2015, Vol. 32
2. 宜昌英武长江生态渔业有限公司, 湖北 宜昌 443000;
3. 上海市水产养殖工程技术研究中心, 上海 201306;
4. 上海高校知识服务平台 上海海洋大学水产动物遗传育种中心, 上海 201306;
5. 长沙正大有限公司, 湖南 长沙 410000;
6. 遵义市水产站, 贵州 遵义 563000
网箱养鱼是一种大水面精养方式，具有投资收效快、管理方便、机动灵活、起捕容易等优势。但在养殖过程中，由于投喂饲料，有大量氮﹑磷通过各种形式进入水体，极易导致水体富营养化[1]。水体富营养化已经成为目前网箱养鱼的一个突出矛盾，直接关系到网箱养鱼的经济效益和附近水域的水质。因此，如何高效地除去水体过量的氮和磷等营养元素是预防和治理养殖水体富营养化的关键[2]，也是网箱生态渔业研究的重要方向。在治理各种水体污染的方式中，水生植物因为成本低、效率高、能可持续进行治理等优点而得到广泛应用[3, 4, 5, 6]。水生植物在网箱养鱼水环境中不仅可为鱼类提供栖息场所，而且对养殖污染负荷起到缓冲作用，最终为网箱养殖生态系统起到平衡和支撑作用。水生维管束植物通过吸收和吸附等作用来除去水体的营养盐，其根系还同时为微生物的生长提供合适的营养环境，并吸附水体大量的悬浮物质，通过打捞可将其吸收的营养元素带出水体降低水体富营养化程度[7]。因此，种植水生植物是改善网箱养鱼系统水质富营养化的有效途径。
金鱼藻(Ceratophyllum demersum)别名细草、鱼草、软草，隶属于金鱼藻科(Ceratophyllaceae)、金鱼藻属(Ceratophyllum),为多年生沉水植物，具有很强的分枝和营养繁殖能力[8]，分布广，适应性强，较能耐受营养盐胁迫[9]，是净化水体的优良植物，因此，金鱼藻被广泛地应用于水体修复工程[10, 11, 12]。大薸 (Pistia stratiotes)隶属于天南星科 (Araceae)、大薸属(Pistia)，又名水荷莲、大萍、水芙蓉，为多年生漂浮性的水生草本植物，其根系发达，生长迅速，繁殖能力强，亦广泛应用于水体生态修复工程[13, 14, 15]。关于大薸和金鱼藻对网箱养鱼的水体净化有一些研究，李猛等[16]的实验结果表明：网箱种植大薸能缓解网箱养鱼对养殖水体造成的污染问题；谢田等[17]认为：离开底泥悬浮于养殖水体的金鱼藻对养殖水体的总磷总氮等也有明显移除作用。但关于大薸和金鱼藻组合净化养鱼网箱水质的研究未见报道。本实验以长江流域常见的水生植物大薸(漂浮植物)和金鱼藻(沉水植物)作为研究对象，将漂浮性水生植物大薸种植在养鱼网箱中，将沉水性水生植物金鱼藻种植于养鱼网箱四周的外围网箱中，利用这两种水生植物吸收养殖水体的氮磷等营养物质，并通过定期打捞金鱼藻和大薸，把养殖水体的氮磷等营养物质带出水体，从而达到净化网箱养鱼区水质的目的。本实验主要通过两种水生植物对氮磷的移除量，考察两种水生植物对网箱养鱼氮磷排放的影响，为探求一种环保型网箱提供理论依据和参考数据。
1 材料与方法 1.1 材料本试验于2013年8月在宜昌市英武长江生态渔业有限公司养殖基地(北纬30°46′，东经111°19′)进行。用作试验的养鱼网箱为聚乙烯结节网，规格为5.0 m×4.0 m×2.5 m，网目3 cm,在养鱼网箱四周搭建底部封闭的深度为1.0 m，宽度为1.5m的外围网箱，网目1.0 cm。外围网箱用于栽培沉水性水生植物金鱼藻,将沉水性水生植物投放于外围网箱中，并将其一端固定于外围网箱内，使其根部有附着点，更利于金鱼藻的生长，按1.29 kg/m2栽培金鱼藻,大薸为漂浮性水生植物，只需将其投放于养鱼网箱内即可快速生长，按0.67 kg/m2栽培大薸(图1)。
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图1 生态网箱结构示意图 Fig.1 The structure chart of ecological cage |
基地网箱养殖的长吻鮠(Leiocassis longirostris)幼鱼作为试验用鱼，体重为(106.02±23.32)g，大薸与金鱼藻作为试验植物，在正式试验前对金鱼藻和大薸进行为期两周的驯养，以适应环境。实验所用饲料为“锦峰”牌长吻鮠配合饲料，由广东泰峰膨化饲料有限公司出产，饲料成分见表1。
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表1 长吻鮠配合饲料的营养成分 Tab. 1 The major components of feed for Leiocassis longirostris |
