水生蔬菜改善養(yǎng)殖漁塘水質(zhì)研究進展

殷進　劉玉祥　魏文志　丁善忠　李良俊

摘 要：由于高密度養(yǎng)殖技術(shù)的推廣，使得池塘養(yǎng)殖水體水質(zhì)日趨惡化，既影響了養(yǎng)殖產(chǎn)品的產(chǎn)出，又增加了污染周邊水體的風險。論文綜述了近年來，我國應(yīng)用水生蔬菜改善養(yǎng)殖漁塘水質(zhì)的研究進展，提出了品種篩選和處理效果評價是該領(lǐng)域的研究重點，分析了約束該技術(shù)發(fā)展的主要因素。并依據(jù)現(xiàn)有狀況提出了今后需要努力的方向，為水生蔬菜改善養(yǎng)殖漁塘水質(zhì)研究提供了思路。

關(guān)鍵詞：水生蔬菜；魚塘；水質(zhì)

池塘養(yǎng)殖是我國重要的淡水養(yǎng)殖方式。2014年我國池塘養(yǎng)殖面積達到266.98萬hm2，池塘養(yǎng)殖平均單產(chǎn)為7 116 kg/hm2[1]。我國池塘養(yǎng)殖普遍采用高放養(yǎng)密度、高投飼量的集約化精養(yǎng)模式以提高產(chǎn)量。大量投放的飼料沒有完全被取食而沉積，加上養(yǎng)殖產(chǎn)品排泄的糞便，容易在漁塘底部形成一層富含有機質(zhì)的淤泥，不僅導致塘內(nèi)水質(zhì)惡化，影響魚蝦生長，而且養(yǎng)殖尾水的排放也加劇了周邊水體的富營養(yǎng)化[2]。因此，魚塘水體富營養(yǎng)化程度的加劇越來越引起研究人員的普遍關(guān)注。

近年來，大量研究表明[3-5]水生植物對養(yǎng)殖水環(huán)境具有較好的凈化效果，一方面，水生植物通過吸收水體或底泥中的氮、磷等無機營養(yǎng)物及重金屬等污染物合成自身物質(zhì)儲存在植物體內(nèi)，以維持生長和繁殖的需要，從而加快了水體中氮、磷營養(yǎng)物質(zhì)的去除。另一方面，其強大的根系與水體中微生物的協(xié)同降解作用加快了有機物的分解，與此同時，植物根部氣體傳輸和釋放作用有效促進了水體中好氧生物對有機物的分解，并有助于硝化菌的生長，可將水體中的氮、磷等無機營養(yǎng)物轉(zhuǎn)化為自身所需的物質(zhì)，起到凈化水質(zhì)的效果。作為水生植物的重要組成之一的水生蔬菜是指在淡水中生長的、其產(chǎn)品可供作蔬菜食用的維管束植物。水生蔬菜因其生長特性、經(jīng)濟性和環(huán)保特性逐漸成為養(yǎng)殖池塘水體生物凈化技術(shù)研究的主要對象之一。

1 品種篩選

我國水生蔬菜品種超過300 個，常見水生蔬菜有蓮藕、茭白、慈姑、荸薺、菱角、芡實、豆瓣菜、莼菜、水芹、蒲菜、水芋、水蕹菜等[6]。不同蔬菜品種對于同種污染物的去除效率也不近相同。黃艷等[7]研究了不同水生蔬菜品種對水質(zhì)凈化效果，研究表明從對池塘水質(zhì)凈化效果來看，對TN去除效果表現(xiàn)為菱角>淺水藕>芡實；對TP、NH+-N去除效果表現(xiàn)為淺水藕>芡實>菱角；對COD去除效果表現(xiàn)為芡實>菱角>淺水藕。胡綿好等[8]對比研究了水芹和豆瓣菜作為生態(tài)浮床栽培材料，對富營養(yǎng)化水體中主要污染物的去除效果，研究結(jié)果表明水芹對于富營養(yǎng)化水體中TN、NH4+-N、TP、CODMn、Chl.a的去除率分別達到76.86%、69.39%、90.45%、95.03%、8981%；豆瓣菜對于富營養(yǎng)化水體中TN、NH4+-N、TP、CODMn、Chl.a的去除率分別達到7827%、67.95%、89.98%、95.38%、91.28%。

