鹽地堿蓬浮床對海水養(yǎng)殖水體原位修復(fù)的效果

滕麗華, 趙欣園, 王趁義, 郭煒超, 李 洋, 湯唯唯

(1.浙江萬里學(xué)院 生物與環(huán)境學(xué)院, 浙江 寧波 315100; 2.寧波晟乾環(huán)境技術(shù)開發(fā)有限公司, 浙江 寧波 315100)

隨著養(yǎng)殖業(yè)的迅速發(fā)展，養(yǎng)殖戶為了追求最高產(chǎn)量和最大經(jīng)濟(jì)效益，在飼養(yǎng)過程中增加了水產(chǎn)養(yǎng)殖投入品的用量，導(dǎo)致水體中殘餌、生物殘骸、排泄物、漁用肥料、化學(xué)藥劑等積累[1]，進(jìn)而導(dǎo)致氮、磷等元素嚴(yán)重超標(biāo)，引起了嚴(yán)重的養(yǎng)殖水體富營養(yǎng)化，增加了養(yǎng)殖產(chǎn)品的病害風(fēng)險并造成嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失。因此，對海水養(yǎng)殖水體中氮磷等營養(yǎng)鹽的修復(fù)變得十分重要。

以往養(yǎng)殖水體修復(fù)的主要手段是異位修復(fù)，一般以構(gòu)建人工濕地為主，人工濕地能有效去除養(yǎng)殖水體中的營養(yǎng)物，而人工濕地的缺點在于需要在養(yǎng)殖單元外建造，對于開放及半開放式的養(yǎng)殖池塘，原位修復(fù)更加適合[2]。

水上栽培農(nóng)業(yè)技術(shù)是一種全新的水產(chǎn)養(yǎng)殖—種植型復(fù)合農(nóng)業(yè)的原位修復(fù)方式，將水上栽培農(nóng)業(yè)技術(shù)與適合的養(yǎng)殖模式因地制宜地結(jié)合在一起，實現(xiàn)水產(chǎn)品的健康養(yǎng)殖，已成為漁業(yè)環(huán)境保護(hù)工作者關(guān)注的重點[3]。生態(tài)浮床修復(fù)技術(shù)在淡水養(yǎng)殖池塘修復(fù)中已有一定的研究和應(yīng)用基礎(chǔ)[4]，目前對浮床的結(jié)構(gòu)[5]、植物種類的篩選[6]及對水體的修復(fù)效果等都做了不少研究[7-8]。相對于淡水養(yǎng)殖，由于海水養(yǎng)殖水體特殊的鹽堿環(huán)境，非鹽生植物無法適應(yīng)并達(dá)到修復(fù)的目的，而選擇合適的在鹽水環(huán)境下可以正常生長的鹽生植物對于海水養(yǎng)殖的原位修復(fù)至關(guān)重要。

而本地鹽生植物鹽地堿蓬(Suaedasalsa)具有良好的環(huán)境適應(yīng)性，在本地沿海灘涂生境中屬于優(yōu)勢種，數(shù)目較多采集方便，且在食品、農(nóng)業(yè)飼料等領(lǐng)域[9-10]具有較好的經(jīng)濟(jì)價值。但是堿蓬在含鹽水體修復(fù)中的研究尚停留在實驗室階段[11-12]，而在實際海水養(yǎng)殖池塘條件下的修復(fù)則鮮有研究，且對修復(fù)過程中堿蓬生理生長指標(biāo)的探討較少。因此本研究擬探索鹽地堿蓬浮床對南美白對蝦(Penaeusvannamei)海水養(yǎng)殖池塘水體中氮磷等營養(yǎng)鹽的修復(fù)效果及鹽地堿蓬的生長情況和生理生化指標(biāo)，以期為海水養(yǎng)殖池塘“魚菜共生”的模式提供基礎(chǔ)。

