水葫芦对加州鲈池塘水质及底泥净化作用研究

李 姣，梁旭方，方 刘，孙龙芳，程小燕，余德光，谢 骏，白俊杰

（1.华中农业大学水产学院/华中农业大学鳜鱼研究中心，湖北 武汉 430070；2.淡水水产健康养殖湖北省协同创新中心/农业部淡水生物繁育重点实验室，湖北 武汉 430070；3.中国水产科学研究院珠江水产研究所/农业部热带亚热带水产资源利用与养殖重点实验室，广东 广州 510380）

传统的水产养殖为了追求经济效益，过度使用养殖水体，导致水质恶化，严重影响了我国水产养殖业的绿色健康发展。因此，改善养殖水环境，构建环境友好型高效养殖模式的相关研究已成为水产养殖研究领域热点。水葫芦（Eichhornia crassipes）属单子叶多年生植物，雨久花科凤眼兰属［1］，其繁殖速度快，是良好的饲料和有机肥源。20世纪30年代水葫芦由南美引入我国，广泛放养于我国南部地区，后逸为野生，因过度繁殖，泛滥成灾，影响了生态并造成了经济损失［2］。近年来研究发现水葫芦具有改良水质的功效［2-5］，因此，适量栽种水葫芦成为水产养殖池塘水质修复的潜在途径。

加州鲈（Micropterus salmoides）又名大口黑鲈，属鲈形目、太阳鱼科、黑鲈属，其肉鲜味美，是一种名贵的肉食性鱼类。加州鲈具有适温较广、抗病力强、生长迅速、容易起捕等优点［6］，是广东省重要的淡水养殖品种之一，年产量可达10万t［7］。广东地区加州鲈养殖采用高密度养殖土池模式，水体负荷重，导致养殖环境被破坏，水质恶化，进而引发养殖病害，严重影响该产业的可持续发展。目前，关于构建加州鲈高效健康养殖模式的相关研究已有报道［8-9］，但关于水生植物对加州鲈高密度养殖池塘的净水研究较少。本研究模拟构建加州鲈养殖池，采用水葫芦作用于高密度加州鲈养殖池，通过检测池塘水质、底泥及浮游生物群落组成的变化，观察水葫芦对加州鲈高密度养殖池的影响，探索水葫芦在加州鲈养殖实际生产中的池塘净化作用。

1 材料与方法

1.1 水葫芦施放及加州鲈养殖管理

试验池位于广东省佛山市三水白金水产种苗有限公司养殖基地（23°8.542′N，112°50.758′E），选择6个相邻的室外混凝土池（2 m×2 m×1.2 m），容积为4.8×103L。养殖水、底泥及水葫芦来自加州鲈养殖塘。

每个池加入4×103L加州鲈养殖塘水，水深1 m。于加州鲈养殖塘中取底泥覆盖在6个混凝土池底部，每个池底泥覆盖高度为15 cm，模拟传统加州鲈养殖塘。分别投放规格为50～80 g加州鲈，养殖密度为每667 m26667尾，试验期间加州鲈存活率为100%。将6个混凝土池分为2组，水葫芦冲洗后转移进试验组养殖池，转移密度为10株/m2，使之占池塘面积20%［10］，对照池不做任何处理。

试验组和对照组均投喂等量冰鲜鱼，每天投喂 3次（8：00、12：00和 17：00），两组的加州鲈养殖管理措施均相同。试验期间每天记录天气情况和降雨情况，投放水葫芦前取样1次，投放后每天采样1次，采样时间为上午8：00～10：00，试验持续 8 d。

1.2 指标测定

1.2.1 水质指标检测 试验所测水质指标包括pH值、NH4+-N、亚硝酸盐、总氮（TN）、总磷（TP）。用水样采集器（1 L）分别于试验池四角及中心采集水样，每池收集水样500 mL，采样深度为0.5～0.7 m。NH4+-N浓度测定采用纳氏试剂分光光度计法（GB7479-1987），亚硝酸盐浓度测定采用盐酸萘乙二胺分光光度计法（GB7493-1987），TN浓度测定采用碱性过硫酸钾紫外分光光度计法（GB/T 11894-1989），TP浓度测定采用钼酸铵分光光度计法（GB11893-1989），pH值采用pH计测定（Mettler Toledo，美国）。

1.2.2 底泥指标检测 试验所测底泥指标包括底泥有机物含量及底泥全磷含量。分别于试验池四角及中心采集底泥样品，每池收集底泥样品200 g，底泥样品自然风干捣碎，使用0.25 mm筛网过滤。底泥有机物含量测定采用重铬酸钾法［11］，底泥全磷测定采用钼酸铵分光光度计法（GB11893 - 1989）。

1.2.3 浮游动植物检测 用1 L采水器在池塘四周水深0.5 m处分别采集水样，混合后取样1 L，加入15 mL鲁戈氏剂固定，带回实验室沉淀48 h后虹吸上清液，余下样品定容为30 mL，用于定量样品的分析，浮游动植物密度的计算参照文献［12-13］。

