基于VIKOR方法的生態(tài)基在池塘養(yǎng)殖環(huán)境中修復(fù)作用的評價

焦萬明 吳會民 張韋 蔡超 王永辰 繳建華

摘? ? 要：為探討無紡布生態(tài)基在凡納濱對蝦池塘養(yǎng)殖環(huán)境中的修復(fù)作用，試驗(yàn)設(shè)置900 m2·hm-2（I組）、1 200 m2·hm-2（II組）和1 500 m2·hm-2（III組）3個無紡布生態(tài)基的密度處理，以無生態(tài)基處理為對照（CK），養(yǎng)殖模式為主養(yǎng)凡納濱對蝦，套養(yǎng)鯉魚、鰱、鳙和草魚，按月監(jiān)測池塘氨氮、高錳酸鹽指數(shù)（CODMn）、活性磷酸鹽、銅、硝酸鹽氮、鋅、懸浮物、亞硝酸鹽氮、鹽度、總氮、總堿度、總磷、總硬度等13個水質(zhì)指標(biāo)，以及硫化物、銅、鋅、有機(jī)碳、總氮和總磷等6個沉積物指標(biāo)。結(jié)果表明，根據(jù)單一指標(biāo)差異很難判斷各組池塘環(huán)境優(yōu)劣;通過VIKOR方法對19個指標(biāo)的監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合比較分析，4種處理池塘環(huán)境優(yōu)劣排序?yàn)镮組、CK、II組、III組。因此，在凡納濱對蝦養(yǎng)殖池塘中，無紡布生態(tài)基的合理設(shè)置密度為900 m2·hm-2。

關(guān)鍵詞：無紡布生態(tài)基;凡納濱對蝦;池塘;VIKOR方法

中圖分類號：S967.4? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A? ? ? ? ? ?DOI 編碼：10.3969/j.issn.1006-6500.2019.02.009

Abstract：? In order to investigate the environmental remediation of non-woven ecological base in the pond culture of Litopenaeus vannamei， the experiment set 3 kinds of density treatments of non-woven ecological bases， which included 900 m2·hm-2 （group I）， 1 200 m2·hm-2 （group II） and 1 500 m2·hm-2（group III）， the treatment with no ecological basis was as control （CK）. The culture mode was mainly for the cultivation of prawn， intercropping with the common carp， silver carp， bighead carp and grass carp. The water quality and sediment indicators of the pond were monitored monthly， which included 13 water quality indicators such as ammonia nitrogen， permanganate index （CODMn）， active phosphate， copper， nitrate nitrogen， zinc， suspended solids， nitrite nitrogen， salinity， total nitrogen， total alkalinity， total phosphorus， total hardness， etc， and 6 sediment indicators such as sulfide， copper， zinc， organic carbon， total nitrogen and total phosphorus. The results showed that it was difficult to judge the environment of each group according to the difference of single indicators. According to the comprehensive analysis of 19 indicators by VIKOR method， the environment of the four treatment ponds from good to bad was I， CK， II， III. Therefore，? the reasonable density of the non-woven ecological base was 900 m2·hm-2， in the pond of the prawn culture.

Key words： non-woven fabric ecological base; L. vannamei; aquaculture pond; VIKOR method

生態(tài)基是一種用于廢水處理的在水中不易分解對自然環(huán)境無污染具有高比表面積和特殊纖維排列方式的可填充材料[1-2]。生態(tài)基技術(shù)是通過微生物載體富集并發(fā)展微生物來穩(wěn)定水體生態(tài)系統(tǒng)的生物多樣性，利用微生物的代謝作用達(dá)到凈化水質(zhì)的生物保育技術(shù)。生態(tài)基可顯著降低池塘水體中氨氮、硝態(tài)氮、總氮、總磷及重金屬離子含量，從而有效減少水華的爆發(fā)，增加水體透明度。由于材料為化工合成產(chǎn)物，具有制作成本低、操作簡單、物理化學(xué)穩(wěn)定性強(qiáng)，不溶出有害物質(zhì)的特點(diǎn)，可以長期使用[3-5]。王建偉等[6]在云南大宗淡水魚類養(yǎng)殖中應(yīng)用生態(tài)基，結(jié)合增加鰱、鳙的投放，使水質(zhì)得到明顯改善，養(yǎng)殖水體中藍(lán)藻得到控制，養(yǎng)殖戶獲得了增產(chǎn)、增收。董永宏等[7]進(jìn)行了生態(tài)基在對蝦養(yǎng)殖上的應(yīng)用試驗(yàn)，結(jié)果表明，投放生態(tài)基可培養(yǎng)水體中有益微生物，抑制有害菌，減少病害發(fā)生，提高對蝦的成活率。雖然生態(tài)基技術(shù)在池塘養(yǎng)殖中已經(jīng)有很多應(yīng)用，但關(guān)于濱海型鹽堿地池塘主養(yǎng)凡納濱對蝦條件下生態(tài)基的合理設(shè)置密度尚未見報道。

