陶粒浮床對(duì)草魚(yú)養(yǎng)殖池塘水質(zhì)和浮游植物的影響

李曉莉陶 玲張世羊趙曉杰陸光全李 谷

(1. 中國(guó)水產(chǎn)科學(xué)研究院長(zhǎng)江水產(chǎn)研究所, 武漢 430223; 2. 湖北清碧水水處理科技有限公司, 宜昌 443002)

陶粒浮床對(duì)草魚(yú)養(yǎng)殖池塘水質(zhì)和浮游植物的影響

李曉莉1陶 玲1張世羊1趙曉杰1陸光全2李 谷1

(1. 中國(guó)水產(chǎn)科學(xué)研究院長(zhǎng)江水產(chǎn)研究所, 武漢 430223; 2. 湖北清碧水水處理科技有限公司, 宜昌 443002)

為了探討陶粒浮床對(duì)草魚(yú)養(yǎng)殖池塘浮游植物群落結(jié)構(gòu)的影響, 將6個(gè)池塘隨機(jī)分為兩組, 分別為浮床組和對(duì)照組, 2013年5—10月對(duì)養(yǎng)殖池塘的藻類(lèi)群落結(jié)構(gòu)和水質(zhì)因子進(jìn)行定期采樣分析。結(jié)果表明: 浮床組池塘水體透明度顯著高于對(duì)照組(P＜0.05), 養(yǎng)殖后期, 浮床組主要營(yíng)養(yǎng)鹽指標(biāo)顯著低于對(duì)照組(P＜0.05), 微生物總數(shù)顯著高于對(duì)照組(P＜0.05)。水質(zhì)理化指標(biāo)波動(dòng)范圍小, 系統(tǒng)穩(wěn)定性較強(qiáng)。試驗(yàn)期間共檢出浮游藻類(lèi)8門(mén)111屬179種, 其中綠藻93種, 藍(lán)藻25種, 硅藻23種, 裸藻17種, 黃藻6種, 甲藻5種, 金藻5種, 隱藻5種。在養(yǎng)殖中后期, 陶粒浮床對(duì)藻類(lèi)的種類(lèi)組成有顯著影響, 藻類(lèi)種數(shù)明顯高于對(duì)照組, 浮床組和對(duì)照組浮游植物數(shù)量范圍分別為101. 95×106—614.95 ×106ind./L和151.43×106—612.60 ×106ind./L, 生物量范圍分別為90.79—402.85 mg/L和116.33—831.55 mg/L, 到養(yǎng)殖中后期(8月份以后), 對(duì)照組浮游植物的生物量顯著高于浮床組(P＜0.05)。綠藻門(mén)和藍(lán)藻門(mén)的貢獻(xiàn)率一直占總密度的90%以上。浮游植物群落呈明顯的季節(jié)變化, 綠藻門(mén)呈先降低后升高的趨勢(shì), 藍(lán)藻門(mén)相反。試驗(yàn)初期浮游植物的優(yōu)勢(shì)種為柵藻; 在試驗(yàn)開(kāi)始30d后,浮床組柵藻繼續(xù)保持優(yōu)勢(shì)藻的地位, 對(duì)照組的優(yōu)勢(shì)種則變?yōu)槠搅言搴臀⒛以? 7—8月份, 浮床組和對(duì)照組的優(yōu)勢(shì)種均為藍(lán)藻門(mén)的平裂藻, 9月份后優(yōu)勢(shì)藻逐漸由柵藻和綠球藻取代。浮床組和對(duì)照組藻類(lèi)多樣性指數(shù)無(wú)顯著差異, 物種豐富度均呈逐漸下降的趨勢(shì), 范圍為3.16—5.59, Shannon指數(shù)和Simpson指數(shù)均呈先降低后升高的趨勢(shì), 范圍分別為1.50—2.46和0.54—0.87。陶粒浮床對(duì)改善池塘水質(zhì)、豐富藻類(lèi)種類(lèi)組成、降低過(guò)高生物量和微囊藻爆發(fā)的風(fēng)險(xiǎn)有一定作用。

草魚(yú)養(yǎng)殖池塘; 新型陶粒浮床; 浮游植物; 水質(zhì)

浮床作為一種原位水處理技術(shù)因其水質(zhì)凈化效果好、價(jià)格低廉、操作簡(jiǎn)便等特點(diǎn)在富營(yíng)養(yǎng)化水處理中得到廣泛研究和應(yīng)用[1,2], 但大多數(shù)生態(tài)浮床對(duì)水質(zhì)凈化及水體生態(tài)修復(fù)的研究視點(diǎn)主要集中在對(duì)水體氮磷及有機(jī)物質(zhì)去除上[3,4], 而較少涉及水生態(tài)系統(tǒng)的生物環(huán)節(jié)。

