暗纹东方鲀(Takifugu obscurus),俗称河豚,属鲀形目(Tetraodontiformes)鲀科(Tetraodontidae)东方鲀属(Takifugu),其肌肉洁白如霜,肉味腴美,鲜嫩可口,富含蛋白质,营养丰富,被誉为“长江三鲜”之首[1]。我国自古就有食河鲀鱼的传统习惯,尤其江浙一带,河豚一直被视为餐桌上的珍品[1]。河豚的肝脏和卵巢可提取河鲀毒素,经济价值和药用价值很高,具有广阔的创汇前景[2]。目前,国内东方鲀年总产量达2.0万~5.0万t,暗纹东方鲀是东方鲀属鱼类中养殖面积最大的、养殖产量最高的品种[1, 3]。特别是2016年9月,农业农村部办公厅、国家食品药品监督管理总局联合发布了《关于有条件放开养殖红鳍东方鲀和养殖暗纹东方鲀加工经营》的通知(农办渔〔2016〕53号),养殖东方鲀安全食用得到法律保护,暗纹东方鲀的养殖面积日益扩大,养殖总产量提高,养殖暗纹东方鲀价格日益走入成本价,2018年下半年的暗纹东方鲀商品鱼价格为32~36元/kg。
暗纹东方鲀的养殖模式主要有池塘养殖和工厂化养殖两种模式,以池塘养殖模式居多,一般采用单一品种养殖,暗纹东方鲀作为肉食性鱼类,采用单一品种的养殖容易造成饲料的浪费和病害的暴发,同时单一品种的高密度高换水养殖模式对水域环境产生很大的影响[4],进而又反过来污染了养殖用水的水源。因此,为解决暗纹东方鲀单一品种的池塘养殖面临的上述问题,急需调整暗纹东方鲀养殖模式和池塘养殖品种结构。目前,立体种养模式主要以种植业为主,在种植空间中养殖水产品种已取得良好的效果,如稻渔、藕渔等模式,水产品种有虾类、蟹类、鱼类等,但以水产养殖为主,在水产养殖水面中种水生蔬菜的立体种养模式相对较较少,水生蔬菜主要还是以蕹菜(Ipomoea aquatica) 为主,蕹菜生长迅速、产量高,能有效去除水体中的营养物质[5-6]。本文开展暗纹东方鲀、凡纳滨对虾(Litopeneaus vannamei)和蕹菜(Ipomoea aquatica Forsk)[7]的立体种养模式和对照组(暗纹东方鲀单养模式)的水质变化及养殖能效比较,利用凡纳滨对虾摄取沉底的饲料,达到改善池塘水质及底泥环境和降低饵料系数的目的,而东方鲀又可以反过来捕食养殖的病虾或死虾,达到鱼虾等生态综合防病的效果;同时池塘水体栽种水生植物以吸取系统中的营养盐,减少水体富营养化,以期开发建立低碳、低污染、高效的暗纹东方鲀生态立体种养模式,建立多物种、多营养层次的池塘生态系统[4],以东方鲀为主养品种,综合水产养殖和蔬菜无土栽培技术,利用水体空间和不同物种生态位及食性的差异,达到营养物质的梯度利用,提高饲料转化率,降低总饵料系数,减少废水排放,提升水产养殖能效,实现节能减排、绿色生态、优质高效的目的。
1 材料与方法 1.1 材料 1.1.1 试验池塘选取6口泥沙底质的池塘,面积为0.167 hm2,水深1.5~1.8 m,每个池塘配备1台1.5 kW的叶轮式增氧机,进水口用60目的筛绢网过滤,排水口设网目为2 mm×3 mm的聚乙烯排水围网和40目的筛绢闸网。使用前彻底清塘消毒,清除野杂鱼和虾,加水至淹没池底浸泡,用375~600 kg/hm2漂粉精溶于水后泼洒全池,至泼洒后0.5 h内,全程开增氧机,而后池塘水静置3~4 d,再彻底排干消毒水,加新水至淹没池底,浸泡2 d后,排水,暴晒待用。
1.1.2 试验用鱼、虾试验用鱼种为上海市水产研究所奉贤科研基地自行繁养的暗纹东方鲀1冬龄鱼种,月龄为11月龄,体长为(15.76±0.93)cm,体质量为(154.61±30.72)g,n=30。试验用虾苗为商品凡纳滨对虾苗,规格为0.8~1.0 cm,盐度淡化到2以下。试验用水是当地河水。