本研究擬通過應(yīng)用VIKOR方法評價設(shè)置不同生態(tài)基密度的凡納濱對蝦池塘的環(huán)境質(zhì)量，確定生態(tài)基的合理設(shè)置密度，為該類型池塘的環(huán)境修復(fù)提供參考。

1 材料和方法

1.1 試驗(yàn)設(shè)計

試驗(yàn)于2017年在天津市水產(chǎn)研究所水產(chǎn)養(yǎng)殖基地開展，試驗(yàn)設(shè)置3個無紡布生態(tài)基懸掛密度處理，分別為900 m2·hm-2（I組）、1 200 m2·hm-2（II組）和1 500 m2·hm-2（III組），以無無紡布生態(tài)基懸掛處理為對照（CK）。

試驗(yàn)共8口池塘，池塘規(guī)格為90 m×60 m。池深均為2.5 m，淤泥深度13 cm左右，池底平坦，進(jìn)排水渠完整。在苗種放養(yǎng)前3～5 d抽出池水，通過氧化鈣（生石灰）1 500 kg·hm-2干法進(jìn)行消毒。每口池塘配備一臺1.5 kW葉輪式增氧機(jī)。將試驗(yàn)池塘分成4組，分別按試驗(yàn)設(shè)計的各處理組設(shè)置的密度懸掛無紡布生態(tài)基，生態(tài)基規(guī)格為10 m×1 m（長×寬），不同處理組的懸掛方式均為以池塘同側(cè)為起點(diǎn)向內(nèi)部平行懸掛，間隔2 m。

1.2 苗種放養(yǎng)密度及規(guī)格

試驗(yàn)的養(yǎng)殖模式為主養(yǎng)凡納濱對蝦，套養(yǎng)鯉魚、鰱、鳙和草魚，苗種的放養(yǎng)數(shù)量和規(guī)格如表1所示。先放養(yǎng)凡納濱對蝦苗，當(dāng)凡納濱對蝦體長大于4 cm時，投放鯉魚、鰱、鳙和草魚。

1.3 飼料投喂

當(dāng)凡納濱對蝦>3 cm時，選擇優(yōu)質(zhì)的粗蛋白含量為40 %的凡納濱對蝦餌料投喂，第1個月每天2次，從第2個月逐漸增加到4次。整個養(yǎng)殖過程中套養(yǎng)的魚類不進(jìn)行投喂。

1.4 病害防治

以防為主、防治結(jié)合。在進(jìn)水前用氧化鈣清塘，魚種入塘前用食鹽水浸洗;通過科學(xué)管理和水質(zhì)監(jiān)測來有效降低對蝦疾病發(fā)生概率;在對蝦養(yǎng)殖過程中定期對池塘進(jìn)行消毒、定期投喂藥餌、定期監(jiān)測水質(zhì)，并通過底質(zhì)改良等措施預(yù)防對蝦病害發(fā)生;對發(fā)生魚病的池塘，采用“外消內(nèi)服”相結(jié)合的治療方法，不使用對凡納濱對蝦有強(qiáng)刺激的外用藥物。

1.5 水質(zhì)檢測及分析

所有水質(zhì)指標(biāo)自生態(tài)基放置以后每月監(jiān)測1次，主要測定指標(biāo)為氨氮、高錳酸鹽指數(shù)（CODMn）、活性磷酸鹽、銅、硝酸鹽氮、鋅、懸浮物、亞硝酸鹽氮、鹽度、總氮、總堿度、總磷、總硬度等13個指標(biāo)，檢測方法參考相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)[8-18]。

1.6 沉積物采集檢測及分析

沉積物指標(biāo)自生態(tài)基放置以后每月檢測1次，在每口試驗(yàn)池塘固定一點(diǎn)作為沉積物的采樣點(diǎn)，每次用抓斗式采泥器采集沉積物，采集到的沉積物裝入塑料自封袋，運(yùn)回實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行檢測，檢測指標(biāo)為硫化物、銅、鋅、有機(jī)碳、總氮和總磷，檢測方法參考相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)[19]。

1.7 數(shù)據(jù)統(tǒng)計與分析

VIKOR方法是Opricovic 1998年在TOPSIS研究方法之上提出的。它是一種基于多個理想點(diǎn)或者是多個影響因素下的多屬性決策方法，其基本思想是基于最佳化妥協(xié)解方法。分析案例之前首先確定正理想解和負(fù)理想解，然后根據(jù)對于多個影響因素或者是備選方案的評價值與理想方案的接近程度對最終結(jié)果進(jìn)行擇優(yōu)選擇。VIKOR方法的特點(diǎn)是在對結(jié)果進(jìn)行評價時綜合考慮最大化群體效用，過濾最小化個別遺憾，從而權(quán)衡多種影響因素條件下，哪種是最合理，最受用的[20-23]。

