生物浮床對黃顙魚養(yǎng)殖塘浮游植物多樣性與水質(zhì)的影響

趙學(xué)倩， 秦秀東， 程光平*， 高勝男， 李恩軍， 張 曼， 李文紅， 崔 亮

(1.廣西大學(xué) 動(dòng)物科學(xué)技術(shù)學(xué)院/廣西高校水生生物健康養(yǎng)殖與營養(yǎng)調(diào)控重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室， 廣西 南寧 530005； 2.桂林市第二水產(chǎn)養(yǎng)殖場， 廣西 桂林 541000)

黃顙魚(Pelteobagrusfulvidraco)是我國池塘養(yǎng)殖的重要經(jīng)濟(jì)魚類之一，因其肉質(zhì)細(xì)嫩、味道鮮美，深受城鄉(xiāng)居民的喜愛。近年來，隨著黃顙魚養(yǎng)殖規(guī)模的擴(kuò)大，以及養(yǎng)殖密度、飼料輸入量和魚類排泄物的增加，養(yǎng)殖水體富營養(yǎng)化壓力加大，水質(zhì)調(diào)控難度增加，水華及養(yǎng)殖對象病害頻發(fā)，養(yǎng)殖尾水處理面臨諸多問題[1]。浮游植物對水環(huán)境變化敏感，是水域生態(tài)系統(tǒng)的初級生產(chǎn)者、水生動(dòng)物的餌料生物、水環(huán)境的重要指示物，以及物質(zhì)循環(huán)和能量流動(dòng)的重要水生生物群落[2-4]；其群落結(jié)構(gòu)與水生態(tài)環(huán)境因子尤其是理化因子關(guān)系密切，能較好地反映所處水體水質(zhì)優(yōu)劣，指示水體污染狀況[5]，在環(huán)境監(jiān)測和水質(zhì)評價(jià)中占重要地位[6-8]。同時(shí)，浮游植物物種組成與物種豐富度能反映群落中物種的多樣性[9]，是評價(jià)水體富營養(yǎng)化程度和測定物種多樣性的一項(xiàng)指標(biāo)[10]。張芳等[11-12]以水生植物對水體中氮磷等元素的吸收利用為基礎(chǔ)，對水體中的理化因子及浮游植物多樣性進(jìn)行監(jiān)測分析。目前，如何有效評價(jià)和調(diào)控黃顙魚養(yǎng)殖池塘水質(zhì)已成為急需解決的問題[13]。鑒于此，定期監(jiān)測分析水葫蘆和水花生2種生物浮床黃顙魚養(yǎng)殖塘的浮游植物群落的動(dòng)態(tài)變化，采用模糊綜合評價(jià)方法研究2種生物浮床養(yǎng)殖塘浮游植物豐富度、多樣性指數(shù)、優(yōu)勢度及均勻度指數(shù)等與養(yǎng)殖水環(huán)境因子的關(guān)系，旨在探明黃顙魚養(yǎng)殖塘水質(zhì)的生態(tài)調(diào)控模式，為魚類養(yǎng)殖水環(huán)境的高效集成調(diào)控提供參考。

1 材料與方法

1.1 供試材料

1.1.1 黃顙魚養(yǎng)殖池塘水體取自廣西桂林市某水產(chǎn)養(yǎng)殖場的No.4和No.5養(yǎng)殖池塘。

1.1.2 生物浮床由床體和生物基質(zhì)構(gòu)成。床體由框架和護(hù)網(wǎng)組成(框架為用直徑5 cm的白色PVC塑料管制成的矩形浮框，護(hù)網(wǎng)用網(wǎng)目2 cm的無結(jié)節(jié)網(wǎng)片和綱繩制成)，浮床生物基質(zhì)用水葫蘆和水花生。

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1 試驗(yàn)設(shè)計(jì) 試驗(yàn)時(shí)間為2017年5月21日至11月14日。先將床體用竹樁固定于離塘堤約10 m的區(qū)域，然后裝設(shè)與浮框面積相當(dāng)?shù)淖o(hù)網(wǎng)，No.4塘設(shè)水葫蘆浮床，No.5塘設(shè)水花生浮床，浮床面積均為700 m2。各池塘水面積均為11 340 m2，平均水深約1.8 m，淤泥厚度約50 cm。主養(yǎng)全雄黃顙魚。試驗(yàn)期間No.4和No.5塘的配合飼料輸入量分別為14.2 t和17.0 t。

