生物浮床對黃顙魚養(yǎng)殖塘浮游植物多樣性與水質的影響

趙學倩， 秦秀東， 程光平*， 高勝男， 李恩軍， 張 曼， 李文紅， 崔 亮

(1.廣西大學 動物科學技術學院/廣西高校水生生物健康養(yǎng)殖與營養(yǎng)調控重點實驗室， 廣西 南寧 530005； 2.桂林市第二水產(chǎn)養(yǎng)殖場， 廣西 桂林 541000)

黃顙魚(Pelteobagrusfulvidraco)是我國池塘養(yǎng)殖的重要經(jīng)濟魚類之一，因其肉質細嫩、味道鮮美，深受城鄉(xiāng)居民的喜愛。近年來，隨著黃顙魚養(yǎng)殖規(guī)模的擴大，以及養(yǎng)殖密度、飼料輸入量和魚類排泄物的增加，養(yǎng)殖水體富營養(yǎng)化壓力加大，水質調控難度增加，水華及養(yǎng)殖對象病害頻發(fā)，養(yǎng)殖尾水處理面臨諸多問題[1]。浮游植物對水環(huán)境變化敏感，是水域生態(tài)系統(tǒng)的初級生產(chǎn)者、水生動物的餌料生物、水環(huán)境的重要指示物，以及物質循環(huán)和能量流動的重要水生生物群落[2-4]；其群落結構與水生態(tài)環(huán)境因子尤其是理化因子關系密切，能較好地反映所處水體水質優(yōu)劣，指示水體污染狀況[5]，在環(huán)境監(jiān)測和水質評價中占重要地位[6-8]。同時，浮游植物物種組成與物種豐富度能反映群落中物種的多樣性[9]，是評價水體富營養(yǎng)化程度和測定物種多樣性的一項指標[10]。張芳等[11-12]以水生植物對水體中氮磷等元素的吸收利用為基礎，對水體中的理化因子及浮游植物多樣性進行監(jiān)測分析。目前，如何有效評價和調控黃顙魚養(yǎng)殖池塘水質已成為急需解決的問題[13]。鑒于此，定期監(jiān)測分析水葫蘆和水花生2種生物浮床黃顙魚養(yǎng)殖塘的浮游植物群落的動態(tài)變化，采用模糊綜合評價方法研究2種生物浮床養(yǎng)殖塘浮游植物豐富度、多樣性指數(shù)、優(yōu)勢度及均勻度指數(shù)等與養(yǎng)殖水環(huán)境因子的關系，旨在探明黃顙魚養(yǎng)殖塘水質的生態(tài)調控模式，為魚類養(yǎng)殖水環(huán)境的高效集成調控提供參考。

1 材料與方法

1.1 供試材料

1.1.1 黃顙魚養(yǎng)殖池塘水體取自廣西桂林市某水產(chǎn)養(yǎng)殖場的No.4和No.5養(yǎng)殖池塘。

1.1.2 生物浮床由床體和生物基質構成。床體由框架和護網(wǎng)組成(框架為用直徑5 cm的白色PVC塑料管制成的矩形浮框，護網(wǎng)用網(wǎng)目2 cm的無結節(jié)網(wǎng)片和綱繩制成)，浮床生物基質用水葫蘆和水花生。

1.2 試驗方法

1.2.1 試驗設計 試驗時間為2017年5月21日至11月14日。先將床體用竹樁固定于離塘堤約10 m的區(qū)域，然后裝設與浮框面積相當?shù)淖o網(wǎng)，No.4塘設水葫蘆浮床，No.5塘設水花生浮床，浮床面積均為700 m2。各池塘水面積均為11 340 m2，平均水深約1.8 m，淤泥厚度約50 cm。主養(yǎng)全雄黃顙魚。試驗期間No.4和No.5塘的配合飼料輸入量分別為14.2 t和17.0 t。