浮游藻類(lèi)是水生生物的重要組分, 其組成和多樣性的變化直接影響到生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與功能, 對(duì)維持其平衡起到至關(guān)重要的作用[5—8]。浮游藻類(lèi)的種類(lèi)、密度、生物量與水體營(yíng)養(yǎng)程度和漁產(chǎn)潛力有密切關(guān)系[9,10], 在水產(chǎn)養(yǎng)殖生態(tài)系統(tǒng)中, 浮游藻類(lèi)不僅可以作為適口餌料, 而且對(duì)改良改善水質(zhì)、抑制有害菌群、減少病害也起到至關(guān)重要的作用[11]。因此, 研究生態(tài)浮床對(duì)養(yǎng)殖水體浮游植物的影響重要且必要。

陶粒是一種采用天然礦物或工業(yè)廢棄物等作為主要原料, 經(jīng)直接破碎或加工成粒再燒脹而成的人造輕骨料。因其表面和內(nèi)部多微孔和中孔, 易于微生物附著, 具有較高的生物、化學(xué)穩(wěn)定性, 使其在污水處理技術(shù)研究中得到應(yīng)用。在多年的研究與實(shí)踐的基礎(chǔ)上, 作者研發(fā)了一種以陶粒為骨料的新型生態(tài)浮床, 通過(guò)在水產(chǎn)養(yǎng)殖中的應(yīng)用, 擬探討陶粒生態(tài)浮床對(duì)草魚(yú)精養(yǎng)池塘水質(zhì)及浮游植物的影響并探索可能的機(jī)理, 以期為該浮床的深入研究與應(yīng)用及水產(chǎn)養(yǎng)殖新模式的發(fā)展提供理論參考。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)設(shè)施

試驗(yàn)在位于湖北荊州的中國(guó)水產(chǎn)科學(xué)研究院池塘生態(tài)工程研究中心的試驗(yàn)池塘內(nèi)進(jìn)行。試驗(yàn)共涉及 6個(gè)池塘, 規(guī)格均為 20 m×20 m, 養(yǎng)殖期水深1.5 m。所有池塘均為泥質(zhì)底、水泥護(hù)坡, 試驗(yàn)開(kāi)始前均經(jīng)過(guò)清淤處理。

1.2 陶粒浮床

陶粒浮床由陶粒浮板、浮床基質(zhì)和浮床植物組成, 為避免草魚(yú)(Ctenopharyngodon idellus)啃食植物根莖, 增加保護(hù)網(wǎng)箱。

陶粒浮板 陶粒浮板的主要骨料為輕質(zhì)頁(yè)巖陶粒, 購(gòu)自湖北宜昌光大陶粒制品有限公司,其化學(xué)成分主要有SiO2、Al2O3、Fe2O3、MgO和CaO等。另外, 制作陶粒浮板的物化原料還有珍珠巖、硅酸鹽水泥、粉煤灰等無(wú)機(jī)材料。參考國(guó)內(nèi)外同類(lèi)技術(shù)并結(jié)合本浮板材料的特點(diǎn)制作而成長(zhǎng)寬各60 cm, 厚度8 cm的板塊, 板塊上每10 cm預(yù)留一個(gè)植物栽培孔, 栽培孔直徑為10 cm。陶粒浮板栽培孔內(nèi)設(shè)有活動(dòng)的栽培籃用于填充基質(zhì), 栽培籃的網(wǎng)眼直徑小于1.0 cm。陶粒浮板示意圖如圖1所示。

圖1 陶粒浮板示意圖Fig. 1 Schematic diagram of the ceramsite floating bed

浮床基質(zhì) 浮床基質(zhì)選擇粒徑在10—20 mm的輕質(zhì)頁(yè)巖陶粒, 并搭配下列原料混合而成: 陶土、氯化銨、碳酸氫鈉、草酸鈉、氯化鈉等。

浮床植物 試驗(yàn)在前期植物篩選的基礎(chǔ)上,選擇生物量大、對(duì)水質(zhì)具有較好的凈化作用的陸生植物花葉蘆竹(Arundo donax)為浮床植物, 花葉蘆竹在陸地育苗后移入栽培孔內(nèi), 每個(gè)栽培孔栽植2株。

1.3 養(yǎng)殖魚(yú)類(lèi)

