青虾对河蟹养殖水体中浮游动物及水环境因子的影响

杨智景, 冯亚明, 顾海龙, 钱 巍, 王 显, 杨大柳, 张 浩

(1.江苏省农业科学院泰州农业科学研究所，江苏 泰州 225300; 2.宁波大学浙江省海洋生物工程重点实验室，浙江 宁波 315211)

河蟹(Eriocheirsinensis)经济价值较高，近年来河蟹的养殖面积急速扩张，产量逐年提升[1]。每年的养殖池塘施肥是整个养殖过程中的重要一环，施肥促进池塘内浮游生物生长，为河蟹提供部分食物来源[2-3]。然而由于养殖成蟹的过程中，河蟹对浮游动物的摄食速度低于浮游动物繁殖速度[4-5]，特别是4-5月蟹池塘内浮游动物泛滥使耗氧量增大，导致水体“白浊”，甚至需要使用药物杀灭浮游动物[6]。

蟹池塘中混养青虾(Macrobranchiumnipponense)可增收千余元，青虾主要以蟹池塘内浮游动物为食[7-8]。近年来，浮游动物在青虾苗种繁育、河蟹养殖等方面的应用研究已有报道。郭丽芸等[9]研究揭示青虾苗种产量与浮游动物物种数量呈显著正相关关系。郝俊等[5]等研究结果表明在河蟹池塘内浮游动物数量在4-5月份会出现高峰期，河蟹在幼蟹阶段会大量摄食枝角类浮游动物，但在成蟹阶段更趋向于捕食螺蛳和人工饲料。兴化市水资源丰富，“兴化大闸蟹”和“兴化大青虾”是2个代表性的名贵水产养殖品种，经济效益较高。在兴化地区有在蟹池塘内套养青虾的养殖模式，不仅可以减缓4-5月蟹池塘内浮游动物泛滥的问题，还能增加池塘产出和效益[10]。目前，关于河蟹池塘套养青虾后水体中浮游动物种类及水环境因子变化的分析尚未见报道。为了研究青虾对蟹池塘浮游动物的影响及其与水环境因子之间的相互关系，于2021年3月-6月对泰州市姜堰区溱潼镇双明水产养殖场内的3口河蟹池塘和3口套养青虾的河蟹池塘进行采样，对池内浮游动物进行种类鉴定、密度计算、多样性分析及水环境因子测定，科学评估青虾对蟹池塘内浮游动物的影响及其与水环境因子的关系，阐述蟹池塘套养青虾模式控制浮游动物的生态效应机理，为该模式的推广提供理论依据。

1 研究区域与方法

1.1 样点设置

试验在泰州市姜堰区溱潼镇双明水产养殖场进行，养殖地点在江苏省泰州市姜堰区溱潼镇南寺村(120°8′48.1668″E，32°38′44.8584″N)。为了降低因池塘淤泥中含有的浮游动物虫卵差异造成试验结果误差，每口河蟹养殖池塘已在养殖前进行充分干塘消毒工作，6口标准养殖池塘的面积均为3.34 hm2，同一水源进水，均配备独立的排水口。6口池塘在1月20日放养扣蟹(90 kg/hm2，数量为1 hm212 000只)，此时，水位仅淹没池塘四周环沟。逐步提高6口池塘水位，至3月15日左右将水位提高40 cm，其中试验组3月20日放养青虾苗(150 kg/hm2，1 hm2375 000尾)，对照组不投放青虾苗。根据养殖需要定期投入饲料、微生物制剂、肥水肥料及藻种。

1.2 研究方法

1.3 数据统计与分析

物种优势度(Y)计算公式：Y=(ni|N)fi，式中，某物种i的个体数量用ni表示，物种总数量用N表示，i物种出现频率用fi表示，当计算得到的Y≥0.02时，即可确定该物种为优势种[14]。在冗余(RDA)分析之前，选择Y≥0.02的浮游动物种类构建矩阵，应用去除趋势对应分析方法(Detrended correspondence analysis，DCA)，确定使用RDA分析方法[15]。通过RDA分析研究浮游动物和水环境因子之间的关系。单因素方差分析通过Excel完成。

