溫度對凡納濱對蝦工廠化養(yǎng)殖水體中浮游微藻優(yōu)勢種演替的影響

葛紅星, 尼 倩, 陳 釗, 李 健,常志強, 趙法箴

(1.淮海工學院江蘇省海洋生物技術重點建設實驗室,江蘇 連云港 222005；2.中國水產科學研究院黃海水產研究所/農業(yè)部海洋漁業(yè)可持續(xù)發(fā)展重點實驗室,山東 青島 266071)

浮游微藻是對蝦養(yǎng)殖系統(tǒng)中的重要組成部分.Ge et al[1]研究表明，浮游微藻不僅可以作為對蝦的餌料，還可以調節(jié)養(yǎng)殖水體，改善對蝦的養(yǎng)殖環(huán)境.然而，在對蝦養(yǎng)殖的過程中，浮游微藻的優(yōu)勢種是不斷演替的.張瑜斌等[2]、李卓佳等[3]研究了高位蝦池浮游微藻的演替情況，發(fā)現養(yǎng)殖前期蝦池中的主要微藻是能較好地適應低營養(yǎng)鹽的綠藻和硅藻，隨著養(yǎng)殖的進行，殘餌的積累與分解、排泄物的排放等使水體富營養(yǎng)化程度不斷提高，喜肥耐污的甲藻和藍藻開始大量繁殖并成為優(yōu)勢種.浮游微藻優(yōu)勢種的組成、演替與對蝦病害爆發(fā)相關.郭皓等[4]探討了蝦池浮游微藻群落的組成結構、數量分布、演替特征及其與蝦病的關系，發(fā)現對蝦的發(fā)病程度與浮游微藻的總量，尤其是赤潮種類的總量呈正相關而與群落物種多樣性指數呈負相關.沈國英等[5]調查了對蝦養(yǎng)殖前期蝦池的初級生長力、葉綠素含量和浮游植物的優(yōu)勢種，發(fā)現硅藻是大部分蝦池的浮游微藻優(yōu)勢種，并認為浮游微藻通過光合作用有助于改善水質及預防對蝦紅腿病.因此，研究對蝦養(yǎng)殖過程中蝦池浮游微藻優(yōu)勢種的組成與演替規(guī)律對對蝦健康養(yǎng)殖具有重要意義.一些學者[2-3]研究了室外高位蝦池浮游微藻的演替情況，然而，不同養(yǎng)殖模式水體中浮游微藻優(yōu)勢種的組成及其演替規(guī)律不同.與高位池養(yǎng)殖模式相比，對蝦工廠化養(yǎng)殖具有養(yǎng)殖周期短、換水頻率高，水溫相對高且穩(wěn)定等顯著特點.

一般認為，在一定的溫度范圍內(22.5～32.5 ℃)，對蝦的生長速度隨著水溫的升高而加快.因此，為促進對蝦的生長，在對蝦工廠化的養(yǎng)殖過程中一般將水溫調控在30 ℃左右[1].水溫是浮游微藻優(yōu)勢種群生長、演替的因素.梁英等[6]研究表明，小新月菱形藻的適宜生長溫度為10～25 ℃，最適生長溫度為20 ℃；武寶玕[7]研究表明，牟氏角毛藻的最適生長溫度約為30 ℃，水溫超過30 ℃其生長可能就會受到抑制.然而，對蝦工廠化養(yǎng)殖過程中較高的水溫對浮游微藻組成及其演替影響的研究鮮有報道.因此，研究對蝦工廠化養(yǎng)殖過程中水溫對浮游微藻的組成及其演替的影響對對蝦工廠化健康養(yǎng)殖具有重要意義.

1 材料與方法

1.1 材料

供試凡納濱對蝦(Litopenaeusvannamei)購自海南中正水產科技有限公司.

1.2 試驗設計

試驗于2016年5—7月在山東濰坊新大地水產養(yǎng)殖有限公司溫室大棚內進行.溫室大棚頂層為雙層透明薄膜，最外層薄膜覆蓋可自動伸縮的遮陽網.試驗池共9個，為32.5 m2正方形水泥池(5.7 m×5.7 m，深度1.1 m)，水泥池位于同一養(yǎng)殖車間，有相同的自然光照條件.池底以“回”字形方式鋪設微孔增氧管，有完善的充氣系統(tǒng)和獨立的給排水系統(tǒng).養(yǎng)殖用水由地下鹵水(鹽度5.6%)和地下淡水(鹽度0.23%)混合，在室內蓄水池調配鹽度并經臭氧殺菌、曝氣后進入養(yǎng)殖車間.混合后地下水的水溫為19.8 ℃，進入養(yǎng)殖車間前可通過熱交換器等方式升溫.

