水生动植物协同净化系统对鳜鱼养殖池塘水质与经济效益的影响

杨 坤,侯冠军,*,赵秀侠,方 婷,王利军

(1.安徽省农业科学院 水产研究所,水产增养殖安徽省重点实验室,安徽 合肥 230031; 2.滁州隆财渔业有限公司,安徽 滁州 239060)

当前,我国渔业发展进入提质增效转型升级的新阶段,绿色发展成为现代渔业建设的主旋律。2019年,农业农村部等多部委联合下发《关于加快推进水产养殖业绿色发展的若干意见》,明确指出要将绿色发展理念贯穿于水产养殖生产全过程[1]。发展绿色生态养殖,减少渔业水污染、降低水产动物发病率并提高水产品品质,也是水产养殖业可持续发展的需求[2]。鳜鱼(Sinipercachuatsi)是我国名贵的淡水经济鱼类之一,其人工养殖对于优化渔业品种结构、增加居民优质蛋白质供应、促进农民增收致富具有重要意义。鳜鱼对养殖水质的要求较高,水质的调控管理是影响其高产高效的重要因素之一[3]。研究和开发有效的池塘养殖水净化系统及相关技术,是保障鳜鱼养殖业健康、可持续发展的一条重要途径。

利用水生动植物净化水体是一种成本低廉、节约能源、简便易行的生态处理技术,现已被广泛研究和实践[4]。高等水生植物和底栖动物通过不同的方式和机制,既能减少和避免养殖废弃物在水体中的积累,又能使废弃物再利用再循环;若二者共存可以形成正反馈效应,对水质改善更有利[5]。国内外有关水生植物+底栖动物组合净化水质的研究报道颇多[6-8],它们均证实协同搭配能起到耦合强化单一物种净化能力的作用。不同种属的水生植物在水体净化方面各有优势,有研究表明,形态、功能不同的植物混合种植能够更有效利用水体空间,比单一种植的应用效果好[9-10]。低污染负荷能减少鱼类的应激反应,减少药物使用,对养殖经济动物的成活和生长也有促进作用[11]。动植物组合净化模式的运用,提高了池塘的空间利用效率,与单养模式相比能取得更好的生态效益和经济效益[12-13]。由于自然水生植物收获后二次利用存在较大问题,探索适宜水生的粮食或经济作物对水体净化的应用潜力,已成为当前植物修复研究的重要方向[14]。

近年来,中国在浮床技术理论研究和应用方面发展迅速,并取得了良好的应用效果[15]。水蕹菜(Ipomoeaaquatica)在浮床上生长迅速,产量高,在水产养殖中的应用较多[16-17]。水稻(Oryzasativa)不仅是我国重要的粮食作物,而且对水体氮磷养分具有较强的吸收同化能力,也是唯一可以淹水种植的粮食作物,在水体修复中具有先天优势[18-20]。褶纹冠蚌(Cristariaplicata)也被证明具有较好的水体净化效果[21-22],且易于收集,成活率高。以上3种均是水体生态修复中常见的生物类群。传统研究多从单一水生植物加单一底栖生物出发,鲜见将多种水生经济植物与吊养贝类结合的集成净化模式。此外,对鳜鱼养殖池塘水质的生态组合调控尚未见报道。本研究构建一种由水蕹菜+水稻+底栖贝类组成的协同净化系统,以鳜鱼养殖水体为研究对象,比较不同植物覆盖率下净化系统的净化效果和各塘养殖产量,以期为今后鳜鱼健康养殖和养殖环境生物净化等方面的研究提供参考依据。

1 材料与方法

1.1 试验设计

试验于2020年7—11月在滁州隆财渔业有限公司养殖基地进行。选取9口面积均为2 000 m2、深2.5 m、池底平坦的池塘进行试验。试验塘口均为长方形,东西走向,四周无遮挡(位置布局见图1-A),进、排水设施完善,电力设施齐备,每口塘安装1台1.5 kW增氧机。试验期间水位控制在1.8 m左右。