试验数据采用SPSS 19.0进行统计分析，使用GraphPad Prism 5作图。

2 结果与分析

2.1 水葫芦处理对加州鲈养殖水体水质的影响

2.1.1 pH变化 试验期间，对照与水葫芦处理养殖水体的pH均呈先下降后上升趋势，均在投放第4天达到最低值；在投放水葫芦的第1～3 d，对照与水葫芦处理养殖水体的pH无明显差异，投放第4～8天，水葫芦处理养殖水体的pH均高于对照。可见，投放水葫芦能在一定程度上提高养殖水体pH（图1）。

图1 投放水葫芦后养殖水体pH值变化

2.1.2 NH4+-N浓度变化 试验期间加州鲈模拟池塘NH4+-N的浓度变化如图2所示，试验期间对照及水葫芦处理养殖水体的NH4+-N浓度均上升，但水葫芦处理的上升幅度较对照小。水葫芦处理养殖水体的NH4+-N浓度均低于对照，并在投放水葫芦第5天两组间差异最大，水葫芦的去除率达到最高，高于对照60.9%，表明投放水葫芦后，能有效降低加州鲈塘水体NH4+-N浓度，但高密度加州鲈养殖池塘水中NH4+-N含量增加速度快于去除速度。

图2 投放水葫芦后养殖水体NH4+-N浓度变化

2.1.3 亚硝酸盐浓度变化 试验期间加州鲈模拟池塘亚硝酸盐的浓度变化如图3所示，水葫芦处理与对照养殖水体的亚硝酸盐浓度均持续增加，且两组间无明显差异，表明水葫芦并不影响加州鲈塘水体亚硝酸盐浓度。

图3 投放水葫芦后养殖水体亚硝酸盐浓度变化

2.1.4 TN浓度变化 试验期间加州鲈模拟池塘TN的浓度变化如图4所示，水葫芦处理与对照养殖水体的TN浓度均持续增加，处理过程中水葫芦处理养殖水体的TN浓度均低于对照，但在处理第7天，两组TN含量相同。TN在释放后第1天，去除率最大，高于对照59%，表明试验前期，水葫芦可有效降低水体TN浓度。

图4 投放水葫芦后养殖水体TN浓度变化

图5 投放水葫芦后养殖水体TP浓度变化

2.1.5 TP浓度变化 试验期间加州鲈模拟池塘TP的浓度变化如图5所示，试验期间TP浓度变化幅度较大，水葫芦处理和对照养殖水体的TP浓度差异不大，变化趋势基本相同，仅在第3天试验养殖水体的TP含量下降44.9%，表明水葫芦对模拟加州鲈塘水体中TP浓度影响不大。

2.2 水葫芦处理对加州鲈养殖塘底泥的影响

2.2.1 有机物含量变化 水葫芦处理第1天，试验塘底泥有机物含量比对照明显减少，水葫芦处理第6天，试验塘底泥有机物含量与对照一致，并在试验后期，有机物含量高于对照。试验期间，底泥有机物含量趋势变化不大。表明水葫芦投放前期，可有效降低底泥有机物含量，最大去除率达65.6%（图6）。

图6 投放水葫芦后试验塘底泥有机物含量变化

2.2.2 全磷含量变化 试验期间加州鲈模拟池塘底泥全磷的浓度变化如图7所示，水葫芦处理与对照养殖水体的底泥全磷含量均先上升后下降，且水葫芦处理养殖水体的底泥全磷含量均低于对照，最大去除率达46.9%。表明投放水葫芦可有效降低加州鲈塘底泥全磷含量。

2.3 水葫芦处理对加州鲈养殖水体浮游生物总量的影响

图7 投放水葫芦后试验塘底泥全磷含量变化

试验期间加州鲈模拟池塘浮游生物的总量变化如图8所示，水葫芦处理与对照养殖水体的浮游生物总量大体一致，仅在第2、第8天低于对照。试验期间，两组的浮游生物组成总体差异不大，裸藻门、甲藻门受水葫芦影响不大。水葫芦处理养殖水体的绿藻门、硅藻门浮游藻类均低于对照。试验前期，水葫芦处理组蓝藻门、绿藻门、硅藻门、黄藻门、原生动物含量下降；试验后期，蓝藻门、黄藻门、原生动物含量逐渐与对照无差异（表1）。

图8 投放水葫芦后试验塘水体浮游生物总量变化

3 结论与讨论

3.1 水葫芦处理对加州鲈养殖水体水质的影响

加州鲈适宜在中性偏碱的水中养殖，最适pH范围为7.5～8.5［14-15］。本试验过程中的pH范围为7.5～8.0，适宜加州鲈生长。有研究表明，水葫芦大量繁殖后会降低水体pH［2］，而本试验中水葫芦处理养殖水体的pH与对照无明显差异，且在第4天后，略高于对照，说明本试验水葫芦转移密度并不影响养殖水体的pH。

