生物膜“細菌-藻類”協(xié)同系統(tǒng)改良淡水池塘養(yǎng)殖水質(zhì)與沉積物的效果研究*

江興龍 鄧來富

(1. 集美大學(xué)水產(chǎn)學(xué)院 廈門 361021; 2. 鰻鱺現(xiàn)代產(chǎn)業(yè)技術(shù)教育部工程研究中心 廈門 361021)

近 20年來, 我國淡水水產(chǎn)品產(chǎn)量一直位居世界第一, 我國淡水養(yǎng)殖產(chǎn)量約占全世界養(yǎng)殖產(chǎn)量的68%。其中, 池塘養(yǎng)殖是最主要方式, 淡水池塘養(yǎng)殖遍布全國, 草魚是最重要的淡水養(yǎng)殖經(jīng)濟魚類(劉興國, 2011; 李振龍, 2014)。2013年魚類淡水養(yǎng)殖產(chǎn)量占淡水總養(yǎng)殖產(chǎn)量的88.26%, 達2334.11萬t, 其中草魚占 20.49%, 草魚的養(yǎng)殖產(chǎn)量占比第一(農(nóng)業(yè)部漁業(yè)局, 2013)。近些年來農(nóng)村的水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)獲得迅猛發(fā)展,已經(jīng)成為推動農(nóng)村經(jīng)濟發(fā)展的支柱產(chǎn)業(yè)(王武, 2009),逐漸成為促進農(nóng)村經(jīng)濟發(fā)展的主要增長點(劉海波,2012)。然而由于追求高產(chǎn)量, 養(yǎng)殖密度大于水體的養(yǎng)殖容量, 大量殘餌、肥料及生物代謝物的累積, 導(dǎo)致水體自凈能力下降, 加劇了水體富養(yǎng)化, 養(yǎng)殖自身污染日趨嚴重(安鑫龍等, 2006; 王建平等, 2008)。近些年來淡水魚類各類病害呈現(xiàn)多發(fā)態(tài)勢, 新問題和新特征不斷出現(xiàn), 病害成為導(dǎo)致養(yǎng)殖生產(chǎn)經(jīng)濟損失的主要因素。據(jù)調(diào)查, 水質(zhì)不好、溶氧不夠和溫度變化大、魚苗質(zhì)量差是造成養(yǎng)殖戶病害損失的主要原因(陳潔等, 2014)。不良苗種可能導(dǎo)致養(yǎng)殖過程中出現(xiàn)一些問題, 加大了漁藥等投入品的使用, 間接引發(fā)養(yǎng)殖生態(tài)系統(tǒng)失衡, 加劇養(yǎng)殖自身污染(吳偉等, 2014)。江興龍等創(chuàng)建的精養(yǎng)殖水體和池塘生物膜低碳養(yǎng)殖技術(shù), 應(yīng)用于土池養(yǎng)殖日本鰻鱺(Anguilla japonica)和凡納濱對蝦(Litopenaeus vannamei), 大幅度降低了養(yǎng)殖自身污染及面源污染, 實現(xiàn)飼料蛋白二次利用, 獲得顯著的節(jié)水減排、節(jié)能低碳與增產(chǎn)增收效果(江興龍等, 2010; 江興龍, 2012; 江興龍等, 2013)。本研究通過開展池塘生物膜低碳養(yǎng)殖技術(shù)在土池淡水草魚苗種培育中的應(yīng)用, 探討生物膜“細菌-藻類”協(xié)同系統(tǒng)改良池塘養(yǎng)殖水質(zhì)與沉積物的效果、對苗種培育效果的影響及其相關(guān)機理, 為該技術(shù)在草魚苗種培育生產(chǎn)中的推廣應(yīng)用奠定基礎(chǔ)。

1 材料與方法

1.1 材料

水產(chǎn)養(yǎng)殖專用生物膜凈水柵(作者為發(fā)明人, 專利號 ZL201120032516.6), 基體材料為聚酰胺, 生物膜凈水柵每組的長度 20m, 高度 0.7m。試驗起始時,草魚(Ctenopharyngodon idellus)魚苗的投放入池規(guī)格約尾重(40±0.6)g。

