主養(yǎng)羅非魚魚菜共生池塘水質(zhì)指標(biāo)的變化規(guī)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(qū)水產(chǎn)科學(xué)研究所，農(nóng)業(yè)部西北地區(qū)漁業(yè)資源環(huán)境科學(xué)觀測(cè)實(shí)驗(yàn)站，新疆 烏魯木齊 830000；2.重慶市水產(chǎn)技術(shù)推廣總站，重慶400020；3.烏魯木齊百匯魚生漁業(yè)科技有限公司，新疆 烏魯木齊 830003)

水體環(huán)境是影響池塘養(yǎng)殖較為關(guān)鍵的因素之一。良好的水體環(huán)境可促進(jìn)魚類健康生長，降低養(yǎng)殖成本，其已成為推進(jìn)水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)綠色高質(zhì)量發(fā)展的必然要求。近年來，一些養(yǎng)殖者片面采取高密度放養(yǎng)和高強(qiáng)度投喂的手段實(shí)現(xiàn)養(yǎng)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(huán)境惡化程度加劇，這種生產(chǎn)模式不僅增加了池塘養(yǎng)殖風(fēng)險(xiǎn)，還對(duì)水產(chǎn)品質(zhì)量安全產(chǎn)生了一定的威脅[1-3]。為改善池塘養(yǎng)殖水體環(huán)境，近些年興起的基于共生原理的“魚-水生植物”生態(tài)循環(huán)技術(shù)因其環(huán)境友好已被廣泛應(yīng)用，并已成為農(nóng)業(yè)農(nóng)村部2019年農(nóng)業(yè)主推技術(shù)，而池塘魚菜共生綜合種養(yǎng)便屬于該技術(shù)的重要組成部分[4]。

池塘魚菜共生綜合種養(yǎng)將水產(chǎn)養(yǎng)殖和蔬菜種植兩種不同的農(nóng)業(yè)技術(shù)，通過科學(xué)的生態(tài)設(shè)計(jì)，對(duì)池塘養(yǎng)殖水體進(jìn)行原位處理和修復(fù)，是改善養(yǎng)殖水體環(huán)境實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排的生態(tài)養(yǎng)殖新模式[5]。目前，池塘魚菜共生技術(shù)研究主要圍繞蔬菜品種、種植密度及池塘水質(zhì)變化等開展相關(guān)研究[6]，不能從整體上反映養(yǎng)殖生態(tài)系統(tǒng)的運(yùn)轉(zhuǎn)情況及物質(zhì)代謝過程。鑒于此，本試驗(yàn)通過結(jié)合氮磷物質(zhì)轉(zhuǎn)化與收支、排污系數(shù)研究水質(zhì)變化，以期為池塘魚菜共生養(yǎng)殖模式的建立及推廣提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地點(diǎn)

試驗(yàn)地點(diǎn)位于烏魯木齊市米東區(qū)長山子鎮(zhèn)，試驗(yàn)池塘和對(duì)照池塘各1口，均為標(biāo)準(zhǔn)化養(yǎng)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(dú)立進(jìn)排水設(shè)施，周圍無污染源。水源為地下深井水，水質(zhì)符合GB 11607—1989《漁業(yè)水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)》。池塘均在前一年度秋季養(yǎng)殖期結(jié)束后清塘消毒暴曬后備用。

1.2 試驗(yàn)魚放養(yǎng)

魚種投放時(shí)間為2017年5月18日，魚種投放前用質(zhì)量濃度1.5%生理鹽水浸泡10 min，試驗(yàn)池塘和對(duì)照池塘魚種投放數(shù)量和規(guī)格詳見表1。

表1 池塘魚種投喂規(guī)格及數(shù)量

養(yǎng)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(yàn)池塘和對(duì)照池塘飼料均安裝型號(hào)和功率相同的投餌機(jī)進(jìn)行投喂，每天投喂 3次，每次 45 min左右，根據(jù)魚體生長、攝食和天氣情況，及時(shí)調(diào)整投食量。養(yǎng)殖期間選派專人進(jìn)行日常投喂及管理，整個(gè)養(yǎng)殖期間不施用水質(zhì)調(diào)節(jié)劑，不換水，每次采樣后的第1天和第15 天分別補(bǔ)充因蒸發(fā)和滲漏損失的水，每次補(bǔ)水于3 d內(nèi)完成；兩個(gè)池塘均安裝型號(hào)和功率相同的葉輪式增氧機(jī)，定時(shí)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(guī)格為360 cm×120 cm，聚乙烯網(wǎng)片分上下兩層包裹浮床，其中上層疏網(wǎng)、網(wǎng)眼3.0 cm，下層密網(wǎng)、網(wǎng)眼0.8 cm。網(wǎng)片用塑料扎帶繃緊，上下網(wǎng)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(wǎng)片中。水蕹菜莖稈露出下層網(wǎng)片約3～4 cm。將移植好水蕹菜的浮床用繩子串聯(lián)分8行排布于池塘下風(fēng)處，每行12個(gè)，共計(jì)96個(gè)，浮床面積共計(jì)415 m2，占池塘養(yǎng)殖面積的8.3%。浮床每行可整體移動(dòng)，便于蔬菜采摘。經(jīng)過約20 d的生長，當(dāng)水蕹菜長至30 cm時(shí)開始刈割，以后每間隔15～18天刈割一次，每次刈割時(shí)稱重，做好日常記錄。