外围网箱种植金鱼藻，网箱内种植大薸的养鱼网箱作为试验网箱，盖遮阳布且无种植水生植物的传统网箱为对照网箱，试验网箱和传统网箱均设4个平行，共8个网箱。筛选相同规格的长吻鮠幼鱼放养于5.0 m×4.0 m×2.5 m的养鱼网箱内，密度为50尾/m2 。每天投喂两次(5:00，17：00)，投饵量以投饵后10～15 min内吃完为准。试验共进行30 d，试验期间，水温25～32 ℃，pH 6.3～7.5，溶氧不低于5.2 mg/L。生态网箱内的大薸和金鱼藻通过人工打捞的方式采收，大薸每10天采收一次，由于金鱼藻本是扎根底泥中生活，现悬浮于水中，为了能使其更好生长，在实验结束时一次性采收。
1.3 测定方法试验开始和停止前24 h停止投喂，从每个网箱随机取40尾鱼进行称量，并选取4尾鱼进行化学分析，定期打捞生态网箱内的大薸和金鱼藻，称重并取样分析。运用105 ℃干燥恒重法测定饲料的干物质和试验鱼，总氮含量采用凯式定氮法测定，总磷含量采用钼蓝比色法测定。大薸和金鱼藻样品经H2SO4-H2O2消煮后，总氮含量用凯式定氮法测定，总磷含量用钒钼黄比色法测定。
1.4 计算方法
试验数据均用平均数±标准差表示(Mean±SD)，并用SPSS 20.0软件对试验数据进行单因素方差分析。
2 结果与分析 2.1 长吻鮠的生长生态网箱和传统网箱试验鱼的初始均重分别为(105.75±18.12)g和(106.17±22.51)g,收获均重分别为(159.85±25.76)g和(155.00±20.88)g,见表2,两者均无显著差异(P＞0.05)。生态网箱和传统网箱试验鱼的特定生长率分别为1.32%±0.11%和1.23%±0.17%，增重率分别为50.12%±2.32%和47.02%±2.01%，两者均无显著差异(P＞0.05)。说明生态网箱与传统网箱长吻鮠的生长性能无显著差异,生态网箱长吻鮠的生长没有受到网箱表层大薸和外围网箱金鱼藻的显著影响。
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表2 饲料使用情况及植物、鱼的放养和收获情况 Tab. 2 Feed consumption,plants,fish stocking and harvest |
生态网箱和传统网箱的饲料使用量分别为(83.69±0.74 )kg和(83.43±0.32 )kg，两者无显著差异(P＞0. 05)；大薸和金鱼藻的初始质量分别为(13.35± 0.30)kg和(25.77±1.07 )kg，在试验阶段大薸每十天采收一次，金鱼藻在试验结束时采收。收获总重量分别为(66.33± 2.67)kg和(86.97± 6.46)kg，大薸和金鱼藻收获总重量分别是初始重量的4.97和3.37倍；大薸和金鱼藻净增重分别为52.98 kg和61.20 kg，特定生长率分别为(5.13%±0.13%)/d和(3.92%±0.42%)/d，两者之间差异性显著(P＜0. 05)，说明大薸的生长速度较金鱼藻的生长速度快(表2)。
2.3 两组网箱氮磷的输入和回收由长吻鮠幼鱼及长吻鮠配合饲料带入养殖水体的氮磷量，生态网箱与传统网箱之间不存在显著性差异(P＞0.05)。收获的长吻鮠的氮磷量两组网箱之间无显著差异(P＞0.05)。生态网箱和传统网箱氮的回收率分别为49.86%±0.94%和44.60%±0.85%，氮的利用率分别为28.13%±1.48%和26.40%±1.89%，两组网箱磷的回收率分别为38.07%±0.62%和33.17%±0.58%，磷的利用率分别为16.95%±1.09%和15.64%±1.47%，两者氮、磷的回收率之间均差异显著( P<0.05)，但两者氮、磷的利用率之间均无显著差异( P＞0.05)。生态网箱通过金鱼藻和大薸移除的氮磷量分别为251.48 g、58.42 g，说明通过种植金鱼藻和大薸有助于减轻网箱养鱼对养殖水体造成的污染(表3，表4)。
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表3 不同组网箱N的投入回收情况 Tab. 3 The input and output of N in different cages |
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表4 不同组网箱P的投入回收情况 Tab. 4 The input and output of P in different cages |
