不同面积芦苇稻对幼蟹塘水质净化效果的初步探究 | [PDF全文] |
2. 赣州市水产研究所,江西 赣州 341100;
3. 云南省水产技术推广站,昆明 650034;
4. 遵义市水产站,贵州 遵义 563000
2. Fisheries Research Institute of Ganzhou City, Ganzhou 341100, Jiangxi, China;
3. Fisheries Technology Extension Station of Yunnan Province, Kunming 650034, China;
4. Fisheries Station of Zunyi City, Zunyi 563000, Guizhou, China
中华绒螯蟹(Eriocheir sinensis)是我国极为重要的水产经济甲壳类,其独特的风味、营养和经济价值得到越来越多水产养殖业者的青睐[1]。由于池塘养殖水体自净能力有限,大量的饲料投入和养殖动物代谢产物累积导致内源性污染和外源性污染加重,造成水体富营养化[2-3]。目前,水产养殖水处理主要有物理、化学和生物方法[4]。生物法主要有水生植物净化技术、水生动物净化技术、微生物生态修复和人工湿地净化技术[5],其中利用水生植物净化技术处理水产养殖水的研究[6-8]已有大量报道。
中华绒螯蟹幼蟹养殖密度高,在池塘里常种植水花生(Alternanthera philoxeroides)来为河蟹提供栖息、隐蔽、脱壳的场所,也可起到净化、稳定水质的作用[1],但水花生经济价值低;因此,探寻既能净化水质又能产生较高经济价值的水生植物引起了很多研究者的关注。稻田养蟹是一种复合、高效、生态的种养殖模式[9-10]。芦苇稻植株高大,茎秆粗如芦苇,根系发达,抗倒性好,不需烤田[11-12]。关于青虾[13]和沙塘鳢[14]养殖池塘套种芦苇稻的研究已有报道,但鲜有关于芦苇稻净化幼蟹养殖池塘水方面的报道,也少有关于不同芦苇稻种植面积对水产养殖池塘水质净化效果的研究。因此,本文通过对种植不同面积芦苇稻的幼蟹塘水质进行比较,探究合理的芦苇稻种植面积对幼蟹池塘养殖水的净化效果,揭示其水质变化规律,从而为幼蟹池塘水质净化和芦苇稻净化水产养殖水等相关研究提供参考。
1 材料与方法 1.1 试验地点试验选择在上海市崇明县新河镇新建村上海福岛水产养殖专业合作社进行,位于北纬31°73′、东经121°40′。
1.2 试验条件试验蟹为中华绒螯蟹,苗种为由上海市中华绒鳌蟹产业技术体系苗种基地提供的“江海21”;试验水稻为芦苇稻;试验池塘为12口面积为2200 m2的河蟹幼蟹培育池,防逃设施齐全,均有单独的进排水口,为半封闭式养殖模式;池塘水源为长江支流河道。
1.3 试验设计幼蟹池塘养殖密度高,池塘种植高比例的芦苇稻后会减少幼蟹的活动空间。试验以不种芦苇稻(A组)为空白对照,设10%(B组)、20%(C组)、30%(D组)面积芦苇稻3个处理,每个处理均设3个重复。芦苇稻均种在池塘四周,靠岸,池塘中间移栽浮水水生植物水花生,用毛竹打桩固定;定期清除多余的水花生,面积控制在50%左右。从2015年7月至2015年10月,对池塘水质进行监测。
所有池塘从同一水源进水,除芦苇稻种植面积不相同外,各池塘田间管理、投喂管理等均保持一致,无明显差异。4月20日育秧,6月初移栽芦苇稻,大垄双行。每口池塘投放中华绒螯蟹大眼幼体7500 g,约100万~110万只。
