基于浮游生物完整性指數(shù)的不同生物浮床黃顙魚養(yǎng)殖池塘生態(tài)健康評(píng)價(jià)

崔亮 李恩軍 程光平 秦秀東 張曼 趙學(xué)倩

摘要：【目的】篩選出生物浮床調(diào)控養(yǎng)殖池塘水質(zhì)的有效方法，為黃顙魚（Pelteobagrus eupogon）規(guī)?；B(yǎng)殖池塘生境生態(tài)修復(fù)提供參考依據(jù)?！痉椒ā糠謩e設(shè)空心蓮子草（Alternanthera philoxeroides）和水葫蘆（Eichhornia crassipes）兩種生物浮床黃顙魚養(yǎng)殖池塘（4#和5#池塘），以未設(shè)生物浮床的鄰塘（6#池塘）為參照點(diǎn)，采用浮游生物完整性指數(shù)（P-IBI）評(píng)價(jià)黃顙魚養(yǎng)殖池塘的生態(tài)健康狀況，并分析P-IBI與各類水質(zhì)因子的關(guān)聯(lián)度?！窘Y(jié)果】4#池塘的P-IBI變化范圍為1.29～6.57，平均值4.13;5#池塘的P-IBI變化范圍為2.65～5.58，平均值4.49;6#池塘的P-IBI變化范圍為2.38～5.40，平均值3.86。在同一養(yǎng)殖池塘內(nèi)，P-IBI隨養(yǎng)殖時(shí)間的推移整體上呈先上升后下降的變化趨勢(shì)，并隨水溫的季節(jié)性變化出現(xiàn)一定波動(dòng);P-IBI平均值排序?yàn)?#池塘>4#池塘>6#池塘，即設(shè)有生物浮床養(yǎng)殖池塘的生態(tài)健康狀況優(yōu)于參照點(diǎn)池塘，而在兩種生物浮床中又以空心蓮子草浮床優(yōu)于水葫蘆浮床，前者養(yǎng)殖水體的P-IBI較后者提高8.7%。在兩種生物浮床養(yǎng)殖池塘中，均以化學(xué)需氧量（CODMn）與P-IBI的關(guān)聯(lián)度最高，其次為總磷（TP）和水溫（WT）;在參照點(diǎn)池塘中，與P-IBI關(guān)聯(lián)度最高的水質(zhì)因子為WT，其次是TP和酸堿度（pH）?！窘Y(jié)論】空心蓮子草和水葫蘆浮床的水質(zhì)修復(fù)作用主要是通過(guò)對(duì)藻類的選擇性抑制來(lái)實(shí)現(xiàn)，且在對(duì)浮游生物組成結(jié)構(gòu)和生物量的影響程度方面，空心蓮子草的效果比水葫蘆明顯，即以生物浮床修復(fù)黃顙魚養(yǎng)殖池塘水質(zhì)時(shí)空心蓮子草浮床優(yōu)于水葫蘆浮床。

關(guān)鍵詞： 黃顙魚;浮游生物;生物完整性指數(shù)（IBI）;關(guān)聯(lián)度;健康評(píng)價(jià)

中圖分類號(hào)： S964.3? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A 文章編號(hào)：2095-1191（2019）01-0179-08