1.2.2 水樣采集采樣點(diǎn)為非投飼區(qū)，距生物浮床約20 m。各塘放養(yǎng)黃顙魚種2 d后參照文獻(xiàn)[14-16]的方法開始采集水樣并進(jìn)行樣品處理，首次采樣后每隔30 d左右采樣1次，先后共采集監(jiān)測水樣6次。

1.2.3 測定項(xiàng)目參照文獻(xiàn)[14-16]的方法進(jìn)行相關(guān)項(xiàng)目測定，包括：浮游植物密度、生物量和種類組成(鑒定到屬)，總磷(TP)、總氮(TN)、化學(xué)需氧量(CODMN)、5 d生化需氧量(BOD5)、亞硝酸鹽氮(NO2-N)、氨氮(NH3-N)、溶解氧(DO)、pH、溫度(WT)和透明度(SD)。

1.2.4 浮游植物的多樣性分析參照文獻(xiàn)[17-19]的方法計(jì)算浮游植物類群的優(yōu)勢度(Y)，用Margalef種類豐富度指數(shù)(D)、Shannon-Wiener多樣性指數(shù)(H)和Pielou均勻度指數(shù)(J)表示浮游植物多樣性，用模糊綜合法[20-24]評價(jià)水質(zhì)。其中，Y≥0.02為優(yōu)勢種群[17]；D>3時(shí)水體質(zhì)量為輕度污染，1≤D≤3時(shí)為中度污染，03時(shí)水體質(zhì)量為輕度污染，1≤H≤3時(shí)為中度污染，0

Y=(Ni/N)×fi

D=(S-1)/lnN

J=H/lnS

式中，Ni為第i個(gè)種群的個(gè)數(shù)，N為同一樣品中所有種群的總個(gè)數(shù)，fi為第i種群的出現(xiàn)頻率，S為樣品中浮游植物種群類別總數(shù)，Pi為采樣的浮游生物群落中屬于種i的個(gè)體占全部個(gè)體的比例。

1.2.5 水質(zhì)模糊綜合評價(jià)根據(jù)模糊數(shù)學(xué)理論選擇DO、NH3-N、NO2-N、TP、BOD5、CODMN、SD和TN等8項(xiàng)對水質(zhì)影響較大的理化因子作為構(gòu)建模糊綜合評價(jià)模型的評價(jià)指標(biāo)(n=8)[20-24]，對各池塘水體健康狀況進(jìn)行模糊綜合評價(jià)，具體步驟如下：

1) 降半梯形分布圖法計(jì)算隸屬度函數(shù)；

2) 建立模糊關(guān)系矩陣；

3) 計(jì)算評價(jià)因子權(quán)重；

4) 模糊綜合評價(jià)。

2 結(jié)果與分析

2.1 浮游植物的多樣性

2.1.1 種群組成從表1可知，No.4塘檢出浮游植物6門33屬，優(yōu)勢種群為綠藻門和藍(lán)藻門，分別占該塘總屬數(shù)的48.48%和21.21%；No.5塘檢出浮游植物5門30屬，優(yōu)勢門為綠藻門和硅藻門，分別占該塘總屬數(shù)的46.67%和26.67%。綠藻是濾食性魚類的重要餌料生物；硅藻對污染物反應(yīng)靈敏，能較好地指示水體的營養(yǎng)狀況，硅藻屬豐度指數(shù)越高說明水體受污染程度越輕，反之則水體受污染程度越重，水質(zhì)越差[25]。No.4和No.5塘均以綠藻門的種群豐度最大，而No.5塘的硅藻豐度比No.4塘高46.69%，表明，水花生浮床更有利于硅藻生長，也有利于養(yǎng)殖水環(huán)境的調(diào)控。

表1不同養(yǎng)殖塘浮游植物的種群組成

Table 1 Population composition of phytoplankton in different pond

類別 CategoryNo.4塘 Pond 4屬數(shù)/屬占比/%No.5塘 Pond 5屬數(shù)/屬占比/% 藍(lán)藻門 Cyanophyta721.21620.00綠藻門 Chlorophyta1648.481446.67硅藻門 Bacillariophyta618.18826.67甲藻門 Pyrrophyta13.03--黃藻門 Xanthophyta13.0313.33裸藻門 Euglenophyta26.0713.33合計(jì) Total33100.0030100.00

注：表中數(shù)據(jù)為6次測定的總頻數(shù)；—表示未發(fā)現(xiàn)(下同)。

Note:Data in the table are total frequencies measured for six times; - indicates not detected. The same below.

