河蟹生態養殖池塘后生浮游動物群落結構及水質生態學評價

戴丹超,馬旭洲①,張文博,張 勇,周 楨

(1.上海海洋大學農業農村部淡水水產種質資源重點實驗室，上海 201306；2.上海市水產養殖工程技術研究中心，上海 201306；3.上海高校知識服務平臺上海海洋大學水產動物遺傳育種協同創新中心，上海 201306；4.上海海洋大學水產科學國家級實驗教學示范中心，上海 201306)

河蟹，學名中華絨螯蟹(Eriocheirsinesis)，肉質鮮美，營養豐富。近年來，人們生活水平逐步提高，對河蟹的需求量也日益擴大，使得河蟹養殖業迅速發展。傳統河蟹養殖模式片面強調消費者，有益微生物稀少，水生植物缺乏，水體生產者以藻類為主，易造成水體富營養化，污染水環境[1]。而以“種草、殖螺、混養、調水”為特點的生態養殖模式通過利用微生物制劑、栽培和保護水生維管束植物以及混養等方式，實現了水體消費者、分解者和生產者之間的平衡發展[2]。生態養殖模式雖在水質凈化方面有較多報道[2-3]，但也有學者提出這種模式仍存在水環境污染問題[4-5]。

后生浮游動物包括輪蟲類、枝角類和橈足類，作為重要的次級生產者，能夠通過上下行效應對水生生物營養級結構產生影響，在物質循環和能量流動等方面作用顯著[6-7]。此外，后生浮游動物對水環境變化較為敏感，其群落結構特征和動態變化對水環境健康狀況具有較好的指示作用[8]。因此，后生浮游動物群落結構指標在水質生態學評價方面得到廣泛應用[9-10]。

目前，對河蟹生態養殖的研究多集中于池塘水體理化特征及其對水環境的影響[11-12]，而對水體后生浮游動物群落結構的研究以及從浮游動物指標的角度來對水體進行生態學評價，從而得出河蟹生態養殖凈水效果的研究較少[13-14]。為研究河蟹生態養殖池塘后生浮游動物群落結構，進而探究河蟹養殖是否能夠凈化池塘進水，于2017年5—10月在江蘇省宜興市高塍鎮滆湖漁場河蟹生態養殖池塘和池塘進水處進行采樣，測定和分析后生浮游動物種類、密度、生物量、多樣性及水體理化參數，并對水質作出生態學評價，同時結合水體理化指標的評價結果，比較池塘及池塘進水處水質優劣，以期評價該地區河蟹養殖的凈水效果，為河蟹養殖業的可持續發展提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 實驗地點與時間

在江蘇省宜興市高塍鎮滆湖漁場(北緯31°28′，東經119°48′)，選取3口河蟹養殖池塘(1.3～1.5 hm2)進行實驗。池塘并排排列，中間塘埂寬4.0 m，從同一渠道進水，養殖用水源自滆湖干流。

1.2 水草種植與苗種投放

于2016年12月3日對蟹池進行清整消毒，之后凍曬池底1個月。于2017年1月15日注水至水深0.1 m左右，在池中扦插種植伊樂藻(Elodeanuttallii)，占全池面積的40%左右。4月3日，全塘投放優質螺螄(Margaryamelanioides)(7 500 kg·hm-2)，以促進水質穩定，并為河蟹提供優質餌料。

池塘放養種類、規格、時間及數量見表1。

表1 池塘放養狀況Table 1 Pond stocking status

1.3 綜合管理

根據氣溫和水草長勢控制水位，最高不超過1.5 m。水草覆蓋率高于60%時撈出部分水草，防止光照不足時水草耗氧過多。飼料的投喂遵循“精、粗、葷”原則， 即3—6月投喂含粗蛋白36%的配合飼料，投餌量從體重的1%上升至3%；6—8月投喂含粗蛋白30%的配合飼料，投餌量占體重的5%；9月初起投喂含粗蛋白40%的配合飼料，投喂量占體重的5%，并適當投喂冰鮮魚和熟玉米。在每天18:00—19:00進行投喂。