0 引言

【研究意義】黃顙魚（Pelteobagrus eupogon）隸屬于鯰形目（Siluriformes）、鲿科（Bagridae）、黃顙魚屬（Pelteobagrus），是一種常見的中小型經(jīng)濟(jì)魚類，因其肉質(zhì)鮮美細(xì)嫩，風(fēng)味、口感俱佳，而深受消費(fèi)者青睞，市場(chǎng)需求量也逐年增大，近年來(lái)在國(guó)內(nèi)得以廣泛養(yǎng)殖。據(jù)統(tǒng)計(jì)，2017年我國(guó)黃顙魚養(yǎng)殖產(chǎn)量約50 t，產(chǎn)值近百億元，連續(xù)多年增幅在20%左右，養(yǎng)殖產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅猛（姚清華等，2018）。在池塘集約化養(yǎng)殖過(guò)程中，水質(zhì)環(huán)境是決定養(yǎng)殖成敗的關(guān)鍵，直接影響?zhàn)B殖魚類的生長(zhǎng)發(fā)育和疾病發(fā)生（霍達(dá)等，2018;隋延鳴等，2018）。因此，科學(xué)評(píng)估黃桑魚養(yǎng)殖池塘的水質(zhì)指標(biāo)及其生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)，對(duì)建立規(guī)?；】叼B(yǎng)殖模式及指導(dǎo)養(yǎng)殖池塘生境生態(tài)修復(fù)具有重要意義?！厩叭搜芯窟M(jìn)展】生物浮床是一種可有效緩解水體污染且對(duì)水質(zhì)起調(diào)節(jié)作用的環(huán)境治理技術(shù)，可操作性強(qiáng)、工程造價(jià)不高、容易維護(hù)，還能產(chǎn)生一定的生態(tài)效益（劉勇，2016）。浮游生物作為水域生態(tài)系統(tǒng)中生產(chǎn)力與生物鏈的基礎(chǔ)，對(duì)水域生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、功能及生物生產(chǎn)力均有重要影響（張婷等，2014）。Karr（1996）認(rèn)為一個(gè)良好的生態(tài)系統(tǒng)必定存在完整的生物群落，并建議采用生物完整性指數(shù)（Index of biotic integrity，IBI）評(píng)價(jià)水域健康狀況。近年來(lái)，隨著人們對(duì)于水質(zhì)評(píng)價(jià)體系的深入了解，其評(píng)價(jià)方式已從單因子向多因子綜合評(píng)價(jià)的方向發(fā)展。如基于魚類（婁方瑞等，2015;任麗平，2015;張賽賽等，2015）、藻類（楊燕君等，2017）、浮游生物（孫永坤等，2015;蔡琨等，2016）、微生物（安新麗等，2016）、底棲生物（熊春暉等，2015;蔡文倩等，2016）等構(gòu)建的生物完整性評(píng)價(jià)體系，通過(guò)比較分析IBI與環(huán)境因子的相關(guān)性，可掌握養(yǎng)殖水體的健康程度，并采取相應(yīng)的修復(fù)措施?？梢?，IBI在不同水體中評(píng)價(jià)的應(yīng)用效果及其在管理實(shí)踐中的作用已得到廣大學(xué)者的認(rèn)可（王備新等，2006）。陳橋等（2013）應(yīng)用底棲動(dòng)物完整性指數(shù)（B-IBI）對(duì)太湖流域平原水網(wǎng)區(qū)進(jìn)行健康評(píng)價(jià)，并證實(shí)B-IBI健康評(píng)價(jià)結(jié)果與基于水質(zhì)及富營(yíng)養(yǎng)化評(píng)價(jià)的結(jié)果高度吻合;蔡琨等（2014）應(yīng)用B-IBI對(duì)太湖的生態(tài)健康進(jìn)行評(píng)價(jià)，發(fā)現(xiàn)連續(xù)觀察數(shù)據(jù)可有效提高B-IBI的可靠性及評(píng)價(jià)結(jié)果的合理性?！颈狙芯壳腥朦c(diǎn)】目前，生物浮床在黃顙魚人工養(yǎng)殖模式中已得到推廣應(yīng)用（石焱，2015），但基于浮游生物完整性指數(shù)（P-IBI）的不同生物浮床黃顙魚養(yǎng)殖池塘生態(tài)健康評(píng)價(jià)鮮見報(bào)道。【擬解決的關(guān)鍵問題】采用P-IBI評(píng)價(jià)黃顙魚養(yǎng)殖池塘生態(tài)健康狀況，并通過(guò)比較水葫蘆（Eichhornia crassipes）和空心蓮子草（Alternanthera philoxeroides）兩種生物浮床池塘的健康狀況，旨在篩選出生物浮床調(diào)控養(yǎng)殖池塘水質(zhì)的有效方法，為黃顙魚規(guī)?；B(yǎng)殖池塘生境生態(tài)修復(fù)提供參考依據(jù)。