2.1.2 浮游植物種群豐度及其動(dòng)態(tài)變化從表2和圖1可知No.4塘和No.5塘浮游植物種群豐度的動(dòng)態(tài)變化。2塘的優(yōu)勢種群均為藍(lán)藻門、綠藻門和硅藻門，其優(yōu)勢度Y均≥0.02。其中，No.4塘各優(yōu)勢種群的優(yōu)勢度依次為0.464、0.456和0.034，最大優(yōu)勢種群為藍(lán)藻門，種群數(shù)量為(6.8～69.4)×104個(gè)/L，峰值期出現(xiàn)在8月，季節(jié)性波動(dòng)較大；No.5塘各優(yōu)勢種群的優(yōu)勢度依次為0.410、0.459和0.121，最大優(yōu)勢種群為綠藻門，種群數(shù)量為(19.4～48.6)×104個(gè)/L，峰值期亦出現(xiàn)在8月，季節(jié)性波動(dòng)相對較小。No.4塘綠藻門的種群生物量最大，平均為0.128 9 mg/L，季節(jié)性波動(dòng)相對較小，為0.079 3～0.159 8 mg/L；豐值期出現(xiàn)在9月，在季節(jié)變化上養(yǎng)殖前期和中期較低，中后期較高，該變化與飼料輸入量及其“殘餌”增加，以及養(yǎng)殖魚類排泄物的作用有一定關(guān)系。No.5塘硅藻門的種群生物量最大，平均為0.264 9 mg/L，季節(jié)性波動(dòng)相對較大，為0.117 4～0.544 2 mg/L；豐值期出現(xiàn)在5月，在季節(jié)變化上養(yǎng)殖前期較高，中后期有所下降，主要與黃顙魚的生長及其對硅藻的攝食利用有關(guān)。

表2 不同養(yǎng)殖塘各門浮游植物的密度、比例及優(yōu)勢度

圖1No.4塘和No.5塘生物量的動(dòng)態(tài)變化

Fig.1 Biomass dynamic changes of ponds 4 and 5

2.1.3 浮游植物種群豐富度指數(shù)(D)、多樣性指數(shù)(H)和均勻度指數(shù)(J)的動(dòng)態(tài)變化從圖2可知，No.4塘和No.5塘的D分別為0.87～1.46和0.94～1.33，二者的最大值均出現(xiàn)在8月，分別為1.46和1.33，No.4塘的季節(jié)性波動(dòng)較大，而No.5塘的季節(jié)性波動(dòng)較小。No.4塘浮游植物H為2.94～3.38，No.5塘浮游植物H為2.88～3.60，二者的最高值均出現(xiàn)在7月，分別為3.38和3.60。No.4塘和No.5塘的J分別為0.65～0.91和0.73～0.85，二者的最高值均出現(xiàn)在7月，分別為0.91和0.85，前者季節(jié)性波動(dòng)較大，后者季節(jié)性波動(dòng)較小。浮游植物多樣性指數(shù)是判斷水體營養(yǎng)狀態(tài)的重要指標(biāo)，指數(shù)值越大，浮游植物的群落結(jié)構(gòu)越復(fù)雜，穩(wěn)定性越高，水質(zhì)越好?？傮w上，No.5塘浮游植物的D和H分別比No.4塘提高4.6%和2.9%，二者的J基本相當(dāng)。表明，水花生浮床塘的水生環(huán)境較穩(wěn)定，水質(zhì)略優(yōu)于水葫蘆浮床塘。

圖2No.4塘和No.5塘浮游植物豐富度指數(shù)(D)、多樣性指數(shù)(H)和均勻度指數(shù)(J)的動(dòng)態(tài)變化

2.2 水質(zhì)評價(jià)

從表3看出，No.4塘8—10月的D為1.17～1.46(1

從表4看出，2個(gè)池塘各水質(zhì)指標(biāo)均存在差異，除化學(xué)需氧量、亞硝酸鹽氮和透明度外，其余指標(biāo)均以No.5塘高。t檢驗(yàn)結(jié)果表明，各因子的P值為0.140～0.900，均>0.05。說明，2個(gè)養(yǎng)殖塘各主要水質(zhì)指標(biāo)間無顯著差異。從表5看出，No.4塘對應(yīng)水質(zhì)等級Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ和Ⅴ的隸屬度分別為0.32、0.36、0.28、0.01和0.04，No.5塘的隸屬度分別為0.28、0.37、0.29、0.01和0.05。根據(jù)最大隸屬度原則，2個(gè)養(yǎng)殖塘水質(zhì)等級評價(jià)結(jié)果均為Ⅱ類水，水質(zhì)類別無差異。

