池塘养殖在我国淡水水产品生产与供给中占重要地位。据统计，我国池塘养殖水产品产量占淡水水产品总量的70.6%。为了提高产量，我国池塘养殖普遍采用高密度精养模式，大量残饵和水产动物排泄物导致池塘以及周边水体富营养化问题日益严重。沉积物是塘体中冗余养分重要的汇与源。在养殖池塘中，超过70%的冗余养分以残饵、鱼虾排泄物等形式沉积在底泥表层，这些养分物质可以通过沉积物-水界面释放到上层水体中。可见，沉积物-水界面的养分迁移交换是影响上覆水体营养水平和环境质量的重要过程。而这一过程易受到界面溶解氧、氧化还原电位、pH值等理化性状的影响。因此，研究沉积物-水界面的微环境特征及其理化性状的微观剖面分布，对于调控塘体养分循环，减轻水体富营养化具有重要意义。


池塘种稻是一种新型的基于养殖池塘的稻鱼共作模式。以往研究发现，池塘种稻可以显著降低水体营养盐含量以及水体COD、pH值等，对于减轻养殖池塘富营养化污染以及改良水质具有显著作用。在池塘种稻模式中，水稻直接种植于池塘底泥中，水稻根系的生长必然会影响沉积物-水界面微环境。以往对沉积物-水界面微环境的研究，大多集中于海洋、湖泊、河流等自然生态系统，以及轮叶黑藻等自然水生植物，而对养殖池塘研究较少，且以往对水稻根际微环境的研究主要侧重于稻田浅水环境，缺乏对养殖池塘这种深水环境下水稻根际作用的深入研究。由于水体环境、动植物类型以及人工干预等因素的差异，稻作池塘沉积物-水界面微环境的特征以及水稻的根际效应可能与自然水体存在差异。对于沉积物-水界面环境的研究，常规分层采样分析方法容易破坏界面、扰动沉积物，不利于准确监测沉积物-水界面微环境的变化。近年来，随着微电极技术的发展，可以直接测量沉积物-水界面微米尺度的溶解氧等理化指标的变化，为解析沉积物-水界面微环境的变化提供了有力工具。


本研究以黄颡鱼塘种稻模式为例，通过小区试验，利用微电极系统研究稻鱼共作和单养鱼池塘沉积物-水界面溶解氧、氧化还原电位和pH值的微米尺度剖面分布特征，分析了水稻生长对沉积物-水界面微环境的影响，以增加对池塘种稻这种新型鱼稻共生模式调控水体养分作用机制的科学认识。


1材料与方法


1.1试验设计


试验在浙江省杭州市中国水稻研究所试验基地进行。试验设置黄颡鱼-水稻共作(RF)和黄颡鱼单养(F)两个处理，每个处理3个重复。试验小区是由多年养殖池塘中围隔出大小一致的水泥池建设而成，每个水泥池80 m2(10 m×8 m)，池深1.5 m。


种稻小区选用高秆型鱼塘专用水稻品种，2015年5月上旬育秧，6月上旬移栽于小区中部，移栽密度为60 cm×60 cm，种植面积约占小区总面积的50%。7月上旬在小区投放2.5~3.0 cm长黄颡鱼苗，投放量为150 000尾/hm2，且均按常规养殖方法进行养殖管理。小区水深随水稻生长不断增加，种稻小区和不种稻小区保持相同水位。水稻于当年11月上旬收获，黄颡鱼于水稻收获后一次性捕获。


1.2样品采集


2015年于稻鱼共作的中期(8月)采集沉积物柱状样。先用有机玻璃取水器采集6个小区上覆水体水样，再采用无扰动沉积物采样装置采集对应小区沉积物柱状样，将采集后的有机玻璃采样管底部塞子用胶带封牢，并使用不透光锡箔纸包裹整个采样管以保持避光状态。


6个小区水样和土样采集时间与柱状样同步，分别用于水体和底泥基础理化指标测定。在小区的四个采样点用取样器于水面下10 cm进行水样采集，再将水样混合均匀作为待测水样;随后用取样器于采样区取土样约深20 cm，再将其混合均匀作为待测土样。将采集的样品放入冰盒带回实验室后，水样4℃下保存，在24 h内测定;土样风干后混匀过筛，待测。


1.3样品分析测定


对采集的塘底沉积物柱状样用虹吸法抽取上层水，再用虹吸法沿管壁注入上覆水(经0.45μm滤膜过滤)，并使所有柱状样上层水高度都保持在5 cm，静置24 h稳定后待测。采用Unisense微电极测量系统，先将DO、pH和Eh电极连接在主机上进行校正，调节相应参数后，再依次选用微电极对待测样品沉积物-水界面进行无扰动测定，每个柱子测定3个平行剖面后求平均值，并分析沉积物-水界面垂直剖面的变化趋势。


水样测定指标主要包括pH值、溶氧(DO)量、叶绿素a含量(Chl-a)、生物需氧量(BOD)、化学需氧量(COD)、氨态氮(N-N)含量、硝态氮含量(N-N)和可溶性磷(DP)含量。水体pH值和DO分别采用梅特勒-托利多手持pH仪和YSI光学溶氧仪proODO现场测定;Chl-a含量采用热乙醇提取法测定;BOD采用标准稀释法测定;COD含量用重铬酸钾法测定;水样经0.45μm微孔滤膜过滤后，分别采用靛酚蓝比色法、紫外分光光度法和钼锑抗比色法来测定N、N和DP含量。底泥中pH值采用电位法测定;Eh值采用FJA-6型氧化还原电位(ORP)去极化法全自动测定仪测定;氨态氮(N-N)和硝态氮(N-N)含量用氯化钾溶液提取-分光光度法测定;速效磷(A-P)含量采用NaHCO3提取法测定。