藕鱉共作對水環(huán)境和藕鱉生長性能的影響

王 芬，程云生，侯冠軍，季索菲，宋光同，李 虎，張 曄，吳育春，李正榮，朱成駿，李 杰，蔣業(yè)林

（1安徽省農(nóng)業(yè)科學(xué)院水產(chǎn)研究所，合肥230031；2安徽省鱉類養(yǎng)殖工程技術(shù)研究中心，安徽蚌埠233701；3水產(chǎn)增養(yǎng)殖安徽省重點實驗室，合肥230031；4馬鞍山春盛生態(tài)農(nóng)業(yè)有限公司，安徽馬鞍山243000；5安徽黑神生態(tài)農(nóng)業(yè)有限公司，安徽蕪湖241000；6安徽碩然生態(tài)農(nóng)業(yè)科技有限公司，合肥231151）

0 引言

中華鱉(Pelodiscus sinensis)屬爬行綱(Repitlia)龜鱉目(Testudinata)鱉科(Tironychidae)，俗稱甲魚、團(tuán)魚、王八等。因其重要的經(jīng)濟(jì)和營養(yǎng)價值，深受養(yǎng)殖戶和消費者青睞，養(yǎng)殖產(chǎn)量逐年上升。2018年，國內(nèi)總產(chǎn)量約31.91萬t，相比較于2008年增長了56.31%[1-2]。中華鱉飼料中蛋白質(zhì)含量一般高于43%，90%被中華鱉消化吸收和新陳代謝，約76%被吸收的氮用于新陳代謝或排出體外[3]。外塘養(yǎng)殖廢水的排放易造成周圍水域富營養(yǎng)化，該問題是中華鱉養(yǎng)殖的瓶頸之一[4]。

農(nóng)業(yè)-水產(chǎn)復(fù)合生產(chǎn)體系(integrated agriaquaculture system，IAAS)是農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的主要方向之一[5]，其生態(tài)環(huán)境效應(yīng)良好，生產(chǎn)的綠色食品能滿足市場對食品安全的要求，市場需求大。蓮藕(Nelumbo nucifera)是國內(nèi)水生蔬菜中栽培面積最大的作物，全國栽培面積達(dá)40萬hm2[6]。將蓮藕和中華鱉綜合種養(yǎng)是目前新型的農(nóng)業(yè)-水產(chǎn)復(fù)合生產(chǎn)模式之一。蓮藕能夠有效吸收利用中華鱉殘餌和糞便產(chǎn)生的氨氮和有機(jī)物，解決養(yǎng)殖廢水對周邊水體的富營養(yǎng)化問題。藕鱉共作亦會提高兩者的營養(yǎng)價值。藕鱉共作生產(chǎn)的鱉為“仿生態(tài)鱉”，其水分、蛋白質(zhì)含量和鮮味氨基酸都顯著高于溫室鱉。相同性別仿生態(tài)鱉的飽和脂肪酸總量(∑SFA)、多不飽和脂肪酸(∑PUFA)、二十碳五烯酸(EPA)，二十二碳六烯酸(DHA)含量都顯著高于溫室鱉[7]。

浮游動植物是復(fù)合生產(chǎn)體系中不可缺少的組成部分，其種類組成和生物量被認(rèn)為是水質(zhì)優(yōu)劣的指示。系統(tǒng)中的浮游植物、浮游動物及底棲動物的數(shù)量相較于單作系統(tǒng)均有所增加[8]。汪金平等[9]研究發(fā)現(xiàn)在稻鴨共生系統(tǒng)中，水生生物群落優(yōu)勢種的優(yōu)勢度減弱，次優(yōu)勢種優(yōu)勢度增加，Shannon-Weiner多樣性指數(shù)增加，類群關(guān)系趨向平衡和穩(wěn)定。

