鲢鳙+绿狐尾藻处理的罗非鱼养殖池塘浮游植物群落特征及水质评价

2021-05-25陈日钊李文红程光平陈祯东徐紫娟

西南农业学报 2021年4期

杨卓，陈日钊，李文红，程光平，陈祯东，徐紫娟

(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 530004)

1 材料与方法

1.1 试验池塘概况

试验于2018年3-10月在广西大学动物科学技术学院水产教学基地的8口养鱼池塘进行。其中，1#塘为0.18 hm2，2～8#塘均为0.10 hm2；池塘平均水深约1.5 m，底泥厚平均约35.0 cm，养殖过程中不排水，仅适当补充新水，养殖水均来源于相邻水库。每口池塘均配有一台1.5 kW增氧机。8口养鱼池塘均于2018年3月初清塘注水，于3月30日至4月12日先后向试验池塘投放罗非鱼、鲢和鳙鱼种，每天上午9：00和下午5：00投喂。

表1 试验池塘浮床放置及鱼种放养情况

1.2 试验方法

1.2.1 试验设计试验设A、B、C和D共4个处理，其中D处理为对照(CK)。在试验池塘中放置绿狐尾藻浮床，浮床起始面积为池塘面积的10 %，植物放置量为0.5 kg/m2。各处理池塘按公顷折算均放养规格为10.29 g/尾的罗非鱼22 500尾，鲢(规格70.10 g/尾)和鳙(规格490.90 g/尾)按表1设计进行放养。

1.2.2 水样采集及理化因子监测水样的采集、运输、保存和管理均严格按照国家生态环境部HJ 493-2009《水质、样品的保存和管理技术规定》执行。试验期各口渔塘同时于每月月初连续晴天、水质稳定时采样，每月采样1次，每次采样均在上午9：00，利用YSI EXO2多参数水质监测仪(美国YSI公司)现场测定水温(WT)、溶解氧(DO)含量和pH，透明度(SD)、总氮(TN)含量、总磷(TP)含量、高锰酸盐指数(CODMn)、五日生化需氧量(BOD5)、总有机碳(TOC)和叶绿素a(Chla)含量等水体理化因子监测方法如表2所示，水体氮磷比(N∶P)为各处理TN含量与TP含量实测值的比值，碳氮比(C∶N)为各处理总有机碳(TOC)含量与TN含量实测值的比值。

参考Carlson[18]、中国环境监测总站[19]、杨梅玲等[20]的方法，选取SD、TN、TP、CODMn和Chla共5项指标，计算水体综合营养状态指数TLI(∑)并进行营养程度分级。

式中，Wj为第j项评价因子的营养状态指数的相对权重(SD、TN、TP、CODMn和Chla相对权重分别为0.183、0.179、0.188、0.183和0.267)，TLI(j)为第j项因子的营养状态指数。具体计算方法：

TLI(SD)=10×(5.118+1.94 lnSD)

TLI(TN)=10×(5.453+1.694 lnTN)

TLI(TP)=10×(9.436+1.624 lnTP)

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TLI(CODMn)=10×(0.109+2.661 lnCODMn)

TLI(Chla)=10×(2.5+1.0861 lnChla)

当TLI(∑)<20时，为贫营养状态；当20≤TLI(∑)<30时，为贫中营养状态；当30≤TLI(∑)<40时，为中营养状态；当40≤TLI(∑)<50时，为中富营养状态；当TLI(∑)≥50时，为富营养状态。

表2 试验池塘水质监测项目及分析方法

表3 各处理池塘水体理化因子的变化范围

1.2.3 浮游植物样品采集与处理浮游植物样品采集与水体样品采集同时进行，每月采集1次，每口池塘设4个采样点。定性和定量样品参照章宗涉等[21]的淡水浮游生物研究方法进行采集和处理，参照赵文[22]、胡鸿钧和魏印心[23]的方法对浮游植物进行鉴定和计数。生物量按照藻类的近似形状及相应体积公式计算[21]。

