珠三角高產養殖池塘浮游動物群落結構及水質評價

李志斐謝 駿張曉可,王廣軍連玉喜余德光王翠翠郁二蒙張 凱

(1. 中國水產科學研究院珠江水產研究所, 農業部熱帶亞熱帶水產資源利用與養殖重點實驗室, 廣州 510380; 2. 安慶師范大學水生生物保護與水生態修復安徽省高校工程技術研究中心, 安慶 246133)

珠三角高產養殖池塘浮游動物群落結構及水質評價

李志斐1謝 駿1張曉可1,2王廣軍1連玉喜2余德光1王翠翠1郁二蒙1張 凱1

(1. 中國水產科學研究院珠江水產研究所, 農業部熱帶亞熱帶水產資源利用與養殖重點實驗室, 廣州 510380; 2. 安慶師范大學水生生物保護與水生態修復安徽省高校工程技術研究中心, 安慶 246133)

為進一步了解珠三角高產池塘養殖環境狀況, 分析珠三角高產池塘浮游動物群落特征及與池塘水質的相關性, 研究于2016年7—8月對珠三角地區6種主要高產養殖模式30口池塘的浮游動物和環境因子進行了調查。研究結果表明: (1)共采集浮游動物55種, 其中原生動物17種、輪蟲29種、枝角類4種、橈足類5種。6種養殖模式池塘中, 大口黑鱸S池塘浮游動物種類數最多, 為34種; 草魚池塘最少, 為18種。(2)30口池塘共記錄優勢種8種, 其中原生動物和輪蟲各4種, 枝角類和橈足類均不占優勢。在6種養殖模式池塘中, 優勢種也僅包括原生動物和輪蟲, 優勢種種類數變化范圍為5—8種。(3)30口池塘浮游動物平均密度和生物量均較高, 分別為21354 ind./L和9.36 mg/L。方差分析結果表明6種養殖模式池塘浮游動物密度和生物量均不存在顯著差異。(4)RDA分析結果表明, TP和pH是影響珠三角池塘浮游動物分布的主要因素。采用浮游動物豐度和生物量對水質的評價結果顯示, 6種養殖模式池塘均處于富營養化狀態; 運用Shannon-Wiener多樣性指數和Margalef多樣性指數對水質的評價結果表明, 6種模式養殖池塘均處于α-中污狀態, 且以草魚池塘的污染最為嚴重。本研究首次利用浮游動物對珠三角高產池塘進行水質評價, 研究結果可為池塘生態修復和管理提供一定的指導意見。

珠三角; 池塘; 浮游動物; 群落結構; 水質評價

浮游動物(Zooplankton)幾乎分布于各種水體,它們個體小、數量多、代謝活動強烈[1]。作為重要的次級生產者, 它們不僅能夠通過下行效應控制浮游植物群落的變化, 還能夠在一定程度上影響富營養化的過程[2], 因此在水域生態系統中發揮著十分重要的作用。此外, 浮游動物由于生存周期較長,對外界環境變化較為敏感, 其種類組成、現存量及多樣性特征能夠較好反應水體健康狀況[3,4]。因此浮游動物在富營養化治理、水體健康評價和水質監測等方面越來越受到人們的重視。

珠三角位于廣東省東南部, 是由西江、北江與東江等共同沖積形成的三角洲復合體, 面積約11000 km2。區域內屬于亞熱帶氣候, 雨量充沛, 池塘棋布, 是全國最大的淡水魚養殖生產基地, 具有種類多、單產高、產業化程度高等特點。近幾十年來, 該區域水產養殖技術得到快速發展, 使漁產量大大提高, 然而, 這一轉變主要是通過增加養殖密度和投餌量來實現, 池塘水質常受到較為嚴重的污染[5]。考慮到池塘水環境對水產品質量安全的影響, 一些研究者采用水化學方法對珠三角池塘水體理化參數開展了研究[6], 但利用水生生物系統地評價珠三角地區主要密養池塘水質的研究鮮有報道。草魚(Ctenopharyngodon idellus)、羅非魚(Oreochromis mossambicus)、大口黑鱸(Micropterussalmoides)和雜交鱧(Channa maculate♀ × Channa arguss♂)是珠三角地區的主體養殖品種, 其養殖技術和產量均處于國際領先水平。為掌握珠三角池塘高峰養殖季節浮游動物的群落結構特征, 進而評價養殖池塘的水質狀況, 本研究于2016年7—8月對以上4種主要養殖魚類共計30個池塘進行了調查,探討珠三角密養池塘浮游生物群落結構及其與環境因子的關系, 旨在為管理好密養池塘水質和提高養殖效果提供科學依據。

