不同水蕹菜覆蓋率去除松浦鏡鯉池水中氮磷的效果

白海鋒，李引娣，王豐，張星朗，袁永鋒

（陜西省水產(chǎn)研究所，陜西 西安 710086）

生態(tài)浮床是以水生植物為主體，運(yùn)用無土栽培技術(shù)原理，應(yīng)用物種間共生關(guān)系以充分利用水體空間生態(tài)位和營(yíng)養(yǎng)生態(tài)位的原則，建立的高效有效消減水體中污染負(fù)荷的人工生態(tài)系統(tǒng)[1]。生態(tài)浮床移栽的水生植物種類較多，水蕹菜Ipomoea aquatica應(yīng)用最為廣泛。水蕹菜（又名空心菜）具有耐高溫、耐污性和較好的食用價(jià)值，可以一次栽種、多次收割，能有效凈化水體而不產(chǎn)生二次污染[2]。水蕹菜莖葉可為魚類遮陰；發(fā)達(dá)的根系可吸收水體中過多營(yíng)養(yǎng)鹽，附著在根須上的有益微生物還可分解水體有害物質(zhì)，為養(yǎng)殖魚類創(chuàng)造良好的生態(tài)環(huán)境。

我國(guó)的池塘養(yǎng)殖在漁業(yè)經(jīng)濟(jì)中占有舉足輕重的地位，隨著養(yǎng)殖技術(shù)的不斷提高和養(yǎng)殖對(duì)象的不斷優(yōu)化，池塘養(yǎng)殖產(chǎn)量逐年遞增，但養(yǎng)殖水環(huán)境富營(yíng)養(yǎng)化也在加劇，水域生態(tài)環(huán)境遭受損害，生活飲用水受到污染等[3]。因此，綠色、高效池塘養(yǎng)殖模式成為水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)發(fā)展的必經(jīng)之路。養(yǎng)魚池塘水體生態(tài)修復(fù)技術(shù)層出不窮，其中生態(tài)浮床系統(tǒng)又叫魚菜共生技術(shù)，是一種池塘水體原位修復(fù)和控制技術(shù)，備受關(guān)注。近年來，關(guān)于生態(tài)浮床的應(yīng)用研究主要集中在景觀、溝渠、河流、湖泊等水體的凈化[4-7]，對(duì)于養(yǎng)殖池塘水體富營(yíng)養(yǎng)化的防控研究相對(duì)較少。本研究通過在主養(yǎng)松浦鏡鯉Cyprinus carpio Songpu、套養(yǎng)長(zhǎng)豐鰱Hypophthalmichthys molitrix 的精養(yǎng)池塘中設(shè)置生態(tài)浮床，對(duì)比分析不同水蕹菜覆蓋率對(duì)池塘水體氮磷去除效果的影響，以期為養(yǎng)殖池塘魚菜共生模式推廣與改進(jìn)提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料

試驗(yàn)在陜西省西安市臨潼區(qū)漁場(chǎng)進(jìn)行。試驗(yàn)池塘東西走向，塘深1.8 m，水深1.5 m，面積667 m2，池塘水泥護(hù)坡，進(jìn)排水及充氧系統(tǒng)完善。生態(tài)浮床框架呈長(zhǎng)方形，長(zhǎng)250 cm，寬100 cm，由直徑60 mm竹竿和尼龍繩制作。浮床移栽水生植物的網(wǎng)徑100 mm，下設(shè)襯網(wǎng)網(wǎng)徑10 mm，其上種植有土栽培的水蕹菜。選擇長(zhǎng)勢(shì)良好、大小均勻的植株，輕挖出全部根部，洗凈泥土后快速移栽于浮床上，密度為25～35株/m2。

1.2 方法

試驗(yàn)自2017 年7 月1 日—9 月13 日，計(jì)75 d。試驗(yàn)初始各組間池塘水體總氮（TN）和總磷（TP）含量差異不顯著性（P＞0.05）（表1）。試驗(yàn)中水蕹菜覆蓋率為0%（對(duì)照組）、15%、20%、25%和30%，分別記作1#、2#、3#、4#、5#（表2），每種處理在3 個(gè)相同池塘中進(jìn)行。浮床系統(tǒng)由單個(gè)浮床相互串并聯(lián)組成，由繩索固定于池塘四周堤岸。試驗(yàn)池塘主養(yǎng)松浦鏡鯉，套養(yǎng)少量長(zhǎng)豐鰱（表2）。

