三種不同養(yǎng)殖品種池塘水質(zhì)變化特征分析及比較

吳會(huì)民，姜巨峰，李春艷，蔡　超，張　韋，劉肖蓮，白曉慧，馮守明

(天津市水產(chǎn)研究所，天津　300221)

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三種不同養(yǎng)殖品種池塘水質(zhì)變化特征分析及比較

吳會(huì)民，姜巨峰，李春艷，蔡超，張韋，劉肖蓮，白曉慧，馮守明

(天津市水產(chǎn)研究所，天津300221)

摘要：研究了養(yǎng)殖泥鰍、翹嘴紅鲌和青蝦池塘的水質(zhì)變化特點(diǎn)，并用VIKOR算法比較了三種養(yǎng)殖品種的池塘水環(huán)境質(zhì)量。結(jié)果表明：三種養(yǎng)殖品種池塘的水質(zhì)變化特點(diǎn)基本相同，但是三種池塘中，青蝦養(yǎng)殖池塘水質(zhì)最優(yōu)，泥鰍池塘次之，翹嘴紅鲌池塘最差。

關(guān)鍵詞：養(yǎng)殖品種；池塘；水質(zhì)；VIKOR算法

池塘養(yǎng)殖是我國主要的水產(chǎn)養(yǎng)殖方式，據(jù)《中國漁業(yè)年鑒2013》資料，至2012年，我國有養(yǎng)殖池塘300.45萬hm2，池塘養(yǎng)殖產(chǎn)量2 079.13萬t，占水產(chǎn)養(yǎng)殖總產(chǎn)量的48.48%；其中淡水養(yǎng)殖池塘256.69萬hm2，產(chǎn)量1 866.42萬t[1]。池塘養(yǎng)殖己成為我國水產(chǎn)品供應(yīng)的主要來源。

池塘養(yǎng)殖由于放養(yǎng)密度高需要投喂大量飼料，由此產(chǎn)生的大量殘餌和排泄物對(duì)水體產(chǎn)生較大的影響。因此，水產(chǎn)養(yǎng)殖在創(chuàng)造優(yōu)質(zhì)蛋白的同時(shí)，也給環(huán)境帶來了一定的壓力。因此，對(duì)養(yǎng)殖環(huán)境的科學(xué)評(píng)估顯得尤為重要。

目前水環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)的方法有很多種，主要有兩大類，即單因子評(píng)價(jià)法[1]和綜合評(píng)價(jià)法。綜合評(píng)價(jià)法主要包括層次分析法[2]、灰色聚類法[3]、主成分分析法[4]、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)評(píng)價(jià)法[5]、投影尋蹤法[6]和模糊綜合評(píng)價(jià)法[7]等，但是這些方法在判斷水質(zhì)優(yōu)劣時(shí)需要與相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)值進(jìn)行比較，然而很多水質(zhì)指標(biāo)沒有標(biāo)準(zhǔn)值，尤其是在漁業(yè)水質(zhì)評(píng)價(jià)時(shí)，可供利用的有標(biāo)準(zhǔn)值的指標(biāo)很少，這給水質(zhì)評(píng)價(jià)帶來很多不便。VIKOR方法是一種折中排序方法，其方法是首先確定理想解和負(fù)理想解，然后根據(jù)各備選方案的各個(gè)評(píng)價(jià)值與理想方案的接近程度對(duì)備選方案進(jìn)行排序。由于該方法不需要參考指標(biāo)的標(biāo)準(zhǔn)值，因此，可以根據(jù)任何可以量化的指標(biāo)進(jìn)行評(píng)價(jià)比較，尤其適用于標(biāo)準(zhǔn)值很少的漁業(yè)水質(zhì)的評(píng)價(jià)比較。

本研究以天津市近年新興的水產(chǎn)養(yǎng)殖品種泥鰍、翹嘴紅鲌和青蝦為養(yǎng)殖對(duì)象，研究了不同養(yǎng)殖品種的池塘水質(zhì)變化特征，并首次利用VIKOR方法對(duì)養(yǎng)殖池塘水質(zhì)進(jìn)行了比較，以期為不同養(yǎng)殖品種池塘選擇合適的調(diào)控措施和養(yǎng)殖模式提供參考，并為建立漁業(yè)水體水質(zhì)評(píng)價(jià)方法奠定基礎(chǔ)。

