水葫蘆對(duì)加州鱸池塘水質(zhì)及底泥凈化作用研究

李 姣，梁旭方，方 劉，孫龍芳，程小燕，余德光，謝 駿，白俊杰

（1.華中農(nóng)業(yè)大學(xué)水產(chǎn)學(xué)院/華中農(nóng)業(yè)大學(xué)鱖魚研究中心，湖北 武漢 430070；2.淡水水產(chǎn)健康養(yǎng)殖湖北省協(xié)同創(chuàng)新中心/農(nóng)業(yè)部淡水生物繁育重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，湖北 武漢 430070；3.中國(guó)水產(chǎn)科學(xué)研究院珠江水產(chǎn)研究所/農(nóng)業(yè)部熱帶亞熱帶水產(chǎn)資源利用與養(yǎng)殖重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，廣東 廣州 510380）

傳統(tǒng)的水產(chǎn)養(yǎng)殖為了追求經(jīng)濟(jì)效益，過(guò)度使用養(yǎng)殖水體，導(dǎo)致水質(zhì)惡化，嚴(yán)重影響了我國(guó)水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)的綠色健康發(fā)展。因此，改善養(yǎng)殖水環(huán)境，構(gòu)建環(huán)境友好型高效養(yǎng)殖模式的相關(guān)研究已成為水產(chǎn)養(yǎng)殖研究領(lǐng)域熱點(diǎn)。水葫蘆（Eichhornia crassipes）屬單子葉多年生植物，雨久花科鳳眼蘭屬［1］，其繁殖速度快，是良好的飼料和有機(jī)肥源。20世紀(jì)30年代水葫蘆由南美引入我國(guó)，廣泛放養(yǎng)于我國(guó)南部地區(qū)，后逸為野生，因過(guò)度繁殖，泛濫成災(zāi)，影響了生態(tài)并造成了經(jīng)濟(jì)損失［2］。近年來(lái)研究發(fā)現(xiàn)水葫蘆具有改良水質(zhì)的功效［2-5］，因此，適量栽種水葫蘆成為水產(chǎn)養(yǎng)殖池塘水質(zhì)修復(fù)的潛在途徑。

加州鱸（Micropterus salmoides）又名大口黑鱸，屬鱸形目、太陽(yáng)魚科、黑鱸屬，其肉鮮味美，是一種名貴的肉食性魚類。加州鱸具有適溫較廣、抗病力強(qiáng)、生長(zhǎng)迅速、容易起捕等優(yōu)點(diǎn)［6］，是廣東省重要的淡水養(yǎng)殖品種之一，年產(chǎn)量可達(dá)10萬(wàn)t［7］。廣東地區(qū)加州鱸養(yǎng)殖采用高密度養(yǎng)殖土池模式，水體負(fù)荷重，導(dǎo)致養(yǎng)殖環(huán)境被破壞，水質(zhì)惡化，進(jìn)而引發(fā)養(yǎng)殖病害，嚴(yán)重影響該產(chǎn)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。目前，關(guān)于構(gòu)建加州鱸高效健康養(yǎng)殖模式的相關(guān)研究已有報(bào)道［8-9］，但關(guān)于水生植物對(duì)加州鱸高密度養(yǎng)殖池塘的凈水研究較少。本研究模擬構(gòu)建加州鱸養(yǎng)殖池，采用水葫蘆作用于高密度加州鱸養(yǎng)殖池，通過(guò)檢測(cè)池塘水質(zhì)、底泥及浮游生物群落組成的變化，觀察水葫蘆對(duì)加州鱸高密度養(yǎng)殖池的影響，探索水葫蘆在加州鱸養(yǎng)殖實(shí)際生產(chǎn)中的池塘凈化作用。

1 材料與方法

1.1 水葫蘆施放及加州鱸養(yǎng)殖管理

試驗(yàn)池位于廣東省佛山市三水白金水產(chǎn)種苗有限公司養(yǎng)殖基地（23°8.542′N，112°50.758′E），選擇6個(gè)相鄰的室外混凝土池（2 m×2 m×1.2 m），容積為4.8×103L。養(yǎng)殖水、底泥及水葫蘆來(lái)自加州鱸養(yǎng)殖塘。

