培養(yǎng)基和放養(yǎng)密度對池塘底質(zhì)及底棲動物的影響

張萍，周鑫，秦偉，柏愛旭

(1.上海海洋大學(xué) 水產(chǎn)與生命學(xué)院，上海201306;2.中國水產(chǎn)科學(xué)研究院淡水漁業(yè)研究中心，江蘇 無錫214081;3.淮安出入境檢驗檢疫局，江蘇淮安223001)

在淡水養(yǎng)殖過程中，池塘底質(zhì)不僅是氮、磷、碳等營養(yǎng)元素的富集庫［1］，養(yǎng)殖生物覓食和棲息的場所，而且是植物、動物和微生物的棲息地及營養(yǎng)素再循環(huán)中心［2］，通過營養(yǎng)鹽的交換及物質(zhì)再循環(huán)過程，底泥成為生長在池底的水生生物所需營養(yǎng)鹽的來源之一［3-4］。底質(zhì)通過與水體的相互作用能強烈影響水質(zhì)，直接影響到水生生物生存的內(nèi)外環(huán)境［5-6］，成為養(yǎng)殖環(huán)境調(diào)控中的主要因素之一。隨著中國池塘養(yǎng)殖面積的不斷增加，傳統(tǒng)有機肥培養(yǎng)的天然餌料已不能滿足蝦、蟹攝食的需要，人工餌料的大量投入加重了池塘的有機污染，導(dǎo)致養(yǎng)殖生態(tài)環(huán)境惡化［7］。近年來，水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)普遍存在效益滑坡的現(xiàn)象，池塘底質(zhì)惡化和過度放養(yǎng)導(dǎo)致天然底棲餌料生物資源枯竭可能是其中的原因之一。因此，改良底質(zhì)和培養(yǎng)天然餌料已成為水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)穩(wěn)定發(fā)展的首要任務(wù)，但迄今尚無培養(yǎng)基及放養(yǎng)密度對底棲動物種類及生物量影響的系統(tǒng)報道。本試驗中選用3種培養(yǎng)基和3 個放養(yǎng)密度水平，通過分析和對比不同條件下池塘底質(zhì)的總氮、總磷、總有機碳積累量和底棲動物種類及其生物量等指標(biāo)，以確定底棲餌料生物培養(yǎng)基在蝦、蟹養(yǎng)殖過程中的作用以及合適的蝦、蟹放養(yǎng)密度，旨在為蝦、蟹新型天然餌料培養(yǎng)基的開發(fā)提供科學(xué)依據(jù)，也為降低水產(chǎn)養(yǎng)殖自身污染、保護環(huán)境、實現(xiàn)淡水池塘養(yǎng)殖的可持續(xù)發(fā)展提供參考和指導(dǎo)。

1 材料與方法

1.1 材料

試驗用培養(yǎng)基分別為雞糞培養(yǎng)基、雞糞與豬糞混合培養(yǎng)基和底棲餌料生物培養(yǎng)基，成分見表1。

1.2 方法

1.2.1 試驗條件 試驗在江蘇省盱眙恒旭科技發(fā)展有限公司養(yǎng)殖基地進行。試驗選用標(biāo)準(zhǔn)化新泥底池塘27 口，每口池塘水面積約2400 m2(長為60 m，寬為40 m)，坡比為1.0∶ 2.5，池深為1.5 ～2.0 m。池塘內(nèi)開挖“回”字型環(huán)溝。池塘水源為洪澤湖水，水源充足，水質(zhì)良好，池塘進水、排水系統(tǒng)完善，池塘均鋪設(shè)了納米微孔增氧管道(功率為0.225 W/m2)，為養(yǎng)殖蝦、蟹提供了良好的條件。