1.2 方法 1.2.1 试验设置暗纹东方鲀养殖设置试验组(暗纹东方鲀、凡纳滨对虾和蕹菜的立体种养模式)和对照组(暗纹东方鲀传统单养模式),每组设置3个平行,即3个池塘,试验组和对照组的塘号分别为E2#、W2#、M4#和E4#、W4 #、M2#。
1.2.2 放养基本情况2019年4月24日放养暗纹东方鲀越冬鱼种,立体种养模式试验每个池塘放养2 000尾,放养密度为1.2万尾/hm2,单养模式对照每个池塘放养2 500尾,放养密度为1.5万尾/hm2。5月21日,在立体种养试验池塘中,每个池塘放养凡纳滨对虾虾苗2.9万尾,虾苗放养密度为24万尾/hm2。6月中旬立体种养模式试验池塘中采用悬绳的方法栽种蕹菜,悬绳规格为75股,直径为3.0 mm,先在长方形池塘中平行于横向塘埂拉悬绳,悬绳两头系在池塘两个纵向塘埂水面处的桩头上,离横向塘埂约3~4 m水面处拉第1根悬绳,然后每隔3 m拉1根悬绳,一般1个横向塘埂边拉3根悬绳,所以一般每个池塘拉6根悬绳(图 1);栽种蕹菜时,把悬绳反向旋开,按每隔30 cm的间距,将蕹菜种直接插入悬绳中,由于蕹菜的浮力,悬绳漂浮在水面,栽种面积约是养殖面积的15%~30%。
暗纹东方鲀放养后第2天开始,投喂粗蛋白含量为45%的鳗鱼粉状饲料和水做成的面团,每天2次(8:00;14:00),以投喂后1 h摄食完为准。试验组凡纳滨对虾放养入池塘1月后,开始投喂对虾颗粒饲料,每天2次(10:00;16:00),以投喂后0.5 h摄食完为准。
1.2.4 日常管理暗纹东方鲀放养后,及时开启增氧机:4—6月晴天中午开机1 h,晚上开机8~10 h;7—9月晚上开机10~12 h;10—12月晴天中午开机1 h,晚上开机10~12 h。天气恶劣则增加开机时间;传统单养模式池塘每半个月换水1次,每次换水1/3,立体种养模式池塘换水方式和换水量同传统种养模式,只是在养殖中期减少换水1次。试验组蕹菜割茬,防止蕹菜长势太快而过多遮盖池塘,一般悬绳上的蕹菜外延生长超过1 m,就需要割茬;同时,有嫩叶嫩芽可以采摘上市。
1.2.5 起捕试验组于8月29日开始用地笼网捕捞凡纳滨对虾,为了防止暗纹东方鲀钻入地笼,地笼的每个入口用网目规格为3.5 cm×3.5 cm的网罩住,隔天捕捞,一般捕捞7~10次后,90%以上的虾可以捕捞上来;10月18日,开始拉网捕捞试验组和对照组的暗纹东方鲀。
1.3 生长及水质检测暗纹东方鲀生长每4周监测1次,虾的生长每2周监测1次,每池分别取样30尾,分别用卡尺(0.1 cm)和电子天平(0.01 g)测量鱼、虾的体长和体质量。
每2周对养殖池塘水和水源水进行检测,池塘水取样时间为换水前1天,水源水取样时间为加水当天;在整个养殖期间,每天的8:00和16:00测量养殖池内的水温。检测的水质指标有:总氮(total nitrogen,TN,GB 11894—1989碱性过硫酸钾消解紫外分光光度法)、总氨氮(total ammonia nitrogen,TAN,苯酚-次氯酸盐法)、亚硝酸氮(nitrite nitrogen,NO2-N,重氮-偶氮比色法)、硝酸氮(nitrate nitrogen,NO3-N,锌镉还原-重氮偶氮法)、总磷(total phosphorous,TP,GB 11893—1989钼酸铵比色法)、化学耗氧量(chemical oxygen demand,COD,碱性高锰酸钾法)、叶绿素a(Chl.a,HJ-897—2017分光光度法)、固体总悬浮物(total suspended solids,TSS,滤纸称恒重)[8-9]和酸碱度(pH,美制YSI-PH100仪即时测定)[10]。
