河道水稻生態浮床對水質凈化及魚類物種多樣性的影響

王金慶，呂瑞敏，曾蘭芳，于海瑞，封佳麗，劉長娥，付子軾

（1.濰坊學院 生物與海洋學院，山東 濰坊 261061；2.上海市農業科學院，上海 201403）

生態浮床是水質凈化和水產養殖環境生態調控的重要手段[1]，將挺水植物、水生蔬菜、花卉和水稻等移栽到浮床上栽培，吸收養殖水體內因工農業污水排放產生的過多營養，達到凈化水質、增加產出、美化環境的目的。生態浮床利用漂浮浮臺將陸生植物或挺水植物轉移到水面上栽培，不僅能削減富營養水體的氮磷含量，還可增加水體的生境多樣性和魚類適宜棲息地的選擇范圍。生態浮床具有綠色經濟、使用方便、處理高效等優點，成為景觀水體生態修復的首選[2]。

當前，生態浮床的設計類型日益多樣，應用范圍也越來越廣泛[3]。浮床可栽培植物種類眾多，可分別滿足魚類生長與水體凈化的各種需求[4-5]。河道內浮床栽培植物也是魚類產卵的優良基質，可促進魚類的繁殖活動、受精卵孵化和魚苗成活，有利于提高河道內魚類群落的生物多樣性[6-7]。水稻不僅是我國至關重要的糧食作物，而且具有較強的吸收利用水體氮磷養分的能力[8-9]。水稻是少數能夠耐受水淹種植的糧食作物之一，具有發達的根系和通氣組織，在生態浮床上得到成功應用，成為水環境修復和富營養水體凈化良好的栽培作物。

魚類是水域生態系統的重要組成部分，其物種多樣性對提高河道生態系統完整性和水生食物鏈穩定性起到重要作用[10]。從產卵、孵化、仔稚魚、幼魚至成魚等生活史各階段魚類具有不同的環境需求，對水環境變化比較敏感。魚類群落結構受到河流多種環境因子的共同影響，內河航運干擾魚類的攝食、生長、遷移等行為，河道坡岸的硬質化影響了棲息地質量和魚類的多樣性[10-11]。長江中下游地區人類工農業生產活動對水生態系統的干擾不斷加劇，魚類等水生生物棲息地被顯著改變，對魚類群落生態產生負面影響[12-13]。劉燕山等[13]研究發現東太湖魚類個體小型化趨勢明顯，魚類多樣性水平較低，魚類群落結構處于中度干擾狀態。

為探討河道中水稻生態浮床區與上下游水體中魚類物種多樣性存在的差異，明確水稻生態浮床在河道中的水質凈化效果，分析其魚類棲息地功能和改善魚類群落生態的作用，從浮床的上游、浮床區和下游取樣，調查魚類的物種多樣性，旨在為擴大生態浮床在養殖實踐中的應用范圍提供參考。

1 材料和方法

1.1 試驗設計

試驗地點位于太湖支流直湖港龍延河水系的王店橋浜，上游點位于居民生活區，是家旦浜與白水塘浜的交叉口南側；下游點位于龍延河與支浜的交叉點，取樣點位于31°31’46”~32’10”N，120°6’8”~120°6’14”E（圖1）。從2009年7月至10月在河道中設置生態浮床，時間間隔為4個月。7月初采用水域浮床無土種植方法移栽水稻，行株距為20 cm×15cm，移栽后置于河道內培育，水稻栽種到組合泡沫板上，泡沫板長5~10m，寬度1~2m，覆蓋率達到30%~50%；10月下旬收獲水稻，水稻莖高52.5~77.0cm，穗數為15穗/株，穗長16~20cm，千粒質量26.75g。上游和浮床區河道水量小，流速較慢，下游近龍延河樣點水量、流速顯著增大。

圖1 實驗點位置和取樣點分布

1.2 采樣方法

9月中旬取樣調查了浮床周邊和上下游的魚類種類多樣性，魚類采集方法參照王金慶等[14]的組合式河道魚類取樣方法，采用浮絲網、沉絲網、地籠3種方式調查水體上層、中下層和底層魚類群體分布。浮絲網、沉絲網的長度約為25m，高度為1m，網具的孔徑均為3 cm，為單層絲網。地籠長度為5 m，直徑25cm，網布孔徑為1cm。取樣點的魚類數量，用單位時間捕獲努力（CPUE，catch per unit effort）表示，2種絲網放置在河水中2h后收起，地籠在河底部放置1d后收起。采集魚類樣品后，帶回實驗室鑒定種類，并測量魚的全長、體質量、生物量。

