水生蔬菜改善養(yǎng)殖漁塘水質(zhì)研究進(jìn)展

殷進(jìn)　劉玉祥　魏文志　丁善忠　李良俊

摘 要：由于高密度養(yǎng)殖技術(shù)的推廣，使得池塘養(yǎng)殖水體水質(zhì)日趨惡化，既影響了養(yǎng)殖產(chǎn)品的產(chǎn)出，又增加了污染周邊水體的風(fēng)險(xiǎn)。論文綜述了近年來(lái)，我國(guó)應(yīng)用水生蔬菜改善養(yǎng)殖漁塘水質(zhì)的研究進(jìn)展，提出了品種篩選和處理效果評(píng)價(jià)是該領(lǐng)域的研究重點(diǎn)，分析了約束該技術(shù)發(fā)展的主要因素。并依據(jù)現(xiàn)有狀況提出了今后需要努力的方向，為水生蔬菜改善養(yǎng)殖漁塘水質(zhì)研究提供了思路。

關(guān)鍵詞：水生蔬菜；魚塘；水質(zhì)

池塘養(yǎng)殖是我國(guó)重要的淡水養(yǎng)殖方式。2014年我國(guó)池塘養(yǎng)殖面積達(dá)到266.98萬(wàn)hm2，池塘養(yǎng)殖平均單產(chǎn)為7 116 kg/hm2[1]。我國(guó)池塘養(yǎng)殖普遍采用高放養(yǎng)密度、高投飼量的集約化精養(yǎng)模式以提高產(chǎn)量。大量投放的飼料沒有完全被取食而沉積，加上養(yǎng)殖產(chǎn)品排泄的糞便，容易在漁塘底部形成一層富含有機(jī)質(zhì)的淤泥，不僅導(dǎo)致塘內(nèi)水質(zhì)惡化，影響魚蝦生長(zhǎng)，而且養(yǎng)殖尾水的排放也加劇了周邊水體的富營(yíng)養(yǎng)化[2]。因此，魚塘水體富營(yíng)養(yǎng)化程度的加劇越來(lái)越引起研究人員的普遍關(guān)注。

近年來(lái)，大量研究表明[3-5]水生植物對(duì)養(yǎng)殖水環(huán)境具有較好的凈化效果，一方面，水生植物通過吸收水體或底泥中的氮、磷等無(wú)機(jī)營(yíng)養(yǎng)物及重金屬等污染物合成自身物質(zhì)儲(chǔ)存在植物體內(nèi)，以維持生長(zhǎng)和繁殖的需要，從而加快了水體中氮、磷營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的去除。另一方面，其強(qiáng)大的根系與水體中微生物的協(xié)同降解作用加快了有機(jī)物的分解，與此同時(shí)，植物根部氣體傳輸和釋放作用有效促進(jìn)了水體中好氧生物對(duì)有機(jī)物的分解，并有助于硝化菌的生長(zhǎng)，可將水體中的氮、磷等無(wú)機(jī)營(yíng)養(yǎng)物轉(zhuǎn)化為自身所需的物質(zhì)，起到凈化水質(zhì)的效果。作為水生植物的重要組成之一的水生蔬菜是指在淡水中生長(zhǎng)的、其產(chǎn)品可供作蔬菜食用的維管束植物。水生蔬菜因其生長(zhǎng)特性、經(jīng)濟(jì)性和環(huán)保特性逐漸成為養(yǎng)殖池塘水體生物凈化技術(shù)研究的主要對(duì)象之一。

1 品種篩選

我國(guó)水生蔬菜品種超過300 個(gè)，常見水生蔬菜有蓮藕、茭白、慈姑、荸薺、菱角、芡實(shí)、豆瓣菜、莼菜、水芹、蒲菜、水芋、水蕹菜等[6]。不同蔬菜品種對(duì)于同種污染物的去除效率也不近相同。黃艷等[7]研究了不同水生蔬菜品種對(duì)水質(zhì)凈化效果，研究表明從對(duì)池塘水質(zhì)凈化效果來(lái)看，對(duì)TN去除效果表現(xiàn)為菱角>淺水藕>芡實(shí)；對(duì)TP、NH+-N去除效果表現(xiàn)為淺水藕>芡實(shí)>菱角；對(duì)COD去除效果表現(xiàn)為芡實(shí)>菱角>淺水藕。胡綿好等[8]對(duì)比研究了水芹和豆瓣菜作為生態(tài)浮床栽培材料，對(duì)富營(yíng)養(yǎng)化水體中主要污染物的去除效果，研究結(jié)果表明水芹對(duì)于富營(yíng)養(yǎng)化水體中TN、NH4+-N、TP、CODMn、Chl.a的去除率分別達(dá)到76.86%、69.39%、90.45%、95.03%、8981%；豆瓣菜對(duì)于富營(yíng)養(yǎng)化水體中TN、NH4+-N、TP、CODMn、Chl.a的去除率分別達(dá)到7827%、67.95%、89.98%、95.38%、91.28%。

