生態(tài)基對(duì)養(yǎng)殖池塘中浮游植物變化的影響

張 揚(yáng)， 李連星， 劉 興， 王先明， 霍 達(dá)， 繳建華， 王 順， 陳成勛

浮游植物(phytoplankton)通常指浮游藻類，浮游藻類在水體中是魚類和其他經(jīng)濟(jì)動(dòng)物直接或間接的餌料基礎(chǔ)，在決定水域生產(chǎn)性能上具有重要意義，與漁業(yè)生產(chǎn)關(guān)系十分密切。生態(tài)基是一種能夠用于生態(tài)性處理水的高科技材料，也被稱為阿克蔓生物膜(AquaMats)，其設(shè)計(jì)采用上下2段結(jié)構(gòu)，上部較為緊密。下部較為疏松，蔓條在水中呈垂直狀態(tài)。生態(tài)基具有較高的比表面積、具備提供微生物群落生存的孔結(jié)構(gòu)、采用親和生態(tài)環(huán)境的人工聚合物為材料、不會(huì)輕易在水中分解、對(duì)自然環(huán)境無(wú)污染等優(yōu)良特點(diǎn)[1]，為浮游動(dòng)物、浮游植物、細(xì)菌和其他水生生物提供了良好的生長(zhǎng)載體，通過(guò)讓生態(tài)基上的本土微生物群落充分發(fā)展，使微生物的種類和生物量達(dá)到最大化，并利用其代謝作用除去水中的有害物質(zhì)。

我國(guó)從2001年引進(jìn)阿克蔓生態(tài)基技術(shù)，袁偉剛等研究表明阿克蔓生態(tài)基技術(shù)能夠快速有效地對(duì)湖泊污染進(jìn)行治理修復(fù)，并能長(zhǎng)期維護(hù)水體穩(wěn)定，對(duì)湖泊等水體污染治理上也取得很大功效[2]。Haque等對(duì)羅氏沼蝦(Macrobrachiumrosenergii)的研究表明，由于生態(tài)基為蝦類生長(zhǎng)提供了額外空間和天然食物，比生物絮團(tuán)技術(shù)獲得了更好的養(yǎng)殖效果[3]。

生態(tài)基應(yīng)用到池塘養(yǎng)殖中的時(shí)間相對(duì)要晚一些，王建偉等在云南大宗淡水魚類養(yǎng)殖中應(yīng)用生態(tài)基，結(jié)合增加鰱、鳙的投放，使水質(zhì)得到明顯改善，養(yǎng)殖水體中藍(lán)藻得到控制，使養(yǎng)殖戶獲得了增產(chǎn)、增收[4]。董永紅等進(jìn)行了生態(tài)基在對(duì)蝦養(yǎng)殖上的應(yīng)用試驗(yàn)，結(jié)果表明，投放生態(tài)基可培養(yǎng)水體中有益微生物，抑制有害菌，減少病害發(fā)生，提高對(duì)蝦的成活率[5]。

生態(tài)基具有價(jià)格低廉、容易維護(hù)、效果顯著等優(yōu)勢(shì)[6]，在池塘養(yǎng)殖中的應(yīng)用前景也是巨大的。從生態(tài)基在池塘養(yǎng)殖中的應(yīng)用來(lái)看，生態(tài)基在我國(guó)池塘養(yǎng)殖應(yīng)用方面研究較少，大多是以我國(guó)南方地區(qū)為主[7-8]，生態(tài)基在蝦類養(yǎng)殖中得到了廣泛應(yīng)用[9-10]，但在混養(yǎng)池塘中的應(yīng)用研究較少。本研究將生態(tài)基引入北方地區(qū)，擬采用對(duì)照試驗(yàn)從浮游植物的種類組成、優(yōu)勢(shì)種、種群數(shù)量、生物量以及多樣性指數(shù)來(lái)分析生態(tài)基對(duì)養(yǎng)殖水質(zhì)的影響。

1 材料與方法

1.1 采樣地點(diǎn)與采樣時(shí)間

本試驗(yàn)采樣地點(diǎn)位于天津市西青區(qū)水產(chǎn)局第二實(shí)驗(yàn)基地。實(shí)驗(yàn)基地設(shè)置2組試驗(yàn)池塘，4個(gè)采樣點(diǎn)，分別編號(hào)為S1(試驗(yàn)組)、S2(試驗(yàn)組)、D1(對(duì)照組)、D2(對(duì)照組)，池塘內(nèi)養(yǎng)殖的為凡納濱對(duì)蝦。共采樣5次，鋪設(shè)生態(tài)基時(shí)首次采樣后每20 d采樣1次。

