黃花水龍種植對(duì)紅羅非魚養(yǎng)殖池塘污染物的影響

鄭堯 裘麗萍 周旻玥 孫旋輝 孟順龍 胡庚東 陳家長(zhǎng)

摘要：為研究浮床栽培黃花水龍（0%、5%種植面積）對(duì)紅羅非魚養(yǎng)殖池塘污染物的影響，測(cè)定CODMn、Chl.a、TN、NH3-N、NO2--N、NO3--N、TP、PO43--P等水質(zhì)指標(biāo)。結(jié)果表明，與對(duì)照組相比，黃花水龍能顯著降低紅羅非魚養(yǎng)殖池塘水體中Chl.a、NH3-N、NO2--N指標(biāo)，也能顯著降低CODMn、TP、TN和NO3--N含量，其中對(duì)NO3--N和NO2--N平均去除率達(dá)50%以上，而對(duì)磷的去除效果不佳。

關(guān)鍵詞：污染物；黃花水龍；池塘養(yǎng)殖；紅羅非魚；去除率

中圖分類號(hào)：X52文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A論文編號(hào)：cjas20200300086

Floating Bed Culture of Jussiaea stipulacea Affecting the Contaminants

in Red Tilapia Aquaculture Pond

Zheng Yao1，2， Qiu Liping1， Zhou Minyue1， Sun Xuanhui1， Meng Shunlong1，2， Hu Gengdong1， Chen Jiazhang1，2

（1Freshwater Fisheries Research Center， Chinese Academy of Fishery Sciences， Wuxi 214081， Jiangsu， China；

2Wuxi Fishery College， Nanjing Agricultural University， Wuxi 214081， Jiangsu， China）

Abstract： To study the influence of the floating bed culture of Jussiaea stipulacea （0， 5% planting area） on the pollutants in the culture pond of red tilapia （Oreochromis mossambicus×O. niloticus）， the water quality indexes， such as CODMn， Chl.a， TN， NH3-N， NO2--N， NO3--N， TP and PO43--P， were determined. The results showed that compared with the control group， J. stipulacea could significantly reduce the contents of Chla， NH3-N， NO2--N， as well as the contents of CODMn， TP， TN and NO3--N in the culture ponds of red tilapia. The average removal rate of NO3--N and NO2--N was more than 50%， but the removal effect on phosphorus was unsatisfactory.

Keywords： Contaminants； Jussiaea stipulacea； Pond Culture； Red Tilapia； Removal Rate

0引言

紅羅非魚因體色純紅、型似真鯛、體腔無黑膜、肉質(zhì)鮮嫩，且生長(zhǎng)快、產(chǎn)量高、效益好，頗受消費(fèi)者喜愛。紅羅非魚是由體色變異的莫桑比克羅非魚（Oreochromis mossambicus）與尼羅羅非（O. niloticus）魚雜交，經(jīng)多代選育而成的優(yōu)良品種[1]?，F(xiàn)紅羅非魚已成為沿海和內(nèi)陸水域池塘和網(wǎng)箱養(yǎng)殖的主要對(duì)象。有研究報(bào)道，紅羅非魚體色可由基因調(diào)控[1]，除遺傳因素外，生理、環(huán)境因子等可對(duì)紅色素表現(xiàn)產(chǎn)生影響[2]，水質(zhì)改善對(duì)其體色維持具有較好的調(diào)節(jié)作用[3]，浮床植物能顯著降低水體中污染物的濃度[4-5]，中草藥不僅能調(diào)節(jié)水質(zhì)[6]還能提升羅非魚的免疫能力[7]。黃花水龍（Jussiaea stipulacea）對(duì)水體NH3- N（96.31% ）和TP（95.17%）水質(zhì)凈化效果較好[8]，可作為人工浮島植物[9]用于河道治理[8]、濱江帶野外工程[10]和太湖河網(wǎng)富營(yíng)養(yǎng)化水體修復(fù)[11]。淺水、底質(zhì)肥沃是黃花水龍的最佳生境，作為漂浮植物種植可保持一定的生物量[12]?？傮w來說，黃花水龍?jiān)谖廴舅|(zhì)生物修復(fù)方面有很大的研究和應(yīng)用潛力[12]。本研究旨在探究黃花水龍種植后紅羅非魚養(yǎng)殖池塘主要污染物的變化，為水草體系在河道、市政等污水或尾水處理工藝的示范推廣提供參考。