1.4 数据处理所有数据用Mean±SD表示,采用Excel和SPSS 13.0处理数据及图表。用独立样本t检验来比较两个模式之间的水质和养殖能效[10],以P<0.05为差异显著,用配对样本t检验[11]来分别比较两个模式池塘水与水源水之间的水质差异,以P < 0.05为差异显著。
2 结果 2.1 养殖池塘水质动态变化的比较 2.1.1 pH和叶绿素a质量浓度在养殖过程中,池塘水体的pH升降主要取决于池塘生态系统中的硝化作用和排泄及腐败产生的酸性物质与光合作用、反硝化作用释放碱性物质等的强弱对比[11]:硝化作用过程中会产生氢离子[12]、生物体排泄的酸性物质、残饵及生物体排泄物腐败所产生的酸性物质会导致水体的pH下降;而池塘生态系统中的植物在光合作用时摄取水体中的CO2又会造成水体的pH上升[12],反硝化作用过程中产生碱性物质也会提高水体的pH[13]。在实际露天精养池塘中,水体藻类密度是决定养殖水体pH高低的主要因素,在水体藻类生长良好的情况下,水体的pH与藻类密度往往呈现正相关,即池水中藻类密度较高,水体的pH也相对较高,反之亦然。整个养殖期间,暗纹东方鲀立体种养模式和传统单养模式池塘水体的pH相对较稳定、且数值一直保持在较理想的范围(7.96~8.44),同时各监测时间点的pH在两模式之间均无显著性差异(P>0.05)。另外,叶绿素a(Chl.a)质量浓度在一定程度上反映了水体中的藻类密度,监测了7月3日到8月30日5个时间点两种养殖模式的叶绿素a质量浓度,立体种养模式的叶绿素a质量浓度明显低于传统单养模式,特别是在7月3日、7月24日和8月21日时的叶绿素a质量浓度在两种模式之间产生显著性差异(P < 0.05)。叶绿素a和pH数据对比显示,相对于传统单养模式,立体种养模式水体中的藻类密度相对较低,但立体种养模式中蕹菜的生长摄取了水体中的CO2提升了水体的pH[12],这也部分了替代了藻类的作用。见图 2。
水体中的氮主要以有机氮和无机氮形式存在。有机氮首先被微生物分解成氨氮(TAN),然后氨氮在硝化菌的作用下被转化为无机的亚硝态氮(NO2-N)和硝态氮(NO3-N),硝态氮通过反硝化作用和植物的吸收而被去除[13]。本研究中,暗纹东方鲀立体种养池塘中,栽种的蕹菜其发达根系附着大量的微生物,相对于单养模式池塘,虽然增加的微生物可以加快有机物分解、硝化作用和反硝化作用,微生物加快有机氮分解成小分子的无机氮,但这些无机氮又可以作为营养盐被池塘中蕹菜和单胞藻吸收,造成立体种养模式池塘水体中的氨氮、亚硝基氮、硝基氮的三态氮质量浓度总体较低;在暗纹东方鲀单养模式的池塘中,藻类密度相对较高,有机物分解相对较慢,这也导致了三态氮浓度总体较低:在整个养殖试验期间,两种养殖模式各时间点的氨氮(TAN)浓度较低,均值分别为0.01~0.22 mg/L和0.05~0.25 mg/L,同时各监测时间点的氨氮数值在两种养殖模式之间均无显著性差异(P>0.05),两种养殖模式的氨氮数值连线互相交织(图 3)。两种养殖模式各监测时间点的亚硝基氮(NO2-N)浓度总体上比较接近且较低,均值分别为0.006 1~0.032 3 mg/L和0.007 4~0.034 8 mg/L,各时间点的亚硝基氮数值在两个养殖模式之间均无显著性差异(P>0.05,图 3)。值得注意的是,7月8日监测的水源水亚硝基氮数值异常高(0.072 0 mg/L),该时间点的传统单养模式的亚硝基氮数值在整个养殖期间也是最高的(0.034 8 mg/L),而该时间点的立体种养模式亚硝基氮数值相对处于正常变化范围内(0.025 5 mg/L,图 2)。硝基氮(NO3-N)的变化规律与亚硝基氮相似,两种模式各监测时间点的硝基氮浓度总体上较低,均值分别为0.041~0.209 mg/L和0.058~0.630 mg/L,除了7月8日传统养殖模式的硝基氮(0.630 mg/L)显著高于立体种养模式(0.110 mg/L,P < 0.05),其他各时间点的硝基氮数值在两个养殖模式之间均无显著性差异(P>0.05)。值得注意的是,7月8日监测的水源水硝基氮数值也异常高(0.822 mg/L)。见图 3。