設(shè)X={x1，x2，…，xm}是m個池塘集合，Y={y1，y2，…，yn}是評價指標(biāo)集。通過計算公式給出了當(dāng)池塘xi在評價指標(biāo)yj影響下的指標(biāo)值aij，從而構(gòu)成多個池塘指標(biāo)評價決策矩陣A=（aij）m×n[21-24]。最終利用多因素分析得出池塘水質(zhì)評價的VIKOR多屬性評價結(jié)果。具體方法如下。

將模糊決策矩陣A=（aij）m×n按下式轉(zhuǎn)化為規(guī)范化決策矩陣R=（rij）m×n。

按照Qi分別從小到大排序，每個序列中排在前面的比排在后面的優(yōu)。M+=min Mi，M-=maxMi，N+=minNi，N-=maxNi。這里v為決策機(jī)制系數(shù)，v∈[0.1]。若取v>0.5，則表示按最大化群體效益進(jìn)行決策;若取v<0.5，則表示按最小化個體遺憾值進(jìn)行決策;若取v=0.5，則表示按均衡折中的方式進(jìn)行決策。在VIKOR方法中，一般取v=0.5，即均衡折中以使群體效益最大化和個別遺憾值最小化。

監(jiān)測數(shù)據(jù)通過Microsoft Excel 2003進(jìn)行分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同生態(tài)基處理池塘水質(zhì)和沉積物差異

根據(jù)每月監(jiān)測的4個無紡布生態(tài)基處理池塘水質(zhì)和沉積物數(shù)據(jù)計算各指標(biāo)均值（表2），其中水質(zhì)指標(biāo)13個，沉積物指標(biāo)6個，共計19個指標(biāo)。水質(zhì)中銅和鋅2個指標(biāo)整體水平較低且各處理組基本保持一致;水質(zhì)中活性磷酸鹽、總氮和總磷3個指標(biāo)表現(xiàn)為：I組

2.2 VIKOR分析

表2中19個指標(biāo)均屬于成本性指標(biāo)，故采用公式（2）完成構(gòu)造決策矩陣。

根據(jù)公式（3）（4）確定理想解和負(fù)理想解。

根據(jù)公式（5）（6）利用變異系數(shù)法確定指標(biāo)權(quán)重。

利用公式（7）（8）計算群體效用值Mi和個別遺憾值Ni。

利用公式（9）計算綜合排序指標(biāo)。

Qi={0.20 0.10 0.47 1.00}

由計算結(jié)果可知，根據(jù)VIKOR方法得出的4種無紡布生態(tài)基處理池塘環(huán)境優(yōu)劣排序?yàn)镮組、CK、II組、III組。

3 結(jié)論與討論

VIKOR方法在社會科學(xué)類決策分析問題中使用比較頻繁，例如分析多部門決策效應(yīng)和多因素影響下的經(jīng)濟(jì)社會效益，可通過對于多環(huán)節(jié)的對比分析，最終取得對多種因素權(quán)衡分析的一種折衷方案[16]。本試驗(yàn)中，4組池塘在整個養(yǎng)殖過程中水質(zhì)和沉積物共計19個指標(biāo)的變化規(guī)律不盡相同，根據(jù)單個指標(biāo)很難判斷各組池塘環(huán)境的優(yōu)劣，故通過VIKOR方法對19個指標(biāo)進(jìn)行綜合對比分析，實(shí)現(xiàn)了4組池塘環(huán)境優(yōu)劣的排序，說明VIKOR方法可以用于養(yǎng)殖池塘環(huán)境評價;VIKOR計算結(jié)果表明，主養(yǎng)凡納濱對蝦池塘設(shè)置無紡布生態(tài)基可以起到修復(fù)池塘養(yǎng)殖環(huán)境的作用，但是生態(tài)基的設(shè)置密度并不是越大越好，均衡各要素后，以I組即生態(tài)基密度為900 m2·hm-2效果優(yōu)于其他組。分析其原因可能有以下幾點(diǎn)：一是生態(tài)基密度設(shè)置過高影響了池塘水體自身的流動，而水體自身的流動與轉(zhuǎn)換也對水體自凈能力起到積極的作用;二是研究發(fā)現(xiàn)由于生態(tài)基放置密度不同，微生物附著情況也有所不同，所以無紡布在吸附微生物過濾水體方面所起到的作用也會不同;三是不同密度的無紡布也占用了水體的空間，除了影響水體流動之外，也不同程度增加了水體的自我凈化負(fù)擔(dān)[24]。

參考文獻(xiàn)：

[1]周慧華，宋曉光，吳革，等.水體/底泥生物基城市河道富營養(yǎng)化水體修復(fù)試驗(yàn)研究[J].環(huán)境科學(xué)，2013，34（10）：3879-3887.