1.2 方法

1.2.1 試驗時間、地點及池塘條件 試驗起始時間為2013年6月28日, 從完成池塘魚苗的投放及生物膜凈水柵的設(shè)置起, 至2013年11月17日完成草魚大規(guī)格苗種的起捕, 試驗養(yǎng)殖周期共計142天。在福建省龍巖市連城縣松洋村漁業(yè)專業(yè)合作社示范基地內(nèi), 選擇池塘條件相近的草魚苗種培育土池共 8口,每口池塘面積約 2133—3670m2, 均配有二臺功率為1.5kW的增氧機, 水源屬溪河水。

1.2.2 實驗分組和生物膜凈水柵設(shè)置 把 8口土池隨機分為2組, 4口沒有設(shè)置生物膜凈水柵的為對照組池塘, 4口有設(shè)置生物膜凈水柵的為處理組池塘。生物膜凈水柵的設(shè)置: 按每公頃池塘水面設(shè)置 45組生物膜凈水柵, 組間距約 2m, 垂直懸掛在水面下約30cm處, 其兩端可用木樁固定系緊。

1.2.3 養(yǎng)殖管理 草魚魚苗在下池時均每尾注射草魚“三病”疫苗, 按每公頃池塘3萬尾的密度投放。養(yǎng)殖期間的投飼管理參考草魚池塘精養(yǎng)殖日常管理進行, 投飼草魚浮性顆粒配合飼料, 飼料含粗蛋白(質(zhì)量分數(shù))≥28.0, 日投飼 2次, 日投飼率為魚體重的2.5%—4.0%左右, 每3天適度補充投飼青草料, 處理組每公頃池塘每3天投加蔗糖45kg, 用池水溶解后潑灑于生物膜凈水柵設(shè)置水域; 試驗期間, 池塘為添補因蒸發(fā)損失的水及視水質(zhì)情況每10天少量補水及換排水。認真記錄每口池塘的投苗量、魚苗規(guī)格、補水及換水量、使用藥物、投飼量等。生產(chǎn)周期結(jié)束時,起捕魚并隨機抽樣和稱重, 記錄每口池塘的魚總重量、魚體規(guī)格, 測算每口池塘草魚的平均尾重、產(chǎn)量、成活率及飼料系數(shù)。

1.2.4 樣品采集與檢測 在魚苗投放后及池塘安裝生物膜凈水柵前, 對各池塘使用有機玻璃采水器采集表層水(水下 50cm)水樣一次(作為本底水樣), 用柱狀采泥器采集各池塘底泥表層 5 厘米的泥樣一次(本底沉積物樣)。生物膜凈水柵設(shè)置完畢后, 各池塘于第4天、第15天及此后每20天開展生物膜的采樣檢測。用無菌剪子與鑷子隨機采集水下約50cm的填料絲約20g, 放進無菌培養(yǎng)皿中, 10g用于對生物膜的細菌總數(shù)、異養(yǎng)菌總數(shù)、弧菌、硝化細菌數(shù)及亞硝化細菌數(shù)等的檢測, 帶回實驗室后, 將填料生物膜上的附著水珠用濾紙吸去, 首次稱重后再移入裝有100mL滅菌水的試劑瓶中, 瓶口蓋緊后超聲 30min,再全部取出填料用濾紙吸水后再稱重, 計算兩次重量之差可獲得生物膜重量, 然后再把該試劑瓶內(nèi)獲得的生物膜水樣, 攪拌均勻, 可開展生物膜的細菌總數(shù)、弧菌、異養(yǎng)菌總數(shù)、亞硝化細菌數(shù)及硝化細菌數(shù)及藻類等的抽樣檢測; 10g用于測量填料上的生物膜形成情況, 使用游標卡尺測生物膜厚度; 試驗期間每隔20d, 現(xiàn)場檢測每口池塘水質(zhì)水溫、溶氧(DO)和pH,在上午9點使用溶氧儀和pH計檢測, 并采集表層水水樣用于檢測氨氮(TAN)、硝酸鹽氮(NO3-N)、亞硝酸鹽氮(NO2-N)、溶解性正磷酸鹽(SRP)、化學(xué)需氧量(CODMn)、總堿度(Alk)、總氮(TN)、總磷(TP)、硫化物(Sulfide)、細菌總數(shù)、異養(yǎng)菌總數(shù)、弧菌數(shù)、藻類等水質(zhì)指標。藻類水樣用盧戈氏液進行現(xiàn)場固定(終濃度為2%)。試驗開始后3個月及草魚起捕前1天, 采集各池塘底泥表層 5 厘米的泥樣一次, 現(xiàn)場檢測氧化還原電位, 其余泥樣送回實驗室開展硫化物和有機碳的檢測。

