生物浮床对黄颡鱼养殖塘浮游植物多样性与水质的影响

赵学倩， 秦秀东， 程光平*， 高胜男， 李恩军， 张 曼， 李文红， 崔 亮

(1.广西大学 动物科学技术学院/广西高校水生生物健康养殖与营养调控重点实验室， 广西 南宁 530005； 2.桂林市第二水产养殖场， 广西 桂林 541000)

黄颡鱼(Pelteobagrusfulvidraco)是我国池塘养殖的重要经济鱼类之一，因其肉质细嫩、味道鲜美，深受城乡居民的喜爱。近年来，随着黄颡鱼养殖规模的扩大，以及养殖密度、饲料输入量和鱼类排泄物的增加，养殖水体富营养化压力加大，水质调控难度增加，水华及养殖对象病害频发，养殖尾水处理面临诸多问题[1]。浮游植物对水环境变化敏感，是水域生态系统的初级生产者、水生动物的饵料生物、水环境的重要指示物，以及物质循环和能量流动的重要水生生物群落[2-4]；其群落结构与水生态环境因子尤其是理化因子关系密切，能较好地反映所处水体水质优劣，指示水体污染状况[5]，在环境监测和水质评价中占重要地位[6-8]。同时，浮游植物物种组成与物种丰富度能反映群落中物种的多样性[9]，是评价水体富营养化程度和测定物种多样性的一项指标[10]。张芳等[11-12]以水生植物对水体中氮磷等元素的吸收利用为基础，对水体中的理化因子及浮游植物多样性进行监测分析。目前，如何有效评价和调控黄颡鱼养殖池塘水质已成为急需解决的问题[13]。鉴于此，定期监测分析水葫芦和水花生2种生物浮床黄颡鱼养殖塘的浮游植物群落的动态变化，采用模糊综合评价方法研究2种生物浮床养殖塘浮游植物丰富度、多样性指数、优势度及均匀度指数等与养殖水环境因子的关系，旨在探明黄颡鱼养殖塘水质的生态调控模式，为鱼类养殖水环境的高效集成调控提供参考。

1 材料与方法

1.1 供试材料

1.1.1 黄颡鱼养殖池塘水体取自广西桂林市某水产养殖场的No.4和No.5养殖池塘。

1.1.2 生物浮床由床体和生物基质构成。床体由框架和护网组成(框架为用直径5 cm的白色PVC塑料管制成的矩形浮框，护网用网目2 cm的无结节网片和纲绳制成)，浮床生物基质用水葫芦和水花生。

1.2 试验方法

1.2.1 试验设计 试验时间为2017年5月21日至11月14日。先将床体用竹桩固定于离塘堤约10 m的区域，然后装设与浮框面积相当的护网，No.4塘设水葫芦浮床，No.5塘设水花生浮床，浮床面积均为700 m2。各池塘水面积均为11 340 m2，平均水深约1.8 m，淤泥厚度约50 cm。主养全雄黄颡鱼。试验期间No.4和No.5塘的配合饲料输入量分别为14.2 t和17.0 t。

1.2.2 水样采集采样点为非投饲区，距生物浮床约20 m。各塘放养黄颡鱼种2 d后参照文献[14-16]的方法开始采集水样并进行样品处理，首次采样后每隔30 d左右采样1次，先后共采集监测水样6次。

1.2.3 测定项目参照文献[14-16]的方法进行相关项目测定，包括：浮游植物密度、生物量和种类组成(鉴定到属)，总磷(TP)、总氮(TN)、化学需氧量(CODMN)、5 d生化需氧量(BOD5)、亚硝酸盐氮(NO2-N)、氨氮(NH3-N)、溶解氧(DO)、pH、温度(WT)和透明度(SD)。

1.2.4 浮游植物的多样性分析参照文献[17-19]的方法计算浮游植物类群的优势度(Y)，用Margalef种类丰富度指数(D)、Shannon-Wiener多样性指数(H)和Pielou均匀度指数(J)表示浮游植物多样性，用模糊综合法[20-24]评价水质。其中，Y≥0.02为优势种群[17]；D>3时水体质量为轻度污染，1≤D≤3时为中度污染，03时水体质量为轻度污染，1≤H≤3时为中度污染，0

Y=(Ni/N)×fi

D=(S-1)/lnN

J=H/lnS

式中，Ni为第i个种群的个数，N为同一样品中所有种群的总个数，fi为第i种群的出现频率，S为样品中浮游植物种群类别总数，Pi为采样的浮游生物群落中属于种i的个体占全部个体的比例。