1 材料與方法

1. 1 養(yǎng)殖池塘概況

養(yǎng)殖池塘為廣西桂林市第二水產(chǎn)養(yǎng)殖場(chǎng)的4#和5#生產(chǎn)性池塘，面積均為1.13 ha，水深約1.8 m，塘堤為片石水泥沙漿砌體，底泥厚度約50 cm。2017年5月20日在每口養(yǎng)殖池塘放養(yǎng)平均體重0.026 g/尾的全雄黃顙魚苗種32萬(wàn)尾、平均體重650 g/尾的鰱魚720尾、平均體重920 g/尾的鳙魚100尾。4#池塘設(shè)水葫蘆浮床，5#池塘設(shè)空心蓮子草浮床，浮床面積均為0.07 ha，約占所在池塘面積的6%。

1. 2 試驗(yàn)方法

試驗(yàn)周期共174 d，水質(zhì)監(jiān)測(cè)期間4#和5#池塘的配合飼料投入量分別為14.2和17.0 t。采樣點(diǎn)為每口養(yǎng)殖池塘長(zhǎng)邊的中部，離生物浮床約15.0 m、離塘堤約1.2 m。從魚種放養(yǎng)當(dāng)天開始采集水樣，同時(shí)監(jiān)測(cè)浮游生物及主要環(huán)境因子，而后每隔1個(gè)月左右采集水樣1次，共采樣6次。浮游生物樣品采集及種類鑒定參考周鳳霞和陳劍虹（2005）的方法，生物量計(jì)算參考Ludwing和Reynolds（1998）的方法;環(huán)境因子水樣采集參照《水與廢水監(jiān)測(cè)分析方法》（魏復(fù)盛，2002），分別采集深度為0.5、0.9和1.3 m 3個(gè)水層的混合水樣。采樣時(shí)段為晴天上午，主要水質(zhì)指標(biāo)測(cè)定方法如表1所示。

1. 3 IBI指標(biāo)構(gòu)建

參考陳凱等（2018）的方法，基于浮游生物的物種豐富度、群落結(jié)構(gòu)和營(yíng)養(yǎng)結(jié)構(gòu)，選取21個(gè)對(duì)外界干擾較敏感的浮游生物指標(biāo)作為體系構(gòu)建初選指標(biāo)（表2）。

1. 4 關(guān)聯(lián)度計(jì)算及排序

關(guān)聯(lián)系數(shù)表示P-IBI與各類水質(zhì)因子在第K次檢測(cè)結(jié)果的關(guān)聯(lián)程度，但不能表示與所有m項(xiàng)指標(biāo)的關(guān)聯(lián)程度。因此，需計(jì)算用于表示P-IBI與各類水質(zhì)因子的綜合關(guān)聯(lián)度，即選取所有m項(xiàng)檢測(cè)值的關(guān)聯(lián)系數(shù)平均值，計(jì)算公式為：

γa=[1m][k=1mεa]（K）? ? ? ? ?（a=1，2[…]n）

將γa最大值所對(duì)應(yīng)的水質(zhì)因子作為影響P-IBI的最大影響因子（覃雪波，2009）。

1. 5 參照點(diǎn)設(shè)置

參考干擾程度最小系統(tǒng)法和最容易實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)法（Stoddard et al.，2006），選擇主養(yǎng)魚類相同，且養(yǎng)殖池塘面積、水源、水深和管理狀況相似但未設(shè)生物浮床的鄰塘（6#池塘）為參照點(diǎn)。

2 結(jié)果與分析

2. 1 浮游生物種群組成

2. 1. 1 浮游植物種群組成 試驗(yàn)期間先后對(duì)4#、5#和6#池塘的浮游植物進(jìn)行6次采樣監(jiān)測(cè)，其種群組成如表3所示。4#、5#和6#池塘的浮游植物種群結(jié)構(gòu)分別為6門33屬、5門30屬和5門30屬。在浮游植物種群組成中，各養(yǎng)殖池塘的優(yōu)勢(shì)門均為綠藻門，其屬數(shù)占池塘總屬數(shù)的46.67%～48.48%。在藍(lán)藻門的屬類組成中，4#、5#和6#池塘分別為7屬、6屬和8屬，所占百分比分別為21.21%、20.00%和26.67%。