1.3 測定指標及方法

7月中旬和8月中旬測定河道水質指標。測定的水體理化指標包括總氮（TN）、氨氮（NH3-N）和總磷（TP）含量、高錳酸鉀指數（CODMn）、透明度、溶解氧（DO）含量、水深、底泥厚度。用薩斯盤測定水體透明度，用便攜式溶氧儀測定水體溶解氧含量。總氮含量采用堿性過硫酸鉀氧化紫外分光光度法測定，總磷含量采用鉬銻抗分光光度法測定，氨氮含量采用納氏試劑比色法測定，高錳酸鹽指數采用高錳酸鉀酸性滴定法測定。

1.4 數據分析及處理

采用Statistica 7.0軟件對測定數據進行統計分析，用平均值±標準誤表示測定結果。

2 結果與分析

2.1 生態浮床對河道水質的影響

7月份浮床區水體總氮、總磷、氨氮含量和高錳酸鉀指數削減效果顯著，7月份浮床區水體總氮、總磷、氨氮含量和高錳酸鉀指數顯著低于上游和下游，8月份浮床區總氮含量和高錳酸鉀指數顯著低于上游，浮床區總磷含量顯著低于下游，氨氮沒有顯著差異（表1）。8月份水體氨氮含量和高錳酸鉀指數顯著低于7月份，而總氮含量顯著高于7月份。7、8月份水體總氮指標較差，為劣Ⅴ類地表水。總磷指標在Ⅲ～Ⅴ類，浮床區的總磷去除效果明顯，達到Ⅲ類地表水標準。氨氮含量介于Ⅳ～Ⅴ類，浮床區凈化效果明顯，達到Ⅳ類水標準。高錳酸鉀指數達到Ⅳ～Ⅴ類水平，8月比7月有較大改善，浮床區7月達到Ⅴ類，8月達到Ⅳ類。

表1 7月和8月生態浮床對河道水質的影響

從上游到浮床區再到下游，水深逐步增加，淤泥厚度也有所增加，透明度逐漸降低（表2）；而生態浮床區的水深63cm，淤泥厚度35cm，與上下游相比較，水體溶解氧含量升高19.6%~29.8%，水體透明度增加了11.3%~25.2%。浮床區溶解氧含量達到Ⅱ類地表水，下游達到Ⅲ類，上游達到Ⅳ類水。

表2 7月各樣點的水體理化指標

2.2 生態浮床對魚類集群整體特征的影響

2.2.1 魚類總生物量和總數量

從圖2可以看出，不同網具采集特定水層的類群，3種網具采集魚類生物量的大小順序為沉絲網>浮絲網>地籠，沉絲網采集的中下層魚類生物量最高（P<0.05），浮絲網采集上層魚類數量最低（P<0.05）。魚類總生物量表現為下游（775.3g）>上游（755.3g）>浮床區（297.8g）。上層魚類生物量表現為上游>浮床區>下游，中下層魚類為下游>上游>浮床區，底層魚類為上游>下游>浮床區。

圖2 生態浮床對不同漁具采樣魚類的生物量和數量的影響

從總數量來看，下游（45尾）>上游（21尾）>浮床區（13尾），上層魚類數量表現為上游>浮床區>下游，中下層魚類表現為下游>上游>浮床區，底層魚類則表現為上下游數量接近，而高于浮床區。從不同水層魚類數量來看，上游以底層魚類數量最高，浮床區也是底層魚類數量最高，下游區則是以中下層魚類數量最高。上游和浮床區屬于水流緩慢的支流，底棲魚類數量更為豐富，而龍延河樣點水流速大、水量大，中下層魚類數量更豐富。浮床區為魚類及幼魚提供庇護場所及充足的食物資源，有利于魚類的棲息、攝食和繁殖。魚類分布數量受到河道從上游到下游水深和水量梯度增加的影響，生態浮床的魚類棲息地功能并不明顯。