1 材料與方法

1.1 試驗地點

試驗地點位于浙江省寧波市象山縣旦門鄉(xiāng)東側(cè)的灘涂水域的海水養(yǎng)殖基地，池塘為南美白對蝦養(yǎng)殖場，面積約為300 m2，平均水深1.1～1.5 m。池塘中南美白對蝦投放1萬尾左右，密度為33尾/m2。試驗池塘能通過閘門與外界海域相通，漲潮時定期開啟閘門注入新鮮海水。試驗期間溫度為25～35 ℃，水體鹽度范圍為15‰～19‰。

1.2 試驗材料

試驗用浮床主體框架為HDPE高密度聚乙烯塑料，形狀為圓形，直徑為34 cm，厚5 cm。鹽地堿蓬采自象山縣涂茨鎮(zhèn)道人山海邊灘涂，將鹽地堿蓬利用高密度海綿固定于浮床中并直接鋪入海水養(yǎng)殖池塘，每個浮床栽培3～4株，浮床鋪設(shè)面積達(dá)到試驗池塘的1/3，于2016年6月鋪設(shè)完成。

1.3 測定項目與方法

測定修復(fù)前后浮床中鹽地堿蓬生長情況，并比較鹽地堿蓬在浮床和內(nèi)陸2種生境中生理生化指標(biāo)及浮床區(qū)和對照區(qū)修復(fù)前后水質(zhì)指標(biāo)。依據(jù)南美白對蝦一茬的養(yǎng)殖周期，修復(fù)試驗于2016年6—8月進(jìn)行，共65 d。浮床生境中鹽地堿蓬生長指標(biāo)分別在修復(fù)前后測定。在堿蓬浮床中生長1周后，開始測定2種生境中鹽地堿蓬生理生化指標(biāo)，每10 d測定1次，共3次；水質(zhì)指標(biāo)每12 d 監(jiān)測1次，共5次。水樣分別在浮床區(qū)和對照區(qū)隨機(jī)選取3個采樣點，水樣于采樣點水面下10～15 cm處用采集器采集，水樣采集及保存方法、化學(xué)需氧量、總磷、總氮和氨氮的測定方法均按照(GB/T12763.4-2007海洋調(diào)查規(guī)范)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行。葉綠素、可溶性糖、氮含量以及根系活力，測定方法參照《植物生理生化試驗原理和技術(shù)》[13]。利用皮尺測定株高、根長，利用重量法測定烘干前后的鮮重和干重，利用便攜式鹽度計測定水體鹽度，利用梅特勒托勒多溶解氧儀測定溶解氧，采用梅特勒托勒多FE20型pH計測定pH。試驗數(shù)據(jù)利用Origin 9.0作圖，SPSS 17.0軟件分析。

2 結(jié)果與討論

2.1 鹽地堿蓬生長及生理生化指標(biāo)

栽培前后鹽地堿蓬鮮干重及含水率如表1所示，可以看出鹽地堿蓬在修復(fù)過程中鮮重、干重、株高及含水率均有顯著增加(p<0.05)，生長狀態(tài)良好。

表1 修復(fù)前后鹽地堿蓬鮮干重及含水率變化

鹽地堿蓬生理指標(biāo)變化如圖1所示，鹽地堿蓬在浮床生境和內(nèi)陸生境的平均根系活力分別為56.16，21.96 μg/(g·h)，鹽地堿蓬在內(nèi)陸生境根系活力顯著低于浮床生境(p<0.05)。唐瑜等[14]的研究證明水培植物根系活力顯著高于土培，水培對水分及養(yǎng)分的吸收能力顯著優(yōu)于土培，浮床栽培鹽地堿蓬其較高的根系活力為氮磷吸收提供了有利條件，因此鹽地堿蓬在浮床生境中對水體中營養(yǎng)鹽有更好的吸收能力。浮床中鹽地堿蓬葉片的含氮量(12.90 mg/g)也高于內(nèi)陸生境鹽地堿蓬葉片含氮量(10.70 mg/g)，這也說明鹽地堿蓬在浮床生境中較內(nèi)陸生境有更高的根系活力。