1.2.5 生物膜、水質(zhì)和沉積物等因子的檢測方法生物膜和池塘水質(zhì)的細菌總數(shù)采用平板計數(shù)法(中華人民共和國國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗檢疫總局等2007a)、弧菌用平板計數(shù)法(國家標準GB17378.7-2007)、亞硝化細菌和硝化細菌均用液體選擇培養(yǎng)基培養(yǎng)法(陳捷音,2007)、異養(yǎng)菌總數(shù)采用異養(yǎng)菌平板菌落計數(shù)法(戴吉勝等, 2007); 池塘水質(zhì)溶解氧的檢測用膜電極法、pH檢測用玻璃電極法、氨氮檢測用納氏試劑光度法、亞硝酸鹽氮檢測用分光光度法、硝酸鹽氮檢測用紫外分光光度法、溶解性正磷酸鹽檢測用鉬銻抗分光光度法、CODMn檢測用高錳酸鉀法、總堿度用酸堿指示劑滴定法、總氮用堿性過硫酸鉀消解紫外分光光度法、總磷用鉬酸銨分光光度法、硫化物用亞甲基藍分光光度法,藻類用鏡檢細胞計數(shù)法(國家環(huán)境保護總局等, 2002);沉積物氧化還原電位的測定用電位計法、硫化物用亞甲藍分光光度法、有機碳用重鉻酸鉀氧化-還原容量法(中華人民共和國國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗檢疫總局等2007b)。

1.2.6 數(shù)據(jù)處理和分析

多樣性分析采用 Shannon-Wiener多樣性指數(shù)H′公式:

均勻度指數(shù)公式: J = H′/ log2S

式中, Pi= ni/N, ni為物種i的個體數(shù), N為群落樣本個體總數(shù), Pi為第i種個體數(shù)占總個體數(shù)的比, S為樣品中的種類數(shù)(國家標準GBl7378.7, 2007)。

使用SAS 9.1的統(tǒng)計分析軟件(SAS Institute Inc.,Cary, NC, USA), 分析處理組與對照組的試驗數(shù)據(jù),并進行 t-test檢驗, 以 P＜0.01為極顯著差異, 以P＜0.05為顯著差異。

表2 對照組和處理組池塘水質(zhì)本底因子濃度Tab.2 Background concentration of water quality parameters in control and treatment ponds

圖1 試驗期間對照組和處理組間的亞硝酸鹽氮濃度Fig.1 The concentration of nitrite nitrogen among the control and treatment during experiment

2 結(jié)果

2.1 生物膜的形成

生物膜凈水柵設(shè)置懸掛于池塘水體后的第 4天,目視檢查可見其填料絲上已大量形成淡黃色的生物膜, 據(jù)生物膜的平均厚度及凈水柵的比表面積等, 測算出平均每公頃池塘水面所形成的生物膜面積約為6—11萬m2, 達池塘水面積的6—11倍; 經(jīng)解剖鏡和顯微鏡鏡檢, 生物膜的微生物群落主要由細菌、藻類、真菌和原生動物組成。檢測結(jié)果, 生物膜上總細菌數(shù)平均為 4.9×106CFU/g, 異養(yǎng)菌總數(shù)平均為1.0×106CFU/g, 硝化細菌數(shù)平均為 0.9×105個/g, 亞硝化細菌數(shù)平均為4.5×105個/g。

