水產(chǎn)養(yǎng)殖模式對池塘水環(huán)境和環(huán)境負(fù)荷量的影響

韓士群, 周 慶, 姚東瑞, 常雅軍， 唐伯平

(1.江蘇省農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)資源與環(huán)境研究所,江蘇 南京 210014； 2.江蘇省鹽土生物資源研究重點實驗室，江蘇 南京 224002； 3.江蘇省中國科學(xué)院植物研究所，江蘇 南京 210014)

水產(chǎn)養(yǎng)殖排污是重要的農(nóng)業(yè)面源污染來源之一，尤其是水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)發(fā)達(dá)地區(qū)[1-3]。因此，提高飼料利用率,減少養(yǎng)殖尾水中污染物含量,降低環(huán)境負(fù)荷成為水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)面臨的緊迫問題。探索經(jīng)濟(jì)效益高和環(huán)境友好型的混養(yǎng)模式一直是水產(chǎn)養(yǎng)殖的主要課題。目前，關(guān)于混養(yǎng)模式的氮磷收支，能量收支，飼料利用率，環(huán)境和經(jīng)濟(jì)效益等方面已有大量研究。如羅非魚和亞馬遜河蝦混養(yǎng)[4]以及烏鱧和鳙魚混養(yǎng)模式的氮磷收支的結(jié)果[5]顯示，混養(yǎng)模式比單養(yǎng)模式提高了氮、磷利用率。南美白對蝦-縊蟶-梭魚混養(yǎng)系統(tǒng)的能量收支與利用效率均優(yōu)于南美白對蝦單養(yǎng)系統(tǒng)，底泥沉積率小于單養(yǎng)系統(tǒng)，混養(yǎng)系統(tǒng)的綜合生態(tài)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)優(yōu)于單養(yǎng)系統(tǒng)[6]。羅非魚和蝦混養(yǎng)模式，羅非魚食用藻類和飼料，而蝦吃羅非魚糞便和剩余的飼料，從而提高飼料利用率，減少污染物排放[7-8]。美國生態(tài)水產(chǎn)養(yǎng)殖模式(主要飼養(yǎng)魚類∶濾食性魚類為80∶20，數(shù)量比)，充分利用了鰱魚、鳙魚濾食浮游生物，提高飼料利用率，同時魚類產(chǎn)量和經(jīng)濟(jì)效益顯著優(yōu)于傳統(tǒng)混養(yǎng)并且具有明顯的環(huán)境效應(yīng)[9]。沿海灘涂的水產(chǎn)養(yǎng)殖規(guī)?；潭雀摺翁撩娣e大，因此對周邊環(huán)境影響大。目前，關(guān)于沿海灘涂水產(chǎn)養(yǎng)殖不同模式的環(huán)境負(fù)荷量差異的研究尚為空白，因此急需開展相關(guān)研究，這將有助于探索減少環(huán)境污染的新型養(yǎng)殖模式。本研究系統(tǒng)地比較沿海灘涂地區(qū)常見的養(yǎng)殖模式(單養(yǎng)或混養(yǎng))、美國生態(tài)養(yǎng)殖模式以及我們研發(fā)的模式的池塘水質(zhì)、底質(zhì)、飼料利用率、增產(chǎn)量和環(huán)境負(fù)荷量，為形成環(huán)境、經(jīng)濟(jì)效益更高、更適合灘涂較大水面的生態(tài)混養(yǎng)模式，同時為池塘環(huán)境調(diào)控和污染物減排提供理論、技術(shù)支撐。