葉綠素含量會直接影響光合速率和光合產(chǎn)物的形成[15]。鹽地堿蓬在浮床生境和陸地生境中其葉綠素平均含量分別為2.40，4.03 mg/g，鹽地堿蓬在浮床生境低于陸地生境，這可能是浮床生境中水淹缺氧及鹽分對鹽地堿蓬的脅迫[16]，以及水體中礦物質(zhì)的匱乏造成。鹽分脅迫會導(dǎo)致鹽地堿蓬葉綠素降解酶活性增加，加強(qiáng)了對葉綠素的降解，導(dǎo)致葉綠素含量下降[17]。另外，一些礦物質(zhì)如鋅、錳等，這些礦物質(zhì)元素有助于植物合成葉綠素，并促進(jìn)植物的光合作用[18]，而浮床生境礦物元素較內(nèi)陸生境缺乏。

浮床鹽地堿蓬和內(nèi)陸生境中鹽地堿蓬的葉綠素a/b平均比分別為8.71，5.97，浮床生境顯著高于內(nèi)陸生境(p<0.05)。葉綠素a/b比值反映葉綠體中類囊體的垛疊程度，類囊體垛疊程度越高，光抑制越不易發(fā)生，植株抵御氧化脅迫的能力就越強(qiáng)[16]。由于換水作用導(dǎo)致水體鹽度波動，浮床生境中堿蓬受到鹽脅迫，進(jìn)而產(chǎn)生氧化脅迫，使得葉綠體類囊體垛疊以防止光抑制。浮床生境中鹽地堿蓬總?cè)~綠素合成并未受到影響，因此鹽地堿蓬在浮床生境中具有較好光合調(diào)節(jié)能力。

浮床生境和內(nèi)陸生境鹽地堿蓬葉片(鮮重)中可溶性糖平均含量分別為0.72，0.89 mg/g。浮床生境中鹽地堿蓬可溶性糖水平低于內(nèi)陸生境，這與鹽地堿蓬在不同生境中受脅迫的環(huán)境因素有關(guān)。可溶性糖是植物體內(nèi)的合成有機(jī)溶劑的碳架和重要的能量來源[19]，也是用于平衡細(xì)胞質(zhì)與細(xì)胞間滲透勢，參與滲透調(diào)節(jié)的重要部分[20]。浮床生境中鹽地堿蓬因處于鹽分及水淹脅迫，可溶性糖主要用于滲透調(diào)節(jié)，呈先下降后上升趨勢；而內(nèi)陸生境中鹽地堿蓬的可溶性糖變化的原因較多，高溫、干旱等因素都會引起可溶性糖含量變化，因此陸地堿蓬可溶性糖波動較大，而兩種生長條件下堿蓬的可溶性糖在后期無顯著差異(p>0.05)，均正常生長。

圖1 不同生境下鹽地堿蓬葉片氮含量、可溶性糖、葉綠素含量、葉綠素a/b比和根系活力變化

綜上所述，鹽地堿蓬具有良好耐鹽能力，能適應(yīng)浮床生境，浮床栽培提高了鹽地堿蓬的根系活力，并促進(jìn)了鹽地堿蓬對營養(yǎng)的利用。

2.2 養(yǎng)殖池塘水質(zhì)變化

堿蓬浮床區(qū)及對照區(qū)水質(zhì)變化情況如圖2所示，堿蓬浮床區(qū)域和對照區(qū)溶解氧變化范圍分別為9.90～9.50，9.86～9.12 mg/L，pH值變化范圍分別為8.02～8.6，8.05～8.7。堿蓬浮床區(qū)溶解氧濃度明顯對照區(qū)，浮床區(qū)pH值變化較對照區(qū)穩(wěn)定，說明浮床區(qū)水質(zhì)理化性質(zhì)比對照區(qū)更好，有利于水產(chǎn)品的養(yǎng)殖。

