草魚不同混養(yǎng)模式下養(yǎng)殖水體的營養(yǎng)元素變化研究

劉 朋 董濟軍 侯仕營

( 1)山東省漁業(yè)技術(shù)推廣站，250013，濟南； 2)威海海洋職業(yè)學(xué)院，264300，山東威海 )

草魚(Ctenopharyngodonidellus)養(yǎng)殖在我國具有悠久歷史，是我國淡水池塘養(yǎng)殖主要種類之一，2018年產(chǎn)量達550.43萬t，占全國淡水養(yǎng)殖魚類總產(chǎn)量的21.63%，位居淡水魚產(chǎn)量首位[1].隨著草魚集約化養(yǎng)殖程度的提高，大量使用富含氮、磷營養(yǎng)物質(zhì)的餌料和肥料，水體富營養(yǎng)化加劇，引發(fā)水質(zhì)惡化、病害頻發(fā)、養(yǎng)殖效益下降等諸多問題. 2018年草魚因病害造成經(jīng)濟損失高達9.2億元[2]，一定程度上制約著草魚養(yǎng)殖業(yè)的綠色發(fā)展.水產(chǎn)養(yǎng)殖廢水排放帶來的污染擴散、水環(huán)境惡化、水域富營養(yǎng)化，甚至赤潮泛濫等一系列環(huán)境問題得到普遍關(guān)注.為控制大水域富營養(yǎng)化、保護水體環(huán)境，水庫、河流等天然水體營養(yǎng)元素收支及變動的研究多有報道，與其相比，張曼等人[3]曾研究過草魚集約化養(yǎng)殖中磷循環(huán)，高攀等人[4]曾研究過主養(yǎng)草魚池塘氮磷收支，以草魚為主養(yǎng)品種的養(yǎng)殖池塘生態(tài)系統(tǒng)碳、氮、磷等營養(yǎng)元素變動的研究相對較少.

養(yǎng)殖水體中顆粒性有機碳(POC)和溶解性有機碳(DOC)是有機碳2種主要賦存形式，水體中有機碳的含量及變化規(guī)律對于研究水域生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、功能及運轉(zhuǎn)狀況具有重要意義.同時，在水域生態(tài)系統(tǒng)中，氮磷通常被認為是浮游生物生長的限制性營養(yǎng)元素[5]，直接影響?zhàn)B殖水體中浮游生物群落結(jié)構(gòu)變化.在養(yǎng)殖生產(chǎn)過程中，氮磷利用率及其在系統(tǒng)中的積累狀況也是評價養(yǎng)殖模式優(yōu)劣的重要指標[6].因此，研究養(yǎng)殖池塘水體營養(yǎng)元素變化特征及影響因素，對于降低水體污染及在更高的層次上建立新的、平衡的池塘生態(tài)系統(tǒng)有重要作用.

本實驗以草魚為主要養(yǎng)殖品種，搭養(yǎng)了鰱(Hypophthalmichthysmolitrix)和凡納濱對蝦(Litopenaeusvannamei)，設(shè)置了4個不同的草魚混養(yǎng)模式，以草魚單養(yǎng)為對照，分析草魚不同養(yǎng)殖模式下養(yǎng)殖水體C、N、P元素含量及變動規(guī)律，以期為草魚養(yǎng)殖業(yè)的綠色發(fā)展提供科學(xué)依據(jù).

1 實驗部分

1.1材 料實驗選用面積為0.27 hm2、平均水深為1.5 m的泥底池塘進行實驗.池塘共建有15個面積為49 m2(7×7 m)的圍隔用于實驗，實驗圍隔的具體結(jié)構(gòu)見李德尚等人[7]的報道.每圍隔均勻安放大充氣石2個，通過充氣管道與岸邊充氣泵(2 kW)相連，連續(xù)充氧.實驗時間為5-10月份.草魚和鰱苗種源于山東省淡水漁業(yè)研究院，凡納濱對蝦淡化苗種源于青島寶榮水產(chǎn)科技有限公司.

