青鱼-鳙生态混养池塘的氮磷收支研究

刘 璐，李学梅，吴兴兵，朱挺兵，杨德国，朱永久

(1.中国水产科学研究院长江水产研究所，农业农村部淡水生物多样性保护重点实验室，武汉 430223；2.上海海洋大学水产与生命学院，上海 201306)

淡水池塘养殖是我国水产养殖主要生产方式，据2020年《中国渔业统计年鉴》报道，2019年我国淡水池塘养殖总产量达2 230.05万吨，约占淡水养殖总产量的74.0%[1]。而当前高养殖密度、过度投饲与施肥的养殖方式导致养殖内外环境恶化，限制了池塘养殖业的绿色健康发展[2,3]。据估算，全国淡水池塘每年向外排放总氮(TN)38.27 万吨，总磷(TP)3.19 万吨[4]。因此，追溯水产养殖过程中氮磷营养物质的来源和归宿，研究其对水质的影响，对于提高氮磷利用率、发展池塘绿色生态养殖模式至关重要。

氮磷是水产养殖中的重要基础营养元素，参与物质循环和能量流动，其浓度和利用率的变化对养殖环境有重要影响[5]。施肥、投饵等养殖活动，以及营养物质有限的利用率等均会导致养殖环境中氮磷物质的明显积累[6,7]，进而引发水环境恶化、病害频发、养殖产量下降等一系列问题，影响池塘养殖业的可持续发展[3,8]。根据生态平衡、物种共生互利和对物质的多营养层次利用等生态学原理建立的池塘综合养殖模式，则可以充分利用养殖水体空间、改善生物多样性、提高饵料资源利用率、有效降低养殖过程中氮、磷的积累、增强水体净化能力、降低水产养殖的环境污染，带来显著的经济和生态效益[9～11]。

青鱼(Mylopharyngodonpiceus)俗称青鲩、青头、乌青等，属肉食性鱼类，由于其个体大、肉质嫩、营养价值高，深受广大消费者喜爱，近年来的养殖面积也在不断扩大。青鱼-鳙生态混养模式[12]以青鱼和鳙(Aristichthysnobilis)为主并搭配少量鲢鱼(Hypophthalmichthysmolitrix)，通过提高配养鳙的养殖密度、改用浮性饲料投喂等措施，优化鱼类养殖结构，改善养殖环境，大大提高了养殖效益和生态效益。但关于该养殖模式系统氮磷收支的研究还未见详细报道。因此本研究定期监测了青鱼-鳙生态养殖池塘水质变化，分析了水体中氮磷积累情况以及系统中氮磷的利用率，以期为完善青鱼-鳙健康养殖模式提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验设计与管理

试验于2016年4-11月在中国水产科学研究院长江水产研究所试验场北区(湖北荆州)进行。试验对象为3口大小相同(面积为1 533 m2，水深为2 m)，具备独立进排水设施的青鱼-鳙混养池塘。试验池塘的具体放养情况见表1。

表1 养殖池塘鱼种的放养情况Tab.1 Stocking status of aquaculture pond

养殖期间，每天9:00和16:00定点投喂青鱼浮性颗粒饲料(蛋白质含量为32%)，投喂量为所有青鱼体重的2%，每天观察摄食情况及残饵量，并根据天气情况、水温和青鱼生长情况及时调整投喂量。每口池塘各配1台3 kW的增氧机，晴天白天下午开2～3 h增氧，阴天白天不增氧，凌晨开5～6 h增氧。整个养殖期间除根据需要补充因蒸发、渗透和采样丢失的水之外，基本不换水。

1.2 采样及测定方法

分别于放养和收获时记录池塘各品种鱼类的尾数、尾重和总重，计算各池塘各品种鱼的成活率、增重率和饲料系数；随机采集池塘各品种鱼类样本，采用凯氏定氮法(GB/T 5009.5-2003)和分光光度法(GB/T 12393-1990)测定鱼体的TN、TP含量[13]。饲料中TN、TP含量测定方法同鱼体样品。计算公式如下：