1材料與方法

1.1試驗(yàn)池塘

選擇天津市濱海新區(qū)大港海通水產(chǎn)養(yǎng)殖有限公司養(yǎng)殖翹嘴紅鲌和青蝦的各兩口池塘和天津市東麗區(qū)金鑫養(yǎng)殖有限公司養(yǎng)殖泥鰍的兩口池塘進(jìn)行采樣。養(yǎng)殖翹嘴紅鲌和青蝦的池塘都為2畝，其中，翹嘴紅鲌放養(yǎng)規(guī)格為0.05 g/尾，放養(yǎng)密度為50 000尾/畝；青蝦放養(yǎng)規(guī)格為1 g/尾，放養(yǎng)密度為4 500尾/畝；養(yǎng)殖泥鰍的池塘為18畝，放養(yǎng)規(guī)格為0.25 g/尾，放養(yǎng)密度為11 000尾/畝。

1.2池塘管理措施

在養(yǎng)殖過程中，三種養(yǎng)殖品種的池塘根據(jù)養(yǎng)殖生產(chǎn)的需要適時(shí)加注新水，但是整個(gè)養(yǎng)殖過程都不排水。根據(jù)養(yǎng)殖的需要每天中午和夜晚適時(shí)開啟增氧機(jī)增氧。

1.3采樣方法

在養(yǎng)殖季節(jié)(6—9月)每月采樣一次。每次采樣都選擇在晴天上午9：00～10：00之間進(jìn)行。

1.4測(cè)定項(xiàng)目

測(cè)定項(xiàng)目主要包括pH、活性磷、氨氮、亞硝態(tài)氮、硝態(tài)氮、總堿度、總硬度。檢測(cè)方法依據(jù)《水環(huán)境監(jiān)測(cè)規(guī)范》(SL219-2013)。

1.5分析方法

1.5.1水質(zhì)變化特征用excel進(jìn)行分析。

1.5.2水質(zhì)比較用VIKOR算法進(jìn)行分析。

VIKOR方法是Opricovic1998年基于TOPSIS法提出的一種基于理想點(diǎn)解的多屬性決策方法，其基本思想是基于最佳化妥協(xié)解方法，首先確定理想解和負(fù)理想解，然后根據(jù)各個(gè)備選方案的評(píng)價(jià)值與理想方案的接近程度對(duì)方案進(jìn)行排序。在評(píng)價(jià)時(shí)綜合考慮最大化群體效用和最小化個(gè)別遺憾。VIKOR方法中采用的排序函數(shù)是p=1和p=∞時(shí)2種度量的組合函數(shù)形式[9]。

設(shè)X={x1，x2，……，xm}是m個(gè)池塘集合，Y={y1，y2，……，yn}是評(píng)價(jià)指標(biāo)集。假定池塘xi在評(píng)價(jià)指標(biāo)yj下的指標(biāo)值為aij，從而構(gòu)建決策矩陣A=(aij)m×n[10-11]。池塘水質(zhì)評(píng)價(jià)的VIKOR多屬性評(píng)價(jià)法的具體方法如下：

1.5.2.1將模糊決策矩陣A=(aij)m×n按下式轉(zhuǎn)化為規(guī)范化決策矩陣R=(rij)m×n。

效益性指標(biāo)

(1)

成本性指標(biāo)

(2)

1.5.2.2確定理想解和負(fù)理想解

r+={maxri1,maxri2,…,maxrin}

(3)

r-={minri1,minri2,…,minrin}

(4)

1.5.2.3利用變異系數(shù)法確定指標(biāo)權(quán)重，具體方法如下：

(5)

1.5.2.4計(jì)算群體效用值Mi和個(gè)別遺憾值Ni。

(6)

(7)

1.5.2.5計(jì)算綜合排序指標(biāo)

(8)

按照Qi分別從小到大排序，每個(gè)序列中排在前面的比排在后面的優(yōu)。M+=minMi，M-=maxMi，N+=minNi，N-=maxNi。這里v為決策機(jī)制系數(shù)，v∈[0.1]。若取v>0.5，則表示按最大化群體效益進(jìn)行決策；若取v<0.5，則表示按最小化個(gè)體遺憾值進(jìn)行決策；若取v=0.5，則表示按均衡折中的方式進(jìn)行決策。在VIKOR方法中，一般取v=0.5，即均衡折中以使群體效益最大化和個(gè)別遺憾值最小化。

2結(jié)果分析

2.1三種不同養(yǎng)殖品種的池塘水質(zhì)變化特征

從圖1可以看出，泥鰍、翹嘴紅鲌和青蝦池塘水體的pH的變化范圍分別為8.53～9.39、8.72～9.3和8.95～9.87。泥鰍池塘水體的pH在整個(gè)養(yǎng)殖過程中呈下降趨勢(shì)，而青蝦和翹嘴紅鲌池塘水體的pH變化規(guī)律相同，都是先降低再升高最后又降低，但是青蝦池塘水體的pH顯著高于翹嘴紅鲌池塘。