1.2.2 水樣采集采樣點為非投飼區(qū)，距生物浮床約20 m。各塘放養(yǎng)黃顙魚種2 d后參照文獻[14-16]的方法開始采集水樣并進行樣品處理，首次采樣后每隔30 d左右采樣1次，先后共采集監(jiān)測水樣6次。

1.2.3 測定項目參照文獻[14-16]的方法進行相關項目測定，包括：浮游植物密度、生物量和種類組成(鑒定到屬)，總磷(TP)、總氮(TN)、化學需氧量(CODMN)、5 d生化需氧量(BOD5)、亞硝酸鹽氮(NO2-N)、氨氮(NH3-N)、溶解氧(DO)、pH、溫度(WT)和透明度(SD)。

1.2.4 浮游植物的多樣性分析參照文獻[17-19]的方法計算浮游植物類群的優(yōu)勢度(Y)，用Margalef種類豐富度指數(shù)(D)、Shannon-Wiener多樣性指數(shù)(H)和Pielou均勻度指數(shù)(J)表示浮游植物多樣性，用模糊綜合法[20-24]評價水質。其中，Y≥0.02為優(yōu)勢種群[17]；D>3時水體質量為輕度污染，1≤D≤3時為中度污染，03時水體質量為輕度污染，1≤H≤3時為中度污染，0

Y=(Ni/N)×fi

D=(S-1)/lnN

J=H/lnS

式中，Ni為第i個種群的個數(shù)，N為同一樣品中所有種群的總個數(shù)，fi為第i種群的出現(xiàn)頻率，S為樣品中浮游植物種群類別總數(shù)，Pi為采樣的浮游生物群落中屬于種i的個體占全部個體的比例。

1.2.5 水質模糊綜合評價根據(jù)模糊數(shù)學理論選擇DO、NH3-N、NO2-N、TP、BOD5、CODMN、SD和TN等8項對水質影響較大的理化因子作為構建模糊綜合評價模型的評價指標(n=8)[20-24]，對各池塘水體健康狀況進行模糊綜合評價，具體步驟如下：

1) 降半梯形分布圖法計算隸屬度函數(shù)；

2) 建立模糊關系矩陣；

3) 計算評價因子權重；

4) 模糊綜合評價。

2 結果與分析

2.1 浮游植物的多樣性

2.1.1 種群組成從表1可知，No.4塘檢出浮游植物6門33屬，優(yōu)勢種群為綠藻門和藍藻門，分別占該塘總屬數(shù)的48.48%和21.21%；No.5塘檢出浮游植物5門30屬，優(yōu)勢門為綠藻門和硅藻門，分別占該塘總屬數(shù)的46.67%和26.67%。綠藻是濾食性魚類的重要餌料生物；硅藻對污染物反應靈敏，能較好地指示水體的營養(yǎng)狀況，硅藻屬豐度指數(shù)越高說明水體受污染程度越輕，反之則水體受污染程度越重，水質越差[25]。No.4和No.5塘均以綠藻門的種群豐度最大，而No.5塘的硅藻豐度比No.4塘高46.69%，表明，水花生浮床更有利于硅藻生長，也有利于養(yǎng)殖水環(huán)境的調控。

表1不同養(yǎng)殖塘浮游植物的種群組成

Table 1 Population composition of phytoplankton in different pond

類別 CategoryNo.4塘 Pond 4屬數(shù)/屬占比/%No.5塘 Pond 5屬數(shù)/屬占比/% 藍藻門 Cyanophyta721.21620.00綠藻門 Chlorophyta1648.481446.67硅藻門 Bacillariophyta618.18826.67甲藻門 Pyrrophyta13.03--黃藻門 Xanthophyta13.0313.33裸藻門 Euglenophyta26.0713.33合計 Total33100.0030100.00

注：表中數(shù)據(jù)為6次測定的總頻數(shù)；—表示未發(fā)現(xiàn)(下同)。

Note:Data in the table are total frequencies measured for six times; - indicates not detected. The same below.