浮床區(qū)和對照區(qū)總氮濃度的波動范圍分別為2.57～3.34，2.86～3.52 mg/L，均呈上升趨勢；氨氮濃度波動范圍分別為2.24～0.58，1.93～1.05 mg/L；總磷濃度波動范圍分別為0.098～0.200，0.15～0.22 mg/L；高錳酸鹽指數(shù)波動范圍分別為6.48～4.98，6.33～5.33 mg/L。堿蓬浮床雖對氮、磷有一定去除作用，但由于試驗過程中飼料投放量的增加、以及蝦的生長代謝，池塘中的總氮、總磷總體呈現(xiàn)出小幅度上升的趨勢，這與李建柱等研究結(jié)果類似[21]。但是浮床區(qū)總體低于對照區(qū)，表現(xiàn)一定的改善作用。

圖2 養(yǎng)殖池塘水質(zhì)變化情況

堿蓬浮床對水體中氨氮及化學(xué)需氧量有顯著去除作用，本試驗中氨氮的去除途徑主要有堿蓬吸收作用、硝化作用和揮發(fā)作用等。一方面，池塘pH>8，滿足氨揮發(fā)條件[22]，存在氨氮的揮發(fā)，而由于堿蓬根系生長旺盛，為硝化細(xì)菌提供了有利的吸附位點，且浮床區(qū)水體pH值和溶解氧條件有利于硝化細(xì)菌的生長繁殖[23-24]，硝化作用增強(qiáng)了浮床區(qū)水體中氨氮轉(zhuǎn)化作用。同時，浮床生境中堿蓬有較好的根系活力，且水體中pH值和溶解氧條件有利于堿蓬對水體中氨氮的吸收和利用。另外，堿蓬根系中富集的微生物作用也增加了對有機(jī)物的分解和去除，因此試驗結(jié)束浮床區(qū)化學(xué)需氧量含量為4.98 mg/L顯著低于對照區(qū)的5.33 mg/L。綜上所述浮床區(qū)氨氮和化學(xué)需氧量均顯著低于對照區(qū)。

浮床區(qū)總氮低于對照區(qū)一方面是由于浮床區(qū)水體中氨氮去除，另一方面由于堿蓬對水體中硝態(tài)氮的直接吸收作用。有研究證明硝態(tài)氮一方面能直接被堿蓬吸收利用并用于合成自有機(jī)氮；另一方面，一部分硝態(tài)氮在鹽堿脅迫時也作為堿蓬的滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)而被儲存于液泡中[25]。由于池塘持續(xù)的增氧曝氣作用，水體中溶解氧含量較高，利于硝化而不利于反硝化的進(jìn)行，造成水體中硝態(tài)氮含量積累，而飼料投放量的增加以及白對蝦的生長代謝等因素導(dǎo)致了浮床區(qū)和對照區(qū)水體總氮均呈上升趨勢。

浮床區(qū)總磷低于對照區(qū)一方面是由于在有氧條件下，堿蓬對水體的磷酸鹽吸收作用，同化為自身組織[26]，另一方面根系富集的微生物也能直接利用水體中的磷用于生命代謝的活動，因此浮床區(qū)水體中總磷水平低于對照區(qū)。與總氮變化情況類似，隨著飼料投放量的增加和白對蝦的生長代謝，浮床區(qū)和對照區(qū)總磷濃度也呈上升趨勢，因此仍然需對水質(zhì)進(jìn)行一定調(diào)控。

3 結(jié) 論

鹽地堿蓬浮床栽培前后平均株高、根長、鮮重、干重均顯著增加，同時，鹽地堿蓬在浮床生境中較陸地生境有更高的根系活力，表明鹽地堿蓬適宜于浮床鹽水栽培。隨著浮床中堿蓬的正常生長，其對海水養(yǎng)殖用水中氮、磷具有一定的控制效果，修復(fù)后浮床區(qū)總氮、總磷、氨氮和高錳酸鹽指數(shù)均低于對照池塘，其中氨氮滿足漁業(yè)養(yǎng)殖水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。因此，鹽地堿蓬浮床對海水養(yǎng)殖水體原位修復(fù)具有一定的效果，可作為海水養(yǎng)殖水體原位修復(fù)的候選植物和修復(fù)方法。