表3 各塘基于浮游植物多樣性指數(shù)的水質(zhì)評價(jià)

表4 2種生物浮床養(yǎng)殖塘不同時(shí)期水質(zhì)指標(biāo)的監(jiān)測值

表5 2種生物浮床養(yǎng)殖塘水質(zhì)指標(biāo)的綜合評價(jià)

注：表中的水化因子為6次測定值的平均值。Ci為各評價(jià)因子實(shí)測值，Si為依據(jù)《地下水質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB/T14848-93)確定的第i評價(jià)因子的類別標(biāo)準(zhǔn)的平均值，wi為各評價(jià)因子的權(quán)重值。

Note: The hydration factor in the table is the average of six measurements.Ciis the measured value of each evaluation factor,Siis the average value of the category standard of evaluation factor i determined according toGroundwaterQualityStandard(GB/T14848-93), andwiis the weight value of each evaluation factor.

3 結(jié)論與討論

浮游植物優(yōu)勢種的種類在未受污染的水體中表現(xiàn)出多樣性，豐度也較高，且以硅藻為主；而受污染水體中的浮游植物種類和豐度均明顯減少，硅藻不占優(yōu)勢[26]。研究結(jié)果表明，No.5塘浮游植物組成中硅藻占26.67%，比No.4塘高46.7%；No.5塘硅藻的種群數(shù)量為8.43×104個(gè)/L，比No.4塘高68.6%；No.4塘和No.5塘浮游植物豐富度指數(shù)分別為0.87～1.46和0.94～1.33，No.5塘比No.4塘高4.6%。此外，從浮游植物組成及硅藻豐度看，No.5塘水質(zhì)總體優(yōu)于No.4塘，與胡方凡等[27]的研究結(jié)果相似。

不同營養(yǎng)狀態(tài)的水體生物種類存在差異，貧營養(yǎng)型水體浮游植物以金藻和黃藻類為主，中營養(yǎng)型水體常以甲藻、隱藻和硅藻類占優(yōu)勢，富營養(yǎng)型水體則常以綠藻和藍(lán)藻類占優(yōu)勢[27]。該研究表明，2試驗(yàn)塘的浮游植物優(yōu)勢種群均為藍(lán)藻門、綠藻門和硅藻門，基于藻類優(yōu)勢種的判斷，均屬富營養(yǎng)型水體。從優(yōu)勢種群的豐度看，No.5塘硅藻的生物量為0.264 9 mg/L，比No.4塘(0.083 7 mg/L)高216.4%，因此，從營養(yǎng)類型與浮游生物組成看，No.5塘水質(zhì)優(yōu)于No.4塘，與金相燦等[28]的研究結(jié)果相似。

藻類作為養(yǎng)殖塘水體中溶解氧最重要的來源，其數(shù)量和生物量的大小直接影響魚類的生長，而浮床植物的遮光效應(yīng)是生態(tài)浮床影響藻類的主要原因之一[29]。生物浮床能夠顯著降低水體中氮磷含量，凈化水質(zhì)[30]。戈賢平[31]研究認(rèn)為，當(dāng)生物浮床在養(yǎng)殖池塘水面覆蓋率為7.5%時(shí)，可使水體透明度增高，氨氮和亞硝酸鹽氮含量降低，養(yǎng)殖產(chǎn)量可提高20%，并能提高魚肉品質(zhì)。牛英豪等[32]研究證明，空心菜+水芹菜浮床對中華鱉養(yǎng)殖的總氮去除率為76.53%，對氨氮的去除率為87.40%，對NO2-N的去除率為37.29%。該研究結(jié)果表明，2種生物浮床塘的水質(zhì)類型總體上無類型差異，但根據(jù)Shannon-Wiener多樣性指數(shù)評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)分析，No.5塘出現(xiàn)1次中度污染，而No.4塘出現(xiàn)2次中度污染，表明，基于浮游植物多樣性指數(shù)的水質(zhì)評價(jià)，No.5塘水質(zhì)優(yōu)于No.4塘。因此，當(dāng)以水花生或水葫蘆調(diào)控黃顙魚養(yǎng)殖塘水質(zhì)時(shí)，宜首選水花生浮床。

該研究僅選取2種生物浮床試驗(yàn)，缺平行試驗(yàn)，故評價(jià)結(jié)果存在一定局限性，更精準(zhǔn)的生物浮床調(diào)控養(yǎng)殖水體水質(zhì)的集成技術(shù)還有待進(jìn)一步研究和驗(yàn)證。