淡水養(yǎng)殖池塘中水體碳氮比對(duì)養(yǎng)殖環(huán)境的影響

施沁璇　王俊　盛鵬程　羅毅志　吳琦芳　黃小紅　葉雪平

摘要：2015年對(duì)浙北地區(qū)溫室中華鱉、外塘中華鱉、加州鱸、烏鱧、翹嘴紅鲌5個(gè)淡水養(yǎng)殖品種在1個(gè)養(yǎng)殖周期內(nèi)的養(yǎng)殖水及周邊外河水中碳、氮含量進(jìn)行調(diào)查測(cè)定，分析不同養(yǎng)殖品種及周邊外河水體中的碳氮比（簡(jiǎn)稱CN）水平。結(jié)果顯示，各養(yǎng)殖品種養(yǎng)殖水體中總有機(jī)碳（簡(jiǎn)稱TOC）含量隨養(yǎng)殖時(shí)間的延長(zhǎng)而增加，總氮（簡(jiǎn)稱TN）含量隨養(yǎng)殖時(shí)間的延長(zhǎng)先增加后減少，在8月達(dá)到最大值；而水體中CN則隨養(yǎng)殖時(shí)間先減小后增加，且在8月達(dá)到最小值；比較養(yǎng)殖水體和周邊外河水中的CN，結(jié)果顯示，溫室中華鱉養(yǎng)殖池水中CN最低為065；翹嘴紅鲌養(yǎng)殖池水中最高為559，各養(yǎng)殖品種間差異顯著（P<005），但作為養(yǎng)殖水源的周邊各外河水間無(wú)顯著性差異。此外，相關(guān)性分析顯示，高 CN 的養(yǎng)殖水體水質(zhì)顯著優(yōu)于（P<005）低CN的養(yǎng)殖水體水質(zhì)，說(shuō)明養(yǎng)殖后期適當(dāng)添加額外碳源，提高養(yǎng)殖水體CN，可能是改善養(yǎng)殖環(huán)境的有效途徑。

關(guān)鍵詞：淡水養(yǎng)殖；養(yǎng)殖品種；碳氮比；養(yǎng)殖環(huán)境；總有機(jī)碳（TOC）含量；總氮（TN）含量

中圖分類號(hào)： X714文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A

文章編號(hào)：1002-1302（2017）21-0186-04

收稿日期：2016-06-16

基金項(xiàng)目：浙江省公益技術(shù)研究農(nóng)業(yè)項(xiàng)目（編號(hào)：2016C32075）。

作者簡(jiǎn)介：施沁璇（1989—），女，浙江嘉興人，助理工程師，主要從事漁業(yè)水域生態(tài)環(huán)境保護(hù)研究。E-mail：shizhuhuan@163com。

通信作者：葉雪平，推廣研究員，主要從事漁業(yè)水域生態(tài)環(huán)境保護(hù)研究。E-mail：yxp900@sinacom。

生物絮團(tuán)技術(shù)（biofloc technology，簡(jiǎn)稱BFT）是指通過(guò)向養(yǎng)殖水體中大量投餌補(bǔ)充有機(jī)碳物質(zhì)，保持一定的碳氮比，從而定向調(diào)控養(yǎng)殖系統(tǒng)微生物群落并且利用微生物轉(zhuǎn)換水中的氨態(tài)氮成為菌體蛋白，顯著提高飼料利用的一種新型養(yǎng)殖技術(shù)1]。該技術(shù)通過(guò)調(diào)控養(yǎng)殖水體的碳氮比（簡(jiǎn)稱CN），可以改善養(yǎng)殖水質(zhì)、節(jié)約養(yǎng)殖成本，近年來(lái)廣泛應(yīng)用于羅非魚、草魚、鳙魚等淡水魚類的生產(chǎn)養(yǎng)殖過(guò)程中1-4]。已有的研究結(jié)果表明，烏鱧、加州鱸等淡水經(jīng)濟(jì)魚類養(yǎng)殖池塘中的主要污染物為有機(jī)污染物和氮，養(yǎng)殖水體中化學(xué)需氧量、氨氮、亞硝酸鹽氮等含量過(guò)高不僅影響水質(zhì)，還容易導(dǎo)致病害的發(fā)生，但卻未見(jiàn)針對(duì)養(yǎng)殖水體中CN的相關(guān)研究報(bào)道5-6]。本研究通過(guò)分析浙北地區(qū)主要淡水養(yǎng)殖區(qū)外河及不同淡水養(yǎng)殖品種池塘水體中的CN水平，探討不同養(yǎng)殖品種間的差異及其在養(yǎng)殖周期內(nèi)的變化規(guī)律，闡述水產(chǎn)養(yǎng)殖對(duì)周邊水環(huán)境質(zhì)量的潛在影響，指出提高養(yǎng)殖池塘中CN的措施。

