主养罗非鱼鱼菜共生池塘水质指标的变化规律和氮磷收支

高 攀，李晓东，翟旭亮，胡建勇*，张人铭，刘 晶，陈韩飞，热比古丽·沙吾提，林红喜

(1.新疆维吾尔自治区水产科学研究所，农业部西北地区渔业资源环境科学观测实验站，新疆 乌鲁木齐 830000；2.重庆市水产技术推广总站，重庆400020；3.乌鲁木齐百汇鱼生渔业科技有限公司，新疆 乌鲁木齐 830003)

水体环境是影响池塘养殖较为关键的因素之一。良好的水体环境可促进鱼类健康生长，降低养殖成本，其已成为推进水产养殖业绿色高质量发展的必然要求。近年来，一些养殖者片面采取高密度放养和高强度投喂的手段实现养殖利益最大化，使得单位水体的外源物投入量急剧增加，池塘水环境恶化程度加剧，这种生产模式不仅增加了池塘养殖风险，还对水产品质量安全产生了一定的威胁[1-3]。为改善池塘养殖水体环境，近些年兴起的基于共生原理的“鱼-水生植物”生态循环技术因其环境友好已被广泛应用，并已成为农业农村部2019年农业主推技术，而池塘鱼菜共生综合种养便属于该技术的重要组成部分[4]。

池塘鱼菜共生综合种养将水产养殖和蔬菜种植两种不同的农业技术，通过科学的生态设计，对池塘养殖水体进行原位处理和修复，是改善养殖水体环境实现节能减排的生态养殖新模式[5]。目前，池塘鱼菜共生技术研究主要围绕蔬菜品种、种植密度及池塘水质变化等开展相关研究[6]，不能从整体上反映养殖生态系统的运转情况及物质代谢过程。鉴于此，本试验通过结合氮磷物质转化与收支、排污系数研究水质变化，以期为池塘鱼菜共生养殖模式的建立及推广提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验地点

试验地点位于乌鲁木齐市米东区长山子镇，试验池塘和对照池塘各1口，均为标准化养殖池塘，池塘呈长方形(长×宽×深为100.0 m×50.0 m×1.8 m)，池塘面积0.5 hm2，池底淤泥10 cm左右。池塘具备独立进排水设施，周围无污染源。水源为地下深井水，水质符合GB 11607—1989《渔业水质标准》。池塘均在前一年度秋季养殖期结束后清塘消毒暴晒后备用。

1.2 试验鱼放养

鱼种投放时间为2017年5月18日，鱼种投放前用质量浓度1.5%生理盐水浸泡10 min，试验池塘和对照池塘鱼种投放数量和规格详见表1。

表1 池塘鱼种投喂规格及数量

养殖饲料选用含34.2%粗蛋白、4.4%粗脂肪、1.08%磷的罗非鱼专用配合饲料，试验池塘和对照池塘饲料均安装型号和功率相同的投饵机进行投喂，每天投喂 3次，每次 45 min左右，根据鱼体生长、摄食和天气情况，及时调整投食量。养殖期间选派专人进行日常投喂及管理，整个养殖期间不施用水质调节剂，不换水，每次采样后的第1天和第15 天分别补充因蒸发和渗漏损失的水，每次补水于3 d内完成；两个池塘均安装型号和功率相同的叶轮式增氧机，定时增氧。

1.3 浮床制作

选用ø 75 mm的PVC排水管制作浮床框架，浮床规格为360 cm×120 cm，聚乙烯网片分上下两层包裹浮床，其中上层疏网、网眼3.0 cm，下层密网、网眼0.8 cm。网片用塑料扎带绷紧，上下网片形成4～7 cm的间距。

1.4 蔬菜移植与采摘

6月12至15日，将在菜地育成的水蕹菜茎秆的长度剪为15 cm，使用扦插法将水蕹菜按10 cm株距插入浮床网片中。水蕹菜茎秆露出下层网片约3～4 cm。将移植好水蕹菜的浮床用绳子串联分8行排布于池塘下风处，每行12个，共计96个，浮床面积共计415 m2，占池塘养殖面积的8.3%。浮床每行可整体移动，便于蔬菜采摘。经过约20 d的生长，当水蕹菜长至30 cm时开始刈割，以后每间隔15～18天刈割一次，每次刈割时称重，做好日常记录。

1.5 水样采集与水质指标测定

分别于5月20日、6月9日、6月30日、7月21日、8月10日、8月30日、9月19日的12：00—13：00点于池塘四角采集水样，水样的采集、贮存、运输和处理具体参照 GB/T 12999—1991的要求；氨氮采用纳氏试剂比色法(GB 7479—1987)测定；亚硝酸盐氮采用萘乙二胺分光光度法(GB 7493—1987)测定；硝酸盐氮采用酚二磺酸分光光度法(GB 7480—1987)测定；总氮采用碱性过硫酸钾消解紫外分光光度法(GB 11894—1989)测定；总磷采用钼酸铵分光光度法(GB 11893—1989)测定。

