天津地區(qū)漁-蓮耦合循環(huán)養(yǎng)殖系統(tǒng)凈化養(yǎng)殖水環(huán)境試驗(yàn)研究

丁子元 鄭艷坤 徐曉麗 郝俊 姚學(xué)良 蔡琰 徐林通

摘要：研究了天津地區(qū)淡水養(yǎng)蝦池塘不同養(yǎng)殖時(shí)期漁-蓮耦合循環(huán)養(yǎng)殖系統(tǒng)凈化養(yǎng)殖水環(huán)境效果，結(jié)果表明：不同養(yǎng)殖時(shí)期TN、NH+4-N、NO-2-N的去除率表現(xiàn)為養(yǎng)殖中期>養(yǎng)殖后期>養(yǎng)殖前期，TN去除率分別為7.6%、22.41%、17.67%，NH+4-N去除率分別為16.19%、24.96%、20.04%，NO-2-N去除率分別為11.72%、19.22%、17.13%;不同養(yǎng)殖時(shí)期TP的去除率表現(xiàn)為養(yǎng)殖前期>養(yǎng)殖中期>養(yǎng)殖后期，去除率分別為14.33%、9.6%、6.39%。與對(duì)照池塘相比，養(yǎng)殖前期TN、TP、NH+4-N、NO-2-N均值差異不顯著（P>0.05），養(yǎng)殖中期TP、NO-2-N均值差異顯著（P<0.05）;NH+4-N均值差異極顯著（P<0.01），養(yǎng)殖后期TN、NO-2-N均值差異極顯著（P<0.01）。研究表明，漁-蓮耦合循環(huán)養(yǎng)殖系統(tǒng)利用基質(zhì)、植物、微生物的物理、化學(xué)、生物三重協(xié)同作用可以有效改善養(yǎng)殖水環(huán)境，增加水體的自凈能力。

關(guān)鍵詞：漁蓮耦合;池塘養(yǎng)殖;循環(huán)凈化;去除率

天津地區(qū)淡水池塘養(yǎng)殖面積占全市水產(chǎn)養(yǎng)殖面積的八成以上[1]，是天津漁業(yè)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)重要組成部分，是天津漁業(yè)經(jīng)濟(jì)發(fā)展重要支柱產(chǎn)業(yè)。但是隨著淡水池塘養(yǎng)殖產(chǎn)量的快速提高，使得向池塘中投入的投入品數(shù)量增加，養(yǎng)殖動(dòng)物的排泄量增多，殘餌、糞便等沉積塘底超過(guò)了水體自凈能力。據(jù)報(bào)道，水產(chǎn)養(yǎng)殖投喂的飼料，70%～80%為人工配合飼料，這種飼料多以懸浮顆粒物形式進(jìn)入水體中，最終被養(yǎng)殖生物食用的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)中約有51%氮和64%磷成為廢棄物[2-3]，這也是造成養(yǎng)殖池塘受殘餌糞便、底泥污染影響，富營(yíng)養(yǎng)化程度嚴(yán)重，池塘環(huán)境承載力下降的主要原因之一。

近幾年，漁業(yè)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展開(kāi)始遵循低碳經(jīng)濟(jì)、循環(huán)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展原則[4-6]，倪潔麗等[7]研究了生態(tài)修復(fù)技術(shù)中的水生植物修復(fù)的概念、作用機(jī)理及影響因素，田敏等[8]研究了南方平原湖區(qū)利用藕塘對(duì)魚(yú)塘進(jìn)行異位修復(fù)，并得出養(yǎng)殖水在藕塘滯留可有效改善水質(zhì)。目前，這方面研究在北方地區(qū)鮮有報(bào)道，本文采用池塘生態(tài)循環(huán)水養(yǎng)殖理念，進(jìn)一步研究了不同養(yǎng)殖時(shí)期漁-蓮耦合循環(huán)養(yǎng)殖系統(tǒng)對(duì)養(yǎng)殖尾水凈化效果，旨在為天津地區(qū)池塘生態(tài)循環(huán)養(yǎng)殖的發(fā)展提供參考資料。