試驗(yàn)池塘主養(yǎng)品種為草魚(yú), 規(guī)格為65 g/尾, 密度為1200尾/667 m2, 配養(yǎng)品種為鰱(Hypophthalmichthys molitrix), 規(guī)格為200 g/尾, 密度為150 尾/ 667 m2。養(yǎng)殖期間各池塘投飼、管理均一致。

1.4 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

將池塘分為浮床組(架設(shè)陶粒浮床)和對(duì)照組,每組設(shè)3次重復(fù)。浮床組(試驗(yàn)組)浮床面積占池塘面積的5%。將20個(gè)浮床單體用鐵絲相連, 形成整體,當(dāng)植物進(jìn)入生長(zhǎng)盛期后移入池塘開(kāi)始試驗(yàn)。試驗(yàn)期間無(wú)換水和外排水, 補(bǔ)給水來(lái)自降雨和地下水。

1.5 樣品采集和測(cè)試

試驗(yàn)于2013年5—10月進(jìn)行。試驗(yàn)期間每15天取樣測(cè)試水體理化指標(biāo), 每30天測(cè)試浮游植物指標(biāo)和微生物指標(biāo)。

取樣方法 在池塘四周各設(shè)1個(gè)采樣點(diǎn), 用2.5 L采水器分別取表面下25—50 cm處水樣, 經(jīng)攪拌混勻后取混合水樣2 L, 1 L用于水質(zhì)指標(biāo)測(cè)定, 1 L用于浮游植物定量檢測(cè)。浮游植物水樣現(xiàn)場(chǎng)用15 mL魯哥氏液固定。

水體指標(biāo)測(cè)試 水質(zhì)測(cè)定指標(biāo)包括水溫、溶解氧(DO)、pH、透明度、總氮(TN)、亞硝酸鹽氮(NO2

–-N)、氨氮(NH4+-N)、總磷(TP)、高錳酸鹽指數(shù)(CODMn)、細(xì)菌總數(shù)(Bacteria)等。其中水溫、pH、DO等指標(biāo)采用YFI水質(zhì)在線分析儀在現(xiàn)場(chǎng)分析測(cè)定,透明度采用黑白透明度盤(pán)測(cè)定。其他項(xiàng)目水樣采集后帶回實(shí)驗(yàn)室分析。各項(xiàng)水質(zhì)指標(biāo)的測(cè)定方法均按國(guó)家環(huán)境保護(hù)總局編寫(xiě)的《水和廢水監(jiān)測(cè)分析方法》[12]進(jìn)行。細(xì)菌總數(shù)采用吖啶橙染色熒光顯微鏡直接計(jì)數(shù)法進(jìn)行。

浮游植物測(cè)定 浮游植物樣品固定后帶回實(shí)驗(yàn)室內(nèi), 在沉降器內(nèi)重力沉淀48h, 棄去上清液, 濃縮液收集定容到50 mL, 加數(shù)滴福爾馬林保存。定量計(jì)數(shù)在10×40倍顯微鏡視野下采用迅數(shù)R100軟件進(jìn)行, 每個(gè)樣本計(jì)數(shù)兩次, 每次計(jì)數(shù)在200個(gè)視野。浮游植物的鑒定主要參照胡鴻均等[13], 浮游植物生物量的估算及優(yōu)勢(shì)種大小測(cè)量方法參考章宗涉和黃祥飛[14]以及金相燦[15]。

1.6 統(tǒng)計(jì)方法

數(shù)據(jù)分析使用SPSS 11.5軟件進(jìn)行了方差分析(ANOVA)和Pearson系數(shù)的相關(guān)性檢驗(yàn)。

2 結(jié)果

2.1 理化指標(biāo)

從表1可以看出, 對(duì)照組和浮床組的水溫、pH和DO之間未表現(xiàn)出明顯的差異(P＞0.05)。pH變化在7.5—8.1, DO變化在7—13 mg/L, 均符合漁業(yè)水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)(GB 11607-89)。隨著餌料的投喂和浮游生物的增殖, 各池塘透明度均呈逐漸下降趨勢(shì), 對(duì)照組率先在8月份時(shí)降至最低16 cm, 浮床組在9月份降至最低28 cm, 在養(yǎng)殖后期透明度略有增加, 試驗(yàn)期間浮床組的透明度顯著高于對(duì)照組(P＜0.05)。

隨著餌料的投喂, 浮床組和對(duì)照組水質(zhì)理化指標(biāo)均呈上升的趨勢(shì), 變化趨勢(shì)基本一致, 浮床組TN、TP、NH4+-N、NO2