2.2 節(jié)水減排與節(jié)能

試驗期間, 處理組池塘的平均日換水率是 1.5%,對照組池塘的平均日換水率是 4.3%, 處理組池塘比對照組池塘節(jié)水減排 65.1%, 具極顯著差異(P＜0.01)(表 1)。和對照組的傳統(tǒng)養(yǎng)殖模式比較, 平均每公頃池塘養(yǎng)魚, 每月可節(jié)水減排養(yǎng)殖污水 1.26萬 m3。應(yīng)用水泵抽水, 平均每 1m3水耗電約 0.075度, 平均每公頃池塘養(yǎng)魚每月可節(jié)電約945度。

表1 試驗期間對照組與處理組池塘的換水量Tab.1 The quantity of water exchange in the control and treatment ponds during experiment

2.3 水質(zhì)主要因子濃度

試驗開始時, 池塘本底的水質(zhì)主要因子濃度, 在處理組與對照組間均沒有顯著差異(P＞0.05) (表2)。

由表3及圖1、圖2可知, 試驗期間處理組的pH、總氮和亞硝酸鹽氮分別極顯著低于對照組 3.7%、31.3%和38.7%(P＜0.01), 處理組的氨氮、總磷、活性磷和硫化物顯著低于對照組25.6%、41.6%、37.8%和27.9%(P＜0.05), 對照組與處理組之間的水溫、溶解氧、硝酸鹽氮、COD和總堿度無顯著差異(P＞0.05)。此外, 處理組池塘無機氮與無機磷的比值 2.09, 而對照組的1.78, 顯著提高了17%(P＜0.05)。

由表3可知, 處理組的弧菌數(shù)和藻類密度極顯著低于對照組 63.1%和 51.3%(P＜0.01), 硅藻相對密度極顯著高于對照組 93.7%(P＜0.01); 處理組的細菌總數(shù)和異養(yǎng)菌數(shù)顯著高于對照組 50.8%和 33.6%(P＜0.05), 藍藻相對密度顯著低于對照組 16.6%(P＜0.05); 處理組的藻類生物均勻度指數(shù)顯著高于對照組8.9%(P＜0.05); 處理組和對照組之間的藻類生物多樣性指數(shù)無顯著性差異(P＞0.05)。池塘水體藻類群落結(jié)構(gòu)中的優(yōu)勢種組成有明顯差異, 處理組池塘水體的第1至第3優(yōu)勢種分別為: 綠藻門柵藻Scenedesmus、十字藻Crucigenia及硅藻門菱形藻Nitzschia; 而對照組池塘水體的第1至第3優(yōu)勢種分別為: 綠藻門柵藻Scenedesmus、藍藻門藍纖維藻Dactylococcopsis、綠藻門十字藻Crucigenia。可見處理組池塘的藻相好于對照組池塘。

表3 試驗期間對照組和處理組池塘水質(zhì)因子濃度Tab.3 Concentrations of water quality parameters in the control and the treatment ponds during experiment

圖2 試驗期間對照組和處理組間的硫化物濃度Fig.2 Sulfide concentration among the control and treatment during experiment

2.4 生物膜上生物因子動態(tài)

由表4可知, 試驗期間, 處理組池塘中設(shè)置的生物膜凈水柵上所形成生物膜的平均細菌總數(shù)和異養(yǎng)菌數(shù)分別為1.30×109CFU/g和7.17×108CFU/g, 平均亞硝化細菌數(shù) 1.56×107個/g, 平均硝化細菌數(shù)1.18×106個/g, 弧菌數(shù)為 0。

2.5 沉積物理化因子

試驗開始時, 池塘本底的沉積物因子濃度, 在處理組與對照組間均沒有顯著差異(P＞0.05) (表5)。

由表6可知, 試驗期間處理組池塘沉積物的氧化還原電位顯著高于對照組 30.5%(P＜0.05), 硫化物濃度顯著低于對照組 47.0%(P＜0.05), 處理組的有機碳濃度低于對照組40.0%(ɑ= 0.1, P＜0.1), 未達到顯著差異(ɑ= 0.05, P＞0.05)。

表4 試驗期間生物膜上的生物學(xué)因子數(shù)據(jù)Tab.4 The biological indicators data of biofilm during experiment