1材料與方法

1.1試驗(yàn)材料

在中國(guó)水產(chǎn)科學(xué)研究院淡水漁業(yè)研究中心宜興屺亭養(yǎng)殖基地選擇6口池塘（每口池塘1333 m2），養(yǎng)殖品種為大規(guī)格新紅羅非魚（Oreochromis mossambicus♀×O. niloticus♂）越冬種，魚苗來源于宜興屺亭養(yǎng)殖基地，設(shè)置對(duì)照組和種植面積為5%（266.7 m2）黃花水龍2個(gè)試驗(yàn)組，每組3口池塘。養(yǎng)殖池塘大小、養(yǎng)殖條件、浮床制作和種植面積參考文獻(xiàn)[6]。

1.2水質(zhì)測(cè)定

浮床試驗(yàn)時(shí)間為2018年8月29日—10月10日，試驗(yàn)期間每隔7天采集一次水樣（固定為采樣日上午10：00左右），按參考文獻(xiàn)[6]采集水樣1 L。所測(cè)水質(zhì)指標(biāo)按《水和廢水監(jiān)測(cè)分析方法》進(jìn)行，其中，高錳酸鹽指數(shù)（CODMn）采用酸性法，Chl.a采用丙酮法；氮循環(huán)中總氮（TN）、氨氮（NH3-N）、硝酸鹽氮（NO3--N）、亞硝酸鹽氮（NO2--N）分別采用過硫酸鉀氧化-紫外分光光度法、納氏試劑光度法、酚二磺酸光度法和N-（1-萘基）-乙二胺光度法測(cè)定；總磷（TP）和PO43--P分別采用硝酸-硫酸消解法和鉬酸銨法測(cè)定，并對(duì)上述幾種水樣污染物平均去除率（7個(gè)采樣時(shí)間點(diǎn)平均值）進(jìn)行統(tǒng)計(jì)。

1.3統(tǒng)計(jì)學(xué)分析

數(shù)據(jù)以“均值±標(biāo)準(zhǔn)差”形式表示，采用ANOVA分析LSD法檢驗(yàn)，差異顯著用星號(hào)表示。

2結(jié)果與分析

與對(duì)照組相比，黃花水龍種植處理組1周后CODMn相比對(duì)照組顯著下降（P<0.05，圖1），但后期CODMn與對(duì)照組相比無顯著變化（P>0.05）。黃花水龍種植處理組Chl.a相比對(duì)照組顯著下降（P<0.05，除第2、3周無顯著性變化外）。與對(duì)照組相比，黃花水龍種植后第7周TP顯著下降（P<0.05）。黃花水龍種植組PO43--P與對(duì)照組無顯著差異（P>0.05）。對(duì)于氮素循環(huán)系統(tǒng)，相比每周的對(duì)照組，僅黃花水龍種植組第3周TN顯著下降（P<0.05，圖2）。與對(duì)照組相比，黃花水龍種植組第3～4周NH3-N顯著下降（P<0.05），但第5周NH3-N顯著上升（P<0.05）。與對(duì)照組相比，黃花水龍種植組第1周NO3--N顯著下降（P<0.05），其他周內(nèi)的NO3--N并沒有顯著性的變化。而與對(duì)照組相比，黃花水龍種植組NO2--N除第1、4周外均顯著下降（P< 0.05）。在溶氧充足的情況下，水體中微生物剛開始對(duì)有機(jī)質(zhì)進(jìn)行降解和硝化反應(yīng)。隨著試驗(yàn)的進(jìn)行，黃花水龍種植后NH3-N和NO2--N顯著下降，但TN總體變化不大（除第3周），到第7周TP才顯著下降，可能是因?yàn)辄S花水龍因水溫較高生長(zhǎng)受限，后期植物增長(zhǎng)吸收了部分TP，影響了氮循環(huán)過程。