表1 3種培養(yǎng)基的成分表Tab.1 The nutrients of the three culture media w/%

1.2.2 試驗設(shè)計 試驗設(shè)雞糞、雞糞與豬糞混合和底棲餌料生物3種培養(yǎng)基，每種培養(yǎng)基下設(shè)3 個克氏原螯蝦Procambarus clarkia 與河蟹Eriocheir sinensis 放養(yǎng)密度水平(蝦、蟹分別為6000、1000，8000、800，10 000、300 ind./667 m2)，即 低、中、高密度(以克氏原螯蝦的密度劃分)共9 個處理組。每個處理組設(shè)3 個重復(fù)，每個重復(fù)是一個池塘，共27 個池塘。每個重復(fù)的培養(yǎng)基用量均為600 kg/667 m2，均采用底埋的方式投放，平鋪在整個池底5 ～30 cm 處，上面覆蓋池塘底泥。克氏原螯蝦放養(yǎng)規(guī)格為300 ～400 尾/kg，河蟹放養(yǎng)規(guī)格為120 只/kg，放養(yǎng)密度情況見表2。

表2 克氏原螯蝦和河蟹的放養(yǎng)密度Tab.2 The stocking density of red swamp prawn Procambarus clarkii and Chinese mitten handed crab Eriocheir sinensis ind./667 m2

1.2.3 底泥的采集與相關(guān)因子的測定 試驗時間為2013年3—9月，每月18日進行采樣，每口池塘設(shè)5 個采樣點，采用改良的彼得生采泥器(開口面積為0.02 m2)采集池塘表層5 cm 泥樣，剔除樣品中的礫石、動植物殘體等雜物，混勻、風(fēng)干、研磨、過100 目篩后，參照土壤常規(guī)分析方法［8］測定總氮(TN)、總磷(TP)和總有機碳(TOC)含量。計算公式如下:

1.2.4 底棲動物的采集與相關(guān)指標(biāo)的測定 每口池塘設(shè)5 個采樣點，采用改良的彼得生采泥器(開口面積為0.02 m2)采集池塘泥樣，混合后倒入底棲動物分樣篩，40 目、60 目的分樣篩按照目數(shù)大小重疊放置，孔徑大者放在最上層，進行清洗。然后置于白瓷盤上挑揀所有大型底棲動物，用36% ～40%的甲醛溶液固定。然后進行種類鑒定、計數(shù)。底棲動物濕質(zhì)量的測定方法:先用濾紙吸干水分，然后在電子天平或扭力天平上稱量。生物量的計算公式如下:

1.3 數(shù)據(jù)處理

試驗數(shù)據(jù)用平均值± 標(biāo)準(zhǔn)差(mean ± S.D.)表示，采用SPSS 18.0 軟件進行方差分析，用Duncan 法進行組間多重比較。顯著性水平設(shè)為0.05。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同培養(yǎng)基和蝦、蟹放養(yǎng)密度條件下底質(zhì)的TN、TP、TOC 積累量

從表3可見:底棲餌料生物培養(yǎng)基組池塘底質(zhì)的TN、TP和TOC 積累量的平均值顯著低于其他兩種培養(yǎng)基組(P＜0.05);而雞糞培養(yǎng)基和混合培養(yǎng)基組的TN、TP和TOC 積累量的平均值各組間無顯著性差異(P ＞0.05)。

在雞糞培養(yǎng)基條件下，池塘底質(zhì)TN和TP 積累量均隨養(yǎng)殖密度的增加而升高，其中，高密度組和中密度組之間無顯著性差異(P ＞0.05)，均顯著高于低密度組(P＜0.05);TOC 積累量隨養(yǎng)殖密度的增大而增加，其中，高密度組顯著高于中、低密度組(P＜0.05)，而中、低密度組間無顯著性差異(P ＞0.05)。

在雞糞與豬糞混合培養(yǎng)基條件下，池塘底質(zhì)TN和TP 積累量隨養(yǎng)殖密度的升高而增加，其中，高密度組顯著高于中、低密度組(P＜0.05)，而中、低密度組間無顯著性差異(P ＞0.05);TOC積累量隨養(yǎng)殖密度的增大而升高，其中，高密、中密度組間無顯著性差異(P ＞0.05)，均顯著高于低密度組(P＜0.05)。

