黃菖蒲在魚類養(yǎng)殖水體中的生態(tài)作用

鄭 輝,曹英昆

(河北農(nóng)業(yè)大學(xué) 海洋學(xué)院，河北 秦皇島 066003)

黃菖蒲在魚類養(yǎng)殖水體中的生態(tài)作用

鄭 輝,曹英昆

(河北農(nóng)業(yè)大學(xué) 海洋學(xué)院，河北 秦皇島 066003)

將水生植物黃菖蒲(Irispseudacorus)和濾食性魚鰱(Hypophthalmichthysmolitrix)分別按生物量配比約為1∶3、2∶3、1∶1、4∶3進(jìn)行混養(yǎng)，每周測(cè)定養(yǎng)殖水體中氨氮(NH4-N)、亞硝酸鹽氮(NO2-N)、磷酸鹽(PO4-P)和化學(xué)需氧量(COD)質(zhì)量濃度的變化及黃菖蒲、鰱的生長(zhǎng)情況，為利用水生植物改善養(yǎng)殖水環(huán)境提供依據(jù)。結(jié)果顯示，不同生物量配比組黃菖蒲對(duì)NH4-N、NO2-N、PO4-P和COD的清除率不同，其中，黃菖蒲、鰱生物量配比1∶3組對(duì)NH4-N、NO2-N、PO4-P、COD的清除率分別為79.61%、44.43%、36.62%、46.55%，2∶3組分別為86.18%、77.05%、61.97%、43.84%，1∶1組分別為85.86%、73.77%、59.15%、31.49%，4∶3組分別為87.17%、72.13%、56.34%、27.06%。各試驗(yàn)組中黃菖蒲和鰱生長(zhǎng)情況良好，生物量配比2∶3組，黃菖蒲和鰱特定生長(zhǎng)率均最高，分別為1.70%和 0.33%。表明，鰱養(yǎng)殖水體中植入水生植物黃菖蒲可以改善養(yǎng)殖水質(zhì)，起到了良好的生態(tài)作用，當(dāng)黃菖蒲、鰱生物量配比為2∶3時(shí)效果最佳。

鰱； 黃菖蒲； 生物量； 生態(tài)作用

《2013中國(guó)環(huán)境狀況公報(bào)》顯示，我國(guó)富營(yíng)養(yǎng)、中營(yíng)養(yǎng)和貧營(yíng)養(yǎng)的湖泊(水庫(kù))比例分別為27.8%、57.4%和14.8%，主要污染指標(biāo)為磷,其次為氮、化學(xué)需氧量(COD)等。魚類養(yǎng)殖水體中不僅含有大量的氮、磷等營(yíng)養(yǎng)鹽，還含有少量殘留藥物，這些養(yǎng)殖水一旦排放到鄰近湖泊、河流，除污染水域環(huán)境外，還會(huì)使水體中的致病菌產(chǎn)生耐藥性，造成湖泊、河流水域生態(tài)環(huán)境失調(diào)。因此，魚類養(yǎng)殖水體中氮、磷等營(yíng)養(yǎng)鹽的去除對(duì)改善水體環(huán)境具有重要的意義。水產(chǎn)學(xué)術(shù)界普遍認(rèn)為利用水生植物吸收凈化養(yǎng)殖水體營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)是行之有效的水質(zhì)改良措施[1-5]。王斌等[6]研究了3種水生植物燈芯草、空心蓮子草和金魚藻對(duì)模擬污水中總氮、總磷的去除效果，結(jié)果表明，3種植物均適用于輕、中度污水的治理,特別是在中度富營(yíng)養(yǎng)狀況下,3種水生植物都表現(xiàn)出優(yōu)良的凈化能力；胡嘯等[7]研究了水生植物黃菖蒲、大薸、黑藻及其組合對(duì)水體中氮和磷的凈化效果，結(jié)果顯示，3種水生植物對(duì)水體中氮和磷都有一定的凈化效果，但3種植物組合模式效果最佳。前人的研究大多采用單一水生植物或者植物-植物組合的方式，而對(duì)于利用水生植物和水生動(dòng)物組合的研究鮮有報(bào)道。為此，本研究采用鰱養(yǎng)殖水體中植入黃菖蒲的方式進(jìn)行了模擬試驗(yàn)，并根據(jù)黃菖蒲和鰱的生長(zhǎng)情況、凈化效果等指標(biāo)，初步確定黃菖蒲和鰱的最佳生物量配比，為今后利用水生植物改善養(yǎng)殖水質(zhì)提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料和方法