將凡納濱對蝦暫養(yǎng)至體質量約1.05 g時開始試驗，放養(yǎng)密度為685尾·m-2.試驗期間，每天采取加注不同水溫地下水的方式設置3個水溫處理組(26、28和30 ℃).每天投喂配合飼料(廈門福星生物飼料有限公司)，投喂量為對蝦總體重的8%，分4次投喂，投喂2 h后排污，前期、中期和后期每次排污量分別為總水體的1%～2%、3%～4%和5%～6%，排污后加注新水.每7 d潑灑一次硝化細菌菌液(無錫華諾威動物保健品有限公司).養(yǎng)殖期間，各水溫處理組的pH為8.42～9.31.采用自然光源，白天光照度為3 000～8 000 lx；在遮陽網完全覆蓋的情況下，白天光照度約為5 000 lx.鹽度變化較小，為1.601%～1.668%；水體透明度變化緩慢，為32.30～47.80 cm；溶解氧含量基本穩(wěn)定在4.57～5.24 mg·L-1.

1.3 樣品的采集

放養(yǎng)凡納濱對蝦后，于每天8:00、13:00和18:00監(jiān)測水溫、pH和溶解氧含量等常規(guī)水質參數；每7 d(取樣時間為8:00)測量水體透明度，采集水樣檢測水體中氨氮、亞硝酸鹽氮、硝酸鹽氮和活性磷的含量，同時分析浮游微藻的種類和生物量.采樣時，在水泥池的四周及中央分別用2.5 L有機玻璃采水器各采水樣1份，充分混合后，取1 L于聚乙烯瓶中，用5%甲醛固定后靜置24 h，濃縮至100 mL保存，于顯微鏡下進行定性、定量分析[8].

1.4 無機鹽含量的測定

氨氮含量采用奈氏比色法測定，亞硝酸鹽氮含量采用重氮—偶氮比色法測定，硝酸鹽氮含量采用鋅鎘還原法測定，活性磷含量采用磷鉬藍法測定[1].

1.5 浮游微藻多樣性測定

1.6 數據處理

試驗數據以平均值±標準差表示.采用單因素方差分析法處理數據，并用t檢驗方法對回歸方程進行回歸顯著性檢驗，以P<0.05表示顯著性差異.

2 結果與分析

2.1 蝦池水體中的無機鹽含量

圖1A顯示：養(yǎng)殖期間，各水溫處理組蝦池水體中的總無機氮含量隨著養(yǎng)殖的進行不斷升高；5月29日、6月13日和6月27日，26 ℃處理組的總無機氮含量明顯低于30 ℃處理組(P<0.05)，28 ℃處理組的總無機氮含量與30 ℃處理組的差異不顯著 (P>0.05).圖1B顯示：隨著養(yǎng)殖的進行，活性磷含量逐漸增大，含量為0.10～2.12 mg·L-1；養(yǎng)殖期間，除6月13日外，各水溫處理組的活性磷含量差異不顯著(P>0.05)；6月13日，26 ℃處理組的活性磷含量與28 ℃處理組的差異不顯著(P>0.05)，30 ℃處理組的活性磷含量顯著高于26 ℃處理組(P<0.05).

圖柱上附不同字母者表示差異顯著(P<0.05),附相同字母者表示差異不顯著(P>0.05).圖1 蝦池水體中無機氮和活性磷的含量Fig.1 Changes in the contents of dissolved inorganic nitrogen and reactive phosphorus in shrimp ponds

2.2 蝦池水體中浮游微藻的密度

圖2 蝦池水體中浮游微藻的密度Fig.2 Changes in the microalgae density in shrimp ponds

圖2顯示，養(yǎng)殖前期(5月15日—29日)，隨著養(yǎng)殖的進行，各水溫處理組蝦池水體中浮游微藻的密度呈增大的趨勢.5月29日后，26和28 ℃處理組浮游微藻的密度相對穩(wěn)定，而30 ℃處理組呈上下波動的趨勢.試驗結束時，26、28和30 ℃處理組浮游微藻的總密度分別為2.71×105、3.06×105和2.13×105個·mL-1.