1.2.4 浮游植物群落分析根据Reynolds等[6]和Padisák等[24]的FG分类法对浮游植物进行功能群分类。以浮游植物功能群的出现频率及相对生物量来确定优势度[25]，公式为Y=fi×Pi。式中，Y为优势度指数，fi为功能群i的出现频率，Pi为功能群i的生物量占总生物量的比例。将Y≥0.02的功能群确定为优势功能群[26]，将Y≥0.20的功能群确定为绝对优势功能群[27]。

1.3 统计分析

采用Excel 2010进行数据整理和图表制作，以SPSS 17.0进行ANOVA单因素方差分析和Pearson相关分析，组间差异采用LSD法进行多重比较。

2 结果与分析

2.1 鲢鳙+绿狐尾藻处理罗非鱼养殖池塘水体的理化因子及水质评价结果

由表3可知，A、B、C和D处理池塘水体的SD为17～44 cm，DO为2.67～8.37 mg/L，WT为25.35～31.90 ℃，pH为7.20～8.98，CODMn为5.10～16.80 mg/L，BOD5为2.21～5.92 mg/L，TOC为7.71～15.80 mg/L，C∶N为3.07～17.39。其中，CODMn和BOD5的最大值均高于GB11607-1989《渔业水质标准》中的CODMn和BOD5标准值。A、B、C和D处理的TLI(∑)分别为42.73～50.53、43.33～51.97、38.41～48.57和42.48～52.57，其中，C处理水体始终保持在中富营养水平，水质最佳；A、B和D处理的TLI(∑)达中富营养—富营养化水平，以D处理的富营养化程度最高，B处理次之，A处理最低。

2.2 鲢鳙+绿狐尾藻处理罗非鱼养殖池塘水体的浮游植物群落种类组成特征

由图1可知，A、B、C和D处理池塘水体检出的浮游植物隶属于7门168种。其中，A、B、C和D处理水体的浮游植物种类分别为140、123、129和121种，浮游植物群落结构中的绿藻门(Chlorophyta)占比分别为50.71 %、50.41 %、52.71 %和53.72 %，裸藻门(Euglenophyta)占比分别为17.14 %、18.70 %、18.60 %和15.70 %，蓝藻门(Cyanophyta)占比分别为15.00 %、17.07 %、15.50 %和17.36 %，硅藻门(Bacillariophyta)占比分别为14.29 %、10.57 %、9.30 %和9.92 %，浮游植物群落结构组成均属于绿藻为主的绿藻—裸藻—蓝藻—硅藻型。A、B和C处理水体的浮游植物种类数均多于D处理，说明鲢鳙+绿狐尾藻处理能提高罗非鱼养殖池塘浮游植物种类的多样性。

2.3 各处理池塘水体浮游植物的功能群特征

2.3.1 功能群组成及其指示的生境特征试验池塘记录到的浮游植物可划分为21个功能群，分别为C、D、N、P、MP、T、TC、S1、S2、SN、X3、X1、Y、F、G、J、K、Lo、M、W1和W2。其中，Y≥0.02的优势功能群有9个，分别为C、J、X1、MP、Lo、F、W1、M和Y，其主要代表门属和生境特征见表4；富营养化水体代表性功能群有7个，分别为C、J、X1、Lo、F、W1和M，且J、X1、C和Lo为4个处理共有功能群，X1为对滤食敏感的功能群。A、B、C和D处理检出的功能群数分别为19、18、20和19个，其中，C处理的功能群数最多，多样性最高，其优势功能群数分别为8、6、6和6个，而A、B和C处理的优势功能群数多于或等于D处理，说明鲢鳙+绿狐尾藻处理对提高浮游植物优势功能群多样性具有一定促进作用；9个优势功能群的组成属于绿藻为主的绿藻—硅藻—蓝藻型，指示的水体生境特征为富营养化、对滤食作用敏感及高光照强度等，其中优势功能群指示水体富营养化结果与2.1中的TLI(∑)水质评价结果相符。

2.3.2 浮游植物优势功能群优势度和生物量的变化情况由表5可知，试验期内4-7月的优势功能群从9个(C、J、X1、MP、Lo、F、W1、M和Y)减少至8-10月的4个共有功能群(J、X1、C和Lo)，非共有优势功能群(MP、F、W1、M和Y)均不再占据优势地位，说明优势功能群组成从复杂转变为简单更替频繁；8-10月的优势功能群未发生更替只有优势度发生变化，则说明生境特征已从富营养化、对滤食作用敏感和高光照强度转变为功能群稳定、富营养化和对滤食作用敏感。可见，鲢鳙+绿狐尾藻组合处理对池塘浮游植物优势功能群组成和更替产生了影响，但至8-10月池塘的水体环境趋于稳定。

