2種養殖模式下植物浮床對養殖水體的凈化效果

劉超 孫魯峰 杜興華 董貫倉 冷春梅 李壯

摘要 在主養草魚（Ctenopharyngodon idella），套養少量鯉魚（Cyprinu carpio）、鰱魚（Hypophthalmichthys molitrix）和鳙魚（Aristichthys nobilis）的池塘（面積0.67 hm2）以及主養加州鱸（Micropterus salmoides）、套養少量鰱魚和鳙魚的相同面積池塘中，分別設置4.0 m×4.0 m×2.5 m的聚乙烯編織布圍隔，圍隔內設置水葫蘆（Eichhornia crassipes） 浮床（SH）和空心菜（Ipomoea aquatica Forsk） 浮床（KC）及對照（T），研究水葫蘆和空心菜對主養草魚和加州鱸池塘水體的凈化效果。結果發現：水葫蘆和空心菜對不同漁業模式養殖水體均有較好的凈化作用。草魚池塘中植物浮床對氨氮、亞硝態氮和總氮（TN）的最大去除率平均值分別為75.00%、47.93%和38.34%，但對總磷（TP）無去除效果。加州鱸池塘中植物浮床對氨氮、亞硝態氮和TN的最大去除率平均值分別為95.73%、80.00%和21.74%。不同植物對不同漁業模式下的水質凈化效果存在一定差異。草魚池塘中水葫蘆對氨氮的去除效果比空心菜更好，而對TN的去除效果較差。加州鱸池塘中水葫蘆對亞硝態氮和TN的去除效果較空心菜更差。不同養殖模式下的水質狀況及其變化趨勢不同，而不同水生植物的生長特點及人為管護措施均可能影響水質凈化效果，故應依據養殖生產需求選擇適宜的水生植物種類及管護措施。

關鍵詞 生物浮床；營養鹽；淡水池塘養殖

中圖分類號 S 949? 文獻標識碼 A? 文章編號 0517-6611（2023）07-0095-04

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2023.07.024

Purification Effect of Plant Floating Beds on Aquaculture Water Body under Two Kinds of Culture Patterns

LIU Chao，SUN Lu-feng，DU Xing-hua et al

（Shandong Freshwater Fisheries Research Institute/Shandong Provincial Key Laboratory of Freshwater Aquaculture Genetic Breeding/Scientific Observing and Experiment Station of Fishery Resources and Environment in the Lower Reaches of the Huang River，Ministry of Agriculture and Rural Affairs，Jinan，Shandong 250113）

Abstract In the culture ponds，4.0 m × 4.0 m × 2.5 m polyethylene woven cloth enclosures were set up，respectively in the pond（0.67 hm2） with the main species of Ctenopharyngodon idella and a small amount of Cyprinu carpio，Hypophthalmichthys molitrix and Aristichthys nobilis，and the pond（0.67 hm2） with the main species of Micropterus salmoides and a small amount of H.molitrix and A.nobilis .In the enclosures，Eichhornia crassipes floating bed （SH） and Ipomoea aquatica Forsk floating bed （KC） were set up，respectively，and a blank control （T） were set up.The purification effects of E.crassipes and I.aquatica Forsk on the water body of culture pond with C.idella as main species and M.salmoides as main species were investigated.The research results showed that E.crassipes and I.aquatica Forsk had a good purification effect on water bodies of different aquaculture models.The maximum removal rate average of plants on ammonia nitrogen，nitrite nitrogen and TN in the culture ponds of C.idella were 75.00%，47.93% and 38.34% respectively，but they had no removal effect.The maximum removal rate average of plants on ammonia nitrogen，nitrite nitrogen and TN in the culture ponds of M.salmoides were 95.73%，80.00% and 21.74% respectively.The water purification effect with different plants under different culture models had some differences.The removal effect of E.crassipes on ammonia nitrogen in the culture pond of C.idella was better than that of I.aquatica Forsk，the removal effect on TN was worse.The removal effect of E.crassipes on nitrite nitrogen and TN in the culture ponds of M.salmoides was worse than that of? I.aquatica Forsk.The water quality and its change trend were different in different culture models were different，and the growth characteristics of different aquatic plants and man-made management and protection measures might affect the purification effect.Therefore，appropriate species of aquatic plant and management and protection measures? should be selected? according to the demands of fishery production.