水質(zhì)是中華鱉養(yǎng)殖和蓮藕種植的生產(chǎn)參數(shù)，養(yǎng)殖性能直接關(guān)系種養(yǎng)殖戶的經(jīng)濟(jì)效益。筆者以鱉單作、藕鱉共作和藕單作模式為研究對象，通過比較分析3種模式中水體的理化指標(biāo)、浮游動植物的種類和數(shù)量以及中華鱉和蓮藕的生長性能，研究藕鱉共作模式對水體的凈化作用和對產(chǎn)量的提升作用，旨在為其他農(nóng)業(yè)-水產(chǎn)復(fù)合生產(chǎn)模式提供理論參考。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

蓮藕品種為‘太空蓮6號’，2019年5月17日栽種，2019年6月12日施有機(jī)肥，每口塘20 kg。中華鱉為自繁自育的長江品系，均重150.6 g，放養(yǎng)密度為1只/m2。

放入幼鱉后每天13:00—14:00投喂1次飼料，投喂量為鱉體質(zhì)量的0.5%～1.0%，具體情況視吃食情況而定，以在0.5 h內(nèi)吃完為宜。

1.2 試驗設(shè)計

試驗于安徽省馬鞍山春盛生態(tài)園內(nèi)開展。設(shè)計蓮藕單作組（蓮藕種植面積為50%）、藕鱉共作組（蓮藕種植面積為50%）和鱉單作組3種模式，每種模式設(shè)置3個平行試驗。每個塘口400 m2(40 m×10 m)，水深0.9 m，底部淤泥0.3 m。每個塘口進(jìn)排水口各1個。

1.3 數(shù)據(jù)采集

采樣選擇在2019年6—10月的上午9:00—11:00進(jìn)行。

1.3.1 浮游生物定量采集 采用1 L采水器對浮游植物定量采樣，經(jīng)25號浮游生物網(wǎng)過濾后，用魯哥氏液和福爾馬林溶液現(xiàn)場固定，待實驗室內(nèi)置于顯微鏡下，進(jìn)行定性定量分析。

1.3.2 底棲動物定量采集 采用1/16 m2彼得生采泥器定量采集底泥，撿出底棲動物放入廣口瓶中，95%酒精現(xiàn)場固定，待定性定量分析。

1.3.3 水樣定量采集 采用1 L采水器定量采集水樣，室內(nèi)測定各月不同池塘的氨氮(AN)、亞硝酸鹽(NO2--N)及化學(xué)耗氧量(COD)等水質(zhì)指標(biāo)。

1.4 測試方法

水體溶解氧和pH采用便攜式水質(zhì)檢測儀進(jìn)行測定，氨氮采用納氏試劑分光光度法測定[10]，亞硝酸鹽氮采用萘乙二胺分光光度法測定[11]，化學(xué)需氧量(COD)采用酸性高錳酸鉀法測定[12]。

將水樣在室內(nèi)濃縮至30～50 mL，顯微鏡下參照《中國淡水生物圖譜》、《水生生物學(xué)》，用浮游生物計數(shù)框定量測定浮游動植物密度和種類[13-14]。

1.5 數(shù)據(jù)分析

采用Excel對數(shù)據(jù)進(jìn)行整理和圖表繪制，用SPSS 22.0進(jìn)行顯著性分析。多樣性分析采用香農(nóng)-威納(Shannon-Wiener)指數(shù)H′表示。

式中，Pi為第i種個體數(shù)占個體總數(shù)的比例，ni為物種i的個體數(shù)，N為個體總數(shù)，S為物種總數(shù)，fi為第i種物種出現(xiàn)的頻率，默認(rèn)為1。本研究中把優(yōu)勢度Y＞0.1的種類定為優(yōu)勢種，0.01＜Y＜0.1的種類定為常見種[15]。

1.6 生長性能分析

幼鱉的生長參數(shù)計算方法如式(4)～(6)所示。

式中，F(xiàn)CR(feed conversion rate)和SGR(specific growth rate)分別為飼料轉(zhuǎn)化率、特定生長率；N0和Nt表示幼鱉的起始和最終數(shù)量；Wt和W0是幼鱉起始和最終的平均質(zhì)量，本研究中幼鱉質(zhì)量為150.6 g；t是飼養(yǎng)天數(shù)，為111天；Df是飼料干重。為不打擾稚幼鱉，僅在放養(yǎng)和收獲時稱重。