1 研究區域與方法

1.1 樣點設置

4種魚類根據養殖規格和投喂食物不同可分為6種模式, 分別為: (1)草魚池塘(Grass carp pond, GC): 草魚規格40—45 cm, 完全投喂飼料(粗蛋白≥26%、TP≥0.6%), 漁產量3.75 kg/m2/年; (2)羅非魚池塘(Tilapia pond, TI): 羅非魚規格10—15 cm, 完全投喂飼料(粗蛋白≥30%、TP≥0.7%), 漁產量2.10 kg/ m2/年; (3)大口黑鱸S池塘(Largemouth bass pond-S, LB-S): 大口黑鱸規格12—15 cm, 完全投喂飼料(粗蛋白≥42%、TP≥1.0%), 漁產量6.00 kg/m2/年; (4)大口黑鱸S+B池塘(Largemouth bass pond-S+B, LB-S+B): 大口黑鱸規格12—15 cm, 投喂冰鮮魚類和飼料(粗蛋白≥42%、TP≥1.0%)各占一半, 漁產量6.00 kg/m2/年; (5)雜交鱧Y池塘(Hybrid snakehead pond-Y, HS-Y): 雜交鱧規格6—7 cm, 完全投喂飼料(粗蛋白≥40%、TP≥1.0%), 漁產量6.00 kg/m2/年; 6)雜交鱧C池塘(Hybrid snakehead pond-C, HS-C):雜交鱧規格35—40 cm, 完全投喂飼料(粗蛋白≥40%、TP≥1.0%), 漁產量6.00 kg/m2/年。

每種模式均選擇5個池塘, 每個池塘水深1.9—3.0 m, 面積4000—6670 m2。采用5點采樣法(每個池塘4角和中心各設1個采樣點, 然后混合)對所有池塘浮游動物進行采集。采樣區域見圖 1。

圖 1 珠三角不同類型養殖池塘采樣區域分布圖

1.2 研究方法

于2016年7—8月對6種養殖模式池塘浮游動物和相關環境因子進行了調查。用YSI多功能水質分析儀(Pro Plus)測定水體的溫度(Temperature, Temp)、溶解氧(Dissolved oxygen, DO)、電導率(Conductivity, Cond)、pH、溶解性固體總量(Total dissolved solids, TDS)等指標, 然后每個池塘均取混合水樣, 帶回實驗室按照標準方法[7]測定水體中的總氮(Total nitrogen, TN)、總磷(Total phosphorus, TP)、磷酸鹽(Phosphorous salts,和總有機碳(TOC, Total organic carbon)含量等指標。浮游動物分定性和定量采集, 定性采集使用25號浮游生物網撈取, 加福爾馬林固定后帶回實驗室, 參照相關資料進行種類鑒定。原生動物和輪蟲標本的定量采集取1 L水樣加入魯哥氏液固定, 然后倒入有刻度的沉淀器定容, 靜置24h后, 用虹吸管吸取上清液,并把沉淀物倒入已標定容積(30 mL)的小塑料瓶中。橈足類和枝角類的定量采集取20 L水樣經25號浮游生物網濾縮后放入小塑料瓶中, 加福爾馬林固定后鑒定。

