主養羅非魚魚菜共生池塘水質指標的變化規律和氮磷收支

高 攀，李曉東，翟旭亮，胡建勇*，張人銘，劉 晶，陳韓飛，熱比古麗·沙吾提，林紅喜

(1.新疆維吾爾自治區水產科學研究所，農業部西北地區漁業資源環境科學觀測實驗站，新疆 烏魯木齊 830000；2.重慶市水產技術推廣總站，重慶400020；3.烏魯木齊百匯魚生漁業科技有限公司，新疆 烏魯木齊 830003)

水體環境是影響池塘養殖較為關鍵的因素之一。良好的水體環境可促進魚類健康生長，降低養殖成本，其已成為推進水產養殖業綠色高質量發展的必然要求。近年來，一些養殖者片面采取高密度放養和高強度投喂的手段實現養殖利益最大化，使得單位水體的外源物投入量急劇增加，池塘水環境惡化程度加劇，這種生產模式不僅增加了池塘養殖風險，還對水產品質量安全產生了一定的威脅[1-3]。為改善池塘養殖水體環境，近些年興起的基于共生原理的“魚-水生植物”生態循環技術因其環境友好已被廣泛應用，并已成為農業農村部2019年農業主推技術，而池塘魚菜共生綜合種養便屬于該技術的重要組成部分[4]。

池塘魚菜共生綜合種養將水產養殖和蔬菜種植兩種不同的農業技術，通過科學的生態設計，對池塘養殖水體進行原位處理和修復，是改善養殖水體環境實現節能減排的生態養殖新模式[5]。目前，池塘魚菜共生技術研究主要圍繞蔬菜品種、種植密度及池塘水質變化等開展相關研究[6]，不能從整體上反映養殖生態系統的運轉情況及物質代謝過程。鑒于此，本試驗通過結合氮磷物質轉化與收支、排污系數研究水質變化，以期為池塘魚菜共生養殖模式的建立及推廣提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 試驗地點

試驗地點位于烏魯木齊市米東區長山子鎮，試驗池塘和對照池塘各1口，均為標準化養殖池塘，池塘呈長方形(長×寬×深為100.0 m×50.0 m×1.8 m)，池塘面積0.5 hm2，池底淤泥10 cm左右。池塘具備獨立進排水設施，周圍無污染源。水源為地下深井水，水質符合GB 11607—1989《漁業水質標準》。池塘均在前一年度秋季養殖期結束后清塘消毒暴曬后備用。

1.2 試驗魚放養

魚種投放時間為2017年5月18日，魚種投放前用質量濃度1.5%生理鹽水浸泡10 min，試驗池塘和對照池塘魚種投放數量和規格詳見表1。

表1 池塘魚種投喂規格及數量

養殖飼料選用含34.2%粗蛋白、4.4%粗脂肪、1.08%磷的羅非魚專用配合飼料，試驗池塘和對照池塘飼料均安裝型號和功率相同的投餌機進行投喂，每天投喂 3次，每次 45 min左右，根據魚體生長、攝食和天氣情況，及時調整投食量。養殖期間選派專人進行日常投喂及管理，整個養殖期間不施用水質調節劑，不換水，每次采樣后的第1天和第15 天分別補充因蒸發和滲漏損失的水，每次補水于3 d內完成；兩個池塘均安裝型號和功率相同的葉輪式增氧機，定時增氧。

1.3 浮床制作

選用? 75 mm的PVC排水管制作浮床框架，浮床規格為360 cm×120 cm，聚乙烯網片分上下兩層包裹浮床，其中上層疏網、網眼3.0 cm，下層密網、網眼0.8 cm。網片用塑料扎帶繃緊，上下網片形成4～7 cm的間距。

1.4 蔬菜移植與采摘

6月12至15日，將在菜地育成的水蕹菜莖稈的長度剪為15 cm，使用扦插法將水蕹菜按10 cm株距插入浮床網片中。水蕹菜莖稈露出下層網片約3～4 cm。將移植好水蕹菜的浮床用繩子串聯分8行排布于池塘下風處，每行12個，共計96個，浮床面積共計415 m2，占池塘養殖面積的8.3%。浮床每行可整體移動，便于蔬菜采摘。經過約20 d的生長，當水蕹菜長至30 cm時開始刈割，以后每間隔15～18天刈割一次，每次刈割時稱重，做好日常記錄。

1.5 水樣采集與水質指標測定

分別于5月20日、6月9日、6月30日、7月21日、8月10日、8月30日、9月19日的12：00—13：00點于池塘四角采集水樣，水樣的采集、貯存、運輸和處理具體參照 GB/T 12999—1991的要求；氨氮采用納氏試劑比色法(GB 7479—1987)測定；亞硝酸鹽氮采用萘乙二胺分光光度法(GB 7493—1987)測定；硝酸鹽氮采用酚二磺酸分光光度法(GB 7480—1987)測定；總氮采用堿性過硫酸鉀消解紫外分光光度法(GB 11894—1989)測定；總磷采用鉬酸銨分光光度法(GB 11893—1989)測定。