另一方面，不同的養(yǎng)殖品種，由于養(yǎng)殖方式的不同，其相應(yīng)的水體中的污染物種類、濃度、分布也存在差異。就養(yǎng)殖對蝦而言，一般采用精養(yǎng)或半精池塘養(yǎng)殖，具高密度、高投喂等特點，通過高換水率來獲得高產(chǎn)量，勢必會造成水中殘餌、對蝦糞便和代謝產(chǎn)物大量積累，引起蝦塘中氮磷等營養(yǎng)鹽的大量積累。楊逸萍等[9]認為，在精養(yǎng)蝦池中，總氮輸入的 19%轉(zhuǎn)化為蝦體內(nèi)的氮，其余大部分（62%～68%）積累到池塘底部的淤泥中，此外還有 8%～12%以懸浮顆粒氮、溶解有機氮、溶解無機氮等形式存在于水體之中。就魚塘精養(yǎng)而言，吳慶龍等[10]研究了魚塘精養(yǎng)對水質(zhì)的影響。結(jié)果表明TN 、NH4+-N 分別比對照點高219%和300%，大部分氮污染則以殘餌、糞便等懸浮物形式進入漁塘水體；TP的含量高出對照點162%、PO43--P高出150%，絕大部分磷污染也是以殘餌、糞便等懸浮物態(tài)存在；CODcr比對照點高30%；BOD5比對照點高31%。

由此可見，品種篩選是運用水生蔬菜改善養(yǎng)殖漁塘水質(zhì)這一技術(shù)的首要環(huán)節(jié)，由于不同的蔬菜品種對于不同的污染物有著不同的去除效率，不同的養(yǎng)殖品種導致的污染物的產(chǎn)生及濃度也不盡相同，所以為了實現(xiàn)水生蔬菜改善養(yǎng)殖漁塘水質(zhì)最優(yōu)化，就必須在調(diào)查魚塘水質(zhì)現(xiàn)狀、當?shù)厮卟朔N類及經(jīng)濟性的基礎(chǔ)上，進行一定的品種篩選試驗，以明確特定的水生蔬菜處理魚塘水體。

2 處理效果

處理效果的好壞直接決定了水生蔬菜改善養(yǎng)殖漁塘水質(zhì)的應(yīng)用和推廣，同時也是品種篩選最為重要的依據(jù)之一。因此，處理效果的實驗研究與評價一直是水生蔬菜改善養(yǎng)殖漁塘水質(zhì)研究的重點。其研究的主要內(nèi)容包括了以品種篩選為目的的多種水生蔬菜處理特定養(yǎng)殖魚塘水體效果評價，以改善水質(zhì)為目的的特定蔬菜處理特定養(yǎng)殖魚塘水體的效果分析，以提高養(yǎng)殖效率為目的的水生蔬菜與魚塘養(yǎng)殖共生系統(tǒng)研究。

2.1 品種篩選為目的

多數(shù)品種篩選均建立在文獻檢索基礎(chǔ)上，結(jié)合當?shù)靥厣卟似贩N來確定研究對象。如葉聰[11]在研究幾種水培蔬菜在凡納濱對蝦養(yǎng)殖塘中的應(yīng)用開發(fā)時選用了當?shù)厥卟嘶靥峁┑乃巢恕⒂鹨赂仕{和生菜。實驗結(jié)果表明3種蔬菜對氮磷營養(yǎng)鹽、總氮、總磷及CODMn呈現(xiàn)出一定去除能力，其中水蕹菜對所檢測的7種水質(zhì)指標的去除率可達到23.3%～73.6%；除硝酸鹽氮以外，其余6種指標的去除率均優(yōu)于其他兩種蔬菜；牛英豪等[12]選用空心菜、水芹菜及其組合來改善中華鱉養(yǎng)殖水體水質(zhì)，設(shè)置了空心菜+水芹菜組、空心菜組和水芹菜組三個實驗組別，這三個組別對總氮的去除率分別為76.53%、68.37%和6633%，對氨氮的去除率分別為87.40%、7612%和81.89%，對葉綠素a的去除率分別為63.07%、60.12%和58.70%，對COD的去除率則為41.19%、39.53%和37.21%。

