空心菜浮床栽培对集约化养殖鱼塘水质的影响_陈家长

空心菜浮床栽培对集约化养殖鱼塘水质的影响

中国水产科学研究院淡水渔业研究中心/中国水产科学研究院内陆渔业生陈家长,孟顺龙,胡庚东,瞿建宏,范立民　(态环境和资源重点开放实验室,江苏无锡　214081)

--3-摘要:以叶绿素a(Chla)、TN、NH4+-N、NON、NON、TP、PO-P、COD等为主要水质指标研究浮床栽培空2-3-4Mn

心菜对集约化养殖鱼塘的净化作用。结果表明,通过4次收获,空心菜产量可达69618.0～73161.6kg·hm-2;空

2

心菜覆盖率为10%和20%处理组通过收获空心菜直接从1hm养殖池塘中移出的TN分别为27.51、52.35kg,TP-3-分别为2.83、5.39kg。在相同监测时间下,Chla、TN、NH4+-N、NON、NO3--N、TP、PO-P、COD等各项水质2-4Mn

指标按对照组、10%处理组、20%处理组的顺序均呈逐渐降低趋势;其中20%处理组对Chla、TN、NH4+-N、NO2---3-N、NON、TP、PO-P、COD的去除率分别为15.16%～49.02%、9.04%～36.56%、19.23%～46.34%、3-4Mn

22.76%～47.74%、13.33%～56.52%、33.33%～45.10%、27.27%～48.15%、3.13%～19.05%。与对照塘相比,处理塘鱼类成活率明显提高,说明在主养鱼为鲫鱼的苗种养殖池塘中采用浮床栽培空心菜能够促进水体物质循环,加强水体自净功能,将空心菜的覆盖率确定为20%具有实用价值。关键词:浮床栽培;空心菜;池塘养殖;环境效益

中图分类号:X52;X173　　文献标识码:A　　文章编号:1673-4831(2010)02-0155-05

EffectofIpomoeaaquaticaCultivationonArtificialFloatingRaftsonWaterQualityofIntensiveAquaculturePonds.CHENJia-zhang,MENGShun-long,HUGeng-dong,QUJian-hong,FANLi-min(KeyOpenLaboratoryofEcologi-calEnvironmentandResourcesofInlandFisheries,FreshwaterFisheriesResearchCenter,ChineseAcademyofFisherySciences,Wuxi214081,China)

Abstract:EffectsofIpomoeaaquaticacultivationonartificialfloatingraftsonwaterqualityofintensiveaquaculturepondswerestudiedusingtotalphosphorus(TP),totalnitrogen(TN),orthophosphatephosphorus(PO43--P),nitratenitrogen

--+(NON),nitritenitrogen(NON),ammoniumnitrogen(NHN),CODMnandchlorophyll-a(Chla)asmainwa-3-2-4-

terqualityindexes,anditsmechanismofpurifyingthewaterwasexploredinanexperiment.ResultsshowthattheyieldofIpomoeaaquatica,harvestedfourtimes,reachedashighas69618.0～73161.6kg·hm-2.InTreatments10%and20%(referstocoverageofthepondbyIpomoeaaquatica)27.51and52.35kg·hm-2ofTNand2.83and5.39kg·hm-2ofTPwere,respectively,removedwiththeharvestofIpomoeaaquatica.Intermsofthewaterqualityindexes,Chl

-3-a,TN,NH4+-N,NO2--N,NON,TP,PO-P,andCOD,thethreetreatmentsfollowedadecreasingorderofCK3-4Mn+3->Treatment10%>Treatment20%.AndtheremovalrateofChla,TN,NHN,NO2--N,NO3--N,TP,PO-4-4

P,andCODnTreatment20%variedintherangefrom15.16%to49.02%,from9.04%to36.56%,from19.23%Mnito46.34%,from22.76%to47.74%,from13.33%to56.52%,from33.33%to45.10%,from27.27%to48.15%,andfrom3.13%to19.05%,respectively.Fishsurvivalratesinthetreatmentsimprovedsignificantlyasiscomparedwiththatinthecontrol.Soitwasobviousthatinpondsrearingfriesofcrucians,bigheadcarpsandgrasscarps,cultivatingIpomoeaaquaticaonartificialfloatingraftscouldacceleratewatermaterialcyclingandstrengthenself-purifica-tioncapabilityofthewaterbody.AnditisadvisabletosetcoverageofthepondbyIpomoeaaquaticaat20%.Keywords:cultivatingonartificialfloatingraft;Ipomoeaaquatica;pondculture;environmentaleffect

