池塘養(yǎng)殖在我國(guó)淡水水產(chǎn)品生產(chǎn)與供給中占重要地位。據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國(guó)池塘養(yǎng)殖水產(chǎn)品產(chǎn)量占淡水水產(chǎn)品總量的70.6%。為了提高產(chǎn)量，我國(guó)池塘養(yǎng)殖普遍采用高密度精養(yǎng)模式，大量殘餌和水產(chǎn)動(dòng)物排泄物導(dǎo)致池塘以及周邊水體富營(yíng)養(yǎng)化問(wèn)題日益嚴(yán)重。沉積物是塘體中冗余養(yǎng)分重要的匯與源。在養(yǎng)殖池塘中，超過(guò)70%的冗余養(yǎng)分以殘餌、魚(yú)蝦排泄物等形式沉積在底泥表層，這些養(yǎng)分物質(zhì)可以通過(guò)沉積物-水界面釋放到上層水體中。可見(jiàn)，沉積物-水界面的養(yǎng)分遷移交換是影響上覆水體營(yíng)養(yǎng)水平和環(huán)境質(zhì)量的重要過(guò)程。而這一過(guò)程易受到界面溶解氧、氧化還原電位、pH值等理化性狀的影響。因此，研究沉積物-水界面的微環(huán)境特征及其理化性狀的微觀剖面分布，對(duì)于調(diào)控塘體養(yǎng)分循環(huán)，減輕水體富營(yíng)養(yǎng)化具有重要意義。

池塘種稻是一種新型的基于養(yǎng)殖池塘的稻魚(yú)共作模式。以往研究發(fā)現(xiàn)，池塘種稻可以顯著降低水體營(yíng)養(yǎng)鹽含量以及水體COD、pH值等，對(duì)于減輕養(yǎng)殖池塘富營(yíng)養(yǎng)化污染以及改良水質(zhì)具有顯著作用。在池塘種稻模式中，水稻直接種植于池塘底泥中，水稻根系的生長(zhǎng)必然會(huì)影響沉積物-水界面微環(huán)境。以往對(duì)沉積物-水界面微環(huán)境的研究，大多集中于海洋、湖泊、河流等自然生態(tài)系統(tǒng)，以及輪葉黑藻等自然水生植物，而對(duì)養(yǎng)殖池塘研究較少，且以往對(duì)水稻根際微環(huán)境的研究主要側(cè)重于稻田淺水環(huán)境，缺乏對(duì)養(yǎng)殖池塘這種深水環(huán)境下水稻根際作用的深入研究。由于水體環(huán)境、動(dòng)植物類(lèi)型以及人工干預(yù)等因素的差異，稻作池塘沉積物-水界面微環(huán)境的特征以及水稻的根際效應(yīng)可能與自然水體存在差異。對(duì)于沉積物-水界面環(huán)境的研究，常規(guī)分層采樣分析方法容易破壞界面、擾動(dòng)沉積物，不利于準(zhǔn)確監(jiān)測(cè)沉積物-水界面微環(huán)境的變化。近年來(lái)，隨著微電極技術(shù)的發(fā)展，可以直接測(cè)量沉積物-水界面微米尺度的溶解氧等理化指標(biāo)的變化，為解析沉積物-水界面微環(huán)境的變化提供了有力工具。

本研究以黃顙魚(yú)塘種稻模式為例，通過(guò)小區(qū)試驗(yàn)，利用微電極系統(tǒng)研究稻魚(yú)共作和單養(yǎng)魚(yú)池塘沉積物-水界面溶解氧、氧化還原電位和pH值的微米尺度剖面分布特征，分析了水稻生長(zhǎng)對(duì)沉積物-水界面微環(huán)境的影響，以增加對(duì)池塘種稻這種新型魚(yú)稻共生模式調(diào)控水體養(yǎng)分作用機(jī)制的科學(xué)認(rèn)識(shí)。

1材料與方法

1.1試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)在浙江省杭州市中國(guó)水稻研究所試驗(yàn)基地進(jìn)行。試驗(yàn)設(shè)置黃顙魚(yú)-水稻共作(RF)和黃顙魚(yú)單養(yǎng)(F)兩個(gè)處理，每個(gè)處理3個(gè)重復(fù)。試驗(yàn)小區(qū)是由多年養(yǎng)殖池塘中圍隔出大小一致的水泥池建設(shè)而成，每個(gè)水泥池80 m2(10 m×8 m)，池深1.5 m。