另一方面，不同的養(yǎng)殖品種，由于養(yǎng)殖方式的不同，其相應(yīng)的水體中的污染物種類、濃度、分布也存在差異。就養(yǎng)殖對(duì)蝦而言，一般采用精養(yǎng)或半精池塘養(yǎng)殖，具高密度、高投喂等特點(diǎn)，通過高換水率來(lái)獲得高產(chǎn)量，勢(shì)必會(huì)造成水中殘餌、對(duì)蝦糞便和代謝產(chǎn)物大量積累，引起蝦塘中氮磷等營(yíng)養(yǎng)鹽的大量積累。楊逸萍等[9]認(rèn)為，在精養(yǎng)蝦池中，總氮輸入的 19%轉(zhuǎn)化為蝦體內(nèi)的氮，其余大部分（62%～68%）積累到池塘底部的淤泥中，此外還有 8%～12%以懸浮顆粒氮、溶解有機(jī)氮、溶解無(wú)機(jī)氮等形式存在于水體之中。就魚塘精養(yǎng)而言，吳慶龍等[10]研究了魚塘精養(yǎng)對(duì)水質(zhì)的影響。結(jié)果表明TN 、NH4+-N 分別比對(duì)照點(diǎn)高219%和300%，大部分氮污染則以殘餌、糞便等懸浮物形式進(jìn)入漁塘水體；TP的含量高出對(duì)照點(diǎn)162%、PO43--P高出150%，絕大部分磷污染也是以殘餌、糞便等懸浮物態(tài)存在；CODcr比對(duì)照點(diǎn)高30%；BOD5比對(duì)照點(diǎn)高31%。

由此可見，品種篩選是運(yùn)用水生蔬菜改善養(yǎng)殖漁塘水質(zhì)這一技術(shù)的首要環(huán)節(jié)，由于不同的蔬菜品種對(duì)于不同的污染物有著不同的去除效率，不同的養(yǎng)殖品種導(dǎo)致的污染物的產(chǎn)生及濃度也不盡相同，所以為了實(shí)現(xiàn)水生蔬菜改善養(yǎng)殖漁塘水質(zhì)最優(yōu)化，就必須在調(diào)查魚塘水質(zhì)現(xiàn)狀、當(dāng)?shù)厮卟朔N類及經(jīng)濟(jì)性的基礎(chǔ)上，進(jìn)行一定的品種篩選試驗(yàn)，以明確特定的水生蔬菜處理魚塘水體。

2 處理效果

處理效果的好壞直接決定了水生蔬菜改善養(yǎng)殖漁塘水質(zhì)的應(yīng)用和推廣，同時(shí)也是品種篩選最為重要的依據(jù)之一。因此，處理效果的實(shí)驗(yàn)研究與評(píng)價(jià)一直是水生蔬菜改善養(yǎng)殖漁塘水質(zhì)研究的重點(diǎn)。其研究的主要內(nèi)容包括了以品種篩選為目的的多種水生蔬菜處理特定養(yǎng)殖魚塘水體效果評(píng)價(jià)，以改善水質(zhì)為目的的特定蔬菜處理特定養(yǎng)殖魚塘水體的效果分析，以提高養(yǎng)殖效率為目的的水生蔬菜與魚塘養(yǎng)殖共生系統(tǒng)研究。