Key words Biological floating bed;Nutrient salt;Freshwater pond culture

基金項目 山東省農業重大應用技術創新項目（SD2019YY008）；山東省重點研發計劃項目（2019GSF109111）；山東省魚類產業技術體系環境調控崗基金資助項目（SDAIT-12-07）。

作者簡介 劉超（1980—），男，山東濟寧人，副研究員，碩士，從事水域生態環境研究。通信作者，研究員，博士，從事水產增養殖與環境評價研究。

收稿日期 2022-04-19

為穩定我國水產品產量，促進漁業增效、漁民增收，池塘養殖往往追求高產，但現有的內陸池塘設備陳舊落后，水質控制功能較差，難以有效調控池塘水質，嚴重影響水產養殖效益［1］。除了餌料是養殖水體營養鹽的重要來源外，沉積物也是內陸養殖池塘水體中氮和磷的重要來源［2］。沉積物作為池塘養殖水體污染的內源，其氮、磷負荷是影響水環境的重要因素。張弘杰等［3］研究表明氮、磷負荷可通過沉積物-上覆水界面遷移轉化，從而影響太湖沉積物中氮磷營養鹽。為控制內陸池塘水產養殖污染，目前主要通過物理、化學和生物手段進行池塘養殖水體凈化處理，其中生物凈化處理養殖尾水技術因其綠色環保、不會對養殖品種產生影響等優勢被廣泛應用于水環境修復中［4-7］。植物浮床系統是生物凈化處理養殖尾水技術中典型的代表［8］。植物浮床是指在養殖水體中種植大型經濟類或者觀賞類水生植物，植物生長過程中可以吸收和固定氮、磷，通過收割將養殖水體中的氮、磷轉移出水體，從而達到凈化水質的目的。在養殖過程中，針對不同的養殖對象，其飼喂投入和養殖管理等差異較大，對環境的調控需求亦不同［9-11］。筆者在主養草魚（Ctenopharyngodon idella）和加州鱸（Micropterus salmoides） 2種養殖池塘水體中栽種水葫蘆和空心菜浮床，利用不同植物浮床凈化2種養殖模式淡水池塘水體，并對比其凈化效果，旨在為構建健康養殖模式提供技術支撐。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

試驗在山東省濟寧市任城區2口面積0.67 hm2的養殖池塘進行：一個池塘主養草魚，并套養少量鯉魚（Cyprinu carpio）、鰱魚（Hypophthalmichthys molitrix）和鳙魚（Aristichthys nobilis），另一個池塘主養加州鱸并套養少量鰱魚和鳙魚。2個池塘分別設置4.0 m×4.0 m×2.5 m的雙面涂塑高密度聚乙烯編織布圍隔［12］，圍隔內水生植物密布在1.0 m×1.0 m帶雙層網的PVC管浮床。試驗期間，水深1.5～1.7 m。試驗用水葫蘆（Eichhornia crassipes）由養殖場越冬保存暫養擴繁；空心菜（Ipomoea aquatica Forsk）購自市場，試驗前7 d以帶網浮床暫養于試驗池塘。

1.2 試驗方法 試驗于2019年8月23日開始，9月8日結束，共歷時16 d。試驗共設置對照（T）、水葫蘆浮床（SH）和空心菜浮床（KC）3個處理，并選擇主養草魚（C）和主養加州鱸（J）2種養殖模式池塘（表1），每個處理3個重復。生物浮床處理浮床覆蓋面積均為25%，水生植物密布在1.0 m×1.0 m帶雙層網的PVC管浮床中。

1.3 樣品采集與測定

試驗期間放置植物浮床后立即采集初始水樣，隨后在1、2、4、8、12和16 d時分別采集試驗圍隔內的表層水樣，現場使用YSI-MP556型水質儀測量水溫（WT）、溶氧量（DO）和pH，參照《水和廢水監測方法》［13］測定氨氮（NH4+-N）、亞硝態氮（NO2--N）、總氮（TN）和總磷（TP）的含量。同時，參照《地表水環境質量標準》（GB 3838—2002）［14］，評價水質狀況。