1.4 水樣采集與分析

于2017年5—10月，采集池塘及池塘進水處水樣和浮游動物進行分析。根據河蟹生長過程、季節和上市時間，將采樣時間分為養殖前期(5月23日、6月8日、6月21日)、養殖中期(7月8日、7月23日、8月8日)、養殖后期(8月23日、9月8日、9月23日)和河蟹起捕后(10月12日)，每次采樣時間為08:00—09:00。水樣采集及分析方法見文獻[15]。

浮游動物采集：取水10 L后經25號浮游生物網過濾，收集于50 mL塑料瓶中，用w為4%的甲醛溶液固定，用于鏡檢。浮游動物的鑒定分析參照文獻[16-20]。

1.5 數據統計與分析

1.5.1優勢度和多樣性指數

優勢度(Y)、Shannon-Weiner多樣性指數(H′)、Pielou均勻度指數(J)、Margalef豐富度指數(D)的計算公式分別為

Y=ni/N×fi,

(1)

H′=-∑[ni/N×log2(ni/N)],

(2)

J=H′/log2S,

(3)

D=(S-1)/lnN。

(4)

式(1)～(4)中，ni為樣品中物種i的個體數；N為樣品中所有物種的總個體數；fi為物種i在所有月份中出現的頻率；S為樣品中所有物種的種類數。

1.5.2冗余分析

選取優勢度≥0.005的物種[21]，采用Canoco 4.5軟件對相應數據進行去趨勢對應分析(detrended correspondence analysis, DCA)。若第1軸長度<3，使用冗余分析(redundancy analysis, RDA)得出物種與環境因子之間的關系；若第1軸長度>3且<4，則用冗余分析或典范對應分析(canonical correspondence analysis, CCA)均可。

實驗數據的其他處理采用SPSS 19.0和Excel軟件，圖形繪制由Origin 9.1軟件完成。對池塘和池塘進水處的后生浮游動物密度、生物量和多樣性指數進行單樣本t檢驗分析。

2 結果與分析

2.1 養殖產量

滆湖漁場于2017年10月8—10日捕撈，雌蟹和雄蟹平均規格分別為125.0和175.0 g·只-1，成活率約為61.00%，產量約為1 972.0 kg·hm-2。鰱(Hypophthalmichthysmolitrix)、鳙(Aristichthysnobilis)平均規格為3.5 kg·尾-1，鱖(Sinipercachuatsi)平均規格為0.5 kg·尾-1，青蝦(Macrobrachiumnipponense)約為55 kg·hm-2[14]。

2.2 水體理化特征

從表2可知，池塘水溫、DO和pH值與進水處差異較小，池塘TN、NH3-N、NO2--N和NO3--N平均濃度均低于進水處，池塘TP、PO43--P和CODMn平均濃度均高于進水處，可見池塘對水體中的含氮化合物有較好的轉化吸收作用[15]。

表2 3個池塘和池塘進水處的水體理化特征Table 2 Physicochemical characteristics of waters body of the ponds and water inlet

2.3 后生浮游動物種類組成和優勢種

實驗共鑒定出49種后生浮游動物，包括22種輪蟲類、15種枝角類和12種橈足類。其中，輪蟲類的壺狀臂尾輪蟲(Brachionusurceus)、萼花臂尾輪蟲(Brachionuscalyciflorus)和針簇多肢輪蟲(Polyarthratrigla)，枝角類的棘體網紋溞(Ceriodaphniasetosa)、美麗網紋溞(Ceriodaphniapulchella)和直額裸腹溞(Moinarectirostris)，橈足類的無節幼體(Nauplii)、跨立小劍水蚤(Microcyclopsvaricans)和胸飾外劍水蚤(Ectocyclopsphaleratus)為優勢種。3個河蟹養殖池塘物種數均略高于池塘進水處，分別為41、41和39種，池塘進水處為37種(表3)。

