蝦貝循環(huán)水養(yǎng)殖池塘葉綠素a 與水質(zhì)指標(biāo)的關(guān)系

張志東，陳愛華，吳楊平，張雨，曹奕，陳素華，田鎮(zhèn)，李秋潔

（江蘇省海洋水產(chǎn)研究所，江蘇 南通 226007）

蝦貝循環(huán)水養(yǎng)殖，是指通過對(duì)蝦養(yǎng)殖池與貝類養(yǎng)殖池串聯(lián)，蝦池高濃度“肥水”經(jīng)過貝類養(yǎng)殖池過濾重新回到蝦池的一種養(yǎng)殖模式。該模式可充分提高水體藻類利用率，降低藍(lán)藻水華和提高池塘養(yǎng)殖產(chǎn)量。蝦貝循環(huán)水養(yǎng)殖歷經(jīng)多年發(fā)展，搭配品種日益增多，如浙江地區(qū)“南美白對(duì)蝦（）+貝”和江蘇響水地區(qū)“日本對(duì)蝦（）+文蛤（）”的循環(huán)水養(yǎng)殖模式，均取得良好的經(jīng)濟(jì)與生態(tài)效益。文蛤和脊尾白蝦（）是江蘇南通的水產(chǎn)養(yǎng)殖特色品種，探索文蛤與脊尾白蝦生態(tài)健康養(yǎng)殖模式，對(duì)二者傳統(tǒng)的養(yǎng)殖產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)、共建綠色高效的模式具有積極意義。

在蝦貝循環(huán)水養(yǎng)殖過程中，蝦池和貝池是兩個(gè)相對(duì)獨(dú)立的單元。蝦池中由于投喂飼料，養(yǎng)殖水體中氮磷營(yíng)養(yǎng)素逐漸增多，成為影響水體中藻類數(shù)量的首要因素，而藻類通過光合作用與各水質(zhì)指標(biāo)相互作用和依存，因此，藻類數(shù)量及組成是衡量水體是否呈富營(yíng)養(yǎng)化的重要指標(biāo)。而且藻類是貝類的主要食物來源，對(duì)藻類數(shù)量的監(jiān)測(cè)也尤為重要。葉綠素a（Chl.a）廣泛存在于各種藻類當(dāng)中，在生態(tài)學(xué)研究中，常被作為藻類豐度的重要指標(biāo)，用以探討藻類與其他水質(zhì)指標(biāo)之間的關(guān)系。而在水質(zhì)監(jiān)測(cè)中數(shù)據(jù)量繁多，檢測(cè)程序復(fù)雜，因此需要找出影響藻類生長(zhǎng)的主要因素，并建立多元函數(shù)方程，這對(duì)簡(jiǎn)化實(shí)際生產(chǎn)中水質(zhì)監(jiān)測(cè)的復(fù)雜工作具有重要意義?，F(xiàn)通過相關(guān)分析、通徑分析和主成分分析等方法，對(duì)蝦貝多元養(yǎng)殖池塘內(nèi)7 個(gè)水質(zhì)指標(biāo)進(jìn)行綜合分析，以期獲得Chl.a 的目標(biāo)函數(shù)，從而為實(shí)現(xiàn)水質(zhì)監(jiān)測(cè)工作高效運(yùn)行、蝦貝生態(tài)健康養(yǎng)殖提供一定的科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 蝦貝循環(huán)水養(yǎng)殖

試驗(yàn)于2020年4月至2020年12月，在啟東某養(yǎng)殖農(nóng)場(chǎng)內(nèi)4 組蝦貝循環(huán)水池塘中進(jìn)行，每個(gè)蝦池面積均為3335 m，貝池均為6667 m。2020年4月1日投放種蝦，放養(yǎng)密度約為每667 m1200 尾。參照吳楊平等的試驗(yàn)方法，在養(yǎng)殖池兩端均設(shè)有進(jìn)排水閘各1 座，每個(gè)池的排水口低于進(jìn)水口，且底部用水泥澆筑成傾斜狀；同時(shí)，各池間單側(cè)串聯(lián)，一側(cè)配備1 臺(tái)浮泵，便于從蝦池調(diào)水至文蛤池；另一側(cè)造成水位落差，便于文蛤池凈化后的水溢流入蝦池。

1.2 水質(zhì)檢測(cè)

貝池中由于貝類強(qiáng)大的濾食作用，對(duì)水體中藻類數(shù)量及組成有很大影響，在做模型時(shí)要充分考慮貝類的攝食率；而蝦池則無須考慮，蝦池中的藻類數(shù)量主要受氮磷營(yíng)養(yǎng)素的影響。因此，該研究只對(duì)蝦池做出模型預(yù)測(cè)。每月定期采集蝦池水樣2 次，用質(zhì)量分?jǐn)?shù)為4%的甲醛溶液固定，運(yùn)回實(shí)驗(yàn)室，于4 ℃冰箱保存，用于水質(zhì)指標(biāo)測(cè)定。主要檢測(cè)的指標(biāo)有Chl.a（Y）、pH 值（X）、銨態(tài)氮（NH-N）（X）、亞硝酸鹽氮（NO-N）（X）、硝酸鹽氮（NO-N）（X）、無機(jī)氮（X）、無機(jī)磷（X）及化學(xué)需氧量（COD）（X）。其中，Chl.a 采用丙酮萃取法測(cè)定；pH 值采用pH 計(jì)（上海雷磁）測(cè)定；NH-N 采用次溴酸鹽氧化法測(cè)定；NO-N 采用磺胺-鹽酸萘乙二胺法測(cè)定；NO-N 采用鋅鎘還原法測(cè)定；無機(jī)磷采用鉬藍(lán)分光光度法測(cè)定；COD 采用高錳酸鉀氧化法測(cè)定；無機(jī)氮含量計(jì)算公式如下：