1.4 采样与分析方法在试验期间,每间隔15 d采样1次,共采样7次,每次采样在晴朗无风的08:00—09:30进行。在池塘中间及四周靠岸边约1.0 m处各采集中层水1.0 L,混合后取其中的1.0 L作为水样。所有水质指标检测方法均参照《水和废水监测分析方法》(第4版)。水温和溶解氧(dissolved oxygen, DO)用YSI便携式溶氧仪现场测定,pH值用便携式pH计测定,高锰酸钾盐指数(chemical oxygen demand, CODMn)用酸性法测定,总磷(total phosphorus, TP)和磷酸盐磷(PO43--P)用钼锑抗分光光度法测定,总氮(total nitrogen, TN)用过硫酸钾氧化-紫外分光光度法测定,硝酸盐氮(NO3--N)采用紫外分光光度法测定,亚硝酸盐氮(NO2--N)用N(-1-萘基)-乙二胺光度法测定,氨氮(NH4+-N)用纳氏试剂光度法测定,钙镁总硬度用乙二胺四乙酸(EDTA)滴定法测定,叶绿素a(chlorophyll a, Chl a)用丙酮法测定。
幼蟹塘水质监测项目主要分为以下3类:1)水质基本理化指标,包括水温、pH值、钙镁总硬度;2)水质有机污染指标,包括高锰酸钾盐指数和溶解氧;3)水质营养元素和富营养化指标,包括总氮、氨氮、亚硝酸盐氮、硝酸盐氮、总磷、磷酸盐磷和叶绿素a。
在试验过程中养殖区的水质评价标准采用渔业水质标准(GB 11607—1989)[15]和地表水环境质量标准(GB 3838—2002)[16]。所有数据用SPSS 17.0进行统计分析。
2 结果与讨论 2.1 芦苇稻及河蟹生产情况12口试验池塘河蟹最后产量均超过1875 kg/hm2。10月20日收割芦苇稻,其种植、生长、生产情况见表 1。
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2015年7月至10月幼蟹养殖塘水环境质量详见表 2。对整个养殖过程中各水质指标参数与渔业水质标准及地表水环境质量标准比较发现,池塘水pH值为6.89~8.73,达到渔业水质和地表水环境标准;高锰酸钾盐指数、总磷、氨氮、总氮分别达到地表水环境的Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ级标准。
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种植不同面积芦苇稻的幼蟹池塘水质基本理化指标变化见表 2。从中可见:水温10月最低,约为19 ℃,7月下旬最高,约为29 ℃;整个养殖过程呈先上升后逐渐下降的趋势。除7月26日和9月9日D组与A、B、C组在统计学上差异显著(P<0.05),A、B、C组间差异不显著(P>0.05)外,其他均无显著差异(P>0.05)。说明试验中套种芦苇稻与否及套种面积不同均对水温影响不大。河蟹对温度的适应范围较广,在1~35 ℃均能生存[1],其中,幼蟹的适宜生长水温为19~25 ℃[17]。可见,整个过程池塘水温适宜于幼蟹生长。
pH值变化范围为6.89~8.73,水体呈弱碱性,适宜河蟹和芦苇稻的生长[18],稍高于王彦波等[19]利用高活性生物修复菌制剂调节虾池pH值(7.5~8.5)的结果。7月26日、9月9日和9月26日A、C组与B、D组间在统计学上差异显著(P<0.05);8月13日A与B、D组间差异显著(P<0.05),C组与A、B、D组间差异不显著(P>0.05);10月14日B组与A、C、D组间差异显著(P<0.05),A、C、D组间差异不显著(P>0.05)。植物光合作用可吸收池塘生物呼吸作用释放出的CO2,其释放与吸收的过程改变着池塘的pH值[20]。A组pH值在大部分时间内高于B、C、D组,而B、C、D组间差异不大,可能是由于芦苇稻吸收利用CO2且未达到饱和状态;pH值在养殖后期上升幅度较大,可能是由于随着植物的生长,光合作用吸收利用了较多的CO2。