2.1.2 浮游植物種群豐度及其動態(tài)變化從表2和圖1可知No.4塘和No.5塘浮游植物種群豐度的動態(tài)變化。2塘的優(yōu)勢種群均為藍藻門、綠藻門和硅藻門，其優(yōu)勢度Y均≥0.02。其中，No.4塘各優(yōu)勢種群的優(yōu)勢度依次為0.464、0.456和0.034，最大優(yōu)勢種群為藍藻門，種群數(shù)量為(6.8～69.4)×104個/L，峰值期出現(xiàn)在8月，季節(jié)性波動較大；No.5塘各優(yōu)勢種群的優(yōu)勢度依次為0.410、0.459和0.121，最大優(yōu)勢種群為綠藻門，種群數(shù)量為(19.4～48.6)×104個/L，峰值期亦出現(xiàn)在8月，季節(jié)性波動相對較小。No.4塘綠藻門的種群生物量最大，平均為0.128 9 mg/L，季節(jié)性波動相對較小，為0.079 3～0.159 8 mg/L；豐值期出現(xiàn)在9月，在季節(jié)變化上養(yǎng)殖前期和中期較低，中后期較高，該變化與飼料輸入量及其“殘餌”增加，以及養(yǎng)殖魚類排泄物的作用有一定關系。No.5塘硅藻門的種群生物量最大，平均為0.264 9 mg/L，季節(jié)性波動相對較大，為0.117 4～0.544 2 mg/L；豐值期出現(xiàn)在5月，在季節(jié)變化上養(yǎng)殖前期較高，中后期有所下降，主要與黃顙魚的生長及其對硅藻的攝食利用有關。

表2 不同養(yǎng)殖塘各門浮游植物的密度、比例及優(yōu)勢度

圖1No.4塘和No.5塘生物量的動態(tài)變化

Fig.1 Biomass dynamic changes of ponds 4 and 5

2.1.3 浮游植物種群豐富度指數(shù)(D)、多樣性指數(shù)(H)和均勻度指數(shù)(J)的動態(tài)變化從圖2可知，No.4塘和No.5塘的D分別為0.87～1.46和0.94～1.33，二者的最大值均出現(xiàn)在8月，分別為1.46和1.33，No.4塘的季節(jié)性波動較大，而No.5塘的季節(jié)性波動較小。No.4塘浮游植物H為2.94～3.38，No.5塘浮游植物H為2.88～3.60，二者的最高值均出現(xiàn)在7月，分別為3.38和3.60。No.4塘和No.5塘的J分別為0.65～0.91和0.73～0.85，二者的最高值均出現(xiàn)在7月，分別為0.91和0.85，前者季節(jié)性波動較大，后者季節(jié)性波動較小。浮游植物多樣性指數(shù)是判斷水體營養(yǎng)狀態(tài)的重要指標，指數(shù)值越大，浮游植物的群落結構越復雜，穩(wěn)定性越高，水質越好?？傮w上，No.5塘浮游植物的D和H分別比No.4塘提高4.6%和2.9%，二者的J基本相當。表明，水花生浮床塘的水生環(huán)境較穩(wěn)定，水質略優(yōu)于水葫蘆浮床塘。

圖2No.4塘和No.5塘浮游植物豐富度指數(shù)(D)、多樣性指數(shù)(H)和均勻度指數(shù)(J)的動態(tài)變化

2.2 水質評價

從表3看出，No.4塘8—10月的D為1.17～1.46(1

從表4看出，2個池塘各水質指標均存在差異，除化學需氧量、亞硝酸鹽氮和透明度外，其余指標均以No.5塘高。t檢驗結果表明，各因子的P值為0.140～0.900，均>0.05。說明，2個養(yǎng)殖塘各主要水質指標間無顯著差異。從表5看出，No.4塘對應水質等級Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ和Ⅴ的隸屬度分別為0.32、0.36、0.28、0.01和0.04，No.5塘的隸屬度分別為0.28、0.37、0.29、0.01和0.05。根據(jù)最大隸屬度原則，2個養(yǎng)殖塘水質等級評價結果均為Ⅱ類水，水質類別無差異。