表1 各試驗(yàn)池塘初始TN 及TP 含量Tab.1 Total nitrogen and total phosphorus levels in the experimental ponds

試驗(yàn)期間，每天早、中、晚投喂鯉全價(jià)人工顆粒飼料（蛋白含量42%），投喂量為魚體質(zhì)量的3%～5%，具體投喂量視天氣和鯉攝食情況而增減。試驗(yàn)期間不換水，視天氣情況開啟增氧機(jī)。每15 d 采水樣測(cè)定氮磷含量。每個(gè)塘選取池四角及池中心5 個(gè)取樣點(diǎn)，用采水器取水面下10～50 cm 深處的水樣，混合均勻后冷藏保存，24 h 內(nèi)送回試驗(yàn)室檢測(cè)。水樣總氮、總磷含量參照水和廢水監(jiān)測(cè)分析方法（第四版）[8]測(cè)定。

1.3 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析

N、P 的去除率（Y）依下面公式計(jì)算：

Y=（C0-Ct）/C0×100%[7]

式中：C0為初始TN、TP 濃度；Ct為終末TN、TP濃度。

試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理，使用Excel 2010 和SPSS 19.0 統(tǒng)計(jì)軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)與分析，用單因素分析中的最小顯著差數(shù)法進(jìn)行多重比較（P＜0.05）。

表2 各試驗(yàn)池中松浦鏡鯉和長(zhǎng)豐鰱的放養(yǎng)密度Tab.2 Stocking density of mirror carp Cyprinus carpio Songpu and Changfeng silver carp Hypophthalmichthys molitrix in the experimental ponds

2 結(jié)果與分析

2.1 不同覆蓋率水蕹菜浮床對(duì)魚塘水體總氮含量的影響

由圖1 可知：試驗(yàn)期間，四個(gè)處理組池塘水中的總氮濃度變化趨勢(shì)基部相同，均隨時(shí)間而遞減，其中，30%覆蓋率下的總氮濃度始終低于其余3 種處理池塘。試驗(yàn)結(jié)束時(shí)不同覆蓋率下水蕹菜池塘水中總氮濃度分別降低到1.72mg/L、1.51 mg/L、1.33 mg/L 和1.23mg/L；而對(duì)照池塘總氮濃度平均升高到6.81 mg/L。對(duì)照組池塘水體中總氮濃度與時(shí)間呈正相關(guān)（R2=0.965），試驗(yàn)塘與試驗(yàn)時(shí)間呈負(fù)相關(guān)（R2=0.973），對(duì)照池塘與水蕹菜池塘水中總氮含量差異顯著（P＜0.05）。

不同覆蓋率下水蕹菜對(duì)水體中氮去除效果表明，水蕹菜對(duì)養(yǎng)殖水體具有原位修復(fù)與凈化作用，隨著生態(tài)浮床覆蓋率的增加，池塘水體的氮磷去除率也相應(yīng)增加。試驗(yàn)結(jié)束時(shí)，15%、20%、25%和30%水蕹菜覆蓋率的浮床對(duì)總氮的去除率分別為45.02%、53.47%、59.17%和69.84%，三者差異性顯著（P＜0.05）。由此推斷，水蕹菜主要通過根部吸收作用減少水體中氮含量，吸收效果與水蕹菜覆蓋率（生物量）的增加呈正相關(guān)（R2=0.987）（圖2）。

2.2 不同覆蓋率水蕹菜浮床對(duì)魚塘水體總磷含量的影響

如圖3 所示，試驗(yàn)期間，對(duì)照池塘水體中總磷含量隨投喂量呈遞增趨勢(shì)，水體總磷濃度與試驗(yàn)時(shí)間呈正相關(guān)（R2=0.975）。4 種覆蓋率的池塘水中總磷含量隨時(shí)間迅速下降，15%覆蓋率的池塘水體中總磷的濃度始終低于其他3 種覆蓋率，且差異顯著（P＜0.05）；四種覆蓋率池塘總磷含量均與試驗(yàn)時(shí)間呈負(fù)相關(guān)（R2=0.988）。試驗(yàn)75 d 后，不同水蕹菜覆蓋率的池塘水體中總磷濃度分別降低到0.34 mg/L、0.26 mg/L、0.20 mg/L 和0.14 mg/L。在試驗(yàn)期間，四種處理試驗(yàn)塘與對(duì)照池塘之間均存在顯著性差異（P＜0.05）。