　　随着渔业生产水平的不断提高,池塘单位水体的鱼载力大大提高,投饲量也随之大幅度增加。有研究表明,在池塘养殖投喂的湿饲料中,有5%～10%未被鱼类食用

[1]

量和换水频率增加。PHILLIPS等

[4]

报道,池塘养殖

尼罗罗非鱼和斑点叉尾,每生产1kg鱼分别消耗

2.1万L和0.3万～0.5万L水。池塘养殖本身废水排放量的大大增加,不仅浪费了宝贵的水资源和

基金项目:江苏省三项工程(PJ2006-50);级基本业务费(2007JBFA03);现代农业产业技术体系建设专项资金(nycytx-48)收稿日期:2009-07-10

;而被鱼类食用消化的饲料中

[2]

又有25%～30%以粪便的形式排出日趋严重[3]

。高密度放

养、大量施肥投饵的养殖模式,导致水质恶化,污染

。池塘水质的迅速恶化直接导致换水·156·　　　　　　　　　　　　　　生　态　与　农　村　环　境　学　报　　　　　　　　　　　　　第26卷

其他能源,而且还加剧了近海、湖泊等水域的富营养化进程。池塘内外源污染的加重使整个养殖生态环境遭到极大破坏,爆发性病害频繁发生,给整个水产养殖业造成巨大的经济损失。因此,对养殖废水净化修复技术的研究越来越受到重视。

近年来,池塘水体修复的生态技术发展很快

[5-7]

板在池塘中排列整齐,使排间距约1m左右,以形成“航道”便于对空心菜进行收割。最后将整个浮床固定于池塘的某一端形成浮床植物净化区。试验设1个对照组以及泡沫板面积分别占池塘面积10%和20%的2个处理组。每组设置2个重复。1.3　样品采集、测试指标及测试方法

试验开始后每隔30d在对照池、各组处理池的浮床植物净化区域(以下称浮床区)和没有浮床植物覆盖的区域(以下称敞水区)水面下50cm处采集水样2L。水样采集方法为“五点法”,即对照塘采样时,在对照塘和4个拐角处各设1个采样点;试验塘采样时,分别在浮床区和敞水区的和4个拐角处各设1个采样点,取各点的混合水样进行水质指标测定。水样在当日上午10:00左右采集。水质测定指标和测定方法如下:(1)透明度(SD),透明度盘;(2)溶氧(DO),便携式溶氧仪;(3)总P(TP),-硫酸消解法;(4)正磷酸盐(PO4

3-

,其中浮床植物系统是一种比较新的水体原

位修复和控制技术。利用生物浮床技术,将水生植

物种植于池塘中,通过植物的吸收、吸附作用和物种竞争相克机理,将水中氮、磷等污染物质转化成植物所需的能量储存于植物体中,实现水环境的改善。生物浮床技术因具有众多优点而备受关注。但已有的研究

[8-10]

多侧重于浮床植物系统对水体的净化

功能和效果,而没有将其作为一种全新的养殖-种植型复合农业方式提出;同时,对浮床植物的产量以及通过植物体移出的污染物量的报道也比较少。因此,笔者选择空心菜作为水上农作物,分析了水上农业系统对养殖池塘水环境的原位修复效果和空心菜的生长、产量等,试图构建一套完善的生态组合型复合农业模式,为复合农业的发展开拓一种新思路,同时也为水上种植-池塘养殖型复合农业的形成提供理论依据。

-P),氯化亚锡还原光度法;(5)总N(TN),

过硫酸钾氧化-紫外分光光度法;(6)盐氮(NO-N),酚二磺酸光度法;(7)亚盐氮3(NO-N),N-(1-萘基)-乙二胺光度法;(8)氨2氮(NH-N),纳氏试剂光度法;(9)高锰酸盐指数4

(COD,酸性法;(10)叶绿素a(Chla),分光光度Mn)法。其中,水温、pH、透明度和DO均在现场分析测定,其他项目水样采集后带回实验室分析。各项水质指标的测定方法均按国家环境保护总局编写的《水和废水监测分析方法》

[11]