从图2可看出，A、B、C和D处理池塘水体浮游植物的优势功能群的总生物量分别为206.65、14.95、18.75和291.56 mg/L，排序为D处理>A处理>C处理>B处理，其中，D处理显著高于A、B和C处理(P<0.05)，说明鲢鳙+绿狐尾藻处理对罗非鱼池塘优势功能群总生物量具有显著抑制作用；Y≥0.20的绝对优势功能群有3个，为共有功能群中的J、X1和C，其中A和B处理均为功能群J和C占绝对优势，C处理为功能群J占绝对优势，D处理为X1和J共同占绝对优势，且X1的优势度最大。从图2还可看出，在试验期内，对滤食作用敏感的优势功能群X1的优势度在各处理中排序为D处理>A处理>C处理>B处理，即优势度以D处理最高，而在不同比例鲢鳙处理中以鲢最多的A处理最高，鳙最多的B处理最低；绝对优势功能群J和X1包含的浮游植物种类以绿藻为主，指示的生境特征均为富营养化，且富营养化程度以D处理高于A、B和C处理，其中在不同比例鲢鳙处理中C处理的富营养化程度相对较低；对滤食作用敏感的优势功能群X1的优势度在D处理中最高，推测X1的组成以小型藻为主。

表4 鲢鳙+绿狐尾藻处理罗非鱼养殖池塘水体浮游植物的优势功能群及其生境特征

表5 鲢鳙+绿狐尾藻处理罗非鱼养殖池塘水体浮游植物优势功能群的优势度排序

2.4 鲢鳙+绿狐尾藻处理罗非鱼养殖池塘浮游植物优势功能群生物量与环境因子的相关分析结果

由表6～7可知，4-7月优势功能群X1与TN呈显著负相关(P<0.05)，8-10月所有优势功能群与环境因子均无显著相关性(P>0.05)，说明4-7月优势功能群X1的生物量受TN浓度显著影响，但8-10月环境因子对所有优势功能群生物量无明显影响。

表6 4-7月浮游植物优势功能群生物量与环境因子的相关分析

表7 8-10月浮游植物优势功能群生物量与环境因子的相关分析

3 讨论

在FG分类法中，浮游植物功能群的变化与营养、光照、水体分层及浮游动物牧食压力相关[11]。本研究检出池塘中Y≥0.20的绝对优势功能群为J、X1和C，在未放养鲢鳙的D处理中对营养缺乏和对滤食敏感的X1功能群占绝对优势，以绿藻为主的J功能群在3个放养鲢鳙处理中占绝对优势，以硅藻为主、适宜生存于富营养及低碳环境的C功能群在A和B处理中占绝对优势，但在C处理中不占绝对优势，可能与A和B处理的TOC含量较低有关。J和X1功能群的代表种属均以绿藻为主，J类群主要包括栅藻属、空星藻属和十字藻属等绿藻门浮游植物，指示的生境特征是相对静止、透明度不高且有机营养丰富的水体；X1类群的适宜生境为混合程度较高的中—富营养浅水水体，其对营养缺乏和对滤食作用敏感，代表种类为小球藻属、纤维藻属、弓形藻属和单针藻属[28]。本研究池塘的优势功能群藻类种类组成与罗非鱼精养池塘[29]和鱼菜共生模式[30]以绿藻为主、水体富营养化的环境特征一致；未放养鲢鳙池塘的罗非鱼及浮游动物活动不强，牧食压力小，对滤食敏感的X1功能群占绝对优势；而放养不同比例鲢鳙后池塘的浮游植物牧食压力增大，X1功能群的优势地位被J功能群取代。已有研究发现，当水体处于高氮浓度时，纤维藻的生物量增加显著，致使包含纤维藻的X1功能群在竞争中占据绝对优势[31]。葛优等[32]也研究发现，冬季阳澄西湖水体较高浓度的氮营养盐可维持纤维藻藻细胞较长时间增长，X1类群作为“先锋种”可在资源竞争中占据优势地位。本研究中，A、B、C和D处理的TN平均含量分别为1.83、1.79、1.73和2.15 mg/L，D处理的TN均高于放养鲢鳙处理，表明高氮浓度可能也是无鲢鳙放养中X1功能群占绝对优势的主要原因之一。适宜混合程度较高的富营养浅水水体的X1类群在阳澄西湖[32]、长湖[33]、镜泊湖[34]、淀山湖[35]、泰湖[36]等湖库中均属于优势功能群，且在镜泊湖为绝对优势功能群，在富营养化的种草蟹塘中X1类群也为优势功能群[16]，本研究结果与其一致。本研究的优势功能群划分与上述湖库、蟹塘一样均以Y≥0.02为标准，在高氮水体中，浮游动物的滤食及水生植物的作用可能对X1类群的优势度具有重要影响。但在刘乾甫等[7]主养草鱼(Ctenopharyngodonidellus)、大口黑鲈(Micropterussalmoides)、云斑尖塘鳢(Oxyeleotrismarmoratus)和乌鳢(Channaargus)的富营养化淡水精养鱼塘中，以相对生物量比例>5.00 %或细胞密度占比>10.00 %为标准，检出出现频率低于50.00 %的X1类群不是优势功能群。因此推测，采用优势功能群划分标准不同、缺少鱼类滤食和水生植物的作用，均会导致优势功能群存在差异。