表5 對照組和處理組池塘的沉積物本底因子濃度Tab.5 Background values of sediment parameters in control and treatment ponds

表6 試驗期間對照組和處理組池塘的沉積物因子濃度Tab.6 Background values of sediment parameters in control and treatment ponds during experiment

2.6 養(yǎng)殖結(jié)果

由表7可知, 處理組起捕規(guī)格、成活率、產(chǎn)量和生長速度分別顯著高于對照組 24.6%、4.3%、29.8%和 28.6%(P＜0.05), 飼料系數(shù)極顯著低于對照組15.6%(P＜0.01)。每公頃養(yǎng)殖水面購置生物膜凈水柵的投入成本約22500元, 無需日常運行維護, 可以持續(xù)使用約 3年, 平均每公頃水面每年的折舊費用約為7500元; 處理組和對照組相比, 平均每公頃池塘凈增產(chǎn)草魚大規(guī)格魚種 2385kg, 每公頃池塘養(yǎng)魚增加收入3.8萬元, 扣除飼料成本1.13萬元以及生物膜凈水柵的年折舊成本 0.75萬元, 處理組比較對照組池塘培育草魚大規(guī)格魚種, 平均每公頃可增加凈利潤約1.92萬元; 此外, 處理組出產(chǎn)的草魚大規(guī)格魚種明顯比對照組規(guī)格更整齊, 健壯, 質(zhì)量更優(yōu)。

表7 對照組和處理組的養(yǎng)殖結(jié)果Tab.7 The yields in the control and treatment group duringexperiment

3 討論

3.1 節(jié)水減排與節(jié)能效果

我國現(xiàn)有的池塘養(yǎng)殖模式, 池塘養(yǎng)殖廢水基本未經(jīng)處理直接排放, 對水資源產(chǎn)生了一定的壓力(羅國芝等, 2010)。養(yǎng)殖期間一些養(yǎng)殖池塘由于天氣變化引起倒藻、疾病暴發(fā)及水體出現(xiàn)發(fā)黑發(fā)臭等問題, 有些養(yǎng)殖戶常常直接將這些養(yǎng)殖污水排入附近的河道中, 污染了周邊的飲用水、灌溉水等的水源; 同時,鄰近的養(yǎng)殖戶由于養(yǎng)殖需要又抽提被污染河道的水,從而導(dǎo)致二次污染, 結(jié)果發(fā)生相互污染, 造成養(yǎng)殖戶經(jīng)濟損失, 制約了水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)的可持續(xù)發(fā)展(郭印等,2014)。據(jù)報道, 農(nóng)村水環(huán)境的污染狀況已非常嚴重,尤其有機污染嚴重超標, 基本上隨經(jīng)濟發(fā)展水平提升河流水質(zhì)污染程度也加重, 其中養(yǎng)殖業(yè)的污染呈現(xiàn)加劇趨勢(楊林章等, 2004; 劉永權(quán), 2008)。在許多內(nèi)陸傳統(tǒng)池塘養(yǎng)殖產(chǎn)區(qū), 養(yǎng)殖用水難以滿足生產(chǎn)需求, 池塘養(yǎng)殖甚至到了無水可換、僅依靠降水維持。水域環(huán)境惡化已成為危及池塘健康養(yǎng)殖的重要因素(李振龍, 2014)。本試驗處理組比對照組顯著節(jié)水減排約 65%, 減少水泵抽水平均每公頃池塘每月可節(jié)電約945度, 對于解決當前淡水池塘草魚苗種培育節(jié)水減排與節(jié)能問題, 具有重要意義。