在底棲餌料生物培養(yǎng)基條件下，池塘底質(zhì)TN、TP和TOC 積累量均隨養(yǎng)殖密度的增大而增加，其中，高密度組顯著高于中、低密度組(P＜0.05)，而中、低密度組間無顯著性差異(P ＞0.05)。

表3 不同培養(yǎng)基條件下放養(yǎng)密度對底質(zhì)總氮、總磷、總有機碳積累量的影響Tab.3 Effects of stocking density on TN，TP and TOC at different media culture

2.2 不同培養(yǎng)基和蝦、蟹放養(yǎng)密度條件下底棲動物的種類及總生物量

從圖1可見:底棲餌料生物培養(yǎng)基組3 個密度組的底棲動物種類平均值顯著高于其他兩種培養(yǎng)基組(P＜0.05)，而雞糞培養(yǎng)基組和混合培養(yǎng)基組間無顯著性差異(P ＞0.05);在相同培養(yǎng)基條件下，底棲動物種類隨養(yǎng)殖密度的增加而降低，但各密度水平組間無顯著性差異(P ＞0.05)。

從圖2可見:底棲餌料生物培養(yǎng)基組3 個密度組的底棲動物總生物量平均值顯著高于其他兩種培養(yǎng)基組(P＜0.05)，而雞糞培養(yǎng)基組與混合培養(yǎng)基組間無顯著性差異(P ＞0.05);在相同培養(yǎng)基條件下，底棲動物生物量隨養(yǎng)殖密度的增加而降低，除底棲飼料生物培養(yǎng)基組的高密度組顯著低于中、低密度組(P＜0.05)外，各低密度組間均無顯著性差異(P ＞0.05)。

圖1 不同培養(yǎng)基和放養(yǎng)密度對底棲動物種類的影響Fig.1 Effects of different culture media and stocking density on species of benthic animals

圖2 不同培養(yǎng)基和放養(yǎng)密度對底棲動物總生物量的影響Fig.2 Effects of different culture media and stocking density on total biomass of benthic animals

2.3 底棲動物優(yōu)勢種群生物量與底質(zhì)TN、TP和TOC 積累量的相關(guān)性

表4 列出了底棲動物優(yōu)勢種群生物量與底質(zhì)有關(guān)指標(biāo)的相關(guān)性。其中蘇氏尾鰓蚓Branchiura sowerbyi 的生物量與TN、TP和TOC 積累量呈顯著負相關(guān)性(P＜0.05);粗腹搖蚊幼蟲Pelopia 的生物量與TN和TP 積累量呈顯著負相關(guān)性(P＜0.05);羽搖蚊幼蟲Chironomus plumosus 的生物量與TP 積累量呈顯著負相關(guān)性(P＜0.05)。

表4 底棲動物優(yōu)勢種群生物量與TN、TP和TOC 積累量的相關(guān)性分析Tab.4 Correlation analysis between biomass of dominant population of benthic animals and accumulation of TN，TP and TOC