1.2實驗設(shè)計本實驗分為草魚單養(yǎng)、草鰱混養(yǎng)和草鰱對蝦混養(yǎng)3種養(yǎng)殖模式，草魚設(shè)一個放養(yǎng)密度，鰱設(shè)置兩個放養(yǎng)密度，對蝦設(shè)置三個放養(yǎng)密度，以草魚單養(yǎng)組為對照，每個處理設(shè)置三個重復(fù)，具體情況見表1.適宜規(guī)格的草鰱魚種于5月中旬放入圍隔中，凡納濱對蝦淡化苗種于6月中旬放入圍隔中，收獲時間為10月中旬.

表1 不同處理組放養(yǎng)情況

1.3養(yǎng)殖管理實驗期間每天08∶00、 10∶00、13∶00和16∶00 投喂“海大牌”草魚膨化配合飼料，每日投餌量為草魚生物量的2%～3%，根據(jù)草魚生長情況和養(yǎng)殖環(huán)境及時改變投喂量,實驗周期內(nèi)各圍隔投入相同質(zhì)量飼料.實驗期間除補充因滲透、蒸發(fā)及樣品采集而丟失的水外，不換水.

采集水樣混勻后取10 mL水樣,經(jīng)直徑為25 mm的Whatman GF/F玻璃纖維濾膜(預(yù)先于450 ℃灼燒2～3 h,除去其中的有機碳,稱量記錄濾膜重量)過濾，收集濾液，以濾液中浸過的濾膜(處理同上)做空白對照(校正過濾過程中濾膜上吸附的溶解有機碳)，用飽和HgCl2溶液固定濾液后密封并4 ℃保存，用TOC-5 000 A總有機碳分析儀測定水體中溶解有機碳(DOC)含量.將過濾后濾膜及空白濾膜經(jīng)濃鹽酸熏蒸2 h后，于60 ℃下烘干保存，用Vario ELⅢ元素分析儀測定水體中顆粒有機碳(POC)含量.

1.5數(shù)據(jù)計算與分析處理以養(yǎng)殖模式不同為影響因素，對不同養(yǎng)殖模式C、N、P變動進行單因素方差分析.方差的齊性采用Levene′s檢驗，當方差分析顯示各組之間存在顯著差異時，對處理組之間采用Turkey′s檢驗.所有數(shù)據(jù)采用平均值±標準差表示，統(tǒng)計分析采用SPSS15.0，以P<0.05作為差異顯著水平.

2 實驗結(jié)果

2.1實驗期間養(yǎng)殖水體溫度變化實驗期內(nèi)每7 d于8∶00、14∶00分別測定養(yǎng)殖水體表層30 cm處水溫，受天氣、季節(jié)變化等影響，養(yǎng)殖水體的溫度有較大范圍的波動，最低水溫為17.6 ℃，最高水溫為33.5 ℃，平均水溫25.7 ℃,水溫變動具體情況見圖1.

圖1 養(yǎng)殖期間水溫變化曲線

2.2養(yǎng)殖期間水質(zhì)參數(shù)變化由表2可知，整個養(yǎng)殖期間水體氨氮、硝酸氮、亞硝氮的含量總體呈上升趨勢，8、9月份出現(xiàn)相對峰值，收獲時期含量遠大于養(yǎng)殖初期.研究發(fā)現(xiàn)， 7-9月份，總氨氮含量G組顯著高于GS、GSL組(P<0.05)，7-10月份，總氨氮含量GS組高于GSL組，9月份存在顯著差異 (P<0.05).6、7月份，硝酸氮含量G組顯著高于GS、GSL組(P<0.05)，6-8月份，硝酸氮含量G組顯著高于GSL組(P<0.05)，6、8和9月份，硝酸氮含量GS組顯著高于GSL組(P<0.05).養(yǎng)殖期內(nèi)亞硝酸鹽含量逐步上升.養(yǎng)殖期間水體磷酸根含量有較小范圍變動，含量較穩(wěn)定，一般G組含量高于GS、GSL組，差異不顯著(P>0.05).