1.6 生长性能和氮磷收支的测定

于9月19日池塘排水，次日对养殖鱼类进行拉网捕捞与分拣，记录池塘渔获物各品种的尾数和总重，计算池塘各品种的成活率(Survival rate，SR)、吃食性鱼类饲料系数、总饲料系数。鱼体和饲料的粗蛋白含量采用凯氏定氮法(GB/T 5009.5—2003)测定，磷含量采用分光光度法(GB/T 12393—1990)测定，按照物料衡算进行池塘氮磷收支的估算和养殖池塘氮磷产排污系数测算。

成活率(%)=Af/Ai×100

(1)

吃食性鱼类饲料系数=Fw/(Wa-Wb)

(2)

总饲料系数 FCR=Fw/(Wt-W0)

(3)

氮的利用率(%)=(Nt-N0)/Nf×100

(4)

磷的利用率(%)=(Pt-P0)/Pf×100

(5)

排污系数=S×H×(P2-P1)/(Wt-W0)

(6)

式中，Af为渔获物中各品种终末尾数；Ai为放养各品种初始尾数；Fw为投喂饲料重量(kg)；Wa为渔获物中罗非鱼、异育银鲫总重(kg)；Wb为放养罗非鱼、异育银鲫总重(kg)；Wt为渔获物总重(kg)；W0为放养鱼总重(kg)；Nt为收获物的氮总量(kg)；N0为投入品的氮总量(kg)；Nf为投喂饲料的氮总量(kg)；Pt为收获物的磷总量(kg)；P0为投入品的磷总量(kg)；Pf为投喂饲料的磷总量(kg)。S为池塘养殖面积(m2)；H为养殖水深(m)；P1、P2分别为池塘进、排水水中监测物的质量浓度(mg/L)。

1.7 数据处理

试验结果用平均数±标准差表示，采用SPSS 17.0 统计软件进行单因素方差分析，当处理之间差异显著(P<0.05)时，用Duncan检验进行多重比较分析。

2 结果

2.1 池塘水质指标的变化情况

池塘水体水质指标变化见图1。随着养殖时间的延长，对照池塘水体pH值呈显著上升趋势，于8月10日后维持在较高水平(8.75～8.78)；而试验池塘pH值前期略有上升后逐渐下降，于8月10日低于初始水平，此后一直维持在较低水平(8.07～8.16)；从7月21日起试验池塘pH值显著低于对照池塘(P<0.05)。两处理组水体总磷含量均呈先上升后下降趋势，其中对照池塘于8月30日达最大值(0.97 mg/L)后缓慢下降，试验组池塘前期略有上升后逐渐下降，于7月21日起低于初始水平(0.39 mg/L)。两处理组水体总氮含量均呈上升趋势(对照组0.57～3.42 mg/L，试验组0.54～2.70 mg/L)，但从7月21日起，试验池塘上升趋势趋缓，显著低于对照池塘(P<0.05)。两处理组池塘水体氨氮、亚硝酸盐氮含量均呈上升趋势，于8月10日后维持在较高水平(对照组氨氮0.07～0.62 mg/L，试验组氨氮0.06～0.56 mg/L；对照组亚硝酸盐氮0.01～0.13 mg/L，试验组亚硝酸盐氮0.01～0.10 mg/L)，试验组显著低于对照组(P<0.05)。对照池塘水体硝酸盐氮含量呈显著性上升(P<0.05)，于8月10日后维持在较高水平(0.34～0.37 mg/L)；试验组呈现先升后降趋势，于6月30日升至最高水平(0.20 mg/L)后下降，自7月21日开始与6月9日在同一水平。

注：表中标有不同小写字母表示同处理组不同时期差异显著(P<0.05)，大写字母表示同时期不同处理组差异显著(P<0.05)。

2.2 池塘氮磷收支

池塘氮磷收支估算见表2。在对照池塘中，吃食性、滤食性鱼类对投入饲料氮、磷的利用率分别为36.9%、24.8%和9.5%、6.4%，试验池塘中分别为37.8%、25.0%和9.9%、6.7%；试验池塘中水蕹菜对氮、磷的利用率分别占饲料总投入13.5%、6.4%。

表2 池塘氮、磷收支的估算

两处理组在整个养殖期间均不换水，仅于收获时排出池水，根据排水量和进、排水中污染物浓度的差值，计算单位养殖产量下总氮、总磷、氨氮、亚硝酸盐氮、硝酸盐氮排污系数(表3)，试验池塘分别较对照池塘下降17.6%、65.6%、25.0%、10.4%、62.4%。

表3 池塘养殖排污系数测算

2.3 生长性能

池塘养殖收获物规格和产量见表4。养殖周期为5月18日至9月20日，历时126 d，对照池塘与试验池塘的吃食性鱼类(罗非鱼、异育银鲫)饲料系数分别为1.45、1.41，总饲料系数分别为1.15、1.11，试验池塘略低于对照池塘。