2.4 后生浮游動物密度和生物量

河蟹養殖池塘輪蟲類的平均密度變化范圍為40～1 674 L-1，前期有所下降，7月23日開始上升至8月23日，然后又開始下降，河蟹起捕后又有所上升；平均生物量的變化范圍為0.047～3.194 mg·L-1，變化趨勢與平均密度相似(圖1)。池塘進水處輪蟲類的密度和生物量變化范圍分別為75～1 329 L-1和0.032～2.248 mg·L-1，變化趨勢與池塘相同。池塘輪蟲類的密度和生物量總體高于池塘進水處，且密度在6月21日和7月8日顯著高于池塘進水處(P<0.05)，生物量在整個實驗期間與池塘進水處無顯著差異(P>0.05)。

表3 3個池塘和池塘進水處的后生浮游動物種類Table 3 Species of metazooplankton in ponds and water inlet

池塘枝角類的平均密度變化范圍為32～519 L-1，6月8日有所下降，然后開始上升至7月8日，中期有所下降，8月23日大幅上升，之后呈下降趨勢直至結束；平均生物量的變化范圍為1.855～43.275 mg·L-1，前中期變化趨勢與平均密度相同，而在8月23日之后一直呈上升趨勢，這可能是因為8月23日之后濕重較大的直額裸腹溞(Moinarectirostris)開始大量出現。池塘進水處枝角類的密度和生物量的變化范圍分別為0～252 L-1和0～39.750 mg·L-1，變化趨勢與池塘相似。池塘枝角類的密度和生物量總體高于池塘進水處，且分別在8月8日和9月23日顯著高于池塘進水處(P<0.05)。

池塘橈足類的平均密度變化范圍為42～1 028 L-1，起伏較大，無明顯的變化趨勢；平均生物量的變化范圍為0.612～22.686 mg·L-1，變化趨勢同平均密度。池塘進水處橈足類的密度變化范圍為24～402 L-1，前期至7月23日呈下降趨勢，然后開始上升至9月8日，9月23日有所下降，河蟹起捕后又開始上升；生物量的變化范圍為0.540～7.605 mg·L-1，變化趨勢與密度相似。池塘橈足類的密度和生物量總體高于池塘進水處，且密度在10月12日顯著高于池塘進水處(P<0.05)，生物量在5月23日、8月8日、8月23日和10月12日顯著高于池塘進水處(P<0.05)。

2.5 后生浮游動物多樣性指數

河蟹生態養殖池塘后生浮游動物的Shannon-Wiener多樣性指數平均值變化范圍為2.161～3.713，呈波浪形變化，無明顯的變化趨勢。池塘進水處該指數變化范圍為1.808～3.713，變化趨勢與池塘相似(圖2)。池塘的該指數在5月23日、6月21日和10月12日顯著高于池塘進水處，在8月23日和9月23日顯著低于池塘進水處(P<0.05)。

池塘的Pielou均勻度指數平均值變化范圍為0.709～0.949，總體呈下降趨勢，但在9月8日有大幅上升，這可能是因為此次采樣各物種間密度差異突然變小，均為少量出現。池塘進水處該指數的變化范圍為0.603～0.825，前中期呈波浪形變化，無明顯變化趨勢，后期有所上升，河蟹起捕后略有下降。池塘該指數總體高于池塘進水處，除8月8日和9月23日外，均顯著高于池塘進水處(P<0.05)，表明池塘出現物種的個體數分布較為均勻。

池塘的Margalef 豐富度指數平均值變化范圍為1.072～2.446，呈波浪形變化，無明顯的變化趨勢。池塘進水處該指數的變化范圍為1.132～2.749，變化趨勢與池塘相似。池塘進水處該指數總體高于池塘，且在6月8日、8月8日、9月8日和9月23日顯著高于池塘(P<0.05)，表明池塘進水處物種較豐富。