2.3 蝦池水體中浮游微藻的種類及豐富度

表1顯示,26 ℃處理組蝦池水體中共檢測到浮游微藻3門15種，有3種鑒定到屬；其中，檢測到的綠藻門3種，占總種類數的20%，硅藻門6種，占總種類數的40%，藍藻門6種，占總種類數的40%.28 ℃處理組共檢測到浮游微藻3門16種，有3種鑒定到屬；其中，檢測到的綠藻門3種，占總種類數的18.8%，硅藻門7種，占總種類數的43.8%，藍藻門6種，占總種類數的37.5%.30 ℃處理組共檢測到浮游微藻4門17種，有3種鑒定到屬；其中，檢測到的綠藻門3種，占總種類數的17.6%，硅藻門7種，占總種類數的41.2%，藍藻門6種，占總種類數的35.3%；甲藻門1種，占總種類數的5.9%.養(yǎng)殖期間，水體中未檢測到輪蟲、枝角類和橈足類等浮游動物.

表1 蝦池水體中浮游微藻的種類及豐富度Table 1 Species composition and abundance of microalgae in shrimp ponds

續(xù)表1

溫度/℃種類豐富度5月15日5月29日6月13日6月27日7月10日30綠藻門普通小球藻Chlorellavulgaris+++++++++++++++卵形衣藻Platymonassubcordiformis+++++++++++四尾柵藻Scenedesmusquadricauda+++++++硅藻門新月菱形藻Cylindrothecaclosterium+圓篩藻屬Coscinodiscus+日本星桿藻Asterionellajaponica+中肋骨條藻Skeletonemacostatum+中華盒形藻BidduiphiasinensisGreville+威氏海鏈藻Thalassiosiraweissflogii+牟氏角毛藻Chaetocerosmuelleri+++++++++++++++藍藻門銅綠微囊藻Microcystisaeruginosa++++++++++++小形色球藻Chroococcusminor+++++++++小顫藻Oscillatorialestenuis+++++螺旋藻屬Spirulina+++++++卷曲魚腥藻Anabeanacircinalis+++++++++平裂藻屬Merismopedia++++++++++甲藻門海洋原甲藻Prorocentrummicans++

1)+表示稀有種(優(yōu)勢度≤2%)；++表示常見種(優(yōu)勢度為9%～3%); +++表示優(yōu)勢種(優(yōu)勢度≥10%).

2.4 蝦池水體中浮游微藻優(yōu)勢種的組成及演替

圖3A顯示，養(yǎng)殖期間，26 ℃處理組蝦池水體中浮游微藻的優(yōu)勢種為綠藻門的普通小球藻、卵形衣藻及硅藻門的牟氏角毛藻、新月菱形藻，普通小球藻始終處于主導地位.5月15日和29日，優(yōu)勢種為普通小球藻和卵形衣藻；6月13日，普通小球藻、牟氏角毛藻和卵形衣藻為主要優(yōu)勢種；6月27日和7月10日，普通小球藻、牟氏角毛藻和新月菱形藻演替為主要優(yōu)勢種.

圖3 蝦池水體中浮游微藻優(yōu)勢種的組成Fig.3 Dominant species of microalgae in shrimp culture ponds

圖3B顯示，養(yǎng)殖期間，28 ℃處理組蝦池水體中浮游微藻的總密度呈升高的趨勢，優(yōu)勢種為綠藻門的普通小球藻、卵形衣藻及硅藻門的牟氏角毛藻，普通小球藻始終處于主導地位.5月15日和29日，優(yōu)勢種為普通小球藻和卵形衣藻；6月13日和7月10日，普通小球藻、牟氏角毛藻和卵形衣藻為主要優(yōu)勢種.

圖3C顯示，養(yǎng)殖期間，30 ℃處理組蝦池水體中浮游微藻的總密度呈“M”型趨勢，優(yōu)勢種為綠藻門的普通小球藻、卵形衣藻，硅藻門的牟氏角毛藻及藍藻門的銅綠微囊藻.5月15和29日，優(yōu)勢種為普通小球藻和牟氏角毛藻；6月13日，優(yōu)勢種為牟氏角毛藻、普通小球藻和銅綠微囊藻；6月27日，優(yōu)勢種演替為牟氏角毛藻、普通小球藻、卵形衣藻和銅綠微囊藻.隨著養(yǎng)殖的進行，牟氏角毛藻逐漸成為優(yōu)勢種，優(yōu)勢度逐漸增大，養(yǎng)殖后期(7月10日)，牟氏角毛藻演替為唯一優(yōu)勢種.7月10日，牟氏角毛藻的密度達到1.21×104個·mL-1，為唯一優(yōu)勢種.

