我国淡水池塘养殖迅猛发展，在淡水水产养殖中的地位日益重要。据统计，2010年我国淡水池塘养殖面积已达到237.7 万hm²，占淡水养殖面积的43%；池塘养殖水产品产量达1647 万t，占淡水养殖总产量的70%^[1]。为了提高水产品产量，目前我国淡水养殖普遍采用高密度集约化养殖模式，存在过量放养、饵料过剩等突出问题，导致养殖塘水体富营养化问题十分严重。同时，养殖废水的排放也加剧了周边水体的富营养化程度，面源污染严重。因此，池塘养殖的水环境污染问题已成为当前淡水养殖发展的主要制约因素^[2]。20世纪90年代以来，各国先后对淡水养殖水体环境修复进行了大量研究，并提出了相应的对策措施，主要有物理修复、化学修复和生物修复等技术模式。其中，人工湿地等生物修复技术由于修复成本低、能耗少、环境友好等特点而受到广泛关注^{[3, 4, 5]}。

稻田生态系统是我国重要的人工湿地，不仅承载着重要的粮食生产功能，而且在净化水质中也具有独特的作用^[6]。稻田湿地同时具有生物吸收分解污染物质的食物链系统、沉淀和吸附污染物的物理自净过程，以及氧化还原分解、固定污染物质的化学净化作用，可以通过水稻的吸收、水稻土的吸附以及土壤微生物的降解等途径，来实现对水体中氮磷等营养物质以及重金属等污染物的去除^[7]。有研究表明，池塘养殖污水经稻田湿地修复后，污水中总磷含量降低66.0%—69.3%，总氮含量降低41.4%—42.5%，化学耗氧量降低53.3%—54.8%^[8]。稻田湿地系统对城镇生活污水同样具有显著的净化能力。Li等研究表明农村污水灌入稻田湿地生态系统后，对总氮和总磷的消纳分别达到55.7%—69.3%和56.7%—71.4%^{[9, 10]}；陈兴华等研究发现经过稻田湿地修复可以使生活污水中的悬浮物降低50%—70％，化学耗氧量降低60%—80％，生物化学耗氧量降低50%—90％，pH值趋向中性^[11]。太湖地区多年监测结果也显示，从稻田湿地流出的径流水或排水中所含氮素一般都要低于进入稻田湿地的灌溉水和雨水，稻田湿地对水循环中养分的氮汇作用显著^[12]。可见，稻作系统对不同来源氮、磷等污染物具有较强的消纳能力，而且富集在水稻植株中的这些养分元素还可以通过秸秆还田等方式循环利用，是一种环境友好、生态健康、可持续利用的水质净化修复系统。

在我国南方水网农区，一方面淡水养殖发展迅速，传统的养殖模式使水体富营养化问题日益严重，给区域水体环境健康带来巨大威胁；另一方面，稻谷刚性需求逐年增加，耕地面积逐年减少，增加稻谷产量、保障口粮安全的压力越来越大。因此，如何将稻作系统和淡水养殖系统进行生态耦合，实现生态安全、水产养殖和粮食保障的多赢，从而促进养殖池塘的可持续发展，成为当前淡水养殖水体环境修复的一个重要研究方向。本文在系统总结国内外研究的基础上，深入讨论了稻作系统对淡水养殖池塘氮磷富集的修复效应，分析了不同修复模式的技术特点及应用前景，期望能为今后的研究提供理论参考。