娄敏等[18]研究了3种漂浮植物处理富营养化水体的效果，结果表明大薸无论在去除总磷、总氮，还是抑制藻类生长及富氧效率均优于凤眼莲和紫萍。4种沉水植物对富营养化水体的净化效果表明金鱼藻对水体氮磷的去除率均高于其他3种沉水植物[19]。大薸为多年生浮水草本，其根须垂悬于水中，分布广泛，在平静的湖泊、水库、沟渠中极易繁殖；金鱼藻是世界性广泛分布的沉水植物，在湖泊、池塘和沟渠中均能快速生长,具有极强的繁殖能力[20]。这两种水生植物生物量增长较快，通过定期打捞这两种水生植物，可以把水体的氮磷等营养物质带出水体，对富营养化水体治理和污水处理具有重要作用[21, 22, 23, 24] 。
沉水植物金鱼藻因其特殊的生理和结构特征，不仅可以通过茎叶直接吸收固定水体的氮磷营养物质，另一方面通过根吸收底质的氮磷营养物质[25]。李燕等[26]研究表明采自淀山湖沿岸水域的金鱼藻总氮总磷含量分别为4.07%±0.22%和0.99%±0.09%，而本实验收获的金鱼藻总氮总磷的含量分别为2.67%±0.01%和0.52%±0.06%，低于淀山湖的金鱼藻。可能是由于网箱中的金鱼藻呈悬浮状态，脱离了底泥，导致藻体氮磷含量较少。通过比较氮磷输入和输出的途径及其总量，当网箱面积与大薸、金鱼藻种植面积为1∶14.17，达到氮的零排放；而网箱面积与大薸、金鱼藻栽培面积比为1∶17.00，可以达到磷的零排放,达到氮零排放所需植物种植面积小于磷零排放所需植物种植面积，其原因可能由于金鱼藻和大薸对氮的需求大于对磷的需求，且金鱼藻脱离底泥，悬浮于水体中。有研究表明光照强度对植物会产生较大的影响，一切绿色植物必须在阳光下才能进行光合作用，植物体重的增加与光合作用密切相关[27]，季高华等[28]的研究表明金鱼藻在水体表层的生长最好，这说明金鱼藻对光照的需求比较高，放养密度过高，会造成金鱼藻个体之间互相遮挡，减弱金鱼藻光合作用，影响金鱼藻最终生物量，从而影响金鱼藻的特定生长率。包先明等[29]研究结果表明金鱼藻初始放养密度为1 g/L，特定生长率为5.44%；本研究结果表明，金鱼藻初始放养密度为0.716 g/L，特定生长率为3.92%，这说明本实验的金鱼藻初始种植密度不高，且若种植金鱼藻密度增加，金鱼藻吸收的氮磷可能会增加，从而提高其对网箱养鱼区水质的净化效果。王丹等[20]的研究结果表明，金鱼藻初始放养密度为3 g/L，其特定生长率为0.73%，远远低于以上的研究结果，这为下一步探求网箱种植金鱼藻最适密度提供了上限参考密度。
沉水性水生植物金鱼藻与漂浮性水生植物大薸结合治理网箱养鱼区富营养化，有更好的效果。大薸生长在平缓的河流湖泊中，通过发达的根系能快速地吸收网箱养殖水体的氮磷等营养物质，对治理网箱养殖水体富营养化具有重要作用[16]，且长吻鮠是对光照较敏感的鱼类，种植漂浮植物大薸有遮挡阳光的作用，而且与传统网箱盖遮阳布相比，操作更加简便。然而大薸为喜温植物，气温较低时其生长受影响，因而在冬季时应对其进行打捞，防止大薸腐烂水中，导致氮磷重新进入养殖水体产生二次污染[18]。金鱼藻为多年生沉水性水生植物，整个植株(根茎叶)均可以吸收水体的不同污染物，尤其是对氮磷具有良好的吸收作用[30]，通过植物光合作用，也能增加网箱养鱼区的溶氧，使悬浮物的分解过程加快，降低水体富营养化[31]，而且金鱼藻不易遭受冻害，即使在寒冷季节(气温低于零度，水结冰)也能去除水体营养盐，净化水质[32]。因此在冬季，当大薸打捞上来后，金鱼藻可以继续吸收水体的氮磷等营养物质，实现全年不间断的修复。打捞的大薸和金鱼藻可以入药也可作为养猪养鱼的青饲料，亦可植于池塘、水池点缀水面，有观赏价值。
将沉水性水生植物金鱼藻和漂浮性水生植物大薸的种植与网箱养鱼相结合，使养鱼网箱形成了一个相对独立的稳定环境，更加有利于网箱内长吻鮠的生长。通过将水生植物金鱼藻和大薸定期收割，可以带走水体的氮磷等营养物质，缓解了网箱养鱼区的富营养化，实现了经济效益与生态效益的双赢，但在使用过程中需要加强管理以防止金鱼藻和大薸外逸并过量繁殖造成河道堵塞等生态灾害。本试验中网箱面积与大薸、金鱼藻种植面积达到1∶17.00时，可实现网箱养殖长吻鮠 N、P 的零排放。如何进一步降低网箱养殖长吻鮠 N、P 的零排放时的水草种植面积，网箱种植金鱼藻的最佳密度及最适光照还有待研究。
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