1材料與方法

11樣品采集與測(cè)定方法

根據(jù)SCT91023—2007《漁業(yè)生態(tài)環(huán)境監(jiān)測(cè)規(guī)范第3部分：淡水》，于2015年5—11月期間每月1次（其中，外塘中華鱉采樣時(shí)間為2015年6—11月，每月1次；溫室中華鱉采樣時(shí)間為2015年1—4月，每半月1次），對(duì)浙北地區(qū)（湖州市、嘉興市）較大規(guī)模、具有代表性的21家單一品種養(yǎng)殖場(chǎng)進(jìn)行7次定點(diǎn)采樣調(diào)查，涉及中華鱉（溫室+外塘）、加州鱸魚、烏鱧、翹嘴紅鲌等5個(gè)養(yǎng)殖品種，同步采集養(yǎng)殖池塘（溫室）及其周邊外河水樣，具體分布見(jiàn)表1。按照HJ 501—2009《水質(zhì)總有機(jī)碳的測(cè)定燃燒氧化-非分散紅外吸收法》、HJ 636—2012《水質(zhì)總氮的測(cè)定堿性過(guò)硫酸鉀消解紫外分光光度法》、HJ 535—2009《水質(zhì)氨氮的測(cè)定納氏試劑分光光度法》、HJT 84—2001《水質(zhì)無(wú)機(jī)陰離子的測(cè)定離子色譜法》分別測(cè)定水樣中總有機(jī)碳、總氮、氨氮、亞硝酸鹽氮的含量。

12數(shù)據(jù)分析

原始數(shù)據(jù)經(jīng)Excel 2010初步整理后，采用SPSS 130進(jìn)行單因素方差分析，并用Duncans檢驗(yàn)法進(jìn)行多重比較分析。

2結(jié)果與分析

21不同養(yǎng)殖品種養(yǎng)殖水體中總有機(jī)碳、總氮及CN在養(yǎng)殖周期內(nèi)的變化規(guī)律

觀察比較不同養(yǎng)殖品種在養(yǎng)殖周期內(nèi)水體中總有機(jī)碳（簡(jiǎn)稱TOC）、總氮（簡(jiǎn)稱TN）及CN的變化規(guī)律，結(jié)果如圖1至圖3所示。其中，溫室中華鱉為人工控溫養(yǎng)殖，不參與比較；外塘中華鱉的采樣周期為2015年6—11月，其余養(yǎng)殖品種采樣周期均為2015年5—11月。

由圖1、圖2可知，養(yǎng)殖周期內(nèi)不同養(yǎng)殖品種池水中TOC含量隨養(yǎng)殖時(shí)間的延長(zhǎng)，尤其是在養(yǎng)殖后期呈增加趨勢(shì)；不同養(yǎng)殖品種池水中TN含量隨養(yǎng)殖時(shí)間的延長(zhǎng)而增加，且均在8月達(dá)到最大值，其中外塘中華鱉為356 mgL、加州鱸為 654 mgL、烏鱧為172 mgL、翹嘴紅鲌為575 mgL，之后隨著養(yǎng)殖時(shí)間的增加，水體TN含量有所下降。