A,塘口位置布局平面图;B,池塘内部布局平面图;C,褶纹冠蚌安置示意图。

试验设1组对照组(0-F)和2组净化组(10%-F和30%-F),每组设置3个重复。0-F组未安置净化材料。10%-F组每塘水稻浮床面积约100 m2、水蕹菜浮床面积约100 m2,2种植物的覆盖面积约占池塘面积的10%。30%-F组每塘水稻浮床面积约300 m2、水蕹菜浮床面积约300 m2,2种植物的覆盖面积约占池塘面积的30%。根据采集到的褶纹冠蚌大小(每只湿重280～340 g),设定本试验每667 m2吊养50只蚌,因此在每个净化塘中各吊养150只蚌,试验塘布局见图1-B。

1.2 动植物安置方式

水蕹菜和水稻均选择生长旺盛且生物量相当的植株进行试验。水稻定植于陶盆中,每盆栽种3～5株,盆中土壤用本池塘底泥。陶盆高15 cm,上口架于浮床上,整盆悬浮于水中,集中固定于池塘西侧。试验期间植株淹水深度始终为15 cm。水蕹菜浮床利用PVC管(直径10 cm)和配套的弯头作框架,制作成2 m×1 m的长方形框架,框架内侧用聚乙烯网片平面缝合,在浮床平面上、下各增加一层高度为20～30 cm的防护网,集中固定在池塘东侧。每平方米栽种4株水蕹菜。选择大小比较均匀、生长状况良好的褶纹冠蚌放入网兜吊养,每个网兜1只,均匀悬吊于浮床四周水面下0.5 m处(动植物安置方式见图1-B和1-C)。

1.3 鱼类放养、投喂与池塘日常管理

各塘放养鱼类的品种相同,数量、规格基本保持一致。鳜鱼规格为每尾6.5～8.0 cm,每667 m2约880尾,同时搭配少量滤食性的鲢(Hypophthalmichthysmolitrix)、鳙(Hypophthalmichthysnobilis)和杂食性的细鳞斜颌鲴(Xenocyprismicrolepis),规格分别为每尾250～500 g、370～500 g和13～16 cm,每667 m2分别放养50尾、20尾和15尾。养殖期间,各塘饵料投喂和病害防控等管理基本一致,根据鳜鱼生长情况投喂适口饵料鱼。

对水稻和水蕹菜未施肥打药。试验期间不换水,仅补充因渗透和蒸发作用消耗的水分。视天气情况适时开启增氧机。每天做好生产管理记录。

1.4 样品采集与指标测定

每月上旬选取20只褶纹冠蚌,将蚌壳表面洗净并吸干水分后,使用游标卡尺(精确到1 mm)和电子秤(精确到1 g)测量其壳长(mm)、壳宽(mm)和湿重(g)。试验结束后,干塘捕捞鱼类,统计各池的养殖产量和成活率。并对水稻和水蕹菜的累积生物量进行统计。

鱼类成活率的计算公式为:

(1)

式(1)中:S为成活率,N为初始放养鱼类数量,n为试验结束收获鱼数量。

各塘养殖经济效益按照如下公式计算:

E=R-C。

(2)

式(2)中:E为养殖经济效益(元);R为销售总额(元),为鱼类、水稻和水蕹菜销售收入之和;C为成本支出(元),包括鱼种、人工、水电、饵料鱼、饲料、水质改良剂、渔药、浮床等费用。