每個(gè)池加入4×103L加州鱸養(yǎng)殖塘水，水深1 m。于加州鱸養(yǎng)殖塘中取底泥覆蓋在6個(gè)混凝土池底部，每個(gè)池底泥覆蓋高度為15 cm，模擬傳統(tǒng)加州鱸養(yǎng)殖塘。分別投放規(guī)格為50～80 g加州鱸，養(yǎng)殖密度為每667 m26667尾，試驗(yàn)期間加州鱸存活率為100%。將6個(gè)混凝土池分為2組，水葫蘆沖洗后轉(zhuǎn)移進(jìn)試驗(yàn)組養(yǎng)殖池，轉(zhuǎn)移密度為10株/m2，使之占池塘面積20%［10］，對(duì)照池不做任何處理。

試驗(yàn)組和對(duì)照組均投喂等量冰鮮魚，每天投喂 3次（8：00、12：00和 17：00），兩組的加州鱸養(yǎng)殖管理措施均相同。試驗(yàn)期間每天記錄天氣情況和降雨情況，投放水葫蘆前取樣1次，投放后每天采樣1次，采樣時(shí)間為上午8：00～10：00，試驗(yàn)持續(xù) 8 d。

1.2 指標(biāo)測(cè)定

1.2.1 水質(zhì)指標(biāo)檢測(cè) 試驗(yàn)所測(cè)水質(zhì)指標(biāo)包括pH值、NH4+-N、亞硝酸鹽、總氮（TN）、總磷（TP）。用水樣采集器（1 L）分別于試驗(yàn)池四角及中心采集水樣，每池收集水樣500 mL，采樣深度為0.5～0.7 m。NH4+-N濃度測(cè)定采用納氏試劑分光光度計(jì)法（GB7479-1987），亞硝酸鹽濃度測(cè)定采用鹽酸萘乙二胺分光光度計(jì)法（GB7493-1987），TN濃度測(cè)定采用堿性過(guò)硫酸鉀紫外分光光度計(jì)法（GB/T 11894-1989），TP濃度測(cè)定采用鉬酸銨分光光度計(jì)法（GB11893-1989），pH值采用pH計(jì)測(cè)定（Mettler Toledo，美國(guó)）。

1.2.2 底泥指標(biāo)檢測(cè) 試驗(yàn)所測(cè)底泥指標(biāo)包括底泥有機(jī)物含量及底泥全磷含量。分別于試驗(yàn)池四角及中心采集底泥樣品，每池收集底泥樣品200 g，底泥樣品自然風(fēng)干搗碎，使用0.25 mm篩網(wǎng)過(guò)濾。底泥有機(jī)物含量測(cè)定采用重鉻酸鉀法［11］，底泥全磷測(cè)定采用鉬酸銨分光光度計(jì)法（GB11893 - 1989）。

1.2.3 浮游動(dòng)植物檢測(cè) 用1 L采水器在池塘四周水深0.5 m處分別采集水樣，混合后取樣1 L，加入15 mL魯戈氏劑固定，帶回實(shí)驗(yàn)室沉淀48 h后虹吸上清液，余下樣品定容為30 mL，用于定量樣品的分析，浮游動(dòng)植物密度的計(jì)算參照文獻(xiàn)［12-13］。

試驗(yàn)數(shù)據(jù)采用SPSS 19.0進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，使用GraphPad Prism 5作圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 水葫蘆處理對(duì)加州鱸養(yǎng)殖水體水質(zhì)的影響

2.1.1 pH變化 試驗(yàn)期間，對(duì)照與水葫蘆處理養(yǎng)殖水體的pH均呈先下降后上升趨勢(shì)，均在投放第4天達(dá)到最低值；在投放水葫蘆的第1～3 d，對(duì)照與水葫蘆處理養(yǎng)殖水體的pH無(wú)明顯差異，投放第4～8天，水葫蘆處理養(yǎng)殖水體的pH均高于對(duì)照?？梢?，投放水葫蘆能在一定程度上提高養(yǎng)殖水體pH（圖1）。

