水葫蘆對加州鱸池塘水質及底泥凈化作用研究

李 姣，梁旭方，方 劉，孫龍芳，程小燕，余德光，謝 駿，白俊杰

（1.華中農業大學水產學院/華中農業大學鱖魚研究中心，湖北 武漢 430070；2.淡水水產健康養殖湖北省協同創新中心/農業部淡水生物繁育重點實驗室，湖北 武漢 430070；3.中國水產科學研究院珠江水產研究所/農業部熱帶亞熱帶水產資源利用與養殖重點實驗室，廣東 廣州 510380）

傳統的水產養殖為了追求經濟效益，過度使用養殖水體，導致水質惡化，嚴重影響了我國水產養殖業的綠色健康發展。因此，改善養殖水環境，構建環境友好型高效養殖模式的相關研究已成為水產養殖研究領域熱點。水葫蘆（Eichhornia crassipes）屬單子葉多年生植物，雨久花科鳳眼蘭屬［1］，其繁殖速度快，是良好的飼料和有機肥源。20世紀30年代水葫蘆由南美引入我國，廣泛放養于我國南部地區，后逸為野生，因過度繁殖，泛濫成災，影響了生態并造成了經濟損失［2］。近年來研究發現水葫蘆具有改良水質的功效［2-5］，因此，適量栽種水葫蘆成為水產養殖池塘水質修復的潛在途徑。

加州鱸（Micropterus salmoides）又名大口黑鱸，屬鱸形目、太陽魚科、黑鱸屬，其肉鮮味美，是一種名貴的肉食性魚類。加州鱸具有適溫較廣、抗病力強、生長迅速、容易起捕等優點［6］，是廣東省重要的淡水養殖品種之一，年產量可達10萬t［7］。廣東地區加州鱸養殖采用高密度養殖土池模式，水體負荷重，導致養殖環境被破壞，水質惡化，進而引發養殖病害，嚴重影響該產業的可持續發展。目前，關于構建加州鱸高效健康養殖模式的相關研究已有報道［8-9］，但關于水生植物對加州鱸高密度養殖池塘的凈水研究較少。本研究模擬構建加州鱸養殖池，采用水葫蘆作用于高密度加州鱸養殖池，通過檢測池塘水質、底泥及浮游生物群落組成的變化，觀察水葫蘆對加州鱸高密度養殖池的影響，探索水葫蘆在加州鱸養殖實際生產中的池塘凈化作用。

1 材料與方法

1.1 水葫蘆施放及加州鱸養殖管理

試驗池位于廣東省佛山市三水白金水產種苗有限公司養殖基地（23°8.542′N，112°50.758′E），選擇6個相鄰的室外混凝土池（2 m×2 m×1.2 m），容積為4.8×103L。養殖水、底泥及水葫蘆來自加州鱸養殖塘。

每個池加入4×103L加州鱸養殖塘水，水深1 m。于加州鱸養殖塘中取底泥覆蓋在6個混凝土池底部，每個池底泥覆蓋高度為15 cm，模擬傳統加州鱸養殖塘。分別投放規格為50～80 g加州鱸，養殖密度為每667 m26667尾，試驗期間加州鱸存活率為100%。將6個混凝土池分為2組，水葫蘆沖洗后轉移進試驗組養殖池，轉移密度為10株/m2，使之占池塘面積20%［10］，對照池不做任何處理。

試驗組和對照組均投喂等量冰鮮魚，每天投喂 3次（8：00、12：00和 17：00），兩組的加州鱸養殖管理措施均相同。試驗期間每天記錄天氣情況和降雨情況，投放水葫蘆前取樣1次，投放后每天采樣1次，采樣時間為上午8：00～10：00，試驗持續 8 d。

1.2 指標測定

1.2.1 水質指標檢測 試驗所測水質指標包括pH值、NH4+-N、亞硝酸鹽、總氮（TN）、總磷（TP）。用水樣采集器（1 L）分別于試驗池四角及中心采集水樣，每池收集水樣500 mL，采樣深度為0.5～0.7 m。NH4+-N濃度測定采用納氏試劑分光光度計法（GB7479-1987），亞硝酸鹽濃度測定采用鹽酸萘乙二胺分光光度計法（GB7493-1987），TN濃度測定采用堿性過硫酸鉀紫外分光光度計法（GB/T 11894-1989），TP濃度測定采用鉬酸銨分光光度計法（GB11893-1989），pH值采用pH計測定（Mettler Toledo，美國）。

1.2.2 底泥指標檢測 試驗所測底泥指標包括底泥有機物含量及底泥全磷含量。分別于試驗池四角及中心采集底泥樣品，每池收集底泥樣品200 g，底泥樣品自然風干搗碎，使用0.25 mm篩網過濾。底泥有機物含量測定采用重鉻酸鉀法［11］，底泥全磷測定采用鉬酸銨分光光度計法（GB11893 - 1989）。

1.2.3 浮游動植物檢測 用1 L采水器在池塘四周水深0.5 m處分別采集水樣，混合后取樣1 L，加入15 mL魯戈氏劑固定，帶回實驗室沉淀48 h后虹吸上清液，余下樣品定容為30 mL，用于定量樣品的分析，浮游動植物密度的計算參照文獻［12-13］。

