大薸及其附著物對(duì)網(wǎng)箱養(yǎng)殖水域氮磷去除效果的初步研究

王奇杰， 馬旭洲

(上海海洋大學(xué)，農(nóng)業(yè)部淡水水產(chǎn)種質(zhì)資源重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，上海市水產(chǎn)養(yǎng)殖工程技術(shù)研究中心，水產(chǎn)動(dòng)物遺傳育種中心上海市協(xié)同創(chuàng)新中心，上海 201306)

網(wǎng)箱養(yǎng)殖是世界水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)向集約化發(fā)展的一種養(yǎng)殖模式，然而不合理的網(wǎng)箱養(yǎng)殖，也造成了養(yǎng)殖水體的嚴(yán)重污染[1]。在保護(hù)水環(huán)境的前提下，建立良好的生態(tài)養(yǎng)殖結(jié)構(gòu),實(shí)現(xiàn)網(wǎng)箱養(yǎng)殖業(yè)的可持續(xù)發(fā)展是必由之路。利用水生植物凈化氮磷污水的生態(tài)工程技術(shù)因具有投資少、設(shè)施簡單、不產(chǎn)生二次污染、耗能低、管理方便、去污效果好等優(yōu)點(diǎn)，已經(jīng)成為環(huán)境污染治理研究的熱點(diǎn)[2-4]。漂浮植物因具有生長速度快、易收獲、耐污染、處理系統(tǒng)設(shè)計(jì)簡單等優(yōu)點(diǎn)，近年來得到廣泛的研究和應(yīng)用[5-7]。

大薸(Pistiastratiotes)隸屬于單子葉植物綱(Monocotyledoneae)、天南星科(Araceae)、大薸屬(Pistia)，別名水荷蓮、大萍、水芙蓉。大薸生活在熱帶或亞熱帶湖泊中，在靜止的淡水中生長較快。通過定期收獲大薸可將養(yǎng)殖水體過量的營養(yǎng)鹽排出水體，在一定程度上緩解傳統(tǒng)網(wǎng)箱養(yǎng)殖造成的污染問題[8-10]。大薸具有發(fā)達(dá)的根系，其個(gè)體之間的根系密集發(fā)達(dá)地交織在一起，對(duì)水中固體顆粒物起到吸附與攔截的作用。關(guān)于附著物或附著生物的研究多見于海水養(yǎng)殖[11-17]，在淡水養(yǎng)殖中附著物的研究多見于沉水植物[18-20]。張亞娟等[21]的研究表明，菹草附著物的生物量和凈初級(jí)生產(chǎn)力隨著水體中營養(yǎng)鹽含量的增高逐步升高，這說明附著物對(duì)水體中的營養(yǎng)鹽有去除作用。然而未見大薸附著物對(duì)水體營養(yǎng)鹽吸收的研究報(bào)道。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

本試驗(yàn)于2016年8月在湖北宜昌英武長江生態(tài)漁業(yè)有限公司三峽庫區(qū)養(yǎng)殖基地(北緯30°46′，東經(jīng)111°19′)進(jìn)行。養(yǎng)殖的長吻鮠幼魚和大薸都來自該基地。試驗(yàn)網(wǎng)箱規(guī)格為5.0 m×4.0 m×3.0 m，網(wǎng)目尺寸為3 cm×3 cm。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

以水面栽培大薸的養(yǎng)魚網(wǎng)箱作為試驗(yàn)網(wǎng)箱，以蓋遮陽布的傳統(tǒng)網(wǎng)箱作為對(duì)照網(wǎng)箱，每組網(wǎng)箱均設(shè)4個(gè)平行，投放大薸時(shí)須使大薸根系懸浮于水中，防止根系因無法補(bǔ)充水分和養(yǎng)分而死亡。長吻鮠幼魚經(jīng)魚篩篩分，挑選出規(guī)格均勻，體長(13.36±2.32)cm及體質(zhì)量(144.37±30.1)g基本相同的長吻鮠幼魚投入網(wǎng)箱，放養(yǎng)密度60尾/m2。每天早晚兩次(5：00，17：00)投喂“錦峰”牌長吻鮠配合飼料(廣東泰峰膨化飼料有限公司)，以投飼后10～15 min內(nèi)吃完為準(zhǔn)。試驗(yàn)共進(jìn)行30 d，試驗(yàn)期間水溫25 ℃～30 ℃，pH 6.0～7.5，溶氧(DO)>5.2 mg/L。生態(tài)網(wǎng)箱內(nèi)的大薸每10 d用抄網(wǎng)收獲1次[8-9]。