表2 養(yǎng)殖過程中的水質(zhì)參數(shù)

2.3養(yǎng)殖期間水體總氮、總磷含量變化由圖2、圖3可知，養(yǎng)殖期間水體總氮、總磷含量收獲時較養(yǎng)殖初期有較大增長.養(yǎng)殖期間水體總氮含量波動在(0.74±0.11)～(3.50±0.21)mg/L，總磷含量波動在(0.11±0.02)～(0.79±0.09)mg/L.

收獲時水體總氮含量G組高于GS、GSL組，差異不顯著(P>0.05).養(yǎng)殖期間水體氮積累量G組顯著高于GSL組(P<0.05)，高于GS組但差異不顯著(P>0.05)；GS組高于GSL組差異不顯著(P>0.05).

收獲時水體總磷含量G組顯著高于GS、GSL組(P<0.05)，GS組高于GSL組，但差異不顯著(P>0.05).養(yǎng)殖期間水體總磷積累量G組顯著高于GSL組(P<0.05)，高于GS組但差異不顯著(P>0.05)；GS組高于GSL組差異不顯著(P>0.05).

圖2 養(yǎng)殖期間的水體總氮含量變化

圖3 養(yǎng)殖期間的水體總磷含量變化

2.4養(yǎng)殖期間水體有機碳含量變化養(yǎng)殖期間不同模式下水體DOC、POC的含量隨養(yǎng)殖周期的延長總體呈上升趨勢，DOC的含量波動在(3.89±0.25)～(6.48±0.56)mg/L，收獲時DOC含量平均值為(5.97±0.78)mg/L，較養(yǎng)殖初期的(5.49±0.16)mg/L有較小升高.由表3可見，一般G組水體DOC含量較GS、GSL組高，且7月、9月和10月份，水體DOC含量G組顯著高于GSL組(P<0.05)，8月和9月份，水體DOC含量G組顯著高于GS組(P<0.05)，GS組和GSL組間差異不顯著(P>0.05).

養(yǎng)殖期間水體POC含量波動在(3.52±0.43)～(8.80±1.33)mg/L，收獲時POC含量平均值為(7.57±0.94)mg/L，較養(yǎng)殖初期的(3.79±0.40)mg/L有較大升高，可能與后期大量投喂飼料有關(guān).一般G組水體POC含量較GS、GSL組高，8月、9月和10月份水體POC含量G組顯著高于GSL組(P<0.05),10月份水體POC含量G組顯著高于GS組(P<0.05)，除個別月份GS組GSL組間差異不顯著(P>0.05).

表3 各圍隔有機碳

養(yǎng)殖期間水體TOC的含量波動在(9.08±1.38)～(15.07±1.60)mg/L，收獲時TOC含量平均值為(13.67±1.96)mg/L，較養(yǎng)殖初期的(9.28±0.58)mg/L有較大升高.由圖4可見，一般G組水體TOC含量較GS、GSL組高，6月、7月、8月和9月水體TOC含量G組顯著高于GS組(P<0.05)，9月和10月水體TOC含量G組顯著高于GSL組(P<0.05)；9月GS組顯著高于GSL組(P<0.05)，10月GS組高于GSL組，但差異不顯著(P>0.05).養(yǎng)殖期間水體DOC∶POC∶TOC由養(yǎng)殖初期的0.59∶0.41∶1變?yōu)槭斋@時的0.44∶0.56∶1，各種有機碳組分的含量發(fā)生變化，POC所占比重增加.