+--

1　材料与方法

1.1　试验池塘及水体

试验选用江苏洪泽水产良种场的标准化鱼类养

2

殖池塘,单个池塘面积均为5000m(100m×50m),水深1.5m。试验于2007年7月20日开始,10月27日结束,共计100d。试验期间平均水温为(30±2)℃。每个池塘中放养的鱼苗种类、规格、数量(1hm放养异育银鲫夏花15万尾,鳙鱼夏花3万尾,草鱼夏花2.25万尾),饵料投喂量,水源水来源及其他日常养殖管理措施基本一致。除因蒸发、渗漏而对池塘进行少量补水以使池塘水体积保持不变外,试验期间不换水,不使用增氧设备。

1.2　试验设计

试验选用空心菜(Ipomoeaaquatica)为浮床栽培作物,采用泡沫板(200cm×100cm×5cm)作为浮床栽培载体。在泡沫板上打出直径为2cm的孔,使孔间距为30cm×20cm。泡沫板固定于竹框或木固定支架上,支架设有下衬网(网眼直径为1.0cm)。空心菜扦插工作在池塘岸边进行,每孔扦插植株(空心菜菜秧去叶,剪成10cm左右且带一腋芽或顶芽的小段)3～5株,并保证每个植株有1～2cm穿出泡沫板与水体接触。扦插完毕后放入池塘水面,并将泡沫2

进行。

试验期间根据空心菜的生长状况,在10%和

2

20%处理组中分别随机抽取3个面积均为0.48m(80cm×60cm)的矩形块,标记为1、2、3、4、5、6。对每个矩形块中的15簇空心菜在试验期间(7月20日—10月27日,收割时间分别在试验开始后第25、45、66和90天下午5:00左右)进行4次收割(其余空心菜也同时进行收割),用以统计空心菜产量(单个浮床面积的产量),并测定收获空心菜生物体中氮、磷含量。空心菜生物体TN、TP含量分别按《饲料中粗蛋白测定方法》(GB/T32—94)和《饲料中总磷量的测定方法光度法》(GB/T37—2002)进行。

处理组池塘的污染物去除率计算公式为:

CC0-i

R×100%(1)e=C0

式(1)中,RCe—去除率,%;0—对照组池塘中污染物质量浓度,mg·L;C—处理组池塘中污染物质i量浓度,mg·L。-1

-1

#

#

#

#

#

#

　第2期　　　　　　　　　　　　陈家长等:空心菜浮床栽培对集约化养殖鱼塘水质的影响·157·

1.4　统计方法

采用非配对试验样本均数差异显著性检验法对4次测定的空心菜TN、TP含量以及收获的鱼种规格进行显著性检验。

合渔业水质标准(GB11607—)。随着养殖时间

的延续,对照组水体透明度呈逐渐降低趋势,60d时降至最低,为试验初始时的62%;2个处理组池塘水体透明度均呈逐渐升高趋势,90d时均升至最高,分别为试验初始时的1.25和1.34倍,为同期对照组的1.80和1.88倍;2个处理组与同期对照组之间的透明度差异明显,但2个处理组之间的透明度差异不明显。说明在养殖池塘中栽种空心菜能够提高水体透明度,且2个处理组在提高水体透明度方面具有基本相同的效果。

2　结果与分析

2.1　空心菜浮床栽培对鱼塘主要水质指标的影响从水质的测定结果(表1)来看,各处理塘和对照塘的pH、DO之间未表现出明显差异,pH变化在7.2～7.8之间,DO变化在7.05～8.04之间,均符

表1　空心菜浮床栽培对鱼塘水环境的影响

Table1　EffectofIpomoeaaquaticacultivationonartificialfloatingraftsonwaterqualityofaquacultureponds

试验组对照

t/dpH0

30609003060900306090

7.27.67.77.87.47.87.47.37.57.67.87.5

+--3-DO/hla/TN/NHN/NON/NON/TP/PO-P/CODSD/C4-2-3-4Mn/

-1-1-1-1-1-1-1-1-1(mg·L)cm(μg·L)(mg·L)(mg·L)(mg·L)(mg·L)(mg·L)(mg·L)(mg·L)