1.5 水樣采集與水質(zhì)指標(biāo)測(cè)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(diǎn)于池塘四角采集水樣，水樣的采集、貯存、運(yùn)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(cè)定；亞硝酸鹽氮采用萘乙二胺分光光度法(GB 7493—1987)測(cè)定；硝酸鹽氮采用酚二磺酸分光光度法(GB 7480—1987)測(cè)定；總氮采用堿性過硫酸鉀消解紫外分光光度法(GB 11894—1989)測(cè)定；總磷采用鉬酸銨分光光度法(GB 11893—1989)測(cè)定。

1.6 生長性能和氮磷收支的測(cè)定

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

成活率(%)=Af/Ai×100

(1)

吃食性魚類飼料系數(shù)=Fw/(Wa-Wb)

(2)

總飼料系數(shù) 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(shù)=S×H×(P2-P1)/(Wt-W0)

(6)

式中，Af為漁獲物中各品種終末尾數(shù)；Ai為放養(yǎng)各品種初始尾數(shù)；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(yǎng)羅非魚、異育銀鯽總重(kg)；Wt為漁獲物總重(kg)；W0為放養(yǎng)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(yǎng)殖面積(m2)；H為養(yǎng)殖水深(m)；P1、P2分別為池塘進(jìn)、排水水中監(jiān)測(cè)物的質(zhì)量濃度(mg/L)。

1.7 數(shù)據(jù)處理

試驗(yàn)結(jié)果用平均數(shù)±標(biāo)準(zhǔn)差表示，采用SPSS 17.0 統(tǒng)計(jì)軟件進(jìn)行單因素方差分析，當(dāng)處理之間差異顯著(P<0.05)時(shí)，用Duncan檢驗(yàn)進(jìn)行多重比較分析。

2 結(jié)果

2.1 池塘水質(zhì)指標(biāo)的變化情況

池塘水體水質(zhì)指標(biāo)變化見圖1。隨著養(yǎng)殖時(shí)間的延長，對(duì)照池塘水體pH值呈顯著上升趨勢(shì)，于8月10日后維持在較高水平(8.75～8.78)；而試驗(yàn)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(yàn)池塘pH值顯著低于對(duì)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(shì)，其中對(duì)照池塘于8月30日達(dá)最大值(0.97 mg/L)后緩慢下降，試驗(yàn)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(shì)(對(duì)照組0.57～3.42 mg/L，試驗(yàn)組0.54～2.70 mg/L)，但從7月21日起，試驗(yàn)池塘上升趨勢(shì)趨緩，顯著低于對(duì)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(shì)，于8月10日后維持在較高水平(對(duì)照組氨氮0.07～0.62 mg/L，試驗(yàn)組氨氮0.06～0.56 mg/L；對(duì)照組亞硝酸鹽氮0.01～0.13 mg/L，試驗(yàn)組亞硝酸鹽氮0.01～0.10 mg/L)，試驗(yàn)組顯著低于對(duì)照組(P<0.05)。對(duì)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(yàn)組呈現(xiàn)先升后降趨勢(shì)，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(biāo)有不同小寫字母表示同處理組不同時(shí)期差異顯著(P<0.05)，大寫字母表示同時(shí)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(duì)照池塘中，吃食性、濾食性魚類對(duì)投入飼料氮、磷的利用率分別為36.9%、24.8%和9.5%、6.4%，試驗(yàn)池塘中分別為37.8%、25.0%和9.9%、6.7%；試驗(yàn)池塘中水蕹菜對(duì)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(gè)養(yǎng)殖期間均不換水，僅于收獲時(shí)排出池水，根據(jù)排水量和進(jìn)、排水中污染物濃度的差值，計(jì)算單位養(yǎng)殖產(chǎn)量下總氮、總磷、氨氮、亞硝酸鹽氮、硝酸鹽氮排污系數(shù)(表3)，試驗(yàn)池塘分別較對(duì)照池塘下降17.6%、65.6%、25.0%、10.4%、62.4%。

表3 池塘養(yǎng)殖排污系數(shù)測(cè)算

2.3 生長性能

池塘養(yǎng)殖收獲物規(guī)格和產(chǎn)量見表4。養(yǎng)殖周期為5月18日至9月20日，歷時(shí)126 d，對(duì)照池塘與試驗(yàn)池塘的吃食性魚類(羅非魚、異育銀鯽)飼料系數(shù)分別為1.45、1.41，總飼料系數(shù)分別為1.15、1.11，試驗(yàn)池塘略低于對(duì)照池塘。

