，且在疾病高发季节，要在饲料中拌免疫增强剂等来增强龙虾免疫力，田里虽然有许多天然饵料，如有机碎屑，浮游生物，杂草和落在田间的谷子等，作为龙虾的饵料，但不能满足龙虾的需求，必须人工投喂饲料，投喂的饲料有米糠、豆渣、配合饲料、绿萍和青草等，投饲要坚持“四定”即定时、定位、定质、定量，投饲料时间应在上午9-10点，低温期应选择中午投饲，投饵量根据龙虾吃食情况而定，并定期投施定量有机肥，早晚要巡“塘”，注意调节水质，保持水质清爽，检查进出水口和田埂是否有漏洞，及时排除水口污物，检查龙虾的生长、吃食、病害等情况，对龙虾有危害的动物要及时清除、诱捕，养殖期间，采取虾体消毒、水体消毒、饲料消毒、食场消毒、种草投螺、泼洒微生物制剂等综合防控疾病措施。
优选的，步骤(2)中所述水稻品种为南粳系列，该品种株型紧凑，长势较旺，分蘖力较强，叶色较深，群体整齐度较好，穗型中等，偏直立，着粒较密，抗倒性强，每亩有效穗20.4万，每穗实粒数121粒，结实率91.4％，千粒重24.7克，株高96.5厘米，全生育期160天左右，整精米率71.4％，垩白粒率10.0％，垩白度0.8％，胶稠度87.0毫米，直链淀粉含量10.1％，属阴糯类型。
优选的，步骤(2)中所述测深施肥技术为水稻插秧机配带深施肥器，在水稻插秧的同时将肥料施于秧苗侧位土壤中的施肥方法，肥料利用率高，施肥量可减少20％左右；有利于防御低温冷害，省工、省成本；也可减轻对河川、湖沼水质的污染,稻田耕作、整地深度最少在12厘米以上,更层浅时，中期以后易脱肥，水整地精细平整，泥浆沉降时间以3-5天为宜，软硬适度，用手划沟分开，然后就能合拢为标准，泥浆过软易推苗，过硬则行走阻力大,测深施肥要与追肥相结合，侧深施肥虽可代替基肥和分蘖肥，但中后期追肥量不能减少，侧深施肥部位一般为侧3-5厘米，深5厘米,调整好排肥量，保证各条间排肥量均匀一致，否则以后无法补正,在田间作业时，施肥器、肥料种类、转数、速度、泥浆深度、天气等都可影响排肥量。为此，要及时检查调整,不同类型的肥料(颗粒、粉状)混合施用时，应现混现施，防止排肥不均，影响侧深施肥效果,施肥量要根据当地的施肥水平及各生育期的施肥量，将基、蘖肥的总量下调20％，后期施肥量不减。
优选的，步骤(2)所述5月中旬开始育苗，进入5月份以后，气温回升，水温稳定以后，5月底开始捕捞，将达上市规格且虾在一龄以上作商品虾销售，不到一龄的留作后备亲本培育，达不到上市规格的，根据苗龄大小，当年的作为苗种培育，一龄的作商品虾上市，到6月底将沟槽内水放干，将大、小虾能捕的都捕起分开，或上市，或暂养，或备用。备用虾苗放入虾沟，作为亲本虾培育虾苗，来年再次放入田中。
6月底，旋耕整田，将水草翻入土壤中，每亩施20公斤复合肥(N:P2O5:K2O为21:9:10)，7月1日左右开始插秧，7月13日稻田每亩追氮肥(尿素,含氮量为45％)5公斤，7月9日开始放入鸭龄为7-12d的鸭子，进行稻鸭共育，9月中上旬，在水稻开始灌浆时，将鸭子赶出田地，稻鸭有效共生期一般为60d左右,当水稻齐穗而且灌浆下垂时,赶鸭出田，可将鸭群引入三面有围屏物(如尼龙网或竹、木、草等篱笆墙)的添饲棚内饲养，待稻子收割后放鸭子下田吃落穗，鸭子长大后公鸭可直接上市作肉鸭出售,母鸭则可继续圈养产蛋，捕鸭后的水稻管理：及时排水搁田，鸭赶出稻田后,要立即清沟、排水,并经常采取湿润灌溉方法,以增强稻根活力,防止稻体发生倒伏，11月中下旬，收割水稻与储存，稻谷在黄熟末期或完熟初期(含水量20-25％)适时收获,及时干燥,水分在14.5％可入库存贮藏，此时可赶剩余鸭子入田吃落下的稻穗，12月份，开始放水入田，闲田养水。
本发明的有益效果是：
本发明以“生态”、“环保”等为理念，创建新型生态湿地系统，进而控制面源污染，化肥消减一半，农药用量消减1/3左右，生产绿色无公害高品质农产品，6-10月稻鸭共育，生产鸭稻米，生态鸭；11-5月，水稻田加水变鱼塘，进行生态养鱼，如小龙虾和鲢鳙鱼等，冬春节，大量圩田变水塘，减少一季的种植，减少化肥和农药使用量，同时增加环巢湖流域圩区的水环境容量，春天雨水中N、P经圩田湿地净化，极大缓解对巢湖湖面水体的影响，更主要是，当地农民通过生态种植业的调整，农产品品质得到提高，价格上扬，亩收益能增千元以上，水稻田湿地生态农业开发有很好的环境效益，经济效益和社会效益。