7.247.277.587.327.057.187.697.867.588.047.357.56

37

3123253639424535394347

30.2133.5238.6736.5831.0828.9626.3521.3331.5228.4425.6718.65

4.50

5.6.758.004.655.326.215.284.655.136.125.08

0.36

0.520.620.820.350.460.530.480.360.420.470.44

1.05

1.231.321.551.061.051.040.921.060.950.880.81

0.12

0.150.160.230.140.140.140.140.150.130.120.10

0.19

0.370.480.510.200.260.380.310.210.240.320.28

0.09

0.180.220.270.100.120.170.160.110.120.160.14

7.22

8.319.4410.087.318.148.568.467.428.058.238.16

10%处理

20%处理

　　从处理塘各项水质指标含量(表1)及污染物去除率的变化(图1)可以看出,与同期对照组相比,2

+--个处理组的TN、NH-N、NO-N、NO-N、TP、423PO4

3-

时间下,各项水质污染指标均按对照组、10%处理组、20%处理组的顺序呈逐渐降低趋势,且20%处

理组对各项水质污染指标的去除率均较10%处理组高。

-P、COD均降低;且在30、60、90d相同监测Mn

图1　空心菜浮床栽培对鱼塘各项水质指标去除率的影响

Fig.1　EffectofIpomoeaaquaticacultivationonremovalratesofwaterqualityindexesoftheaquacultureponds

　　各采样时间下,2个处理组Chla含量与对照组相比均显著降低,其中10%处理组Chla去除率为13.60%～41.69%,20%处理组Chla去除率为15.16%～49.02%,Chla去除率随空心菜覆盖率的·158·　　　　　　　　　　　　　　生　态　与　农　村　环　境　学　报　　　　　　　　　　　　　第26卷

增加而增加。结合本试验中各项营养盐质量浓度随空心菜覆盖率的增加而降低的现象,说明水上农作物对水体中营养盐的吸收大大抑制了藻类的生长,但也可能是由于浮游动物的摄食(本研究的生物监测结果表明处理组浮游动物生物量远高于对照组)造成浮游植物现存量有所降低。同时,从表1可以看出,各处理塘和对照塘Chla的变化趋势与透明度的变化趋势恰好相反,这可能是因为透明度的大小受水体中悬浮物量和浮游生物量(特别是藻类)多少的影响,而在池塘等静态水体中,悬浮物量较少,影响透明度的主要因素是藻类生物量;由于Chla含量与藻类生物量具有很好的正相关关系,因此出现Chla含量越高、水体透明度越低的现象。2.2　不同收获时间下空心菜的生物量及氮、磷含量不同收获时间下空心菜生物量(以湿重计)及氮、磷含量见表2。由表2计算可得,10%处理组空心菜平均产量(以空心菜覆盖面积计)为(73161.6±

表2　不同收获时间下空心菜生物量及氮、磷含量

955.2)kg·hm,高于20%处理组的(69618.0±

-2

1988.4)kg·hm。经检验,2个处理组空心菜产量差异显著(P<0.05)。这是否是由于20%处理组空心菜在营养供应上受到了一定的尚需进一步研究。但从外观上看,2个处理组空心菜均根系发达、枝叶茂盛,并未表现出营养缺乏症。

对4次测定的空心菜TN、TP含量进行显著性检验,得出2个处理组间空心菜TN、TP含量差异均不显著(P>0.05),表明本试验条件下,2个处理组鱼塘营养盐含量差异并未对空心菜TN、TP含量产生显著影响。空心菜N、P含量8次测定值的平均

32-1

值分别为3.76×10和3.87×10mg·kg。结合空心菜产量数据计算得出,通过4次收获空心菜,10%处理组直接从1hm养殖池塘中带走的TN、TP分别为27.51和2.83kg,20%处理组带走的TN、TP分别为52.35和5.39kg。

2

-2

Table2　Biomass,nitrogenandphosphoruscontentsofIpomoeaaquaticaharvestedatdifferenttimes

生物量1)/kg

收获时间/

d

1#

256690合计

0.831.030.910.783.55

10%处理组

2#0.85

0.940.860.813.46

3#0.87

1.010.820.823.52

4#0.82

0.860.850.763.29

20%处理组

5#0.88

0.930.880.763.45

6#0.83

0.920.800.733.28

-1

TN/(103mg·kg)

-1

TP/(102mg·kg)

10%处理组3.75

3.773.743.76

20%处理组3.76

3.793.723.79

10%处理组3.86

3.903.803.85

20%处理组3.