1.3 數據分析

根據浮游動物不同物種的出現頻率(fi)和個體數量(Ni)與總數量(N)的比例來計算優勢度, 公式為優勢度Y=(Ni/N)fi。當Y≥0.02時, 確定為優勢種[8]。在SPSS18.0軟件中運用單因素方差分析(One-way ANOVA)來檢驗6種養殖模式池塘環境因子和浮游動物密度、生物量之間差異的顯著性。若有顯著差異, 采用Duncan’s多重比較來檢驗組之間的差異。采用Canoco4.5軟件對浮游動物與環境因子之間的關系進行冗余分析(Redundancy analysis, RDA)。在RDA分析前, 首先選取浮游動物優勢度Y≥0.005的物種構建矩陣, 然后對浮游動物多度數據進行除趨勢對應分析(Detrended correspondence analysis, DCA), 據其第一軸長度確定分析類型(大于4使用CCA分析, 小于3使用RDA分析, 處于3—4二者均可[9])。

采用浮游動物豐度和生物量對池塘水體的營養狀態進行評價, 評價標準為豐度＜1000 ind./L為貧營養型、1000—3000 ind./L為中營養型、＞3000 ind./L為富營養型; 生物量＜1.0 mg/L為貧營養型、1—3 mg/L為中營養型、＞3 mg/L為富營養型[10]。采用Shannon多樣性指數(H′)、Margalef多樣性指數(D)來評價養殖池塘水體的污染狀況, 其計算公式: (1) H′=–Σ(Pi)(lnPi), 公式中Pi為物種i個體數所占的比例[11]。(2) D=(S–1)/lnN, 公式中N為樣品中所有物種的總個體數, S為樣品中種類總數[12]。兩者評價標準均為: 0—1為多污型、1—2為α-中污、2—3為β-中污、3—4為寡污型、＞4為清潔[2]。

2 結果

2.1 水體理化性質

2.2 種類組成

30個池塘共采集浮游動物55種, 其中輪蟲種類數最多, 為29種; 其次是原生動物, 為17種; 枝角類和橈足類種類數最少, 僅分別為4和5種(表 2)。

表 1 珠三角6種養殖模式水體理化性質(表中數值為平均值和標準差)Tab. 1 Physico-chemical parameters of six model aquaculture ponds in the Pearl River Delta (presented as mean and standard deviation)

表 2 珠三角6種養殖模式池塘浮游動物種類組成Tab. 2 Species composition of zooplankton in six model aquaculture ponds in the Pearl River Delta

續表 2

6種養殖模式池塘浮游動物種類數差異較大。大口黑鱸S池塘種類數最多, 為34種; 草魚池塘種類數最少, 為18種; 其余4種模式種類數從多到少依次為大口黑鱸S+B、雜交鱧Y、羅非魚和雜交鱧C池塘, 分別為32、30、28和24種(表 2)。從分類群上來看, 6種模式池塘均是以輪蟲為主, 其次是原生動物, 枝角類和橈足類種類數均較少(圖 2)。

2.3 優勢種

以優勢度Y≥0.02作為優勢種, 珠三角池塘共記錄到優勢種8種, 其中原生動物4種, 分別為纖毛蟲一種(Ciliophora sp.)、毛板殼蟲(Coleps hirtus)、鐘蟲一種(Vorticella sp.)和小單環櫛毛蟲(Didinium balbianii); 輪蟲4種, 分別為長三肢輪蟲(Filinia longiseta)、廣布多肢輪蟲(Polyarthra vulgaris)、暗小異尾輪蟲(Trichocerca pusilla)和角突臂尾輪蟲(Brachionus angularia)(表 3)。枝角類和橈足類優勢度均較小。優勢度和出現頻率最大的物種均為纖毛蟲一種。

圖 2 珠三角6種模式池塘不同類群浮游動物種類數

6種養殖模式池塘優勢種也僅包括原生動物和輪蟲。其中, 草魚池塘7種、羅非魚池塘5種、大口黑鱸S池塘6種、大口黑鱸S+B池塘8種、雜交鱧Y池塘6種、雜交鱧C池塘8種(表 3)。除雜交鱧Y池塘優勢度最大的種為鐘蟲一種外, 其余池塘均為纖毛蟲一種(表 3)。