1.3 采樣及分析方法

試驗(yàn)結(jié)束前24 h停止投喂，每個(gè)網(wǎng)箱均選取40尾魚稱重，并取樣4尾進(jìn)行分析；定期從試驗(yàn)網(wǎng)箱采收大薸與附著物，稱重后取樣分析；飼料和試驗(yàn)魚的干物質(zhì)采用105 ℃干燥恒重法測(cè)定；氮質(zhì)量分?jǐn)?shù)采用凱式定氮法測(cè)定；磷質(zhì)量分?jǐn)?shù)采用鉬藍(lán)比色法測(cè)定；大薸植株樣品用硫酸-過氧化氫(H2SO4·H2O2)消煮法進(jìn)行消煮后，氮質(zhì)量分?jǐn)?shù)采用凱式定氮法測(cè)定，磷質(zhì)量分?jǐn)?shù)采用釩鉬黃比色法測(cè)定。大薸附著生物分離采用軟毛刷帶水刷洗植株的表面,刷洗液連同軟毛刷沖洗液一并收集，將收集的樣品定容備用；取一定體積的附著物備用液過孔徑45 mm的濾膜，將濾膜上的固體風(fēng)干備用。附著物風(fēng)干后氮質(zhì)量分?jǐn)?shù)用半微量凱氏定氮法測(cè)定，磷質(zhì)量分?jǐn)?shù)用硫酸-高氯酸(H2SO4·HCLO4)酸溶法酸溶后用鉬藍(lán)比色法測(cè)定。

1.4 計(jì)算方法

增重率、特定生長率等計(jì)算公式如下：

WGR=100%×(Wt-W0)/W0

(1)

式中:WGR—增重率，%；Wt—魚體或植物的終末平均質(zhì)量，kg；W0—魚體或植物初始平均質(zhì)量，kg。

SGR=100%×(LnWt-LnW0)/t

(2)

式中:SGR—特定生長率，%；Wt—魚體或植物的終末平均質(zhì)量，kg；W0—魚體或植物初始平均質(zhì)量，kg；t—試驗(yàn)周期，d。

INP=IA+IB+IC

(3)

式中:INP—氮、磷輸入總質(zhì)量，g；IA—飼料的氮、磷質(zhì)量，g；IB—放養(yǎng)長吻鮠的氮、磷質(zhì)量，g；IC—放養(yǎng)植物的氮、磷質(zhì)量，g。

WNP=WA+WB+Wc

(4)

式中:WNP—氮、磷回收總質(zhì)量，g；WA—收獲長吻鮠的氮、磷質(zhì)量，g；WB—收獲植物的氮、磷質(zhì)量，g；Wc—收獲附著物的氮、磷質(zhì)量，g。

UNP=100%×(WA-IB)/IA

(5)

式中:UNP—氮、磷利用率，%；WA—收獲長吻鮠的氮、磷質(zhì)量，g；IB—放養(yǎng)長吻鮠的氮、磷質(zhì)量，g；IA—飼料的氮、磷質(zhì)量，g。

RNP=100%×WNP/INP

(6)

式中:RNP—氮、磷回收率，%；WNP—氮、磷回收總質(zhì)量，g；INP—氮、磷輸入總質(zhì)量，g。

1.5 數(shù)據(jù)處理

2 結(jié)果與分析

2.1 兩組網(wǎng)箱內(nèi)長吻鮠的生長

試驗(yàn)網(wǎng)箱與傳統(tǒng)網(wǎng)箱內(nèi)長吻鮠的初始體質(zhì)量分別為(146.59±18.31)g/尾和(142.58±17.68)g/尾，收獲時(shí)為(206.88±21.85)g/尾和(203.15±22.15)g/尾，無顯著差異(P>0.05)(表1)。試驗(yàn)網(wǎng)箱與傳統(tǒng)網(wǎng)箱長吻鮠的特定生長率分別為(1.15±0.27)%和(1.18±0.41)%，兩組網(wǎng)箱間無顯著差異(P>0.05)(表1)。這說明網(wǎng)箱表層種植大薸對(duì)長吻鮠的生長沒有顯著影響。

表1 飼料使用量、植物、魚的放養(yǎng)和收獲情況

注:同列中標(biāo)有不同小寫字母表示組間差異顯著(P<0.05)，標(biāo)有相同小寫字母表示組間差異不顯著(P>0.05)；下同

2.2 大薸及附著物的放養(yǎng)和收獲

試驗(yàn)網(wǎng)箱和對(duì)照網(wǎng)箱飼料投喂分別為(90.36±0.50)kg和(90.28±0.57)kg，兩組網(wǎng)箱間無顯著性差異(P>0.05)(表1)。大薸初始放養(yǎng)(25.68±0.09)kg，30 d內(nèi)共打撈3次，收獲總質(zhì)量(111.28±3.55) kg，凈增85.6 kg(表1)。附著物生物量30 d共收獲(3.86±0.05) kg(圖1)，說明大薸可以在網(wǎng)箱中很好地生長，并能有效吸附養(yǎng)殖水體中的附著物。