3.923.823.88

2

1#、2#、3#、4#、5#、6#指在10%和20%处理组中分别随机抽取的3个面积均为0.48m(80cm×60cm)的矩形块。1)以湿重计。

2.3　空心菜浮床栽培对鱼类产量及成活率的影响从收获鱼种的规格(表3)来看,虽然其平均值按对照塘、10%处理塘、20%处理塘的顺序呈增加趋势,但处理组与对照组之间差异不显著(P>0.05)。从鱼种成活率来看,处理组较对照组明显提高,10%

表3　空心菜浮床栽培对鱼类收获规格及成活率的影响

处理塘中鲫鱼、鳙鱼和草鱼的成活率较对照组分别提高了8.6%、1.9%和31.5%;20%处理塘中鲫鱼、

鳙鱼和草鱼的成活率较对照组分别提高了11.9%、4.4%和41.5%。

Table3　EffectofIpomoeaaquaticacultivationonsizeandsurvivalrateoffishrearedintheponds

异育银鲫

试验组

收获规格/(g·尾

对照

10%处理20%处理

鱼种收获规格统计量

71.41±5.0571.67±4.5172.33±4.42n=100。

-1

鳙鱼

成活率/%72.0

78.280.6

收获规格/(g·尾-1)

100.32±6.22

101.45±5.81101.92±5.15

成活率/%

75.0

76.478.3

草鱼

收获规格/(g·尾-1)

50.24±4.23

52.01±4.0452.39±4.15

成活率/%

53.3

70.175.4

)

3　讨论

空心菜又名水蕹菜,是一种常见蔬菜,它可以一

次栽种而多次收割,这对净化污水以及将营养盐不断从污水中输出而不致造成水体二次污染有很强的优势

[12]

。本试验结果表明,在集约化养殖池塘中采

　第2期　　　　　　　　　　　　陈家长等:空心菜浮床栽培对集约化养殖鱼塘水质的影响·159·

用浮床栽培空心菜能够提高水体透明度,降低TN、

+--3-NH-N、NO-N、NON、TP、PO-P、CODhl423-4Mn、Ca等污染物含量,达到净化养殖水体的效果。同时,浮床栽培的空心菜具有食用价值,从而提高了养殖者的经济收入。

从各处理组对污染物的去除情况(图1)可以看出,20%处理组对各项水质污染指标的去除率较10%处理组高,说明适当提高水上农作物的覆盖率对净化水质有利。但由于“水呼吸”作用的存在,当植物覆盖率达到一定程度时,最终会导致其他水生生物和鱼类竞争水体中的溶解氧,因而,并不是无限

[13]

制地提高植物覆盖率对池塘养殖都有利。由于本试验所设空心菜覆盖率梯度仅有2个,因此,空心菜在养殖池塘中的最佳覆盖率尚待进一步研究。值得指出的是,本研究通过昼夜观察,在2组处理塘中均未发现有鱼类浮头现象;同时,养成的大规格鱼种的规格在处理组和对照组之间无显著差异,且2个处理组鱼类成活率明显高于对照组(表3)。说明在鲫鱼(主养鱼)苗种养殖池塘中,将空心菜覆盖率确定为20%具有实用价值。

关于浮床植物在水质净化中对降氮、除磷的贡献量,有研究认为,水生植物组织中累积的氮仅占水体中所去除氮的一小部分,水体中的氮素污染主要是通过微生物降解途径去除的

[14-16]

空心菜能够促进水体的物质循环,加强水体的自净功能,提高鱼类成活率。

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;而浮床植物的

主要作用是通过根际提供适合各种厌氧、好氧微生物生存的氧化-还原微环境。由于空心菜生长期

长,生长速度快,且可通过多次收获而源源不断地将污染物移出水体;同时,生物量与植物体内氮、磷积累量具有很好的相关性,植物对氮、磷的去除作用可

[16]

以直接通过生物量来评价;但在本试验中,由于无法准确测定沉积物向水体中释放的氮、磷量,同时也无法确定是否存在微生物固氮及其固氮量和消除其他未知因素的影响,因此,无法确切地比较空心菜和微生物在降氮、除磷中的贡献量大小。

4　结论

通过多次收获,空心菜的产量可达69618.0～73161.6kg·hm;10%和20%处理组通过收获空心菜直接从1hm养殖池塘中带走的TN为27.51、52.35kg,TP为2.83、5.39kg。在相同监测时间下,

+--3-Chla、TN、NH-N、NON、NO-N、TP、PO-P、42-34COD等各项水质污染指标按对照组、10%处理组、Mn20%处理组的顺序均呈逐渐降低趋势,且处理组鱼

种成活率较对照组高,说明在养殖池塘中浮床栽培

2-2

作者简介:陈家长(19—),男,安徽无为人,研究员,硕士,主要从事环境科学方面的研究工作。E-mail:chenjz@ffrc.cn