成活率=终末尾数/初始尾数×100%

增重率=(终末平均体重-初始平均体重)/初始平均体重×100%

饲料系数=投喂饲料的总质量/(总重-放养鱼总重)

养殖期间除用带刻度容器接收自然降雨估算降雨量外，还需记录补充的水量，并测定雨水、补充水的TN和TP含量。其中养殖期间共降雨63.60 cm，约975.25 m3，雨水的TN、TP含量为4.93 mg/L和1.66 mg/L。养殖期间补充水量为1 120 m3，补充水的TN、TP含量为0.7 mg/L和0.2 mg/L。

根据Blain公式和Weilter的物质转化系数推算养殖水体中氨的挥发量，具体公式为：

F=K×ρ(NH3)[14]。

其中，F为气液界面氨的通量(μ/(cm2·h))；ρ(NH3)为非离子氨质量浓度(mg/L)；K为物质转化系数(cm/h)，且K=1.01+0.33U，U为风速(m/s)。

氮、磷利用率的计算公式为：

氮、磷利用率=养殖生物净产量的氮、磷含量/投喂饵料的氮、磷含量×100%

氮、磷收支方程为：

氮输入(投喂饲料+放养鱼类+初始水体+降雨+补充水)=氮输出(收获鱼类+终末水层+氨挥发+U)；

磷输入(投喂饲料+放养鱼类+初始水体+降雨+补充水)=磷输出(收获鱼类+终末水层+U)

其中，U为未测出的氮、磷，包括底泥沉积、水体渗漏和吸附等。

1.3 数据处理

使用Excel 2016软件进行数据处理，采用SPSS 11.0进行one-way ANOVA分析，采用Duncan′s多重比较进行差异显著性检验，P<0.05表示差异显著；P<0.01表示差异极显著。采用Origin 2018绘制图形。

2 结果与分析

2.1 池塘水体的理化指标

表2 青鱼-鳙养殖池塘水体的理化指标Tab.2 Physicochemical parameters in the water bodies of the experimental ponds

2.2 收获情况

收获时，各池塘中青鱼和鲢的成活率均>80%，增重率均>200%，鳙的成活率为40.25%～43.77%，最高增重率为167.32%。养殖池塘的饲料系数为2.58～2.95。见表3。

表3 养殖池塘的收获情况Tab.3 The harvest of each aquaculture pond

2.3 氮磷收支估算

本养殖系统的氮磷输入和输出情况及各项目所占比例见表4。在氮磷输入中，饲料是养殖系统的主要输入来源，分别占总输入的(87.43±0.19)%和(94.52±0.09)%，显著高于其他输入项目。因各品种养殖鱼类的放养比例和鱼体氮磷含量不同，导致各品种养殖鱼类的氮磷输入量存在差异，其中青鱼氮、磷输入量显著高于鳙、鲢。初始水层、降雨和补充水三个项目对养殖系统中氮磷贡献较小，仅占总输入的0.05%和0.01%。

表4 养殖池塘的氮磷收支情况Tab.4 Income and expenditure of nitrogen and phosphorus in each aquaculture pond

根据物质平衡，参考张凯等[15]、陈东兴等[16]的池塘营养物质收支模型，分析池塘中氮磷输出情况，结果显示包括综合积累(包括底泥沉积、水体渗漏、吸附等)是本养殖系统氮磷输出的主要项目，占比分别达(72.07±1.04)%和(85.27±1.08)%，对养殖系统氮磷输出的贡献最大；其次为养殖鱼类，其中青鱼、鳙和鲢三者的氮输出量存在显著差异，青鱼氮输出量>鳙>鲢，而三者的磷输出量差异不显著；氨挥发的氮以及养殖末期水层积累的氮、磷占总支出的比例较小。