1.2 采樣方法與數(shù)據(jù)處理

浮游植物樣品的采集分為定性和定量樣品采集，定性定量采集用25號(hào)浮游生物采集網(wǎng)，在水面畫“∞”的方法進(jìn)行拖取，所采集水樣用4%的福爾馬林溶液固定，然后采用藻類的形態(tài)學(xué)觀察法[10]將所采集的浮游植物進(jìn)行定性分類。

定量樣品采集時(shí)，倒入水樣瓶中并用魯哥氏液固定采集后的水樣在梨形分液漏斗中沉淀24 h后，用虹吸管小心抽取上面不含藻類的上清液，剩余水樣濃縮至30～50 mL保存到廣口瓶(100 mL)中待檢。將所保存水樣充分搖勻，并立即用移液槍吸取0.1 mL置于浮游植物計(jì)數(shù)框內(nèi)，在10×40倍顯微鏡下鑒定計(jì)數(shù)。定量計(jì)數(shù)時(shí)單細(xì)胞種類以細(xì)胞為單位，絲狀體或群體種類以個(gè)體為單位計(jì)數(shù)。每瓶定量樣品計(jì)數(shù)2片，2片計(jì)算結(jié)果和平均數(shù)之差不超過(guò)其均數(shù)的±15%，取平均值。

優(yōu)勢(shì)度：d=Nmax/N，其中Nmax，為群落中數(shù)量最大物種的個(gè)體數(shù)，N為總個(gè)體數(shù)[8]。

密度：N=Cs/(Fs·Fn)·V/v·Pn，其中Cs為計(jì)數(shù)框面積，F(xiàn)s為一個(gè)視野的面積，F(xiàn)n為計(jì)數(shù)過(guò)的視野數(shù)，V為1 L水樣經(jīng)過(guò)沉淀濃縮后的體積，v為計(jì)數(shù)框的容積，Pn為在Fn個(gè)視野中所計(jì)數(shù)的浮游植物個(gè)體數(shù)。

2 結(jié)果與分析

2.1 水體化學(xué)指標(biāo)

由圖1至圖4可知，磷酸鹽試驗(yàn)組在40 d時(shí)顯著低于對(duì)照組(P<0.05)；氨氮試驗(yàn)組在整個(gè)試驗(yàn)過(guò)程中差異不明顯(P>0.05)，但濃度偏高，這可能是由于硝酸鹽在微生物的作用下產(chǎn)生了反硝化作用，使氮元素濃度升高[10]；硝酸鹽各時(shí)間段與對(duì)照組相比均不顯著(P>0.05)；亞硝酸鹽試驗(yàn)組在40 d開始至試驗(yàn)結(jié)束與對(duì)照組相比明顯降低(P<0.05)。

2.2 浮游植物的種類組成

由圖5可知，通過(guò)各組試驗(yàn)池塘采集浮游植物種類名錄(表1)觀察，在整個(gè)采集樣品過(guò)程中，采集到的浮游植物共計(jì)5門23屬27種，其中綠藻門(Chlorophyta)有10屬10種，占浮游藻類種類總數(shù)的 37.04%；硅藻門(Bacillariophyta)有5屬5種，占浮游藻類種類總數(shù)的18.52%；藍(lán)藻門(Cyanophyta)有6屬9種，占浮游藻類種類總數(shù)的33.33%；裸藻門(Euglenophyta)有1屬2種、隱藻門(Cryptohyta)有1屬1種，分別占浮游藻類種類總數(shù)的7.41%、3.70%。

2.3 浮游植物密度及生物量

與藻類密度及生物量密不可分的水質(zhì)參數(shù)主要為氮、磷，世界范圍內(nèi)對(duì)水質(zhì)與藻類的變化兩者之間的相關(guān)性研究較多，研究發(fā)現(xiàn)水中營(yíng)養(yǎng)鹽的變化直接影響藻類的群落結(jié)構(gòu)變化[11]。

浮游植物的密度和生物量是水體營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)的重要表征[12]，由圖6、圖7可知，在單一養(yǎng)蝦池塘中，試驗(yàn)組浮游植物密度在鋪設(shè)生態(tài)基40、60 d時(shí)相比對(duì)照組浮游植物密度差異較為明顯，且在60 d時(shí)達(dá)到最大值(圖4)。而在80 d時(shí)，由于水溫等多種因素，試驗(yàn)組浮游植物密度相比對(duì)照組浮游植物密度有所降低，但降低趨勢(shì)不明顯。整個(gè)試驗(yàn)過(guò)程中，試驗(yàn)組的浮游植物生物量一直低于對(duì)照組浮游植物量，與浮游植物密度變化成反比，浮游植物密度大的池塘，其浮游植物的生物量并不一定大。