本发明采用“稻-虾-鸭-鱼”模式并叠加沟渠塘组成湿地生态系统从源头降低农药化肥用量来削减农业面源中N、P的污染净化水质，若环巢湖流域10km内(面积为459.62hm2)水田都实行该生态种养模式，估算得出每年约削减水体中N含量2.74t，P削减量为0.29t，同时增减湿地生态系统中浮游植物的生物量和多样性，提高农产品的品质，增加农民收入；
本发明在“退耕还湿”的政策下，充分利用圩区水稻田的湿地功能，既能达到涝能排，旱能灌的生态效益，又保证粮食产量，提高经济效益；
本发明的生态系统模式能处理农村居民生活污水，减少农村黑水、臭水等现象，创建生态环保的农业园。
附图说明
图1为本发明一种圩区水稻田耦合池塘、沟渠三级湿地系统模式图；
具体实施方式
为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施例和附图，进一步阐述本发明，但下述实施例仅仅为本发明的优选实施例，并非全部。基于实施方式中的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得其它实施例，都属于本发明的保护范围。
下面结合附图描述本发明的具体实施例。
实施例1
如图所示，一种圩区水稻田耦合池塘、沟渠三级湿地系统，包括一级湿地生态系统-池塘、二级湿地生态系统-稻田和三级湿地生态系统-排水沟，具体步骤如下：
(1)将村庄里生活污水经化粪池初级处理后可与稻田水排入沟渠塘，水中氮磷增多，在水体中加微生物植酸酶，变污染水体的有机磷为无机磷，溶解氧增加，此时磷为水体营养物质，滋生藻类，水草等，进而在沟渠塘中放入净化水质的鲢鳙鱼，以及经济价值高的沙塘鳢，变N、P营养物为生态水产品，池塘可生态养鱼，承载较高氮磷含量，氮、磷的水环境负荷量20～40kg/hm2·a和3～12kg/hm2·a，池塘水生植被繁盛，可养鱼净化水质，已有池塘约15亩，即1hm2，准备清淤堤底池塘20亩，池塘深2～4米，湿地植物和藻类繁盛，养鱼移除和底泥净化氮磷，可降低氮磷浓度20％，此为一级湿地处理系统，现有15亩；
(2)在水稻田通过“稻-鸭-虾”共育技术，利用冬春养虾，夏秋鸭稻共育，组成多样化稻田生态系统，种养结合，达到化肥农药使用量减半，无需除草剂的效果，稻田需水时，经池塘打入水，作为其必要水分管理，稻田约120亩，土质较好，适合水稻生长，稻田作为二级简易湿地生态系统。利用稻鸭组成复合稻田生态系统，水稻利用水中氮磷，降低水中氮磷含量，鸭提供有机肥，浑水除草，吃虫等，降低化肥和农药使用量，生产有机稻，经此水稻田净化，化肥氮磷被水稻和土壤吸收，少量排入排水沟，此为二级湿地处理系统；
(3)稻田水经排水沟渠进入鱼塘后，氮磷浓度经水生态系统净化，显著降低，正常情况下，水稻田不排水，水塘和水稻田中水是循环利用，形成封闭循环体系，水稻田渠塘水体对圩区外围水系氮磷是零排放，在雨季，水量增大，水质IV类以上，可直接用水泵排入杭埠河；正常情况下，水稻田不排水，水塘和水稻田中水是循环利用，形成封闭循环体系，水稻田渠塘水体对圩区外围水系氮磷是零排放，排水沟也是一个简易的沟渠湿地系统，作为本项目中三级湿地生态系统，约为5亩，在沟渠中种植水花生、浮萍、藻类、茭白及荷花等湿地植物，进一步去除水体氮磷，经此处理，最终回流至池塘的水体，氮磷再降低5～10％，达到Ⅳ类水标准，可直接排入杭埠河(涝)或打回池塘(旱)作稻田水回用。
此过程，我们在源头上控制农业污染，化肥用量减半，除草剂基本不用，水稻扬花后用少量生物农药。通过水稻田、沟渠和水塘拦截，对P的初步检测表明：一级湿地池塘的TP为0.16mg/L,二级湿地水稻田的P为1-2mg/L，三级湿地沟渠的TP为0.2-0.7mg/L，湿地拦截NP，消减效果非常明显。
步骤(2)所述本试验全年采用田间定位试验，前期3月-6月为稻田养虾时期，7月-11月为“稻-鸭-虾”生态种养时期，并对比常规种植处理模式下的差异及优越性，11月-3月稻田加水变鱼塘，进行生态养鱼。重点研究稻田水面各形态氮磷的浓度及基本水质指标变化，浮游植物群落变化，并结合稻米品质以及三叉河湿地水体质量进行了综合评估；稻田养虾：稻田养虾试验区设置3个试验小区，每个处理区面积为1.78hm2，稻田中放入虾苗，每个小区四周挖宽3m、深1.5m的“回”形沟渠，沟渠中种植轮叶黑藻、水花生和当地杂草供虾取食，沟渠和水稻田内水体互通，水互相循环；