試驗數據采用SPSS 19.0進行統計分析，使用GraphPad Prism 5作圖。

2 結果與分析

2.1 水葫蘆處理對加州鱸養殖水體水質的影響

2.1.1 pH變化 試驗期間，對照與水葫蘆處理養殖水體的pH均呈先下降后上升趨勢，均在投放第4天達到最低值；在投放水葫蘆的第1～3 d，對照與水葫蘆處理養殖水體的pH無明顯差異，投放第4～8天，水葫蘆處理養殖水體的pH均高于對照。可見，投放水葫蘆能在一定程度上提高養殖水體pH（圖1）。

圖1 投放水葫蘆后養殖水體pH值變化

2.1.2 NH4+-N濃度變化 試驗期間加州鱸模擬池塘NH4+-N的濃度變化如圖2所示，試驗期間對照及水葫蘆處理養殖水體的NH4+-N濃度均上升，但水葫蘆處理的上升幅度較對照小。水葫蘆處理養殖水體的NH4+-N濃度均低于對照，并在投放水葫蘆第5天兩組間差異最大，水葫蘆的去除率達到最高，高于對照60.9%，表明投放水葫蘆后，能有效降低加州鱸塘水體NH4+-N濃度，但高密度加州鱸養殖池塘水中NH4+-N含量增加速度快于去除速度。

圖2 投放水葫蘆后養殖水體NH4+-N濃度變化

2.1.3 亞硝酸鹽濃度變化 試驗期間加州鱸模擬池塘亞硝酸鹽的濃度變化如圖3所示，水葫蘆處理與對照養殖水體的亞硝酸鹽濃度均持續增加，且兩組間無明顯差異，表明水葫蘆并不影響加州鱸塘水體亞硝酸鹽濃度。

圖3 投放水葫蘆后養殖水體亞硝酸鹽濃度變化

2.1.4 TN濃度變化 試驗期間加州鱸模擬池塘TN的濃度變化如圖4所示，水葫蘆處理與對照養殖水體的TN濃度均持續增加，處理過程中水葫蘆處理養殖水體的TN濃度均低于對照，但在處理第7天，兩組TN含量相同。TN在釋放后第1天，去除率最大，高于對照59%，表明試驗前期，水葫蘆可有效降低水體TN濃度。

圖4 投放水葫蘆后養殖水體TN濃度變化

圖5 投放水葫蘆后養殖水體TP濃度變化

2.1.5 TP濃度變化 試驗期間加州鱸模擬池塘TP的濃度變化如圖5所示，試驗期間TP濃度變化幅度較大，水葫蘆處理和對照養殖水體的TP濃度差異不大，變化趨勢基本相同，僅在第3天試驗養殖水體的TP含量下降44.9%，表明水葫蘆對模擬加州鱸塘水體中TP濃度影響不大。

2.2 水葫蘆處理對加州鱸養殖塘底泥的影響

2.2.1 有機物含量變化 水葫蘆處理第1天，試驗塘底泥有機物含量比對照明顯減少，水葫蘆處理第6天，試驗塘底泥有機物含量與對照一致，并在試驗后期，有機物含量高于對照。試驗期間，底泥有機物含量趨勢變化不大。表明水葫蘆投放前期，可有效降低底泥有機物含量，最大去除率達65.6%（圖6）。

圖6 投放水葫蘆后試驗塘底泥有機物含量變化

2.2.2 全磷含量變化 試驗期間加州鱸模擬池塘底泥全磷的濃度變化如圖7所示，水葫蘆處理與對照養殖水體的底泥全磷含量均先上升后下降，且水葫蘆處理養殖水體的底泥全磷含量均低于對照，最大去除率達46.9%。表明投放水葫蘆可有效降低加州鱸塘底泥全磷含量。

2.3 水葫蘆處理對加州鱸養殖水體浮游生物總量的影響

圖7 投放水葫蘆后試驗塘底泥全磷含量變化

試驗期間加州鱸模擬池塘浮游生物的總量變化如圖8所示，水葫蘆處理與對照養殖水體的浮游生物總量大體一致，僅在第2、第8天低于對照。試驗期間，兩組的浮游生物組成總體差異不大，裸藻門、甲藻門受水葫蘆影響不大。水葫蘆處理養殖水體的綠藻門、硅藻門浮游藻類均低于對照。試驗前期，水葫蘆處理組藍藻門、綠藻門、硅藻門、黃藻門、原生動物含量下降；試驗后期，藍藻門、黃藻門、原生動物含量逐漸與對照無差異（表1）。

圖8 投放水葫蘆后試驗塘水體浮游生物總量變化

3 結論與討論

3.1 水葫蘆處理對加州鱸養殖水體水質的影響

加州鱸適宜在中性偏堿的水中養殖，最適pH范圍為7.5～8.5［14-15］。本試驗過程中的pH范圍為7.5～8.0，適宜加州鱸生長。有研究表明，水葫蘆大量繁殖后會降低水體pH［2］，而本試驗中水葫蘆處理養殖水體的pH與對照無明顯差異，且在第4天后，略高于對照，說明本試驗水葫蘆轉移密度并不影響養殖水體的pH。