表4 水蕹菜浮床栽培对鱼类收获规格及成活率的影响

续表4

3 讨论

3.1 鱼菜共生模式对池塘水质的影响

鱼菜共生作为当前极具发展前景的新型池塘水质调控及养殖尾水处理技术，已在鲫、鲈、鲟、泥鳅等鱼类养殖中进行了广泛研究与应用[7-9]。本研究发现随着养殖时间的延长，罗非鱼养殖池塘的水质指标相比养殖初期发生了较大变化，试验中对照池塘水体的pH、总氮、总磷、氨氮、亚硝酸盐氮、硝酸盐氮含量显著性上升后稳定在较高水平，这与刘辉等[10]、王淼等[11]、Danaher J J等[12]有关罗非鱼养殖的研究所获得的结果一致，因为水产养殖过程中高浓度的无机废物主要来源于鱼类排泄物的积累[6]；而本研究鱼菜共生池塘在养殖前期，由于未进行蔬菜种植，其水体中pH、总氮、总磷、氨氮、亚硝酸盐氮、硝酸盐氮同对照组一样，均有一定程度的积累，且与对照组差异不显著，但自6月中旬蔬菜种植后，水体中pH、总磷、硝酸盐氮于7月下旬起显著下降，水体中总氮、氨氮、亚硝酸盐氮含量则于7月下旬起上升趋势明显减缓，且含量与对照组差异显著，这说明种植水蕹菜能够明显改善养殖池塘水质。当前围绕鱼菜共生模式下不同蔬菜品种[13]、种植模式[14-15]对水质影响的研究均发现该技术能够明显改善养殖水质，但相互之间具有差异性。本研究发现水蕹菜对硝酸盐氮的利用效率显著高于氨氮、亚硝酸盐氮，而周晓红等[16]报道水蕹菜对氨氮的亲和力大于硝态氮，有优先吸收氨氮的趋势，这可能与养殖池塘水体环境和微生物组成有较大关系[17-18]。同时，水蕹菜对稳定水体pH值作用显著，试验池塘pH值从7月21日起显著低于对照池塘，8月10日后维持在较低水平，之所以这样是因为水蕹菜根系及其根系微生物的呼吸作用将水体中碳水化合物、脂肪、蛋白质等氧化，产生CO2溶于养殖水体，同时水蕹菜生长产生遮蔽，抑制池塘藻类生长，从而导致池塘pH值下降[18]。

3.2 鱼菜共生模式对池塘氮磷收支及排污系数的影响

池塘养殖尾水的达标排放是渔业发展的必经之路[19]，而氮、磷作为引起水体富营养化的关键因素，是养殖尾水达标排放的主要指标[20]。不同的池塘养殖系统因养殖模式对投入饲料中各物质的利用存在一定的差异，但鱼体对饲料中氮、磷利用率普遍较低，未被利用的富含氮、磷营养物质成为养殖水体富营养化的物质基础[21]，因此提高池塘养殖系统的氮、磷利用率可有效减少其对水体环境的影响。本试验中，对照组对饲料中投入的氮、磷有效利用率分别为46.5%、31.2%，高于罗非鱼精养池塘中氮、磷利用率18%～21%、16%～18%[22]，主要原因为本试验为套养模式，鲢、鳙、鲫可摄食水体中的浮游动植物、悬浮颗粒和残饵，提高了饲料的氮、磷利用率，这与钟全福[23]研究“罗非鱼-家鱼”混养模式下池塘氮磷利用率获得的结果相一致。鱼菜共生池塘和对照池塘以鱼体形式产出的氮、磷没有显著差异，但水蕹菜将氮、磷的利用率分别提高了13.5%和6.4%，有效提升养殖池塘氮、磷的利用效率，同时使养殖池塘养殖尾水中总氮、总磷含量由符合淡水池塘养殖水排放要求(SC/T 9101—2007)二级(TP≤1 mg/L，TN≤5 mg/L)提升为一级(TP≤0.5 mg/L，TN≤3 mg/L)[20]。

在正常生产条件下，养殖生产单位质量水产品所产生的污染物量中，经不同排放渠道直接排放到外部水体环境中的污染物量即为池塘排污系数[24]。本试验中，鱼菜共生模式总氮、总磷、氨氮、亚硝酸盐氮、硝酸盐氮排污系数分别较对照池塘下降17.6%、65.6%、25.0%、10.4%、62.4%，表明鱼菜共生模式可显著降低池塘排污系数，这主要是因为鱼菜共生模式下由于植物生长大量消耗溶解于水体中的氮、磷及根系是水中悬浮物和微生物的良好载体[25]，致使相关无机物浓度降低，最终使排污系数显著降低。由于排污系数计算出的排污量只包含养殖水体，未考虑池塘底泥影响，而池塘底泥沉积占氮磷投入量的50%以上[23]，因而可结合排污系数和产物系数综合评价池塘养殖对环境的影响。