1材料與方法

1.1池塘條件

試驗(yàn)在武清區(qū)巷明水產(chǎn)養(yǎng)殖專(zhuān)業(yè)合作社進(jìn)行，養(yǎng)殖地點(diǎn)位于天津市武清區(qū)崔黃口鎮(zhèn)。試驗(yàn)水源用水為青龍灣減河引水。試驗(yàn)池塘面積6.67hm2，長(zhǎng)方形，東西向，長(zhǎng)寬比為2∶1。按面積比為3∶1的比例改造池塘，其中：養(yǎng)殖區(qū)占總面積3/4，面積為5hm2;蓮塘凈化區(qū)占總面積1/4，面積為1.67hm2。

養(yǎng)殖區(qū)結(jié)合池塘面積、深度、池底淤泥沉積情況，進(jìn)行池塘護(hù)坡、底部、坡度的改造。池底為鍋底狀，平均水深為2m，最大水深為3m，中央設(shè)有圓形排污口，排污口半徑為10cm，高出池底20～25cm。池塘底部鋪設(shè)管徑為10cm排污管道，與蓮塘凈化區(qū)域相連。配備車(chē)輪式增氧機(jī)4臺(tái)，功率1.5kW，分布在池塘四周，用于輔助池塘養(yǎng)殖水體形成逆時(shí)針?biāo)?，便于池底集污設(shè)施收集殘餌、糞便等污染物。配備微孔增氧設(shè)備，每hm2配備15～60個(gè)曝氣盤(pán)，盤(pán)框需固定在池底，距離池塘底部10～15cm，配備鼓風(fēng)機(jī)功率1.5～2.25kW/hm2。

蓮塘凈化區(qū)以養(yǎng)殖區(qū)清淤底泥經(jīng)處理作為基底，厚度在30～50cm之間，為蓮藕的生長(zhǎng)提供必要的養(yǎng)份，整個(gè)生長(zhǎng)過(guò)程不施肥。采用PVC板搭建擋水墻，使水流沿?fù)跛畨π纬傻乃哿鲃?dòng)。在蓮塘凈化區(qū)末端設(shè)置水泵，泵體為平流泵，流量為300m3/h。養(yǎng)殖區(qū)水位設(shè)計(jì)要高于蓮塘凈化區(qū)，從而利用養(yǎng)殖區(qū)和蓮塘凈化區(qū)的高度差產(chǎn)生的定向水流將養(yǎng)殖區(qū)的部分殘餌、糞便等污染物通過(guò)底排污管道排入蓮塘凈化區(qū)，通過(guò)平流泵將凈化后的水抽入養(yǎng)殖區(qū)形成循環(huán)。

1.2試驗(yàn)設(shè)計(jì)

養(yǎng)殖區(qū)主養(yǎng)蝦套養(yǎng)魚(yú)，南美白對(duì)蝦放養(yǎng)量45萬(wàn)尾/hm2，規(guī)格為1cm/尾;鯉魚(yú)放養(yǎng)量1500尾/hm2，規(guī)格為100g/尾;草魚(yú)放養(yǎng)量1500尾/hm2，規(guī)格為100g/尾。蓮塘凈化區(qū)蓮藕種植品種為早熟品種鄂蓮7號(hào)，種植藕種6000kg/hm2。通過(guò)底排污管道和抽水泵將養(yǎng)殖區(qū)與蓮塘凈化區(qū)相連，運(yùn)行時(shí)通過(guò)插拔管，利用高度差和水泵使養(yǎng)殖尾水形成循環(huán)。選擇池塘面積及養(yǎng)殖品種、養(yǎng)殖密度相同的池塘作為對(duì)照池，開(kāi)展?jié)O-蓮耦合循環(huán)養(yǎng)殖系統(tǒng)表面流試驗(yàn)。每次試驗(yàn)前先將蓮塘凈化區(qū)中的水體排到附近儲(chǔ)水池中，采用五點(diǎn)法布點(diǎn)進(jìn)行水質(zhì)采樣，采集的樣品均勻混合后帶回實(shí)驗(yàn)室備測(cè)。

