EM菌與魚腥草鑲嵌模式對池塘養殖水體的凈化效果

王金樂，趙 鳳，曾詩雨，孔 杰，閔文武，杜 強，李小義，張美彥，李建光，關 梅，周 洲，才讓卓瑪，陳 暉，楊芳華

(1.貴州省水產研究所，貴州 貴陽 550025；2.貴州特種水產工程技術中心，貴州 貴陽 550025)

0 引言

【研究意義】近年來，由于水體富營養化問題日益嚴重，大水面圍網養殖及圍欄養殖等被取締，以及“退魚還湖”等政策的執行，使得池塘養殖在中國淡水養殖業中占有極其重要的地位，而貴州特殊的喀斯特石漠化決定了其山多水土少，池塘養殖成為了貴州省水產養殖的主要方式，因此貴州池塘水生態環境的修復至關重要。池塘養殖原位修復技術主要以魚-菜共生養殖模式為代表，且主要結合生物修復技術開展。然而單一魚菜共生養殖模式或其他單一微生態制劑修復方式都具有一定的局限性，且水產養殖中選擇何種修復方法更加適宜且經濟有效仍需繼續深入研究。【前人研究進展】20世紀90年代至21世紀初，我國利用生態浮床技術在大型水庫、湖泊和河道等不同水域成功地種植了46科的130多種陸生植物，累積面積超過10 hm2。EM菌(Effective Microorganisms)是一種新型復合微生物活性菌劑，由包含5科10屬80余種厭氧性微生物復合培養而成，其中主要的代表性微生物有光合細菌、醋酸桿菌、乳酸菌、酵母菌和放線菌[1-3]。EM技術主要應用于農業、畜牧業、養殖業和環境凈化等方面[4]。中草藥對池塘水質具有一定的調控作用[5]，微生物方法凈化水體不會產生二次污染，且能逐漸修復被破壞的水體生態平衡[3]。而單一的植物修復和生物修復都具有一定的局限性，微生物制劑的活性受水體中的各種環境因子影響較大，某些極端條件下微生物的缺乏，僅使用單一的微生物制劑手段來治理效果并不理想，需要結合其他方法如與高等植物聯合使用等，才能達到預期效果。朱亮等[6]對EM菌富集培養基及降解污水進行了試驗研究。鮮見EM菌與魚腥草鑲嵌模式對池塘養殖水體凈化效果的研究報道。【研究切入點】選擇藥食兼用且經濟價值較高的魚腥草作為浮床種植植物，探究EM菌與魚腥草鑲嵌模式對池塘養殖水體的凈化作用。【擬解決的關鍵問題】探明EM菌與魚腥草鑲嵌模式對池塘養殖水體的凈化效果，以期為魚腥草浮床+EM菌修復系統在池塘養殖水體修復上的應用提供科學依據。

1 材料與方法

1.1 材料

1.1.1 EM菌及魚腥草 EM菌，南京漁豐生物科技有限公司生產；魚腥草草種(當地品種)，購自黔東南州黃平縣舊州鎮市場。

1.1.2 魚 養殖用魚為鯉魚和草魚，投放鯉魚規格0.028尾/kg，草魚0.017尾/kg，采購于四川。

1.1.3 浮床與池塘 浮床(3.6 m2/張，單張浮床有孔84個，孔徑11 cm，為耐氧化環保泡沫海綿材質)，湖南立信生態農業綜合開發有限公司生產；6口養殖池塘(分別標號為C1#、C2#、C3#、C4#、C5#和C6#，各池塘的平均水溫分別為26.23℃、25.95℃、25.93℃、25.43℃、25.12℃和25.27℃)，黔東南州黃平縣舊州鎮白子橋村水產養殖基地。

1.2 方法

1.2.1 試驗設計 試驗于2021年5-7月在貴州省黔東南州黃平縣舊州鎮白子橋村水產養殖基地進行，共設6個處理，選擇6口養殖池塘，即每口池塘為1個處理。其中，前5口養殖池塘分別對應處理1～5，C6#為對照(CK)。選擇魚腥草為浮床植物，浮床面積占池塘面積比例分別為0、7.5%和15.0%，設3口池塘種植不同比例浮床，另外3口池塘種植不同比例浮床時鑲嵌EM復合菌。為便于論述表達，不同處理簡稱為處理1，7.5%浮床；處理2，15.0%浮床；處理3，7.5%浮床+EM菌；處理4，15.0%浮床+EM菌；處理5，EM菌無浮床；CK，無EM菌無浮床；各處理池塘參數及養殖模式詳見表1。試驗期每天定量投喂1次，飼喂量為魚體重的3%。養殖期間的日常管理及病害防控按統一要求執行，用水符合《漁業水質標準》(GB 11607-89)[7]。

表1 不同處理池塘的基本參數及養殖模式

1.2.2 浮床移栽魚腥草 先將準備好的栽培缽(直徑為10 cm，高8 cm)底部墊入泡沫提升浮力，裝入適量鋸末與土壤(3∶1)，再將培養好的魚腥草苗(莖稈5～7 cm)移栽至栽培缽中，3～5株/缽，最后填補土壤使莖葉露出2 cm。栽培缽間隔放入漂浮板孔內，使盆底部分浸入水中，且能漂浮在水面。