由圖4 可知，水蕹菜對(duì)養(yǎng)殖水體的凈化作用與其生物量（覆蓋率）存在相關(guān)性（R2=0.989）。隨著生態(tài)浮床覆蓋率的增加，池塘水體中磷的去除率與氮的去除率變化趨勢(shì)一致。實(shí)驗(yàn)結(jié)束時(shí)，15%、20%、25%和30%水蕹菜覆蓋率浮床對(duì)總磷的去除率分別為48.48%、55.93%、64.91%和76.67%，三者存在顯著性差異（P＜0.05）。水蕹菜吸收養(yǎng)魚池塘水體中總磷的效果好于總氮。

3 討論

本研究結(jié)果表明：水蕹菜的凈化效果與覆蓋率呈正相關(guān)；20%的覆蓋率對(duì)水體中各營(yíng)養(yǎng)因子的去除率最高[9]。本試驗(yàn)中，栽植水蕹菜的浮床對(duì)養(yǎng)殖水質(zhì)具有良好的凈化作用，氮磷去除率均大于45%。水蕹菜覆蓋率的增加，促進(jìn)了池塘水體氮磷去除率的增加，水雍菜覆蓋率在15%～30%之間，去除效果與覆蓋率呈正相關(guān)。但是，在生產(chǎn)中，水蕹菜的覆蓋率越大投入成本也越大；大面積生態(tài)浮床系統(tǒng)的架設(shè)對(duì)水體中浮游植物光合作用影響加大，導(dǎo)致水體中溶解氧降低。因此，本試驗(yàn)中未設(shè)置水雍菜覆蓋率大于30%的池塘。根據(jù)本試驗(yàn)結(jié)果，結(jié)合生產(chǎn)實(shí)際考慮，在進(jìn)行養(yǎng)魚池塘水質(zhì)生態(tài)調(diào)控時(shí)，水蕹菜覆蓋率適宜控制在20%～30%[10,11]。

生態(tài)浮床系統(tǒng)凈化水體的原理是利用植物的發(fā)達(dá)根系濃密網(wǎng)狀物，吸附水體中懸浮物；在其表面逐漸形成生物膜，膜中的微生物吞噬和代謝水中的污染物成為無機(jī)物促進(jìn)植物生長(zhǎng)[12]。一些浮床植物在生長(zhǎng)過程中能分泌克藻化學(xué)物質(zhì)，通過他感效應(yīng)抑制水體中浮游藻類的生長(zhǎng)繁殖，預(yù)防藍(lán)藻爆發(fā)[13]。氮磷元素是植物生長(zhǎng)所必需的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)。大多數(shù)養(yǎng)魚池塘隨著飼料投喂量的增加，水體中氮磷的含量往往超標(biāo)。雖然水蕹菜喜濕耐熱、生長(zhǎng)迅速、經(jīng)濟(jì)易得而作為生態(tài)浮床首選植物[14]。但是，在本試驗(yàn)中水蕹菜對(duì)磷的去除效果比氮好。在定山湖富營(yíng)養(yǎng)化防治試驗(yàn)中，交叉種植美人蕉Canna indica和再力花Thalia dealbata 去除氮磷效果顯著[15]。因此，配置移栽植物時(shí)，應(yīng)該在滿足去除某一種污染物效果的同時(shí)，盡量保證另一種污染物有較高的去除效果。

綜上所述，生態(tài)、高效養(yǎng)殖新模式下，應(yīng)用生態(tài)浮床系統(tǒng)在處理水體污染的同時(shí)能夠創(chuàng)造一定的經(jīng)濟(jì)效益，對(duì)景觀的美化也具有重要作用。利用生態(tài)浮床系統(tǒng)處理水體富營(yíng)養(yǎng)化具有顯著的生態(tài)效應(yīng)和經(jīng)濟(jì)效益[16-19]。因此，在實(shí)際應(yīng)用推廣中，采用生態(tài)浮床移栽水蕹菜能將水體氮磷水平控制在較低水平，同時(shí)適當(dāng)提高水蕹菜的覆蓋率，有利于修復(fù)養(yǎng)魚池塘的水體。考慮生態(tài)浮床的建設(shè)成本，魚塘水蕹菜的的覆蓋率一般控制在25%綜合效果較好。