2.1 品種篩選為目的

多數(shù)品種篩選均建立在文獻(xiàn)檢索基礎(chǔ)上，結(jié)合當(dāng)?shù)靥厣卟似贩N來(lái)確定研究對(duì)象。如葉聰[11]在研究幾種水培蔬菜在凡納濱對(duì)蝦養(yǎng)殖塘中的應(yīng)用開發(fā)時(shí)選用了當(dāng)?shù)厥卟嘶靥峁┑乃巢恕⒂鹨赂仕{(lán)和生菜。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明3種蔬菜對(duì)氮磷營(yíng)養(yǎng)鹽、總氮、總磷及CODMn呈現(xiàn)出一定去除能力，其中水蕹菜對(duì)所檢測(cè)的7種水質(zhì)指標(biāo)的去除率可達(dá)到23.3%～73.6%；除硝酸鹽氮以外，其余6種指標(biāo)的去除率均優(yōu)于其他兩種蔬菜；牛英豪等[12]選用空心菜、水芹菜及其組合來(lái)改善中華鱉養(yǎng)殖水體水質(zhì)，設(shè)置了空心菜+水芹菜組、空心菜組和水芹菜組三個(gè)實(shí)驗(yàn)組別，這三個(gè)組別對(duì)總氮的去除率分別為76.53%、68.37%和6633%，對(duì)氨氮的去除率分別為87.40%、7612%和81.89%，對(duì)葉綠素a的去除率分別為63.07%、60.12%和58.70%，對(duì)COD的去除率則為41.19%、39.53%和37.21%。

2.2 改善水質(zhì)為目的

研究者們做了許多針對(duì)性的實(shí)驗(yàn)研究，積累了大量的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，為水生蔬菜改善養(yǎng)殖漁塘水質(zhì)技術(shù)的進(jìn)一步推廣提供理論和實(shí)踐依據(jù)。李文祥等[13]研究利用浮床技術(shù)，選用水蕹菜種植在精養(yǎng)池塘上，依靠水雍菜原位分解、吸收和轉(zhuǎn)移等途徑，通過收獲成品蔬菜而移除水體中的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)有總磷（49.6±17.2） g，總氮（271.1±60.0） g，轉(zhuǎn)移率分別為18.2%和30.6%。李海燕等[14]選用西洋菜（Nasturtim officinale）對(duì)某魚塘水體進(jìn)行水質(zhì)改良實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，西洋菜對(duì)NH4+-N、NO3--N 和DIN 的去除率達(dá)到54.4%、76.9%及70.6%，對(duì)PO43--P 的去除率也達(dá)到557%，西洋菜對(duì)富營(yíng)養(yǎng)化水體中的N、P 元素均表現(xiàn)出較好的凈化能力，且對(duì)藻類生長(zhǎng)有良好的抑制作用。陳家長(zhǎng)等[15]以葉綠素a（Chla）、總氮（TN）、氨氮（NH4+-N）、硝酸鹽氮（NO3--N）、亞硝酸鹽氮（NO2--N）、總磷（TP）、正磷酸鹽（PO43--P）、CODMn等為主要水質(zhì)指標(biāo)研究浮床栽培空心菜對(duì)集約化養(yǎng)殖魚塘的凈化作用。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示對(duì)Chla、TN、NH4+-N、NO3--N、NO2--N、TP、PO43--P、CODMn的去除率分別為15.16%～49.02%、9.04%～36.56%、1923%～46.34%、22.76%～47.74%、13.33%～56.52%、33.33%～45.10%、27.27%～4815%、3.13%～19.05%。

2.3 魚菜共生系統(tǒng)