3 討論

3.1 培養(yǎng)基對池塘底質(zhì)TN、TP、TOC 積累量和底棲動物種類及其生物量的影響

底棲餌料生物培養(yǎng)基是將豆粕、玉米、纖維素和蔗渣經(jīng)粉碎后與麩皮、米糠、腐植酸鈉、凹凸棒土、沸石粉、生物有機肥和有機質(zhì)均勻混合后制成的配方培養(yǎng)基，將培養(yǎng)基置于陽光下晾曬6 ～12 h，或用烘干機進行烘干(溫度為130 ℃)，使培養(yǎng)基的水分降低至15% ～20%。該培養(yǎng)基主要用于培育水蚯蚓和搖蚊幼蟲等底棲動物及增殖水草。其中豆粕、玉米、纖維素、蔗渣、麩皮、米糠等是水蚯蚓和搖蚊幼蟲喜食的精料，有機肥和有機質(zhì)等是底棲動物喜食的粗料［9-11］。此外，沸石是含水的多孔鋁硅酸鹽的總稱，具有吸附、離子交換等特性，常被用作吸附劑去除廢水中的氨氮［12］和有機物［13］;凹凸棒土有獨特的層鏈狀結(jié)構(gòu)和較大的比表面積［14］，具有較強吸附氨氮的能力;腐植酸鈉是一種多功能的高分子化合物，含有羥基、醌基、羧基等較多的活性基團，具有較強的吸附、交換、螯合底質(zhì)有毒物質(zhì)的能力。這些物質(zhì)的存在為底棲生物的存活和生長提供了良好的環(huán)境條件，這可能是本試驗中底棲餌料生物培養(yǎng)基組底棲動物種類及生物量顯著高于其他培養(yǎng)基組的主要原因。由于底棲動物具有誘食性的特點［15］，可促進蝦、蟹的攝食，提高人工餌料利用率，從而降低殘餌的沉積，再加上底棲動物自身的生物擾動效應(yīng)［16-17］，加快了池塘底泥中氮、磷和碳向水中釋放，這為本試驗中底棲餌料生物培養(yǎng)基組底質(zhì)較低的TN、TP、TOC 積累量提供了科學(xué)依據(jù)。

氮、磷和碳是池塘關(guān)鍵代謝營養(yǎng)素［18］，這3種元素的供應(yīng)往往能調(diào)節(jié)養(yǎng)殖池塘水體的生產(chǎn)力，作為水產(chǎn)養(yǎng)殖生態(tài)循環(huán)系統(tǒng)中的重要因子，氮、磷和碳還影響池塘的物質(zhì)能量轉(zhuǎn)化［19］。綜合表3可以看出，底棲餌料生物培養(yǎng)基組在整個養(yǎng)殖過程中，TN、TP、TOC 積累量顯著低于其他兩種培養(yǎng)基組(P＜0.05)，而且底棲動物種類多(圖1)，總生物量高(圖2)，與其他兩種培養(yǎng)基相比，有顯著性差異(P＜0.05)。分析其原因，可能是底棲餌料生物培養(yǎng)基含有水蚯蚓和搖蚊幼蟲等底棲動物喜食的精料和粗料，促進了底棲動物種類及生物量的增加，大大提高了人工餌料的利用率［15］，減少了人工飼料的投入，符合蝦、蟹低碳養(yǎng)殖的要求［20］。底棲動物在底質(zhì)生態(tài)系統(tǒng)的物質(zhì)循環(huán)中起到了重要作用:姚思鵬等［17］研究了水絲蚓對泥-水界面氮磷循環(huán)的影響，結(jié)果表明，水絲蚓利用生物擾動作用促進底泥中的氮和磷向水體釋放，降低底泥中TN和TP 的積累量;Lauringson等［21］也指出，水蚯蚓可以加速水底碎屑的分解，調(diào)節(jié)泥-水界面的物質(zhì)交換，將淤泥轉(zhuǎn)化為優(yōu)質(zhì)肥料，從而降低底質(zhì)中有害物質(zhì)的積累量，明顯改善養(yǎng)殖環(huán)境;Biswas等［22］研究了搖蚊幼蟲擾動及不同營養(yǎng)條件對沉積物-水界面磷交換的影響，結(jié)果顯示，搖蚊幼蟲促進了底泥磷向水中釋放;陳立斌等［23］指出，底棲動物的密度與底泥TP 呈極顯著的負相關(guān);萬袆等［24］研究表明，底棲動物還具有很強的碳同位素富集能力，可作為池塘沉積物中碳的有效利用者和清除者，這些都是底棲動物降低TN、TP和TOC的主要原因。有研究表明［16，25］，底棲動物能明顯促進底泥中氮和磷的釋放，并且釋放量與底棲動物生物量有關(guān)，說明TN、TP、TOC 積累量與底棲動物的生物量呈負相關(guān)，這也與本試驗結(jié)果相吻合。