1.1 試驗(yàn)材料

黃菖蒲(Irispseudacorus)采于秦皇島湯河帶狀公園附近水域，選取生長(zhǎng)旺盛的植株，去除體表的腐根爛葉及泥沙，用采樣點(diǎn)的水體浸泡并于2 h內(nèi)運(yùn)回實(shí)驗(yàn)室。試驗(yàn)開(kāi)始前植株先用蒸餾水反復(fù)清洗根部，然后將獲取植株分別移栽于盛有清水和底泥的養(yǎng)殖箱里，暫養(yǎng)8～10 d。鰱(Hypophthalmichthysmolitrix)購(gòu)自秦皇島水產(chǎn)品市場(chǎng),體質(zhì)量(550.7±10.6)g，體長(zhǎng)(30.7±2.1)cm，試驗(yàn)前用2～4 mg/L的氯霉素溶液處理，并在同一養(yǎng)殖箱中馴養(yǎng)10 d。

1.2 試驗(yàn)方法

試驗(yàn)容器由15個(gè)2 m×1.5 m×1.2 m的塑料養(yǎng)殖箱組成，水深1 m，養(yǎng)殖水體3 m3。試驗(yàn)共分5組，每組鰱8尾，A0組不放黃菖蒲(對(duì)照組)，A1、A2、A3、A4組分別放黃菖蒲5株、10株、15株、20株，黃菖蒲、鰱生物量配比約為1∶3、2∶3、1∶1、4∶3。每組各設(shè)置3個(gè)重復(fù)。養(yǎng)殖生物的投放情況見(jiàn)表1。

1.3 養(yǎng)殖管理

試驗(yàn)于2014年5月26日—7月7日進(jìn)行。養(yǎng)殖水溫為自然水溫，變化范圍在13～21 ℃。鰱飼喂專用餌料，每天投喂2次，日投餌量為鰱總質(zhì)量的2%～3%。各個(gè)養(yǎng)殖箱的餌料投喂量相同，并且檢查鰱的存活情況。試驗(yàn)期間各養(yǎng)殖箱均采用氣泵充氣，不換水，僅補(bǔ)充蒸發(fā)所失水分。

表1 黃菖蒲和鰱的組合及放養(yǎng)情況

1.4 取樣和測(cè)定

每周取1次水樣，測(cè)定氨氮(NH4-N)、亞硝酸鹽氮(NO2-N)、磷酸鹽(PO4-P)和COD的質(zhì)量濃度。水質(zhì)分析方法參照《中國(guó)環(huán)境監(jiān)測(cè)標(biāo)準(zhǔn)》進(jìn)行。其中，NH4-N的測(cè)定采用次溴酸鈉氧化法，NO2-N的測(cè)定采用重氮-偶氮法，PO4-P的測(cè)定采用抗壞血酸還原磷鉬藍(lán)法，COD的測(cè)定采用重鉻酸鉀法。養(yǎng)殖生物的生長(zhǎng)情況在試驗(yàn)開(kāi)始和結(jié)束時(shí)測(cè)定。

養(yǎng)殖生物的生長(zhǎng)指標(biāo)按下式計(jì)算：

SGR=100[ln(Wt/W0)]/t×100%

式中,SGR為特定生長(zhǎng)率(%)，W0為初始濕質(zhì)量(g)，Wt為t時(shí)間后的濕質(zhì)量(g)，t為時(shí)間(d)。

養(yǎng)殖魚類的存活情況按下式進(jìn)行比較：

SR=Nt/N0×100%

式中，SR為存活率(%)，N0為初始時(shí)鰱的數(shù)量，Nt為t時(shí)間后鰱的數(shù)量。

營(yíng)養(yǎng)鹽的清除率按下式計(jì)算：

C=(V0-Vi)/V0×100%

C為營(yíng)養(yǎng)鹽清除率(%)，V0為對(duì)照組的營(yíng)養(yǎng)鹽質(zhì)量濃度(mg/L)，Vi為試驗(yàn)組的營(yíng)養(yǎng)鹽質(zhì)量濃度(mg/L)。

2 結(jié)果與分析

2.1 黃菖蒲和鰱的生長(zhǎng)情況

由表1可以看出，與A0組相比，A1、A2、A3、A4組中鰱的特定生長(zhǎng)率分別提高了0.02、0.05、0.03、0.05個(gè)百分點(diǎn)，存活率分別提高25.0、37.5、25.0、12.5個(gè)百分點(diǎn)。黃菖蒲、鰱生物量配比為2∶3時(shí)，黃菖蒲和鰱特定生長(zhǎng)率均最高，分別為1.70%和0.33%。

