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选题来源:
自治区“5183”农业科技工程专项—宁夏稻田生态养蟹技术研究
宁夏自然基金项目NZ10207
王凯
独创性声明
本人声明所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。
尽我所知,除了文中特别加以标注和致谢的地方外,论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果,也不包含为获得宁夏大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。
与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。
研究生签名:
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年月日
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本人完全了解宁夏大学有关保留、使用学位论文的规定,即:
学校有权保留送交论文的复印件和磁盘,允许论文被查阅和借阅,可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。
同意宁夏大学可以用不同方式在不同媒体上发表、传播学位论文的全部或部分内容。
(保密的学位论文在解密后应遵守此协议)
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导师签名:
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摘要
2010年6月至9月在宁夏贺兰新明渔业示范基地,进行了稻蟹共作稻田浮游动物群落的研究试验,通过对浮游动物的种类、密度、生物量、多样性的调查与分析,研究了稻田浮游动物的群落组成和变化,以及蟹对浮游动物群落的影响。
1.水稻与成蟹共作:
共检测到浮游动物23属36个种,其中轮虫13属26个种,占72.2%:
枝角类6属6个种,占16.7%;
桡足类4属4个种,占11.1%。
较高密度蟹(1只/m2)的放养能显著降低稻田水体浮游动物的种类数、密度、生物量,较低密度(0.67只/m2)不能。
一定放养密度的河蟹(0.67只/m2)能增大稻田水体浮游动物的Margalef多样性指数,但当放养密度过大(1只/m2)时将减小稻田水体浮游动物的Margalef多样性指数。
2.水稻与幼蟹共作:
共检测到浮游动物21属31个种,其中轮虫12属22个种,占71.0%:
枝角类4属4个种,占12.9%;
桡足类5属5个种,占16.1%。
试验养蟹稻田水体浮游动物的种类数显著减少;
不同大眼幼体放养密度对浮游动物密度减小的影响具有显著性;
试验养蟹稻田内蟹对浮游动物生物量减少的影响具有显著性;
稻田放养大眼幼体对提高稻田水体浮游动物Margalef多样性指数的影响具有显著性。
3.成蟹养殖密度在处理2(0.67只/m2)水平上没有对稻田水体浮游动物群落产生显著影响,但在处理1(1只/m2)水平上就对浮游动物种类数、密度、生物量、Margalef多样性指数产生显著影响。
因此建议成蟹养殖密度应该在0.67只/m2至1只/m2之间。
大眼幼体的两个放养密度,对浮游动物群落的种类数、密度、生物量均产生显著影响,且浮游动物群落的上述指标始终维持在一个很低水平,因此建议放养密度小于本试验的低密度处理30000只/亩。
宁夏地区成蟹与大眼幼体的最佳放养密度有待通过进一步的大量试验得出。
关键词:
稻蟹共作;
浮游动物;
种类;
密度;
生物量;
多样性
Abstract
PresentstudyhadinvestigatedthecommunitycompositionandstructureofZooplanktoninthericefieldscultivatingEriocheirsinensisattheexperimentalbaseofXinmingFishingCompanyfromJunetoSeptember2010.Duringtheexperimentperiod,weexaminedthecommunitycompositionandstructureofZooplanktonincludingspeciescomposition,density,biomass,biodiversity.Simultaneously,theinfluencesofEriocheirsinensisonZooplanktoncornmunityinthericefieldswereconductedinthepresentstudy.
1.Ricefieldscultivatingintocrab:
HighdensitiesofEriocheirsinensis(1ind/m2)decreaseZooplanktonspecies,densities,biomassobviously.Butthelower(0.67ind/m2)can’t..Rice-crabintergrowthcanincreasetheindexofMargalef(0.67ind/m2),butitwilldecreasetheindexofMargalefifthedensityofEriocheirsinensiswastoohigh(1ind/m2).
2.RicefieldscultivatingMegalopa:
species,densities,biomassofZooplanktonwilldecreaseobviouslyifthericefieldswascultivatedMegalopa.ButtheindexofMargalefwillbehigher.
3.Thehighlevel(1ind/m2)ofricefieldscultivatingintocrabinfluencethecommunitystructureofZooplanktonobviously,butthelowerone(0.67ind/m2)can’t.Sothecultivatinglevelshouldbebetween0.67ind/m2and1ind/m2.Megalopa’sinfluenceonspecies,densities,biomass,indesofMargalefwastooobvious,sothecultivatingdensityofMegalopashoulebelowerthan45ind/m2.Buttheaccuratedensityonlycanbegotthroughmoreexperiment.