1.2.3 水樣采集 浮床移栽魚腥草后每隔約30 d采集水樣1次，取水量為15 L，采樣時間固定為9:00-10:00。用有機玻璃采水器(5 L)分別在池塘中心和四角(離兩岸1 m左右)，采集水面以下0.5 cm處水樣，各水樣混合均勻后，5 000 r/min離心6 min，取上清用于水質指標的測定。

1.2.4 指標測定 參照文獻[8]池塘的重要水質指標參數，結合實際情況及富營養化指標參數，確定水溫、pH、溶解氧(DO)、總氮(TN)、氨氮(NH3-N)、總磷(TP)、高錳酸鹽指數(CODMn)和5日生化需氧量(BOD5)等指標。采用堿性過硫酸鉀消解紫外分光光度法測定TN，采用紫外分光光度法測定NO3-N，采用鉬酸銨分光光度法測定TP，采用酸性高錳酸鉀法測定CODMn，采用稀釋與接種法測定BOD5，采用便攜式溶氧儀測定DO，采用便攜式酸度計測定pH，采用溫度計測定水溫。每個采樣點每次采樣時測定DO、pH和水溫，多次重復取平均值。

1.2.5 水質評價 水質評價標準依據《漁業水質標準》(GB 11607-89)及《地表水環境質量標準》(GB 3838-2002)[9]相互補充，且采用要求相對嚴格的限制標準。不同指標評價標準的限值見表2。根據《農用水源環境質量監測技術規范》(NY/T 396-2000)，漁業水質按綜合污染指數可劃分為 3 個等級(表3)。

表2 不同指標評價標準的限值

表3 漁業水質的分級標準

池塘水質評價方法依據《農用水源環境質量監測技術規范》(NY/T 396-2000)[10]，采用單項污染指數對單個污染因子進行評價，結合各單項污染因子計算綜合污染指數，從而對池塘水質環境質量進行整體評價。主要指標有常規水質單項污染指數(Pi)、DO單項污染指數按式(PDOi)、pH單項污染指數(PpHi)、水質綜合污染指數和污染物削減率(E)等。

Pi=水質污染物實測值/污染物質量標準

PDOi=[理論值(實際最大值)-實測值]/[理論值(實際最大值)-評價標準]

PpHi=(實測值-允許幅度平均值)/(允許幅度最低或最高值-允許幅度平均值)

允許幅度平均值=(允許幅度最低值+允許幅度最高值)/2

水質綜合污染指數=

E=[(C0-C1)/C0]×100%

式中，C0為初始水體污染物濃度，即對照池塘(CK)水體的污染物濃度；C1為修復后水體污染物的濃度。

單項污染指數<1時，單項污染指數=計算值；當單項污染指數>1時，單項污染指數應按下式修正。

單項污染指數=1.0+計算值

1.3 數據處理與統計分析

采用Excel 2007對數據進行處理與分析，結果以平均值表示。

2 結果與分析

2.1 不同鑲嵌組合處理各污染因子的削減率

從表4看出，不同鑲嵌組合處理DO、TN和NH3-N等各污染因子削減率的變化。DO：各鑲嵌組合處理削減率為-3.30%～33.93%，處理1最大，為33.93%；處理2其次，為28.72%；處理5最小，為-3.30%。TN：各鑲嵌組合處理削減率為-43.60%～9.66%，處理4最大，為9.66%；處理5其次，為6.27%；處理2最小，為-43.60%。NH3-N：各鑲嵌組合處理削減率為-41.91%～5.86%，處理4最大，為5.86%；處理2其次，為1.56%；處理3最小，為-41.91%。TP：各鑲嵌組合處理削減率為-103.70%～-25.93%，處理4最大，為-25.93%；處理5其次，為-33.33%；處理2最小，為-103.70%。CODMn：各鑲嵌組合處理削減率為-18.03%～40.98%，處理4和處理5最大，均為40.98%；處理3其次，為26.23%；處理1最小，為-18.03%。BOD5：各鑲嵌組合處理削減率為-16.87%～31.33%，處理4最大，為31.33%；處理3其次，為22.89%；處理1最小，為-16.87%。表明，不同覆蓋面積植物浮床修復水環境的效果不同，以EM菌修復組增氧效果較好，15%浮床+EM菌鑲嵌處理對TN、NH3-N、TP、CODMn和BOD5水質因子濃度的削減效果較好。