2 結(jié)果與分析

2.1 水質(zhì)

水體中pH 7.1～8.6，溶解氧含量在5.0之上。試驗期間亞硝酸含量較低，有些池塘水體的亞硝酸鹽濃度低于萘乙二胺分光光度法的檢測下限。造成這種現(xiàn)象的主要原因是中華鱉的攝食及運動等促進(jìn)了水體的上下交換，促使水體表面過多的溶氧向底層滲透和擴(kuò)散，使池底淤泥及養(yǎng)殖水體不易缺氧，亞硝酸氮被氧化為硝酸氮等，含量較低[16]。

圖1、圖2分別是鱉單作、藕鱉共作和蓮藕單作3種模式水體的氨氮濃度和COD濃度。在試驗起始階段（6月）施加有機(jī)肥，造成3種模式中氨氮和COD含量較高。7—10月3種模式的氨氮濃度范圍分別為0.302～1.256、0.282～0.744 和 0.213～0.674 mg/L。季節(jié)性差異明顯，6月、7月和10月各試驗塘無顯著性差異(P＞0.05)；8月藕鱉共作和蓮藕單作無顯著性差異(P＞0.05)，與鱉單作差異性顯著(P＜0.05)。藕鱉共作水體中的氨氮含量平均值為0.744 mg/L，比鱉單作水體氨氮含量低40.76%。7—10月COD含量在6.443～10.580、6.973～8.624、4.916～6.911 mg/L范圍內(nèi)，季節(jié)性變化明顯，其趨勢和氨氮含量趨勢一致。9月含量最高，且3種模式含量有顯著性差異(P＜0.05)。10月水溫下降，中華鱉活動及攝食減少，池塘底泥的吸附沉淀作用大于擴(kuò)散作用，使得水體中有機(jī)物含量減少[17]。

圖1 不同養(yǎng)殖模式水體氨氮濃度變化

圖2 不同養(yǎng)殖模式水體COD濃度變化

2.2 浮游植物和浮游動物的對比

調(diào)查期間，在3種模式中，共檢測到浮游植物7門161種，其中綠藻70種、藍(lán)藻28種、硅藻18種、裸藻36種、黃藻4種、甲藻2種、金藻3種，分別占總種數(shù)的43.48%、17.40%、11.18%、22.36%、2.48%、1.24%和1.86%。多于宋慶洋[15]、曾憲磊[18]報道的稻蝦共生、稻蟹共生中的浮游藻類數(shù)量。在鱉單作水體中檢測到106種，藕鱉共作檢測到98種，藕單作檢測到99種。如表1所示，各月份中，綠藻的種類和數(shù)量最多；其次為藍(lán)藻；甲藻和金藻種類數(shù)量最少，6月在各試驗塘中均未檢測到。綠藻門的主要優(yōu)勢種群為單生卵囊藻，藍(lán)藻門的主要優(yōu)勢種群為銅綠微囊藻。

表1 3種模式中浮游植物優(yōu)勢種的組成

對浮游植物而言，生物量增加會導(dǎo)致多樣性的下降，這種現(xiàn)象在富營養(yǎng)化水體中較為明顯[19,23]。10月銅綠微囊藻生物量增加，鱉單作和藕鱉共作中優(yōu)勢度分別為0.353和0.426，相對于9月生物多樣性明顯降低，優(yōu)勢種群以藍(lán)藻中的銅綠微囊藻為主，該藻是淡水水產(chǎn)養(yǎng)殖中常見的有害藻類之一[20]，尤其是夏季高溫季節(jié)易取代綠藻成為優(yōu)勢種[21]。但是在溫度較高的7—9月銅綠微囊藻不是優(yōu)勢種群，而在10月成為優(yōu)勢種群。這種反?，F(xiàn)象主要是由于7—9月為荷花盛開期，荷花分泌物對其有抑制作用，10月荷花停止開放，抑制作用減弱[22]。