表1 黃菖蒲和鰱的生長(zhǎng)情況

2.2 黃菖蒲對(duì)養(yǎng)殖水體中營(yíng)養(yǎng)鹽和COD的清除效果

2.2.1 黃菖蒲對(duì)NH4-N的清除效果 由圖1可以看出，A0組中的NH4-N質(zhì)量濃度先持續(xù)上升，至第3周達(dá)到最高值3.29 mg/L，之后開(kāi)始緩慢下降，試驗(yàn)結(jié)束時(shí)，NH4-N質(zhì)量濃度為3.04 mg/L。與A0組相比，試驗(yàn)期間4個(gè)試驗(yàn)組NH4-N質(zhì)量濃度始終處在較低的水平，A1組的變化范圍為0.35～0.62 mg/L，平均為0.55 mg/L；A2組的變化范圍為0.35～0.56 mg/L，平均為0.44 mg/L；A3組的變化范圍為0.35～0.55 mg/L，平均為0.46 mg/L；A4組的變化范圍為0.35～0.51 mg/L，平均為0.42 mg/L。試驗(yàn)結(jié)束時(shí)，A1、A2、A3、A4各組對(duì)NH4-N清除率分別為79.61%、86.18%、85.86%、87.17%。

圖1 黃菖蒲對(duì)NH4-N的清除效果

2.2.2 黃菖蒲對(duì)NO2-N的清除效果 由圖2可以看出，A0組中NO2-N的質(zhì)量濃度第1周急劇上升至最高值0.62 mg/L，之后變化趨于平緩，均值為0.61 mg/L。與A0組相比，4個(gè)試驗(yàn)組中NO2-N質(zhì)量濃度均處在較低的水平，A1組的變化范圍為0.12～0.35 mg/L，平均為0.30 mg/L；A2組的變化范圍為0.12～0.24 mg/L，平均為0.19 mg/L；A3組

圖2 黃菖蒲對(duì)NO2-N的清除效果

的變化范圍為0.12～0.25 mg/L，平均為0.19 mg/L；A4組的變化范圍為0.12～0.25 mg/L，平均為0.20 mg/L。試驗(yàn)結(jié)束時(shí)，A1、A2、A3、A4各組對(duì)NO2-N的清除率分別為44.43%、77.05%、73.77%、72.13%。

2.2.3 黃菖蒲對(duì)PO4-P的清除效果 由圖3可以看出，A0組中PO4-P質(zhì)量濃度變化總體呈上升趨勢(shì)，變化范圍為0.25～0.71 mg/L。試驗(yàn)前2周，與A0組中PO4-P質(zhì)量濃度變化情況相似，4個(gè)試驗(yàn)組A1、A2、A3、A4中PO4-P質(zhì)量濃度均有所上升，最高值分別為0.52、0.44、0.42、0.45 mg/L，但從第3周開(kāi)始，各試驗(yàn)組中PO4-P質(zhì)量濃度開(kāi)始緩慢下降。在試驗(yàn)期間，A0組中PO4-P質(zhì)量濃度的平均值為0.62 mg/L，4個(gè)試驗(yàn)組A1、A2、A3、A4中PO4-P平均質(zhì)量濃度分別為0.44、0.36、0.35、0.36 mg/L，與A0組相比較均處于較低水平。試驗(yàn)結(jié)束時(shí)，A1、A2、A3、A4各組對(duì)PO4-P清除率分別為36.62%、61.97%、59.15%、56.34%。

圖3 黃菖蒲對(duì)PO4-P的清除效果

2.2.4 黃菖蒲對(duì)COD的清除效果 由圖4可以看出，對(duì)照組與試驗(yàn)組中COD質(zhì)量濃度差異較大，但變化趨勢(shì)基本一致，都隨時(shí)間的推移而增加。A0組中COD質(zhì)量濃度變化范圍為30.54～70.24 mg/L。與A0組相比，試驗(yàn)期間4個(gè)試驗(yàn)組中COD質(zhì)量濃度處在較低的水平，A1組的變化范圍為30.54～37.54 mg/L，A2組的變化范圍為30.54～39.45 mg/L，A3組的變化范圍為30.54～48.12 mg/L，A4組的變化范圍為30.54～51.23 mg/L。對(duì)照組中COD質(zhì)量濃度上升幅度較大，試驗(yàn)結(jié)束時(shí)為70.24 mg/L，而各試驗(yàn)組上升幅度較小。黃菖蒲的根系較繁茂、發(fā)達(dá)，植物根系周圍溶氧濃度高，微生物的數(shù)量及種類較多，因此對(duì)COD有較高的清除效率。試驗(yàn)結(jié)束時(shí)，A3、A4組中COD質(zhì)量濃度明顯高于A1、A2組。分析認(rèn)為這可能與黃菖蒲投放密度過(guò)大有關(guān)，因?yàn)辄S菖蒲在生長(zhǎng)過(guò)程中不斷地吸收水體中的有機(jī)質(zhì)，但同時(shí)又通過(guò)自身的新陳代謝作用向水體釋放有機(jī)質(zhì)[8-9]。試驗(yàn)結(jié)束時(shí)，A1、A2、A3、A4各組對(duì)COD清除率分別為46.55%、43.84%、31.49%、27.06%。