2.5養(yǎng)殖期間水體葉綠素含量變化由圖5可見,養(yǎng)殖期間不同模式下葉綠素a含量一般呈增長趨勢，G組顯著增長，GS、GSL組葉綠素a含量維持在相對穩(wěn)定的水平.養(yǎng)殖期間不同月份G組葉綠素a含量都高于GS、GSL組，且G組增幅較大.收獲時水體葉綠素a含量G組顯著高于GS、GSL組(P<0.05)，GS組和GSL組間差異不顯著(P>0.05).

圖4 養(yǎng)殖期間水體有機碳含量變化

圖5 養(yǎng)殖期間的葉綠素a變化曲線

3 討 論

3.1養(yǎng)殖期間不同養(yǎng)殖模式N、P的變化高密度養(yǎng)殖池塘投喂的大量外源性飼料，含有豐富的氮磷，其大部分不能被魚類吸收，大量殘餌和魚類代謝物殘留在養(yǎng)殖池塘，容易引起水質(zhì)惡化.例如，夏斌[11]研究草鰱復(fù)合養(yǎng)殖池塘主要營養(yǎng)要素生物學(xué)循環(huán)發(fā)現(xiàn)，飼料中65.6%的 N和67.5%的P通過殘餌、糞便和排泄物的形式進入養(yǎng)殖水環(huán)境；王申等人[12]研究鯽精養(yǎng)池塘氮磷支出發(fā)現(xiàn)，收獲時池塘底泥沉積氮磷含量高達53%、87%；鐘全福[13]研究羅非魚為主多品種混養(yǎng)池塘氮磷收支發(fā)現(xiàn)，養(yǎng)殖效果最佳的羅非魚-家魚-對蝦混養(yǎng)系統(tǒng)漁獲物氮磷含量占氮磷總輸入量的45.45%、28.61%，其余大部分輸入至養(yǎng)殖環(huán)境.水體生態(tài)環(huán)境的好壞是養(yǎng)殖成敗的關(guān)鍵，而養(yǎng)殖水體氨氮和亞硝氮的含量是評價養(yǎng)殖水體的重要指標之一，管雪婷等人[14]研究養(yǎng)殖水體氨氮含量對鯉魚養(yǎng)殖影響發(fā)現(xiàn)，氨氮含量在0.5 mg/L時，影響鯉魚攝食等生命活動，含量到1.2 mg/L時，可引起部分鯉魚死亡；同時，魚類的排泄磷主要以活性磷酸鹽的形式存在，也是水體生物產(chǎn)量的重要控制因素之一[15]，張曼等人[3]研究草魚集約化養(yǎng)殖中磷循環(huán)發(fā)現(xiàn)，合理的磷含量可更好地發(fā)展水體中浮游植物的生長，提高飼料利用率，達到養(yǎng)殖增產(chǎn)和保護環(huán)境的雙重效益，因此，研究水域生態(tài)系統(tǒng)中無機氮和磷酸鹽的含量極其變化具有重要意義.

由表2可見,養(yǎng)殖期間不同模式下水體的大部分指標適合魚類養(yǎng)殖[16].養(yǎng)殖過程中水體三態(tài)氮和磷酸鹽的含量呈上升趨勢，可能與飼料投喂量不斷增加有關(guān)，同時隨著養(yǎng)殖生物個體生長，其排泄等生理活動增強，也會增加水體中三態(tài)氮和磷酸鹽的含量.氨氮、硝酸氮和磷酸鹽的含量一般G組高于GS、GSL組，在一些月份存在顯著差異，可能與鰱的濾食作用有關(guān).鰱在濾食水體中浮游植物的同時還會吞食水體中的含氮磷顆粒碎屑.研究發(fā)現(xiàn)，淡水池塘混養(yǎng)系統(tǒng)中, 一定范圍內(nèi)提升混養(yǎng)系統(tǒng)中鰱的比例可有效降低養(yǎng)殖水體中有機質(zhì)含量[17,18].因此, 混養(yǎng)鰱能有效提高生物對氮磷的利用率, 減少水體氮磷的積累.部分月份，氨氮、硝酸氮和磷酸鹽的含量GS組顯著高于GSL組，可能與放養(yǎng)凡納濱對蝦有關(guān)，底棲的凡納濱對蝦可轉(zhuǎn)化顆粒有機物和致使底質(zhì)層的再懸浮或遷移，被浮游植物和鰱利用[19,20]，從而降低氮磷在水體中的積累.張振東等[21]研究發(fā)現(xiàn)，草魚養(yǎng)殖系統(tǒng)內(nèi)搭配適宜比例的凡納濱對蝦，能有效提高養(yǎng)殖生物氮磷利用率，降低養(yǎng)殖系統(tǒng)底泥N、P綜合相對污染指數(shù).養(yǎng)殖期間，水體總氮、總磷含量收獲時較養(yǎng)殖初期有較大增長，與養(yǎng)殖周期內(nèi)大量投飼和隨著養(yǎng)殖個體的生長排泄等生理活動增強有關(guān).收獲時水體總氮、總磷含量G組高于GS、GSL組，GS組高于GSL組，造成此種差異的原因同上.