2.6 后生浮游動物與環境因子的RDA分析

根據優勢度≥0.005的原則選取30種后生浮游動物進行DCA分析，后生浮游動物具體代碼見表4。DCA分析結果表明，最大梯度長度為3.161，接近3，因此選取RDA法開展分析。

表4 RDA排序的后生浮游動物代碼Table 4 Codes of metazooplankton species for RDA ordination

RDA分析表明，排序軸1和2的特征值分別為0.173和0.091，物種-環境相關系數分別為0.943和0.886，相關性較高，且對物種-環境變異的累積解釋量達55.6%，表明排序結果較為可信(表5)。

表5 池塘后生浮游動物與環境因子RDA分析統計信息Table 5 Statistical information of RDA analysis of metazooplankton and environmental factors in ponds

排序軸1與Chl-a的正相關性最大，相關系數為0.574 2，與溫度的負相關性最大，相關系數為-0.662 4；排序軸2與TP的正相關性最大，相關系數為0.508 8；與溫度的正相關性也較大，相關系數為0.500 9；與DO的負相關性較大，相關系數為-0.644 4(表6)。

表6 前2個排序軸與環境因子的相關系數Table 6 Coefficient of correlation between the first two sequencing axes and environmental factors

裂足臂尾輪蟲和暗小異尾輪蟲與Chl-a的正相關性較高，表明水體中浮游植物現存量對其影響較大；棘體網紋溞和近親裸腹溞與溫度的正相關性較大，表明其是喜高溫種；方形網紋溞與TP有較高的正相關性，表明水體中P元素對其有較高的限制作用；透明溫劍水蚤和跨立小劍水蚤與DO有較高的正相關性，表明其易在高DO環境中生長(圖3)。

3 討論

3.1 河蟹生態養殖池塘后生浮游動物群落結構與影響因子

整個實驗周期共發現后生浮游動物49種，其中輪蟲種類數最多，枝角類次之，橈足類最少。群落結構表現為輪蟲類密度最大，但生物量最??；而枝角類密度最小，生物量最大；橈足類的密度和生物量則次之。這主要是因為輪蟲類個體較小，生長快，繁殖能力強，在水體中易處于優勢地位[22]。尤其是在富營養化水體中輪蟲類的增長更為迅速，易使浮游動物群落表現出小型化的趨勢[21]。水質調查結果表明，河蟹生態養殖池塘水質等級在Ⅲ類以上的概率為76.7%[15]，表明較高的富營養化程度可能是輪蟲類密度最大的重要原因。

后生浮游動物群落結構還表現出輪蟲類與枝角類、橈足類現存量變化趨勢相反的特征。養殖前中期輪蟲類密度和生物量較小，而枝角類和橈足類則較大，后期及河蟹起捕后則相反。這可能與枝角類和橈足類對輪蟲的抑制作用有關，它們可通過機械損傷和食物競爭降低輪蟲類密度，一些橈足類還會直接攝食輪蟲[23-24]。不同于郝俊等[14]的研究，筆者實驗中輪蟲類密度和生物量的高峰期并未出現在養殖前期，這可能是因為養殖前期伊樂藻處于快速生長時期，能通過吸收N、P元素以及向水體釋放化感物質而抑制藻類生長[25]，從而減少輪蟲類的食物來源，抑制其生長繁殖。