2.5 蝦池水體中浮游微藻的多樣性

表2顯示：26 ℃處理組蝦池水體中浮游微藻的Shannon-Wiener多樣性指數為1.20～1.64，平均1.51，28 ℃處理組為1.07～1.69，平均1.52，30 ℃處理組為1.26～1.83，平均1.60；26和28 ℃處理組浮游微藻的Shannon-Wiener多樣性指數隨著養(yǎng)殖的進行呈先增大后降低的趨勢，而30 ℃處理組呈先增大后降低再增大的趨勢；5月29日、6月13日和7月10日隨著水溫的升高，浮游微藻的Shannon-Wiener多樣性指數呈增大的趨勢.整個養(yǎng)殖期間，26、28和30 ℃處理組Simpson優(yōu)勢集中性指數的平均值分別為0.32、0.32和0.28.

表2 蝦池水體中浮游微藻群落的多樣性指數Table 2 Diversity index of phytoplankton communities in shrimp ponds

3 討論

無機氮和活性磷等營養(yǎng)鹽是浮游微藻生長所必需的氮源和磷源，水體中無機氮和活性磷的含量與浮游微藻的數量密切相關.本試驗中，隨著養(yǎng)殖的進行，各水溫處理組水體中的總無機氮和活性磷含量不斷升高，水體中浮游微藻的總密度也有所增加，這與李卓佳等[3]關于蝦池中浮游微藻密度隨著無機氮和活性磷含量的變化而變化的情況是一致的.本試驗中，水體中的營養(yǎng)鹽充足，浮游微藻始終處于生長繁殖狀態(tài)，但浮游微藻的總密度在整個養(yǎng)殖周期內始終低于對蝦高位養(yǎng)殖池[2].高位養(yǎng)殖池中的浮游微藻由于浮游動物的攝食作用而受到抑制，進而保持一定的動態(tài)平衡[9].本試驗未檢測出浮游動物，浮游微藻總密度卻低于高位池，這可能是由于本試驗在每天換水的過程中，部分微藻被排出養(yǎng)殖池.曲克明等[10]研究表明，水體中氮和磷等無機營養(yǎng)鹽濃度影響浮游微藻的生長和演替.也有研究認為，對蝦高位精養(yǎng)池水體中浮游微藻的豐度及組成不同，是因為水體中營養(yǎng)鹽含量前期較低，甚至缺乏，而中后期過于豐富所致[2].而在本試驗中，5月29日后，26和28 ℃處理組蝦池水體中浮游微藻的密度相對穩(wěn)定，30 ℃處理組呈上下波動的趨勢；養(yǎng)殖期間，28 ℃處理組蝦池水體中的總無機氮和活性磷含量與30 ℃處理組的差異不顯著，26 ℃處理組與28 ℃處理組也沒有差異，這表明影響浮游微藻密度及種類變化的原因可能不是無機氮和活性磷等營養(yǎng)鹽的含量而是溫度.李曉莉等[11]研究了溫度和氮磷濃度對平裂藻和柵藻生長及競爭的影響，發(fā)現在同一濃度的氮磷營養(yǎng)鹽條件下，溫度對以上兩種微藻的生長和競爭抑制具有重要影響.這也表明導致本試驗中浮游微藻的組成和數量上的差異的原因可能是溫度而不是各水溫處理組含量接近的無機營養(yǎng)鹽.

本試驗的整個養(yǎng)殖期間，3個水溫處理組9個蝦池共檢測出浮游微藻4門17種，明顯少于張瑜斌等[2]在對蝦高位池一個周期內共檢測出7門76屬140種浮游微藻的結論.這可能主要是由于高位池所用水直接引自未經處理的海水，而本試驗用水為經砂濾、臭氧處理過的地下水，且各個養(yǎng)殖車間處于相對封閉的狀態(tài)，隔離了養(yǎng)殖池與周圍水源海藻的交換.另外，對蝦工廠化養(yǎng)殖周期較短[1,12]，養(yǎng)殖水體中可能存在一些尚在演替初期的種類，但可能因其數量過少而未能檢出.這與李玉全等[13]關于對蝦工廠化養(yǎng)殖水體中浮游微藻的豐度遠低于池塘對蝦養(yǎng)殖系統(tǒng)(22 815個·mL-1<31 590個·mL-1)的結論是一致的.本試驗中，在養(yǎng)殖水體中既檢測到銅綠微囊藻和四尾柵藻等適宜低鹽度的種類，也檢測到牟氏角毛藻和小顫藻等適宜高鹽度的種類，這可能是因為本試驗中養(yǎng)殖水體的鹽度為1.6%，屬于半咸水，各種微藻均能適應[14-15].