2.4 密度和生物量

珠三角池塘浮游動物平均密度為21354 ind./L,其中原生動物、輪蟲、枝角類和橈足類平均密度分別為15310、5834、41和169 ind./L, 分別占總密度的71.7%、27.3%、0.2%和0.8%。珠三角池塘浮游動物平均生物量為9.36 mg/L, 其中原生動物、輪蟲、枝角類和橈足類平均生物量分別為0.76、7.00、0.82和0.77 mg/L, 分別占總密度的8.2%、74.8%、8.8%和8.2%。

6種模式中草魚池塘浮游動物密度最高, 為28212 ind./L; 羅非魚池塘密度最低, 為6973 ind./L;其余4種模式密度在15039—26425 ind./L (圖 3)。雜交鱧C池塘浮游動物生物量最高, 為16.27 mg/L,草魚池塘生物量最低, 為5.35mg/L; 其余四種模式生物量在6.58—10.65 mg/L (圖 3)。方差分析結果表明, 6種養殖模式池塘浮游動物密度和生物量均不存在顯著差異。

從不同分類群上看, 6種模式池塘中原生動物密度所占比例最高, 其次是輪蟲, 枝角類和橈足類所占比例均很小; 6種模式池塘中輪蟲生物量所占比例最高, 其他3個類群生物量在不同模式中所占比例差異較大(圖 3)。

2.5 影響因素

圖 4顯示了優勢度Y≥0.005的15個物種與環境因子的關系。RDA排序軸前兩軸的特征值分別為0.236和0.084, 分別解釋了53.5%和19.0%的物種-環境關系變量。Monte Carlo檢驗分析表明排序軸的特征值具有顯著性(P＜0.05)。在9個環境因子中, 影響珠三角浮游動物分布的主要因素是TP和pH, 其中TP主要貢獻于第一軸, 而pH主要貢獻于第二軸。

表 3 珠三角6種養殖模式池塘浮游動物優勢種出現頻率和優勢度Tab. 3 Occurrence frequencies and dominance of dominant species in six model aquaculture ponds in the Pearl River Delta

2.6 水質評價

如表 4所示, 按照豐度和生物量評價等級標準, 6種模式池塘均處于富營養化狀態。按照Shannon-Wiener多樣性指數(H′)和Margalef多樣性指數(D)評價等級標準, 6種模式池塘多樣性指數均處于1—2,均處于α-中污狀態。其中, 草魚池塘的污染最為嚴重。

圖 3 珠三角6種養殖模式池塘浮游動物密度和生物量

3 討論

3.1 浮游動物群落結構

圖 4 珠三角池塘浮游動物與環境因子的RDA分析

表 4 基于浮游動物的珠三角6種養殖模式池塘水質生物學評價Tab. 4 Bioassessment of water quality based on zooplankton in six aquaculture ponds of in Pearl River Delta

一般認為, 在中營養水平水體中浮游動物群落結構復雜, 多樣性較高; 而在極端貧營養或富營養水體中物種多樣性較低[13]。這主要是由于貧營養水體中浮游動物的食物資源較為匱乏, 而在富營養水體中一些對污染敏感的種類消失[14]。養殖池塘作為一種相對封閉的生態系統, 由于其自凈能力十分有限, 常遭受更為嚴重的污染[6]。按照《地表水環境質量標準》(GB3838-2002), 珠三角池塘水體TN和TP含量均遠超V類水質標準, 因此其種類組成也相對較為簡單。6種模式池塘種類數變化范圍僅為18—34種, 遠低于長江中下游一些湖泊[15,16]。優勢種組成方面, 毛板殼蟲(Coleps hirtus)、小單環櫛毛蟲(Didinium balbianii)、長三肢輪蟲(Filinia longiseta)、廣布多肢輪蟲(Polyarthra vulgaris)、萼花臂尾輪蟲(Brachionus calyciflorus)和角突臂尾輪蟲(B. angularia)均為富營養水體的常見指示物種,均具有較強的耐污能力[17,18]。此外, 一些對富營養化水體的研究結果還表明, 隨著水體富營養化程度的增加, 浮游動物的密度和生物量均逐漸增加, 其中小型浮游動物原生動物和輪蟲的增長尤為迅速,因此浮游動物往往還表現出小型化趨勢[13,19]。一般認為這主要是由2方面造成的, 一是在較多的營養輸入下, 浮游植物可以為浮游動物提供更豐富的食物來源[20]; 二是魚類對浮游動物的捕食具有選擇性, 在同等能量消耗下, 會優先選擇個體較大的種類[21]。在本研究中, 無論從優勢種的組成, 還是從不同類群密度和生物量所占比例方面, 小型浮游動物均占絕對優勢, 與以上結論一致。國內對華中地區主養草魚池塘的研究也獲得了相似的結果[22], 然而趙超等[23]對山東微山縣烏鱧(Channa argus)養殖池塘浮游動物的研究結果卻剛好相反。后者認為小型浮游動物(原生動物和輪蟲)對環境的反應更敏感, 養殖池塘定期的消毒會對其產生更明顯的不利影響, 這也許是池塘管理措施差異影響的結果。