–-N、CODMn的變化范圍分別是2.98—5.83、0.42—1.49、0.51—2.55、0.01—0.11和 10.93—24.41 mg/L, 對(duì)照組的變化范圍分別是3.09—6.85、0.44—2.10、0.45—2.80、0.01—0.18和12.93—29.87 mg/L。在養(yǎng)殖后期, 浮床組營(yíng)養(yǎng)鹽指標(biāo)(除 NH4

+-N外)均顯著低于對(duì)照組(P＜0.05)。與對(duì)照組相比, 浮床組水質(zhì)理化指標(biāo)波動(dòng)范圍小, 系統(tǒng)穩(wěn)定性較強(qiáng)。在養(yǎng)殖中后期, 浮床組細(xì)菌總數(shù)顯著高于對(duì)照組(P＜0.05)。

2.2 魚(yú)類(lèi)生長(zhǎng)情況

經(jīng)過(guò)5個(gè)多月的養(yǎng)殖, 草魚(yú)達(dá)到商品規(guī)格。表2中數(shù)據(jù)表明, 在餌料系數(shù)顯著降低的情況下, 浮床組的草魚(yú)平均體重可以達(dá)到 1125 g, 總產(chǎn)量可達(dá)到989.7 kg/667 m2, 顯著高于對(duì)照組(P＜0.05), 同時(shí), 試驗(yàn)塘成活率達(dá)到77.2%, 顯著高于對(duì)照組(P＜0.05)。

表1 各池塘水質(zhì)指標(biāo)隨時(shí)間的變化Tab. 1 Time courses of the major water quality parameters in all groups

2.3 浮游植物

種類(lèi)組成 在試驗(yàn)期間(5—10月), 從各養(yǎng)殖塘采集樣本中, 共觀察到浮游藻類(lèi) 8門(mén) 111屬 179種(表3)。種類(lèi)組成最多的是綠藻門(mén)48屬93種, 占種類(lèi)總數(shù)的 52.00%; 其次是硅藻門(mén)和藍(lán)藻門(mén), 分別是19屬23種和18屬25種, 占種類(lèi)總數(shù)的14.0%和12.9%; 再依次是裸藻門(mén)8屬17種, 黃藻門(mén)6屬6種, 甲藻門(mén)5屬5種, 金藻門(mén)4屬5種, 隱藻門(mén)3屬5種。

另外, 從表3中可以看出, 在試驗(yàn)初期, 浮床組與對(duì)照組浮游植物種類(lèi)組成基本一致, 種類(lèi)較少,只觀察到綠藻門(mén)、藍(lán)藻門(mén)、硅藻門(mén)、裸藻門(mén)和甲藻門(mén)的物種, 隨著水溫升高, 兩組均呈現(xiàn)種類(lèi)增多的趨勢(shì), 在 6月份時(shí)觀察到隱藻門(mén)和金藻門(mén)的種類(lèi)。隨著浮床組與對(duì)照組水體環(huán)境的改變, 其種類(lèi)組成也出現(xiàn)較大差異, 在養(yǎng)殖中期(7—8月份)表現(xiàn)為浮床組浮游植物種類(lèi)數(shù)量明顯高于對(duì)照組, 7月份時(shí)分別為7門(mén)69種和5門(mén)62種, 8月份時(shí)分別為7門(mén)70種和7門(mén)56種。在養(yǎng)殖中后期(9—10月份)浮床組與對(duì)照組種類(lèi)組成之間的差異逐漸減小, 9月份時(shí)浮床組與對(duì)照組種類(lèi)數(shù)量差異較小, 但藍(lán)藻門(mén)的種類(lèi)數(shù)量低于對(duì)照組, 硅藻門(mén)的種類(lèi)數(shù)量則高于對(duì)照組。在養(yǎng)殖末期, 兩組之間的種類(lèi)組成與數(shù)量基本一致。

表2 各試驗(yàn)組的養(yǎng)殖效果Tab. 2 Breeding effect in all groups

表3 浮游植物各門(mén)類(lèi)屬(種)數(shù)及占總數(shù)的百分比Tab. 3 Numbers of genera/species of each phylum and their percentages in the total