由養(yǎng)殖周期內(nèi)不同養(yǎng)殖品種水體中TOC和TN的含量及其變化，計(jì)算得到外塘中華鱉、加州鱸、烏鱧、翹嘴紅鲌4種不同養(yǎng)殖品種在養(yǎng)殖周期內(nèi)水體CN的變化規(guī)律。圖3顯示，各養(yǎng)殖品種水體CN隨養(yǎng)殖時(shí)間呈“V”形，即開(kāi)始水體CN隨養(yǎng)殖時(shí)間的延長(zhǎng)而下降，到8月達(dá)最小值，其中外塘中華鱉為 326 mgL、加州鱸為251 mgL、烏鱧為 129 mgL、翹嘴紅鲌為346 mgL，之后隨著養(yǎng)殖時(shí)間的延長(zhǎng)而上升。

22養(yǎng)殖周期內(nèi)不同養(yǎng)殖品種養(yǎng)殖水體中TOC、TN、氨氮、亞硝酸鹽氮的平均含量及CN

由表2可知，不同養(yǎng)殖品種養(yǎng)殖水體中TOC和TN含量均為溫室中華鱉養(yǎng)殖池塘最高，分別達(dá)到4816、7429 mgL，顯著高于其他養(yǎng)殖品種（P<005），而外塘中華鱉養(yǎng)殖池塘最低，分別為1224、289 mgL。以TOC和TN含量為基準(zhǔn)，計(jì)算得到5種不用養(yǎng)殖品種養(yǎng)殖水體中的CN。結(jié)果顯示，溫室中華鱉池水中CN最低，為065，翹嘴紅鲌池水中CN最高，為559。各養(yǎng)殖品種間均差異顯著（P<005），提示不同養(yǎng)殖品種對(duì)養(yǎng)殖水體中的CN影響較大。各養(yǎng)殖品種養(yǎng)殖水體中，氨氮、亞硝酸鹽氮含量均為溫室中華鱉池最高，分別為725、077 mgL，顯著高于除烏鱧池外其余養(yǎng)殖品種養(yǎng)殖池塘（P<005）；外塘中華鱉池塘氨態(tài)氮含量最低，為090 mgL，翹嘴紅鲌池塘亞硝酸鹽氮含量最低，為004 mgL。比較不同CN條件下，各養(yǎng)殖水體中氨態(tài)氮、亞硝酸鹽氮含量。由圖4可知，養(yǎng)殖水體中氨態(tài)氮、亞硝酸鹽氮含量隨著CN的增加呈下降趨勢(shì)。因此，不同養(yǎng)殖品種養(yǎng)殖池塘中，高CN水體中氨態(tài)氮、亞硝酸鹽氮含量少于低 CN 水體，水質(zhì)狀況為高CN水體優(yōu)于低CN水體。endprint

23養(yǎng)殖周邊外河水中TOC、TN含量及CN

測(cè)定結(jié)果（表3）顯示，溫室中華鱉、外塘中華鱉、加州鱸、烏鱧、翹嘴紅鲌5種不同養(yǎng)殖品種周邊外河水中TOC含量范圍在904～956 mgL之間，TN含量范圍在254～278 mgL之間，CN在351～358之間。外河水中TOC、TN平均含量分別為940、265 mgL，CN平均為355。方差分析顯示，不同養(yǎng)殖品種養(yǎng)殖池塘周邊外河水體中TOC、TN含量及CN間均無(wú)顯著性差異，外河水體中CN較為恒定，周邊不同種類養(yǎng)殖品種對(duì)外河水體中CN影響較小。

