大薸及其附著物對網箱養殖水域氮磷去除效果的初步研究

王奇杰， 馬旭洲

(上海海洋大學，農業部淡水水產種質資源重點實驗室，上海市水產養殖工程技術研究中心，水產動物遺傳育種中心上海市協同創新中心，上海 201306)

網箱養殖是世界水產養殖業向集約化發展的一種養殖模式，然而不合理的網箱養殖，也造成了養殖水體的嚴重污染[1]。在保護水環境的前提下，建立良好的生態養殖結構,實現網箱養殖業的可持續發展是必由之路。利用水生植物凈化氮磷污水的生態工程技術因具有投資少、設施簡單、不產生二次污染、耗能低、管理方便、去污效果好等優點，已經成為環境污染治理研究的熱點[2-4]。漂浮植物因具有生長速度快、易收獲、耐污染、處理系統設計簡單等優點，近年來得到廣泛的研究和應用[5-7]。

大薸(Pistiastratiotes)隸屬于單子葉植物綱(Monocotyledoneae)、天南星科(Araceae)、大薸屬(Pistia)，別名水荷蓮、大萍、水芙蓉。大薸生活在熱帶或亞熱帶湖泊中，在靜止的淡水中生長較快。通過定期收獲大薸可將養殖水體過量的營養鹽排出水體，在一定程度上緩解傳統網箱養殖造成的污染問題[8-10]。大薸具有發達的根系，其個體之間的根系密集發達地交織在一起，對水中固體顆粒物起到吸附與攔截的作用。關于附著物或附著生物的研究多見于海水養殖[11-17]，在淡水養殖中附著物的研究多見于沉水植物[18-20]。張亞娟等[21]的研究表明，菹草附著物的生物量和凈初級生產力隨著水體中營養鹽含量的增高逐步升高，這說明附著物對水體中的營養鹽有去除作用。然而未見大薸附著物對水體營養鹽吸收的研究報道。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

本試驗于2016年8月在湖北宜昌英武長江生態漁業有限公司三峽庫區養殖基地(北緯30°46′，東經111°19′)進行。養殖的長吻鮠幼魚和大薸都來自該基地。試驗網箱規格為5.0 m×4.0 m×3.0 m，網目尺寸為3 cm×3 cm。

1.2 試驗設計

以水面栽培大薸的養魚網箱作為試驗網箱，以蓋遮陽布的傳統網箱作為對照網箱，每組網箱均設4個平行，投放大薸時須使大薸根系懸浮于水中，防止根系因無法補充水分和養分而死亡。長吻鮠幼魚經魚篩篩分，挑選出規格均勻，體長(13.36±2.32)cm及體質量(144.37±30.1)g基本相同的長吻鮠幼魚投入網箱，放養密度60尾/m2。每天早晚兩次(5：00，17：00)投喂“錦峰”牌長吻鮠配合飼料(廣東泰峰膨化飼料有限公司)，以投飼后10～15 min內吃完為準。試驗共進行30 d，試驗期間水溫25 ℃～30 ℃，pH 6.0～7.5，溶氧(DO)>5.2 mg/L。生態網箱內的大薸每10 d用抄網收獲1次[8-9]。

1.3 采樣及分析方法

試驗結束前24 h停止投喂，每個網箱均選取40尾魚稱重，并取樣4尾進行分析；定期從試驗網箱采收大薸與附著物，稱重后取樣分析；飼料和試驗魚的干物質采用105 ℃干燥恒重法測定；氮質量分數采用凱式定氮法測定；磷質量分數采用鉬藍比色法測定；大薸植株樣品用硫酸-過氧化氫(H2SO4·H2O2)消煮法進行消煮后，氮質量分數采用凱式定氮法測定，磷質量分數采用釩鉬黃比色法測定。大薸附著生物分離采用軟毛刷帶水刷洗植株的表面,刷洗液連同軟毛刷沖洗液一并收集，將收集的樣品定容備用；取一定體積的附著物備用液過孔徑45 mm的濾膜，將濾膜上的固體風干備用。附著物風干后氮質量分數用半微量凱氏定氮法測定，磷質量分數用硫酸-高氯酸(H2SO4·HCLO4)酸溶法酸溶后用鉬藍比色法測定。

1.4 計算方法

增重率、特定生長率等計算公式如下：

WGR=100%×(Wt-W0)/W0

(1)

式中:WGR—增重率，%；Wt—魚體或植物的終末平均質量，kg；W0—魚體或植物初始平均質量，kg。

SGR=100%×(LnWt-LnW0)/t

(2)

式中:SGR—特定生長率，%；Wt—魚體或植物的終末平均質量，kg；W0—魚體或植物初始平均質量，kg；t—試驗周期，d。

INP=IA+IB+IC

(3)

式中:INP—氮、磷輸入總質量，g；IA—飼料的氮、磷質量，g；IB—放養長吻鮠的氮、磷質量，g；IC—放養植物的氮、磷質量，g。

WNP=WA+WB+Wc

(4)

式中:WNP—氮、磷回收總質量，g；WA—收獲長吻鮠的氮、磷質量，g；WB—收獲植物的氮、磷質量，g；Wc—收獲附著物的氮、磷質量，g。

UNP=100%×(WA-IB)/IA

(5)

式中:UNP—氮、磷利用率，%；WA—收獲長吻鮠的氮、磷質量，g；IB—放養長吻鮠的氮、磷質量，g；IA—飼料的氮、磷質量，g。

RNP=100%×WNP/INP

(6)