在6種養殖模式池塘中, 浮游動物的密度和生物量雖然存在一定差異, 但并沒有達到顯著水平,這可能主要是由于同一養殖模式內部池塘具有較大差異造成的。雖然珠三角地區大多是標準化魚塘, 同一養殖模式池塘的面積、水深、長寬比、飼料類型等基本相同, 但養殖池塘間不同的養殖管理措施, 例如飼料投喂量和時間、增氧機的使用、水質改良劑等物質的使用等, 可能會在短時間內改變水體的理化性質(如pH、溶氧和營養鹽含量等), 從而對浮游動物的密度和生物量產生較大影響。這與國內其他一些池塘的研究結果一致[22]。此外, 值得注意的是雜交鱧C池塘浮游動物平均密度和生物量均高于雜交鱧Y池塘, 這可能主要是由于雜交鱧幼魚對池塘浮游動物的捕食壓力較大造成的。有研究表明雜交鱧幼魚可捕食部分枝角類和橈足類,而20 cm以上成魚則基本不捕食浮游動物[24]。

3.2 影響因素及水質評價

影響浮游動物群落結構的因素較多, 常見的生物因素包括食物的質量和濃度、競爭、捕食等, 而非生物因素包括水溫、光照、pH和營養鹽含量等[25]。一般認為, 非生物因子中對浮游動物影響最大的是水溫[24]; 因為高溫時浮游動物的壽命減小、內稟增長率增大[26], 并且其生長速率也隨溫度的增加而增大[27]。然而, 本研究6種養殖模式池塘的調查時間均在夏季, 平均水溫的變化范圍僅為32.14—33.94℃, 因此水溫可能對浮游動物群落結構的影響較小。RDA分析結果表明TP和pH是影響浮游動物分布的主要因素。從二維排序圖(圖 4)中可以看出,纖毛蟲一種、淡水筒殼蟲(Tintinnidium fluviatile)、長三肢輪蟲、廣布多肢輪蟲和角突臂尾輪蟲均與TN正相關, 而與TP顯著正相關。這些物種除纖毛蟲一種外, 均是富營養水體的指示物種[17,18]; 而對纖毛蟲的一些研究也表明, 其豐度和生物量與富營養程度呈顯著正相關[28]。在TN和TP的相反方向上,則主要分布著長頸蟲(Dileptus sp.)、裂痕龜紋輪蟲(Anuraeopsis fissa)和暗小異尾輪蟲(Trichocerca pusilla)等寡營養水體的指示物種[17,18], 這表明RDA分析具有一定的合理性。pH也是影響浮游動物的重要因素, 浮游動物一些種類(如輪蟲和枝角類)對pH非常敏感, 高的pH對臂尾輪蟲屬種類的生長十分有利, 卻常導致一些酸性水體輪蟲種類的消失[29]。在本研究二維排序圖中, 萼花臂尾輪蟲與pH成顯著正相關, 也與此一致。