1.2.5 水质模糊综合评价根据模糊数学理论选择DO、NH3-N、NO2-N、TP、BOD5、CODMN、SD和TN等8项对水质影响较大的理化因子作为构建模糊综合评价模型的评价指标(n=8)[20-24]，对各池塘水体健康状况进行模糊综合评价，具体步骤如下：

1) 降半梯形分布图法计算隶属度函数；

2) 建立模糊关系矩阵；

3) 计算评价因子权重；

4) 模糊综合评价。

2 结果与分析

2.1 浮游植物的多样性

2.1.1 种群组成从表1可知，No.4塘检出浮游植物6门33属，优势种群为绿藻门和蓝藻门，分别占该塘总属数的48.48%和21.21%；No.5塘检出浮游植物5门30属，优势门为绿藻门和硅藻门，分别占该塘总属数的46.67%和26.67%。绿藻是滤食性鱼类的重要饵料生物；硅藻对污染物反应灵敏，能较好地指示水体的营养状况，硅藻属丰度指数越高说明水体受污染程度越轻，反之则水体受污染程度越重，水质越差[25]。No.4和No.5塘均以绿藻门的种群丰度最大，而No.5塘的硅藻丰度比No.4塘高46.69%，表明，水花生浮床更有利于硅藻生长，也有利于养殖水环境的调控。

表1不同养殖塘浮游植物的种群组成

Table 1 Population composition of phytoplankton in different pond

类别 CategoryNo.4塘 Pond 4属数/属占比/%No.5塘 Pond 5属数/属占比/% 蓝藻门 Cyanophyta721.21620.00绿藻门 Chlorophyta1648.481446.67硅藻门 Bacillariophyta618.18826.67甲藻门 Pyrrophyta13.03--黄藻门 Xanthophyta13.0313.33裸藻门 Euglenophyta26.0713.33合计 Total33100.0030100.00

注：表中数据为6次测定的总频数；—表示未发现(下同)。

Note:Data in the table are total frequencies measured for six times; - indicates not detected. The same below.

2.1.2 浮游植物种群丰度及其动态变化从表2和图1可知No.4塘和No.5塘浮游植物种群丰度的动态变化。2塘的优势种群均为蓝藻门、绿藻门和硅藻门，其优势度Y均≥0.02。其中，No.4塘各优势种群的优势度依次为0.464、0.456和0.034，最大优势种群为蓝藻门，种群数量为(6.8～69.4)×104个/L，峰值期出现在8月，季节性波动较大；No.5塘各优势种群的优势度依次为0.410、0.459和0.121，最大优势种群为绿藻门，种群数量为(19.4～48.6)×104个/L，峰值期亦出现在8月，季节性波动相对较小。No.4塘绿藻门的种群生物量最大，平均为0.128 9 mg/L，季节性波动相对较小，为0.079 3～0.159 8 mg/L；丰值期出现在9月，在季节变化上养殖前期和中期较低，中后期较高，该变化与饲料输入量及其“残饵”增加，以及养殖鱼类排泄物的作用有一定关系。No.5塘硅藻门的种群生物量最大，平均为0.264 9 mg/L，季节性波动相对较大，为0.117 4～0.544 2 mg/L；丰值期出现在5月，在季节变化上养殖前期较高，中后期有所下降，主要与黄颡鱼的生长及其对硅藻的摄食利用有关。

表2 不同养殖塘各门浮游植物的密度、比例及优势度

图1No.4塘和No.5塘生物量的动态变化

Fig.1 Biomass dynamic changes of ponds 4 and 5

2.1.3 浮游植物种群丰富度指数(D)、多样性指数(H)和均匀度指数(J)的动态变化从图2可知，No.4塘和No.5塘的D分别为0.87～1.46和0.94～1.33，二者的最大值均出现在8月，分别为1.46和1.33，No.4塘的季节性波动较大，而No.5塘的季节性波动较小。No.4塘浮游植物H为2.94～3.38，No.5塘浮游植物H为2.88～3.60，二者的最高值均出现在7月，分别为3.38和3.60。No.4塘和No.5塘的J分别为0.65～0.91和0.73～0.85，二者的最高值均出现在7月，分别为0.91和0.85，前者季节性波动较大，后者季节性波动较小。浮游植物多样性指数是判断水体营养状态的重要指标，指数值越大，浮游植物的群落结构越复杂，稳定性越高，水质越好。总体上，No.5塘浮游植物的D和H分别比No.4塘提高4.6%和2.9%，二者的J基本相当。表明，水花生浮床塘的水生环境较稳定，水质略优于水葫芦浮床塘。