調(diào)查期間，檢測到浮游動物4門115種，其中原生動物58種、輪蟲47種、枝角類6種、橈足類4種，分別占浮游動物種數(shù)的50.43%、40.87%、5.22%和3.48%。在鱉單作、藕鱉共作和藕單作水體中分別檢測到浮游動物66、64和68種。如表2所示，優(yōu)勢種群為原生動物、輪蟲和橈足類。枝角類僅在6月和9月檢測到，且數(shù)量極少，在45～156 ind/L范圍內(nèi)。原生動物的優(yōu)勢種群有土生游仆蟲、針棘刺胞蟲等。土生游仆蟲在各種模式均能檢測到，且其優(yōu)勢度極高，最高達(dá)0.623。輪蟲的優(yōu)勢種群有長多肢輪蟲、曲腿龜甲輪蟲。橈足類的優(yōu)勢種群為無節(jié)幼體。

表2 3種模式浮游動物總種類、優(yōu)勢種群（優(yōu)勢度）及香農(nóng)指數(shù)

Shannon-Weiner指數(shù)H′值的大小反映物種的豐富狀況，其數(shù)值越高，浮游生物群落結(jié)構(gòu)越復(fù)雜，在2～3范圍內(nèi)表示物種豐富[23-24]。3種模式浮游植物群落多樣性指數(shù)分別為 3.230～4.485、2.827～4.508 和 3.230～4.575，浮游動物多樣性指數(shù)分別為2.990～3.972、2.329～3.821和3.107～4.718。數(shù)值均在3以上，表明3種模式的生物群落結(jié)構(gòu)都較為復(fù)雜。另外，3種模式的浮游藻類多樣性指數(shù)平均值均大于原生動物的值，說明3種模式水體的群落結(jié)構(gòu)和穩(wěn)定性較好。試驗期間，3種模式的浮游動植物總種類和多樣性指數(shù)均無顯著性差異(P＞0.05)，但是優(yōu)勢種群卻有明顯差異(P＜0.05)，藕鱉共作模式浮游植物的優(yōu)勢種群屬綠藻、硅藻、藍(lán)藻和裸藻門，這與Nayak[25]報道的稻魚、稻鴨、稻鴨魚綜合種養(yǎng)系統(tǒng)中的優(yōu)勢種群一致。而鱉單作水體的優(yōu)勢種群為綠藻、藍(lán)藻，且綠藻優(yōu)勢度極高，單生卵囊藻和不定微囊藻的優(yōu)勢度最高達(dá)0.45和0.42。說明藕鱉共作模式豐富了優(yōu)勢種群的組成，水體穩(wěn)定性增強(qiáng)。

2.3 中華鱉和蓮藕的生長性能

從表3可以看出，相對于鱉單作，藕鱉共生模式中鱉的成活率和特定生長率高達(dá)90%和1.290%，分別提高23.29%和1.59%；飼料轉(zhuǎn)化率為1.42，比鱉單作低17.92%。相對于藕單作，藕鱉共作模式中的蓮蓬數(shù)量比藕單作提高7.23%，百粒蓮子質(zhì)量提高9.76%，藕鱉共作的花期比藕單作花期長2周。

表3 中華鱉和蓮藕的生長性能

3 結(jié)論

（1）7—10月，3種模式的氨氮含量分別為0.302～1.256、0.282～0.744和0.213～0.674 mg/L，化學(xué)需氧量分別為6.443～10.580、6.973～8.624、4.916～6.911 mg/L，對中華鱉的生長無影響。8月是蓮藕生長旺盛期，消耗大量氮和有機(jī)物，藕鱉共作模式水體中的氨氮和化學(xué)需氧量相比較于鱉單作顯著性降低。