1.2.1漁-蓮耦合循環(huán)養(yǎng)殖系統(tǒng)表面流試驗(yàn)該試驗(yàn)分別在養(yǎng)殖前期、養(yǎng)殖中期、養(yǎng)殖后期三個(gè)階段進(jìn)行。南美白對(duì)蝦在養(yǎng)殖前期（5月底—6月），主要以池塘浮游生物作為開(kāi)口餌料，一周后開(kāi)始投喂人工配合顆粒飼料，每天投喂2次，即9∶00、21∶00投喂，日投喂量為對(duì)蝦總重的10%，主要依靠成株期的蓮藕進(jìn)行水質(zhì)凈化;養(yǎng)殖中期（7-8月）每天投喂3次，即9∶00、20∶00、24∶00投喂，日投喂量為對(duì)蝦總重的6%，主要依靠結(jié)藕期的蓮藕進(jìn)行水質(zhì)凈化;養(yǎng)殖后期（9月至出池）每天投喂4次，即7∶00、12∶00、19∶00、24∶00投喂，日投喂量為對(duì)蝦總重的5%，主要依靠休眠期的蓮藕進(jìn)行水質(zhì)凈化。投喂時(shí)在池塘邊均勻潑灑，夜間投喂量占日投喂總量的50%。表面流處理起始時(shí)間9∶00，從起始時(shí)間開(kāi)始每隔24h分別于試驗(yàn)池塘和對(duì)照池塘取混合水樣帶回實(shí)驗(yàn)室備測(cè)。每次水循環(huán)持續(xù)72h，使用流量為300m3/h的平流泵，循環(huán)水量約為總水量的21.59%。

1.2.2指標(biāo)測(cè)定采用堿性過(guò)硫酸鉀消解紫外分光光度法（HJ636-2012）測(cè)定總氮（TN）;采用鉬酸銨分光光度法（GB11893-1989）測(cè)定總磷（TP）;采用納氏試劑分光光度法（HJ535-2009）測(cè)定氨氮（NH+4-N）;采用分光光度法（GB7493-1987）測(cè)定亞硝酸鹽氮（NO-2-N）;采用自動(dòng)定氮儀法（NY/T2419-2013）測(cè)定藕、藕莖、藕葉部位全氮含量;采用鉬銻抗比色法（NY/T2421-2013）測(cè)定藕、藕莖、藕葉部位全磷含量。

2結(jié)果

2.1不同養(yǎng)殖時(shí)期試驗(yàn)池塘水質(zhì)變化情況

分別在6月、7月、9月不同養(yǎng)殖時(shí)期進(jìn)行了漁-蓮耦合循環(huán)養(yǎng)殖系統(tǒng)表面流試驗(yàn)，不同養(yǎng)殖時(shí)期試驗(yàn)池塘水質(zhì)指標(biāo)變化情況如下。

2.1.1TN變化如圖1所示，不同養(yǎng)殖時(shí)期TN起始質(zhì)量濃度變化范圍為2.129～2.650mg·L-1，呈顯著升高趨勢(shì)，養(yǎng)殖前期較養(yǎng)殖后期差異極顯著（P<0.01），養(yǎng)殖中期較養(yǎng)殖后期差異顯著（P<0.05），表明養(yǎng)殖水環(huán)境中TN含量隨養(yǎng)殖投入品的逐漸積累而顯著增加;相同養(yǎng)殖時(shí)期TN在系統(tǒng)運(yùn)行期間，均呈逐漸降低趨勢(shì)，表明蓮塘表面流對(duì)TN具有一定凈化效果。