1.6 生長性能和氮磷收支的測定

于9月19日池塘排水，次日對養殖魚類進行拉網捕撈與分揀，記錄池塘漁獲物各品種的尾數和總重，計算池塘各品種的成活率(Survival rate，SR)、吃食性魚類飼料系數、總飼料系數。魚體和飼料的粗蛋白含量采用凱氏定氮法(GB/T 5009.5—2003)測定，磷含量采用分光光度法(GB/T 12393—1990)測定，按照物料衡算進行池塘氮磷收支的估算和養殖池塘氮磷產排污系數測算。

成活率(%)=Af/Ai×100

(1)

吃食性魚類飼料系數=Fw/(Wa-Wb)

(2)

總飼料系數 FCR=Fw/(Wt-W0)

(3)

氮的利用率(%)=(Nt-N0)/Nf×100

(4)

磷的利用率(%)=(Pt-P0)/Pf×100

(5)

排污系數=S×H×(P2-P1)/(Wt-W0)

(6)

式中，Af為漁獲物中各品種終末尾數；Ai為放養各品種初始尾數；Fw為投喂飼料重量(kg)；Wa為漁獲物中羅非魚、異育銀鯽總重(kg)；Wb為放養羅非魚、異育銀鯽總重(kg)；Wt為漁獲物總重(kg)；W0為放養魚總重(kg)；Nt為收獲物的氮總量(kg)；N0為投入品的氮總量(kg)；Nf為投喂飼料的氮總量(kg)；Pt為收獲物的磷總量(kg)；P0為投入品的磷總量(kg)；Pf為投喂飼料的磷總量(kg)。S為池塘養殖面積(m2)；H為養殖水深(m)；P1、P2分別為池塘進、排水水中監測物的質量濃度(mg/L)。

1.7 數據處理

試驗結果用平均數±標準差表示，采用SPSS 17.0 統計軟件進行單因素方差分析，當處理之間差異顯著(P<0.05)時，用Duncan檢驗進行多重比較分析。

2 結果

2.1 池塘水質指標的變化情況

池塘水體水質指標變化見圖1。隨著養殖時間的延長，對照池塘水體pH值呈顯著上升趨勢，于8月10日后維持在較高水平(8.75～8.78)；而試驗池塘pH值前期略有上升后逐漸下降，于8月10日低于初始水平，此后一直維持在較低水平(8.07～8.16)；從7月21日起試驗池塘pH值顯著低于對照池塘(P<0.05)。兩處理組水體總磷含量均呈先上升后下降趨勢，其中對照池塘于8月30日達最大值(0.97 mg/L)后緩慢下降，試驗組池塘前期略有上升后逐漸下降，于7月21日起低于初始水平(0.39 mg/L)。兩處理組水體總氮含量均呈上升趨勢(對照組0.57～3.42 mg/L，試驗組0.54～2.70 mg/L)，但從7月21日起，試驗池塘上升趨勢趨緩，顯著低于對照池塘(P<0.05)。兩處理組池塘水體氨氮、亞硝酸鹽氮含量均呈上升趨勢，于8月10日后維持在較高水平(對照組氨氮0.07～0.62 mg/L，試驗組氨氮0.06～0.56 mg/L；對照組亞硝酸鹽氮0.01～0.13 mg/L，試驗組亞硝酸鹽氮0.01～0.10 mg/L)，試驗組顯著低于對照組(P<0.05)。對照池塘水體硝酸鹽氮含量呈顯著性上升(P<0.05)，于8月10日后維持在較高水平(0.34～0.37 mg/L)；試驗組呈現先升后降趨勢，于6月30日升至最高水平(0.20 mg/L)后下降，自7月21日開始與6月9日在同一水平。

注：表中標有不同小寫字母表示同處理組不同時期差異顯著(P<0.05)，大寫字母表示同時期不同處理組差異顯著(P<0.05)。

2.2 池塘氮磷收支

池塘氮磷收支估算見表2。在對照池塘中，吃食性、濾食性魚類對投入飼料氮、磷的利用率分別為36.9%、24.8%和9.5%、6.4%，試驗池塘中分別為37.8%、25.0%和9.9%、6.7%；試驗池塘中水蕹菜對氮、磷的利用率分別占飼料總投入13.5%、6.4%。

表2 池塘氮、磷收支的估算

兩處理組在整個養殖期間均不換水，僅于收獲時排出池水，根據排水量和進、排水中污染物濃度的差值，計算單位養殖產量下總氮、總磷、氨氮、亞硝酸鹽氮、硝酸鹽氮排污系數(表3)，試驗池塘分別較對照池塘下降17.6%、65.6%、25.0%、10.4%、62.4%。

表3 池塘養殖排污系數測算

2.3 生長性能

池塘養殖收獲物規格和產量見表4。養殖周期為5月18日至9月20日，歷時126 d，對照池塘與試驗池塘的吃食性魚類(羅非魚、異育銀鯽)飼料系數分別為1.45、1.41，總飼料系數分別為1.15、1.11，試驗池塘略低于對照池塘。