[2]宋協(xié)法，薛松松，陳義明.納米生態(tài)基對水產(chǎn)養(yǎng)殖污水的處理效果[J].環(huán)境工程學(xué)報，2012，6（7）：2231-2236.

[3]連慶安.生態(tài)基在鯉池塘精養(yǎng)模式中的應(yīng)用研究[D].楊凌：西北農(nóng)林科技大學(xué)，2016.

[4]宋協(xié)法，馬真，萬榮.納米生態(tài)基在凡納濱對蝦養(yǎng)殖中的應(yīng)用研究[J].中國海洋大學(xué)學(xué)報（自然科學(xué)版），2010，40（10）：24-28.

[5]張凱，李志斐，謝駿，等.生態(tài)基對大口黑鱸池塘養(yǎng)殖系統(tǒng)水質(zhì)及能量收支的影響研究[J].南方水產(chǎn)科學(xué)，2018，14（5）：53-59.

[6]王建偉，張文華，王廣軍，等.生態(tài)基在大宗淡水魚類中的應(yīng)用試驗(yàn)[J].科學(xué)養(yǎng)魚，2015（6）：84-85.

[7]董永宏，田志群.一種化學(xué)纖維生態(tài)基在對蝦養(yǎng)殖中的應(yīng)用[J].海洋與漁業(yè)，2015（7）：48-49.

[8]環(huán)境保護(hù)部.HJ 535-2009 水質(zhì) 氨氮的測定 納氏試劑分光光度法 納氏試劑分光光度法[S].北京：中國環(huán)境科學(xué)出版社，2010.

[9]國家環(huán)境保護(hù)局.GB11892-1989水質(zhì)，高錳酸鹽指數(shù)的測定[S].北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，1989.

[10]國家衛(wèi)生和計劃生育委員會，國家食品藥品監(jiān)督管理總局.GB/T 8538-2016食品安全國家標(biāo)準(zhǔn)飲用天然礦泉水檢驗(yàn)方法[S].北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2017.

[11]國家環(huán)境保護(hù)局.GB7475-1987 水質(zhì) 銅、鋅、鉛、鎘的測定 原子吸收分光光度法[S].北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，1987.

[12]中華人民共和國衛(wèi)生部.GB 5750.5-2006生活飲用水標(biāo)準(zhǔn)檢驗(yàn)方法 無機(jī)非金屬指標(biāo)[S].北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2007.

[13]國家環(huán)境保護(hù)總局.GB 11901-1989 水質(zhì) 懸浮物的測定 重量法.[S].北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，1990.

[14]國家環(huán)境保護(hù)總局.GB 7493-1987水質(zhì) 亞硝酸鹽氮的測定，分光光度法[S].北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，1987.

[15]中華人民共和國國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局，中國國家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會.GB 17378.4-2007海洋監(jiān)測規(guī)范 第4部分：海水分析[S].北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2008.

[16]中華人民共和國環(huán)境保護(hù)部.HJ 636-2012 水質(zhì) 總氮的測定堿性過硫酸鉀消解紫外分光光度法[S].北京：中國環(huán)境科學(xué)出版社，2012.

[17]國家環(huán)境保護(hù)總局.GB 11893-1989 水質(zhì) 總磷的測定 鉬酸銨分光光度法[S].北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，1990.

[18]中華人民共和國衛(wèi)生部.GB/T 5750.4-2006 生活飲用水標(biāo)準(zhǔn)檢驗(yàn)方法 感官性狀和物理指標(biāo)[S].北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2007.

[19]中華人民共和國國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局，中國國家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會.GB 17378.5-2007 海洋監(jiān)測規(guī)范 第5部分：沉積物分析[S].北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2008.

[20]OPRICOVIC S. Multicriteria optimization of civil engineering systems[D].Jugoslavia： Faculty of Civil，1998.

[21]陳繼光.水環(huán)境質(zhì)量評價的VIKOR算法應(yīng)用研究[J].節(jié)水灌溉，2014（1）：45-46， 49.

[22]王琪，任海平.基于VIKOR法的電力客戶信用評價[J].長江大學(xué)學(xué)報（自然版），2014，11（3）：15-17.

[23]GREEN B W， BOYD C E. Chemical budgets for organically

fertilized fish ponds in the dry tropics[J].Journal of the world aquaculture society，1995，26（3）：284-296.

[24]李金亮，陳雪芬，賴秋明，等.凡納濱對蝦高位池養(yǎng)殖氮、磷收支研究及養(yǎng)殖效果分析[J].南方水產(chǎn)，2010，6（5）：13-20.