Keyword:
rice-crabintergrowth;
Zooplankton;
species;
density;
biomass;
diversity
目录
第一章引言1
1.1文献综述1
1.1.1浮游动物的研究进展1
1.1.2稻蟹共作的研究进展2
1.1.3稻与其他经济动物共作的研究进展3
1.2开展本课题研究工作的目的及意义4
1.2.1研究目的4
1.2.2研究意义5
第二章成蟹养殖稻田浮游动物群落研究6
2.1材料与方法6
2.1.1试验地点6
2.1.2试验材料6
2.1.3试验设计6
2.1.4田间管理与设置6
2.1.5田间取样与室内分析6
2.1.6计算方法7
2.2结果与分析7
2.2.1浮游动物组成及变化7
2.2.2浮游动物的密度及变化11
2.2.3浮游动物生物量及变化15
2.2.5浮游动物的Margalef多样性18
第三章蟹种培育稻田浮游动物群落研究19
3.1材料与方法19
3.1.1试验地点19
3.1.2试验材料19
3.1.3试验设计19
3.1.4田间管理与设置19
3.1.5田间取样与室内分析19
3.1.6计算方法20
3.2结果与分析20
3.2.1浮游动物种类及变化20
3.2.2浮游动物的密度及变化23
3.2.3浮游动物生物量及变化26
3.2.5浮游动物的Margalef多样性28
第四章讨论30
参考文献31
致谢35
个人简历36
第一章引言
稻蟹共作是指在稻田内既种水稻又养河蟹、稻蟹互利共生的复合生态农业技术,该技术应用农业生态学中的食物链理论、生态位理论和种间互利共生理论,融传统的精细耕作农业、现代低耗高效农业、无公害农业、立体农业于一体,采取种植、养殖相结合的方法,重建了稻蟹互利共生、安全生长的稻田生态系统,生产出了无公害稻米以及消费者喜食的河蟹,对稳定粮食生产、改善人们食物结构、增加农民收入等起到了积极作用。
稻蟹共作大大发挥了稻田的生产、养殖、生态功能,开辟了水稻、河蟹生产可持续发展新途径[1]。
这项技术有以下优点,节约资源、环境友好、食品安全、水稻不减产又提高品质,经济效益明显提高。
将种稻与养蟹密切结合起来,不仅提高了土地及水资源的利用率,而且稳定了农民种粮积极性[2]。
由于基本不喷药、施肥,确保了稻田湿地环境的和谐友好[3]。
宁夏稻区引黄河水灌溉方便,适合稻田养蟹的资源比较丰富,发展稻田养蟹优势明显,潜力很大。
2009年,宁夏确定贺兰、青铜峡、中卫等地进行稻田河蟹种养技术的试验、示范工作,面积1000余亩,取得成功。
2010年,宁夏自治区将稻田养蟹项目列为渔业重点示范推广项目,推广5万亩,规划在5年内发展到25万亩。
随着推广面积和稻蟹共作技术得到不断完善,应用范围迅速扩大,研究领域亦相当广泛[4]。
但是,同我国大多数生态农业的发展一样,稻蟹共作虽有生产实践方面先进的优势,但多停留在生产经验的水平上,缺少规律性的认识,生产技术的科学化、规范化程度不高,不利于技术与生产成果的巩固和进一步发展[5]。
因此,加强稻蟹共生复合生态农业模式的试验研究,尽快建立起稻蟹共生生态学理论与生产技术体系已经成为当前迫切需要解决的重要课题。
目前对稻蟹共作技术研究主要集中于田间工程建设技术、稻蟹共作模式下水稻栽培与施肥施药技术、河蟹的放养规格与密度、河蟹饵料与投喂管理等方面。
对稻田生态系统水生生物的研究则较少,尤其是对于稻蟹共作模式下蟹的活动对稻田浮游动物群落影响则未见报道。
浮游动物是水域生态系统中的重要组成部分,既是重要的消费者,又可作为许多经济水生动物的优质食物,又可调节控制浮游植物和微生物的发生和发展[6]。
对养蟹稻田浮游动物的研究,既可以丰富湿地生态系统物种、种群、群落结构的内容,又可以为了解蟹的食性、人工合成稻田养蟹的饲料及确定科学的放养密度提供依据。
目前进行的稻田养蟹主要有两部分内容:
将约40只/500g的蟹种培育为性成熟的商品蟹的成蟹培育过程;
