稻鸭克氏原螯虾综合种养系统对浮游生物群落结构及其与环境因子关系的影响

《Biology》：Effects of Rice–Duck–Crayfish Integrated System on the Community Structure of Plankton and Its Relationships with Environmental Factors Yuchen Jing, Zhiwei Xu, Mengmeng Pan, Jiaqian Yu, Zehua Fang, Xufa Ma and Zemao Gu

　　

为阐明稻鸭克氏原螯虾综合种养系统（RDCI）中的浮游生物动态并优化水质管理，研究人员于2022年3月至2023年1月期间，对RDCI与稻虾连作系统（RCCC）进行了浮游生物及理化参数的连续监测。结果显示，RDCI共鉴定出214种浮游植物和92种浮游动物，而RCCC分别为196种和95种，两者优势种群相似（绿藻门、硅藻门；轮虫）。与RCCC相比，RDCI在克氏原螯虾养殖期与越冬期的浮游生物密度较低，但在克氏原螯虾养殖期、越冬期及水稻成熟期具有较高的生物量。RDCI中浮游植物与浮游动物的多样性指数、丰富度指数及均匀度指数均显著高于RCCC。相关性分析表明，水温（WT）、溶解氧（DO）、总氮（TN）及氨氮（NH4+-N）是影响浮游生物群落结构的关键环境因子。综上所述，相较于RCCC，RDCI具有更高的浮游生物多样性与更好的均匀度，表明其群落结构更为复杂稳定。浮游生物的物种组成及相关指数显示，RDCI缓解了克氏原螯虾养殖期与越冬期的水体富营养化程度，同时增加了水稻种植期的营养水平，有助于减少农业面源污染并促进绿色农业发展。

该研究针对稻虾连作系统（RCCC）存在的残虾积累、密度失控及杂草丛生等问题，引入鸭群构建稻鸭克氏原螯虾综合种养系统（RDCI），旨在解析该系统对浮游生物群落结构的调控机制及生态效应。研究依托湖北监利“双水双绿科技站”，选取相邻田块设置RDCI与RCCC两组实验，覆盖克氏原螯虾养殖期、水稻返青期、稻鸭共作期、水稻成熟期及越冬期五个关键阶段。研究人员采用九点法采集水样，通过定性（25号、13号浮游生物网）与定量（1L有机玻璃采水器）结合的方式收集浮游生物，利用Lugol's碘液与甲醛固定，借助显微镜进行物种鉴定与计数（密度单位：ind/L，生物量单位：mg/L）。通过计算优势度指数（Y）、香农-威纳多样性指数（H′）、Margalef丰富度指数（d）及Pielou均匀度指数（J′），并结合Spearman相关性分析，探究浮游生物群落与环境因子的耦合关系。

研究结果表明，在浮游植物群落结构特征方面，RDCI共鉴定浮游植物188种，隶属8门，以绿藻门、裸藻门和硅藻门为主，优势种数量（19种）多于RCCC（12种），且表现出明显的时空演替特征；其密度呈“W型”波动，生物量年均值高于RCCC，且在克氏原螯虾养殖期、水稻成熟期及越冬期生物量更高，群落多样性指数在多数阶段亦显著优于RCCC。在浮游动物群落结构特征方面，RDCI记录浮游动物92种，以轮虫为主，优势种数量（22种）多于RCCC，并出现了Bosmina longirostris等特有优势种；其密度与生物量同样呈现“增-减-增”的波动模式，年均值均高于RCCC，且在克氏原螯虾养殖期、返青期及成熟期生物量更高，多样性指数整体表现更佳。在浮游生物群落间相关性分析中，RDCI内特定蓝藻与枝角类呈显著正相关，部分硅藻与桡足类呈负相关；RCCC中则存在Daphnia cucullata与Nitzschia palea的正相关及与Microcystis flos-aquae的负相关。在浮游生物与水生环境因子的相关性方面，水温（WT）与氨氮（NH₄⁺-N）被确定为驱动浮游生物群落结构的关键因子，其中WT与浮游植物密度和生物量呈显著正相关，而TN与浮游植物的H′呈显著负相关；RDCI中DO与浮游动物的J′和d呈正相关，而WT与zo-margalef呈负相关。

讨论部分指出，稻鸭克氏原螯虾综合种养模式通过鸭的活动调节了浮游植物群落，提升了生态系统的稳定性与可持续性。RDCI较RCCC具有更高的物种丰富度，其独特的“W型”季节动态主要由鸭的活动调控所致，该系统降低了有害蓝藻Microcystis flos-aquae的优势度，增加了有益藻类比例，并在降低化肥投入的同时维持了水稻产量。同时，该模式增强了浮游动物群落的稳定性与结构复杂性，促进了生态位分化。结论部分强调，引入鸭群有效优化了浮游生物群落结构，提升了生物多样性与生态系统稳定性，缓解了水体富营养化，提高了水稻生长期营养水平，为精准投喂、水质调控及绿色农业发展提供了科学依据。该研究成果已发表于《Biology》期刊。