1 材料和方法

1.1 試驗設(shè)計

為了形成適合海涂地區(qū)的環(huán)境友好型、經(jīng)濟(jì)效益高的生態(tài)混養(yǎng)模式。以當(dāng)?shù)爻Ｒ姷膯勿B(yǎng)、混養(yǎng)模式以及美國生態(tài)養(yǎng)殖模式的放養(yǎng)品種和比例為基礎(chǔ)，同時根據(jù)魚類攝食特性、生態(tài)位特征，設(shè)計了不同養(yǎng)殖模式試驗。2015年在江蘇省大豐市海涂養(yǎng)殖魚塘進(jìn)行。養(yǎng)殖品種有：海涂特有品種梭魚(Sphyraena)：咸淡水生長，底棲，食飼料殘渣和魚類糞便；異育銀鯽(Silverprussiancarp)：中層魚，食飼料；鰱(Hypophthalmichthysmolitrix)、鳙(Aristichthysnobilis)：上層，濾食性；草魚(Ctenopharyngodonidellus)：食草，食飼料等。試驗設(shè)6個處理，3個平行塘(單塘面積為2.0 hm2，各塘均為剛清淤過)。T1，100%異育銀鯽；T2，80∶20(數(shù)量比)的美國生態(tài)養(yǎng)殖模式，80%異育銀鯽+20%鰱、鳙(鰱魚∶鳙魚=3∶1，質(zhì)量比)；T3，100%梭魚；T4，80%異育銀鯽+20%梭魚；T5，60%異育銀鯽+30%梭魚+10%鰱、鳙(鰱魚∶鳙魚=3∶1，質(zhì)量比)；T6，68%異育銀鯽+8%草魚+15%鰱+9%鳙(當(dāng)?shù)鼗祓B(yǎng)模式)。魚種放養(yǎng)量為1 883 kg/hm2，每尾平均規(guī)格分別為：異育銀鯽(119.0±3.5) g，鰱魚(102.0±2.8) g，鳙魚(121.0±3.6) g，梭魚(132.0±4.7) g，草魚(97.0±3.3) g。養(yǎng)殖期4月至11月，每個塘合計投料24 612 kg。飼料主要成分為粗蛋白質(zhì)31.51%，粗脂肪6.56%，粗灰分15.00%，鈣1.52%，總磷1.05%，賴氨酸1.75%，粗纖維12.87%，食鹽1.02%，水分12.49%。

養(yǎng)殖期間，根據(jù)魚類活動情況確定開增氧機(jī)時間，每個塘開720 h。養(yǎng)殖前30 d內(nèi)，不換水，根據(jù)水量蒸發(fā)或滲漏等情況適量補(bǔ)充少量水，維持水深約1.6 m。養(yǎng)殖中后期采取不間斷方式逐漸加大換水量，平均每天約換水1%。養(yǎng)殖期間降水量8 232 mm，日照時數(shù)1 424 h。

1.2 樣品采集與分析

每月采集1次水樣。取水面下50 cm深處水樣，每口池塘采集3個點的混合樣。使用彼得森采泥器采集各池塘的表層底泥，每個池塘采集5個點的混合樣，風(fēng)干待測。11月最后1次采集水樣時測定魚類的生長狀況，每個塘不同品種稱量10組魚體質(zhì)量，每組10～12條。

水體中溶解氧(DO)、葉綠素a(Chl.a)含量現(xiàn)場分別采用YSI Pro-DO、YSI 6000MSV2測定。其他指標(biāo)采用常規(guī)測定方法[10]。

1.3 評估方法

氮磷環(huán)境負(fù)荷量依據(jù)質(zhì)量守恒提出的方法估算，其原理是每生產(chǎn)1 t魚(養(yǎng)殖品種的產(chǎn)量)所投喂的營養(yǎng)物質(zhì)，扣除積蓄在養(yǎng)殖生物體中的量，剩余即為環(huán)境負(fù)荷量，計算公式[10]為：

LN,P=(C×FN,P-PN,P)×103

LN,P為氮或磷的環(huán)境負(fù)荷量(kg/t)；C為餌料系數(shù)；FN,P為飼料中氮或磷的含量；PN,P為魚體氮或磷含量。

通過養(yǎng)殖廢水向環(huán)境中的排污量，利用增量估算法，計算公式為：

Mi=Q×C△i×10-3

Mi為某種污染物的排放量(kg/hm2)；Q為養(yǎng)殖過程中單位面積廢水排放量(m3/hm2)；C△i為排放水體中某種污染物的增量(mg/L) 。

1.4 數(shù)據(jù)處理

不同養(yǎng)殖模式的各種參數(shù)差異分析采用多重比較(新復(fù)極差法)。不同養(yǎng)殖模式魚生長狀況的差異分析采用單變量方差分析法，變量為養(yǎng)殖模式。相關(guān)性采用直線回歸分析。采用SPSS 軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同養(yǎng)殖模式對池塘水體理化指標(biāo)的影響

2.1.1 水體氮含量 水體總氮、銨態(tài)氮、硝態(tài)氮、亞硝態(tài)氮含量的平均值都以T3最大，T1次之，T5最小。T3與T1處理間差異達(dá)顯著水平(P<0.05)；T3與T2、T4、T5、T6之間差異達(dá)極顯著水平(P<0.01)； 除了T1與T4的銨態(tài)氮含量不顯著，T1與T2、T4、T5、T6之間差異達(dá)極顯著水平(表1)。

2.1.2 水體總磷含量 對于水體總磷含量均值來說，T3與T1之間差異不顯著，T3、T1都極顯著大于T2、T4、T5、T6(表1)。

2.1.3 水體化學(xué)需氧量(CODMn) T3水體CODMn含量最高，顯著高于T1，極顯著高于T4、T6、T2、T5；T1和T2、T4、T5、T6差異不顯著(表1)。