目前利用浮游動物來評價水質狀況已有較多研究, 但評價對象大多是河流[30]、湖泊[15]和水庫[10]等大型水體。本研究首次采用浮游動物對珠三角池塘的水質進行了評價。根據浮游動物的豐度和生物量評價等級, 6種養殖模式池塘均處于富營養化狀態; 根據Shannon-Wiener多樣性指數和Margalef多樣性指數評價等級標準, 6種養殖模式池塘均處于α-中污染狀態。根據沈韞芬等[17]的標準, 生物多樣性指數值越低則水質越差。6種養殖模式中草魚池塘的水質最差、污染也最為嚴重, 而草魚池塘浮游動物的密度最高也間接證明了這一點。此外, 本研究結果也表明, 如果養殖池塘的污染進一步加劇, 勢必會影響珠三角漁業的可持續發展。鑒于本研究的結果, 針對珠三角地區養殖現狀, 需要加強池塘水質和水生生物的監測, 同時改變養殖觀念, 加強密養池塘生態環境修復, 發展生態漁業、無公害現代新型漁業, 保障珠三角地區水產品質量安全。

致謝：

中國水產科學研究院珠江水產研究所李家磊、付兵等在野外采樣和水化學測定中給予幫助,特此感謝!

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COMMUNITY CHARACTERISTICS OF ZOOPLANKTON AND ASSESSMENT OF WATER QUALITY IN AQUACULTURE PONDS OF THE PEARL RIVER DELTA

LI Zhi-Fei1, XIE Jun1, ZHANG Xiao-Ke1,2, WANG Guang-Jun1, LIAN Yu-Xi2, YU De-Guang1, WANG Cui-Cui1, YU Er-Meng1and ZHANG Kai1
(1. Key Lab. of Tropical and Subtropical Fishery Resource Application and Cultivation, Ministry of Agriculture, Pearl River Fisheries Research Institute, Chinese Academy of Fishery Sciences, Guangzhou 510380, China; 2. Research Center of Aquatic Organism Conservation and Water Ecosystem Restoration in Anhui Province, Anqing Normal University, Anqing 246133, China)

To understand the community characteristics of zooplankton and further assess the water quality in aquaculture ponds, a field survey of zooplankton and environmental parameters was conducted in 30 ponds with six aquaculture models from July to August 2016. The results showed that: (1) a total of 55 species were identified, which included 17 Protozoa, 29 Rotifera, 4 Cladocera, and 5 Copepoda. Among the six model ponds, the most species were found in largemouth bass ponds fed by feedstuff (34 species), while the fewest species were present in grass carp ponds (18 species); (2) eight dominant species were recorded in 30 ponds, including 4 Protozoa and 4 Rotifera. The dominant species in the six model ponds was also composed of Protozoa and Rotifera, and there were between 5 and 8 species; (3) the average density and biomass of zooplankton in 30 ponds were 21354 ind./L and 9.36 mg/L, respectively. However, variance analyses showed that the density and biomass of zooplankton among the six model ponds were not significantly different; and (4) RDA analysis indicated that total phosphorus (TP) and pH were the main factors influencing the distribution of zooplankton in the Pearl River Delta. Water quality results showed that all of the six model ponds were in the state of eutrophication, using richness and biomass of zooplankton, and α-mesosaprobic, using the Shannon-Wiener index and the Margalef index. This study is the first assessment of aquaculture ponds using zooplankton in Pearl River Delta, and the results provide guidance for the ecological restoration and management of aquaculture ponds.

Pearl River Delta; Ponds; Zooplankton; Community structure; Assessment of water quality

Q145.2

A

1000-3207(2017)05-1071-09

10.7541/2017.134

2016-11-01;

2017-02-15

十二五國家科技計劃農村領域項目(2012BAD25B04); 公益性行業(農業)科研專項(201203083); 農業部熱帶亞熱帶水產資源利用與養殖重點實驗室開放課題資助 [Supported by the National Great Project of Scientific and Technical Supporting Program (2012BAD25B04); Special Fund for Agro Scientific Research in the Public Interest (201203083); Open Topic of Key Laboratory of Tropical and Subtropical Fishery Resource Application and Cultivation, Ministry of Agriculture]

李志斐(1983—), 男, 河南內黃人; 助理研究員; 主要從事池塘環境修復技術研究。E-mail: lzf@prfri.ac.cn

余德光, E-mail: gzyudeguang@163.com