種稻小區(qū)選用高稈型魚(yú)塘專(zhuān)用水稻品種，2015年5月上旬育秧，6月上旬移栽于小區(qū)中部，移栽密度為60 cm×60 cm，種植面積約占小區(qū)總面積的50%。7月上旬在小區(qū)投放2.5~3.0 cm長(zhǎng)黃顙魚(yú)苗，投放量為150 000尾/hm2，且均按常規(guī)養(yǎng)殖方法進(jìn)行養(yǎng)殖管理。小區(qū)水深隨水稻生長(zhǎng)不斷增加，種稻小區(qū)和不種稻小區(qū)保持相同水位。水稻于當(dāng)年11月上旬收獲，黃顙魚(yú)于水稻收獲后一次性捕獲。

1.2樣品采集

2015年于稻魚(yú)共作的中期(8月)采集沉積物柱狀樣。先用有機(jī)玻璃取水器采集6個(gè)小區(qū)上覆水體水樣，再采用無(wú)擾動(dòng)沉積物采樣裝置采集對(duì)應(yīng)小區(qū)沉積物柱狀樣，將采集后的有機(jī)玻璃采樣管底部塞子用膠帶封牢，并使用不透光錫箔紙包裹整個(gè)采樣管以保持避光狀態(tài)。

6個(gè)小區(qū)水樣和土樣采集時(shí)間與柱狀樣同步，分別用于水體和底泥基礎(chǔ)理化指標(biāo)測(cè)定。在小區(qū)的四個(gè)采樣點(diǎn)用取樣器于水面下10 cm進(jìn)行水樣采集，再將水樣混合均勻作為待測(cè)水樣;隨后用取樣器于采樣區(qū)取土樣約深20 cm，再將其混合均勻作為待測(cè)土樣。將采集的樣品放入冰盒帶回實(shí)驗(yàn)室后，水樣4℃下保存，在24 h內(nèi)測(cè)定;土樣風(fēng)干后混勻過(guò)篩，待測(cè)。

1.3樣品分析測(cè)定

對(duì)采集的塘底沉積物柱狀樣用虹吸法抽取上層水，再用虹吸法沿管壁注入上覆水(經(jīng)0.45μm濾膜過(guò)濾)，并使所有柱狀樣上層水高度都保持在5 cm，靜置24 h穩(wěn)定后待測(cè)。采用Unisense微電極測(cè)量系統(tǒng)，先將DO、pH和Eh電極連接在主機(jī)上進(jìn)行校正，調(diào)節(jié)相應(yīng)參數(shù)后，再依次選用微電極對(duì)待測(cè)樣品沉積物-水界面進(jìn)行無(wú)擾動(dòng)測(cè)定，每個(gè)柱子測(cè)定3個(gè)平行剖面后求平均值，并分析沉積物-水界面垂直剖面的變化趨勢(shì)。

水樣測(cè)定指標(biāo)主要包括pH值、溶氧(DO)量、葉綠素a含量(Chl-a)、生物需氧量(BOD)、化學(xué)需氧量(COD)、氨態(tài)氮(N-N)含量、硝態(tài)氮含量(N-N)和可溶性磷(DP)含量。水體pH值和DO分別采用梅特勒-托利多手持pH儀和YSI光學(xué)溶氧儀proODO現(xiàn)場(chǎng)測(cè)定;Chl-a含量采用熱乙醇提取法測(cè)定;BOD采用標(biāo)準(zhǔn)稀釋法測(cè)定;COD含量用重鉻酸鉀法測(cè)定;水樣經(jīng)0.45μm微孔濾膜過(guò)濾后，分別采用靛酚藍(lán)比色法、紫外分光光度法和鉬銻抗比色法來(lái)測(cè)定N、N和DP含量。底泥中pH值采用電位法測(cè)定;Eh值采用FJA-6型氧化還原電位(ORP)去極化法全自動(dòng)測(cè)定儀測(cè)定;氨態(tài)氮(N-N)和硝態(tài)氮(N-N)含量用氯化鉀溶液提取-分光光度法測(cè)定;速效磷(A-P)含量采用NaHCO3提取法測(cè)定。