2 结果与分析

2.1 套养青虾蟹池塘水质指标变化

*表示相同时间与对照组比较有显著差异 (P<0.05)。试验组放养青虾苗，对照组不投放青虾苗。图1 青虾-河蟹混养对养殖池水环境因子变化的影响Fig.1 Effects of prawn-crab on changes of water environmental factors in aquaculture ponds

2.2 养殖池塘浮游动物的群落组成及优势种

河蟹池塘和青虾-河蟹养殖池塘浮游动物的种类组成如表1所示。在对照池塘水样中共鉴定出25种浮游动物，包括12种轮虫类、7种枝角类和6种桡足类。根据计算结果可知，轮虫类壶状臂尾轮虫和萼花臂尾轮虫是水体中的优势种，枝角类直额裸腹蚤、蚤状蚤和方形网纹蚤是水体中的优势种，桡足类无节幼体、锯缘真剑水蚤、桡足幼体和近邻剑水蚤是水体中的优势种。

表1 河蟹池塘和青虾-河蟹池塘浮游动物的种类组成

在试验池塘水样中同样鉴定出25种浮游动物，其中12种轮虫类、7种枝角类和6种桡足类。根据计算结果可知，轮虫类萼花臂尾轮虫和壶状臂尾轮虫是水体中的优势种，枝角类蚤状溞、隆线溞、直额裸腹溞和方形网纹溞属于水体中的优势种，桡足类近邻剑水蚤、无节幼体、锯缘真剑水蚤、桡足幼体和短尾温剑水蚤是水体中优势种。

2.3 套养青虾蟹池塘浮游动物密度变化

对照组水体中轮虫平均密度为1 L438～886个，整体呈现先上升后平稳的趋势，4月20日-5月20日轮虫平均密度显著上升，6月5日达到最大值。试验组水体中轮虫平均密度为1 L435～815个，变化趋势与对照组类似。由图2可知，4月20日-6月5日对照组轮虫平均密度总体高于试验组，但两者之间差异不显著(P>0.05)。

试验组放养青虾苗，对照组不投放青虾苗。图2 青虾-河蟹养殖池塘轮虫平均密度变化Fig.2 Variation of the average density of rotifer in prawn-crab pond

对照组水体中枝角类浮游动物平均密度为1 L60～254个，整体呈现先上升后下降的趋势。5月5日-5月20日密度迅速升高，5月20日达到最高值，6月5日密度明显下降。试验组枝角类浮游动物平均密度为1 L64～165个，4月20日-5月5日上升趋势明显，5月5日后变化趋于平缓。5月20日-6月5日试验组水体中枝角类浮游动物平均密度显著低于对照组(P<0.05)(图3)。

*表示相同时间与对照组比较有显著差异(P<0.05)。试验组放养青虾苗，对照组不投放青虾苗。图3 青虾-河蟹养殖池塘枝角类浮游动物平均密度变化Fig.3 Variation of the average density of cladocers in prawn-crab pond

对照组水体中桡足类浮游动物平均密度为1 L72～291个，4月5日-5月5日变化不明显，趋于平缓，5月5日-5月20日桡足类浮游动物平均密度迅速上升，5月20日后又下降。试验组桡足类浮游动物平均密度为1 L77～119个，4月5日-6月5日平均密度变化幅度较小。5月20日和6月5日试验组桡足类浮游动物平均密度显著低于对照组(P<0.05)(图4)。

*表示相同时间与对照组比较有显著差异 (P<0.05)。试验组放养青虾苗，对照组不投放青虾苗。图4 青虾-河蟹养殖池塘桡足类浮游动物平均密度变化Fig.4 Variation of the average density of copepods in prawn-crab pond

2.4 套养青虾蟹池塘浮游动物生物多样性指数变化

对照组池塘浮游动物Shannon-Wiener指数平均波动范围为2.43～3.37，变化较为明显，前期呈上升趋势，5月20日达到峰值，5月20日后有较大幅度下降。试验组池塘浮游动物Shannon-Wiener指数平均波动范围为2.46～3.46，除5月20日外，其余检测节点Shannon-Wiener指数均高于对照组，且6月5日与对照组有显著差异(P<0.05)(图5)。按照Shannon-Wiener多样性指数(H′)评价等级标准[16]，对照组和试验组池塘浮游动物多样性均处于2.43～3.46，此养殖水体水质处于β-中污型和寡污型之间。其中试验组Shannon-Wiener指数(H′)值高于对照组，群落结构更稳定。