對(duì)連續(xù)7周監(jiān)測(cè)黃花水龍種植塘的污染物去除率進(jìn)行分析，黃花水龍對(duì)CODMn、Chl.a、TP和PO43--P平均去除率分別為5.0%、26.5%、1.7%和2.7%。但對(duì)TN、NH3-N、NO3--N和NO2--N平均去除率分別為11.8%、18.5%、50.2%和55.5%（表1）。單個(gè)水質(zhì)檢測(cè)指標(biāo)濃度和平均去除率結(jié)果一致性較好，黃花水龍種植能顯著降低水體中的藻濃度，并對(duì)氮循環(huán)系統(tǒng)中的NO3--N和NO2--N具有較好的去除效果。

3結(jié)論

黃花水龍可作為浮床植物在河道治理、池塘標(biāo)準(zhǔn)化改造凈水等水質(zhì)修復(fù)中發(fā)揮重要作用。筆者研究浮床栽培黃花水龍（0%、5%種植面積）對(duì)紅羅非魚養(yǎng)殖池塘CODMn、Chl.a、TN、NH3-N、NO2--N、NO3--N、TP、PO43--P等水質(zhì)指標(biāo)的影響，結(jié)果表明，黃花水龍能顯著降低紅羅非魚養(yǎng)殖池塘水體中Chl.a、NH3-N、NO2--N指標(biāo)，且對(duì)NO2--N平均去除率達(dá)55.5%，但對(duì)磷去除效果不理想。

4討論

類似浮床種植植物的生物修復(fù)手段作為原位修復(fù)主要技術(shù)之一，在水產(chǎn)養(yǎng)殖領(lǐng)域水質(zhì)修復(fù)中使用較為常見，研究證明，浮床種植經(jīng)濟(jì)蔬菜類植物可降低水體中的TN、TP含量[4-5]，筆者[6]的研究表明，浮床種植魚腥草后，CODMn、TN、NO3--N、NH3-N、TP含量顯著降低。目前，農(nóng)業(yè)農(nóng)村部正在編制全國(guó)池塘標(biāo)準(zhǔn)化改造規(guī)劃，尾水處理早已列入水產(chǎn)綠色健康養(yǎng)殖行動(dòng)中，與之配套的尾水深度處理技術(shù)研究將在全域范圍內(nèi)廣泛開展。傳統(tǒng)觀賞水生植物和經(jīng)濟(jì)蔬菜（如空心菜）經(jīng)濟(jì)價(jià)值較低，在丘陵、山地貧困地區(qū)和灘涂區(qū)域，塘埂邊和灘涂種植藥食同源中草藥植物，可能會(huì)提高漁業(yè)從業(yè)人員的經(jīng)濟(jì)收益。黃花水龍同樣也是一種中草藥植物，廣泛應(yīng)用于市政工程污水處理。之前的研究表明，黃花水龍種植后，溶解氧DO（3～6 mg/L）升高，對(duì)氨氮、懸浮固體濃度、化學(xué)需氧量COD等水質(zhì)指標(biāo)的去除率分別為67.9%、67.5%和28.4%。還有研究表明，黃花水龍顯著降低TP、TN、COD及懸浮物SS等水質(zhì)指標(biāo)，且與水體中Chl.a含量及藍(lán)藻消除率顯著正相關(guān)[10]。本研究中黃花水龍能顯著降低Chl.a含量、NH3-N、NO3--N、NO2--N指標(biāo)，說明黃花水龍種植后降低了藻濃度，促進(jìn)了氮素循環(huán)。前期研究表明，其能顯著降低懸浮物，室內(nèi)和野外種植黃花水龍根系十分發(fā)達(dá)，并能長(zhǎng)至一定的高度，可與薄荷一起作為懸浮物去除的首選植物類別。