2.4 养殖生物对氮、磷的利用率

养殖生物对氮、磷的利用率见图1。养殖池塘的氮、磷利用率分别为(17.51±1.06)%和(9.78±1.11)%，其中青鱼、鳙和鲢对氮的利用率为(15.40±0.45)%、(0.99±0.74)%和(1.22±0.23)%；对磷的利用率为(7.76±1.10)%、(1.21±0.35)%和(0.82±0.36)%。Duncan′s多重比较结果显示，青鱼对氮、磷的利用率均显著高于鳙、鲢(P<0.05)，而鳙和鲢之间的氮、磷利用率差异不显著。

图1 混养池塘中青鱼、鳙和鲢的氮磷利用率Fig.1 The N and P utilization rates of M.piceus,A.nobilis and H.molitrix in aquaculture pond图中同一项目标有不同字母的数据表示相互差异显著(P<0.05)

3 讨论

3.1 池塘水质的变化与评价

池塘水环境是一个在时间、空间内存在着复杂变化的体系，各水质参数相互促进或制约，如藻类的光合作用、有机物质氧化分解和养殖生物呼吸作用等影响水中DO和pH，进而影响不同形态N、P的转化，而pH和N、P营养物质又影响藻类生长繁殖，进而引起水体透明度和Chl-a含量的波动[17,18]。

3.2 氮磷收支估算

以往关于养殖系统氮磷收支的研究均表明，饲料是氮磷输入的主要方式[11,18,27]，占总输入的80%以上，在本研究中，饲料输入氮磷为总输入的(87.43±0.19)%和(94.52±0.09)%，与已有的研究结果相类似。在氮、磷输出研究中，底泥积累[15]、终末水层[28]、收获生物[29]是主要支出项目。本研究实验结束后采集的池塘底泥样品，因实验基地下雨漏水被毁坏，未能测得底泥中氮磷的实际含量。但根据物质平衡原理，估算出综合累积(包括底泥沉积、水体渗漏、吸附等)是氮磷输出的主要部分，分别占氮总输出的(72.07±1.04)%，占磷总输出的(85.27±1.08)%，与钟全福[30]，常杰等[31]研究结果一致。进一步分析发现水层中磷积累远远少于氮积累量，这可能与二者的循环方式有关，磷为沉积性循环，大量吸附在沉积物表面并与土壤中矿质离子(如钙、铁、铵等离子)形成沉淀，被固结在土壤等沉积物中[5,32,33]，而孙云飞等[29]研究表明，草鱼与鲢、鲤混养池塘中，底泥积累氮、磷量占比为15.19%～27.60%和76.46%～80.04%，与本研究结果差异较大，说明底泥中氮磷积累量的多少因研究对象和养殖模式的不同而存在差异。

池塘养殖系统中，大多是直接投喂外源性食物，虽然池塘系统对投入物质的利用率不同，但总体上氮、磷营养盐的利用率是偏低的。本研究池塘的氮利用率平均为17.51%，磷利用率平均为9.78%，高于鲫精养池塘的氮、磷利用率(分别为15.69%和4.67%)[26]，但低于草鱼混养池塘中氮、磷利用率(分别为35.4%～37.9%和18.9%～20.2%)[19]。说明养殖系统氮磷利用率的高低与养殖生物种类和养殖模式有关。已有大量研究[29,30,34]证实池塘多品种混养具有良好的经济和生态优势，此外池塘混养鲢、鳙可以充分利用水体中的浮游植物和悬浮颗粒，有效提高氮磷利用率[29,35]。本池塘以青鱼-鳙混养为主，搭配少量鲢，提升养殖池塘生态物种的多样性、生态结构的层次性，提高养殖池塘氮、磷营养盐的利用率，增强养殖池塘的经济和生态双重效益，为青鱼-鳙生态混养池塘模式的科学性提供了理论支撑。