钙镁总硬度的变化范围为0.088~0.756 mg/L;7、8月份钙镁总硬度相对较低且稳定,9月明显高于其他月,10月下降明显,但仍较7、8月高。7月13日A与B、C、D组间在统计学上差异显著(P<0.05),B、D组间差异不显著(P>0.05);7月26日A、C组和B组间差异显著(P<0.05),A、C、D组间差异不显著(P>0.05),B、D组间差异也不显著(P>0.05);8月27日、9月9日D组与A、B、C组间差异显著(P<0.05),A、B、C组间差异不显著(P>0.05)。河蟹属节肢动物,其生长过程总是伴随着脱壳而进行,钙和镁是河蟹生长的必需营养物质[21],在养殖池塘中,饵料投喂、动植物的吸收利用及池塘水的进排等决定着池塘水体的钙镁总硬度。养殖后期钙镁总硬度的上升可能是由于饵料投喂量的增加且伴随着水生植物的生长,导致各个生长阶段对Ca、Mg离子的利用量降低。养殖期间,由于植物多,吸收量大,D组总硬度较其他3组低。
2.4 池塘水质有机污染指标的变化规律池塘水质有机污染指标的变化见表 2。DO大多时间均低于5.0 mg/L,变化范围为0.86~5.01 mg/L,变化较大。7月13日B、C组与A、D组间差异显著(P<0.05),B、C组差异不显著(P>0.05);8月13日和9月26日A、D组间差异显著(P<0.05),但与B、C组差异均不显著(P>0.05);8月27日A、C组差异显著(P<0.05),与B、D组差异均不显著(P>0.05);9月9日D组与A、B、C组差异显著(P<0.05),但A、B、C组间差异不显著(P>0.05)。溶解氧的多少是水产养殖生物生长的主要限制因子[22],影响池塘溶解氧的主要因素有风速、温度、植物光合作用等生物及非生物因素耗氧[23]。试验池塘因生物量大,呼吸消耗大,且因采样时间偏早,光照不强,养殖过程池塘溶解氧为0.86~5.01 mg/L,处于地表水环境标准的Ⅲ~Ⅴ级,但基本不影响河蟹的生长。溶解氧低时河蟹会爬上水草,利用空气中的氧气,所以在养殖过程中应注意早上幼蟹的活动情况,及时增氧。养殖中后期,A组DO值高于其他3组,而D组较B、C组低。这是由于A组未种芦苇稻,而D组芦苇稻面积最大,因生物量不同,呼吸消耗不一样,所以二者差异较大。
高锰酸钾盐指数(CODMn)的变化范围为6.67~12.51 mg/L,A、B、C组的变化趋势均为先升后降再升,而D组为先升后降。8月13日C组与B、D组差异显著(P<0.05),A、B、D组间和A、C组间差异均不显著(P>0.05)。高锰酸钾盐指数是水质有机污染的一个重要指标,它表示水体的有机物和悬浮颗粒水平[24];影响其变化趋势的主要因素为生物活动、生活量及水体温度的变化,与吴伟等[2]得出的结果类似;另外,池塘底部水草的腐烂加上河蟹的搅动也会影响CODMn的变化。D组8月下旬未下降,可能是由于芦苇稻种植穴数多,分蘖良好,在水中形成相对稳定的小环境,水中生物量较大;而CODMn后期由于温度降低而下降。整体上看,A组的CODMn含量低于其他3组,而D组高于其他3组。
2.5 池塘水质营养元素和富营养化指标的变化规律芦苇稻不同种植面积对幼蟹池塘水质营养元素和富营养化指标的影响见表 2。总氮的变化范围为1.001~1.062 mg/L,除7月上旬B组和8月下旬D组变化幅度较大外,各组间变化趋势一致。9月9日D组与A、B、C组间在统计学上差异显著(P<0.05),而A、B、C组间差异不显著(P>0.05);9月26日B组与A、C组间差异显著(P<0.05),而A、C、D组间和B、D组间差异均不显著(P>0.05)。氮磷是水生生态系统中浮游植物和水生植物的基础营养元素,其存在形式和数量决定了水体的初级生产力,与水生生物的物质循环有着密切的关系[24-25]。本研究池塘总氮含量及其变化与湖南大通湖河蟹养殖塘[3]的监测结果类似;而幼蟹养殖密度较高,饵料投入量大,但4组含量差异不大,说明氮的吸收利用效果明显。这与袁东海等[26]的研究结论相同。