3.2 生物膜“細菌-藻類”協(xié)同系統(tǒng)水質(zhì)改良效果及機理

試驗期間, 處理組雖然比對照組池塘少換水65%, 在一定程度上影響了對處理組改良水質(zhì)效果的評價, 但處理組池塘水質(zhì)仍然顯著優(yōu)于對照組, 說明生物膜具有顯著降解池塘養(yǎng)殖污染物的作用。生物膜的微生物群落組成主要有細菌、藻類、真菌及原生動物等。養(yǎng)殖環(huán)境中的細菌具有極大的物種多樣性和代謝途徑多樣性, 細菌需要吸收氮、磷元素而生長, 也是高效的有機物分解者(肖國華, 2006), 生物膜上大量生長的亞硝化細菌和硝化細菌, 對養(yǎng)殖水體中的氨氮及亞硝酸鹽氮具有良好的降解效果(江興龍等,2010)。處理組池塘水質(zhì)的細菌總數(shù)顯著高于對照組50.8%; 處理組平均每公頃池塘所形成的生物膜面積約 6—11萬 m2, 池塘生物膜上的平均細菌總數(shù)1.30×109CFU/g, 平均亞硝化細菌數(shù) 1.56×107個/g,平均硝化細菌數(shù)1.18×106個/g。因此處理組池塘水質(zhì)的氨氮、亞硝酸鹽氮、總氮、活性磷、總磷均顯著低于對照組。徐樂中等(2008)認為生物絮凝、微生物細菌等對藻類的分解, 微生物大量繁殖, 分解的化感物質(zhì)均可以抑制藻類的大量生長, 并進一步抑制水華的發(fā)生。江興龍等(2013)認為池塘水體的細菌和藻類在競爭同化水體營養(yǎng)鹽和生態(tài)位中, 細菌競爭力較強而導(dǎo)致藻類密度下降。由于處理組池塘的細菌總數(shù)顯著高于對照組, 導(dǎo)致了處理組的藻類密度極顯著低于對照組51.3%。池塘水中氮磷比值的提高, 有助于綠藻對藍藻比例的提高, 并且藍藻在種間競爭上的優(yōu)勢有可能被削弱; 營養(yǎng)鹽濃度高時, 特別是相對于磷的氮被限制時, 藍藻往往占優(yōu)勢(Hansell et al,1980; Boyd et al, 1998)。試驗期間處理組池塘的氮磷比值高于對照組池塘, 總體的營養(yǎng)鹽濃度顯著低于對照組池塘, 從而使藍藻的相對密度顯著下降, 改善了藻類群落結(jié)構(gòu), 處理組池塘水體以綠藻和硅藻為優(yōu)勢種, 而對照池塘則以綠藻和藍藻為優(yōu)勢種。綠藻類和硅藻類具有吸收有害物質(zhì), 保持水質(zhì)的“活、爽”功能(彭聰聰?shù)? 2011), 浮游植物多樣性指數(shù)(H′)和均勻度(J)可以反映植物群落結(jié)構(gòu)的多樣性, 也是水環(huán)境質(zhì)量的重要指標, 處理組的藻類均勻度指數(shù)顯著高于對照組, 表明藻相優(yōu)于對照池塘, 水質(zhì)更好。

在光照正常情況下, 藻類密度低的池塘pH值將下降(江興龍等, 2013)。池塘養(yǎng)殖中, 反硝化作用過程發(fā)生在當氧化的氮化合物擴散到厭氧的泥層中或在富營養(yǎng)水體的均溫層中, 大量的無機氮在底泥進行著反硝化作用(Bouldin et al, 1974)。反硝化作用屬堿性反應(yīng), 每消耗1mol硝酸鹽產(chǎn)生1mol堿度(Boyd et al, 1998), 反硝化作用的發(fā)生導(dǎo)致pH升高。而硝化作用的發(fā)生及有機物降解都使pH下降, 它們綜合作用的結(jié)果影響水體的pH值。試驗期間處理組的pH值低于對照組0.033個單位, 認為是處理組比對照組池塘藻類密度低、有機物的降解量較大、硝化作用較強、反硝化作用較強等綜合作用的結(jié)果。池塘中細菌及藻類等對部份硝酸鹽的吸收同化及反硝化作用的進行,降低了硝酸鹽濃度, 導(dǎo)致處理組和對照組間的硝酸鹽氮濃度無顯著差異。