一般而言，捕食和溫度是影響后生浮游動物群落結構較為重要的生物和非生物因素[26-27]。河蟹生態養殖池中鰱、鳙密度較小，通過下行效應對后生浮游動物的影響可以忽略不計[14]，因而溫度是影響后生浮游動物群落結構的主要因素。從RDA排序圖可看出，溫度與排序軸1的相關系數最大，且與排序軸2的相關系數也較大，表明溫度對后生浮游動物群落結構的影響較大，這與上述結論相符。RDA排序圖還表明，Chl-a、TP和DO也是影響后生浮游動物群落結構的重要因素。Chl-a的高低反映了水體中浮游植物的多寡，通常與浮游動物的密度和生物量呈正相關關系[28]，而N、P營養元素一般通過影響浮游植物的密度來間接影響浮游動物的生長，在一定范圍內，營養元素濃度的提高能促進浮游植物的生長，從而為浮游動物提供充足的食物[29]。生物的新陳代謝需要消耗氧氣，DO濃度的高低決定著大多數水生生物的生存狀況[30]。在該實驗中，輪蟲類和橈足類的密度和生物量在溫度最高的7月始終維持著較低的水平，表明較低的DO對浮游生物起著一定的限制作用。從表6可知，CODMn與2個排序軸的相關系數較大，表明該指標也是影響浮游動物群落結構的重要因素,其值高低反映水體受有機物污染的程度，較高的有機物含量對浮游動物生長有抑制作用[30]。從RDA排序圖中也可看出，多數物種的密度與CODMn呈負相關。通常pH值也是影響浮游動物群落結構的重要因素，但RDA分析表明，pH值對浮游動物的影響并不突出，這可能是因為該實驗中pH值變化平緩，對浮游動物的限制作用較小，這與張念等[30]的研究結果相似。

3.2 河蟹生態養殖池塘和池塘進水處水質生態學評價

生物多樣性指數是反映浮游動物群落結構的重要指標，同時也是對水體健康狀況進行生態學評價的重要手段。該研究從3種生物多樣性指數的角度來對池塘和池塘進水進行水質生物學評價，通過判斷兩者優劣來探究該地區河蟹生態養殖是否存在凈水效益。其中，Shannon-Wiener多樣性指數值與Margalef豐富度指數評價標準相同，即0～1 屬多污型，>1～2屬α-中污型，>2～3屬β-中污型，>3～4屬寡污型，>4 為清潔型[21]。

按Shannon-Wiener多樣性指數的分類標準，池塘屬于寡污或β-中污型，池塘進水處基本屬于寡污或β-中污型，但在7月23日屬于α-中污型。池塘水質在養殖前中期略優于池塘進水處，而在后期及起捕后略劣于池塘進水處。按Margalef豐富度指數的分類標準，池塘多屬于α-中污型，而池塘進水處基本屬于β-中污型。池塘進水處水質總體上優于池塘。Shannon-Wiener多樣性指數的評價結果與水質調查部分的結果相似。而從Pielou均勻度指數的大小來看，池塘水質多優于池塘進水處，該指數對池塘水質的評價結果偏高。而Margalef豐富度指數則得出與其他2種指數相反的結論，可能是因為該指數受稀有種的影響較大，池塘進水處各物種個體數較少，稀有種較多[31]，表明該指數應結合其他指數共同使用，否則容易得出錯誤結論。

從生物指標的評價結果可知，池塘和池塘進水處均處于中污染狀態，池塘水質并未顯著優于池塘進水處。而該實驗水質調查結果表明，養殖前中期池塘水質大體優于池塘進水處，后期及起捕后劣于池塘進水處[15]，這與生物指標的評價結果相似，表明該地區養殖模式凈水效果較差，生態效益不明顯，這可能是因為該地區河蟹放養密度較高，營養物質輸入較多，容易引起水體富營養化。因此建議探究適宜該地區的養殖密度，減輕水體的負擔。

4 結論

(1)對滆湖漁場的3個河蟹生態養殖池塘和池塘進水處進行后生浮游動物采樣和分析，共發現49種后生浮游動物，包括22種輪蟲類、15種枝角類和12種橈足類。其中輪蟲類密度最大，但生物量最小，而枝角類密度最小，生物量卻最大，橈足類的密度和生物量則居中。

(2)RDA排序分析表明，溫度、TN、PO43--P和CODMn是池塘后生浮游動物群落結構的主要影響因素。

(3)采用生物多樣性指數對池塘和池塘進水處水質進行生態學評價，結果表明，池塘和池塘進水處均處于中污染狀態，池塘水質并未顯著優于池塘進水處，可能是因為該地區養殖密度過高，水體易富營養化。建議將適宜該地區的養殖密度作為今后的重點探究方向。