水葫芦是普遍存在的一类具有改良水质能力的水生植物［2-5］，对水体中的氮、磷具有明显的去除作用［3］，还可依靠根茎上的微生物加速氨态氮向亚硝酸态氮和硝酸态氮转化，便于水生植物的吸收与利用［4］。徐在宽［5］利用水葫芦进行水质改良试验，发现每千克水葫芦可有效吸收氨氮47.9 mg/d；张迪等［16］利用水葫芦净化黄颡鱼养殖水体水质，结果显示总氮最大去除率为53%，氨氮最大去除率为76%；张志勇等［2］通过探索水葫芦对模拟4种不同程度富营养化水体水质的净化作用，发现水葫芦可有效降低总氮及氨氮含量。本试验通过在模拟加州鲈塘中施放水葫芦也得到了类似结果，水体中氨氮和总氮均降低，氨氮在施放后第5天，去除率最大，高于对照60.9%；总氮在释放后第1天，去除率最大，高于对照59%。这是由于植物水中氮、磷都是植物组织构成的主要元素，植物通过根茎叶从水体中获取营养，用以合成有机生物成分。但该试剂对亚硝酸盐降解效果不及氨氮明显，可能由于池塘中某些因子的变化，从而影响了水葫芦对亚硝酸盐的降解效果。

已有研究表明，水葫芦具有显著的去磷能力［2，5，16］。本试验中水葫芦对水中磷的降解效果不明显，可能由于残饵和鱼代谢物等在水中不断分解，由浮力作用漂浮于上水层，因而会在不同时期给不同水层的水质带来影响。

表1 对照和水葫芦处理养殖水体浮游生物含量（103个/L）

3.2 水葫芦处理对加州鲈养殖塘底泥的影响

池塘底质对养殖水体有很大的影响。底泥对水质影响很大，底泥的pH直接影响水体的pH，底泥中有机物及无机盐含量对水体的溶氧量、肥瘦情况都有直接影响［17］。底泥中的有机质在分解过程中不断消耗水体中的溶氧量［18］，底泥中的腐殖质不但能向水中提供营养物质，而且与土壤中的矿物胶粒一起对水中的无机物特别是一些营养盐类产生吸附作用，对池塘施肥有重要影响［19］。水生植物是池塘生态系统的重要组成，在净化水质和保护底质、疾病预防和提高水产养殖效益方面有重要作用［20］。目前关于水葫芦净化水体底质的研究未见报道，本试验中水葫芦可有效降解底泥中的有机物含量，最大去除率达65.6%，一方面保障了水质清新，增加水体溶氧量；另一方面可能造成底泥环境的不稳定，导致水质过瘦。

水葫芦具有显著的去磷能力，多数研究聚焦于水体中磷的去除［2，5，16］，关于水葫芦去除底泥全磷的研究较少［21］。本试验中，水葫芦对底泥中全磷的去除作用显著，最大去除率达46.9%，说明水葫芦根系可作为生物膜吸收剂去除水中的营养物质，且底泥与水体之间N、P达到动态平衡。

3.3 水葫芦处理对加州鲈养殖水体浮游动植物的影响

浮游植物是水生态系统的初级生产者，可以决定水体生产性能，与水产养殖密切相关［22］。一个良好的养殖水体，浮游生物量较大，蓝藻数目较少，藻类细胞未老化，水体透明度好［23］。浮游生物量减少、蓝藻等难消化藻类增多、细胞老化，说明养殖水体较差。于津［24］通过在乌鳢池中施放水生植物，发现水生植物对浮游生物总量影响不大。本试验水葫芦对浮游生物总量的影响与上述结果一致。对照的浮游生物量在第2、第8天显著增加，而水葫芦处理养殖水体的维持原水平，可能由于气候变化引起水环境动荡，水葫芦的施放增加了水体稳定性。试验塘浮游生物优势种为绿藻、蓝藻、黄藻，水葫芦处理后，显著降低了绿藻、蓝藻的含量，说明这些水生植物的培植对控制藻类结构具有一定作用。

水葫芦作为一种水生植物，具有良好的改善水质作用，利于加州鲈的健康养殖。夏季高温季节，加州鲈易发病，在池塘中施放一定量的水葫芦，可在一定程度上改善养殖池塘水质。加州鲈从鱼种养殖到商品鱼历时5～6个月，而水葫芦繁殖力非常强，平均8～10 d就可增长1倍，而过量的水葫芦将遮挡阳光，使水下植物因光照不足而死亡，从而使水下动物食物链遭到破坏［1］。因此水葫芦处理加州鲈池塘过程中要控制水葫芦的面积，及时清理多余的水葫芦。科学利用水葫芦可以将之变废为宝，改善养殖水环境，构建环境友好型高效养殖模式。

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