藍(lán)藻水華是一個(gè)主要的水環(huán)境問題，其阻隔空氣與水中氣體的交換，且死亡后的藍(lán)藻因分解而消耗溶解氧（DO）（de Figueiredo et al.，2006），使水體中的氧含量迅速降低，造成大量水生動(dòng)物缺氧窒息死亡（王崇等，2009）。在養(yǎng)殖池塘中，藍(lán)藻是形成水華的主要藻類之一，其中銅綠微囊藻極易成為水華藻的優(yōu)勢(shì)種（苗曉青等，2011），且微囊藻毒素及生長(zhǎng)過(guò)程中富集的重金屬等有害物質(zhì)（孫小靜等，2007）可引起池塘水質(zhì)嚴(yán)重污染，誘發(fā)魚病甚至引起死亡。本研究結(jié)果表明，設(shè)有生物浮床黃顙魚養(yǎng)殖池塘的浮游植物種類豐富度和生物多樣性水平均高于未設(shè)生物浮床的參照點(diǎn)池塘;通過(guò)對(duì)比兩種生物浮床發(fā)現(xiàn)，空心蓮子草浮床養(yǎng)殖池塘（5#池塘）的藍(lán)藻水華壓力相對(duì)較低，其抑制藍(lán)藻作用較水葫蘆浮床養(yǎng)殖池塘（4#池塘）高6.05%。

2. 1. 2 浮游動(dòng)物種群組成 各養(yǎng)殖池塘的浮游動(dòng)物種群組成如表4所示。4#、5#和6#池塘的浮游動(dòng)物種群組成分別為4類20種、4類16種和3類19種。在浮游動(dòng)物種群組成中，各養(yǎng)殖池塘浮游動(dòng)物的優(yōu)勢(shì)種類均為輪蟲類，其種數(shù)占45.00%～50.00%，說(shuō)明養(yǎng)殖池塘設(shè)置生物浮床對(duì)浮游動(dòng)物生物多樣性水平無(wú)明顯影響。

2. 2 初選指標(biāo)篩選及其對(duì)生物浮床的反應(yīng)度判斷

2. 2. 1 初選指標(biāo)篩選結(jié)果 通過(guò)分析水體中浮游生物的種類、種群結(jié)構(gòu)及生物量等指標(biāo)，選取21個(gè)指標(biāo)作為生物完整性評(píng)價(jià)體系的初選指標(biāo)，并采用箱體圖（圖1）進(jìn)行判別能力篩選。依據(jù)參照點(diǎn)和監(jiān)測(cè)點(diǎn)各監(jiān)測(cè)指標(biāo)25%～75%分位數(shù)的箱體圖重疊情況對(duì)各指標(biāo)進(jìn)行判別，定義監(jiān)測(cè)點(diǎn)和參照點(diǎn)中位線均位于對(duì)方箱體內(nèi)為IQ<1，其余定義為IQ>1。通過(guò)觀察箱體圖，去除IQ<1的初選指標(biāo)，保留IQ>1的初選指標(biāo)（Barbour et al.，1996），結(jié)果篩選出M1、M6、M7、M9、M10、M14、M15、M16和M18，共9個(gè)指標(biāo)。然后使用SPSS 17.0對(duì)通過(guò)判別能力篩選的指標(biāo)進(jìn)行Pearson相關(guān)性分析，結(jié)果（表5）確定M7（浮游植物Pielou均勻度指數(shù)）、M9（浮游動(dòng)物密度）、M14（浮游植物Margalef豐富度指數(shù)）、M15（枝角類和橈足類密度）、M16（輪蟲類密度）和M18（枝角類與橈足類密度百分比）為P-IBI的指標(biāo)參數(shù)。

2. 2. 2 初選指標(biāo)對(duì)生物浮床的反應(yīng)度判斷結(jié)果 生物浮床主要是通過(guò)降低養(yǎng)殖水體的氮、磷含量，進(jìn)而降低浮游植物豐度（李建柱，2016）。因此，本研究將M7（浮游植物Pielou均勻度指數(shù)）和M14（浮游植物Margalef豐富度指數(shù)）兩個(gè)指標(biāo)對(duì)環(huán)境干擾的反應(yīng)度定義為下降，其余篩選指標(biāo)對(duì)環(huán)境干擾的反應(yīng)度定義為上升（表6）。