浮游植物的密度和生物量 整個(gè)養(yǎng)殖期間(5—10月), 浮游植物數(shù)量和生物量均呈上升趨勢(shì),養(yǎng)殖初期的浮床組和對(duì)照組浮游植物數(shù)量分別為101. 95×106和151.43×106ind./L, 至養(yǎng)殖末期數(shù)量上升為432.50×106和397.65×106ind./L, 其中峰值出現(xiàn)在7月份, 由于暴發(fā)了以平裂藻為主的微型藻類(lèi), 使浮游植物數(shù)量急劇上升到614.95×106(浮床組)和612.60×106ind./L(對(duì)照組), 整個(gè)養(yǎng)殖期間, 浮床組和對(duì)照組浮游植物數(shù)量差異不顯著。隨著飼料投喂量的增加, 水體中營(yíng)養(yǎng)鹽也隨之增加, 浮游植物生物量在試驗(yàn)期間呈現(xiàn)增長(zhǎng)的趨勢(shì)。浮床組和對(duì)照組分別從5月份的90.79和116.33 mg/L上升到10月份的402.85和831.55 mg/L, 且到養(yǎng)殖中后期(8月份以后),對(duì)照組浮游植物的生物量顯著高于浮床組(P＜0.05) (圖2)。

浮游植物的群落演替 隨著密度和生物量的變化, 浮游植物的群落結(jié)構(gòu)也在不斷變化。從數(shù)量變化角度看, 浮床組和對(duì)照組變化趨勢(shì)一致, 綠藻門(mén)和藍(lán)藻門(mén)的貢獻(xiàn)率一直占總密度的 90%以上, 綠藻門(mén)呈現(xiàn)先降低后升高的趨勢(shì), 藍(lán)藻門(mén)相反, 在養(yǎng)殖前期較低, 到溫度較高的養(yǎng)殖中期, 數(shù)量迅速增大, 在7月份時(shí)達(dá)到了85%(浮床組)和77%(對(duì)照組),而后又分別逐漸降低至33%和18%。整個(gè)養(yǎng)殖期間硅藻門(mén)、裸藻門(mén)、隱藻門(mén)的浮游植物密度均有波動(dòng),但變化較小, 合計(jì)貢獻(xiàn)率最高只占8%, 不能形成優(yōu)勢(shì)種(圖3)。

圖2 浮游植物數(shù)量(×106ind./L)和生物量隨時(shí)間的變化Fig. 2 Dynamics of phytoplankton quantity and biomass in different treatments during the experimental period

圖3 試驗(yàn)期間各處理浮游植物群落結(jié)構(gòu)的變化Fig. 3 Dynamics of the structure of the phytoplankton community

從生物量角度來(lái)看, 養(yǎng)殖前期(5—6月份), 浮床組綠藻門(mén)的生物量占絕對(duì)優(yōu)勢(shì), 隨著水溫、營(yíng)養(yǎng)鹽的變化, 養(yǎng)殖中期(7—8月份)綠藻門(mén)的優(yōu)勢(shì)逐漸下降, 裸藻門(mén)、硅藻門(mén)生物量逐漸增大, 而到了養(yǎng)殖后期綠藻門(mén)又占據(jù)主導(dǎo)地位; 對(duì)照塘的趨勢(shì)基本與浮床組一致, 除了 9月份, 藍(lán)藻生物量驟然增加外,其余時(shí)間段, 綠藻門(mén)一直占據(jù)絕對(duì)優(yōu)勢(shì)(圖4)。

浮游植物群落的變化也反映在多樣性指數(shù)變化中, 物種豐富度在整個(gè)養(yǎng)殖期間均呈逐漸下降的趨勢(shì), 浮床組和對(duì)照組變化一致, 無(wú)顯著差異。物種均勻度指數(shù)在養(yǎng)殖中后期(7—10月份)浮床組有高于對(duì)照組的趨勢(shì)。Shannon指數(shù)H' (loge)和Simpson指數(shù)1-Lambda'均呈現(xiàn)先降低后升高的趨勢(shì), 在養(yǎng)殖期間均在1.50以上, 說(shuō)明物種的多樣性較高(表4)。

圖4 試驗(yàn)期間各處理組中浮游植物生物量隨時(shí)間的變化Fig. 4 Dynamics of the total biomass of phytoplankton during the experimental period

表4 不同處理組之間浮游植物種類(lèi)多樣性的變化Tab. 4 The bio-diversity of the phytoplankton community in different treatments