圖4 黃菖蒲對(duì)COD的清除效果

3 結(jié)論與討論

3.1 黃菖蒲對(duì)營(yíng)養(yǎng)鹽的清除

在水生動(dòng)物養(yǎng)殖水體中植入水生植物可以在一定程度上改善養(yǎng)殖水質(zhì)，并促進(jìn)水生動(dòng)物的生長(zhǎng)[10-11]。由于鰱養(yǎng)殖產(chǎn)生的代謝物加速水體富營(yíng)養(yǎng)化，而黃菖蒲營(yíng)養(yǎng)方式為自養(yǎng)，可以同化吸收水中無(wú)機(jī)營(yíng)養(yǎng)鹽，合成為自身細(xì)胞物質(zhì)，同時(shí)能通過(guò)光合作用產(chǎn)生氧氣，改善養(yǎng)殖水體環(huán)境。因此，盡管試驗(yàn)期間沒(méi)有換水，植入黃菖蒲的鰱養(yǎng)殖水體仍能保持良好的水質(zhì)。

水生植物對(duì)NH4-N的吸收效果一般優(yōu)于NO2-N[12]。本試驗(yàn)結(jié)果也證明了這一點(diǎn)，4個(gè)試驗(yàn)組黃菖蒲對(duì)NH4-N的清除率分別為79.61%、86.18%、85.86%、87.17%,而對(duì)NO2-N的清除率分別為44.43%、77.05%、73.77%、72.13%。其原因主要是水生植物能將NH4-N直接轉(zhuǎn)化成植物氨基酸,而NO2-N需先轉(zhuǎn)化成NH4-N,然后再轉(zhuǎn)化成植物氨基酸。

3.2 養(yǎng)殖生物之間的合理配置

本試驗(yàn)對(duì)鰱的增長(zhǎng)量、特定生長(zhǎng)率和存活情況進(jìn)行分析發(fā)現(xiàn)，在植入黃菖蒲的試驗(yàn)組中，鰱的增長(zhǎng)量、特定生長(zhǎng)率、成活率明顯高于對(duì)照組。歐俊新等[13]進(jìn)行了皺紋盤鮑與海帶、龍須菜的混養(yǎng)試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)鮑藻混養(yǎng)組的肥滿度和成活率分別比對(duì)照組高8%和2.24%。

對(duì)于特定的養(yǎng)殖生態(tài)系統(tǒng),其養(yǎng)殖容量是一定的,選擇合適的養(yǎng)殖種類和合理的養(yǎng)殖密度很重要[14]。本試驗(yàn)共設(shè)計(jì)了4個(gè)試驗(yàn)組，水質(zhì)分析結(jié)果表明，A4組對(duì)NH4-N的清除率最高，A2組對(duì)NO2-N

的凈化效果最好，A2和A1組分別對(duì)PO4-P和COD的凈化效果最佳，但從黃菖蒲和鰱生長(zhǎng)的情況來(lái)看，A2組鰱的生物量增長(zhǎng)量、特定生長(zhǎng)率和存活率均較高，并且黃菖蒲的特定生長(zhǎng)率最高。對(duì)各項(xiàng)指標(biāo)進(jìn)行綜合分析，A2組的生物量配比較合理，即黃菖蒲和鰱按生物量比為2∶3混養(yǎng)時(shí)效果最佳。

[1] Smith D W.The feeding selectivity of silver carp,HypophthalmichthysmolitrixVal[J].J Fish Biol,1989,34(6):819-828.

[2] 韓士群,范成新,嚴(yán)少華.灘涂富營(yíng)養(yǎng)池塘中浮游生物種群結(jié)構(gòu)及其生態(tài)調(diào)控研究[J].水生生物報(bào),2006,30(3):344-348.