池塘硫化物的來源之一為通過硫酸鹽異化還原過程而產(chǎn)生, 另一個則是由于生物代謝產(chǎn)物、殘餌等有機物質(zhì)中的含硫氨基酸被微生物分解利用而形成,另外, 底質(zhì)中的硫化物還可通過釋放、水體對流等方式再進入水體(Boyd, 1996; 彭斌, 2008)。池塘水體中的硫在有氧環(huán)境下可被氧化成硫酸鹽, 而在厭氧環(huán)境中被還原成硫化物(Boyd, 1996)。生物絮團為由細菌群落、浮游動植物、有機碎屑及一些聚合物質(zhì)相互絮凝而形成的細菌團粒(Schryver et al, 2008)。應(yīng)用池塘生物膜低碳養(yǎng)殖技術(shù), 池塘水體中的有機碎屑、懸浮有機質(zhì)、顆粒有機物等和生物膜上細菌、藻類及原生動物等可共同形成生物絮團(江興龍, 2012; 江興龍等, 2013)。Moss等(1995)報道, 養(yǎng)殖生物可以食用生物絮團。在產(chǎn)生了生物絮團的池塘中, 池塘水體中還形成有大量的顆粒有機碳(POM), 它由 46%的活體(藻類、細菌及原生動物)和 54%的有機碎屑所構(gòu)成,養(yǎng)殖動物可攝食大于 5 μm的 POM (Hopkins et al,1995)。養(yǎng)殖期間形成的有機碎屑、殘餌及排泄物等都可通過細菌粘附聚集形成生物絮團的一部分, 從而進入食物鏈(李卓佳等, 2008)。處理組池塘形成的大量生物膜生物絮團作為草魚魚苗的餌料而為草魚所攝食, 從而降低了池塘水體及沉降于底泥表層沉積物中的有機物質(zhì), 減少了有機質(zhì)中被微生物分解利用而產(chǎn)生硫化物。因此處理組池塘水質(zhì)的硫化物濃度顯著低于對照組27.9%。

3.3 沉積物改良效果及機理

由于處理組池塘形成生物膜生物絮團, 生物絮團為草魚所攝食, 大幅度減少了池塘水中有機碎屑、懸浮有機物質(zhì)、顆粒有機物等沉降于底泥表層, 也減少了死亡的細菌、藻類及原生動物等的生物體有機質(zhì)沉降, 因此處理組沉積物有機碳濃度低于對照組。池塘中有機物在底泥沉積物中的累積會導(dǎo)致氧化還原電位的降低(Boyd, 1996), 處理組沉積物有機碳濃度降低導(dǎo)致其氧化還原電位顯著高于對照組。底質(zhì)硫化物與水體 COD呈顯著線性相關(guān), 有機質(zhì)增加底質(zhì)硫化物濃度也較高(甘居利等, 2003), 有機質(zhì)的降解消耗了溶解氧, 使水-沉積物界面成為還原狀態(tài), 從而提高了硫酸鹽還原菌的還原作用, 促進了硫化物的生成, 另一方面, 底質(zhì)中的硫化物含量通常和氧化還原電位呈密切的負相關(guān)(彭斌, 2008), 養(yǎng)殖環(huán)境中底質(zhì)硫化物含量的高低是衡量底質(zhì)環(huán)境優(yōu)劣的 1個重要指標(彭斌, 2008)。處理組沉積物有機碳濃度降低導(dǎo)致硫化物生成減少, 因此與對照組相比, 處理組的硫化物濃度顯著降低, 也表明處理組池塘底質(zhì)環(huán)境優(yōu)于對照組。此外, 處理組池塘沉積物硫化物濃度的降低也有利于池塘水體中硫化物濃度的降低。