在浮游植物的群落結(jié)構(gòu)變化的同時(shí), 浮游植物的優(yōu)勢(shì)種類(lèi)也有較大的變化。試驗(yàn)初期浮游植物的優(yōu)勢(shì)種為綠藻門(mén)的柵藻(浮床組47.9%、對(duì)照組39.1%)和藍(lán)藻門(mén)的平裂藻(22.8%); 試驗(yàn)開(kāi)始 30d后, 浮床組柵藻繼續(xù)保持優(yōu)勢(shì)藻的地位, 而對(duì)照組的優(yōu)勢(shì)種則變?yōu)槠搅言搴臀⒛以? 隨著水溫的增高和營(yíng)養(yǎng)鹽的變化, 藍(lán)藻門(mén)的平裂藻成為絕對(duì)優(yōu)勢(shì)藻,特別是在 7月份, 對(duì)照塘的平裂藻貢獻(xiàn)率高達(dá)91.2%; 到了養(yǎng)殖后期, 水溫下降, 平裂藻的優(yōu)勢(shì)地位逐漸被綠藻門(mén)的綠球藻取代, 10月份時(shí)綠藻門(mén)又重新占據(jù)優(yōu)勢(shì)藻的位置, 優(yōu)勢(shì)種分別是柵藻和綠球藻(表5)。

3 討論

生態(tài)浮床主要通過(guò)植物和微生物的共同作用來(lái)達(dá)到凈化水質(zhì)的目的。吳偉等[16]通過(guò)研究浮床植物系統(tǒng)對(duì)池塘水體微生物的動(dòng)態(tài)影響發(fā)現(xiàn)池塘水體中氮素的變化與浮床植物系統(tǒng)有密切關(guān)系。試驗(yàn)初期浮床植物處于根系的生長(zhǎng)成型階段, 其對(duì)微生物的吸附固著并不完善, 其凈化能力主要靠植物本身的吸收; 在試驗(yàn)中后期, 浮床區(qū)微生物數(shù)量快速上升,水質(zhì)的處理效果也明顯增強(qiáng)。另外, 微生物的活動(dòng)也影響到植物的生長(zhǎng)[17], 因?yàn)橹参镏荒苤苯游账械囊徊糠值? 而反硝化菌、硝化菌、亞硝化菌可以將不可直接利用的氮變成可直接利用的, 一些真菌則可將不可利用的磷轉(zhuǎn)化為可吸收的磷, 微生物的生長(zhǎng)繁殖, 加速了氮磷不同形式的轉(zhuǎn)化, 可以更好的被植物吸收利用, 從而進(jìn)一步提高浮床的凈水能力。陶粒表面和內(nèi)部多微孔和中孔, 易于微生物附著, 常會(huì)慶等[18]發(fā)現(xiàn)曝氣球形陶粒濾池能夠很好的去除城市尾水中NH3-N 和COD, 對(duì)二者的去除率都達(dá)到了60%以上, 并發(fā)現(xiàn)陶粒對(duì)尾水的凈化在前期主要是通過(guò)對(duì)污染物的吸附作用去除, 而后期主要靠附著在陶粒表面生物膜的作用來(lái)降解污染物。在本研究中, 浮床組營(yíng)養(yǎng)鹽指標(biāo)顯著低于對(duì)照組, 細(xì)菌總數(shù)顯著高于對(duì)照組, 是植物吸收、微生物降解及陶粒吸附作用共同作用的結(jié)果。

表5 試驗(yàn)期間各處理組浮游植物優(yōu)勢(shì)種變化Tab. 5 Dominant species in different treatments during the experimental period