3 討論

3.1 池塘水質(zhì)檢測(cè)結(jié)果分析

從檢測(cè)結(jié)果(表2)來(lái)看，整個(gè)試驗(yàn)過(guò)程水質(zhì)各項(xiàng)參數(shù)的差異性不顯著(P<0.05)，這與夏耘等研究生態(tài)基對(duì)水體微生物的影響，其水質(zhì)參數(shù)的結(jié)果[10]相似。整體來(lái)看，試驗(yàn)過(guò)程中各參數(shù)的變化呈現(xiàn)出平穩(wěn)趨勢(shì)，表明生態(tài)基對(duì)水環(huán)境的穩(wěn)定起到了作用。

3.2 生態(tài)基與藻類相關(guān)性分析

藻類作為水產(chǎn)養(yǎng)殖中水環(huán)境組成的重要一員，越來(lái)越受人們重視[13]。申玉春等在蝦類養(yǎng)殖的研究中發(fā)現(xiàn)整個(gè)過(guò)程中占據(jù)優(yōu)勢(shì)地位的是硅藻、綠藻及藍(lán)藻，其他藻類的比例非常少[14]。藻類在養(yǎng)殖水體中的多樣性變化與養(yǎng)殖過(guò)程中的不同階段水環(huán)境中的多種因素，如氮、磷等含量密不可分[15]。

表1 浮游藻類

表2 池塘水質(zhì)指標(biāo) mg/L

劉孝竹等研究發(fā)現(xiàn)，綠藻、藍(lán)藻等常見的優(yōu)勢(shì)藻類一般于養(yǎng)殖開始階段形成一定優(yōu)勢(shì)，但隨著時(shí)間變化由于生態(tài)環(huán)境自身循環(huán)會(huì)導(dǎo)致池塘環(huán)境的富營(yíng)養(yǎng)化，此時(shí)以營(yíng)養(yǎng)鹽為主要生存來(lái)源的藻類開始繁殖，并形成優(yōu)勢(shì)[16]。

本試驗(yàn)中，主要優(yōu)勢(shì)藻種類為綠藻門(Chlorophyta)、硅藻門(Bacillariophyta)和藍(lán)藻門(Cyanophyta)。其中綠藻門(Chlorophyta)包括衣藻屬(Chlamydomonas)、實(shí)球藻屬(Pandorina)、空球藻屬(Eudorina)、小球藻屬(Chlorella)、纖維藻屬(Ankistrodesmus)、柵藻屬(Scenedesmus)、十字藻屬(Crucigenia)、集星藻屬(Actinastrum)、空星藻屬(Coelastrum)；硅藻門(Bacillariophyta)包括小環(huán)藻屬(Cyclotella)、針桿藻屬(Synedra)、舟形藻屬(Navicula)、菱形藻屬(Nitzschi)、直鏈藻屬(Melosira)；藍(lán)藻門(Cyanophyta)包括微囊藻屬(Microcystis)、色球藻屬(Chroococcus)、平裂藻屬(Merismopedia)、席藻屬(Phormidium)、魚腥藻屬(Anabaena)、螺旋藻屬(Spirulina)。綠藻門、硅藻門、藍(lán)藻門藻類種類數(shù)分別占總體的37.04%、18.52%和33.33%。裸藻門(Euglenophyta)有1屬2種，隱藻門(Cryptohyta)有1屬1種，其他藻類并沒有出現(xiàn)，而生態(tài)基的作用在此時(shí)體現(xiàn)了出來(lái)，它能夠富集水體中的微生物、有益藻類，形成生物膜來(lái)發(fā)展微生物群落，微生物通過(guò)自身的作用吸收降解水體中的營(yíng)養(yǎng)鹽及污染物，這就與有害藻類及細(xì)菌形成對(duì)抗，抑制了它們的形成，為養(yǎng)殖提供了更好的環(huán)境，穩(wěn)定水環(huán)境，凈化水質(zhì)。在水體當(dāng)中，影響藻類生長(zhǎng)的因素不只是溫度、營(yíng)養(yǎng)元素等，還有水流的影響[17～18]。如果水流平緩，那么在這種條件下就比較有利于藻類的生長(zhǎng)；反之則不利于藻類的生長(zhǎng)繁殖[19]。生態(tài)基技術(shù)的應(yīng)用，有利于平緩池塘中的水流帶來(lái)的沖擊，為藻類的生長(zhǎng)提供了這方面的優(yōu)良條件。微囊藻、裸藻等會(huì)破壞養(yǎng)殖水體及影響?zhàn)B殖對(duì)象的生長(zhǎng)發(fā)育[20]。在本次試驗(yàn)中，微囊藻屬(Microcystis)在研究0～60 d時(shí)試驗(yàn)組和對(duì)照組均有出現(xiàn)，在80 d時(shí)已經(jīng)消失，裸藻的數(shù)量可忽略不計(jì)。由此可知，生態(tài)基抑制了這些破壞水體的藻類的生長(zhǎng)，后期已經(jīng)不再出現(xiàn)。