总氮(TN)是池塘水体富营养化的主要指标之一,养殖池塘系统的总氮主要来源于外源水和投入品(如饲料)[7],在外源水总氮浓度相对稳定的情况下,养殖池塘系统总氮主要取决于饲料投入量,也有研究[14]表明,饲料中70%左右的氮会以不同的方式进入水体和底泥中。养殖前期(7月8日前),暗纹东方鲀立体种养模式和单养模式的池塘水体中总氮数值相接近且均有一定程度的下降,可能是由于饲料投入还相对较少,饲料的投入造成水体总氮的富集要低于水体中植物(特别是藻类)对氮的吸取;而进入养殖中后期(7月24日—10月11日),随着大量高蛋白含量的饲料投入,水体氮的富集要高于水体中植物(特别是藻类和蕹菜)对氮的吸取,导致两个模式的池塘水体总氮浓度持续走高,其间,立体种养模式的总氮高于传统单养模式,特别是8月19日、8月27日和9月15日总氮数值在两种模式之间产生显著差异(P < 0.05),造成立体种养模式养殖中后期池塘水体总氮浓度相对较高的原因:一是饲料投入较多,立体种养模式中,饲料不仅有鱼饲料,还有虾饲料,养殖中后期,每天投入的饲料量比单养模式要多,大量含氮饲料的投入池塘系统,系统中氮富集上升;二是底栖虾类对底泥的翻动,养殖中后期,立体种养模式池塘的虾迅速生长,在池底不断活动,破坏了池底原来的保护膜,虾类对池底的翻动,造成原来沉积在底泥中的残饵及鱼虾粪便等以有机微颗粒的形态释放并悬浮在水体中,水体总氮上升。另外,在整个养殖期间,立体种养和单养模式各时间点的总氮均值分别为1.38~3.96 mg/L和1.04~3.20 mg/L,立体种养模式总氮在8月6日之前处于我国水产行业一级排放标准(<3 mg/L)[14],8月19日—10月11日总氮处于我国二级排放标准(<5 mg/L)[14]。见图 4。
总磷(TP)也是池塘养殖的主要污染指标,与总氮(TN)类似,总磷的来源主要也是外源水和投入品(如饲料)[15],磷的去除主要通过植物吸收、微生物降解及物理化学作用来实现的[16],其中水体中有机磷的去除主要依靠物理化学沉积及微生物降解[16],而水体中无机磷去除主要途径是植物(特别是藻类和水生植物)的吸收。本研究中,随养殖时间的推移,虽然立体种养模式的总磷变化随饲料投入累计量的增加呈现缓慢平稳上升趋势,但是由于植物、微生物及自由沉降等共同作用,总磷数值总体还较低(0.26~0.42 mg/L),均处于我国水产行业一级排放标准(< 0.5 mg/L)以下;而在暗纹东方鲀传统单养模式总磷数值在养殖中期较高、养殖前期后期较低,养殖中期(7月24日—8月19日)总磷的数值为0.50~0.56 mg/L,超过一级排放标准(< 0.5 mg/L),处于二级排放标准(< 1.0 mg/L)以下,养殖前期(5月6日—7月24日)和后期(5月6日—7月24日)总磷数值为0.18~0.37 mg/L,处于行业一级排放标准(< 0.5 mg/L)以下。另外,除了8月6日传统单养模式的总磷显著高(P < 0.05)于立体种养模式外,其他时间点的总磷数值在两个模式之间无显著性差异(P>0.05)。见图 4。造成传统单养模式的总磷数值先上升后下降、然后趋于稳定的现象可能原因如吕元蛟等[15]所述:一是当池塘水体中活性磷浓度达到一定浓度时,池塘底泥会吸收磷[17];二是有机物分解产生的腐殖质与铁、铝等形成复合体,增加了无机磷吸附位点[18]。另外,在养殖中期,立体种养模式总磷低于传统单养模式的原因可能是由于立体种养模式中水体中蕹菜发达根系附着的大量微生物有助于水体中大分子有机磷降解成小分子无机磷,然后被植物吸收利用。