“稻-鸭-虾”生态种养：
试验分为两种处理区：常规种植模式处理区(CK)和“稻-鸭-虾”生态种养模式处理区(RDS)，每个处理区面积为1.78hm2，3次重复，各处理区如下：处理区CK：不放入鸭、虾，按照当地种植模式，稻田基肥施用量为600kg/hm2，机械栽秧时侧深施肥，追肥施用量为150kg/hm2，晚稻整个生育期内根据水稻病虫害施用农药(4次)和除草剂(2次)，处理区RDS：放入鸭、虾，每个小区四周挖宽3m、深1.5m的“回”形沟渠，沟渠中种植轮叶黑藻、水花生和当地杂草，沟渠和水稻田内水体互通，水互相循环。稻田肥料施用量减半化处理，基肥施用量为240kg/hm2，追肥施用量75kg/hm2，在水稻的整个生育期内不施用农药和除草剂；整个试验结果与周边的三叉河自然湿地进行对比，评估生态种养模式水质质量、生物多样性等环境影响，在前期稻田养虾模式和后期“稻-鸭-虾”生态种养模式中，稻田养虾能显著增加稻田水体中的DO含量，有效削减稻田水体中TN、TP和COD含量；相比于常规种植，“稻-鸭-虾”生态种养稻田水体中TN、总磷TP含量分别减少32.43％和19.35％，且对初始灌溉水中TN、TP的去除率可达到38.7％和26.9％，“稻-鸭-虾”生态种养可改变稻田水体中氮磷的形态，在水稻全生育期内，可溶性磷(DTP)和颗粒态磷(PP)比例更加稳定，而在水稻后期，稻田水体中有机氮(ON)比例显著提高。该生态种养模式对水体中氮磷等污染物的削减效果明显优于三叉河自然湿地，且相比于三叉自然湿地，水体更稳定，水质更好。此原因是水稻田湿地，有人工打理，清理湿地植物，收割农作物，不断移除稻田中N、P。而三叉河自然湿地，基本无人工打理，N、P物质无法移出湿地系统，伴随湿地植物就地腐烂严重影响水质。三叉河自然湿地水体的理化指标见表1，从表中可以看出，水体的各理化指标随着季节的变化而变化，水体中pH和电导率在一年之内变化并不显著，DO含量在春季达到最低值，其余季节均维持在7-8mg/L之间，水体中COD含量整体上呈现出降低的趋势。经过一年三叉河湿地的净化，水体中TN含量降低了11.04％，但TP含量有一定程度的上升。
表1三叉河自然湿地水体理化指标的变化
Figure BDA0002625158190000091
“稻-鸭-虾”生态种养时期，水稻全生育期内稻田水体的pH、电导率、DO和COD含量如表2所示，从表中可以看出，各处理区中稻田水体的pH值在水稻的全生育期内均维持在7-9之间，适宜水稻和虾的生长，变化幅度并不明显，且各处理区之间并无显著差异；各处理区中水体的电导率值在水稻的生长前期达到峰值，处理区RDS稻田水体中的电导率显著低于处理区CK，且在水稻的分蘖期、孕穗期和乳熟期差异性显著(p<0.05)，其余时期无显著差异，就稻田水体中DO含量而言，处理区RDS中DO含量整体上变化幅度并不明显，而处理区CK稻田水体中DO含量呈现出先上升后下降的变化趋势，且各处理区稻田水体中DO含量在水稻的生长发育后期差异性显著(p<0.05)或极显著(p<0.01)，相比于初始灌溉水浓度，处理区CK显著降低了稻田水体中DO含量，而处理区RDS稻田水体中DO含量有提高的趋势；各处理区稻田水体中COD的含量在28-70mg/L之间，均呈现出先上升后下降的变化趋势，在一定程度上都能降低初始灌溉水中的COD值，且处理区RDS在乳熟期排水中的COD值低于GB3838-2002《地表水环境质量标准》中规定的Ⅳ类水标准(COD≤30mg/L)。
表2“稻-鸭-虾”生态种养时期水体基本指标的变化
Figure BDA0002625158190000101
Figure BDA0002625158190000111
生态种养系统中通过测定稻田系统氮磷输入量，对稻田中氮磷的贡献量和削减率估算情况见表3和4，除化肥外，稻田中N、P主要由秸秆还田、水草翻耕、鸭粪和虾粪的供给，且经过一年种植，稻田中N的总贡献量约为5.78kg/亩，P的总贡献量约为7.64kg/亩，折合成复合肥约为20kg/亩；从表4可以看出，稻田养虾和“稻-鸭-虾”生态种养对水体中的氮磷均有一定程度的削减，经过一年的生态种植，若环巢湖流域10km内(面积为459.62hm2)水田都实行生态种养模式，估算得出每年约削减水体中N含量2.74t，P削减量为0.29t。