2. 3 P-IBI評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)確立

以參照點(diǎn)P-IBI的25%分位數(shù)作為健康評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，當(dāng)采樣點(diǎn)的P-IBI大于25%分位數(shù)值，則表示該樣點(diǎn)受到的干擾很小，為健康級(jí)別，并對(duì)小于25%分位數(shù)值的分布范圍進(jìn)行四等分，最終確定健康、亞健康、良好、較差和極差5個(gè)等級(jí)（表7）。

2. 4 養(yǎng)殖池塘水體P-IBI及其評(píng)價(jià)結(jié)果

P-IBI與水域健康狀況相關(guān)，P-IBI高表示水體健康狀況較好，P-IBI低表示水體健康狀況較差。由表8可知，4#池塘的P-IBI變化范圍為1.29～6.57，平均值4.13;5#池塘的P-IBI變化范圍為2.65～5.58，平均值4.49;6#池塘的P-IBI變化范圍為2.38～5.40，平均值3.86。在同一養(yǎng)殖池塘內(nèi)，P-IBI隨養(yǎng)殖時(shí)間的推移整體上呈先上升后下降的變化趨勢(shì)，并隨水溫的季節(jié)性變化出現(xiàn)一定波動(dòng);P-IBI平均值排序?yàn)?#池塘>4#池塘>6#池塘，即設(shè)有生物浮床養(yǎng)殖池塘的生態(tài)健康狀況優(yōu)于參照點(diǎn)池塘，而在兩種生物浮床中又以空心蓮子草浮床優(yōu)于水葫蘆浮床，前者養(yǎng)殖水體的P-IBI較后者提高8.7%。

2. 5? P-IBI與水質(zhì)指標(biāo)的相關(guān)性分析結(jié)果

P-IBI與水質(zhì)環(huán)境因子的關(guān)聯(lián)度及其排序如表9所示。在兩種生物浮床養(yǎng)殖池塘中，均以化學(xué)需氧量（CODMn）與P-IBI的關(guān)聯(lián)度最高，其次為總磷（TP）和水溫（WT），其影響程度在不同生物浮床間無(wú)明顯差異;在參照點(diǎn)池塘中，與P-IBI關(guān)聯(lián)度最高的水質(zhì)因子為WT，其次是TP和酸堿度（pH）。

3 討論

浮床生物的生長(zhǎng)需要吸收氮、磷等營(yíng)養(yǎng)元素，從而有效降低養(yǎng)殖水體中的氮、磷含量（吳振斌等，2003）。覃雪波（2009）研究認(rèn)為，在設(shè)有生物浮床的養(yǎng)殖水體中CODMn與P-IBI的相關(guān)性最高。CODMn與還原性物質(zhì)如各種有機(jī)物及亞硝酸鹽等有關(guān)，而有機(jī)物含量又不同程度地影響浮游生物豐度，當(dāng)水體中有機(jī)物含量升高時(shí)，即引起水體耗氧量升高及浮游生物豐度、生物完整性和健康狀況下降。鑒于CODMn與P-IBI的相關(guān)性，可通過(guò)測(cè)定分析CODMn為評(píng)估養(yǎng)殖水體健康狀況及制定水質(zhì)調(diào)控對(duì)策提供科學(xué)依據(jù)。水溫是浮游生物生長(zhǎng)發(fā)育、群落組成及數(shù)量變化的關(guān)鍵因子（崔紅和侯曉蕾，2018）。在本研究的無(wú)生物浮床6#池塘中，水溫與P-IBI的關(guān)聯(lián)度最高，表明水溫是無(wú)生物浮床養(yǎng)殖池塘浮游生物生物量的主要影響因子，其季節(jié)性變化直接影響?zhàn)B殖水體中浮游生物的組成（何緒偉等，2017），具體表現(xiàn)為浮游生物豐度、生物量均隨水溫的升高而增加（袁宇翔等，2013）。此外，水體中的pH與CO2含量相關(guān)（張遠(yuǎn)等，2007），各營(yíng)養(yǎng)級(jí)生物呼吸作用需消耗較多的DO并釋放CO2，致使DO和pH降低，而浮游植物的光合作用消耗CO2并釋放O2使pH上升，即水體中的CO2是通過(guò)pH來(lái)影響浮游生物的群落組成（施曼等，2018），因此pH與P-IBI存在較高的關(guān)聯(lián)度。這在本研究中得到進(jìn)一步認(rèn)證，即在3口養(yǎng)殖池塘中pH與P-IBI均有較高的關(guān)聯(lián)度。