表4 水蕹菜浮床栽培對(duì)魚類收獲規(guī)格及成活率的影響

續(xù)表4

3 討論

3.1 魚菜共生模式對(duì)池塘水質(zhì)的影響

魚菜共生作為當(dāng)前極具發(fā)展前景的新型池塘水質(zhì)調(diào)控及養(yǎng)殖尾水處理技術(shù)，已在鯽、鱸、鱘、泥鰍等魚類養(yǎng)殖中進(jìn)行了廣泛研究與應(yīng)用[7-9]。本研究發(fā)現(xiàn)隨著養(yǎng)殖時(shí)間的延長，羅非魚養(yǎng)殖池塘的水質(zhì)指標(biāo)相比養(yǎng)殖初期發(fā)生了較大變化，試驗(yàn)中對(duì)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(wěn)定在較高水平，這與劉輝等[10]、王淼等[11]、Danaher J J等[12]有關(guān)羅非魚養(yǎng)殖的研究所獲得的結(jié)果一致，因?yàn)樗a(chǎn)養(yǎng)殖過程中高濃度的無機(jī)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(yǎng)殖前期，由于未進(jìn)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(duì)照組一樣，均有一定程度的積累，且與對(duì)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(shì)明顯減緩，且含量與對(duì)照組差異顯著，這說明種植水蕹菜能夠明顯改善養(yǎng)殖池塘水質(zhì)。當(dāng)前圍繞魚菜共生模式下不同蔬菜品種[13]、種植模式[14-15]對(duì)水質(zhì)影響的研究均發(fā)現(xiàn)該技術(shù)能夠明顯改善養(yǎng)殖水質(zhì)，但相互之間具有差異性。本研究發(fā)現(xiàn)水蕹菜對(duì)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(bào)道水蕹菜對(duì)氨氮的親和力大于硝態(tài)氮，有優(yōu)先吸收氨氮的趨勢(shì)，這可能與養(yǎng)殖池塘水體環(huán)境和微生物組成有較大關(guān)系[17-18]。同時(shí)，水蕹菜對(duì)穩(wěn)定水體pH值作用顯著，試驗(yàn)池塘pH值從7月21日起顯著低于對(duì)照池塘，8月10日后維持在較低水平，之所以這樣是因?yàn)樗巢烁导捌涓滴⑸锏暮粑饔脤⑺w中碳水化合物、脂肪、蛋白質(zhì)等氧化，產(chǎn)生CO2溶于養(yǎng)殖水體，同時(shí)水蕹菜生長產(chǎn)生遮蔽，抑制池塘藻類生長，從而導(dǎo)致池塘pH值下降[18]。

3.2 魚菜共生模式對(duì)池塘氮磷收支及排污系數(shù)的影響

池塘養(yǎng)殖尾水的達(dá)標(biāo)排放是漁業(yè)發(fā)展的必經(jīng)之路[19]，而氮、磷作為引起水體富營養(yǎng)化的關(guān)鍵因素，是養(yǎng)殖尾水達(dá)標(biāo)排放的主要指標(biāo)[20]。不同的池塘養(yǎng)殖系統(tǒng)因養(yǎng)殖模式對(duì)投入飼料中各物質(zhì)的利用存在一定的差異，但魚體對(duì)飼料中氮、磷利用率普遍較低，未被利用的富含氮、磷營養(yǎng)物質(zhì)成為養(yǎng)殖水體富營養(yǎng)化的物質(zhì)基礎(chǔ)[21]，因此提高池塘養(yǎng)殖系統(tǒng)的氮、磷利用率可有效減少其對(duì)水體環(huán)境的影響。本試驗(yàn)中，對(duì)照組對(duì)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(yǎng)池塘中氮、磷利用率18%～21%、16%～18%[22]，主要原因?yàn)楸驹囼?yàn)為套養(yǎng)模式，鰱、鳙、鯽可攝食水體中的浮游動(dòng)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(yǎng)模式下池塘氮磷利用率獲得的結(jié)果相一致。魚菜共生池塘和對(duì)照池塘以魚體形式產(chǎn)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(yǎng)殖池塘氮、磷的利用效率，同時(shí)使養(yǎng)殖池塘養(yǎng)殖尾水中總氮、總磷含量由符合淡水池塘養(yǎng)殖水排放要求(SC/T 9101—2007)二級(jí)(TP≤1 mg/L，TN≤5 mg/L)提升為一級(jí)(TP≤0.5 mg/L，TN≤3 mg/L)[20]。

在正常生產(chǎn)條件下，養(yǎng)殖生產(chǎn)單位質(zhì)量水產(chǎn)品所產(chǎn)生的污染物量中，經(jīng)不同排放渠道直接排放到外部水體環(huán)境中的污染物量即為池塘排污系數(shù)[24]。本試驗(yàn)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(shù)分別較對(duì)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(shù)，這主要是因?yàn)轸~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(guān)無機(jī)物濃度降低，最終使排污系數(shù)顯著降低。由于排污系數(shù)計(jì)算出的排污量只包含養(yǎng)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(jié)合排污系數(shù)和產(chǎn)物系數(shù)綜合評(píng)價(jià)池塘養(yǎng)殖對(duì)環(huán)境的影響。