其處理效果不僅體現(xiàn)在水體污染物的去除效率或者水質(zhì)改善方面，還體現(xiàn)在水生蔬菜和養(yǎng)殖產(chǎn)品的生長(zhǎng)情況是否良好。閆保國(guó)[16]等人在魚塘種植空心菜改善水質(zhì)研究時(shí)，比較了淡水魚養(yǎng)殖池塘和中華鱉養(yǎng)殖池塘兩種模式下魚菜共生系統(tǒng)的運(yùn)行效果。對(duì)于空心菜而言，其在養(yǎng)殖水體中生長(zhǎng)狀況良好。前一種模式成活率可達(dá)到95%以上，且根系發(fā)達(dá)，生長(zhǎng)茂盛。后一種模式成活率在80%～90%之間，根系生長(zhǎng)相對(duì)較慢。兩種模式下平均每12天收割一次，每次收割空心菜可達(dá)0.75～3 kg/m2。就漁塘水質(zhì)而言，隨著空心菜的生長(zhǎng)，池塘水質(zhì)明顯變化，透明度從不足15 cm增加到25 cm以上，水體中氨氮、亞硝酸鹽均有所降低，種菜面積與氨氮、亞硝酸鹽含量呈負(fù)相關(guān)關(guān)系。陳長(zhǎng)家[15]等人研究發(fā)現(xiàn)浮床栽培空心菜對(duì)集約化養(yǎng)殖魚塘有明顯的凈化作用的同時(shí)，空心菜產(chǎn)量可達(dá)69 618.0～73 161.6 kg·hm-2，且鯽魚、鳙魚和草魚魚種成活率分別提高8.6%～11.9%、1.9%～4.4%和31.5%～415%。由此可見養(yǎng)殖漁塘種植水生蔬菜，不僅可以凈化水質(zhì)，還可以提供魚塘的整體經(jīng)濟(jì)效益。

3 影響因素

運(yùn)用水生蔬菜改善養(yǎng)殖漁塘水質(zhì)主要影響因素取決于對(duì)水生蔬菜本身和對(duì)養(yǎng)殖產(chǎn)品生長(zhǎng)的影響，近年來(lái)的研究表明主要的影響因素如下。

3.1 日照條件

日照條件是影響水生蔬菜生長(zhǎng)速率的重要因素。就喜陽(yáng)水生蔬菜而言，充足的日照可以使其保持旺盛的生長(zhǎng)速率。而較快的生長(zhǎng)速率則需要更多的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)來(lái)維持，加上水生蔬菜葉面蒸騰作用的加速，這為水生蔬菜根系從水體中持續(xù)快速地吸收氮、磷等營(yíng)養(yǎng)元素提高了可能，使得水體的營(yíng)養(yǎng)元素迅速降低，從而提高凈化效率。相反，部分喜陰水生蔬菜因?yàn)檩^強(qiáng)的日照條件會(huì)抑制其生長(zhǎng)，而在吸收水體中的氮、磷營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)時(shí)則會(huì)出現(xiàn)與喜陽(yáng)水生蔬菜相反的情形。牛曉音等[17]人對(duì)空心菜等5種植物的研究結(jié)果證實(shí)了這一點(diǎn)。因此在采用水生蔬菜凈化養(yǎng)殖魚塘水體時(shí)需要充分考慮水生蔬菜對(duì)日照的要求。

3.2 溫度

與大多數(shù)水生植物一樣，溫度是影響水生蔬菜生長(zhǎng)的重要因素，一般而言，水生蔬菜本身的特性對(duì)其生長(zhǎng)的環(huán)境溫度有一定的要求，只有在適宜的溫度范圍內(nèi)，水生蔬菜才能生長(zhǎng)旺盛，而不是良莠不齊乃至死亡。如：空心菜耐溫，需要相對(duì)較高的溫度環(huán)境；水芹菜耐寒，在冬季也可以正常生長(zhǎng)。此外，溫度還會(huì)影響水生蔬菜的蒸騰作用，進(jìn)而影響由其主導(dǎo)的氮、磷等營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的在植物體內(nèi)的轉(zhuǎn)運(yùn)能力，從而進(jìn)一步影響到水體的凈化作用。因此，采用水生蔬菜凈化養(yǎng)殖魚塘水體時(shí)，尤其在品種篩選時(shí)應(yīng)給予充分的考慮。

3.3 原水水質(zhì)

一般而言，水生蔬菜對(duì)氮、磷污染程度較重水體的處理能力比氮、磷污染程度較輕水體高。其原因在于：氮、磷污染程度較重時(shí)，氮、磷等營(yíng)養(yǎng)元素充足，通過蒸騰作用氮、磷能以較快的速率進(jìn)入植物內(nèi)部，此時(shí)的氮、磷等營(yíng)養(yǎng)元素不會(huì)成為水生蔬菜生長(zhǎng)的制約因素；氮、磷污染程度較輕時(shí)，氮、磷等營(yíng)養(yǎng)元素較為缺乏，此時(shí)的氮、磷等營(yíng)養(yǎng)元素成為制約水生蔬菜生長(zhǎng)的重要因素，而蒸騰作用主導(dǎo)的對(duì)營(yíng)養(yǎng)元素的吸收大大降低，水生蔬菜只有通過主動(dòng)吸收來(lái)維持營(yíng)養(yǎng)元素的進(jìn)入，這必然導(dǎo)致水生蔬菜對(duì)營(yíng)養(yǎng)元素吸收速率下降[18]。因此，運(yùn)用水生蔬菜處理養(yǎng)殖魚塘水體時(shí)，尤其是種植面積應(yīng)該充分考慮原水的初始水質(zhì)狀況。