表3生态种养稻田氮磷贡献量
Figure BDA0002625158190000112
表4生态种养稻田氮磷削减量
Figure BDA0002625158190000113
Figure BDA0002625158190000121
表5生态种养稻田和三叉河自然湿地削减率
Figure BDA0002625158190000122
生态种养稻田和三叉河自然湿地对水体中污染物的削减率见表5，从表中可以看出，相比于三叉河自然湿地，生态种养稻田对TN、TP和COD的削减情况要明显优于三叉河自然湿地。
在稻田养虾模式中，稻田水体中浮游藻类的种类和生物量均呈现出“升-降-升”的变化规律，相比于初始灌溉水，稻田养虾可以显著增加稻田水体中浮游藻类的种类的生物量，且稻田养虾可以有效将水体中藻类的生物多样性指数提高到2.63；“稻-鸭-虾”生态种养和常规种植两种处理稻田水体中的藻类总生物量均在水稻的分蘖前期达到峰值，然后开始逐渐下降，在水稻的返青期至抽穗期，“稻-鸭-虾”生态种养稻田水体中的藻类生物量显著低于常规种植，相比于常规种植，“稻-鸭-虾”生态种养有效改善了稻田水体中藻类植物群落结构，稻田排水中藻类生物多样性指数(H)提高到2.34。生态种养模式稻田水体中多样性指数明显高于三叉河自然湿地。
表6稻田养虾时期浮游植物群落的变化
Figure BDA0002625158190000123
表7水稻乳熟期排水中各处理区藻类种数和生物量
Figure BDA0002625158190000131
表8三叉河自然湿地浮游植物群落变化
Figure BDA0002625158190000132
相比于常规种植模式，“稻-鸭-虾”生态种养模式能改善水稻生长性状，显著提高水稻植株的分蘖数和叶绿素含量，但会在一定程度上降低水稻的株高。
相比于常规种植模式，“稻-鸭-虾”生态种养模式能显著提高稻米的糙米率、精米率和整精米率，显著降低稻米的恶白率和恶白度，增加稻米的胶稠度和蛋白质的含量，降低了稻米中直链淀粉的含量；各处理对稻米中微量元素的影响表现为“稻-鸭-虾”生态种养模式增加了稻米中Mn、Fe和Zn的含量，对Cu含量的影响差异性并不显著；各处理区稻米中重金属的含量均未超过国家卫生标准中所规定的限量标准，且“稻-鸭-虾”生态种养模式在一定程度上能降低稻米中Pb和As的含量，对稻米中Cd和Hg含量的影响无显著差异，相比于常规种植模式，“稻-鸭-虾”生态种养模式不仅能提高水稻品质，还能增加农产品种类如鱼、虾等，增加农民受益。
稻米品质主要受环境因素和遗传因素的双重影响，各处理区稻米的加工品质见表9，从表9可以看出，相比于处理区CK，处理区RDS中稻米的糙米率、精米率和整精米率分别提高了3.79％、2.95％和5.47％，各处理间糙米率和精米率差异性显著(p<0.05)，整精米率作为稻米加工品质的核心，各处理区间稻米整米率差异性极显著(p<0.01)；表10可以看出，处理区RDS能显著降低稻米的恶白粒率和恶白度，但各处理间稻米的粒长、粒宽和长宽比并无显著差异，说明稻米的粒型主要受遗传因素控制，受环境因素影响较小；稻米的蒸煮、营养品质见表11，从表11可以看出，蛋白质是稻米的重要营养来源，处理区RDS能显著提高稻米中蛋白质的含量，增幅达到8.15％；稻米中的胶稠度、直链淀粉含量和稻米的蒸煮品质密切相关，一般而言，稻米的直链淀粉含量和米粒粘度有关，直链淀粉含量越低，米粒越粘，处理区RDS相比于处理区CK能显著降低稻米中直链淀粉含量；且各处理间稻米的胶稠度差异性显著(p<0.05)，但碱消值无显著差异,根据优质稻米标准(GB/T17891-2017)可以看出，处理区RDS稻米中的整精米率和恶白度均超过1级稻米指标，直链淀粉含量达到优质稻米标准。
表9不同栽培模式对稻米加工品质的影响
Figure BDA0002625158190000141
表10不同栽培模式对稻米外观品质的影响
Figure BDA0002625158190000142
表11不同栽培模式对稻米蒸煮、营养品质的影响
Figure BDA0002625158190000143
Figure BDA0002625158190000151
注：*表示各处理间差异显著(p<0.05)，**表示各处理间差异极显著(p<0.01)。