式中：C為水體無機(jī)氮質(zhì)量濃度，mg/L；C、C及C分別為水體NH-N、NO-N、NO-N 質(zhì)量濃度，mg/L。

1.3 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)

試驗(yàn)數(shù)據(jù)首先通過Excel 2016 整理，然后用SPSS 19.0 軟件對(duì)其進(jìn)行描述性統(tǒng)計(jì)，采用相關(guān)性分析、通徑分析、主成分分析和單因素方差分析（One-Way ANOVA）。P<0.05 為差異具統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，P<0.01 差異極具統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

2 結(jié)果與分析

2.1 水質(zhì)指標(biāo)描述性統(tǒng)計(jì)

水質(zhì)指標(biāo)描述性統(tǒng)計(jì)結(jié)果見表1。由表1 可見，pH 值和COD 變異系數(shù)較小，pH 值和COD 分別穩(wěn)定在8.049 和7.222 mg/L，適宜日本對(duì)蝦的生長(zhǎng)。其余變異系數(shù)均處于較高水平，說明這幾個(gè)變量的離散程度很大?？赡苁请S著養(yǎng)殖時(shí)間的延長(zhǎng)及飼料的投喂，導(dǎo)致這些指標(biāo)明顯升高。

表1 水質(zhì)指標(biāo)描述性統(tǒng)計(jì)結(jié)果

2.2 水質(zhì)指標(biāo)之間相關(guān)性分析

各水質(zhì)指標(biāo)間的線性相關(guān)性見表2。由表2 可見，3 種形式氮（NH-N、NO-N 及NO-N）之間相關(guān)性極顯著（P＜0.01）。另外，NH-N（X）和無機(jī)磷（X）與Chl.a（Y）之間達(dá)到極顯著相關(guān)（P＜0.01），無機(jī)氮（X）與Chl.a（Y）之間達(dá)到顯著相關(guān)（P＜0.05），其中7 個(gè)水質(zhì)指標(biāo)與Chl.a（Y）相關(guān)程度依次為：X>X>X>X>X>X>X（表1）。

表2 各水質(zhì)指標(biāo)間的線性相關(guān)①

2.3 通徑分析

表3 水質(zhì)指標(biāo)對(duì)Chl.a 的通徑系數(shù)

表4 水質(zhì)指標(biāo)偏回歸系數(shù)和回歸常數(shù)①

續(xù)表

2.4 主成分分析

對(duì)蝦貝循環(huán)水養(yǎng)殖池內(nèi)水化指標(biāo)進(jìn)行主成分分析，結(jié)果見表5。由表5 可見，按照特征值大于1的原則，共獲得3 個(gè)主成分，其方差貢獻(xiàn)率分別為41.149%，23.236%和13.925%，累積貢獻(xiàn)率達(dá)78.31%。因此，這3 個(gè)主成分可包含原來8 個(gè)成分的絕大部分信息量。成分矩陣見表6。由表6 可見，第1 主成分（）的貢獻(xiàn)率主要取決于無機(jī)氮、NH-N 及NO-N；第2 主成分（）的貢獻(xiàn)率主要取決于無機(jī)磷和Chl.a；第3 主成分（）的貢獻(xiàn)率主要取決于COD。

表5 總方差解釋

表6 成分矩陣

3 討論

Chl.a 廣泛存在于各種藻類中，是水體藻類數(shù)量的集中反映，而氮和磷是藻類生長(zhǎng)必需的營(yíng)養(yǎng)素。有研究顯示，磷源作為唯一主導(dǎo)因子影響藻類生長(zhǎng)的水體占80%，氮源為主導(dǎo)因子的占11%，其余9%的水體為氮和磷共同起作用。本研究結(jié)果顯示，水體中Chl.a 含量與NH-N（）及無機(jī)磷（）指標(biāo)達(dá)到極顯著相關(guān)（＜0.01），與無機(jī)氮（）達(dá)到顯著相關(guān)（＜0.05）。通徑分析結(jié)果表明，NH-N（）和無機(jī)磷（）對(duì)Chl.a 直接影響作用最大（通徑系數(shù)分別為=0.893 和=0.832）。說明水體中Chl.a含量與氮磷元素相互作用和依存，間接說明藻類生長(zhǎng)與水體中NH-N 和無機(jī)磷關(guān)系密切。Mccarthy 等研究發(fā)現(xiàn)，水體中藻類利用各種形式氮的優(yōu)先順序?yàn)镹H-N、NO-N、NO-N，其原因是同化NH-N過程需要的能量更少。竇勇等及王黎穎等分別在研究威氏海鏈藻（）及小球藻（）氮磷吸收情況時(shí)發(fā)現(xiàn)相似規(guī)律。蝦池實(shí)質(zhì)上是一個(gè)半封閉的生態(tài)系統(tǒng)，氮循環(huán)是該系統(tǒng)中能量循環(huán)的重要形式，這就可解釋該研究中3 種形式的氮（NH-N、NO-N及NO-N）之間相關(guān)性極顯著（＜0.01）。通徑分析和主成分分析結(jié)果表明，可將蝦池內(nèi)NH-N和無機(jī)磷作為預(yù)測(cè)Chl.a 含量的主要參數(shù)，通過多元回歸的方法，得出有關(guān)Chl.a 的方程為：=0.285+0.908+0.016。該方程=0.935，說明該模型擬合優(yōu)度很高，可用于分析和預(yù)測(cè)蝦貝多元養(yǎng)殖池內(nèi)Chl.a變化情況。