4 結(jié)論

從本試驗(yàn)結(jié)果來(lái)看，與廣州珠江水產(chǎn)研究所研究的生態(tài)基對(duì)養(yǎng)殖環(huán)境水體的影響相似，但從試驗(yàn)設(shè)計(jì)上來(lái)看，方法有所不同，生態(tài)基的掛設(shè)密度也不同。生態(tài)基的密度不同對(duì)水質(zhì)的影響也不同。因此，需要進(jìn)一步研究生態(tài)基的掛設(shè)密度對(duì)養(yǎng)殖環(huán)境的影響。

相比生物絮團(tuán)的應(yīng)用，生態(tài)基作為目前生態(tài)修復(fù)的一種方式，相關(guān)研究較少。生態(tài)基制作成本低廉、操作簡(jiǎn)便，后期無(wú)需人工干預(yù)便可自行發(fā)揮效用，節(jié)省了人力成本，作為一種越來(lái)越受到關(guān)注的生態(tài)修復(fù)技術(shù)，對(duì)其的研究將更加廣泛，該項(xiàng)技術(shù)將今后的水產(chǎn)乃至人類生活息息相關(guān)的生態(tài)環(huán)境會(huì)作出更多的貢獻(xiàn)。

藻類作為養(yǎng)蝦池塘中浮游生物的主要組成部分，有著重要的作用。生物絮團(tuán)技術(shù)能夠通過(guò)調(diào)控不同養(yǎng)殖類型池塘的碳氮比來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)養(yǎng)殖環(huán)境的調(diào)控及凈化。生態(tài)基技術(shù)的廣泛應(yīng)用表現(xiàn)出了很大的應(yīng)用前景，其成本低、操作簡(jiǎn)單、便于管理等優(yōu)勢(shì)明顯，且對(duì)養(yǎng)殖環(huán)境的調(diào)控和穩(wěn)定效果也不錯(cuò)。通過(guò)本次試驗(yàn)及查閱相關(guān)資料，筆者認(rèn)為，以藻菌在養(yǎng)殖系統(tǒng)中搭配相應(yīng)的比例，將生物絮團(tuán)技術(shù)與生態(tài)技術(shù)同時(shí)結(jié)合應(yīng)用到水產(chǎn)養(yǎng)殖中，三者共同作用于養(yǎng)殖水質(zhì)的調(diào)控，對(duì)水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)的發(fā)展應(yīng)該會(huì)起到非常不錯(cuò)的作用，充分利用三者的優(yōu)勢(shì)，建立一種極具潛力的生態(tài)模型化養(yǎng)殖環(huán)境調(diào)控模式，應(yīng)用現(xiàn)代微生物群落結(jié)構(gòu)分子研究方法促進(jìn)我國(guó)水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。

藻類對(duì)于溫度較為敏感。南方相比北方來(lái)說(shuō)，在溫度的變化范圍上來(lái)說(shuō)相對(duì)較小，而北方的溫差相對(duì)較大。在試驗(yàn)期間，從起初的夏季至結(jié)束時(shí)的秋季，溫度變化不穩(wěn)定，導(dǎo)致了對(duì)藻類變化分析的干擾，整體來(lái)看綠藻、藍(lán)藻及硅藻為主要優(yōu)勢(shì)藻類。在后續(xù)研究中，應(yīng)該將溫度的控制作為一項(xiàng)參數(shù)，從而結(jié)合藻類的變化更好地為生態(tài)基在池塘養(yǎng)殖中應(yīng)用研究打基礎(chǔ)。