淡水养殖池塘的富营养化主要是由于池塘生态系统中氮、磷等养分物质失衡引起的。在养殖池塘中，氮、磷等养分物质是影响初级生产力的关键因素。为了提高水产品产量，往往需要投入大量的饵料、肥料等，以保证氮、磷等养分物质的供给。除此之外，鱼苗投入、池塘灌水、降雨、微生物固氮等也会带入一部分氮、磷进入养殖池塘中。在养殖池塘中氮主要以铵态氮、亚硝态氮、硝态氮等无机氮以及氨基酸、蛋白质、腐殖酸等有机氮形式存在；磷主要以溶解无机磷、溶解有机磷、颗粒磷等形式存在。不同形态氮、磷的转化主要是受水产动物、浮游植物和微生物的吸收同化、硝化与反硝化、铵挥发以及吸附沉积等生物物理化学过程调控^{[13, 14, 15]}。即不同来源的氮、磷进入养殖池塘后，一部分被塘中鱼虾等水产动物以及浮游生物吸收同化；另一部分则以底泥沉积、换排水和渗漏、铵挥发等途径输出。表 1列出了不同类型养殖塘的氮磷收支状况，从表中可以看出，饵料和肥料的投入在氮、磷的输入中所占比例最大，在大部分养殖塘中都占到氮、磷输入的80%以上，鱼苗投入、进水等其他途径输入的氮、磷所占比例相对较低。在氮、磷的输出中，不同类型养殖塘水产品收获输出的氮、磷存在较大差异，水产品收获输出的氮占总量的11.6%—49.2%，水产品收获输出的磷占总量的2.4%—48.4%，但均没有超过总量的一半。剩余的氮、磷大多沉积在底泥中，或通过排水、渗漏、铵挥发等途径进入养殖塘外部的水体或大气环境中。其中，底泥中沉积的氮、磷所占比例最高，大部分养殖塘底泥中沉积的氮都超过了总量的50%，沉积的磷均超过了总量的40%；其次养殖塘排水中输出的氮、磷也占有较大比例。从这些结果可以看出，在养殖塘中，水产品吸收同化的氮、磷仅占饵料和肥料输入的一小部分，大量的氮、磷沉积在池塘底泥或随养殖废水排出，对养殖塘内或外界水体环境产生富营养化污染。

养殖池塘富营养化的危害主要体现在对养殖塘内部和外部水体的污染两个方面。养殖池塘富营养化，会导致塘内水体质量的恶化，抑制鱼虾的正常生长，甚至危及鱼虾的生存。池塘中大量的残饵和鱼虾的代谢产物经微生物的氨化作用转变成无机形态的氨氮，会导致水体中氨氮含量过高。Randall等^[22]研究表明水体中氨氮浓度过高会严重影响鱼虾体内酶的催化作用和细胞膜的稳定性，破坏鱼虾的排泄系统和渗透系统，导致鱼虾失去平衡，无生气或昏迷等。氨氮在水体中还可通过亚硝化细菌和硝化细菌的作用，氧化成亚硝酸盐和硝酸盐。水体中亚硝酸盐过高会导致鱼虾体内血液中的亚铁血红蛋白被氧化成高铁血红蛋白，导致血液中氧气含量降低，从而造成鱼虾死亡^[23]。此外，养殖塘氮、磷养分富集还会导致塘内有害藻类暴发性生长，水体溶氧量降低，导致鱼虾死亡。除了对塘内水质的影响之外，养殖塘排出的废水还会对周边水体环境产生污染。如王洪起对于桥水库和周边养殖塘水质的监测发现，水库周边养殖塘水体的氮、磷含量明显高于水库，在夏秋季节和捕鱼时，富含氮、磷的鱼塘废水被直接或间接排入水库，在水库周边形成明显的污染带^[24]。太湖地区主要水产养殖模式氮、磷损失的研究表明，不同模式下池塘每年向周围水体排出的氮、磷量分别为21.96—73.54 kg/hm²和1.99—6.55 kg/hm^2[25]。第一次全国污染普查公报数据也显示，我国水产养殖业排放的总氮和总磷分别达到8.21 万t和1.56 万t。养殖废水富营养化对周边水体环境的污染不容忽视。