微量元素可以促进酶的催化作用，参与新陈代谢和体内激素的分泌，对作物的生长和产量形成具有明显的促进作用。且微量元素是人体所必需的元素，稻米中的微量元素对人体有重要的营养价值。从表12中可以看出，不同的种养模式对稻米中微量元素有不同的影响，相比于处理区CK，处理区RDS能显著提高稻米中Zn、Fe和Mn的含量，增幅分别达到20.34％、17.64％和16.50％，且各处理间差异达到显著(p<0.05)或极显著(p<0.01)，但是对稻米中Cu的含量有提高的趋势，但是差异并不显著。
表12不同栽培模式对稻米微量元素的影响(mg/kg)
Figure BDA0002625158190000152
注：*表示各处理间差异显著(p<0.05)，**表示各处理间差异极显著(p<0.01)
各处理区稻米中重金属含量如表13中所示。从表13中可以看出，各处理区稻米中重金属含量均未超过GB2762-2017《食品安全国家标准》中所规定的稻米卫生标准，且各处理间稻米的Cd和Hg含量差异性并不显著；而处理区RDS能显著降低稻米中Pb和As的含量。
表13不同栽培模式对稻米重金属的影响(mg/kg)
Figure BDA0002625158190000153
注：*表示各处理间差异显著(p<0.05)，**表示各处理间差异极显著(p<0.01)
本试验不仅能提高大米的品质，还能增加农产品种类，提高农民的经济效益，如下表14所示。
表14生态种养与常规模式下经济效益对比
Figure BDA0002625158190000161
实施例2
闲田养虾模式，养虾的理想水质指标：透明度：25-30cm，pH：8.2-8.6，DO：不小于0.4ug/L，总碱度：大于120ug/L，氨氮：小于0.4mg/L，硫化氢：小于0.01mg/L，亚硝酸盐：小于0.05mg/L，总异养菌：在105-106个/毫升水，弧菌总数：小于1000个毫/升水，稻田整改，冬闲田选择集中连片田或低洼两用田。晚稻收割结束后，用稻秆还田，进行翻田，加固加高田埂，种植水草，虾苗选择克氏原螯虾。
放养虾苗之前，在田间设置防逃措施，并清除田间的杂鱼、杂物，3-4天后，稻田进水，稻田水位达30-40cm，每亩用量30-40斤茶粕加10斤生石灰，全田泼洒；全田泼洒颗粒状腐殖酸钠类鱼药来控制青苔；4月初亩投入27公斤虾苗并按时喂养；4月份。每隔5-7天，交替全池泼洒光合细菌、EM菌微生态制剂及过硫酸氢钾、腐殖酸钠1次，每隔7-10天，换底层水一次，且在疾病高发季节，要在饲料中拌免疫增强剂等来增强龙虾免疫力。
投饵：田里虽然有许多天然饵料，如有机碎屑，浮游生物，杂草和落在田间的谷子等，作为龙虾的饵料，但不能满足龙虾的需求，必须人工投喂饲料，投喂的饲料有米糠、豆渣、配合饲料、绿萍和青草等。投饲要坚持“四定”即定时、定位、定质、定量。投饲料时间应在上午9-10点，低温期应选择中午投饲。投饵量根据鱼类吃食情况而定。并定期投施定量有机肥。
巡“塘”：早晚要巡“塘”，注意调节水质，保持水质清爽。检查进出水口和田埂是否有漏洞，及时排除水口污物。检查龙虾的生长、吃食、病害等情况，对龙虾有危害的动物要及时清除、诱捕。
虾病控制：养殖期间，采取虾体消毒、水体消毒、饲料消毒、食场消毒、种草投螺、泼洒微生物制剂等综合防控疾病措施。
捕捞：进入5月份以后，气温回升，水温稳定以后，5月底开始捕捞，将达上市规格且虾在一龄以上作商品虾销售，不到一龄的留作后备亲本培育。达不到上市规格的，根据苗龄大小，当年的作为苗种培育，一龄的作商品虾上市。到6月底将沟槽内水放干，将大、小虾能捕的都捕起分开，或上市，或暂养，或备用，备用虾苗放入虾沟，作为亲本虾培育虾苗，来年再次放入田中。
稻鸭共育模式：
水稻品种为南粳系列品种，该品种株型紧凑，长势较旺，分蘖力较强，叶色较深，群体整齐度较好，穗型中等，偏直立，着粒较密，抗倒性强。每亩有效穗20.4万，每穗实粒数121粒，结实率91.4％，千粒重24.7克，株高96.5厘米，全生育期160天左右，整精米率71.4％，垩白粒率10.0％，垩白度0.8％，胶稠度87.0毫米，直链淀粉含量10.1％，属阴糯类型，秧苗标准为移栽秧龄要求在16-20天,叶龄2.5-3.5,秧高15cm左右。