圖1 投放水葫蘆后養(yǎng)殖水體pH值變化

2.1.2 NH4+-N濃度變化 試驗(yàn)期間加州鱸模擬池塘NH4+-N的濃度變化如圖2所示，試驗(yàn)期間對(duì)照及水葫蘆處理養(yǎng)殖水體的NH4+-N濃度均上升，但水葫蘆處理的上升幅度較對(duì)照小。水葫蘆處理養(yǎng)殖水體的NH4+-N濃度均低于對(duì)照，并在投放水葫蘆第5天兩組間差異最大，水葫蘆的去除率達(dá)到最高，高于對(duì)照60.9%，表明投放水葫蘆后，能有效降低加州鱸塘水體NH4+-N濃度，但高密度加州鱸養(yǎng)殖池塘水中NH4+-N含量增加速度快于去除速度。

圖2 投放水葫蘆后養(yǎng)殖水體NH4+-N濃度變化

2.1.3 亞硝酸鹽濃度變化 試驗(yàn)期間加州鱸模擬池塘亞硝酸鹽的濃度變化如圖3所示，水葫蘆處理與對(duì)照養(yǎng)殖水體的亞硝酸鹽濃度均持續(xù)增加，且兩組間無(wú)明顯差異，表明水葫蘆并不影響加州鱸塘水體亞硝酸鹽濃度。

圖3 投放水葫蘆后養(yǎng)殖水體亞硝酸鹽濃度變化

2.1.4 TN濃度變化 試驗(yàn)期間加州鱸模擬池塘TN的濃度變化如圖4所示，水葫蘆處理與對(duì)照養(yǎng)殖水體的TN濃度均持續(xù)增加，處理過(guò)程中水葫蘆處理養(yǎng)殖水體的TN濃度均低于對(duì)照，但在處理第7天，兩組TN含量相同。TN在釋放后第1天，去除率最大，高于對(duì)照59%，表明試驗(yàn)前期，水葫蘆可有效降低水體TN濃度。

圖4 投放水葫蘆后養(yǎng)殖水體TN濃度變化

圖5 投放水葫蘆后養(yǎng)殖水體TP濃度變化

2.1.5 TP濃度變化 試驗(yàn)期間加州鱸模擬池塘TP的濃度變化如圖5所示，試驗(yàn)期間TP濃度變化幅度較大，水葫蘆處理和對(duì)照養(yǎng)殖水體的TP濃度差異不大，變化趨勢(shì)基本相同，僅在第3天試驗(yàn)養(yǎng)殖水體的TP含量下降44.9%，表明水葫蘆對(duì)模擬加州鱸塘水體中TP濃度影響不大。

2.2 水葫蘆處理對(duì)加州鱸養(yǎng)殖塘底泥的影響

2.2.1 有機(jī)物含量變化 水葫蘆處理第1天，試驗(yàn)塘底泥有機(jī)物含量比對(duì)照明顯減少，水葫蘆處理第6天，試驗(yàn)塘底泥有機(jī)物含量與對(duì)照一致，并在試驗(yàn)后期，有機(jī)物含量高于對(duì)照。試驗(yàn)期間，底泥有機(jī)物含量趨勢(shì)變化不大。表明水葫蘆投放前期，可有效降低底泥有機(jī)物含量，最大去除率達(dá)65.6%（圖6）。

圖6 投放水葫蘆后試驗(yàn)塘底泥有機(jī)物含量變化

2.2.2 全磷含量變化 試驗(yàn)期間加州鱸模擬池塘底泥全磷的濃度變化如圖7所示，水葫蘆處理與對(duì)照養(yǎng)殖水體的底泥全磷含量均先上升后下降，且水葫蘆處理養(yǎng)殖水體的底泥全磷含量均低于對(duì)照，最大去除率達(dá)46.9%。表明投放水葫蘆可有效降低加州鱸塘底泥全磷含量。