将约10万只/500g的大眼幼体培育成约80只/500g的蟹种的蟹种培育过程。
本课题是研究蟹对稻田浮游动物群落的影响,包括养殖成蟹对稻田浮游动物的影响和培育蟹种对稻田浮游动物的影响两部分。
1.1文献综述
1.1.1浮游动物的研究进展
水体中的原生动物,轮虫、枝角类、桡足类统称浮游动物(Zooplankton)。
浮游动物是在水中营浮游性生活的动物类群。
它们或者完全没有游泳能力,或者游泳能力微弱,不能作远距离的移动,也不足以抵拒水的流动力。
浮游动物与浮游植物(phytoplankton)一起构成浮游生物(plankton)。
浮游动物在淡水生态系统中有着重要的作用,是生物操纵的关键因子之一[7-11]。
浮游动物是水生生态系统的初级消费者,是水体生态系统食物链中一个重要的环节,他们在物质转化、能量流动和信息传递等生态活动中起着至关重要的作用[12,13]。
浮游动物是经济水产动物,是中上层水域中鱼类和其他经济动物的重要饵料,对渔业的发展具有重要意义[14,65]。
在湖泊和水库的水产养殖中,通过对浮游动物群落结构、生物量以及与其他浮游生物关系的研究,可以确定经济水生动物的放养量,从而为渔业发展提供一定的理论和实践指导。
浮游动物与水体环境质量的关系密切,数量和种类变化直接或间接影响着同一生态环境中其他水生生物的丰度和分布[15-18]。
不同类群的浮游动物对水环境变化的敏感性和适应能力各异,水体环境质量的变化会引起浮游动物的群落结构发生一系列变化,利用浮游动物群落结构变化和多样性来监测和评价水体生态环境是一种重要手段,目前国内外已有大量的相关研究[19-26]。
JohnR.Beaver通过对对很多种海洋浮游动物的分布与气候关系研究,认为浮游动物可用作暖流、寒流的指示动物[27]。
浮游动物不少种类可作为水污染的指示生物。
如在富营养化水体中,裸腹溞(Moina)、剑水蚤(Cyclops)、臂尾轮虫(Brachionus)等种类一般形成优势种群[28-31]。
浮游动物有些种类,如梨形四膜虫(Tetrahymenaphriformis)、大型溞(Daphniamagna)等在毒性毒理试验中用来作为实验动物[32]。
对稻蟹共作稻田浮游动物的研究比较少,但对稻鸭、稻鱼共作稻田浮游动物的研究较多。
范红深做了稻、鸭、鱼共育稻田浮游动物群落研究,认为稻田中浮游动物群落与湖泊、水库和人工养殖湖泊等水体有很大区别,稻田水体具有独特性,更适合浮游动物的生长、繁殖[66]。
汪金平等做了稻鸭共生对稻田水生生物群落的影响研究,认为稻鸭共生稻田水体生物多样性增加,水体生态系统的自然属性得以提高,系统稳定性得到增强[67]。
1.1.2稻蟹共作的研究进展
稻蟹共作技术是指在稻田内既种水稻又养河蟹、稻蟹互利共生的复合生态农业技术,该技术应用农业生态学中的食物链理论、生态位理论和种间互利共生理论,融传统的精细耕作农业、现代低耗高效农业、无公害农业、立体农业于一体,采取种植、养殖相结合的方法,重建了稻蟹互利共生、安全生长的稻田生态系统,生产出了无公害稻米以及消费者喜食的河蟹,对稳定粮食生产、改善人们食物结构、增加农民收入等起到了积极作用。
目前对稻蟹共作的研究主要集中在河蟹的苗种运输、放养密度、病害防治、投喂方式、水质管理、河蟹生物治虫及中耕除草等生态作用,但大都停留在生产经验的层面上,没有形成科学的生态学系统理论。
只有进行了较少的系统理论研究:
吕东锋等做了稻蟹共生模式下河蟹放养密度对水稻和河蟹的影响,得出河蟹最佳放养密度为0.75只/m2[33]。
姜连峰做了稻田养蟹灭草效果研究,得出了不同河蟹放养密度下的不同灭草效果[34]。
陈飞星、张增杰对稻田养蟹模式的结构与功能、物质流动及能量流动特征、经济效益与生态环境效益进行了研究,结果表明:
与单一稻作模式相比,稻田养蟹模式的综合效益较高。
从经济效益看,稻蟹共作的土地纯收入、成本收益率和劳动生产率比单纯种植水稻分别增加38.2%、67.7%和29.5%。