圖1 附著物的氮、磷量和生物量

2.3 兩組網(wǎng)箱氮、磷的輸入和回收情況

表2、表3列出了試驗(yàn)網(wǎng)箱和對(duì)照網(wǎng)箱的養(yǎng)殖系統(tǒng)氮、磷投入和回收情況。在投入項(xiàng)中，飼料、放養(yǎng)長吻鮠的氮、磷含量，兩組網(wǎng)箱間均無顯著差異(P>0.05)；在回收項(xiàng)中，收獲長吻鮠的氮、磷量，兩組網(wǎng)箱間無顯著差異(P>0.05)。兩組網(wǎng)箱的氮回收率分別為(41.27±1.28)%和(37.15±1.26)%，兩組間差異顯著(P<0.05)；磷回收率分別為(31.26±1.27)%和(27.87±1.13)%，兩組網(wǎng)箱間差異顯著(P<0.05)。試驗(yàn)網(wǎng)箱和傳統(tǒng)網(wǎng)箱的氮利用率分別為(26.32±2.32)%和(23.15±1.75)%，兩組間差異顯著(P<0.05)；磷利用率分別為(17.21±0.51)%和(14.63±0.43)%，兩組間差異顯著(P<0.05)。大薸共去除氮201.26 g，去除磷71.53 g，大薸附著物共去除氮5.91 g，去除磷3.01 g，說明大薸及其附著物可有效吸收水體的氮、磷等營養(yǎng)物質(zhì)，顯著提高網(wǎng)箱養(yǎng)殖中氮、磷的回收率和利用率。種植漂浮植物大薸可以緩解網(wǎng)箱養(yǎng)殖對(duì)水體造成的污染問題。

表2 不同組網(wǎng)箱氮的投入和回收情況

表3 不同組網(wǎng)箱磷的投入和回收情況

3 討論

3.1 大薸附著物的組成

本試驗(yàn)初步研究了大薸根系間的附著物，有些附著物可以作為魚類的餌料，有些附著物大量生長堵塞網(wǎng)眼，不利于網(wǎng)箱內(nèi)魚類生長[22]。大薸生長在水中，其根系會(huì)吸附魚體排泄物及水體中其他污染物，導(dǎo)致大量絲狀藻類著生[23]。本試驗(yàn)中未觀察到根系上有絲狀藻類，這可能是由于季節(jié)的原因。8、9月份，試驗(yàn)所在的水庫水位不斷上漲，導(dǎo)致水體較為渾濁，大薸表面的絲狀藻類已觀察不到[24]，所以，本試驗(yàn)中的附著物主要由水體中的固體顆粒組成。

3.2 大薸與附著物的比例關(guān)系

婁敏等[25]研究表明，在同等條件下大薸去除水體中氮、磷的能力和抑制藻類的作用強(qiáng)于鳳眼蓮和紫萍。大薸根系發(fā)達(dá)，通過分蘗生殖能快速繁殖，生物量增長較快[26]，通過及時(shí)打撈大薸及其附著物，可以有效地去除氮、磷。附著物第一次收獲時(shí)，大薸中的附著物占比2.37%，第二次收獲時(shí)占比3.97%，第三次收獲時(shí)占比7.02%，附著物所占比例隨著時(shí)間的推移在不斷增加，原因可能是試驗(yàn)期間水體較為渾濁，且隨著魚類生長，殘餌和糞便不斷增多，導(dǎo)致大薸吸附的固體顆粒逐漸增多，附著物占比也不斷增加。大薸自身生長吸收水體中的氮、磷，根系及葉背面可以吸附水中的固體顆粒，可以降低網(wǎng)箱中的水體濁度。大薸根系間附著物的質(zhì)量與外界環(huán)境及自身根系長度等的關(guān)系，以及大薸根系不同季節(jié)附著物的主要組成成分，還有待進(jìn)一步試驗(yàn)研究。

3.3 大薸與網(wǎng)箱養(yǎng)殖的結(jié)合性

大薸可以與網(wǎng)箱養(yǎng)殖長吻鮠很好地結(jié)合起來，網(wǎng)箱表層種植的大薸美化了環(huán)境，使養(yǎng)殖基地與周圍環(huán)境融為一體，成為新的景觀亮點(diǎn)。由于長吻鮠喜暗、避光，大薸在網(wǎng)箱表面可以起到遮光的作用。相對(duì)蓋遮陽布的傳統(tǒng)網(wǎng)箱，更方便日常管理中的喂食、消毒等操作，同時(shí)也便于觀察長吻鮠的活動(dòng)。大薸的營養(yǎng)成分比甘薯藤要好，定期打撈上來的大薸，既可以作為豬和草魚的青飼料，也可以發(fā)酵成為綠肥，增加農(nóng)作物產(chǎn)量。

4 結(jié)論

大薸在水流相對(duì)比較平緩的水面上生長比較迅速，通過分蘗生殖和自身生長，生物量增長較快。通過葉背面和根系吸附水體中固體顆粒，形成附著物，其在大薸中的占比達(dá)2.37%～7.02%。附著物的形成速度與水體渾濁度等因素相關(guān)。大薸及其附著物顯著提高了網(wǎng)箱養(yǎng)殖中氮、磷的回收率和利用率且種植大薸對(duì)網(wǎng)箱內(nèi)長吻鮠的生長不會(huì)產(chǎn)生顯著影響。

□

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