氨氮的变化范围为0.051~0.059 mg/L;除B组和D组分别在7月26日和9月9日上升外,其他变化趋势一致。7月13日A组和8月27日、10月14日D组分别与同时期的其他3组差异显著(P<0.05),而其他3组间差异不显著(P>0.05);7月26日B组与A、D组间差异显著(P<0.05);9月9日A和B组与C、D组间差异显著(P<0.05),而A、B组间差异不显著(P>0.05)。池塘水体中氨氮多来自生物代谢和有机物的分解还原[27]。孙国铭等[28]指出,总氨氮和非离子氨氮对南美白对虾的安全质量浓度分别为2.667 mg/L和0.201 mg/L,推断池塘的氨氮不影响幼蟹的生长,与吴伟等[2]的结论一致。A组氨氮含量在大部分时间内高于其他3组,且D组较B、C组高,可能是由于生物种类和数量不同而存在差异。
亚硝酸盐氮的变化范围为0.010~0.015 mg/L;D组在养殖中期先升后降,其他组的变化趋势一致。7月13日A组与B、C、D组间在统计学上差异显著(P<0.05),而B、C、D组间差异不显著(P>0.05);D组在8月份与C组在9月26日分别与同时期其他3组差异显著(P<0.05),而其他3组间差异不显著(P>0.05);9月9日A、D组与B、C组间差异显著(P<0.05),且B、C组间差异显著(P<0.05),A、D组间差异不显著(P>0.05);10月14日B、D组间差异显著(P<0.05)。池塘微生物脱氮的方式主要包括硝化反应和反硝化反应[29]。亚硝酸是水体物质代谢的中间产物,极不稳定,其含量稍高就会对水产生物产生影响[30]。在整个养殖过程中池塘亚硝酸盐氮含量均≤0.015 mg/L,和孙文通等[31]、戴恒鑫等[3]的结果相似,低于吴伟等[2]的结果。水体中的硝化细菌生存受水温、水体溶解氧和底物质量浓度的影响。养殖前中期亚硝酸盐含量较高,后期下降,可能是由于水温或溶解氧的升高,使硝化细菌的代谢加快,被氧化的亚硝酸盐增多;而后期亚硝酸盐含量的升高可能是由于水体温度的下降及底物的累积。9月初D组溶解氧下降明显,而亚硝酸盐上升明显,说明亚硝酸盐与溶解氧的浓度变化关系密切。
硝酸盐氮的变化范围为0~0.006 mg/L。7月13日B、C组间差异显著(P<0.05);D组在8、9月份均与其他3组差异显著(P<0.05),B组在8月27日和9月26日均与A、C组间差异显著(P<0.05),8月13日和9月9日A、B、C组间差异不显著(P>0.05)。水体硝酸盐可直接被水生植物吸收利用,其含量的多少可直接或间接反映池塘水体的肥力[32]。养殖前中期,种植芦苇稻的池塘均处于下降趋势,且D组下降幅度较大,养殖后期基本上为A组≥B组≥C组>D组:说明幼蟹塘套种芦苇稻的比例越大,对硝酸盐的吸收越明显。
总磷的变化范围为0.004~0.057 mg/L;其变化趋势为7月急速下降后稳定在0.004~0.005 mg/L。7月13日B、D组差异显著(P<0.05);7月26日A组与B、C、D组差异显著(P<0.05),而B、C、D组间差异不显著(P>0.05),伴随着植物的生长,对总磷的利用明显,且将B、C、D组与A组对比分析可以看出,芦苇稻对磷的吸收明显,与朱凤香等[33]得出水稻对总磷有较好的消解净化效果一致。7月13日各组总磷质量浓度均在0.050~0.060 mg/L内,其变化趋势及养殖中后期的含量与孙文通等[31]的监测结果类似。