从生态环境效益看,养蟹一年后,土壤中的速效P、TN、碱解N、TP、速效K和有机质分别增加11.7、10.6、3.3、5.8、3.5和10.5%,且每年非点源N污染负荷削减6.375kg·
hm-2[35]。
范翠翠等进行了不同比例氮肥施用对稻田蟹生长及营养价值的影响,比较了几种施肥方式对稻和蟹产量的影响,但没有得出最佳经济效益施肥方式[36]。
吕东锋等还做了稻田生态养蟹的水质变化与水稻生长关系的研究,得出结论:
养蟹稻田水溶性N、P、K以及水质环境均有利于水稻的生长发育,养蟹稻田水稻的许多经济性状及产量优于常规稻田,经济效益也明显高于常规稻田[37]。
杨凤萍等进行了稻渔共作复合生态模式下中华绒螯蟹生长特点及其影响因素的研究,对长江中下游地区的一龄和五龄蟹种的生长特点进行研究,并认为该种生产方式能显著提高经济效益[38]。
对稻蟹共作模式下浮游动物群落的专门研究未见报道。
1.1.3稻与其他经济动物共作的研究进展
1.1.3.1稻鸭共作
相对于稻蟹共作,稻鸭共作的研究起步较早,也进行的比较深入。
早在20世纪60年代,江苏省家禽科学研究所许霭云等专家将传统的稻田放鸭技术进行了总结,并对其生态作用和意义进行了系统的观察研究。
目前对于稻鸭共作稻田土壤、水质、对病虫害的控制、对稻米品质的影响、对稻田理化环境的影响的研究已经比较多。
对稻田土壤的影响:
甘德欣等的研究结果显示鸭取食时的长期中耕作用,大大增强了土壤的透气性,有利于土壤潜在养分的有效化,也有利于氧化有机物在厌氧条件下分解产生的CH4、H2S、丁酸、丙酸等有毒还原物质[39]。
杨志辉等的研究结果表明,鸭的长期中耕作用除了提高稻田土壤的通气性,养鸭稻田的有效磷、总氮、速效钾等营养物质均有所增加,其中以钾最明显,此外土壤结构的相关指标相应增加,还原性物质的量则降低[40]。
对稻田水质的影响:
王缨等的研究结果表明,鸭在田间的活动使得稻田水层中的DO和COD分别增加了20%和6.45%以上。
此外有鸭稻田总的N、P、K均比无鸭田高,氧化还原电位也高于无鸭田[41]。
童泽霞等的研究结果表明,稻鸭共作稻田的平均溶氧量为6.5~7.4mg/L,比常规稻田高了1.5~2mg/L[42]。
对稻田病虫害的控制作用:
研究结果显示,稻田放鸭后对常见害虫如蝗虫、稻飞虱、叶蝉、螟类的控制作用超过化学农药[43],并能增加水稻害虫的天敌数量[44]。
对稻米品质的影响:
研究结果显示,稻鸭共作属无公害农业,无农药残留,且谷粒洁白细长,出米率高;
米饭色、香俱全,适口性提高[45]。
稻鸭共作生产出的大米优于国家1级米标准,主要营养物含量提高,而且污染物残留远远低于安全标准,确保了食品安全[46]。
对环境的影响:
减少或基本不用农药,从源头上减少了对自然环境污染的物质的添加[47],减少了化肥的用量,从而减少了氮、磷、钾等物质流入自然水体的量,降低了水体富营养化[48]。
1.1.3.1稻鱼共作
国外的稻渔共作技术主要以稻田养鱼为主,且研究较为广泛[49]。
其中,日本、韩国、朝鲜、印度、及东南亚等国家稻田养鱼较发达。
日本的稻田养鱼开始较早,19世纪时稻田养鱼已有记载,日本在40年代稻田养鱼面积就达90万亩[50]。
非洲大陆也有稻田养鱼的实
例,不过仅在一些中非国家(David,19%),其中稻田养鱼时间最长的是马达加斯加,已有上百年的历史,而其它非洲中南部的扎伊尔、赞比亚及津巴布韦等国的稻田养鱼历史则较短,大部分是始于1950年[51]。
国内对于稻鱼共作的研究相对于稻蟹共作已经比较深入和广泛。
20世纪80年代倪达书提出“稻养鱼、鱼养稻,和“稻渔互利共生”理论。
之后,稻田养鱼的生态作用初步为人们认识,该理论奠定了稻渔共作理论的基础[52]。
对稻鱼共作的研究主要集中在:
水田生态系统最大负载力、鱼对稻田害虫的控制作用、对稻田水体及土壤通透性的影响、节肥效果等方面。
例如:
朱清海等的研究结果显示,稻田中引入水生经济动物,形成稻鱼生态系统。
