EM菌与鱼腥草镶嵌模式对池塘养殖水体的净化效果

2022-07-19王金乐曾诗雨闵文武李小义张美彦李建光才让卓玛杨芳华

贵州农业科学 2022年7期

王金乐，赵凤，曾诗雨，孔杰，闵文武，杜强，李小义，张美彦，李建光，关梅，周洲，才让卓玛，陈晖，杨芳华

(1.贵州省水产研究所，贵州贵阳 550025；2.贵州特种水产工程技术中心，贵州贵阳 550025)

0 引言

【研究意义】近年来，由于水体富营养化问题日益严重，大水面围网养殖及围栏养殖等被取缔，以及“退鱼还湖”等政策的执行，使得池塘养殖在中国淡水养殖业中占有极其重要的地位，而贵州特殊的喀斯特石漠化决定了其山多水土少，池塘养殖成为了贵州省水产养殖的主要方式，因此贵州池塘水生态环境的修复至关重要。池塘养殖原位修复技术主要以鱼-菜共生养殖模式为代表，且主要结合生物修复技术开展。然而单一鱼菜共生养殖模式或其他单一微生态制剂修复方式都具有一定的局限性，且水产养殖中选择何种修复方法更加适宜且经济有效仍需继续深入研究。【前人研究进展】20世纪90年代至21世纪初，我国利用生态浮床技术在大型水库、湖泊和河道等不同水域成功地种植了46科的130多种陆生植物，累积面积超过10 hm2。EM菌(Effective Microorganisms)是一种新型复合微生物活性菌剂，由包含5科10属80余种厌氧性微生物复合培养而成，其中主要的代表性微生物有光合细菌、醋酸杆菌、乳酸菌、酵母菌和放线菌[1-3]。EM技术主要应用于农业、畜牧业、养殖业和环境净化等方面[4]。中草药对池塘水质具有一定的调控作用[5]，微生物方法净化水体不会产生二次污染，且能逐渐修复被破坏的水体生态平衡[3]。而单一的植物修复和生物修复都具有一定的局限性，微生物制剂的活性受水体中的各种环境因子影响较大，某些极端条件下微生物的缺乏，仅使用单一的微生物制剂手段来治理效果并不理想，需要结合其他方法如与高等植物联合使用等，才能达到预期效果。朱亮等[6]对EM菌富集培养基及降解污水进行了试验研究。鲜见EM菌与鱼腥草镶嵌模式对池塘养殖水体净化效果的研究报道。【研究切入点】选择药食兼用且经济价值较高的鱼腥草作为浮床种植植物，探究EM菌与鱼腥草镶嵌模式对池塘养殖水体的净化作用。【拟解决的关键问题】探明EM菌与鱼腥草镶嵌模式对池塘养殖水体的净化效果，以期为鱼腥草浮床+EM菌修复系统在池塘养殖水体修复上的应用提供科学依据。

1 材料与方法

1.1 材料

1.1.1 EM菌及鱼腥草 EM菌，南京渔丰生物科技有限公司生产；鱼腥草草种(当地品种)，购自黔东南州黄平县旧州镇市场。

1.1.2 鱼养殖用鱼为鲤鱼和草鱼，投放鲤鱼规格0.028尾/kg，草鱼0.017尾/kg，采购于四川。

1.1.3 浮床与池塘浮床(3.6 m2/张，单张浮床有孔84个，孔径11 cm，为耐氧化环保泡沫海绵材质)，湖南立信生态农业综合开发有限公司生产；6口养殖池塘(分别标号为C1#、C2#、C3#、C4#、C5#和C6#，各池塘的平均水温分别为26.23℃、25.95℃、25.93℃、25.43℃、25.12℃和25.27℃)，黔东南州黄平县旧州镇白子桥村水产养殖基地。

1.2 方法

1.2.1 试验设计试验于2021年5-7月在贵州省黔东南州黄平县旧州镇白子桥村水产养殖基地进行，共设6个处理，选择6口养殖池塘，即每口池塘为1个处理。其中，前5口养殖池塘分别对应处理1～5，C6#为对照(CK)。选择鱼腥草为浮床植物，浮床面积占池塘面积比例分别为0、7.5%和15.0%，设3口池塘种植不同比例浮床，另外3口池塘种植不同比例浮床时镶嵌EM复合菌。为便于论述表达，不同处理简称为处理1，7.5%浮床；处理2，15.0%浮床；处理3，7.5%浮床+EM菌；处理4，15.0%浮床+EM菌；处理5，EM菌无浮床；CK，无EM菌无浮床；各处理池塘参数及养殖模式详见表1。试验期每天定量投喂1次，饲喂量为鱼体重的3%。养殖期间的日常管理及病害防控按统一要求执行，用水符合《渔业水质标准》(GB 11607-89)[7]。