氮磷比(N/P)是近半个世纪的蓝藻优势形成机理的流行学说[19]:有研究认为低N/P有利于蓝藻形成优势种群[20];国外研究者因为发现TN/TP<29(质量比)的湖泊水体蓝藻趋于优势,而TN/TP>29时蓝藻趋于减少,从而提出通过管控湖泊水体的N/P抑制蓝藻的暴发[21];也有国内研究者发现暴发蓝藻的湖泊水体N/P为13~35,而未暴发蓝藻的湖泊水体N/P <13[22];当然也有很多研究者认为,在氮达到一定浓度后,有时由于磷浓度增加,造成N/P下降,但这不影响蓝藻的发生[23-24];另外,也可能是因为蓝藻的暴发,造成了N/P的下降[25]。本研究中,传统单养模式在养殖早期(5月6日—6月13日)蓝藻水华还没有暴发,此时TN/TP数值维持在10.30~11.33,但随后TN/TP数值迅速下降,然后TN/TP长时间(7月8日—8月27日)处于较低水平(2.07~5.12),蓝藻水华的暴发于7月初,TN/TP的最低点(2.07)出现在7月24日(图 4),而叶绿素a的最高点(338.72 μg/L)也出现在7月24日(图 2),说明随着蓝藻的发生和暴发,TN/TP有明显的下降,到9月中旬TN/TP上升到8.69,蓝藻开始有些死亡,水体的叶绿素a也下降至163.70 μg/L(图 2);而立体种养模式在养殖早期(7月份)TN/TP也有一个下降的过程,7月8日和7月24日的TN/TP为4.69和4.86,然而又迅速上升并维持在10左右,整个养殖期间,立体种养模式池塘没有暴发蓝藻。另外,除了养殖早期(6月13日—7月8日)外,其他时间点的立体种养模式的TN/TP高于传统单养模式的,特别是7月24日至8月27日时间点的TN/TP数值在两种模式之间产生显著性差异(P < 0.05),见图 4,这点和叶绿素a的数值相印证,蓝藻多,叶绿素a质量浓度高,TN/TP数值就低,也印证了低TN/TP数值有助于蓝藻发生[19]。
2.1.4 COD和TSS的变化在整个养殖过程中,两种养殖模式的COD数值总体处于我国行业一级排放标准(< 15 mg/L),除了养殖初期5月6日监测COD数值相对稍高外(立体种养模式14.05 mg/L和单养模式15.03 mg/L),其他监测的时间点两种养殖模式的COD数值相对较稳定均处于10 mg/L以下或附近,均值分别为6.79~10.24 mg/L和6.83~9.15 mg/L,COD数值在两模式间均无显著性差异(P>0.05,图 5)。另外,大多数监测时间点的立体种养模式COD数值均略高于传统种养模式,原因是底栖对虾在池底的搅动,造成沉积在池底的、大量的有机碎屑以微小颗粒释放到水体中。
在整个养殖过程,TSS数值总体较高,特别是6月13日的水源水(154.20 mg/L)、7月24日及8月19日的传统单养模式(186.60 mg/L和181.53 mg/L)和9月15日的立体种养模式(189.87 mg/L)的TSS数值超过150 mg/L。各监测时间点的TSS数值在两种养殖模式之间无显著性差异(图 5)。造成两模式池塘较高的TSS原因是池塘养殖水产动物(特别是底栖虾类)的活动和增氧设备的搅动。