2.2.2 不同取樣點魚類物種組成的差異

從表3可以看出，上游樣點中魚類數量占比最高的種類有銀鲴、餐條、鯽，經計數種類共有6種；浮床區魚類數量占比從高到低依次為似鳊、鯽、餐條、紅鰭原鲌、鳙，經計數種類共有5種；下游龍延河流速大，魚類種類數量多，魚類數量最高的種類為餐、貝氏餐、麥穗魚、刀鱭，經計數種類共有8種。從生物量占比來看，上游魚種類從高到低依次為鯽、鳊、餐條、草魚、銀鲴、圓尾斗魚，浮床區則為鳙、紅鰭原鲌、餐條、似鳊和鯽，下游生物量占比最高的種類為鯉、餐條、貝氏餐、鯽、刀鱭、麥穗魚。其中鳙、紅鰭原鲌和似鳊是浮床區的特有魚類。

表3 生態浮床對魚類數量和生物量百分比的影響

2.3 生態浮床對不同水層魚類物種組成的影響

2.3.1 上游樣點

上層魚類以鯽、餐條、草魚為主，采集到魚類4尾，總質量為153g；浮床區樣點魚類主要為餐條、紅鰭原鲌，采集魚類2尾，總質量為84g；下游樣點采集鯽1尾，魚質量為22g。采用浮絲網采集的魚類以上游數量最高，浮床區特有魚類是紅鰭原鲌。

2.3.2 采用沉絲網采集中下層魚類

上游點魚類主要為餐條、鳊、鯽，采集到4尾，總質量為567g；浮床區樣點魚類主要為鯽、鱅，采集到2尾，總質量為191g，鳙體質量達到185g。下游樣點魚類為餐條、刀鱭、鯉、鯽，其中采集到餐22尾，刀鱭7尾，總數量為31尾，總質量為722g，鯉體質量達到436g。與其他網具相比，沉絲網采集到的魚類數量最高，其中下游近龍延河樣點魚類數量最高，餐條、刀鱭為主。

2.3.3 采用地籠采集底層魚類

上游樣點為銀鲴和斗魚，采集到13尾，共計質量為36g，以銀鲴最為豐富；浮床區采集魚類均為似鳊，采集數量為9尾，質量為23g；下游區采集到麥穗魚、似鳊、亮銀鮈等魚類共計13尾，質量為31g，麥穗魚最為豐富。相對于其他網具，地籠采集魚類數量較高。

3 結論與討論

本文分析了生態浮床對水質指標和不同水層魚類物種組成的影響，明確了生態浮床對改善河道魚類棲息地質量的重要作用，對制定河道水體生態修復措施有重要的參考價值。

3.1 生態浮床對河道水質指標的影響

水稻作為浮床植物，使生態浮床具有高效的水體凈化和改善棲息地質量的功能。岳冬梅等[15]研究水稻種植床的氮磷去除能力和水稻增產能力，經過72d試驗生態浮床總氮去除率為40.2%，由植物和床體去除的氮分別占去除總量的61.3%和38.7%，優于本研究7月份總氮降低幅度（19.4%~36.3%）。張海生[16]采用空心菜（Ipomoea aquatica Forsk）作為浮床植物進行水體凈化，氨氮含量降低40.1%，與本研究結果接近（34.8%~59.7%）；總氮含量降低18.3%，低于本研究降低幅度（19.4%~36.3%）；降低總磷含量30.2%，低于本研究7月份降低幅度（51.7%~65.8%），魚類產量增加3000kg。SUN等[17]研究發現，空心菜（I.aquatica Forsk）浮床對總氮去除率達到75.2%~92.3%，糯米浮床對總氮去除率為78.9%~81.2%，高于本研究對水體總氮含量去除率。

在生態浮床上應用較多的還有其他一些濕生植物，但其水體氮磷去除效果變化較大。TAN等[18]也報道在富營養化水體中浮床種植的粉綠狐尾藻（Myriophyllum.aquaticum）能正常生長，可用作凈化富營養化水體的浮床植物。LIU等[19]發現美人蕉（Canna indica）生態浮床可以快速去除富營養化水體中的營養物質，但不能同時快速改善微生物真核生物群落。ZHANG等[20]采用觀賞植物銀苞芋（Spathiphyllumfloribundum）、天胡荽（Hydrocotyle sibthorpioids）、銀邊吊蘭（Chlorophytum comosum）、圓葉椒草（Peperomia obtusifolia）構建新型生態浮床，其中天胡荽的生長特性和處理效果最好，對氨氮去除率為97.0%，總有機碳的降解效率約為85.0%，高于本研究氨氮去除率最大值59.7%。