3結(jié)論與討論

1989年，以色列學(xué)者Avbimelech等提出生物絮團(tuán)反應(yīng)機(jī)制理論，并將其應(yīng)用到實(shí)際養(yǎng)殖生產(chǎn)中，其中合理的CN是形成生物絮團(tuán)的必要條件7-8]。養(yǎng)殖水體中的CN指能夠被異養(yǎng)微生物利用的有機(jī)碳源（總有機(jī)碳）與總氮的比值，反映養(yǎng)殖水環(huán)境是依靠何種機(jī)制清除氮累積，體現(xiàn)水體的自凈能力9]。在傳統(tǒng)的水產(chǎn)養(yǎng)殖中，水體中的碳主要來(lái)源于光合作用和飼料，氮主要來(lái)源于飼料。試驗(yàn)結(jié)果顯示，在養(yǎng)殖過(guò)程中，養(yǎng)殖水體中的TN含量隨養(yǎng)殖時(shí)間的延長(zhǎng)先增加后減小，在8月達(dá)到最大值，與對(duì)蝦精養(yǎng)池塘中的TN含量變化一致10]。大量氮隨著殘餌、糞便及代謝產(chǎn)物等殘留在養(yǎng)殖系統(tǒng)內(nèi)無(wú)法被利用，導(dǎo)致養(yǎng)殖水體中TN的累積，水體TN含量的升高使得養(yǎng)殖水體中的CN隨養(yǎng)殖時(shí)間的延長(zhǎng)而下降11]。此時(shí)，水體中C含量不足，無(wú)法滿足異養(yǎng)微生物的需求，抑制了異養(yǎng)微生物的同化作用，導(dǎo)致養(yǎng)殖水體CN的降低。此后，隨著水體中C含量大于N含量，使得養(yǎng)殖后期水體的 CN 有所增加。因此在一個(gè)養(yǎng)殖周期內(nèi)，養(yǎng)殖水體CN在8月達(dá)到最小值。

研究顯示，生物絮團(tuán)系統(tǒng)內(nèi)異養(yǎng)微生物的生長(zhǎng)速度是硝化細(xì)菌的10倍，代謝速率比硝化細(xì)菌高40倍，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)有毒氮的快速異養(yǎng)轉(zhuǎn)化，養(yǎng)殖水體中CN>10就可以有效改善水質(zhì)12-15]。當(dāng)養(yǎng)殖環(huán)境中CN<10時(shí)，異養(yǎng)微生物主要利用有機(jī)氮源，氨化作用導(dǎo)致氨態(tài)氮含量增加；而當(dāng)CN>10時(shí)，養(yǎng)殖環(huán)境中的有機(jī)氮和無(wú)機(jī)氮均可得到利用，氨態(tài)氮、亞硝酸鹽氮可以被消耗9]。本試驗(yàn)結(jié)果顯示，浙北地區(qū)溫室中華鱉、外塘中華鱉、加州鱸魚、烏鱧、翹嘴紅鲌5種養(yǎng)殖品種在正常生產(chǎn)條件下，水體CN均小于10，水體中氮累積量較高，抑制了異養(yǎng)微生物的生長(zhǎng)，無(wú)法完全消除養(yǎng)殖水體中的氨態(tài)氮、亞硝酸鹽氮等有害物質(zhì)。然而，不同養(yǎng)殖品種間，水體 CN 的明顯差異也引起了養(yǎng)殖水體中氨態(tài)氮、亞硝酸鹽氮的差異（圖1）。氨態(tài)氮和亞硝酸鹽氮作為制約水產(chǎn)養(yǎng)殖環(huán)境的主要脅迫因子，一般認(rèn)為，當(dāng)養(yǎng)殖水體中氨態(tài)氮濃度超過(guò) 5 mgL、亞硝酸鹽氮濃度達(dá)到01 mgL時(shí)，就會(huì)對(duì)養(yǎng)殖動(dòng)物產(chǎn)生危害16-17]。本試驗(yàn)結(jié)果顯示，低CN的溫室中華鱉和烏鱧2種養(yǎng)殖品種池水中氨態(tài)氮和亞硝酸鹽氮含量均超過(guò)或已接近上述臨界危害值，而高CN的翹嘴紅鲌和外塘中華鱉2種養(yǎng)殖品種池水中氨態(tài)氮和亞硝酸鹽氮含量則顯著低于（P<005）溫室中華鱉養(yǎng)殖水體。這可能與較高的環(huán)境CN可以刺激異養(yǎng)微生物的生長(zhǎng)，通過(guò)競(jìng)爭(zhēng)獲得更多的氧氣和空間，抑制自養(yǎng)細(xì)菌的生長(zhǎng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)無(wú)機(jī)氮的同化作用有關(guān)12，18-19]。因此，提高CN可以有效降低養(yǎng)殖水體中氨態(tài)氮、亞硝酸鹽氮等有毒氮的累積，凈化水體改善養(yǎng)殖環(huán)境，這與孫盛明等對(duì)團(tuán)頭魴的研究結(jié)果20]一致。