浮游植物是水生態(tài)系統(tǒng)的重要組成部分, 浮游植物的種類(lèi)組成與環(huán)境因子關(guān)系密切, 生態(tài)系統(tǒng)中環(huán)境因子的改變直接影響著浮游植物群落結(jié)構(gòu)特征[19,20],隨水質(zhì)狀況不同其種群結(jié)構(gòu)和數(shù)量會(huì)發(fā)生相應(yīng)變化。在本研究中, 試驗(yàn)開(kāi)始30d后, 浮床組柵藻繼續(xù)保持優(yōu)勢(shì)藻的地位, 對(duì)照組的優(yōu)勢(shì)種則變?yōu)槠搅言搴臀⒛以? 在養(yǎng)殖中后期, 浮床組浮游植物的種類(lèi)組成與對(duì)照組有明顯差異, 浮床組藻類(lèi)種數(shù)明顯高于對(duì)照組, 浮床組浮游植物的生物量顯著低于對(duì)照組(P＜0.05)。這些充分說(shuō)明陶粒浮床的構(gòu)建改變了池塘水體環(huán)境, 進(jìn)而影響了池塘水體中浮游植物群落結(jié)構(gòu)。已有研究表明生態(tài)浮床對(duì)藻類(lèi)的影響主要通過(guò)植物的遮光效應(yīng)[21,22]、與藻類(lèi)對(duì)營(yíng)養(yǎng)鹽的競(jìng)爭(zhēng)抑制作用、植物根系的物理截留以及植物根系和浮床基質(zhì)附著微生物的降解等。王國(guó)芳等[23]通過(guò)對(duì)組合型生態(tài)浮床中不同生物單元對(duì)污染物去除的貢獻(xiàn)研究中發(fā)現(xiàn), 人工介質(zhì)對(duì)藻類(lèi)的去除作用高于水生植物, 其對(duì)藻類(lèi)的去除途徑主要是通過(guò)細(xì)菌的降解。郭吉等[24]在人工介質(zhì)上分離出具有較強(qiáng)的溶解銅綠微囊藻細(xì)胞作用的芽孢桿菌, 48h內(nèi)溶藻率可達(dá)到96%。在本研究中陶粒浮床所用的陶粒基質(zhì)粒表面和內(nèi)部多微孔和中孔, 易于微生物附著, 且研究發(fā)現(xiàn)陶粒浮床能顯著增加池塘水體中微生物總數(shù)以及氮循環(huán)細(xì)菌的數(shù)量(另文), 因此浮床微生物的作用可能是引起浮床組養(yǎng)殖后期浮游藻類(lèi)生物量顯著低于對(duì)照組(P＜0.05)、6月份未大規(guī)模暴發(fā)微囊藻的重要原因(對(duì)照組6月份微囊藻成為優(yōu)勢(shì)種之一)。

浮游微藻普遍具有明顯的季節(jié)更替現(xiàn)象, 在本研究中浮游藻類(lèi)的群落結(jié)構(gòu)出現(xiàn)明顯的季節(jié)變化,從5—10月份, 優(yōu)勢(shì)藻出現(xiàn)綠藻-藍(lán)藻-綠藻的變化規(guī)律。這與不同的浮游微藻對(duì)溫度和光照的需求不同有關(guān), 夏季水溫高、光照強(qiáng)、日照時(shí)間長(zhǎng)、水體pH高, 這些氣候因素很適合一些喜高溫的藍(lán)藻生長(zhǎng),所以浮游微藻種群中藍(lán)藻類(lèi)比較常見(jiàn)。Sommer等[25]通過(guò)對(duì)大量湖泊浮游生物的觀察研究得出浮游植物的季節(jié)演替規(guī)律, 大致過(guò)程是: 從冬春季以隱藻和硅藻為主轉(zhuǎn)變?yōu)橄募疽跃G藻為主, 到夏末初秋時(shí)則以藍(lán)藻占優(yōu)勢(shì); 隨著秋季的到來(lái), 硅藻的數(shù)量再次上升。在本試驗(yàn)中浮游藻類(lèi)群落的季節(jié)演替與Sommer等[25]的研究基本一致, 不同的是10月份綠藻門(mén)成為優(yōu)勢(shì)藻類(lèi), 出現(xiàn)該現(xiàn)象的原因可能與各種藻類(lèi)對(duì)營(yíng)養(yǎng)鹽的需求量和獲取策略不同有關(guān)[26,27],隨著投飼量的增加, 水體營(yíng)養(yǎng)鹽含量逐漸升高, 綠藻門(mén)中的柵藻等屬耐有機(jī)污染屬[28], 且晁建穎等[29]報(bào)道柵藻的最適溫度為25 ℃ ,所以綠藻門(mén)成為10月份的優(yōu)勢(shì)藻類(lèi)。另外, 張揚(yáng)宗等[30]報(bào)道平裂藻容易在夏季形成水華優(yōu)勢(shì)種, 其生長(zhǎng)繁殖占據(jù)光能、營(yíng)養(yǎng)鹽, 能抑制其他有益藻類(lèi)的繁殖, 這與本試驗(yàn)觀察的結(jié)果一致, 原因可能是平裂藻具有個(gè)體小和相對(duì)較大的表面積, 具有更高的吸收效率, 因而占競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)[31]。