表1 不同处理池塘的基本参数及养殖模式

1.2.2 浮床移栽鱼腥草先将准备好的栽培钵(直径为10 cm，高8 cm)底部垫入泡沫提升浮力，装入适量锯末与土壤(3∶1)，再将培养好的鱼腥草苗(茎秆5～7 cm)移栽至栽培钵中，3～5株/钵，最后填补土壤使茎叶露出2 cm。栽培钵间隔放入漂浮板孔内，使盆底部分浸入水中，且能漂浮在水面。

1.2.3 水样采集浮床移栽鱼腥草后每隔约30 d采集水样1次，取水量为15 L，采样时间固定为9:00-10:00。用有机玻璃采水器(5 L)分别在池塘中心和四角(离两岸1 m左右)，采集水面以下0.5 cm处水样，各水样混合均匀后，5 000 r/min离心6 min，取上清用于水质指标的测定。

1.2.4 指标测定参照文献[8]池塘的重要水质指标参数，结合实际情况及富营养化指标参数，确定水温、pH、溶解氧(DO)、总氮(TN)、氨氮(NH3-N)、总磷(TP)、高锰酸盐指数(CODMn)和5日生化需氧量(BOD5)等指标。采用碱性过硫酸钾消解紫外分光光度法测定TN，采用紫外分光光度法测定NO3-N，采用钼酸铵分光光度法测定TP，采用酸性高锰酸钾法测定CODMn，采用稀释与接种法测定BOD5，采用便携式溶氧仪测定DO，采用便携式酸度计测定pH，采用温度计测定水温。每个采样点每次采样时测定DO、pH和水温，多次重复取平均值。

1.2.5 水质评价水质评价标准依据《渔业水质标准》(GB 11607-89)及《地表水环境质量标准》(GB 3838-2002)[9]相互补充，且采用要求相对严格的限制标准。不同指标评价标准的限值见表2。根据《农用水源环境质量监测技术规范》(NY/T 396-2000)，渔业水质按综合污染指数可划分为 3 个等级(表3)。

表2 不同指标评价标准的限值

表3 渔业水质的分级标准

池塘水质评价方法依据《农用水源环境质量监测技术规范》(NY/T 396-2000)[10]，采用单项污染指数对单个污染因子进行评价，结合各单项污染因子计算综合污染指数，从而对池塘水质环境质量进行整体评价。主要指标有常规水质单项污染指数(Pi)、DO单项污染指数按式(PDOi)、pH单项污染指数(PpHi)、水质综合污染指数和污染物削减率(E)等。

Pi=水质污染物实测值/污染物质量标准

PDOi=[理论值(实际最大值)-实测值]/[理论值(实际最大值)-评价标准]

PpHi=(实测值-允许幅度平均值)/(允许幅度最低或最高值-允许幅度平均值)

允许幅度平均值=(允许幅度最低值+允许幅度最高值)/2

水质综合污染指数=

E=[(C0-C1)/C0]×100%

式中，C0为初始水体污染物浓度，即对照池塘(CK)水体的污染物浓度；C1为修复后水体污染物的浓度。

单项污染指数<1时，单项污染指数=计算值；当单项污染指数>1时，单项污染指数应按下式修正。

单项污染指数=1.0+计算值

1.3 数据处理与统计分析

采用Excel 2007对数据进行处理与分析，结果以平均值表示。

2 结果与分析

2.1 不同镶嵌组合处理各污染因子的削减率

从表4看出，不同镶嵌组合处理DO、TN和NH3-N等各污染因子削减率的变化。DO：各镶嵌组合处理削减率为-3.30%～33.93%，处理1最大，为33.93%；处理2其次，为28.72%；处理5最小，为-3.30%。TN：各镶嵌组合处理削减率为-43.60%～9.66%，处理4最大，为9.66%；处理5其次，为6.27%；处理2最小，为-43.60%。NH3-N：各镶嵌组合处理削减率为-41.91%～5.86%，处理4最大，为5.86%；处理2其次，为1.56%；处理3最小，为-41.91%。TP：各镶嵌组合处理削减率为-103.70%～-25.93%，处理4最大，为-25.93%；处理5其次，为-33.33%；处理2最小，为-103.70%。CODMn：各镶嵌组合处理削减率为-18.03%～40.98%，处理4和处理5最大，均为40.98%；处理3其次，为26.23%；处理1最小，为-18.03%。BOD5：各镶嵌组合处理削减率为-16.87%～31.33%，处理4最大，为31.33%；处理3其次，为22.89%；处理1最小，为-16.87%。表明，不同覆盖面积植物浮床修复水环境的效果不同，以EM菌修复组增氧效果较好，15%浮床+EM菌镶嵌处理对TN、NH3-N、TP、CODMn和BOD5水质因子浓度的削减效果较好。