生態浮床通過對水質指標的改善，進而對魚類的棲息、攝食、繁殖等生命活動產生重要影響，劉燕山[13]研究發現，總磷含量、pH值、溶解氧含量等是影響東太湖魚類群落的主要水質指標。本研究表明生態浮床改善了溶解氧、透明度等水質理化指標和氮、磷營養鹽含量。浮床區與上下游相比，水體溶解氧含量升高19.6%~29.8%，水體透明度增加11.3%~25.2%。浮床覆蓋率也是決定生態修復效果的一個關鍵參數，史東杰等[5]研究了不同空心菜（I.aquatica Forsk）生物浮床覆蓋率（5%~40%）對錦鯉增重率、生長率的影響，發現覆蓋率為10%的生物浮床改善效果最好，比本研究的浮床覆蓋率（30%~50%）略低。

在生態浮床栽培時，植物根系密集生長成為各類細菌的優良載體[21]，生態浮床根系上分布的微生物種類、數量對浮床的水質凈化效果具有決定作用；根系微生物將水中污染物分解成無機物并為植物生長提供營養，而通過收割浮床植物和捕獲魚蝦等措施大量去除水中氮磷。

3.2 生態浮床對魚類集群特征的影響

水稻浮床作為水體中一個較大的生態結構，占據水體表層區域，使該區域中上層魚群的分布發生改變，生態浮床改善了水質條件和魚類棲息地質量，浮床下方出現一些特有的種類，如鳙魚、似鳊、紅鰭原鲌等，但未發現浮床區魚類種群數量的明顯增加。下游近龍延河樣點水深和流速顯著增加，魚類種類和數量最高，優勢魚類為餐條、麥穗魚、刀鱭、似鳊、鯉、鯽等。本研究中，魚類分布數量很大程度上受到從上游到下游河道水深和水量梯度增大的影響。在采樣中發現河道上游和浮床區的底層魚類數量高于中上層，下游區則表現為中下層魚類數量高于上層和底層魚類，表明上游和浮床區以小型底棲魚類居多，而下游區以游速較快的較大個體的魚類居多。同時，生態浮床影響了河道底層魚類的種類組成，上游樣點底層魚類為銀鲴、斗魚，下游近龍延河樣點是以麥穗魚為主，而浮床區的底層魚類均為似鳊。似鳊主要以附生藻類、高等植物的碎片為食；浮床區水稻植物碎屑數量較大，相應的附生藻類和浮游動物數量也增多，因而適于似鳊的棲息和攝食。

鳙作為濾食性魚類，稀疏的鰓耙間距把較小的浮游生物隨水濾去，在河道中主要以浮游動物和大型浮游植物、植物碎屑為食物；浮床區采集到的鳙體質量達到185g，表明在浮床區鳙的食物資源豐富，棲息生長良好；餐條的成魚主要攝食藻類、高等植物碎片、甲殼動物、昆蟲等，在浮床區采集的餐條個體較大。姚東方研究發現，河口蘆葦浮床水域可以為中國花鱸（Lateolabrax maculates）幼魚提供充足的餌料生物，表現出對中國花鱸幼魚的誘集作用[22]。浮床區既可以為魚類提供豐富且適合的餌料生物，又可以為魚類及幼魚提供庇護場所，這可以解釋水稻浮床對紅鰭原鲌、鳙和似鳊等魚類誘集作用。本研究中，浮床區上層魚類中沒有鯽魚，而在中下層中采集到鯽魚，很可能水稻根系與浮床結合營造出多種小生境供魚類棲息，鯽魚更喜好游到浮床根系下方活動。李衛林等[23]研究海馬齒（Sesuvium portulacastrumL.）生態浮床對石斑魚（Epinephelus lanceolatus）生長的影響，發現海馬齒根系具有海草床的生態功能供石斑魚棲息，隨著浮床覆蓋率的增加顯著促進石斑魚的攝食效率和生物量提高。

綜上，在河道中構建水稻生態浮床水質凈化效果顯著，有效削減了水體總氮、總磷、氨氮含量和高錳酸鉀指數。上游樣點共采集到魚類6種，數量和生物量較高的魚類為銀鲴、餐條、鯽；浮床區共采集到魚類5種，最高為似鳊、鳙、紅鰭原鲌、餐條、鯽；下游近龍延河樣點共采集到魚類8種，數量最高的魚類為餐條、麥穗魚、刀鱭、似鳊、鯉、鯽。本研究中魚類分布數量受到河道從上游到下游水深和水量梯度增加的影響，下游區魚類數量和生物量均高于上游和浮床區。