[3] 劉盼,宋超,朱華,等.3種水生植物對(duì)富營(yíng)養(yǎng)化水體的凈化作用研究[J].水生態(tài)學(xué)志,2011,32(2):69-74.

[4] 李寒娥,李秉滔,黃耀麗,等.漂浮植物凈化污水試驗(yàn)研究[J].水處理技術(shù),2006,32(8):46-49.

[5] 劉佳,劉永立,葉慶富,等.水生植物對(duì)水體中氮、磷的吸收與抑藻效應(yīng)的研究[J].核農(nóng)學(xué)報(bào),2007,21(4):393-396.

[6] 王斌,周亞平.三種水生植物對(duì)模擬污水中氮、磷的生物凈化效果[J].湖北農(nóng)業(yè)科學(xué),2014(20):4835-4837.

[7] 胡嘯,蔡輝,陳剛,等.3種類型水生植物及其組合對(duì)污染水體中鉻、氮和磷的凈化效果研究[J].水處理技術(shù),2012,38(4):45-54.

[8] 鄭輝,崔力拓,潘娟.海帶在貝藻混養(yǎng)生態(tài)系統(tǒng)中的生態(tài)效應(yīng)模擬研究[J].漁業(yè)現(xiàn)代化,2014,41(3):26-29.

[9] 韋瑋.貝藻混養(yǎng)生態(tài)系中生態(tài)互利機(jī)制的初步研究[D].青島:中國(guó)海洋大學(xué),2003.

[10] 蔡澤平,胡超群,張俊彬.真鯛與石莼池塘混養(yǎng)試驗(yàn)[J].熱帶海洋學(xué)報(bào),2005,24(4):1-6.

[11] 楊鳳,馬燕武,張東升,等.孔石莼和臭氧對(duì)養(yǎng)鮑水質(zhì)的調(diào)控作用比較[J].大連水產(chǎn)學(xué)院學(xué)報(bào),2003,18 (2):79-83.

[12] 王萍,吳常文,鐘貞貞.石莼對(duì)褐菖鲉養(yǎng)殖水體的生態(tài)作用[J].南方水產(chǎn),2010,6(3):63-67.

[13] 歐俊新,嚴(yán)正凜.南方鮑藻混養(yǎng)技術(shù)研究及其效益分析[J].集美大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版),2011,16(3):172-177.

[14] 孫偉,張濤,楊紅生,等.龍須菜在灘涂貝藻混養(yǎng)系統(tǒng)中的生態(tài)作用模擬研究[J].海洋科學(xué),2006,30(12):72-76.

Ecological Effects ofIrispseudacorusin Fish Culture System

ZHENG Hui,CAO Yingkun

(Ocean College，Hebei Agricultural University，Qinhuangdao 066003，China)

To evaluate the mutually beneficial mechanism ofIrispseudacorusandHypophthalmichthysmolitrix,the simulated polyculture study was conducted,and the polyculture systems ofIrispseudacorusandHypophthalmichthysmolitrixwere divided into 4 groups,and biomass ratios were 1∶3，2∶3，1∶1，4∶3 respectively,the environmental parameters,variations of nutrients,COD and growth ofIrispseudacorusandHypophthalmichthysmolitrixwere detected every 7 days. The results showed that the nutrition and COD of experimental groups decreased significantly compared with the control group(onlyHypophthalmichthysmolitrix),the uptake rates of biomass ratio(1∶3)group on nutrients of NH4-N,NO2-N,PO4-P and COD were 79.61%,44.43%,36.62% and 46.55% respectively. In the biomass ratio(2∶3) group，the rates of nutrients uptake in order were 86.18%,77.05%,61.97%,43.84% respectively，and 85.86%,73.77%,59.15%,31.49% respectively in biomass ratio(1∶1)group，and 87.17%,72.13%,56.34%,27.06% respectively in biomass ratio(4∶3)group．When biomass ratio was 2∶3,the special growth rate (SGR) ofIrispseudacoruswas 1.70%,and the SGR ofHypophthalmichthyswas 0.33%.The results indicated that the polyculture ofIrispseudacorusandHypophthalmichthysmolitrixcould take reasonable ecological effects,and the best biomass ratio was 2∶3.

Hypophthalmichthysmolitrix;Irispseudacorus; biomass; ecological effect

2015-09-20

鄭 輝(1982-)，男，河北唐山人，講師，碩士，主要從事水體污染防治技術(shù)研究。 E-mail:zhenghui619@163.com

S94

A

1004-3268(2016)02-0146-04