目前，采用稻作系统修复淡水养殖池塘富营养化主要有三类技术耦合模式：一是浮床种稻-原位修复模式，即在养殖塘中利用浮床种稻实现对水质的 净化作用；二是稻田湿地-异位修复模式，即将养殖废水引出，灌入构建的稻田人工湿地生态系统中对其进行净化后再循环利用。三是转变水产养殖模式，将单一的水产养殖模式转变为稻鱼生态种养模式，以减少饵料、肥料投入，提高氮、磷养分综合利用效率，减少水产养殖过程中养分物质的排放。

浮床种稻对富营养化水质的修复机制主要有三个方面：一是通过水稻生长对水体中氮、磷的吸收利用，直接将水体中的无机营养物带出水体；二是利用植物根系和浮床基质等对水体中悬浮物的吸附作用，富集水体中的悬浮物；三是通过根际泌氧功能改善水体微环境，使根区形成好氧环境，促进有机物质分解和硝化细菌的生长，促进好氧转化，利于养分转化吸收。对水体的净化效果受到浮床覆盖率、水稻生物量、根系的发达程度、输氧能力、污水中氮、磷含量等因素影响，覆盖率越高、生物量越大、根系输氧能力越强，氮、磷的去除效果就越好。采用浮床种稻净化水质的研究可以追溯到20世纪90年代，宋祥甫等研究了不同覆盖率浮床种稻对富营养化水体中氮磷的去除效果，结果表明，在20%、40%和60%浮床覆盖率下，通过分蘖到成熟84d处理，全池水体中总氮的去除率分别为29.0%、49.8%和58.7%，总磷的去除率分别为32.1%、42.9%和49.1%。随着覆盖率增加，对水体氮、磷的去除率也不断提高^[26]。马克星等利用浮床种稻净化农田退水水质的研究结果也显示，浮床种稻系统对总氮的去除率可以达到90.3%^[27]。卢进登等比较了水稻、芦苇、香蒲等不同水生植物的对富营养化的净化效果，在2个月的生育期内，水稻氮磷的吸收量分别为118.7 g/m²和11.1 g/m²，仅次于芦苇和萩，明显高于牛筋草、香蒲、美人蕉等植物^[28]。可见，利用浮床种植水稻对富营养化水体中的氮、磷具有较强的净化能力。

浮床种稻-原位修复模式的特点是将大田种植的粮食作物-水稻进行浮床水生漂浮种植，充分利用水稻植株根系发达、生物量大、养分吸收和转运能力强等特点，可以大量吸收和富集水体中的氮、磷等养分元素，降低水体中养分元素含量；既可以净化水体，又可以实现养分物质的循环利用。该技术模式还具有充分利用水面而无需占用土地，能够适应较宽的水深范围，运行管理相对容易，美化养殖塘水体景观等优点。而且，水稻是重要的粮食作物，浮床种植的水稻收获后还可以创造一定的经济效益，不存在修复植物收获后难以二次利用的问题。然而，在养殖池塘中，氮、磷等养分物质不仅富集在水体中，而且还大量沉积在底泥中。以往研究主要关注浮床种植水稻对水体中氮、磷含量的净化效应，而对底泥中氮磷的净化效应研究则较少。浮床种植水稻可以降低水体中氮、磷浓度，调节水体溶解氧含量以及pH值等水体理化性质，这些因素的改变可能会影响底泥中氮、磷向水体的扩散过程^{[29, 30]}。但是目前还不明确浮床种植水稻是否对底泥中氮、磷养分也具有显著的净化效应。