2.3 水葫蘆處理對(duì)加州鱸養(yǎng)殖水體浮游生物總量的影響

圖7 投放水葫蘆后試驗(yàn)塘底泥全磷含量變化

試驗(yàn)期間加州鱸模擬池塘浮游生物的總量變化如圖8所示，水葫蘆處理與對(duì)照養(yǎng)殖水體的浮游生物總量大體一致，僅在第2、第8天低于對(duì)照。試驗(yàn)期間，兩組的浮游生物組成總體差異不大，裸藻門、甲藻門受水葫蘆影響不大。水葫蘆處理養(yǎng)殖水體的綠藻門、硅藻門浮游藻類均低于對(duì)照。試驗(yàn)前期，水葫蘆處理組藍(lán)藻門、綠藻門、硅藻門、黃藻門、原生動(dòng)物含量下降；試驗(yàn)后期，藍(lán)藻門、黃藻門、原生動(dòng)物含量逐漸與對(duì)照無(wú)差異（表1）。

圖8 投放水葫蘆后試驗(yàn)塘水體浮游生物總量變化

3 結(jié)論與討論

3.1 水葫蘆處理對(duì)加州鱸養(yǎng)殖水體水質(zhì)的影響

加州鱸適宜在中性偏堿的水中養(yǎng)殖，最適pH范圍為7.5～8.5［14-15］。本試驗(yàn)過(guò)程中的pH范圍為7.5～8.0，適宜加州鱸生長(zhǎng)。有研究表明，水葫蘆大量繁殖后會(huì)降低水體pH［2］，而本試驗(yàn)中水葫蘆處理養(yǎng)殖水體的pH與對(duì)照無(wú)明顯差異，且在第4天后，略高于對(duì)照，說(shuō)明本試驗(yàn)水葫蘆轉(zhuǎn)移密度并不影響?zhàn)B殖水體的pH。

水葫蘆是普遍存在的一類具有改良水質(zhì)能力的水生植物［2-5］，對(duì)水體中的氮、磷具有明顯的去除作用［3］，還可依靠根莖上的微生物加速氨態(tài)氮向亞硝酸態(tài)氮和硝酸態(tài)氮轉(zhuǎn)化，便于水生植物的吸收與利用［4］。徐在寬［5］利用水葫蘆進(jìn)行水質(zhì)改良試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)每千克水葫蘆可有效吸收氨氮47.9 mg/d；張迪等［16］利用水葫蘆凈化黃顙魚養(yǎng)殖水體水質(zhì)，結(jié)果顯示總氮最大去除率為53%，氨氮最大去除率為76%；張志勇等［2］通過(guò)探索水葫蘆對(duì)模擬4種不同程度富營(yíng)養(yǎng)化水體水質(zhì)的凈化作用，發(fā)現(xiàn)水葫蘆可有效降低總氮及氨氮含量。本試驗(yàn)通過(guò)在模擬加州鱸塘中施放水葫蘆也得到了類似結(jié)果，水體中氨氮和總氮均降低，氨氮在施放后第5天，去除率最大，高于對(duì)照60.9%；總氮在釋放后第1天，去除率最大，高于對(duì)照59%。這是由于植物水中氮、磷都是植物組織構(gòu)成的主要元素，植物通過(guò)根莖葉從水體中獲取營(yíng)養(yǎng)，用以合成有機(jī)生物成分。但該試劑對(duì)亞硝酸鹽降解效果不及氨氮明顯，可能由于池塘中某些因子的變化，從而影響了水葫蘆對(duì)亞硝酸鹽的降解效果。

已有研究表明，水葫蘆具有顯著的去磷能力［2，5，16］。本試驗(yàn)中水葫蘆對(duì)水中磷的降解效果不明顯，可能由于殘餌和魚代謝物等在水中不斷分解，由浮力作用漂浮于上水層，因而會(huì)在不同時(shí)期給不同水層的水質(zhì)帶來(lái)影響。