*表示相同时间与对照组比较有显著差异 (P<0.05)。试验组放养青虾苗，对照组不投放青虾苗。图5 青虾-河蟹养殖池塘浮游动物Shannon-Wiener多样性指数变化Fig.5 Variation of the Shannon-Wiener diversity index of zooplankton in prawn-crab pond

2.5 养殖池塘浮游动物优势种与水环境因子的冗余分析

选择Y≥0.02的浮游动物平均密度进行去趋势分析(DCA)，根据结果采用冗余分析方法分析优势种与水环境因子的关系(图6)。对照组RDA排序结果显示，第一、二排序轴与水环境因子的相关系数分别为0.940、0.969，反映水环境因子和浮游动物之间的相关性较好(Monte Carlo检验，P<0.05)。影响浮游动物优势种变化的主要水质指标是pH、TP含量、TN含量、Chl-a含量和COD。

A：对照组(不投放青虾苗)；B：试验组(放养青虾苗)。S1：壶状臂尾轮虫(Brachionus urceus)；S2：萼花臂尾轮虫(Brachionus calyciflorus)；S3：蚤状蚤(Daphnia pulex)；S4：直额裸腹蚤(Moina rectirostris)；S5：方形网纹蚤(Ceriodaphnia quadrangula)；S6：锯缘真剑水蚤(Eucylops serrulatus)；S7：近邻剑水蚤(Cyclops vicinus)；S8：无节幼体(Nauplii)；S9：桡足幼体(Copepodid)。图6 池塘浮游动物优势种与水环境因子的冗余分析Fig.6 Redundancy analysis of dominant species of zooplankton and water environmental factors in ponds

试验组RDA排序结果显示，第一、二排序轴与水环境因子的相关系数分别为0.925和0.938，反映水环境因子和浮游动物之间存在较好的相关性(Monte Carlo检验，P<0.05)。影响水体中优势种平均密度变化的主要水环境因子是pH、DO含量、COD、Chl-a含量、TN含量和TP含量。

3 讨 论

3.1 蟹池塘养殖青虾对水环境因子的影响

3.2 蟹池塘浮游动物的群落变化

对照组轮虫平均密度与试验组无显著差异。5月20日枝脚类和桡足类浮游动物平均密度达到峰值，且对照组和试验组差异显著。每年4-5月常会因为枝角类浮游动物和桡足类浮游动物爆发导致池塘水浑，一旦爆发难以处理，甚至需要使用农药杀枝角类浮游动物和桡足类浮游动物，易对螃蟹造成损伤。本试验中，为了降低不同池塘淤泥中虫卵数量差异导致试验数据误差，在开始试验前对池塘淤泥进行了清理，并消毒。同时，在放养青虾苗种之前，河蟹池塘水位仅淹没四周环沟。这些措施推迟了浮游动物大量繁殖的时间，枝角类浮游动物和桡足类浮游动物密度在5月20日达到峰值，轮虫密度在6月5日达到峰值，但5月20日-6月5日轮虫增长率显著下降。

轮虫、枝脚类浮游动物、桡足类浮游动物之间存在竞争关系，5月20日枝角类浮游动物和桡足类浮游动物密度达到峰值，而轮虫密度则在6月5日达到峰值，但由于水体中轮虫密度大于枝脚类浮游动物和桡足类浮游动物密度总和，轮虫群体基数大，而且生存条件适宜，枝角类浮游动物和桡足类浮游动物尚不能对轮虫形成压制使其密度显著下降，但是轮虫增长速率明显已经下降。轮虫平均密度没有显著下降可能与轮虫生长速度快、繁殖周期短及青虾摄食偏好有关。在富含N、P水体中小型浮游动物如轮虫繁殖能力强、生长速度快，在水体中迅速占据优势[24-25]，使浮游动物往往表现出小型化趋势[11]。青虾主要以浮游动物、有机碎屑为食，且偏动物性饵料。试验组中青虾的放养增加了对池塘内枝角类浮游动物和桡足类浮游动物的摄食，显著降低了水体中枝角类浮游动物和桡足类浮游动物的平均密度，试验组水体中枝角类浮游动物和桡足类浮游动物密度显著低于对照组。养殖青虾的蟹池塘中不会大量爆发枝角类浮游动物和桡足类浮游动物，与青虾对枝角类浮游动物和桡足类浮游动物的摄食能力有关。