稻田湿地-异位修复是将富含氮、磷的养殖废水转入稻田湿地进行修复的一种技术模式。稻田湿地主要是通过水稻的吸收、水稻土的吸附及稻田土壤微生物的降解来去除废水中的氮、磷养分物质。稻田湿地除氮的过程主要是微生物的硝化和反硝化作用、植物吸收及氨挥发；除磷的过程主要包括微生物降解增加植物吸收、植物根系吸附、底泥吸附和还原态时少量磷的挥发等。研究表明，稻田湿地对养殖塘废水中的氮、磷具有显著的净化效果，养殖塘废水经稻田湿地净化后，其总氮、总磷、硝态氮和铵态氮含量分别降低65.2%、72.0%、87.3%和66.8%^[31]。稻田湿地的灌溉方式会影响净化效果，平衡灌排方式下养殖废水氮、磷的去除率要低于间隙灌排方式和间隙灌溉连续排水方式^[32]。在稻田湿地中，养殖废水提供的氮、磷养分并不能完全满足水稻的生长需要，需要补施适量肥料才能保证水稻产量。适当增施肥料并不降低稻田湿地对养殖废水的净化效果^[8]。在人工构造的稻田湿地中，渗径也会影响稻田湿地对养殖废水的净化效果，当渗径增加到50 cm时，硝态氮和化学耗氧量的去除率则明显优于30 cm渗径^[31]。

稻田湿地是世界上最大的人工湿地，为富营养化水质的生态修复提供了丰富的湿地资源。稻田湿地在氮磷去除方面具有独特的特点：一是富营养化废水为水稻生长提供必须元素，可节约化肥、水的投入，水稻收获可以创造一定的经济效益，生态效应和经济效益显著；二是水稻吸收的氮磷养分可通过秸秆还田等方式实现养分元素的二次循环利用；三是稻田湿地生态系统在净化水质的同时，还可以起到防洪减灾、减少空气浮尘、保护农业耕地、降低农业成本、发展旅游休闲的效果和作用。但是，稻田湿地系统除了具有吸纳、降解不同来源的氮磷和有机物等污染，起到汇的作用外，在雨季稻田湿地还会产生一定的径流，成为富营养化的源；稻田湿地本质上属于稻作生态系统，在水稻生长过程中需要针对病虫危害而喷洒农药，从而造成农药对净化水体的污染，即稻田湿地系统在处理富营养化废水过程中存在二次污染的风险，需要提高水稻品种的抗病虫能力和生物农药的应用，加强工程和农艺等管理措施，减少径流。此外，养殖废水仅靠灌入周边稻田湿地进行净化，受养殖池塘和稻田分布的限制。

稻鱼生态种养模式是通过改变水产养殖方式，以稻田湿地为养殖水体，将水产养殖与水稻种植有机结合起来，通过充分利用鱼-稻的生态互惠作用，来减少饵料、肥料等养殖、种植物料的投入，从而减少水产养殖和水稻种植对水体环境的氮、磷等养分物质排放，减少水体污染风险。大田试验表明，在相同养殖密度下，稻鱼共作系统水体氨氮含量要比鱼单作系统低24.5%，总磷含量低32.6%，稻鱼共作系统氮、磷利用效率高于鱼单作系统，稻鱼共作系统能够减少水产养殖带来的养分流失^[33]。与常规稻作相比，稻鱼共生系统的硝态氮淋溶量、氧化亚氮排放和铵挥发也有所降低^[34]。在稻鱼共生系统中，一方面，稻田大部分杂草、水体中的大量浮游生物和细菌、以及部分有机物腐屑都是鱼等水生经济动物很好的天然饵料，可以直接被鱼摄食，从而可以不投或仅投放少量饵料就可以满足鱼的食物需求，而且残余饵料或鱼的排泄物降解产生的氮、磷等养分物质会被水稻吸收，从而减少养分的流失^[35]。另一方面，稻田中鱼、虾等水生动物的不间断活动产生中耕混水效果，促进土壤中养分物质的释放，促进水稻生长。以往研究发现，稻鱼共作系统水稻生物量和氮储量均高于水稻单作^[36]。