表4 不同镶嵌组合处理对水质指标浓度的削减率

2.2 池塘水质评价

从表5看出，不同处理池塘水的pH、DO、TN和NH3-N等不同，水质存在差异。pH：各处理平均为7.92～8.48，依次为CK>处理4=处理5>处理3>处理2>处理1。DO：各处理平均为4.44～7.19 mg/L，依次为处理5>CK>处理4>处理3>处理2>处理1。TN：各处理平均为1.15～1.83 mg/L，依次为处理2>处理1>处理3>CK>处理5>处理4。NH3-N：各处理平均为0.40～0.61 mg/L，依次为处理3>处理1>处理5>CK>处理2>处理4。TP：各处理平均为0.09～0.18 mg/L，依次为处理1=处理2>处理3>处理5>处理4>CK。CODMn：各处理平均为1.20～2.40 mg/L，依次为处理1>处理2>CK>处理3>处理4=处理5。BOD5：各处理平均为1.90～3.23 mg/L，依次为处理1>处理2>CK>处理5>处理3>处理4。综合污染指数：各处理平均为0.97～1.84，依次为处理1>处理2>处理3>CK>处理5>处理4。污染程度：除处理4为尚清洁外，其余处理均为污染。污染水平：除处理4为标准限量内外，其余处理均为超出警戒水平。表明，处理4对池塘水质修复效果较好。

从表5还看出，不同处理池塘水合格率和单项污染指数的变化。处理1的pH、NH3-N、CODMn和BOD5合格率均为100%，DO、TN和TP合格率分别为33.33%、0和66.67%；单项污染指数为0.40～2.01，依次为DO>TN>TP>BOD5>NH3-N>pH>CODMn，其中TN和DO均大于1，分别为1.79和2.01。处理2的pH、NH3-N、CODMn和BOD5合格率均为100%，DO、TN和TP合格率分别为33.33%、0和66.67%；单项污染指数为0.36～1.83，依次为TN>DO>TP>BOD5>NH3-N=pH>CODMn，其中TN和DO均大于1，分别为1.38和1.83。处理3的pH、NH3-N、TP、CODMn和BOD5合格率均为100%，DO和TN合格率分别为66.67%和0；单项污染指数为0.25～1.46，依次为TN>DO>TP>NH3-N>pH>BOD5>CODMn，其中TN大于1，为1.46。处理4的NH3-N、TP、CODMn和BOD5合格率均为100%，pH、DO TN合格率分别为66.67%、66.67%和0；单项污染指数为0.20～1.15，依次为TN>pH>TP>BOD5>NH3-N>DO>CODMn，其中TN大于1，为1.15。处理5的pH、DO、NH3-N、TP、CODMn和BOD5合格率均为100%，TN合格率为33.33%；单项污染指数为0.20～1.20，依次为TN>pH>TP>BOD5>NH3-N>DO>CODMn，其中TN大于1，为1.20。CK的NH3-N、TP、CODMn和BOD5合格率均为100%，pH、DO和TN合格率分别为66.67%、66.67%和0；单项污染指数为0.34～1.28，依次为TN>pH>BOD5>TP>NH3-N>DO>CODMn，其中TN大于1，为1.28。

表5 不同处理池塘水质的评价

3 讨论

鱼菜共生生态系统是一种高效修复养殖水体的复合型养殖模式，鱼菜共生方式之一是利用生物浮床技术。浮床植物通过竞争水体营养盐和自然光照能够限制藻类的过量生长，同时，植物浮床自身也为草食性或杂食性鱼类提供了丰富的食物和生长活动空间。康银等[3]研究表明，EM菌的使用可帮助水体去除有机物，间接增加水体中的溶解氧；EM菌种的聚磷菌在厌氧状态下释磷多，而在好氧状态下吸磷多，因此放置浮床后导致溶解氧浓度降低，为聚磷菌提供厌氧环境，TP的去除效果不佳。孟范平等[11]报道，EM菌为水溶性液体，单独作用水体对磷的去除率不高。研究结果表明，在7.5%浮床(处理1)、15.0%浮床(处理2)、7.5%浮床+EM菌(处理3)、15.0%浮床+EM菌(处理4)、EM菌-无浮床(处理5)和无EM菌-无浮床(CK)处理中，不同处理池塘pH及水温均在正常范围，各池塘间变化不明显，但对池塘养殖水体的净化效果存在差异，不同处理pH、DO、TN、NH3-N、TP、CODMn和BOD5平均分别为7.92～8.48、4.44～7.19 mg/L、1.15～1.83 mg/L、0.40～0.61 mg/L、0.09～0.18 mg/L、1.20～2.40 mg/L和1.90～3.23 mg/L，综合污染指数为0.97～1.84，以15%浮床+EM菌镶嵌处理的水质修复效果最好，对TN、NH3-N、TP、CODMn和BOD5水质因子浓度的削减效果分别为9.66%、5.86%、-25.93%、40.98%和31.33%，其水质污染程度和污染水平分别为尚清洁和标准限量内(达2级标准)，其余处理水质污染程度和污染水平均为污染和超出警戒水平。