2.1.4 水體懸浮物含量 懸浮物(SS)與飼料利用狀況、魚類擾動、風(fēng)浪有關(guān)，在一定程度上可以反映養(yǎng)殖水體水質(zhì)狀況，懸浮物質(zhì)量濃度不僅影響水體藻類生長，而且對養(yǎng)殖生物產(chǎn)生不利影響[12]。表1顯示，T3的懸浮物含量高于其他所有處理，其中與T1差異達(dá)顯著水平；T3與T4、T6、T2、T5的差異均達(dá)極顯著水平(表1)。

表1 池塘水體富營養(yǎng)化因子和懸浮物質(zhì)量濃度

T1：100%異育銀鯽；T2：80%異育銀鯽+20%鰱、鳙；T3：100%梭魚；T4：80%異育銀鯽+20%梭魚；T5：60%異育銀鯽+30%梭魚+10%鰱、鳙；T6：68%異育銀鯽+8%草魚+15%鰱+9%鳙；表中數(shù)據(jù)為平均值±SD；同一列數(shù)據(jù)后不同小寫字母表示差異達(dá)顯著水平(P<0.05)，不同大寫字母表示差異達(dá)極顯著水平(P<0.01)。

2.1.5 葉綠素含量動態(tài)變化 各處理池塘水體葉綠素含量有相似的動態(tài)變化趨勢(圖1a)，都和季節(jié)變化有關(guān)，從4月開始葉綠素含量逐漸增加，到8月達(dá)到最高，隨后逐漸減少，至11月最小?？傮w來看，T3池塘水體葉綠素含量最大、T1次之，都顯著大于其他處理。將各處理每個月的葉綠素含量與該處理的對應(yīng)總氮、總磷含量分別進(jìn)行線性回歸分析，結(jié)果表明，每個處理的水體葉綠素含量與總氮含量呈顯著正相關(guān)(r=0. 71>r0.5，n=8)，與總磷含量之間呈極顯著正相關(guān)(r=0.87>r0.01，n=8)。說明養(yǎng)殖池塘水體的富營養(yǎng)化受總氮和總磷共同限制，控制養(yǎng)殖水體富營養(yǎng)化必須同時削減水體中總氮和總磷。通常，海水中氮是藻類生長的限制因子，磷是淡水湖泊中藻類生長的限制因子，當(dāng)磷負(fù)荷高的情況下氮是第二限制因子[13]。本試驗中葉綠素a含量和總氮、總磷均呈顯著正相關(guān),可能是水體氮、磷負(fù)荷都較高的原因。

T1～T6見表1注。圖1 葉綠素含量(a)和溶解氧質(zhì)量濃度(b)動態(tài)變化Fig.1 Dynamic change of chlorophyll a content(a) and dissolved oxygen concentration (b)

2.1.6 池塘水體溶解氧動態(tài)變化 總體來看，每個處理的水體溶解氧含量的動態(tài)變化趨勢相似(圖1b)，都和季節(jié)變化有關(guān)。從4月開始逐漸增加，到6月溶解氧含量達(dá)到第一個峰值，7月快速下降，8月更低，9月達(dá)到第二個峰值，隨后逐漸減小。將每個月溶解氧含量的平均值進(jìn)行統(tǒng)計分析，結(jié)果表明T5、T6顯著大于T1、T3(P<0.05)。將溶解氧含量與葉綠素含量進(jìn)行回歸分析，二者之間相關(guān)性不顯著(r=0.57

2.2 池塘底質(zhì)厚度、有機(jī)質(zhì)、總氮和總磷含量

試驗前各塘都清淤過，底質(zhì)的各項指標(biāo)差異不大。試驗結(jié)束后，各處理底質(zhì)厚度值順序為：T3>T1>T2>T6>T4>T5，其中厚度較大的前4個處理之間差異都不顯著，T3與T4、T5之間都達(dá)到了顯著差異(表2)。

T3底質(zhì)有機(jī)質(zhì)含量最大，T5最小，兩者之間差異達(dá)顯著水平。T3與T1之間差異不顯著，與T4、T5之間差異達(dá)顯著水平。T1、T2、T4、T6之間差異不顯著(表2)。

底質(zhì)中總氮含量T3和T1差異不顯著，T3與T6、T4、T2、T5差異顯著，T1與T2、T5差異顯著?？偭缀縏3與T1、T6之間差異不顯著，T3與T2、T4差異顯著，T3與T5差異極顯著(表2)。