本研究的P-IBI評(píng)價(jià)結(jié)果顯示，4#池塘（水葫蘆浮床）有5個(gè)“健康”和1個(gè)“較差”，5#池塘（空心蓮子草浮床）有5個(gè)“健康”和1個(gè)“亞健康”，而6#池塘（無(wú)生物浮床）有4個(gè)“健康”和2個(gè)“亞健康”。在黃顙魚養(yǎng)殖活躍的8—10月，4#和5#池塘的生態(tài)健康狀況均優(yōu)于6#池塘，表明生物浮床對(duì)黃顙魚養(yǎng)殖池塘水質(zhì)有較明顯的修復(fù)作用;養(yǎng)殖后期由于水溫降低，兩種生物浮床養(yǎng)殖池塘分別出現(xiàn)“亞健康”和“較差”狀況，說(shuō)明水溫降低后生物浮床的光合作用下降，對(duì)養(yǎng)殖水體修復(fù)功能也降低，與王智等（2012）的研究結(jié)果相似。因此，在采用生物浮床修復(fù)養(yǎng)殖池塘水質(zhì)的過(guò)程中，必須注意定時(shí)采收浮床生物。綜合生物浮床養(yǎng)殖池塘的各項(xiàng)指標(biāo)，發(fā)現(xiàn)5#池塘的生態(tài)健康狀況優(yōu)于4#池塘;在同一養(yǎng)殖池塘中，P-IBI隨養(yǎng)殖的進(jìn)行整體上呈先上升后下降的變化趨勢(shì)，并隨水溫的季節(jié)性變化出現(xiàn)一定波動(dòng)，P-IBI平均值排序?yàn)?#池塘>4#池塘>6#池塘，說(shuō)明生物浮床養(yǎng)殖池塘的健康狀況優(yōu)于未設(shè)生物浮床的養(yǎng)殖池塘，而在兩種生物浮床中又以空心蓮子草浮床優(yōu)于水葫蘆浮床，前者養(yǎng)殖水體的P-IBI較后者提高8.7%?？梢姡招纳徸硬莺退J浮床的水質(zhì)修復(fù)作用主要是通過(guò)對(duì)藻類的選擇性抑制來(lái)實(shí)現(xiàn)，且在對(duì)浮游生物組成結(jié)構(gòu)和生物量的影響程度方面，空心蓮子草的效果比水葫蘆明顯，即以生物浮床修復(fù)黃顙魚養(yǎng)殖池塘水質(zhì)時(shí)空心蓮子草浮床優(yōu)于水葫蘆浮床。

本研究是在大規(guī)模的生產(chǎn)性池塘（每口池塘面積均大于10000 m2）中進(jìn)行，其養(yǎng)殖水體的健康狀況評(píng)價(jià)對(duì)制定黃顙魚養(yǎng)殖水體生態(tài)修復(fù)措施有一定的參考價(jià)值。但由于本研究?jī)H設(shè)兩種生物浮床，且每種生物浮床僅一口池塘，缺少平行試驗(yàn)，其評(píng)價(jià)結(jié)果存在一定的局限性，因此，更精準(zhǔn)、可重復(fù)的生物浮床調(diào)控養(yǎng)殖水體水質(zhì)的集成技術(shù)有待進(jìn)一步探究驗(yàn)證。

4 結(jié)論

空心蓮子草和水葫蘆浮床的水質(zhì)修復(fù)作用主要是通過(guò)對(duì)藻類的選擇性抑制來(lái)實(shí)現(xiàn)，且在對(duì)浮游生物組成結(jié)構(gòu)和生物量的影響程度方面，空心蓮子草的效果比水葫蘆明顯，即以生物浮床修復(fù)黃顙魚養(yǎng)殖池塘水質(zhì)時(shí)空心蓮子草浮床優(yōu)于水葫蘆浮床。

參考文獻(xiàn)：

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（責(zé)任編輯 蘭宗寶）