3.4 養(yǎng)殖效果

水體中的分子氨對水產(chǎn)動物產(chǎn)生毒害, 在水體中其質(zhì)量濃度達到一定值時就會對養(yǎng)殖動物的生長發(fā)育產(chǎn)生負面影響, 直至死亡(李爍寒等, 2009)。亞硝酸鹽對魚類的毒性作用主要是魚血液中的亞鐵血紅蛋白被氧化成了高鐵血紅蛋白, 抑制了血液載氧能力, 嚴重時使魚類缺氧從而窒息死亡(王鴻泰等,1989)。水體硫化物中的硫化氫分子對養(yǎng)殖魚蝦具有毒性, 硫化氫分子在硫化物中的比例隨水體 pH值及水溫的上升而下降(Boyd, 1996)。硫化氫在低濃度時就具有毒性, 不同種類對硫化氫毒性的耐受力不同,水體硫化氫濃度達 0.011mg/L時, 就使藍鰓魚(Lepomis macrochirus)成魚的生長緩慢(Smith et al,1976), 在pH值為7的水體中, 硫化氫對斑點叉尾魚苗的半致死濃度為 1.0mg/L (3h LC50)(Bonn et al,1967)。硫化氫通過抑制氧分子對細胞色素a3的氧化,阻礙機體電子傳輸系統(tǒng)及停止氧化呼吸作用(Schwedler et al, 1985), 硫化氫可與養(yǎng)殖動物血液中的血紅蛋白相結(jié)合形成硫血紅蛋白, 降低機體中血液的攜氧能力, 并對養(yǎng)殖動物的鰓組織有很強的刺激與腐蝕作用(彭斌, 2008)。處理組水中硫化物、氨氮及亞硝酸鹽氮等毒性物質(zhì)的濃度均顯著低于對照組, 減少了對草魚魚苗的毒性應(yīng)激及對生長的負面影響。處理組池塘由于形成了生物膜生物絮團, 而生物絮團可作為草魚的餌料被攝食, 從而實現(xiàn)了二次利用飼料蛋白, 飼料轉(zhuǎn)化率獲得提高。池塘精養(yǎng)殖系統(tǒng)屬于封閉的人工養(yǎng)殖生態(tài)系統(tǒng), 養(yǎng)殖動物設(shè)在生物鏈頂端, 人為引入人工餌料, 削弱了其它因子, 導(dǎo)致系統(tǒng)中物質(zhì)和能量的循環(huán)不能暢通, 生態(tài)系統(tǒng)失衡, 減弱了對外來干擾的自我調(diào)節(jié), 養(yǎng)殖生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性被破壞,容易使養(yǎng)殖動物發(fā)病(晏小霞等, 2004)。對60 口優(yōu)質(zhì)魚類養(yǎng)殖池塘中的水質(zhì)理化和生物因子共 31 項進行調(diào)查和監(jiān)測, 發(fā)現(xiàn)魚類患病的池塘, 其亞硝酸鹽氮的含量高于未患病的池塘(魏泰莉等, 1999), 亞硝酸鹽對草魚種有很高的毒性, 容易誘發(fā)草魚出血病, 測定 46個草魚池中的亞硝酸鹽氮, 患出血病池中的亞硝酸鹽氮含量均高于未發(fā)病池(王鴻泰等, 1989)。水產(chǎn)病原菌基本屬于條件致病菌, 池塘水環(huán)境的改善可以降低發(fā)病率, 有利于提高養(yǎng)殖成活率。處理組池塘通過設(shè)置生物膜凈水柵, 形成大量生物膜, 構(gòu)建和發(fā)揮“細菌-藻類”協(xié)同改良水質(zhì)的功用, 顯著增強了池塘生態(tài)系統(tǒng)里初級生產(chǎn)者及分解者的功能, 促進了系統(tǒng)中物質(zhì)和能量循環(huán)利用, 減少了水體中污染物的積累, 導(dǎo)致池塘水質(zhì)、藻相和沉積物質(zhì)量總體均優(yōu)于對照池塘。另一方面, 生物膜凈水柵的設(shè)置在池塘中為草魚形成了隱匿的棲息區(qū)域, 有助于減少草魚應(yīng)激和游動, 體能消耗降低, 有利于魚體增重生長。因此, 處理組的草魚起捕規(guī)格、成活率、生長速度、飼料轉(zhuǎn)化率、產(chǎn)量和養(yǎng)殖效益等均獲得顯著提高。池塘生物膜低碳養(yǎng)殖技術(shù)應(yīng)用于草魚苗種培育具有節(jié)水減排、增產(chǎn)增收、提高苗種質(zhì)量等優(yōu)點, 具有廣闊的應(yīng)用前景。

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