室內(nèi)試驗(yàn)和現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)結(jié)果均表明，黃花水龍對(duì)受損水體中氮磷具有良好的凈化效果[11]。本研究過程中黃花水龍并未顯著降低TN含量。之前的研究表明夏季黃花水龍對(duì)TN去除率約為60%，分別是水葫蘆、水花生和未種植植物對(duì)照組的2.6、2.9和3.8倍；對(duì)TP去除率約為25%，分別是水葫蘆、水花生和未種植植物對(duì)照組的0.7、1.9和5倍，對(duì)磷素的去除效果不如氮素；但冬季對(duì)兩者去除率分別降為23%和20%，并顯著降低NH3-N和NO3--N含量[11]，提示溫度可能影響黃花水龍對(duì)氮磷的去除效果。有研究表明，黃花水龍對(duì)水體TN去除率為44%～82.4%，TP去除率為31.4%～84.1%，COD去除率為56.63%～72%，Chl.a的降低率為19.1%～ 72.9%，總體上氮、磷的去除貢獻(xiàn)較小[13]。還有研究表明，黃花水龍對(duì)TN、TP的去除率分別為10.2%～19.6%和23.4%～41.6%，而同期對(duì)照河段僅為0.1%～1.6%和3.7%～5.6%[11]。本研究也證實(shí)了這一點(diǎn)，對(duì)TN和TP去除效果不佳可能與溫度有關(guān)。本研究中Chl.a、NH3-N、NO2--N具有較好的水質(zhì)凈化效果，這與之前的結(jié)果一致[10，13]，且對(duì)NO2--N平均去除率達(dá)55.5%，這可能與黃花水龍根系發(fā)達(dá)造成泌氧微環(huán)境提高反硝化作用有關(guān)[14]。

本研究中黃花水龍還造成了部分水質(zhì)數(shù)據(jù)的升高，如第2周葉綠色a和第5周NH3-N顯著升高，這可能與中草藥通過絮凝降低Chl.a含量、根系微生物降解NH3-N相關(guān)[15]。大量研究采用水-草共生的浮床模式用于河道、市政等污水或尾水處理工藝的示范推廣[8-11]。有研究表明，黃花水龍+組合填料對(duì)TN、TP和CODMn最大去除負(fù)荷分別為18.17、84.38和1050.18 mg/（d·m2）。在示范推廣過程中，除通過組合填料[16]強(qiáng)化外，還可采用底部增氧[17]，外源添加微生物（如EM菌）[18]、沼澤紅假單胞菌[19]的方式提升水質(zhì)凈化效果。此外，還能通過輪作[20]、集成技術(shù)[21]達(dá)到強(qiáng)化效果。

本研究將原本用于市政污水處理的陸生中草藥植物移栽至池塘水面種植，一方面能起到削減水體污染物的效果，還可能通過釋放化感物質(zhì)抑制藻類的生長(zhǎng)。筆者前期研究表明，浮床種植魚腥草能顯著提高羅非魚的總產(chǎn)量、成活率[6]，并能顯著降低水中細(xì)菌數(shù)量[22]，并能持續(xù)提高其免疫和抗病能力[23-24]。另有報(bào)道，黃花水龍種植能提高黃顙魚夏花成活率54%以上[10]。同時(shí)作為中草藥，水龍克藻作用的引種量效為1.0～4.0 kg/m3[10]，并能抑制銅綠微囊藻生長(zhǎng)[25]。目前筆者的研究表明，黃花水龍應(yīng)用過程中釋放出來的山萘酚、木犀草素、熊果酸等化感物質(zhì)對(duì)銅綠微囊藻和魚腥藻的抑制率最高分別為42%和75%，但對(duì)裸藻的最大抑制率不超過20%，但其抑制作用機(jī)理仍需要進(jìn)一步研究。

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