表3 各塘基于浮游植物多樣性指數(shù)的水質評價

表4 2種生物浮床養(yǎng)殖塘不同時期水質指標的監(jiān)測值

表5 2種生物浮床養(yǎng)殖塘水質指標的綜合評價

注：表中的水化因子為6次測定值的平均值。Ci為各評價因子實測值，Si為依據(jù)《地下水質量標準》(GB/T14848-93)確定的第i評價因子的類別標準的平均值，wi為各評價因子的權重值。

Note: The hydration factor in the table is the average of six measurements.Ciis the measured value of each evaluation factor,Siis the average value of the category standard of evaluation factor i determined according toGroundwaterQualityStandard(GB/T14848-93), andwiis the weight value of each evaluation factor.

3 結論與討論

浮游植物優(yōu)勢種的種類在未受污染的水體中表現(xiàn)出多樣性，豐度也較高，且以硅藻為主；而受污染水體中的浮游植物種類和豐度均明顯減少，硅藻不占優(yōu)勢[26]。研究結果表明，No.5塘浮游植物組成中硅藻占26.67%，比No.4塘高46.7%；No.5塘硅藻的種群數(shù)量為8.43×104個/L，比No.4塘高68.6%；No.4塘和No.5塘浮游植物豐富度指數(shù)分別為0.87～1.46和0.94～1.33，No.5塘比No.4塘高4.6%。此外，從浮游植物組成及硅藻豐度看，No.5塘水質總體優(yōu)于No.4塘，與胡方凡等[27]的研究結果相似。

不同營養(yǎng)狀態(tài)的水體生物種類存在差異，貧營養(yǎng)型水體浮游植物以金藻和黃藻類為主，中營養(yǎng)型水體常以甲藻、隱藻和硅藻類占優(yōu)勢，富營養(yǎng)型水體則常以綠藻和藍藻類占優(yōu)勢[27]。該研究表明，2試驗塘的浮游植物優(yōu)勢種群均為藍藻門、綠藻門和硅藻門，基于藻類優(yōu)勢種的判斷，均屬富營養(yǎng)型水體。從優(yōu)勢種群的豐度看，No.5塘硅藻的生物量為0.264 9 mg/L，比No.4塘(0.083 7 mg/L)高216.4%，因此，從營養(yǎng)類型與浮游生物組成看，No.5塘水質優(yōu)于No.4塘，與金相燦等[28]的研究結果相似。

藻類作為養(yǎng)殖塘水體中溶解氧最重要的來源，其數(shù)量和生物量的大小直接影響魚類的生長，而浮床植物的遮光效應是生態(tài)浮床影響藻類的主要原因之一[29]。生物浮床能夠顯著降低水體中氮磷含量，凈化水質[30]。戈賢平[31]研究認為，當生物浮床在養(yǎng)殖池塘水面覆蓋率為7.5%時，可使水體透明度增高，氨氮和亞硝酸鹽氮含量降低，養(yǎng)殖產(chǎn)量可提高20%，并能提高魚肉品質。牛英豪等[32]研究證明，空心菜+水芹菜浮床對中華鱉養(yǎng)殖的總氮去除率為76.53%，對氨氮的去除率為87.40%，對NO2-N的去除率為37.29%。該研究結果表明，2種生物浮床塘的水質類型總體上無類型差異，但根據(jù)Shannon-Wiener多樣性指數(shù)評價標準分析，No.5塘出現(xiàn)1次中度污染，而No.4塘出現(xiàn)2次中度污染，表明，基于浮游植物多樣性指數(shù)的水質評價，No.5塘水質優(yōu)于No.4塘。因此，當以水花生或水葫蘆調控黃顙魚養(yǎng)殖塘水質時，宜首選水花生浮床。

該研究僅選取2種生物浮床試驗，缺平行試驗，故評價結果存在一定局限性，更精準的生物浮床調控養(yǎng)殖水體水質的集成技術還有待進一步研究和驗證。