图2No.4塘和No.5塘浮游植物丰富度指数(D)、多样性指数(H)和均匀度指数(J)的动态变化

2.2 水质评价

从表3看出，No.4塘8—10月的D为1.17～1.46(1

从表4看出，2个池塘各水质指标均存在差异，除化学需氧量、亚硝酸盐氮和透明度外，其余指标均以No.5塘高。t检验结果表明，各因子的P值为0.140～0.900，均>0.05。说明，2个养殖塘各主要水质指标间无显著差异。从表5看出，No.4塘对应水质等级Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ和Ⅴ的隶属度分别为0.32、0.36、0.28、0.01和0.04，No.5塘的隶属度分别为0.28、0.37、0.29、0.01和0.05。根据最大隶属度原则，2个养殖塘水质等级评价结果均为Ⅱ类水，水质类别无差异。

表3 各塘基于浮游植物多样性指数的水质评价

表4 2种生物浮床养殖塘不同时期水质指标的监测值

表5 2种生物浮床养殖塘水质指标的综合评价

注：表中的水化因子为6次测定值的平均值。Ci为各评价因子实测值，Si为依据《地下水质量标准》(GB/T14848-93)确定的第i评价因子的类别标准的平均值，wi为各评价因子的权重值。

Note: The hydration factor in the table is the average of six measurements.Ciis the measured value of each evaluation factor,Siis the average value of the category standard of evaluation factor i determined according toGroundwaterQualityStandard(GB/T14848-93), andwiis the weight value of each evaluation factor.

3 结论与讨论

浮游植物优势种的种类在未受污染的水体中表现出多样性，丰度也较高，且以硅藻为主；而受污染水体中的浮游植物种类和丰度均明显减少，硅藻不占优势[26]。研究结果表明，No.5塘浮游植物组成中硅藻占26.67%，比No.4塘高46.7%；No.5塘硅藻的种群数量为8.43×104个/L，比No.4塘高68.6%；No.4塘和No.5塘浮游植物丰富度指数分别为0.87～1.46和0.94～1.33，No.5塘比No.4塘高4.6%。此外，从浮游植物组成及硅藻丰度看，No.5塘水质总体优于No.4塘，与胡方凡等[27]的研究结果相似。

不同营养状态的水体生物种类存在差异，贫营养型水体浮游植物以金藻和黄藻类为主，中营养型水体常以甲藻、隐藻和硅藻类占优势，富营养型水体则常以绿藻和蓝藻类占优势[27]。该研究表明，2试验塘的浮游植物优势种群均为蓝藻门、绿藻门和硅藻门，基于藻类优势种的判断，均属富营养型水体。从优势种群的丰度看，No.5塘硅藻的生物量为0.264 9 mg/L，比No.4塘(0.083 7 mg/L)高216.4%，因此，从营养类型与浮游生物组成看，No.5塘水质优于No.4塘，与金相灿等[28]的研究结果相似。

藻类作为养殖塘水体中溶解氧最重要的来源，其数量和生物量的大小直接影响鱼类的生长，而浮床植物的遮光效应是生态浮床影响藻类的主要原因之一[29]。生物浮床能够显著降低水体中氮磷含量，净化水质[30]。戈贤平[31]研究认为，当生物浮床在养殖池塘水面覆盖率为7.5%时，可使水体透明度增高，氨氮和亚硝酸盐氮含量降低，养殖产量可提高20%，并能提高鱼肉品质。牛英豪等[32]研究证明，空心菜+水芹菜浮床对中华鳖养殖的总氮去除率为76.53%，对氨氮的去除率为87.40%，对NO2-N的去除率为37.29%。该研究结果表明，2种生物浮床塘的水质类型总体上无类型差异，但根据Shannon-Wiener多样性指数评价标准分析，No.5塘出现1次中度污染，而No.4塘出现2次中度污染，表明，基于浮游植物多样性指数的水质评价，No.5塘水质优于No.4塘。因此，当以水花生或水葫芦调控黄颡鱼养殖塘水质时，宜首选水花生浮床。

该研究仅选取2种生物浮床试验，缺平行试验，故评价结果存在一定局限性，更精准的生物浮床调控养殖水体水质的集成技术还有待进一步研究和验证。