水葫蘆是普遍存在的一類具有改良水質能力的水生植物［2-5］，對水體中的氮、磷具有明顯的去除作用［3］，還可依靠根莖上的微生物加速氨態氮向亞硝酸態氮和硝酸態氮轉化，便于水生植物的吸收與利用［4］。徐在寬［5］利用水葫蘆進行水質改良試驗，發現每千克水葫蘆可有效吸收氨氮47.9 mg/d；張迪等［16］利用水葫蘆凈化黃顙魚養殖水體水質，結果顯示總氮最大去除率為53%，氨氮最大去除率為76%；張志勇等［2］通過探索水葫蘆對模擬4種不同程度富營養化水體水質的凈化作用，發現水葫蘆可有效降低總氮及氨氮含量。本試驗通過在模擬加州鱸塘中施放水葫蘆也得到了類似結果，水體中氨氮和總氮均降低，氨氮在施放后第5天，去除率最大，高于對照60.9%；總氮在釋放后第1天，去除率最大，高于對照59%。這是由于植物水中氮、磷都是植物組織構成的主要元素，植物通過根莖葉從水體中獲取營養，用以合成有機生物成分。但該試劑對亞硝酸鹽降解效果不及氨氮明顯，可能由于池塘中某些因子的變化，從而影響了水葫蘆對亞硝酸鹽的降解效果。

已有研究表明，水葫蘆具有顯著的去磷能力［2，5，16］。本試驗中水葫蘆對水中磷的降解效果不明顯，可能由于殘餌和魚代謝物等在水中不斷分解，由浮力作用漂浮于上水層，因而會在不同時期給不同水層的水質帶來影響。

表1 對照和水葫蘆處理養殖水體浮游生物含量（103個/L）

3.2 水葫蘆處理對加州鱸養殖塘底泥的影響

池塘底質對養殖水體有很大的影響。底泥對水質影響很大，底泥的pH直接影響水體的pH，底泥中有機物及無機鹽含量對水體的溶氧量、肥瘦情況都有直接影響［17］。底泥中的有機質在分解過程中不斷消耗水體中的溶氧量［18］，底泥中的腐殖質不但能向水中提供營養物質，而且與土壤中的礦物膠粒一起對水中的無機物特別是一些營養鹽類產生吸附作用，對池塘施肥有重要影響［19］。水生植物是池塘生態系統的重要組成，在凈化水質和保護底質、疾病預防和提高水產養殖效益方面有重要作用［20］。目前關于水葫蘆凈化水體底質的研究未見報道，本試驗中水葫蘆可有效降解底泥中的有機物含量，最大去除率達65.6%，一方面保障了水質清新，增加水體溶氧量；另一方面可能造成底泥環境的不穩定，導致水質過瘦。

水葫蘆具有顯著的去磷能力，多數研究聚焦于水體中磷的去除［2，5，16］，關于水葫蘆去除底泥全磷的研究較少［21］。本試驗中，水葫蘆對底泥中全磷的去除作用顯著，最大去除率達46.9%，說明水葫蘆根系可作為生物膜吸收劑去除水中的營養物質，且底泥與水體之間N、P達到動態平衡。

3.3 水葫蘆處理對加州鱸養殖水體浮游動植物的影響

浮游植物是水生態系統的初級生產者，可以決定水體生產性能，與水產養殖密切相關［22］。一個良好的養殖水體，浮游生物量較大，藍藻數目較少，藻類細胞未老化，水體透明度好［23］。浮游生物量減少、藍藻等難消化藻類增多、細胞老化，說明養殖水體較差。于津［24］通過在烏鱧池中施放水生植物，發現水生植物對浮游生物總量影響不大。本試驗水葫蘆對浮游生物總量的影響與上述結果一致。對照的浮游生物量在第2、第8天顯著增加，而水葫蘆處理養殖水體的維持原水平，可能由于氣候變化引起水環境動蕩，水葫蘆的施放增加了水體穩定性。試驗塘浮游生物優勢種為綠藻、藍藻、黃藻，水葫蘆處理后，顯著降低了綠藻、藍藻的含量，說明這些水生植物的培植對控制藻類結構具有一定作用。

水葫蘆作為一種水生植物，具有良好的改善水質作用，利于加州鱸的健康養殖。夏季高溫季節，加州鱸易發病，在池塘中施放一定量的水葫蘆，可在一定程度上改善養殖池塘水質。加州鱸從魚種養殖到商品魚歷時5～6個月，而水葫蘆繁殖力非常強，平均8～10 d就可增長1倍，而過量的水葫蘆將遮擋陽光，使水下植物因光照不足而死亡，從而使水下動物食物鏈遭到破壞［1］。因此水葫蘆處理加州鱸池塘過程中要控制水葫蘆的面積，及時清理多余的水葫蘆。科學利用水葫蘆可以將之變廢為寶，改善養殖水環境，構建環境友好型高效養殖模式。

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