表4 不同鑲嵌組合處理對水質指標濃度的削減率

2.2 池塘水質評價

從表5看出，不同處理池塘水的pH、DO、TN和NH3-N等不同，水質存在差異。pH：各處理平均為7.92～8.48，依次為CK>處理4=處理5>處理3>處理2>處理1。DO：各處理平均為4.44～7.19 mg/L，依次為處理5>CK>處理4>處理3>處理2>處理1。TN：各處理平均為1.15～1.83 mg/L，依次為處理2>處理1>處理3>CK>處理5>處理4。NH3-N：各處理平均為0.40～0.61 mg/L，依次為處理3>處理1>處理5>CK>處理2>處理4。TP：各處理平均為0.09～0.18 mg/L，依次為處理1=處理2>處理3>處理5>處理4>CK。CODMn：各處理平均為1.20～2.40 mg/L，依次為處理1>處理2>CK>處理3>處理4=處理5。BOD5：各處理平均為1.90～3.23 mg/L，依次為處理1>處理2>CK>處理5>處理3>處理4。綜合污染指數：各處理平均為0.97～1.84，依次為處理1>處理2>處理3>CK>處理5>處理4。污染程度：除處理4為尚清潔外，其余處理均為污染。污染水平：除處理4為標準限量內外，其余處理均為超出警戒水平。表明，處理4對池塘水質修復效果較好。

從表5還看出，不同處理池塘水合格率和單項污染指數的變化。處理1的pH、NH3-N、CODMn和BOD5合格率均為100%，DO、TN和TP合格率分別為33.33%、0和66.67%；單項污染指數為0.40～2.01，依次為DO>TN>TP>BOD5>NH3-N>pH>CODMn，其中TN和DO均大于1，分別為1.79和2.01。處理2的pH、NH3-N、CODMn和BOD5合格率均為100%，DO、TN和TP合格率分別為33.33%、0和66.67%；單項污染指數為0.36～1.83，依次為TN>DO>TP>BOD5>NH3-N=pH>CODMn，其中TN和DO均大于1，分別為1.38和1.83。處理3的pH、NH3-N、TP、CODMn和BOD5合格率均為100%，DO和TN合格率分別為66.67%和0；單項污染指數為0.25～1.46，依次為TN>DO>TP>NH3-N>pH>BOD5>CODMn，其中TN大于1，為1.46。處理4的NH3-N、TP、CODMn和BOD5合格率均為100%，pH、DO TN合格率分別為66.67%、66.67%和0；單項污染指數為0.20～1.15，依次為TN>pH>TP>BOD5>NH3-N>DO>CODMn，其中TN大于1，為1.15。處理5的pH、DO、NH3-N、TP、CODMn和BOD5合格率均為100%，TN合格率為33.33%；單項污染指數為0.20～1.20，依次為TN>pH>TP>BOD5>NH3-N>DO>CODMn，其中TN大于1，為1.20。CK的NH3-N、TP、CODMn和BOD5合格率均為100%，pH、DO和TN合格率分別為66.67%、66.67%和0；單項污染指數為0.34～1.28，依次為TN>pH>BOD5>TP>NH3-N>DO>CODMn，其中TN大于1，為1.28。

表5 不同處理池塘水質的評價

3 討論

魚菜共生生態系統是一種高效修復養殖水體的復合型養殖模式，魚菜共生方式之一是利用生物浮床技術。浮床植物通過競爭水體營養鹽和自然光照能夠限制藻類的過量生長，同時，植物浮床自身也為草食性或雜食性魚類提供了豐富的食物和生長活動空間。康銀等[3]研究表明，EM菌的使用可幫助水體去除有機物，間接增加水體中的溶解氧；EM菌種的聚磷菌在厭氧狀態下釋磷多，而在好氧狀態下吸磷多，因此放置浮床后導致溶解氧濃度降低，為聚磷菌提供厭氧環境，TP的去除效果不佳。孟范平等[11]報道，EM菌為水溶性液體，單獨作用水體對磷的去除率不高。研究結果表明，在7.5%浮床(處理1)、15.0%浮床(處理2)、7.5%浮床+EM菌(處理3)、15.0%浮床+EM菌(處理4)、EM菌-無浮床(處理5)和無EM菌-無浮床(CK)處理中，不同處理池塘pH及水溫均在正常范圍，各池塘間變化不明顯，但對池塘養殖水體的凈化效果存在差異，不同處理pH、DO、TN、NH3-N、TP、CODMn和BOD5平均分別為7.92～8.48、4.44～7.19 mg/L、1.15～1.83 mg/L、0.40～0.61 mg/L、0.09～0.18 mg/L、1.20～2.40 mg/L和1.90～3.23 mg/L，綜合污染指數為0.97～1.84，以15%浮床+EM菌鑲嵌處理的水質修復效果最好，對TN、NH3-N、TP、CODMn和BOD5水質因子濃度的削減效果分別為9.66%、5.86%、-25.93%、40.98%和31.33%，其水質污染程度和污染水平分別為尚清潔和標準限量內(達2級標準)，其余處理水質污染程度和污染水平均為污染和超出警戒水平。

4 結論

15%魚腥草浮床+EM復合菌鑲嵌處理對池塘水質修復效果最好，但因“水呼吸”現象影響水體溶解氧濃度，選擇15%魚腥草浮床+EM菌修復模式時需要配備增氧設備輔助增氧，以進一步提升池塘水體修復效果。