稻与其他生物共存,形成相互制约、相互依存的自然调控体系。
将水稻不能利用的物质和能量充分利用,而从发挥水田生态系统的最大负载力[53]。
稻田中鱼蟹等的取食等活动,能大大减少稻田内杂草和害虫量[54,55],并能增加有益生物的量[56]。
倪达书等人对水生经济动物介入对稻田生态系统的影响研究结果认为:
水生经济动物的介入使稻田生态系统中的种群、群落结构及相互关系都发生大的变化。
谢坚进行了稻田生物多样性控制稻飞虱和稗草的效应研究,认为稻田中的鱼对稻飞虱和稗草地生长有很好的控制作用[57]。
1.2开展本课题研究工作的目的及意义
本课题是由宁夏自治区“5183”农业科技工程专项—宁夏稻田生态养蟹技术研究、宁夏自然科学基金资助项目—稻蟹共作对稻田水生生物的影响研究资助。
1.2.1研究目的
本课题是稻蟹共作水田生态系统水生生物多样性研究的一个重要组成部分,主要为了探明稻蟹共生模式下浮游动物的群落特点,充实稻田水体浮游动物群落研究的内容;
以及河蟹对浮游动物的物种组成、密度、生物量、多样性的影响。
为稻蟹生态共作提供科学依据,为我国生态农业发展,绿色稻谷、水产品生产发展提供理论支持。
1.2.2研究意义
在湿地生物多样性研究中,河流、湖泊、水库、海洋的浮游动物的群落特点均进行过研究;
在水田的生物多样性研究中,稻与其他水生经济动物共作也有多方面研究,而作为具有广大面积的养蟹稻田的浮游动物群落特点,至今未见报导。
本研究一方面充实这方面的研究成果,丰富稻田水体生物多样性研究内容,另一方面为水田生态种养模式和无公害绿色农业提供科学依据。
第二章成蟹养殖稻田浮游动物群落研究
2.1材料与方法
2.1.1试验地点
试验于2010年6月至2010年9月在宁夏贺兰县洪广镇新明渔业科技示范园区稻蟹共生试验田(贺兰县洪广镇高荣村)进行,试验地肥力中等,前茬为水稻。
2.1.2试验材料
水稻品种为宁粳43号;
成蟹养殖所用中华绒螯蟹来源于盘锦光合水产有限公司,雄蟹平均体重22.56±
0.05g、雌蟹平均体重20.64±
0.04g。
2.1.3试验设计
将试验田分割成10m×
12m的9块。
实验组包括两个处理组(处理1、处理2)和一个对照组,分别三个平行。
处理1为随机选取三块稻田放120只幼蟹(1只/m2),处理2为随机选取三块稻田放养80只幼蟹(0.67只/m2),每块稻田所放幼蟹雌雄比1:
1,其余三块作为只种稻不养蟹的对照组。
2.1.4田间管理与设置
试验区间用石棉瓦支撑薄膜与外界水体隔开,内侧挖有环沟,沟深约50cm,宽40cm。
薄膜出水面约40cm,以防蟹逃逸。
水稻种植采用大垄双行方式栽插,引唐徕渠水灌溉(无沟处保持水深10cm)。
2.1.5田间取样与室内分析
采样时间与采样点
本次试验共进行5次采样,分别在水稻的分蘖期、拔节期、抽穗期、成熟期和成熟末期,采样时间为上午9:
00―10:
00。
每块试验田设置两个固定采样点。
在两个采样点随机舀取等量水样,用25号浮游生物网过滤,过滤后的样品收集在样品瓶中,按体积比1:
10加福尔马林固定,作为定性样。
每块田在两个采样点各随机舀取5L水样,共10L,用25号浮游生物网过滤;
过滤后的样品收集在样品瓶中,按体积比1:
10加福尔马林固定,待定量计数用。
室内分析
用定量移液管取固定好的浮游动物样1ml置于浮游动物计数框中,轮虫在10×
40倍、枝角类和桡足类在10×
10倍镜下全片分类计数[60],分别计数两次,取平均值,并换算成1L水样的密度和生物量。
定性样品在16×
40倍的MoticB3双目显微镜下鉴定到种[61]。
浮游动物物种鉴定依据《中国淡水轮虫志》[62]、《中国动物志》[63]、《中国动物图谱甲壳动物桡足类》[64]及其他相关参考文献。
2.1.6计算方法
对定量分析的数据用Excel进行计算,得到种类组成、密度、生物量
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