2.2 改善水質(zhì)為目的

研究者們做了許多針對性的實驗研究，積累了大量的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，為水生蔬菜改善養(yǎng)殖漁塘水質(zhì)技術(shù)的進一步推廣提供理論和實踐依據(jù)。李文祥等[13]研究利用浮床技術(shù)，選用水蕹菜種植在精養(yǎng)池塘上，依靠水雍菜原位分解、吸收和轉(zhuǎn)移等途徑，通過收獲成品蔬菜而移除水體中的營養(yǎng)物質(zhì)有總磷（49.6±17.2） g，總氮（271.1±60.0） g，轉(zhuǎn)移率分別為18.2%和30.6%。李海燕等[14]選用西洋菜（Nasturtim officinale）對某魚塘水體進行水質(zhì)改良實驗發(fā)現(xiàn)，西洋菜對NH4+-N、NO3--N 和DIN 的去除率達到54.4%、76.9%及70.6%，對PO43--P 的去除率也達到557%，西洋菜對富營養(yǎng)化水體中的N、P 元素均表現(xiàn)出較好的凈化能力，且對藻類生長有良好的抑制作用。陳家長等[15]以葉綠素a（Chla）、總氮（TN）、氨氮（NH4+-N）、硝酸鹽氮（NO3--N）、亞硝酸鹽氮（NO2--N）、總磷（TP）、正磷酸鹽（PO43--P）、CODMn等為主要水質(zhì)指標研究浮床栽培空心菜對集約化養(yǎng)殖魚塘的凈化作用。實驗結(jié)果顯示對Chla、TN、NH4+-N、NO3--N、NO2--N、TP、PO43--P、CODMn的去除率分別為15.16%～49.02%、9.04%～36.56%、1923%～46.34%、22.76%～47.74%、13.33%～56.52%、33.33%～45.10%、27.27%～4815%、3.13%～19.05%。

2.3 魚菜共生系統(tǒng)

其處理效果不僅體現(xiàn)在水體污染物的去除效率或者水質(zhì)改善方面，還體現(xiàn)在水生蔬菜和養(yǎng)殖產(chǎn)品的生長情況是否良好。閆保國[16]等人在魚塘種植空心菜改善水質(zhì)研究時，比較了淡水魚養(yǎng)殖池塘和中華鱉養(yǎng)殖池塘兩種模式下魚菜共生系統(tǒng)的運行效果。對于空心菜而言，其在養(yǎng)殖水體中生長狀況良好。前一種模式成活率可達到95%以上，且根系發(fā)達，生長茂盛。后一種模式成活率在80%～90%之間，根系生長相對較慢。兩種模式下平均每12天收割一次，每次收割空心菜可達0.75～3 kg/m2。就漁塘水質(zhì)而言，隨著空心菜的生長，池塘水質(zhì)明顯變化，透明度從不足15 cm增加到25 cm以上，水體中氨氮、亞硝酸鹽均有所降低，種菜面積與氨氮、亞硝酸鹽含量呈負相關(guān)關(guān)系。陳長家[15]等人研究發(fā)現(xiàn)浮床栽培空心菜對集約化養(yǎng)殖魚塘有明顯的凈化作用的同時，空心菜產(chǎn)量可達69 618.0～73 161.6 kg·hm-2，且鯽魚、鳙魚和草魚魚種成活率分別提高8.6%～11.9%、1.9%～4.4%和31.5%～415%。由此可見養(yǎng)殖漁塘種植水生蔬菜，不僅可以凈化水質(zhì)，還可以提供魚塘的整體經(jīng)濟效益。

3 影響因素

運用水生蔬菜改善養(yǎng)殖漁塘水質(zhì)主要影響因素取決于對水生蔬菜本身和對養(yǎng)殖產(chǎn)品生長的影響，近年來的研究表明主要的影響因素如下。

3.1 日照條件

日照條件是影響水生蔬菜生長速率的重要因素。就喜陽水生蔬菜而言，充足的日照可以使其保持旺盛的生長速率。而較快的生長速率則需要更多的營養(yǎng)物質(zhì)來維持，加上水生蔬菜葉面蒸騰作用的加速，這為水生蔬菜根系從水體中持續(xù)快速地吸收氮、磷等營養(yǎng)元素提高了可能，使得水體的營養(yǎng)元素迅速降低，從而提高凈化效率。相反，部分喜陰水生蔬菜因為較強的日照條件會抑制其生長，而在吸收水體中的氮、磷營養(yǎng)物質(zhì)時則會出現(xiàn)與喜陽水生蔬菜相反的情形。牛曉音等[17]人對空心菜等5種植物的研究結(jié)果證實了這一點。因此在采用水生蔬菜凈化養(yǎng)殖魚塘水體時需要充分考慮水生蔬菜對日照的要求。

3.2 溫度

與大多數(shù)水生植物一樣，溫度是影響水生蔬菜生長的重要因素，一般而言，水生蔬菜本身的特性對其生長的環(huán)境溫度有一定的要求，只有在適宜的溫度范圍內(nèi)，水生蔬菜才能生長旺盛，而不是良莠不齊乃至死亡。如：空心菜耐溫，需要相對較高的溫度環(huán)境；水芹菜耐寒，在冬季也可以正常生長。此外，溫度還會影響水生蔬菜的蒸騰作用，進而影響由其主導的氮、磷等營養(yǎng)物質(zhì)的在植物體內(nèi)的轉(zhuǎn)運能力，從而進一步影響到水體的凈化作用。因此，采用水生蔬菜凈化養(yǎng)殖魚塘水體時，尤其在品種篩選時應(yīng)給予充分的考慮。