整個養(yǎng)殖期間，28 ℃處理組蝦池水體中浮游微藻的總密度高于26和30 ℃處理組.這可能是隨著水溫的升高，浮游微藻生長速度加快，但超過其適應水溫，浮游微藻的生長速度受到抑制，甚至死亡.這是因為微藻都有其自身的最適生長溫度，超過最適生長溫度，其生長就會受到抑制[15].26和28 ℃處理組蝦池水體中普通小球藻始終處于優(yōu)勢狀態(tài)，這可能是因為普通小球藻呈球形，體積較小，相對表面積較大，有利于獲得生長所需要的營養(yǎng)鹽和光照等[15].30 ℃處理組在6月13日取樣時，浮游微藻總密度較低，這可能是因為6月11日氣溫較高，水溫達到31.5 ℃，導致部分不能耐高溫的浮游微藻死亡；另外，為迅速降低水溫，采取了換水處理，因此部分微藻被排出養(yǎng)殖池.30 ℃處理組隨著養(yǎng)殖的進行，牟氏角毛藻逐漸成為優(yōu)勢種，優(yōu)勢度逐漸增大，在養(yǎng)殖后期演替為唯一優(yōu)勢種.這可能是因為30 ℃處理組的水溫存在波動，特別是晴天中午時，水溫可能會超過31 ℃，受到高溫擾動的部分浮游微藻可能不能耐受高溫而死亡.武寶玕等[7]研究表明，牟氏角毛藻的最適生長溫度約為30 ℃，可以耐受的溫度超過40 ℃，因此，牟氏角毛藻逐漸演替為優(yōu)勢種.本試驗中，30 ℃處理組在養(yǎng)殖中期，銅綠微囊藻逐漸演替為優(yōu)勢種，而其在26和28 ℃處理組中始終未能演替為優(yōu)勢種，可能是因為銅綠微囊藻能夠耐受30℃甚至更高水溫，而其他種類浮游微藻因為高溫生長受到抑制甚至死亡.6月27日發(fā)現銅綠微囊藻后，為避免其可能產生毒素而影響對蝦生長[16]，采取了大量換水的措施，因此在養(yǎng)殖末期，浮游微藻的總密度有所降低，而牟氏角毛藻可能因其在高溫下生長迅速[7]，故成為唯一的優(yōu)勢種.

浮游微藻的多樣性指數可以反映其異質性和穩(wěn)定性[17].孫耀等[18]研究表明，浮游微藻的多樣性指數越大，其抗干擾能力越強，微藻群落的結構穩(wěn)定性也越高.本試驗中，各水溫處理組浮游微藻的多樣性指數為1.07～1.83，這與張漢華等[19]關于整個養(yǎng)蝦周期內蝦塘浮游植物多樣性指數平均值為1～2的研究結果一致.本試驗中，30 ℃處理組浮游微藻的多樣性指數隨著養(yǎng)殖的進行呈先增大后降低再增大的趨勢，指數前期增大可能是因為養(yǎng)殖過程中角毛藻的數量逐漸增大直至取代小球藻成為優(yōu)勢度最高的微藻，中期降低可能是因為水溫較高，導致小球藻等一些不耐高溫的微藻衰亡，后期再增大可能是因為后期水溫穩(wěn)定之后，微藻群落逐漸穩(wěn)定.本試驗中，隨著各處理組水溫的升高，26、28和30 ℃處理組的多樣性指數分別為1.51、1.52和1.60，這可能是因為隨著水溫的升高，某些能夠適應較高水溫的藍藻，如銅綠微囊藻也開始出現并大量繁殖，水體中浮游微藻的總密度和多樣性也隨著升高，表明養(yǎng)殖水體中浮游微藻的群落更加穩(wěn)定，這與彭聰聰[17]等的研究結果一致.銅綠微囊藻雖然可以吸收氨氮和亞硝酸鹽等有害物質，但查廣才等[20]研究表明，高密度銅綠微囊藻可能釋放毒素直接危害對蝦.因此在本試驗中，在30 ℃處理組發(fā)現藍藻后，采取大量換水的措施將浮游微藻從養(yǎng)殖池中排出，雖然破壞了浮游微藻群落的穩(wěn)定性，但降低了銅綠微囊藻危害對蝦的風險.換水后，浮游微藻總密度降低，表明對蝦工廠化養(yǎng)殖水體中的浮游微藻群落極易受到人為因素的干擾，導致其群落結構被破壞.這也表明，一旦發(fā)現對蝦工廠化養(yǎng)殖水體中發(fā)生“倒藻”或者出現“有害藻”等情況，可以通過交換大量水的方式，降低其危害.