稻鱼生态种养模式虽然不是直接对养殖水体进行修复，但是可以作为一种生态养殖模式来部分替代对水体污染重的集约化养殖方式，从而减轻水产品养殖产业对水体的污染风险。近30年来，我国稻田水产养殖发展迅速，稻田养殖的水产品逐渐由鲤、草等普通鱼类扩展到虾、蟹、中华鳖等特种水产。稻田水产养殖规模也在不断扩大，到2010年，我国稻田水产养殖面积已达到132.6 万hm²，年水产品产量已达到124.3 万t。但是目前我国稻田水产养殖在规模化和综合化发展中还存在一些问题，影响了稻田水产养殖的推广。例如，稻田水产养殖需要连片作业、规模化生产、产业化经营，才能提高综合生产能力，提高经济和生态效益。但目前农村一家一户小生产的经营体制，种养规模小，缺乏必要的资金和技术支撑；稻田水产养殖缺乏配套的农机设备，机械化程度低，劳动强度大，用工量多。由于社会经济的迅速发展，大量农村劳动力向城市第二、三产业转移，农村劳动力的缺乏也限制了稻田水产养殖的推广和规模化发展^{[37, 38]}。此外，稻田养殖因需要开挖环形沟、蓄水鱼池，一定程度上减少了稻田面积，不利于水稻增产。

浮床种稻原位修复、稻田湿地异位修复和稻鱼生态种养这3种模式都可以有效的净化或减少淡水养殖水体中氮磷等养分物质，实现养分的循环利用，减轻水产养殖对水体的污染。此外，水稻收获还能产生一定的经济效益。在我国南方水网农区，采用稻作系统来修复养殖水体的富营养化问题具有十分广阔的应用前景。但是，上述3种修复模式也还存在一些不足，影响了大范围的推广应用。例如，浮床消耗材料多且材料成本高、操作困难，而且浮床种稻根系难以深入到底泥，对底泥中氮、磷的富集修复效果差等；稻田湿地系统修复养殖废水受养殖池塘和稻田空间分布的限制；“水稻+水产”生态种养模式存在不易规模化发展、不利稻谷增产等问题。因此，急需在理论与技术研究资助、生态补偿以及农户激励等方面给予政策支持。

(1)加强生态修复专用水稻品种的培育。在以往的研究和修复实践中，一般都是采用大田生产中的常规水稻品种，主要针对养殖塘水体中氮、磷养分富集的净化。但是在养殖池塘，底泥中沉积的养分物质要远大于水体，并且会不断向上层水体释放。因此，在以后的研究中，应专门针对养殖池塘中氮、磷等养分物质的富集特征，培育生物量大、对氮、磷等养分物质富集能力强、抗性好、产量高、品质优以及可以直接种植养殖塘中深水稻品种，以加强对养殖塘底泥富营养化的修复。

(2)加强稻作系统生态修复的理论研究和技术推广。从现有文献看，稻作系统对养殖塘水体修复主要通过增加氮、磷等养分的转运输出，以及改良池塘水体、底泥的生物物理化学环境等两方面。但是，目前对这两方面作用机制的研究还非常有限。因此，还需要加强稻作系统生态修复机制的研究，以期进一步明确稻作系统对养殖池塘氮、磷等养分循环的直接和间接影响，最终实现稻作系统和养殖池塘系统的最优生态耦合。同时，加强对稻-鱼共生系统中水稻与鱼的生物配置、水稻的空间布局、肥料和饵料的投入、池塘水的管理等技术环节的研究，构建以生态修复为核心的“水产-水稻”复合养种技术体系，并在池塘养殖典型地区进行技术示范和推广应用。

(3)建立稻作系统生态修复的生态补偿机制。采用稻作系统修复养殖池塘富营养化不仅生态环境效益显著，而且还能促进农业增效与农民增收。稻作系统与水产养殖系统的生态耦合，是集生态、社会和经济三大效益于一体的生态种养技术体系。因此，政府部门应建立适当的生态补偿机制，对实现这些修复技术的生产单位和农户进行补贴；跟踪监测修复技术的生态效应，综合评价不同技术模式对氮、磷等养分物质的减排效果以及综合利用效率，确定补贴标准。同时，对应用这些修复技术的生产单位和农户，在土地流转、技术服务以及产业化经营等方面给予相应的政策支持。