1.4 數據統計與分析

試驗數據使用Excel 2010軟件和SPSS 21.0統計軟件進行單因素方差分析（ANOVA）及Duncan多重比較，P<0.05表示差異顯著。

2 結果與分析

2.1 水體理化指標變化

試驗期間各試驗水體理化指標變化見圖1。從圖1可以看出，受采樣季節及天氣狀況的影響，各試驗水體理化指標隨時間的推移呈上下波動（P<0.05），其中主養草魚與加州鱸池塘水體溫度分別為28.4～30.9和28.5～31.4 ℃。試驗初養殖池塘水體中DO含量較高，主養草魚與加州鱸池塘水體中DO含量分別為（10.44±0.86）和（11.40±0.71） mg/L，此后顯著下降（P< 0.05）。主養草魚與加州鱸池塘水體pH分別為7.73～8.69和7.72～8.67，二者無明顯差異。

2.2 NH4+-N濃度變化

從圖2可以看出，試驗期間不同處理水體中NH4+-N濃度均先上升后下降，植物浮床對2種養殖水體中NH4+-N均有顯著去除效果（P<0.05）。其中，試驗初主養草魚養殖池塘水體中NH4+-N濃度顯著低于主養加州鱸養殖池塘（P<0.05），分別屬于地表水Ⅲ類和劣Ⅴ類水質；試驗末CT處理對NH4+-N的最大去除率顯著低于JT處理（P<0.05）；CT處理NH4+-N濃度顯著高于JT處理（P<0.05），屬地表水Ⅱ類水質；2種養殖池塘不同植物處理NH4+-N濃度試驗初期有所上升、8 d后顯著下降，CSH、CKC、JSH和JKC處理NH4+-N的最大去除率分別為82.98%、67.02%、94.84%和96.61%，且除了CKC處理水體為地表水Ⅱ類水質外，均達到地表水Ⅰ類水質；加州鱸池塘植物處理對NH+4-N的最大去除率顯著高于草魚池塘植物處理，草魚池塘CSH處理NH+4-N最大去除率顯著高于CKC處理（P<0.05）；各植物處理對水體中NH4+-N的最大去除率均顯著高于對照（P<0.05）。

2.3 NO2--N濃度的變化 從圖3可以看出，植物浮床對水體中NO2--N的去除效果顯著。試驗初主養草魚池塘水體中NO2--N濃度顯著低于主養加州鱸池塘（P<0.05），但均處于較低水平；試驗期間主養草魚池塘CT處理水體中NO2--N濃度先上升后下降，而加州鱸池塘JT處理水體中NO2--N濃度先降低，8 d后明顯上升。試驗期間，雖然JT處理對NO2--N的最大去除率（84.02%）顯著大于CT處理（18.59%），但試驗末CT處理NO2--N濃度較低，與試驗初（0 d）無顯著差異，而試驗末JT處理NO2--N濃度較試驗初大幅度上升（P<0.05）；主養草魚池塘植物處理水體中NO2--N濃度雖稍有波動但一直處于較低水平，主養加州鱸池塘植物處理水體中NO2--N濃度8 d后大幅度上升，但均顯著低于對照（P<0.05）且JKC處理NO2--N濃度稍低于JSH處理；8 d后主養加州鱸池塘對照水體中NO2--N濃度較0 d時大幅度上升，同期植物浮床處理NO2--N濃度均顯著低于對照（P<0.05）。

2.4 TN去除效果 從圖4可以看出，植物浮床處理組水體中TN的去除效果均顯著優于對照（P<0.05）。試驗初主養草魚池塘水體中TN濃度顯著低于加州鱸池塘（P<0.05），均屬于地表水劣Ⅴ類水質。試驗末CT處理TN濃度較試驗初稍有下降，但無顯著差異；JT處理TN濃度先升高后下降，16 d CT處理對水體中TN的去除率最大（10.49%），而JT處理TN濃度較試驗初無明顯降低；試驗期間，主養草魚池塘不同植物處理水體中TN濃度逐漸下降，而主養加州鱸池塘水體中TN濃度先升高后下降，CSH、CKC、JSH和JKC處理對TN的最大去除率分別為33.52%、43.16%、17.93%和25.55%，試驗末主養草魚池塘水體為地表水Ⅴ類，而主養加州鱸池塘水體為劣Ⅴ類；各植物處理對水體中TN的最大去除率均顯著高于對照（P<0.05）。