3.2養(yǎng)殖期間不同養(yǎng)殖模式下DOC和POC的變化有機質(zhì)是養(yǎng)殖池塘重要污染源之一，研究其含量及變化動態(tài)，對于養(yǎng)殖池水質(zhì)的管理具有重要意義.本實驗中不同模式養(yǎng)殖周期內(nèi)水體DOC含量波動在(3.89±0.25)～(6.48±0.56)mg/L，較王江濤[22]等報道的自然水體中DOC含量高，可能與養(yǎng)殖水體中放養(yǎng)生物量大及養(yǎng)殖期間大量餌料投入等人為影響因素有關(guān)，因此養(yǎng)殖廢水的排放會增加臨近水域的有機碳負荷，本研究的目的就是探索混養(yǎng)模式對降低這種影響的作用，低于劉國才[23]和游奎[24]對蝦養(yǎng)殖圍隔生態(tài)系統(tǒng)DOC含量(9.95±2.04)mg/L、(8.53±2.25)mg/L，可能與本研究中混養(yǎng)了適宜比例的濾食性鰱有關(guān).本研究中水體DOC含量G組高于GS、GSL組，在一些月份中存在顯著差異，可能與GS、GSL組放養(yǎng)鰱有關(guān)，王年斌[25]等的研究結(jié)果也表明濾食性生物對小顆粒有機碳和溶解有機碳都有一定程度的利用，緩解了其在水體中的高速增長，與本實驗研究結(jié)果一致.

本實驗中不同模式下水體POC含量波動在(3.52±0.43)～(8.80±1.33)mg/L，較陳金斯等人[26]報道的自然水體POC含量高，可能與養(yǎng)殖水體中放養(yǎng)生物量大及養(yǎng)殖期間大量餌料投入等人為影響因素有關(guān)；低于郭贛林[27]鰱鳙親魚池POC含量(8.75±4.28)mg/L的研究結(jié)果，可能與其施肥較多有關(guān)，同時本實驗混養(yǎng)的凡納濱對蝦對降低水體POC含量也能起到積極作用；與李文權(quán)[28]和游奎[24]報道的蝦池POC含量(2.27～9.44)mg/L、(0.65～6.63)mg/L比較接近.本研究中水體POC含量G組高于GS、GSL組，在一些月份中存在顯著差異，可能與GS、GSL組放養(yǎng)濾食性鰱有關(guān)，鰱會攝食水體中部分有機碎屑和小型浮游生物，降低了POC在水域生態(tài)系統(tǒng)的積累；養(yǎng)殖前期GS組與GSL組POC含量相差不大，8月份以后差異變大，且9月和10月份GS組顯著高于GSL組(P<0.05)，可能與對蝦有關(guān)，其自身攝食部分沉積到池底的有機碎屑，降低了池底有機碎屑向水體再懸浮或遷移量，同時其擾動作用促進水體中有機碎屑的遷移，利于鰱的濾食.研究結(jié)果可以初步表明混養(yǎng)系統(tǒng)較草魚單養(yǎng)系統(tǒng)可以有效降低水體中DOC和POC含量，與前期實驗結(jié)果一致.