2.2 两种模式养殖池塘水质与水源水比较对6月13日到9月15日7组的两种养殖模式池塘水质分别与水源水的进行了配对样本t检验,暗纹东方鲀两种养殖模式的pH均显著高于水源水(P < 0.05),见表 1和图 2。两种养殖模式的氨氮和硝基氮数值均显著低于水源水的(P < 0.05),两种养殖模式的亚硝基氮数值均略低于水源水(P>0.05),见表 1和图 3;但两种模式的总氮(TN)和COD数值均显著高于水源水(P < 0.05),然而两种模式的总磷(TP)及TSS与水源水均无显著性差异(P>0.05),见表 1和图 4、5。由此可以说明,暗纹东方鲀的养殖有助于池塘水体的pH、TAN、NO2-N和NO3-N等水质指标的净化,暗纹东方鲀的养殖对水体中总磷(TP)和TSS的影响不明显,但会造成水体中总氮(TN)和COD的升高。
由图 6可知,虽然试验组立体种养模式的暗纹东方鲀放养密度(1.2万尾/hm2)低于对照组单养模式(1.5万尾/hm2),但两种模式暗纹东方鲀生长没有显著性差异(P>0.05),说明放养密度为1.2万~1.5万尾/hm2时,对暗纹东方鲀的生长没有空间胁迫。
暗纹东方鲀立体种养模式下套养的凡纳滨对虾生长性能良好,经过98 d的养殖,到8月27日凡纳滨对虾的平均体长、体质量分别为(11.80±0.77)cm和(18.83±3.60) g(图 7)。
到养殖试验结束时,除了试验组立体种养模式暗纹东方鲀的单位产量(3 426.0 kg/hm2)显著低于对照组传统单养的4 055.7 kg/hm2(P < 0.05)外,立体种养和传统单养模式的暗纹东方鲀的出池规格(293.30 g/尾和297.53 g/尾)、成活率(97.38%和94.60%)以及饵料系数(2.83和2.91)均无显著性差异(P>0.05)。暗纹东方鲀在立体种养模式下套养的凡纳滨对虾产量3 056.6 kg/hm2,规格为22.48 g/尾,存活率为78.17 %,饲料系数为0.68,鱼虾叠加后的饲料系数总体为1.39。见表 2。
鱼种7元/尾、淡化虾苗350元/万尾、鱼料10.5元/kg、虾料9.3元/kg,鱼的实际平均售价53元/kg、混养虾的售价为51元/kg。相对于传统单养模式,试验组立体种养模式在养殖尾水排放减少11.1%的前提下,每公顷增效102 675元(表 3),如果除去养虾收虾增加的人工费约15 000元/hm2,每公顷增效87 675元,每667 m2增效5 845元。
暗纹东方鲀立体种养模式在养殖尾水排放减少11.1%的前提下,池塘水体的pH、TAN、NO2-N和NO3-N等水质指标处于理想范围内;立体种养模式的叶绿素a质量浓度明显低于传统单养模式。立体种养模式TN养殖前期处于一级排放标准,后期处于二级排放标准,TP均处于一级排放标准。COD在两模式间无显著性差异, 总体处于一级排放标准。TSS在两模式间无显著性差异,数值总体较高。
两种模式暗纹东方鲀的养殖有助于池塘水体的pH、TAN、NO2-N和NO3-N等水质指标的净化,暗纹东方鲀的养殖对水体中总磷(TP)和TSS的影响不明显,但会造成水体中总氮(TN)和COD的升高。
立体种养模式和传统单养模式的暗纹东方鲀的生长、成活率以及饵料系数均无显著性差异,放养密度(1.2万~1.5万尾/hm2)没有造成暗纹东方鲀生长的空间胁迫。在立体种养模式下套养的凡纳滨对虾生长性能良好,南美对虾产量3 056.6 kg/hm2,存活率78.17 %,饲料系数为0.68,鱼虾叠加后的饲料系数总体为1.39。相对于暗纹东方鲀传统单养模式,立体种养模式在养殖尾水排放减少11.1%的前提下,每公顷增效87 675元,每667 m2增效5 845元。
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