Shannon-Wiener指数可用来评价群落中生物种类的多少，值越大代表群落的复杂程度越大，生态系统越稳定。随着养殖时间的推进，水体中饲料等投入品的增多，水体营养成分增多，蟹池塘内浮游动物Shannon-Wiener指数逐步增大，其中试验组Shannon-Wiener指数在较多时间段均高于对照组，可能原因是试验组中青虾通过摄食繁殖过多的浮游动物影响了浮游动物物种之间的平均密度，增加了生物多样性。

3.3 水环境因子对不同蟹池塘条件下浮游动物群落结构的影响

池塘浮游动物群落受到群落内部演替及外部水环境及物种间竞争关系的影响，其中外部水环境因子主要是pH、N、P等[26]。本试验中两组蟹池塘浮游动物的群落结构存在显著差异。通过对两组蟹池塘浮游动物和水环境因子进行冗余分析(RDA)发现，影响对照组和试验组浮游动物多样性的主要是TP含量、TN含量、Chl-a含量和COD。本试验结果与张勇等研究结果相似[2]。

对照组和试验组RDA分析结果显示，TP、TN、Chl-a含量是影响养殖水体中优势种密度变化的重要因素。N、P含量是浮游植物的限定因子，投入的饲料和动物排泄物中的N、P会促使水体中N、P含量升高，为浮游植物提供营养，影响水体中浮游植物的变化。李佳俊等研究结果表明N、P与浮游植物生长呈显著相关关系[27]。Chl-a含量可反映水体中藻类丰度变化，但又受多种环境因子影响[28]，间接印证池塘水体初级生产力的能力，为浮游动物提供食物。Chl-a含量对浮游动物密度有直接正向作用，同时总氮含量、总磷含量、COD等还通过Chl-a含量对浮游动物产生间接影响[29-32]。这与本试验RDA分析结果一致。6月5日轮虫平均密度达到峰值，Chl-a含量也处于高峰期，主要还是由于持续投入的饲料增加了水体中有机物的积累，此时外部环境比较适宜浮游植物及动物的繁殖和生长，不足以形成捕食与被捕食的种间竞争。

对照组RDA分析结果显示COD与浮游动物优势种变化呈负相关关系，而试验组RDA分析结果相反。COD主要表示水体中有机物对水体中氧气的消耗量[5]，COD过高会导致DO含量降低。大量有机物被微生物分解还会导致铵态氮等水环境因子升高，影响水生动物和浮游动物的数量，对照组中COD与浮游动物密度呈负相关关系。同时，青虾和浮游动物均可摄食饲料残饵、有机碎屑等有机物，COD升高也表明水体中有机物含量的增多，提供的食物也增多了。试验组中COD与浮游动物密度呈正相关关系，可能是由于青虾对有机碎屑、残饵的摄食，降低了COD，使水体环境更适合浮游动物生存，同时青虾获得足够食物也减少了对浮游动物的捕食，使COD与浮游动物优势种变化呈正相关关系。

3.4 河蟹养殖水体水质综合评价

代培等[33]研究认为，营养水平低的水体中，食物资源匮乏，浮游动物因食物限制使群落结构趋于简单化，多样性随之降低，反之则多样性高。以水体浮游动物Shannon-Wiener指数作为水体富营养化评价标准，将水质分为4个标准，即多污型(0～1)、α-中污型(1～2)、β-中污型(2～3)、寡污型(3～4)[34]。整个试验期间，对照组Shannon-Wiener多样性指数在2至3之间，仅5月20日短暂达到3.37，属于β-中污型；试验组Shannon-Wiener多样性指数在5月5日后处于3至4之间，属于寡污型。因此，可将对照组水质归于中污染，试验组水质归于轻污染。