1.5 数据分析

采用Excel 2010软件进行数据计算和图表绘制。采用SPSS 20.0软件进行统计分析,差异显著性水平为α=0.05。

2 结果与分析

2.1 不同养殖池塘水体水温、pH值、溶解氧和透明度的变化

由图2可以看出,试验期间,各净化组和对照组的水温、pH值之间未表现出明显差异(P>0.05),0-F组pH值在第60天和第90天的测定值超过《渔业水质标准》GB11607—1989上限(6.5～8.5)。溶解氧质量浓度起始时最低,随后均升至5 mg·L-1以上,可以满足鱼类日常活动需要。除90 d时0-F组溶解氧质量浓度显著(P<0.05)高于净化组,其余时间3个组间没有显著性差异(P>0.05)。由于适时开动增氧机增氧,无法真实测定净化组溶解氧的波动情况。但可以肯定的是,虽然有报道显示,水蕹菜和水稻的泌氧能力使得在其根区形成好氧环境[18,23],但并非大幅提高植物覆盖率对改善溶解氧一定有利,植物覆盖水面削减水下光照和阻隔空气中O2向水体溶入,以及植物夜晚的呼吸作用,均会导致植物和鱼类竞争水体中的溶解氧[24]。随着池塘营养物质的积累,各组水体透明度均随时间的推移而逐渐降低,净化组的透明度在整个试验期内始终高于同期对照组,净化系统对提高水体透明度有持续稳定的作用。植物发达的根系大量过滤水体中的悬浮物,蚌类的滤食作用和可能存在的化感作用抑制浮游植物的过度生长,使水体的透明度升高。但2个净化组之间差异不明显(P>0.05),说明本试验中不同的植物覆盖率在提高透明度方面具有基本相同的效果。

不同小写字母表示不同处理组同时间点差异显著(P<0.05),相同小写字母或者无字母表示不同处理组同时间点差异不显著(P>0.05)。

2.2 不同养殖池塘水体质量浓度的变化

图3-A反映了试验期间水体中TN质量浓度随时间的变化情况。从图中可以看出,各组TN初始质量浓度在2.06～2.10 mg·L-1,各组水体TN质量浓度变化趋势一致。养殖前期(0～45 d),当地遭遇连续阴雨天气,池塘水面上升,鱼类摄食少,投饲量少,TN质量浓度均略有降低,组间差异不显著(P>0.05)。45 d后天气晴好、温度适宜,投饵量增多,TN质量浓度迅速上升,在第60天达到最大值,最大值按照从大到小的顺序依次为0-F组、10%-F组、30%-F组。60 d之后,TN质量浓度逐渐下降,期间净化组的质量浓度始终低于对照组,2个净化组间差异不显著(P>0.05)。试验结束时,0-F组的终末TN质量浓度比初始TN质量浓度增加了0.71 mg·L-1,10%-F组和30%-F组的终末质量浓度分别比初始质量浓度降低0.50、1.01 mg·L-1。试验中后期,净化系统对TN的消减效果比较明显,30%-F组的效果稍好于10%-F组。

图3 试验期间各组和TP的质量浓度

由图3-C可以看出,各组TP初始质量浓度在0.95～1.00 mg·L-1,各组水体TP质量浓度随时间呈现波动式下降的趋势,净化组下降幅度大于对照组。除75 d和90 d外,其余时间点净化组与对照组均差异显著(P<0.05);2个净化组间差异始终不显著(P>0.05)。推测各塘滤食性鱼类大量滤食水体中的悬浮物,降低了水体中的TP质量浓度。而净化组中除上述沉积作用外,很可能先经过一个快速的动植物表面吸附然后再缓慢吸收的过程。试验结束时,0-F组、10%-F组和30%-F组的TP质量浓度分别是初始时的28.9%、9.5%和5.0%。净化系统对水体TP具有一定的调节作用,能使其质量浓度保持在较低的水平,但TP去除与净化系统中植物覆盖率的相关性不高。0～30 d,净化系统对养殖池塘水体TP的去除效果明显。

2.3 不同养殖池塘中水体CODMn质量浓度的变化

图4反映了试验期间水体中CODMn质量浓度随时间的变化情况。从图中可以看出,各组水体CODMn初始质量浓度在9.14～13.23 mg·L-1。CODMn质量浓度总体呈上升趋势,增幅由大到小依次为0-F、10%-F、30%-F。30～135 d,30%-F组的CODMn质量浓度显著(P<0.05)低于0-F组。试验结束时,0-F组、10%-F组和30%-F组的CODMn质量浓度分别较初始时增加了138.5%、100.0%和88.9%。协同净化系统对控制池塘水体有机物含量有一定效果,30%-F组净化效果略好于10%-F组。但是也可看出,随着鱼类生长,摄食量加大,鱼体代谢和残饵分解所产生的耗氧污染物增多,净化系统的净化能力虽也在增强,但仍未能及时吸收、利用转化,因而净化组的CODMn质量浓度仍缓慢升高。