2.5 TP去除效果 從圖5可以看出，試驗期間各處理水體屬于地表水劣Ⅴ類水質。其中，試驗初主養草魚池塘水體中TP濃度顯著低于主養加州鱸池塘（P<0.05），均屬于地表水劣Ⅴ類水質。試驗期間不同植物處理水體中TP濃度均先上升后下降，試驗末水體中TP濃度均高于試驗初；不同植物處理水體中TP濃度變化小于對照，但試驗期間均無顯著變化（P>0.05）。

3 結論與討論

3.1 水葫蘆和空心菜對不同養殖模式水體中的氮具有凈化作用

該研究結果表明，水葫蘆和空心菜對不同養殖模式水體中TN、氨氮和亞硝態氮均有一定的凈化作用。空心菜和水葫蘆去除水體中的氮主要通過植物吸收和微生物的反硝化作用2種方式［7，15-16］：水葫蘆和空心菜在光合作用中需要吸收水體中的氮，合成氨基酸和蛋白質等物質，為植物生長提供必要能量，通過吸收直接轉移水體中的氮；水葫蘆和空心菜根系發達，有利于微生物在其根部附著；微生物的反硝化作用也進一步提高了水葫蘆和空心菜對池塘中氮的去除效果。對照水體中氮的去除主要通過自然揮發以及微生物的反硝化作用，養殖池塘中的微生物通過反硝化作用降低了水體中氮的含量，試驗過程中水體自然揮發也會帶走一部分氮，導致對照水體中氨氮、亞硝態氮和TN的濃度也呈下降趨勢。該試驗處理和對照水體中氮濃度的下降與袁東海等［12，17］對人工濕地系統對污水中氮的凈化效果類似。

在草魚養殖池塘中，15.19%～27.60%的氮沉積在養殖池塘底泥中［13］。試驗過程中水溫較高，圍隔內水體的上下流動加速了沉積物中亞硝酸鹽的釋放［14］，導致試驗初期亞硝態氮含量升高，但水葫蘆和空心菜生長過程中對亞硝酸鹽的吸收利用、水體的自然揮發和微生物的協同作用，試驗后期亞硝態氮含量均呈現下降趨勢，表明空心菜和水葫蘆對草魚和加州鱸養殖池塘水體中的亞硝態氮有一定的去除效果。

3.2 水葫蘆和空心菜對不同養殖模式水體中磷的去除效果不明顯

該研究結果表明，在主養草魚和加州鱸的池塘中空心菜和水葫蘆對TP均無顯著去除效果（P>0.05），試驗期間總磷濃度呈現先上升后下降的趨勢。試驗初期總磷濃度的上升與內源磷的釋放有關。該研究采用無底圍隔，養殖池塘沉積物中內源磷在底泥與水體之間擴散和積累，形成穩定的內循環［18-19］。闕天洋等［20］對淺水湖泊苦草（Vallisneria natans）-鐵細菌-土壤除磷體系的研究表明，在減少外源磷的排放后，水體中磷的濃度不會發生大幅度改變。受內源磷不斷釋放的影響，水體中磷的濃度在較長時間內處于較高水平。該試驗時間為8月，此時氣溫和水溫均較高，加速了圍隔內水體的上下流動，沉積物中內源磷的釋放使得試驗初期水體中總磷濃度不降反升。試驗后期總磷濃度下降，主要有以下原因：一是因為水體自然揮發帶走了一部分磷；二是內源磷釋放后又有一部分磷重新被懸浮物和沉積物吸附；三是微生物代謝活動降低了水體中磷的濃度，使得試驗后期水體中總磷濃度呈現下降趨勢。

該試驗植物處理和對照中空心菜和水葫蘆對磷的去除并不明顯，這是因為直接吸收并不是植物去除磷的主要途徑。孫云飛［13］研究發現草魚混養池塘水體中76.46%～80.04%的磷沉積在底泥中，13.04%～15.14%的磷留在水體中，而水體中的有機磷或者溶解性較差的無機磷酸鹽并不能被植物直接吸收利用［21］，只有經過磷細菌的代謝轉換作用，植物才能利用水體中的磷完成生長過程，最后隨著植物的收割將水體中的磷轉移帶走，但通過植物生長收割過程去除水體中的磷只占總去除量的2.38%。圍隔水體后期磷濃度的下降與水體自然揮發、懸浮物和沉積物吸附以及微生物代謝活動有關，空心菜和水葫蘆對磷的直接吸收作用并不明顯。

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