3.2 放養(yǎng)密度對池塘底質(zhì)TN、TP、TOC 積累量和底棲動物種類及其生物量的影響

在各種培養(yǎng)基條件下，池塘底質(zhì)TN、TP、TOC 的積累量均隨蝦、蟹放養(yǎng)密度的增加呈上升趨勢。高密度組底質(zhì)中TN、TP、TOC 積累量均明顯高于中、低密度組(P＜0.05)，這可能是由于高密度的蝦、蟹養(yǎng)殖需要投入更多的人工餌料，而餌料是池塘氮、磷、碳的主要輸入源，大量殘餌沉積在池底，造成氮、磷和碳的積累;其次高密度組蝦、蟹代謝產(chǎn)生大量的廢物，池塘生物沉降作用更明顯，導(dǎo)致氮、磷、碳的沉積量加大［26-27］，有機淤泥大量堆積，出現(xiàn)底質(zhì)惡化現(xiàn)象。李玉全等［26］、劉廣斌等［27］研究指出，對蝦養(yǎng)殖密度過高會導(dǎo)致池塘氮、磷沉積量加大，這與本試驗結(jié)果相吻合。但是在底棲餌料生物培養(yǎng)基條件下，低密度組和中密度組的底質(zhì)中TN、TP和TOC 積累量無顯著性差異(P ＞0.05);而在雞糞培養(yǎng)基和混合培養(yǎng)基條件下，低密度組和中密度組有顯著性差異(P＜0.05)。主要原因可能是底棲餌料生物培養(yǎng)基組添加有腐植酸鈉、沸石粉和凹凸棒土等有效成分，加上底棲動物生物量的增加，二者共同作用造成底棲餌料生物培養(yǎng)基組的低密度和中密度組底質(zhì)中的TN、TP和TOC 積累量無顯著性差異。

底棲動物與生存環(huán)境是相互依存、相互影響的統(tǒng)一體，底質(zhì)的好壞直接或間接影響到底棲動物的生長、生物量和種類分布。從圖1、圖2可見，不同密度水平組的底棲動物種類無顯著性差異(P ＞0.05)，但與中密度組和低密度組相比，高密度組對其生物量的影響有顯著性差異(P＜0.05)，說明高密度組的蝦、蟹攝食并不能改變底棲動物的種類，只能降低某些種類的數(shù)量。有研究表明，河蟹的放養(yǎng)密度對底棲動物具有脅迫作用［28］，密度過高增加了底棲動物被攝食的可能，嚴重影響底棲動物的生長［29］。這也是本試驗中高密度組底棲動物生物量降低的主要原因。由表4可知，底棲動物生物量與TN、TP和TOC 積累量呈負相關(guān)性，這可能是由于過高的氮、磷和碳的積累量改變了底棲動物的最適生長環(huán)境，導(dǎo)致底棲動物生物量降低。

4 結(jié)語

底棲餌料生物培養(yǎng)基能有效減緩池塘底質(zhì)中TN、TP和TOC 的沉積，促進底棲動物生物量的增加，從而改良池塘底質(zhì)。底棲餌料生物培養(yǎng)基的作用效果在不同養(yǎng)殖密度下有一定的差異，這是由于高密度養(yǎng)殖時其生物沉降作用更為明顯以及蝦、蟹對底棲動物的脅迫作用，但總體分析結(jié)果顯示，該培養(yǎng)基對于改善蝦、蟹養(yǎng)殖池塘底質(zhì)有較好的作用。在綜合考慮養(yǎng)殖的生態(tài)效益和經(jīng)濟效益的情況下，采用底棲餌料生物培養(yǎng)基，克氏原螯蝦與河蟹的放養(yǎng)密度為8000、800 ind./667 m2時的組合為最佳養(yǎng)殖模式。

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