浙北地區(qū)地處長(zhǎng)江三角洲杭嘉湖平原腹心地帶，河網(wǎng)密布、河道縱橫，池塘養(yǎng)殖均以周邊外河水作為養(yǎng)殖水源。研究結(jié)果顯示，浙北地區(qū)不同養(yǎng)殖品種池塘周邊外河水體中TOC、TN含量及CN水平相近，各外河間無(wú)顯著性差異。因此，不同的養(yǎng)殖品種可能是各養(yǎng)殖池水間出現(xiàn)CN顯著差異的主要原因。在傳統(tǒng)的精養(yǎng)模式中，水產(chǎn)動(dòng)物對(duì)餌料的利用率僅為20%～30%，大量殘餌、糞便及代謝產(chǎn)物殘留在養(yǎng)殖系統(tǒng)內(nèi)無(wú)法利用21-22]。CN合理的條件下通過(guò)絮凝化作用形成的生物絮團(tuán)不僅可以凈化水體，還可以作為理想的餌料被水產(chǎn)動(dòng)物攝食利用，提高飼料的利用率，減少對(duì)飼料的需求，提高經(jīng)濟(jì)效益23-24]。因此，生物絮團(tuán)對(duì)水產(chǎn)養(yǎng)殖的另一個(gè)重要意義體現(xiàn)在其具有多方面的餌料價(jià)值，不同養(yǎng)殖品種養(yǎng)殖池水中CN的顯著差異可能會(huì)引起飼料利用率的不同，從而對(duì)養(yǎng)殖環(huán)境造成不同的影響。

研究顯示，低CN的溫室中華鱉、烏鱧2種養(yǎng)殖品種，養(yǎng)殖水體CN低于周邊外河，水體自凈能力差，可能對(duì)周邊環(huán)境造成潛在威脅。溫室中華鱉在養(yǎng)殖過(guò)程中往往被密集養(yǎng)殖且大量投喂飼料，富含高蛋白的飼料被攝食后用于生長(zhǎng)的相對(duì)較少，多數(shù)會(huì)被動(dòng)物代謝排放，餌料系數(shù)高，飼料利用率低，使得養(yǎng)殖系統(tǒng)內(nèi)N含量嚴(yán)重過(guò)量而C含量相對(duì)不足，CN比極低，易造成多種疾病和環(huán)境負(fù)擔(dān)25]。同樣的現(xiàn)狀也存在于烏鱧的養(yǎng)殖過(guò)程中，其投喂冰鮮餌料的養(yǎng)殖方式雖然近年來(lái)正在被逐步研究改進(jìn)，但傳統(tǒng)高密度養(yǎng)殖模式依然是浙北地區(qū)烏鱧養(yǎng)殖的主要方式。因此，在養(yǎng)殖后期可以通過(guò)適當(dāng)添加額外的碳源，提高養(yǎng)殖水體CN，促進(jìn)生物絮團(tuán)的形成，從而改善其養(yǎng)殖環(huán)境26]。與低CN養(yǎng)殖品種不同，翹嘴紅鲌和外塘中華鱉2種養(yǎng)殖品種的養(yǎng)殖水體CN高于周邊外河水平，水體中氨態(tài)氮、亞硝酸鹽的含量低，表明養(yǎng)殖水體具有較好的自凈能力。朱學(xué)寶研究發(fā)現(xiàn)，鰱魚、羅非魚可以有效利用生物絮團(tuán)作為它們的直接餌料，營(yíng)養(yǎng)效果良好27]。因此筆者認(rèn)為，除了微生物的快速異養(yǎng)轉(zhuǎn)化外，這可能與翹嘴紅鲌、外塘中華鱉可以利用生物絮團(tuán)作為其餌料飼料有關(guān)，但它們具體的利用率和營(yíng)養(yǎng)效果有待進(jìn)一步研究。

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