圖1　三種養(yǎng)殖品種池塘水體的pH變化

從圖2可以看出，泥鰍、翹嘴紅鲌和青蝦池塘水體的亞硝態(tài)氮的變化范圍分別為0～0.018 mg/L、0.006～0.019 mg/L和0.001～0.009 mg/L。三種養(yǎng)殖品種池塘水體的亞硝態(tài)氮變化規(guī)律相同，都是先降低再升高，其中最低值出現(xiàn)在泥鰍池塘，為0；最高值出現(xiàn)在翹嘴紅鲌池塘，為0.019 mg/L。

圖2　三種養(yǎng)殖品種池塘水體的亞硝態(tài)氮變化

從圖3可以看出，泥鰍、翹嘴紅鲌和青蝦池塘水體的硝態(tài)氮的變化范圍分別為0.012～0.609 mg/L、0.006～0.521 mg/L和0.001～0.349 mg/L。泥鰍池塘水體的硝態(tài)氮在整個(gè)養(yǎng)殖過程中呈先下降后上升的規(guī)律，而青蝦和翹嘴紅鲌池塘水體的硝態(tài)氮變化規(guī)律相同，都是先升高再降低最后又升高。

從圖4可以看出，泥鰍、翹嘴紅鲌和青蝦池塘水體的氨氮的變化范圍分別為0.71～2.55 mg/L、0.45～1.42 mg/L和0.28～1.02 mg/L。三種養(yǎng)殖品種池塘水體的氨氮變化規(guī)律相同，都是先升高再降低，但是泥鰍池塘的氨氮濃度一直高于青蝦和翹嘴紅鲌。

圖3　三種養(yǎng)殖品種池塘水體的硝態(tài)氮變化

圖4　三種養(yǎng)殖品種池塘水體的氨氮變化

從圖5可以看出，泥鰍、翹嘴紅鲌和青蝦池塘水體的活性磷的變化范圍分別為0.019～0.086 mg/L、0.009～0.037 mg/L和0.015～0.035 mg/L。三種養(yǎng)殖品種池塘水體的活性磷變化規(guī)律相同，都是呈下降趨勢(shì)，但是泥鰍池塘的活性磷濃度一直高于青蝦和翹嘴紅鲌。

圖5　三種養(yǎng)殖品種池塘水體的活性磷變化

從圖6可以看出，泥鰍、翹嘴紅鲌和青蝦池塘水體的總堿度(以CaCO3計(jì))的變化范圍分別為120.46～267.77 mg/L、158.49～482.98 mg/L和135.67～262.76 mg/L。三種養(yǎng)殖品種池塘水體的總堿度變化規(guī)律相同，都是呈上升趨勢(shì)，但是翹嘴紅鲌池塘的總堿度濃度一直高于青蝦和泥鰍。

圖6　三種養(yǎng)殖品種池塘水體的總堿度變化

從圖7可以看出，泥鰍、翹嘴紅鲌和青蝦池塘水體的總硬度的變化范圍分別為16.96～18.43德國度、29.73～44.99德國度和32.97～38.15德國度。三種養(yǎng)殖品種池塘水體的總硬度變化都不顯著，但是泥鰍池塘的總硬度濃度一直低于青蝦和翹嘴紅鲌。

圖7　三種養(yǎng)殖品種池塘水體的總硬度變化

2.2三種不同養(yǎng)殖品種的池塘水質(zhì)比較

2.2.1選取三口池塘的6個(gè)指標(biāo)的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行比較分析，6個(gè)指標(biāo)均為成本性指標(biāo)。

表1　三種不同養(yǎng)殖品種池塘水質(zhì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)

2.2.2 對(duì)表1指標(biāo)值數(shù)據(jù)采用式(2)完成構(gòu)造決策矩陣。

2.2.3根據(jù)式(3)(4)確定理想解和負(fù)理想解。

r+={0.900.620.710.790.650.72}

r-={0.290.510.320.320.440.39}

2.2.4利用變異系數(shù)法確定指標(biāo)權(quán)重。

wj={0.240.050.220.210.110.17}

1.4.2.4 利用式(6)、(7)計(jì)算群體效用值Mi和個(gè)別遺憾值Ni。

Mi={0.680.711}，Ni={0.230.190.24}

1.4.2.5 利用式(8)計(jì)算綜合排序指標(biāo)

Qi={0.410.161.00}

由計(jì)算結(jié)果可知，根據(jù)VIKOR方法得出的三種不同養(yǎng)殖品種池塘水質(zhì)優(yōu)劣排序?yàn)榍辔r、泥鰍、翹嘴紅鲌。