實驗期內(nèi)養(yǎng)殖水體有機碳含量及DOC、POC占比呈現(xiàn)較大的變動,這與投餌、浮游生物群落的演替、養(yǎng)殖生物的活動、增氧機的攪水作用等理化、生物因子等多種因素的綜合作用有關(guān).本實驗養(yǎng)殖水體DOC∶POC由養(yǎng)殖初期的1.44∶1變?yōu)槭斋@時的0.79∶1，POC占比明顯高于游奎[24]報道的對蝦養(yǎng)殖池兩者比值(2.62∶1)，可能與本實驗大量投喂飼料有關(guān)；與雷衍之[29]報道的淡水高產(chǎn)魚池中兩者比例(1∶1)相當.養(yǎng)殖期間，水體POC占水體有機碳的組分不斷上升，可能與養(yǎng)殖后期投入大量飼料，水體中殘餌量增加有關(guān)，同時養(yǎng)殖后期水體營養(yǎng)鹽含量豐富，水體浮游生物量明顯增加，導(dǎo)致水體POC含量上升.

3.3養(yǎng)殖期間不同養(yǎng)殖模式葉綠素a含量的變化浮游藻類是水產(chǎn)動物直接或間接餌料，是水域生態(tài)系統(tǒng)的生產(chǎn)者，直接決定著水域的生產(chǎn)性能，而葉綠素a 作為浮游植物分布的指示劑，是池塘養(yǎng)殖生態(tài)系統(tǒng)重要研究內(nèi)容.本實驗不同模式下葉綠素a含量波動在(92.01±5.92)～(293.95±18.51)μg/L，從葉綠素a的月份變化曲線可看出，草魚單養(yǎng)組葉綠素a的含量幾乎呈直線增長的趨勢，10月份葉綠素a的濃度高達(293.95±18.51)μg/L，超出湖泊葉綠素a年均值范圍(0.7～240)μg/L[30]，與李瑞萍等人[31]研究的農(nóng)村池塘養(yǎng)殖水體葉綠素a含量相當(4～421)μg/L；而GS、GSL組受鰱魚濾食性的影響，葉綠素的濃度較穩(wěn)定，因此養(yǎng)殖池塘放養(yǎng)鰱、鳙可以有效控制水華，改善水質(zhì)，但應(yīng)注意合適的放養(yǎng)比例，陸開宏等人[32]曾報道養(yǎng)殖池塘中放養(yǎng)羅非魚可以有效控制水體葉綠素a含量.另外，水體中葉綠素a的含量與太陽輻射和水溫呈顯著正相關(guān)[33]、與水體中氮磷比等多項水質(zhì)因子呈相關(guān)性[34]，本文沒有深入探討有待進一步研究.

4 結(jié) 論

養(yǎng)殖水體水質(zhì)的優(yōu)劣直接決定著養(yǎng)殖成敗，對整個水域生態(tài)系統(tǒng)具有重大意義.本實驗結(jié)果可以初步表明在養(yǎng)殖池塘中放養(yǎng)適宜比例的濾食性鰱和底棲性對蝦對降低養(yǎng)殖水體三態(tài)氮、磷酸鹽、總氮、總磷和有機碳等的含量及其在水域生態(tài)系統(tǒng)的積累具有積極作用,同時草魚、鰱和對蝦三元混養(yǎng)模式使水體中葉綠素a的含量維持在適宜濃度，即草魚、鰱和對蝦三元混養(yǎng)模式可以有效的改善養(yǎng)殖池塘水質(zhì)，對維持養(yǎng)殖池塘生態(tài)環(huán)境的穩(wěn)定具有重要意義.