3.4 種植面積

在水生蔬菜凈化養(yǎng)殖漁塘系統(tǒng)中，水生蔬菜被認(rèn)為是水體中營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的貯存庫(kù)，從水體中被提取的氮、磷等營(yíng)養(yǎng)元素大多被保存在植株內(nèi)，并隨著收割而徹底從水體中移除。因此，水生蔬菜生物量的多少?zèng)Q定了其吸收去除養(yǎng)殖漁塘水體中氮、磷等營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的數(shù)量水平[19]。通常，在維持水生蔬菜正常生長(zhǎng)發(fā)育的條件下，單位面積種植密度越高，或者種植面積越大都有利于養(yǎng)殖漁塘水體的凈化效率的提高。而另一方面，當(dāng)水面水生植物覆蓋率達(dá)到一定程度時(shí)，就會(huì)影響到原有水面與空氣之間的氧氣傳輸，使得水體中的溶解氧不足，最終會(huì)導(dǎo)致其他水生生物和魚類競(jìng)爭(zhēng)水體中的溶解氧，因此，并不是無(wú)限制地提高水生蔬菜的覆蓋率對(duì)池塘養(yǎng)殖都有利[20]。葉聰[11]研究了不同種植面積下水蕹菜對(duì)蝦池水質(zhì)凈化效果，將水蕹菜按 1.25 kg/m2的種植量種植于蝦池，種植面積分別為塘面積的 5%、10%、15%、20%及 30%。結(jié)果發(fā)現(xiàn)種植面積為10%的蝦池水蕹菜單位產(chǎn)量最高（15.78 kg/m2），每 m2水蕹菜可吸收 20.76 g 氮和 7.38 g 的磷，比其余各組高 10.1%～15.8%；陳家長(zhǎng)[15]等人對(duì)主養(yǎng)魚為鯽魚的苗種養(yǎng)殖池塘中采用浮床栽培空心菜來(lái)凈化水體，研究表明20%空心菜的覆蓋率凈化效果最佳。由此可見，種植面積對(duì)于特定的水生蔬菜和養(yǎng)殖產(chǎn)品一定存在最優(yōu)值。而最優(yōu)值的選擇只能通過實(shí)驗(yàn)獲取。

4 結(jié)論

對(duì)于魚塘養(yǎng)殖戶而言，運(yùn)用水生蔬菜凈化和改善魚塘水質(zhì)不僅可以優(yōu)化魚塘養(yǎng)殖環(huán)境，提高養(yǎng)殖產(chǎn)品的成活率和產(chǎn)量，還能因此收獲數(shù)量可觀的新鮮蔬菜，增加了單位面積魚塘的收入，可謂一舉多得，值得推廣。盡管如此，水生蔬菜凈化和改善魚塘水質(zhì)技術(shù)，許多尚處于中試，甚至小試階段。有待進(jìn)一步優(yōu)化和明確的主要內(nèi)容包括：①適合于魚塘種植水生蔬菜的實(shí)用裝置設(shè)施的研發(fā)；②能高效處理養(yǎng)殖水體富營(yíng)養(yǎng)化，且具有較高經(jīng)濟(jì)價(jià)值的水生蔬菜產(chǎn)品的選育；③深入研究水生蔬菜植物根系與微生物之間的相互影響機(jī)制，如植物根系與氮轉(zhuǎn)化細(xì)菌、藻毒素降解細(xì)菌之間的互生或拮抗效應(yīng)等，進(jìn)一步探討提高水生蔬菜微生物除污能力的途徑；④開展對(duì)水生蔬菜濾床的積泥以及蔬菜殘留物進(jìn)行堆肥化研究，進(jìn)一步提高整個(gè)系統(tǒng)的資源循環(huán)利用程度。

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（收稿日期：2016-04-27）