本研究中，8-10月的功能群组成简单，只有优势度变化而无更替，提示不同养殖阶段水环境条件发生了较大变化，水体环境由剧烈变化转变为稳定，此时适于生存在不稳定水体中以蓝藻门颤藻属为主的MP功能群不再占据优势地位，由浮游硅藻组成及耐受低光照富营养生境的功能群C及由色球藻和平裂藻为主要代表种属、具有更强耐受低光照能力的功能群Lo继续保持优势地位。此外，鲢鳙主要滤食蓝藻门的微囊藻属和隐藻门的一些种类，对绿藻门和硅藻门的种类滤食率不高[37]，绿狐尾藻能释放化感物质，抑制水体藻类大量繁殖[38]，且抑藻作用高于菖蒲等挺水植物[39]，当藻类生长受到抑制时，相应的功能群组成也会发生变化。因此，绿狐尾藻和鱼类滤食均在一定程度上抑制蓝藻及隐藻生长，导致以蓝藻门微囊藻属为主的功能群M和以隐藻门隐藻属为主的功能群Y失去优势，以绿藻为主的功能群J和X1及以硅藻为主的功能群C数量增加；鲢、鳙和罗非鱼均能压制大型浮游植物，对较大个体藻类及大型浮游动物的滤食刺激了平裂藻属和色球藻属等小型藻类的大量生长[39]，提高了以平裂藻属和色球藻属为主的Lo功能群的优势地位。

李磊等[40]研究发现，浮游植物功能群可对浅水水体的富营养化特征作出有效响应。Ye等[6]研究表明，功能群多样性较高水体的水质较佳。本研究发现，鲢鳙尾数比例为1∶1+绿狐尾藻组合的C处理检出功能群总数最多，多样性最高，且TLI(∑)评价结果表明C处理的营养程度最低，水质最佳，与Ye等[6]的研究结果一致，说明本研究条件下浮游植物功能群的变化能有效反映水体的营养状况，功能类群多样性较高的群落资源利用效率较高，可改善水质，降低富营养化程度。刘乾甫等[7]的研究结果也表明，基于传统的物种多样性指数法可判定鱼塘水质状况为洁净，但以浮游植物功能群生境特征判定的水体为污染严重且与水体理化环境测定结果和现场水体表观相符。本研究中，综合营养状态指数评价结果表明池塘水体呈中—富程度富营养化；利用FG分类法共检出9个优势功能群，其中7个为代表富营养化的功能群，指示的生境特征均为富营养化，与TLI(∑)水质评价结果相符，证实FG分类法对水体环境变化反应敏感，能准确反映水体营养状态变化情况，更易于解释生态现象；FG功能群指示的生境特征能很好地反映罗非鱼养殖池塘水质的真实状况。