式中:RNP—氮、磷回收率，%；WNP—氮、磷回收總質量，g；INP—氮、磷輸入總質量，g。

1.5 數據處理

2 結果與分析

2.1 兩組網箱內長吻鮠的生長

試驗網箱與傳統網箱內長吻鮠的初始體質量分別為(146.59±18.31)g/尾和(142.58±17.68)g/尾，收獲時為(206.88±21.85)g/尾和(203.15±22.15)g/尾，無顯著差異(P>0.05)(表1)。試驗網箱與傳統網箱長吻鮠的特定生長率分別為(1.15±0.27)%和(1.18±0.41)%，兩組網箱間無顯著差異(P>0.05)(表1)。這說明網箱表層種植大薸對長吻鮠的生長沒有顯著影響。

表1 飼料使用量、植物、魚的放養和收獲情況

注:同列中標有不同小寫字母表示組間差異顯著(P<0.05)，標有相同小寫字母表示組間差異不顯著(P>0.05)；下同

2.2 大薸及附著物的放養和收獲

試驗網箱和對照網箱飼料投喂分別為(90.36±0.50)kg和(90.28±0.57)kg，兩組網箱間無顯著性差異(P>0.05)(表1)。大薸初始放養(25.68±0.09)kg，30 d內共打撈3次，收獲總質量(111.28±3.55) kg，凈增85.6 kg(表1)。附著物生物量30 d共收獲(3.86±0.05) kg(圖1)，說明大薸可以在網箱中很好地生長，并能有效吸附養殖水體中的附著物。

圖1 附著物的氮、磷量和生物量

2.3 兩組網箱氮、磷的輸入和回收情況

表2、表3列出了試驗網箱和對照網箱的養殖系統氮、磷投入和回收情況。在投入項中，飼料、放養長吻鮠的氮、磷含量，兩組網箱間均無顯著差異(P>0.05)；在回收項中，收獲長吻鮠的氮、磷量，兩組網箱間無顯著差異(P>0.05)。兩組網箱的氮回收率分別為(41.27±1.28)%和(37.15±1.26)%，兩組間差異顯著(P<0.05)；磷回收率分別為(31.26±1.27)%和(27.87±1.13)%，兩組網箱間差異顯著(P<0.05)。試驗網箱和傳統網箱的氮利用率分別為(26.32±2.32)%和(23.15±1.75)%，兩組間差異顯著(P<0.05)；磷利用率分別為(17.21±0.51)%和(14.63±0.43)%，兩組間差異顯著(P<0.05)。大薸共去除氮201.26 g，去除磷71.53 g，大薸附著物共去除氮5.91 g，去除磷3.01 g，說明大薸及其附著物可有效吸收水體的氮、磷等營養物質，顯著提高網箱養殖中氮、磷的回收率和利用率。種植漂浮植物大薸可以緩解網箱養殖對水體造成的污染問題。

表2 不同組網箱氮的投入和回收情況

表3 不同組網箱磷的投入和回收情況

3 討論

3.1 大薸附著物的組成

本試驗初步研究了大薸根系間的附著物，有些附著物可以作為魚類的餌料，有些附著物大量生長堵塞網眼，不利于網箱內魚類生長[22]。大薸生長在水中，其根系會吸附魚體排泄物及水體中其他污染物，導致大量絲狀藻類著生[23]。本試驗中未觀察到根系上有絲狀藻類，這可能是由于季節的原因。8、9月份，試驗所在的水庫水位不斷上漲，導致水體較為渾濁，大薸表面的絲狀藻類已觀察不到[24]，所以，本試驗中的附著物主要由水體中的固體顆粒組成。

3.2 大薸與附著物的比例關系

婁敏等[25]研究表明，在同等條件下大薸去除水體中氮、磷的能力和抑制藻類的作用強于鳳眼蓮和紫萍。大薸根系發達，通過分蘗生殖能快速繁殖，生物量增長較快[26]，通過及時打撈大薸及其附著物，可以有效地去除氮、磷。附著物第一次收獲時，大薸中的附著物占比2.37%，第二次收獲時占比3.97%，第三次收獲時占比7.02%，附著物所占比例隨著時間的推移在不斷增加，原因可能是試驗期間水體較為渾濁，且隨著魚類生長，殘餌和糞便不斷增多，導致大薸吸附的固體顆粒逐漸增多，附著物占比也不斷增加。大薸自身生長吸收水體中的氮、磷，根系及葉背面可以吸附水中的固體顆粒，可以降低網箱中的水體濁度。大薸根系間附著物的質量與外界環境及自身根系長度等的關系，以及大薸根系不同季節附著物的主要組成成分，還有待進一步試驗研究。

3.3 大薸與網箱養殖的結合性

大薸可以與網箱養殖長吻鮠很好地結合起來，網箱表層種植的大薸美化了環境，使養殖基地與周圍環境融為一體，成為新的景觀亮點。由于長吻鮠喜暗、避光，大薸在網箱表面可以起到遮光的作用。相對蓋遮陽布的傳統網箱，更方便日常管理中的喂食、消毒等操作，同時也便于觀察長吻鮠的活動。大薸的營養成分比甘薯藤要好，定期打撈上來的大薸，既可以作為豬和草魚的青飼料，也可以發酵成為綠肥，增加農作物產量。

4 結論

大薸在水流相對比較平緩的水面上生長比較迅速，通過分蘗生殖和自身生長，生物量增長較快。通過葉背面和根系吸附水體中固體顆粒，形成附著物，其在大薸中的占比達2.37%～7.02%。附著物的形成速度與水體渾濁度等因素相關。大薸及其附著物顯著提高了網箱養殖中氮、磷的回收率和利用率且種植大薸對網箱內長吻鮠的生長不會產生顯著影響。

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