秧田准备：苗床靠近大田,运输方便。秧田与大田面积比为1:50,要求土壤肥沃,排灌方便，畦面达到“平、光、直”,整后高低差不超过3cm,秧畦做好后排水晾板,达到人在铺盘时畦面上不陷脚，开好秧田高标准的灌排沟系，种子处理：每亩备足4kg的精选种子,种子的发芽势要在85％、发芽率95％以上为好。
晒种：选择晴好天气,晒种2-3天,增强种皮透气性,使种子吸胀一致,有效提高种子发芽率和发芽势,种子出苗整齐一致。
浸种：用5.5％浸丰2号400-500倍药液浸种48-72h,根据浸种池水质确定换水时间，一般一次浸种不超过48h,就要换水一次,注意及时翻种,确保种子上下温度一致,直至种子破胸露白。
播种：秧盘适宜苗数3200-3400苗,根据种子的千粒重、发芽率算好播种量75％敌克松1000-1500倍或50％立枯净1000-1200倍药液,进行土壤消毒,并洇足底土水分。
暗化催芽：播好种后堆放暗化,每堆高度20盘左右，暗化能使播好的种子在相同的温度下出苗,有利于齐苗、壮苗。
稻田选择：选择地势平坦，倾斜度低，水源充足，注排水方便，土质保水力强且水质无污染，不受洪水威胁的稻地，以约6670m2为1个稻鸭共生网围单元，其周边田埂高不小于30cm，宽不小于40cm。
预繁浮萍：放鸭前7d，每667m2的田块可放养绿萍100-200kg。放萍后每隔15d追施畜禽粪水300-500kg/667m2(忌施粪尿)、过磷酸钙1.5-2.0kg/667m2，以保证绿萍的生长量略大于鸭子的消耗量。
设置防护网：在每个围网单元的田埂上，每隔1.5-2.0m插一根竹竿或木桩作为围网支撑，并用网眼为2cm×2cm的普通尼龙绳紧套在支撑桩上，拉直展平，网脚用泥土埋实。
搭建简易鸭棚：在每个围网单元(约10亩)搭建1-2个简易鸭棚。鸭棚长3-4m,宽1.0m，高0.5-0.8m,面积3-4m2。搭建时鸭棚顶靠田的一边高、背田的一边低，在鸭棚的一端放置食台。棚内的地面铺以干燥的碎草等，棚顶用石棉瓦或防雨布加盖。
丰产沟：插种田块按5-6m的幅宽预留1条宽30-40cm、深25cm以上的丰产沟，以便农事操作、排水和鸭子活动。
杀虫灯：每3.33hm2(50亩)设1盏频振式杀虫灯，以增强除虫效果。
秧田管理包括水层管理：种子齐苗后及时搬放到秧田,灌跑马水洇足水分，一叶一心前保持盘面湿润,中期进行朝灌夜露的灌水模式,栽插前1-2天排干沟系中水。
合理密植：栽插行距30cm,株距10cm,确保667m2栽1.8万穴以上,每穴4-6苗,基本苗8万以上。
水浆管理：在晴好的天气下,薄水浅栽,栽后1-2天开始上水,坚持朝灌夜排,这样既确保了白天秧苗不被晒死,又可以保证秧根的透气性。促进秧苗返青活棵,早分蘖。待秧苗达5.5叶时田间建立浅水层促进分蘖,适时露田。田间足苗及时搁田,根据苗情先轻后重。孕穗期—抽穗扬花期建立浅水层。灌浆结实期间歇灌溉,保持田间湿度；
鸭种选择：麻鸭、半番鸭。秧苗移栽7-15天后放鸭子下田，最好选择风和日暖的上午9：00-10：00放鸭为好，10-15只/亩。
适量添饲：鸭放养初期,要在早、晚喂些饲料,每天早晚一边把水和碎米、麦、菜等饲料放入容器,一边呼喊(或敲锣击桶)，驯化雏鸭汇集采食,培养鸭“召之即来”的习性，放养15d之后,由于田间虫、草、萍等食料丰富,一般情况下不再补充饲料,以提高鸭子的“役禽”功效,促进水稻生育。
科学管水：养鸭稻田要经常换水,妥善处理好鸭子、水稻生长与水的关系分蘖期浅水灌溉,保持5-10cm水层,当苗数达到最高苗数的80％时,及早搁田,控制无效分蘖，拔节孕穗期薄水灌溉不断水,满足水稻孕穗对水分的需求，抽穗开花期保持浅水层,促进根系生长,保持根系活力,增强抗倒伏能力，灌浆期湿润灌溉，活水到老，防止断水过早，提高结实率和千粒重。
合理施肥：水稻移栽前每亩施20公斤复合肥(N:P2O5:K2O为21:9:10)，一般秧苗经移栽后10d，稻田每亩追氮肥(尿素,含氮量为45％),施用量为5公斤，以促进稻苗早发棵.稻株进入分蘖高峰期时,围绕促进生育、平衡发展为中心，做好田间管理，以达到群体协调,苗足株健。
放养后管理：加强巡查,发现池埂露水和坍塌,及时修补、看好水源，及时补水,防止干池；根据鸭生长期不同，控制好水的适宜深度，以便适宜鸭的觅食和活动；如有相邻地块放养的鸭只发生混群,不要人为追捉,强行分群,待其饱食和嬉水之后,能各自识别自己的群伙,分别结伴席地酣憩,并在傍晚各自返回其固定宿营地。