將水體、底質(zhì)中不同形態(tài)的氮含量分別與飼料氮利用率進(jìn)行線性回歸分析，都呈極顯著負(fù)相關(guān)(P<0.01)；同樣，將總磷、COD分別與磷利用率回歸分析，也有相似結(jié)論。因此合適的混養(yǎng)模式可以降低底質(zhì)與水體富營養(yǎng)化因子含量，改善養(yǎng)殖環(huán)境，這和蝦與貝類混養(yǎng)[15]、蝦與羅非魚混養(yǎng)[16-17]、濾食性魚類與雜食性魚類混養(yǎng)[18-19]等模式可以改良水質(zhì)的研究結(jié)果相同。

表2 養(yǎng)殖池塘底質(zhì)狀況及養(yǎng)殖廢水排污量

T1～T6見表1注。

2.3 養(yǎng)殖廢水排污量

通過養(yǎng)殖廢水向外排放總氮量的順序為T3>T1>T4>T2>T6>T5。T3與T4、T2、T6 、T5之間都達(dá)到極顯著差異，但T4、T2、T6 、T5之間差異不顯著(表2)。T5通過養(yǎng)殖廢水排放的氮占飼料氮總量的22%，而T3占40%。

通過養(yǎng)殖廢水向外排放總磷量的順序為T3>T1>T6>T4>T2>T5，T3雖然大于T1，但二者之間差異不顯著，T3、T1分別與T2、T4、T5、T6之間差異都達(dá)顯著水平，但T2、T4、T6之間差異不顯著(表2)。T5通過養(yǎng)殖廢水排放的磷占飼料磷總量的8%，而T3占13%。

通過養(yǎng)殖廢水向外排放CODMn量的順序為T3>T1>T4>T6>T2>T5。T3與T1的CODMn排放量差異達(dá)顯著水平，與T5之間差異達(dá)極顯著水平。

T3的SS排放量顯著大于T1、T2、T4、T5、T6，極顯著大于T5。T1與T5之間差異也達(dá)到了極顯著水平。T2、T4、T6之間差異不顯著。

2.4 環(huán)境負(fù)荷量、飼料利用率和魚凈增產(chǎn)量

投喂飼料含有的氮、磷是造成環(huán)境負(fù)荷的主要因素，各處理間的氮負(fù)荷量(LN)和磷負(fù)荷量(LP)的差異性相似：T3的LN、LP均最大，即每增長1 t魚分別向環(huán)境排氮71.28 kg和磷17.54 kg，T5最小，分別為51.81 kg、12.84 kg，兩者差異達(dá)極顯著水平；T3或T1的LN、LP分別極顯著大于T2、T4、T5、T6；T2、T4、T5、T6之間差異不顯著(圖2)。

T1～T6見表1注。同一指標(biāo)不同小寫字母表示差異顯著(P<0.05)，不同大寫字母表示差異極顯著(P<0.01)。圖2 不同模式的氮、磷環(huán)境負(fù)荷量Fig.2 Environmental carrying capacity of nitrogen and phosphorus in different patterns

T5、T6模式的環(huán)境負(fù)荷都小于80∶20(數(shù)量比)的美國生態(tài)養(yǎng)殖模式[9](T2)。養(yǎng)殖斑點叉尾鮰的氮磷環(huán)境負(fù)荷量分別9.20 kg/t、0.57 kg/t[18]，淡水養(yǎng)殖鮭魚的氮磷環(huán)境負(fù)荷量分別為71.00 kg/t、10.90～11.10 kg/t[19]，金頭鯛網(wǎng)箱養(yǎng)殖的氮磷環(huán)境負(fù)荷量分別為190 kg/t、28 kg/t，而金頭鯛池塘養(yǎng)殖的氮磷環(huán)境負(fù)荷量分別為14.25 kg/t，2.57 kg/t[17]。本研究不同養(yǎng)殖模式的氮磷環(huán)境負(fù)荷量，介于報道的范圍內(nèi)。

從飼料的氮、磷利用率來看，T5的氮、磷利用率都最高，分別為30.09%、19.15%，最低的是T3，分別為24.79%、13.61%。T5與T3、T1的氮、磷利用率都達(dá)到了極顯著差異。T1與T3差異不顯著，T2與T4之間差異不顯著(圖3)。

T1～T6見表1注。同一指標(biāo)不同小寫字母表示差異顯著(P<0.05)；不同大寫字母表示差異極顯著(P<0.01)。圖3 不同模式的飼料氮、磷利用率Fig.3 Utilization rate of nitrogen and phosphorus in feed with different patterns