图4 试验期间各组CODMn质量浓度的变化

2.4 鱼类的成活与收获情况

各组鱼类的成活率和产量见表1。0-F组、10%-F组、30%-F组鳜鱼、细鳞斜颌鲴的成活率和产量均无显著差异(P>0.05);10%-F组和30%-F组中鲢的成活率显著(P<0.05)高于0-F组,但0-F组和30%-F组中鲢的产量显著(P<0.05)高于10%-F组。3个组中鳙的成活率无显著差异(P>0.05),30%-F组中鳙的产量显著(P<0.05)高于0-F组。

表1 鱼类的成活率和产量

2.5 水质净化生物的生长、收获情况与效益概算

净化组中褶纹冠蚌的生长成活情况,以及水稻和水蕹菜的产量见表2。10%-F组水稻单位面积产量高于30%-F组;水蕹菜多次采收后称量统计,10%-F组单位浮床产量高于30%-F组,以上结果间接表明10%-F组的水体营养盐含量高于30%-F。褶纹冠蚌生长良好,全部成活;30%-F组蚌的湿重增长率略高于10%-F组;10%-F组壳长相对增长率高于30%-F组,壳宽相对增长率低于30% F组。

表2 水质净化生物的生长和产量

各组养殖效益概算情况见表3,10%-F组和30%-F组的经济效益分别比0-F组提高9.12%和10.02%。

表3 各组效益概算

3 讨论

3.1 协同净化系统对池塘水质的影响

试验进行期间,对照组水体表面出现少量藻类水华,而净化组始终没有出现。这一方面可能是蚌类的滤食作用;另一方面可能是水生植物产生了抑制藻类的物质。具体原因有待进一步证实。

3.2 净化系统覆盖面积对池塘水质的影响

本试验结果显示,植物覆盖率为30%的净化系统净化效果好于覆盖率为10%的净化系统,但差异很小。许多研究结果显示:移植时间越长,水生植物覆盖面积与净化效果的正相关性越明显[24,35-36];但覆盖面积超过最适范围时,水生植物的自屏效应会影响水体的透光作用[37-38],进而影响水体复氧,并且种植面积加大也会减慢水体流速,不利于物质交换。因而,并不是水生植物覆盖面积越大越有利于池塘的水质净化。由于植物覆盖率只设置了10%和30% 2个梯度,还需要进一步研究确定底栖动物、水生植物的密度水平与适宜比例。另外,探索不同养殖鱼类或不同的污染水平与水生植物、底栖动物品种的适配性也是今后水体生物净化的一个发展方向。

3.3 协同净化系统对动植物的影响

田源等[2]指出,淡水养殖中水生植物的应用不仅能够净化水质,还能提高渔业产量、降低鱼病发生。与之相类似,杨坤等[39]和武震[40]的研究表明,鱼蚌混养池塘中鱼类的成活率和平均增重率优于单养鱼类的池塘。本试验条件下,虽然鳜鱼的成活率和产量随植物覆盖率的增大而增加,但组间成活率和产量相差很小,说明仅靠提高净化系统中水生植物的覆盖率对鳜鱼养殖的作用不明显。

在养殖池塘中搭建协同净化系统,提高养殖鱼类产量的同时可收获贝类、水蕹菜、水稻等,产生了额外的经济效益。植物覆盖率越高,获得的经济效益越多。但是覆盖面积的增加与产量的提高未呈等比例增加,而且植物的单位面积产量随覆盖率的增加而降低,说明30%-F组的植物在生长过程中营养供应受到了限制。要兼顾水质净化效果和养殖经济效益最大化的话,还需优化植物覆盖率。

4 结论