浮床植物的遮光效應(yīng)[21,22]是生態(tài)浮床影響藻類(lèi)的原因之一。在養(yǎng)殖池塘中, 藻類(lèi)作為水體中溶解氧最重要的來(lái)源, 其數(shù)量和生物量的大小直接影響魚(yú)類(lèi)的生長(zhǎng)。邴旭文和陳家長(zhǎng)[32]在進(jìn)行美人蕉浮床對(duì)池塘富營(yíng)養(yǎng)化水質(zhì)的控制研究中發(fā)現(xiàn), 30%的植物覆蓋率會(huì)造成池塘魚(yú)體夜晚缺氧, 在本研究中,陶粒浮床的覆蓋面積為5%, 整個(gè)養(yǎng)殖期間, 浮床組和對(duì)照組浮游植物數(shù)量差異不顯著。在養(yǎng)殖后期浮床組浮游植物的生物量顯著低于對(duì)照組, 但仍可達(dá)到402.85 mg/L, 浮床組的魚(yú)類(lèi)成活率、增重顯著高于對(duì)照組(P＜0.05)且無(wú)明顯的夜間浮頭現(xiàn)象, 說(shuō)明5%的覆蓋面積雖然對(duì)浮游植物的生物量和群落結(jié)構(gòu)等有一定影響, 但并未達(dá)到影響池塘溶氧的程度, 這也說(shuō)明對(duì)照組藻類(lèi)生物量過(guò)大, 富營(yíng)養(yǎng)化程度嚴(yán)重。

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THE EFFECTS OF A NEW CERAMSITE ECOLOGICAL FLOATING BED ON THE WATER QUALITY AND PHYTOPLANKTON IN GRASS CRAP CULTURE PONDS

LI Xiao-Li1, TAO Ling1, ZHANG Shi-Yang1, ZHAO Xiao-Jie1, LU Guang-Quan2and LI Gu1
(1. Yangtze River Fisheries Research Institute, Chinese Academy of Fishery Sciences, Wuhan 430223, China; 2. Hubei Clear Green Water Treatment Technology Co., LTD, Yichang 443002, China)

In order to study the effects of a new ceramsite ecological floating bed on the phytoplankton community in fishponds, we conducted continuous and regular surveys on the phytoplankton community and the water quality indexes in six grass crap culture ponds from May to October in 2013. Ceramsite ecological floating beds were applied in three ponds as the test groups and the other three were the control groups. During the culture period, we identified 179 species that belonged to 8 phyla and 111 genera. Ninety-three species were Chlorophyta, 25 were Cyanophyta, 23 were Bacillariophyta, 17 were Euglenophyta, 6 were Xanthophyta, 5 were Dinophyta, 5 were Cryptophyta and 5 were Chrysophyta. In the presence of the new ceramsite ecological floating bed, the test groups exhibited higher water transparency and lower concentrations of major nutritive salts compared to the control, and there was little fluctuation in the physical-chemical indexes during the culture. There was a remarkable difference in the planktonic algae community between the test and the control groups in the middle and later culture period. In the mean while, the number of species in the test groups was higher than that in the control groups. There was a insignificant difference in the quantity of phytoplankton between the test and the control groups of which the ranges were 101.95×106—614.95×106ind./L and 151.43×106—612.60×106ind./L respectively. The ranges of biomass were 90.79—402.85 mg/L and 116.33—831.55 mg/L respectively, which were significantly different between the two groups in the middle and later culture period. The contribution of Chlorophyta and Cyanophyta was over 90%. The structure of phytoplankton community showed an obvious seasonal variation: the density and biomass of Chlorophyta first increased and then decreased, while those of Cyanophyta had an opposite trend. In the beginning, Scenedesmus was the dominant species in all ponds; a month later, Merismopedia and Microcystis were dominant in the control and Scenedesmus in the test groups; Merismopedia was the dominant species in July and August and then Scenedesmus and Chlorococcum became dominant. There was an insignificant difference between the test and the control groups in terms of the diversity index, and the ranges of species richness, Shannon-Weiner Index and Simpson’s diversity index were 3.16—5.59, 1.50—2.46 and 0.54—0.87 respectively. Ecological Floating Bed may help improve the water quality, enrich the algae species components, and reduce the risks of overly high biomass and harmful algae blooms.

Grass crap’s culture ponds; A new ceramsite ecological floating bed; Phytoplankton; Water quality

S962.9

A

1000-3207(2015)03-0507-10

10.7541/2015.67

2014-06-20;

2014-11-27

國(guó)家科技支撐計(jì)劃(2012BAD25B05); 現(xiàn)代農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系建設(shè)專(zhuān)項(xiàng)資金(NYCYTX-49)資助

李曉莉(1981—), 女, 山東濰坊人; 碩士; 助理研究員; 研究方向?yàn)樗a(chǎn)養(yǎng)殖與池塘生態(tài)。E-mail: lxl@yfi.ac.cn

李谷, E-mail: ligu667@yahoo.com