表4 水蕹菜浮床栽培對魚類收獲規格及成活率的影響

續表4

3 討論

3.1 魚菜共生模式對池塘水質的影響

魚菜共生作為當前極具發展前景的新型池塘水質調控及養殖尾水處理技術，已在鯽、鱸、鱘、泥鰍等魚類養殖中進行了廣泛研究與應用[7-9]。本研究發現隨著養殖時間的延長，羅非魚養殖池塘的水質指標相比養殖初期發生了較大變化，試驗中對照池塘水體的pH、總氮、總磷、氨氮、亞硝酸鹽氮、硝酸鹽氮含量顯著性上升后穩定在較高水平，這與劉輝等[10]、王淼等[11]、Danaher J J等[12]有關羅非魚養殖的研究所獲得的結果一致，因為水產養殖過程中高濃度的無機廢物主要來源于魚類排泄物的積累[6]；而本研究魚菜共生池塘在養殖前期，由于未進行蔬菜種植，其水體中pH、總氮、總磷、氨氮、亞硝酸鹽氮、硝酸鹽氮同對照組一樣，均有一定程度的積累，且與對照組差異不顯著，但自6月中旬蔬菜種植后，水體中pH、總磷、硝酸鹽氮于7月下旬起顯著下降，水體中總氮、氨氮、亞硝酸鹽氮含量則于7月下旬起上升趨勢明顯減緩，且含量與對照組差異顯著，這說明種植水蕹菜能夠明顯改善養殖池塘水質。當前圍繞魚菜共生模式下不同蔬菜品種[13]、種植模式[14-15]對水質影響的研究均發現該技術能夠明顯改善養殖水質，但相互之間具有差異性。本研究發現水蕹菜對硝酸鹽氮的利用效率顯著高于氨氮、亞硝酸鹽氮，而周曉紅等[16]報道水蕹菜對氨氮的親和力大于硝態氮，有優先吸收氨氮的趨勢，這可能與養殖池塘水體環境和微生物組成有較大關系[17-18]。同時，水蕹菜對穩定水體pH值作用顯著，試驗池塘pH值從7月21日起顯著低于對照池塘，8月10日后維持在較低水平，之所以這樣是因為水蕹菜根系及其根系微生物的呼吸作用將水體中碳水化合物、脂肪、蛋白質等氧化，產生CO2溶于養殖水體，同時水蕹菜生長產生遮蔽，抑制池塘藻類生長，從而導致池塘pH值下降[18]。

3.2 魚菜共生模式對池塘氮磷收支及排污系數的影響

池塘養殖尾水的達標排放是漁業發展的必經之路[19]，而氮、磷作為引起水體富營養化的關鍵因素，是養殖尾水達標排放的主要指標[20]。不同的池塘養殖系統因養殖模式對投入飼料中各物質的利用存在一定的差異，但魚體對飼料中氮、磷利用率普遍較低，未被利用的富含氮、磷營養物質成為養殖水體富營養化的物質基礎[21]，因此提高池塘養殖系統的氮、磷利用率可有效減少其對水體環境的影響。本試驗中，對照組對飼料中投入的氮、磷有效利用率分別為46.5%、31.2%，高于羅非魚精養池塘中氮、磷利用率18%～21%、16%～18%[22]，主要原因為本試驗為套養模式，鰱、鳙、鯽可攝食水體中的浮游動植物、懸浮顆粒和殘餌，提高了飼料的氮、磷利用率，這與鐘全福[23]研究“羅非魚-家魚”混養模式下池塘氮磷利用率獲得的結果相一致。魚菜共生池塘和對照池塘以魚體形式產出的氮、磷沒有顯著差異，但水蕹菜將氮、磷的利用率分別提高了13.5%和6.4%，有效提升養殖池塘氮、磷的利用效率，同時使養殖池塘養殖尾水中總氮、總磷含量由符合淡水池塘養殖水排放要求(SC/T 9101—2007)二級(TP≤1 mg/L，TN≤5 mg/L)提升為一級(TP≤0.5 mg/L，TN≤3 mg/L)[20]。

在正常生產條件下，養殖生產單位質量水產品所產生的污染物量中，經不同排放渠道直接排放到外部水體環境中的污染物量即為池塘排污系數[24]。本試驗中，魚菜共生模式總氮、總磷、氨氮、亞硝酸鹽氮、硝酸鹽氮排污系數分別較對照池塘下降17.6%、65.6%、25.0%、10.4%、62.4%，表明魚菜共生模式可顯著降低池塘排污系數，這主要是因為魚菜共生模式下由于植物生長大量消耗溶解于水體中的氮、磷及根系是水中懸浮物和微生物的良好載體[25]，致使相關無機物濃度降低，最終使排污系數顯著降低。由于排污系數計算出的排污量只包含養殖水體，未考慮池塘底泥影響，而池塘底泥沉積占氮磷投入量的50%以上[23]，因而可結合排污系數和產物系數綜合評價池塘養殖對環境的影響。