表1 對(duì)照和水葫蘆處理養(yǎng)殖水體浮游生物含量（103個(gè)/L）

3.2 水葫蘆處理對(duì)加州鱸養(yǎng)殖塘底泥的影響

池塘底質(zhì)對(duì)養(yǎng)殖水體有很大的影響。底泥對(duì)水質(zhì)影響很大，底泥的pH直接影響水體的pH，底泥中有機(jī)物及無(wú)機(jī)鹽含量對(duì)水體的溶氧量、肥瘦情況都有直接影響［17］。底泥中的有機(jī)質(zhì)在分解過(guò)程中不斷消耗水體中的溶氧量［18］，底泥中的腐殖質(zhì)不但能向水中提供營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，而且與土壤中的礦物膠粒一起對(duì)水中的無(wú)機(jī)物特別是一些營(yíng)養(yǎng)鹽類產(chǎn)生吸附作用，對(duì)池塘施肥有重要影響［19］。水生植物是池塘生態(tài)系統(tǒng)的重要組成，在凈化水質(zhì)和保護(hù)底質(zhì)、疾病預(yù)防和提高水產(chǎn)養(yǎng)殖效益方面有重要作用［20］。目前關(guān)于水葫蘆凈化水體底質(zhì)的研究未見報(bào)道，本試驗(yàn)中水葫蘆可有效降解底泥中的有機(jī)物含量，最大去除率達(dá)65.6%，一方面保障了水質(zhì)清新，增加水體溶氧量；另一方面可能造成底泥環(huán)境的不穩(wěn)定，導(dǎo)致水質(zhì)過(guò)瘦。

水葫蘆具有顯著的去磷能力，多數(shù)研究聚焦于水體中磷的去除［2，5，16］，關(guān)于水葫蘆去除底泥全磷的研究較少［21］。本試驗(yàn)中，水葫蘆對(duì)底泥中全磷的去除作用顯著，最大去除率達(dá)46.9%，說(shuō)明水葫蘆根系可作為生物膜吸收劑去除水中的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，且底泥與水體之間N、P達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡。

3.3 水葫蘆處理對(duì)加州鱸養(yǎng)殖水體浮游動(dòng)植物的影響

浮游植物是水生態(tài)系統(tǒng)的初級(jí)生產(chǎn)者，可以決定水體生產(chǎn)性能，與水產(chǎn)養(yǎng)殖密切相關(guān)［22］。一個(gè)良好的養(yǎng)殖水體，浮游生物量較大，藍(lán)藻數(shù)目較少，藻類細(xì)胞未老化，水體透明度好［23］。浮游生物量減少、藍(lán)藻等難消化藻類增多、細(xì)胞老化，說(shuō)明養(yǎng)殖水體較差。于津［24］通過(guò)在烏鱧池中施放水生植物，發(fā)現(xiàn)水生植物對(duì)浮游生物總量影響不大。本試驗(yàn)水葫蘆對(duì)浮游生物總量的影響與上述結(jié)果一致。對(duì)照的浮游生物量在第2、第8天顯著增加，而水葫蘆處理養(yǎng)殖水體的維持原水平，可能由于氣候變化引起水環(huán)境動(dòng)蕩，水葫蘆的施放增加了水體穩(wěn)定性。試驗(yàn)塘浮游生物優(yōu)勢(shì)種為綠藻、藍(lán)藻、黃藻，水葫蘆處理后，顯著降低了綠藻、藍(lán)藻的含量，說(shuō)明這些水生植物的培植對(duì)控制藻類結(jié)構(gòu)具有一定作用。

水葫蘆作為一種水生植物，具有良好的改善水質(zhì)作用，利于加州鱸的健康養(yǎng)殖。夏季高溫季節(jié)，加州鱸易發(fā)病，在池塘中施放一定量的水葫蘆，可在一定程度上改善養(yǎng)殖池塘水質(zhì)。加州鱸從魚種養(yǎng)殖到商品魚歷時(shí)5～6個(gè)月，而水葫蘆繁殖力非常強(qiáng)，平均8～10 d就可增長(zhǎng)1倍，而過(guò)量的水葫蘆將遮擋陽(yáng)光，使水下植物因光照不足而死亡，從而使水下動(dòng)物食物鏈遭到破壞［1］。因此水葫蘆處理加州鱸池塘過(guò)程中要控制水葫蘆的面積，及時(shí)清理多余的水葫蘆。科學(xué)利用水葫蘆可以將之變廢為寶，改善養(yǎng)殖水環(huán)境，構(gòu)建環(huán)境友好型高效養(yǎng)殖模式。

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