鸭共育流程：
5月中旬开始育苗，6月25日，旋耕整田，将水草翻入土壤中，6月28日每亩施20公斤复合肥(N:P2O5:K2O为21:9:10)，7月1日左右开始插秧，7月13日稻田每亩追氮肥(尿素,含氮量为45％)5公斤，7月9日开始放入鸭龄为7-12d的鸭子，进行稻鸭共育，9月中上旬，在水稻开始灌浆时，将鸭子赶出田地。稻鸭有效共生期一般为60d左右,当水稻齐穗而且灌浆下垂时,赶鸭出田，可将鸭群引入三面有围屏物(如尼龙网或竹、木、草等篱笆墙)的添饲棚内饲养，待稻子收割后放鸭子下田吃落穗。鸭子长大后公鸭可直接上市作肉鸭出售,母鸭则可继续圈养产蛋。捕鸭后的水稻管理：及时排水搁田，鸭赶出稻田后,要立即清沟、排水,并经常采取湿润灌溉方法,以增强稻根活力,防止稻体发生倒伏。11月中下旬，收割水稻与储存。稻谷在黄熟末期或完熟初期(含水量20-25％)适时收获,及时干燥,水分在14.5％可入库存贮藏。此时可赶剩余鸭子入田吃落下的稻穗。12月份，开始放水入田，闲田养鱼；
稻鸭共育出现的问题及解决方法：
鸭种的选择：不要选择旱水鸭和母鸭，尽量选择公鸭和喜水鸭，否则鸭子不下田草长得太高；
鸭子不吃草长得高有两个原因，第一个就是田不够平整，导致稻田中不能让水淹没每一块地方，会将岸边的草引入稻田。第二个就是鸭子下田太迟，此时草长得太大，鸭子不吃。所以一定要将田整平，并且提前搭建好鸭棚，赶鸭下田吃草，天太热的话，赶鸭回鸭棚休息早晚赶鸭下田。
鸭子不去离鸭棚很远的地方捕食：可以将一块田划分成几个小的田块，用围网围住，将鸭子分开活动在小的田块中；
鸭子的死亡：死亡的鸭子一定要及时清理，不能就近地填埋，而且围网一定要牢固，并定期检查，防止野狗等动物闯入；
鸭饲料喂养：应采用圆形喂养法或S形喂养法，让每个鸭子都能吃到饲料，否则可能导致一部分鸭子营养不良；
饲料用的太多：一定要控制住鸭饲料每天的喂养量，让鸭子在饥饿状态下主动去田里除草捕虫，否则鸭子吃饱，不愿意动弹；
水稻收割时间选择：水稻收割一定要把握好时间，太早会影响出米率，太晚会导致稻穗有一部分落入田间；
水稻收割天气选择：选择晴朗的天气，在大概10点以后开始收割，下午四五点结束收割，否则导致水稻水分太大，会加大烘干费，而且不及时烘干的话，会导致水稻霉变；
田地杂草控制效果：前期放养鸭子，鸭子所到之处。对于杂草去除效果良好。特别对于空心莲子、鸭舌草、陌上草有着极佳的捕食效果(见表15)
Figure BDA0002625158190000211
表15
鸭棚周边区域，鸭子对于田地除草能力极佳。但由于鸭子活动区域有限，鸭子基本只在鸭棚周边活动，导致距离鸭棚较远的区域发生草荒。导致水稻绝收。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的仅为本发明的优选例，并不用来限制本发明，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (5)

1.一种圩区水稻田耦合池塘、沟渠三级湿地系统，包括一级湿地生态系统-池塘、二级湿地生态系统-稻田和三级湿地生态系统-排水沟。三级湿地面积大致占比为稻田：沟渠：池塘＝10:1:1，其特征在于：具体步骤如下：
(1)将村庄里生活污水经化粪池初级处理后可与稻田水排入沟渠塘，水中氮磷增多，在水体中加微生物植酸酶，变污染水体的有机磷为无机磷，溶解氧增加，此时磷为水体营养物质，滋生藻类，水草等，进而在沟渠塘中放入净化水质的鲢鳙鱼，以及经济价值高的沙塘鳢，变N、P营养物为生态水产品；
(2)在水稻田通过“稻-鸭-虾”共育技术，利用冬春养虾，夏秋鸭稻共育，组成多样化稻田生态系统，种养结合，达到化肥农药使用量减半，无需除草剂的效果；
(3)稻田水经排水沟渠进入鱼塘后，氮磷浓度经水生态系统净化，显著降低。在雨季，水量增大，水质IV类以上，可直接用水泵排入杭埠河；正常情况下，水稻田不排水，水塘和水稻田中水是循环利用，形成封闭循环体系，水稻田渠塘水体对圩区外围水系氮磷是零排放。
2.根据权利要求1所述的一种圩区水稻田耦合池塘、沟渠三级湿地系统，其特征在于：步骤(2)所述本试验全年采用田间定位试验，前期3月-6月为稻田养虾时期，7月-11月为“稻-鸭-虾”生态种养时期，并对比常规种植处理模式下的差异及优越性，11月-3月稻田加水变鱼塘，进行生态养鱼。重点研究稻田水面各形态氮磷的浓度及基本水质指标变化，浮游植物群落变化，并结合稻米品质以及三叉河湿地水体质量进行了综合评估；