（2）3種模式的浮游動植物種類數(shù)量和Shannon-Wiener指數(shù)呈先上升后下降的趨勢，無顯著性差異(P＞0.05)。藕鱉共作水體中浮游植物較為豐富，優(yōu)勢種群屬綠藻、藍(lán)藻、黃藻、裸藻和硅藻，而鱉單作模式和藕單作模式的優(yōu)勢種群均歸屬于綠藻、藍(lán)藻和硅藻。

（3）藕鱉共作能提高中華鱉和蓮藕的生長性能。

4 討論

4.1 水體理化環(huán)境

氨氮在水體以離子態(tài)銨(NH4+-N)和非離子態(tài)氨(NH3-N)形式存在，NH4+-N對水生動物無毒害作用，且可被植物吸收利用，而NH3-N則會影響水生動物的生長和免疫功能。夏季溫度較高時，排放的總氨氮中約有2.0%為非離子態(tài)氮[26]，3種模式的總氨氮含量分別為0.302～1.256、0.282～0.744和0.213～0.674 mg/L，在此范圍內(nèi)，中華鱉的生長和非特異性免疫功能不會受到顯著抑制作用[27]。氨氮是中華鱉新陳代謝的產(chǎn)物，在鱉單作模式中，飼料中僅有20.4%的氮被鱉利用，其余的蛋白質(zhì)經(jīng)新陳代謝后以氨氮形式排入水體，而在藕鱉共作系統(tǒng)中，排放的氮被蓮藕吸收利用[26,28-29]。8月馬鞍山溫度在23～37℃之間，天氣以晴朗為主，中華鱉進(jìn)食量增加，氨氮的排放量亦隨之增加，而8月亦是荷花、蓮子生長的旺盛時期，對氮的需求較大，故藕鱉共作水體中的氮顯著低于鱉單作水體中的氨氮。據(jù)Feng[30]報道，在水稻對氮需求量大的拔節(jié)、抽穗和灌漿時期，稻魚共作模式中水體的氮含量顯著低于魚單作中的氮含量。

4.2 浮游動植物的動態(tài)變化

浮游動植物是水體中主要組成之一，其群落特征是水質(zhì)營養(yǎng)水平的重要標(biāo)志，是評定水質(zhì)的生物監(jiān)測指標(biāo)之一。牛英豪[31]報道的由空心菜和水芹菜組成的生物浮床與中華鱉共生的模式中，水體中浮游植物群落組成由綠藻-藍(lán)藻型轉(zhuǎn)向綠藻-硅藻型，意味著水質(zhì)逐漸變好。在藕鱉共作模式的優(yōu)勢種群屬綠藻、藍(lán)藻、黃藻、裸藻和硅藻，而鱉單作模式和藕單作模式的優(yōu)勢種群均歸屬于綠藻、藍(lán)藻和硅藻，說明藕鱉共作的水質(zhì)較單一模式的水質(zhì)好。但是在共作模式中，浮游動植物的生物多樣性并沒有顯著性提高，初步推測由于中華鱉不吃食浮游動植物，對其影響不大。接下來將會持續(xù)監(jiān)測3種模式中的浮游動植物的種類和數(shù)量，研究藕鱉共作對浮游動植物的群落演替規(guī)律的影響。

4.3 中華鱉和蓮藕的生長性能

藕鱉共作模式中，中華鱉生長性能、蓮蓬百粒蓮子重均有所提高，這與稻鱉、稻蝦等綜合種養(yǎng)模式結(jié)果是一致的。中華鱉膽小怕驚，蓮藕能夠為中華鱉提供良好的隱蔽場所，減少了撕咬而引起的傷亡，成活率提高。除藕鱉共作水質(zhì)好外，蓮藕的種植能夠降低水溫和光密度，這對夏季中華鱉的生長較為有益。中華鱉糞便氮含量較高，能夠持續(xù)為蓮藕提供生長所需的氮肥。另中華鱉能夠疏松土壤，增加土壤含氧量，促進(jìn)礦化作用，增加蓮藕所需養(yǎng)分，故在藕鱉共作中，中華鱉和蓮藕的生長性能均有所提高。