T5的魚凈增產(chǎn)量最高，與T6、T4、T2之間差異不顯著；T5的凈增產(chǎn)量與T1、T3之間差異達(dá)極顯著水平(圖4)。T5、T6的飼料系數(shù)顯著低于其他模式(圖5)。由于T5產(chǎn)量高、節(jié)省飼料，加上梭魚價格比常規(guī)魚價格高 20%～50%，因此T5是經(jīng)濟(jì)效益較高的養(yǎng)殖模式。

T1～T6見表1注。不同小寫字母表示差異顯著(P<0.05)；不同大寫字母表示差異極顯著(P<0.01)。圖4 不同模式的魚凈增產(chǎn)量Fig.4 Net increment of fish yield in different culture patterns

T1～T6見表1注。圖5 不同模式的飼料系數(shù)Fig.5 Feed coefficient of fish in different culture patterns

氮、磷的環(huán)境負(fù)荷量與飼料的氮、磷利用率密切相關(guān)，分別將各模式的氮磷的環(huán)境負(fù)荷量與其飼料氮利用率、磷利用率進(jìn)行線性回歸分析，都呈極顯著的負(fù)相關(guān)(P<0.01)。根據(jù)不同品種魚類和養(yǎng)殖技術(shù)，海水魚類養(yǎng)殖系統(tǒng)中，通過飼料浪費和魚類糞便排放到環(huán)境中磷高達(dá)85%，氮 52%～95%以及碳 80%～88%[20]。Antonio研究羅非魚和蝦混養(yǎng)模式結(jié)果表明，魚蝦固定氮素占 21%～24%，沉積物氮素占 24%～38%，通過氮氣排放到大氣占 30%～36%[17]。半精養(yǎng)蝦池僅有5.8 %氮和4 %磷以對蝦產(chǎn)品形式收獲，精養(yǎng)池塘分別約21.7%和6.0%[21]。即使是管理最好的養(yǎng)蝦場，仍有高達(dá)30%的餌料未被攝食[22]。淡水網(wǎng)箱養(yǎng)殖虹鱒的飼料有30%殘剩于網(wǎng)箱中[23]；飼料中氮、磷利用率，主要是由魚類取食和消化決定的，T5混養(yǎng)模式的氮、磷利用率分別為30.09%、19.15%，比相關(guān)報道的利用率較高，說明這種養(yǎng)殖模式優(yōu)于一般養(yǎng)殖模式。

T5的飼料系數(shù)最低，氮、磷利用率最高，環(huán)境負(fù)荷量最小，增產(chǎn)量最大，是本試驗中最佳混養(yǎng)模式，是環(huán)境經(jīng)濟(jì)效益俱佳的生態(tài)養(yǎng)殖模式。這種模式充分利用了養(yǎng)殖品種的不同食性，即梭魚食飼料殘渣、魚類糞便和底棲藻類為主，異育銀鯽食飼料為主，鰱、鳙濾食浮游生物為主。這種多營養(yǎng)層次綜合養(yǎng)殖實現(xiàn)了養(yǎng)殖系統(tǒng)中營養(yǎng)物質(zhì)在不同營養(yǎng)級生物間的傳遞、再循環(huán)，增強(qiáng)了自我凈化養(yǎng)殖水體的能力，降低了環(huán)境壓力，提高了經(jīng)濟(jì)效益；同時充分利用了水體生態(tài)空間，即梭魚底層，鯽魚中層，鰱、鳙上層。生態(tài)養(yǎng)殖模式可以減少環(huán)境負(fù)荷，但其排水中氮磷含量仍超過湖泊Ⅴ類水標(biāo)準(zhǔn)，仍會造成湖泊、海洋富營養(yǎng)化，該模式仍有進(jìn)一步優(yōu)化的空間。

3 結(jié)論

混養(yǎng)模式可改善池塘水環(huán)境，其水體、底質(zhì)中總氮、銨態(tài)氮、硝態(tài)氮、亞硝態(tài)氮、總磷、懸浮物及CODMn或有機(jī)質(zhì)含量都顯著小于單養(yǎng)模式?；祓B(yǎng)模式的氮、磷、CODMn排放量與環(huán)境負(fù)荷量極顯著小于單養(yǎng)模式。60%異育銀鯽+30%梭魚+10%鰱、鳙(3∶1，質(zhì)量比)是海涂咸淡水體最優(yōu)的養(yǎng)殖模式，其餌料系數(shù)最小，氮、磷利用率和魚凈增產(chǎn)量最大，養(yǎng)殖尾水排污量和環(huán)境負(fù)荷量最低。

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