3討論

3.1不同養(yǎng)殖品種池塘水質(zhì)特征分析

在整個(gè)養(yǎng)殖過程中，三種養(yǎng)殖品種的池塘水質(zhì)變化規(guī)律基本相似，氮磷營養(yǎng)元素都是在7、8月份魚蝦主要生長季節(jié)最高。但是通過基于VIKOR算法的水質(zhì)比較得知，三種池塘中青蝦池塘水質(zhì)最優(yōu)，泥鰍池塘次之，翹嘴紅鲌池塘最差。其原因可能是養(yǎng)殖過程中養(yǎng)蝦池氮磷輸入量遠(yuǎn)低于養(yǎng)魚池，因?yàn)榍辔r畝產(chǎn)約5 0 kg，而泥鰍和翹嘴紅鲌畝產(chǎn)都在500 kg以上，而精養(yǎng)池塘產(chǎn)量基本靠飼料投入獲得，并且有研究表明蝦對(duì)氮磷的利用率高于魚類[12,13]。所以養(yǎng)蝦過程中產(chǎn)生的污染小于養(yǎng)魚。

3.2不同養(yǎng)殖品種池塘水質(zhì)狀況比較方法的選擇

目前水環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)的方法有很多種，主要有兩大類，即單因子評(píng)價(jià)法[2]和綜合評(píng)價(jià)法，綜合評(píng)價(jià)法主要包括層次分析法[3]、灰色聚類法[4]、主成分分析法[5]、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)評(píng)價(jià)法[6]、投影尋蹤法[7]和模糊綜合評(píng)價(jià)法[8]等。每種方法都有各自的優(yōu)勢(shì)，但同時(shí)也有一定的缺陷。大多數(shù)評(píng)價(jià)方法都需要和標(biāo)準(zhǔn)值進(jìn)行比較然后再進(jìn)行評(píng)判，但是現(xiàn)在漁業(yè)水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)可供利用的指標(biāo)很少，地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)的分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)不適用于養(yǎng)殖水體水質(zhì)評(píng)價(jià)?；赩IKOR算法的水質(zhì)評(píng)價(jià)不需要標(biāo)準(zhǔn)值，因此可以選用幾乎所有指標(biāo)進(jìn)行評(píng)價(jià)，評(píng)價(jià)結(jié)果可以分析多個(gè)水體水質(zhì)的相對(duì)優(yōu)劣，因此本文選用基于VIKOR算法的水質(zhì)評(píng)價(jià)法進(jìn)行三種養(yǎng)殖品種池塘的水質(zhì)比較。

4結(jié)論

本文研究了養(yǎng)殖泥鰍、翹嘴紅鲌和青蝦池塘的水質(zhì)變化特點(diǎn)，并用VIKOR算法比較了三種養(yǎng)殖品種的池塘水環(huán)境質(zhì)量。結(jié)果表明：三種養(yǎng)殖品種池塘的水質(zhì)變化特點(diǎn)基本相同，但是三種池塘中，青蝦養(yǎng)殖池塘水質(zhì)最優(yōu)，泥鰍池塘次之，翹嘴紅鲌池塘最差。

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(責(zé)任編輯：鄧薇)

Analysis and comparison of water quality among three ponds with different species farmed

WU Hui-min,JIANG Ju-feng,LI Chun-yan,CAI Chao,ZHANG Wei，LIU Xiao-lian,BAI Xiao-hui,FENG Shou-ming

(TianjinFisheriesResearchInstitute,Tianjin300221,China)

Abstract：The variation of water quality was analysed in ponds where loach,erythroculter ilishaeformis and freshwater shrimp were farmed respectively,and the water quality of three ponds was compared with the VIKOR algorithm.The results indicated that the variation of water quality of three ponds was similar,but the water quality of the pond where freshwater shrimp farmed was the best,where loach farmed was the second,and the quality of the pond where erythroculter ilishaeformis farmed was the worst among three ponds.

Key words：species;pond;water quality;VIKOR algorithm

中圖分類號(hào)：S965.89

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1000-6907-(2016)02-0082-05

作者簡介：第一吳會(huì)民(1980-)，男，高級(jí)工程師，主要從事淡水養(yǎng)殖研究。E-mail：wuhm2005@163.com通訊作者：馮守明。E-mail：smfeng65@163.com

收稿日期：2015-03-19；

修訂日期：2015-10-20

資助項(xiàng)目：國家農(nóng)業(yè)科技成果轉(zhuǎn)化項(xiàng)目(2014GB2A100532);水產(chǎn)良種引進(jìn)與保種專項(xiàng)