稻田养虾：稻田养虾试验区设置3个试验小区，每个处理区面积为1.78hm2，稻田中放入虾苗，每个小区四周挖宽3m、深1.5m的“回”形沟渠，沟渠中种植轮叶黑藻、水花生和当地杂草供虾取食，沟渠和水稻田内水体互通，水互相循环；
“稻-鸭-虾”生态种养：
试验分为两种处理区：常规种植模式处理区(CK)和“稻-鸭-虾”生态种养模式处理区(RDS)，每个处理区面积为1.78hm2，3次重复，各处理区如下：处理区CK：不放入鸭、虾，按照当地种植模式，稻田基肥施用量为600kg/hm2，追肥施用量为150kg/hm2，晚稻整个生育期内根据水稻病虫害施用农药(4次)和除草剂(2次)，处理区RDS：放入鸭、虾，每个小区四周挖宽3m、深1.5m的“回”形沟渠，沟渠中种植轮叶黑藻、水花生和当地杂草，沟渠和水稻田内水体互通，水互相循环。稻田肥料施用量减半化处理，基肥施用量为300kg/hm2，采用测深施肥技术后能将基肥用量再减少20％，追肥施用量75kg/hm2，在水稻的整个生育期内不施用农药和除草剂。
3.根据权利要求1所述的一种圩区水稻田耦合池塘、沟渠三级湿地系统，其特征在于：步骤(2)中所述放养虾苗之前，在田间设置防逃措施，并清除田间的杂鱼、杂物，3-4天后，稻田进水，稻田水位达30-40cm，每亩用量30-40斤茶粕加10斤生石灰，全田泼洒，全田泼洒颗粒状腐殖酸钠类鱼药来控制青苔，4月初亩投入27公斤虾苗并按时喂养，4月份，每隔5-7天，交替全池泼洒光合细菌、EM菌微生态制剂及过硫酸氢钾、腐殖酸钠1次，每隔7-10天，换底层水一次，且在疾病高发季节，要在饲料中拌免疫增强剂等来增强龙虾免疫力，田里虽然有许多天然饵料，如有机碎屑，浮游生物，杂草和落在田间的谷子等，作为龙虾的饵料，但不能满足龙虾的需求，必须人工投喂饲料，投喂的饲料有米糠、豆渣、配合饲料、绿萍和青草等，投饲要坚持“四定”即定时、定位、定质、定量。投饲料时间应在上午9-10点，低温期应选择中午投饲，投饵量根据鱼类吃食情况而定，并定期投施定量有机肥，早晚要巡“塘”，注意调节水质，保持水质清爽。检查进出水口和田埂是否有漏洞，及时排除水口污物。检查龙虾的生长、吃食、病害等情况，对龙虾有危害的动物要及时清除、诱捕，养殖期间，采取虾体消毒、水体消毒、饲料消毒、食场消毒、种草投螺、泼洒微生物制剂等综合防控疾病措施。
4.根据权利要求1所述的一种圩区水稻田耦合池塘、沟渠三级湿地系统，其特征在于：步骤(2)中所述水稻品种为南粳系列，该品种株型紧凑，长势较旺，分蘖力较强，叶色较深，群体整齐度较好，穗型中等，偏直立，着粒较密，抗倒性强，每亩有效穗20.4万，每穗实粒数121粒，结实率91.4％，千粒重24.7克，株高96.5厘米，全生育期160天左右，整精米率71.4％，垩白粒率10.0％，垩白度0.8％，胶稠度87.0毫米，直链淀粉含量10.1％，属阴糯类型。
5.根据权利要求1所述的一种圩区水稻田耦合池塘、沟渠三级湿地系统，其特征在于：步骤(2)所述5月中旬开始育苗，6月25日，旋耕整田，将水草翻入土壤中，6月28日每亩施20公斤复合肥(N:P2O5:K2O为21:9:10)，7月1日左右开始插秧，7月13日稻田每亩追氮肥(尿素,含氮量为45％)5公斤，7月9日开始放入鸭龄为7-12d的鸭子，进行稻鸭共育，9月中上旬，在水稻开始灌浆时，将鸭子赶出田地，稻鸭有效共生期一般为60d左右,当水稻齐穗而且灌浆下垂时,赶鸭出田，可将鸭群引入三面有围屏物(如尼龙网或竹、木、草等篱笆墙)的添饲棚内饲养，待稻子收割后放鸭子下田吃落穗，鸭子长大后公鸭可直接上市作肉鸭出售,母鸭则可继续圈养产蛋，捕鸭后的水稻管理：及时排水搁田，鸭赶出稻田后,要立即清沟、排水,并经常采取湿润灌溉方法,以增强稻根活力,防止稻体发生倒伏，11月中下旬，收割水稻与储存，稻谷在黄熟末期或完熟初期(含水量20-25％)适时收获,及时干燥,水分在14.5％可入库存贮藏，此时可赶剩余鸭子入田吃落下的稻穗，12月份，开始放水入田，闲田养鱼。
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