3.3 原水水質(zhì)

一般而言，水生蔬菜對氮、磷污染程度較重水體的處理能力比氮、磷污染程度較輕水體高。其原因在于：氮、磷污染程度較重時，氮、磷等營養(yǎng)元素充足，通過蒸騰作用氮、磷能以較快的速率進入植物內(nèi)部，此時的氮、磷等營養(yǎng)元素不會成為水生蔬菜生長的制約因素；氮、磷污染程度較輕時，氮、磷等營養(yǎng)元素較為缺乏，此時的氮、磷等營養(yǎng)元素成為制約水生蔬菜生長的重要因素，而蒸騰作用主導的對營養(yǎng)元素的吸收大大降低，水生蔬菜只有通過主動吸收來維持營養(yǎng)元素的進入，這必然導致水生蔬菜對營養(yǎng)元素吸收速率下降[18]。因此，運用水生蔬菜處理養(yǎng)殖魚塘水體時，尤其是種植面積應(yīng)該充分考慮原水的初始水質(zhì)狀況。

3.4 種植面積

在水生蔬菜凈化養(yǎng)殖漁塘系統(tǒng)中，水生蔬菜被認為是水體中營養(yǎng)物質(zhì)的貯存庫，從水體中被提取的氮、磷等營養(yǎng)元素大多被保存在植株內(nèi)，并隨著收割而徹底從水體中移除。因此，水生蔬菜生物量的多少決定了其吸收去除養(yǎng)殖漁塘水體中氮、磷等營養(yǎng)物質(zhì)的數(shù)量水平[19]。通常，在維持水生蔬菜正常生長發(fā)育的條件下，單位面積種植密度越高，或者種植面積越大都有利于養(yǎng)殖漁塘水體的凈化效率的提高。而另一方面，當水面水生植物覆蓋率達到一定程度時，就會影響到原有水面與空氣之間的氧氣傳輸，使得水體中的溶解氧不足，最終會導致其他水生生物和魚類競爭水體中的溶解氧，因此，并不是無限制地提高水生蔬菜的覆蓋率對池塘養(yǎng)殖都有利[20]。葉聰[11]研究了不同種植面積下水蕹菜對蝦池水質(zhì)凈化效果，將水蕹菜按 1.25 kg/m2的種植量種植于蝦池，種植面積分別為塘面積的 5%、10%、15%、20%及 30%。結(jié)果發(fā)現(xiàn)種植面積為10%的蝦池水蕹菜單位產(chǎn)量最高（15.78 kg/m2），每 m2水蕹菜可吸收 20.76 g 氮和 7.38 g 的磷，比其余各組高 10.1%～15.8%；陳家長[15]等人對主養(yǎng)魚為鯽魚的苗種養(yǎng)殖池塘中采用浮床栽培空心菜來凈化水體，研究表明20%空心菜的覆蓋率凈化效果最佳。由此可見，種植面積對于特定的水生蔬菜和養(yǎng)殖產(chǎn)品一定存在最優(yōu)值。而最優(yōu)值的選擇只能通過實驗獲取。

4 結(jié)論

對于魚塘養(yǎng)殖戶而言，運用水生蔬菜凈化和改善魚塘水質(zhì)不僅可以優(yōu)化魚塘養(yǎng)殖環(huán)境，提高養(yǎng)殖產(chǎn)品的成活率和產(chǎn)量，還能因此收獲數(shù)量可觀的新鮮蔬菜，增加了單位面積魚塘的收入，可謂一舉多得，值得推廣。盡管如此，水生蔬菜凈化和改善魚塘水質(zhì)技術(shù)，許多尚處于中試，甚至小試階段。有待進一步優(yōu)化和明確的主要內(nèi)容包括：①適合于魚塘種植水生蔬菜的實用裝置設(shè)施的研發(fā)；②能高效處理養(yǎng)殖水體富營養(yǎng)化，且具有較高經(jīng)濟價值的水生蔬菜產(chǎn)品的選育；③深入研究水生蔬菜植物根系與微生物之間的相互影響機制，如植物根系與氮轉(zhuǎn)化細菌、藻毒素降解細菌之間的互生或拮抗效應(yīng)等，進一步探討提高水生蔬菜微生物除污能力的途徑；④開展對水生蔬菜濾床的積泥以及蔬菜殘留物進行堆肥化研究，進一步提高整個系統(tǒng)的資源循環(huán)利用程度。

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（收稿日期：2016-04-27）