磷酸盐磷的变化范围为0.000~0.002 mg/L。7月13日A、C组与B、D组间在统计学上差异显著(P<0.05),A与C组及B与D组间差异不显著(P>0.05);8月13日B组、9月26日C组和10月14日D组分别与同时期的其他3组间差异显著(P<0.05),而其他3组间差异均不显著(P>0.05);8月27日B、D组与A、C组差异显著(P<0.05);9月9日D组与B、C组差异显著(P<0.05)。水体中总磷主要由有机磷和无机磷组成,种植植物的系统较无植物的对照具有更高的去除率[34]。整个养殖过程各组含磷酸盐磷的量均≤0.002 mg/L,且多为0 mg/L,其含量和变化与吴伟等[2]和孙文通等[31]的研究结果一致,且各组磷酸盐磷含量整体差异不大,说明池塘植物对正磷酸盐的吸收效果明显;D组后期正磷酸盐含量较其他组高,可能是由于芦苇稻种植面积多而阻碍了池塘水体的流动。
叶绿素a(Chl a)的变化范围为88~440 mg/m3,远远大于长江口邻域(0.549~18.957 mg/m3)[35]、渤海近岸(0.54~16.78 mg/m3)[36]和成蟹生态养殖池塘(1.929~26.81 µg/L)[2]的Chl a含量。各组的变化趋势均为先下降后上升,再下降又上升。7月26日C组和10月14日D组分别与同时期其他3组间在统计学上差异显著(P<0.05),而其他3组间差异不显著(P>0.05);8月27日A、B组与C、D组间差异显著(P<0.05),而A、B组间差异不显著(P>0.05);9月份A、C组与B、D组间差异显著(P<0.05),但A、C组和B、D组间差异不显著(P>0.05)。叶绿素a存在于所有的浮游植物中[37],是水体富营养化的重要评价指标[2],它体现了各种植物性营养元素的综合效应和水体藻-菌-水草等对资源的种间竞争。养殖前期,种植芦苇稻池塘的Chl a含量下降明显,可能是由于随着芦苇稻的生长,浮游植物与其在营养元素竞争上处于劣势,这与吕唤春等[38]得出的叶绿素a与理化因子如水温、总磷相关性密切的结论相同。养殖前中期,下降均出现在9月份,这可能由营养元素随饵料投入的积累、代谢,温度和浮游生物种群的变化等因素引起。浮游植物细胞内Chl a含量随种类或类群而有所不同,同时还受年龄、生长率、光和营养条件的影响。养殖后期,各组Chl a含量均上升,可能是随着水生植物的衰老、成熟,浮游植物在营养元素的竞争上处于优势。在整个养殖过程中,D组的Chl a含量整体高于其他3组,且A组低于B、C组,可能是由于芦苇稻种植面积的增加,降低了池塘水体的流速,使浮游植物处在相对稳定的环境中,生物量大。
3 结论对比分析各处理组在整个养殖过程中的12项水质指标的变化规律发现:种植芦苇稻和不种芦苇稻池塘的温度、钙镁总硬度、总氮差异不大;种植不同面积芦苇稻池塘的pH值、溶解氧、氨氮、硝酸盐氮大部分时间稍低于不种植芦苇稻的池塘;而种植不同面积芦苇稻池塘的亚硝酸盐氮、总磷、磷酸盐磷总体上低于不种植芦苇稻的池塘,而高锰酸钾盐指数和Chl a则相反。综上可见,芦苇稻对幼蟹池塘有较好的净化能力,在套种水生植物净化水产养殖水质中,芦苇稻是一种较好的选择。
对比分析B、C、D 3组(芦苇稻种植面积分别为10%、20%、30%)在整个养殖过程中12项水质指标的变化规律发现:3组处理的池塘温度、pH值、总氮、总磷差异不大;在养殖的中后期,D组池塘的溶解氧、钙镁总硬度、硝酸盐氮含量较B、C组低,而D组的高锰酸钾盐指数、氨氮、亚硝酸盐氮、磷酸盐磷、Chl a较B、C组高;C组的亚硝酸盐氮和硝酸盐氮大部分时间稍低于B组;在养殖期间,C组的Chl a含量总体低于B组。比较可得,幼蟹塘套种50%水花生+20%芦苇稻的水质条件最好。
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