2.1.2TP變化如圖2所示，不同養(yǎng)殖時(shí)期TP起始質(zhì)量濃度變化范圍為0.244～0.173mg·L-1，呈顯著降低趨勢(shì)，養(yǎng)殖前期較養(yǎng)殖中期差異極顯著（P<0.01），養(yǎng)殖中期較養(yǎng)殖后期差異不顯著（P>0.05），表明養(yǎng)殖前期植物對(duì)水環(huán)境中TP的吸收量顯著大于養(yǎng)殖中期和后期;相同養(yǎng)殖時(shí)期TP在系統(tǒng)運(yùn)行期間，均呈逐漸降低趨勢(shì)，表明蓮塘表面流對(duì)TP具有一定凈化效果。

2.1.3NH+4-N變化如圖3所示，不同養(yǎng)殖時(shí)期NH+4-N起始質(zhì)量濃度變化范圍為1.905～1.585mg·L-1，呈顯著降低趨勢(shì)，養(yǎng)殖前期較養(yǎng)殖后期差異顯著（P<0.05），養(yǎng)殖中期較養(yǎng)殖后期差異不顯著（P>0.05），表明養(yǎng)殖前期植物對(duì)水環(huán)境中NH+4-N吸收量顯著大于養(yǎng)殖后期;相同養(yǎng)殖時(shí)期NH+4-N在系統(tǒng)運(yùn)行期間，均呈逐漸降低趨勢(shì)，表明蓮塘表面流對(duì)NH+4-N具有一定凈化效果。

2.1.4NO-2-N變化如圖4所示，不同養(yǎng)殖時(shí)期NO-2-N起始質(zhì)量濃度變化范圍為0.053～0.061mg·L-1，呈逐漸升高趨勢(shì)，不同養(yǎng)殖時(shí)期差異不顯著（P>0.05）;相同養(yǎng)殖時(shí)期NO-2-N在系統(tǒng)運(yùn)行期間，均呈逐漸降低趨勢(shì)，表明蓮塘表面流對(duì)NO-2-N具有一定凈化效果。

2.1.5去除率變化如圖5所示，TN在不同養(yǎng)殖時(shí)期去除率分別為7.6%、22.41%、17.67%;TP在不同養(yǎng)殖時(shí)期去除率分別為14.33%、9.6%、6.39%;NH+4-N在不同養(yǎng)殖時(shí)期去除率分別為16.19%、24.96%、20.04%;NO-2-N在不同養(yǎng)殖時(shí)期去除率分別為11.72%、19.22%、17.13%。

2.2試驗(yàn)池塘與對(duì)照池塘水質(zhì)變化情況

試驗(yàn)池塘采用漁-蓮耦合循環(huán)養(yǎng)殖系統(tǒng)進(jìn)行養(yǎng)殖尾水的凈化處理，對(duì)照池塘選取與試驗(yàn)池塘面積及養(yǎng)殖品種、養(yǎng)殖密度相近條件的池塘進(jìn)行常規(guī)養(yǎng)殖，不同養(yǎng)殖時(shí)期試驗(yàn)池塘與對(duì)照池塘水質(zhì)指標(biāo)均值變化情況如下。

2.2.1TN變化如圖6所示，試驗(yàn)池塘與對(duì)照池塘TN在養(yǎng)殖前期、養(yǎng)殖中期差異不顯著（P>0.05），養(yǎng)殖后期差異極顯著（P<0.01），對(duì)照池塘TN含量顯著高于試驗(yàn)池塘。

2.2.2TP變化如圖7所示，試驗(yàn)池塘與對(duì)照池塘TP在養(yǎng)殖前期、養(yǎng)殖后期差異不顯著（P>0.05），養(yǎng)殖中期差異顯著（P<0.05），對(duì)照池塘TP含量顯著高于試驗(yàn)池塘。

2.2.3NH+4-N變化如圖8所示，試驗(yàn)池塘與對(duì)照池塘NH+4-N在養(yǎng)殖前期差異不顯著（P>0.05），養(yǎng)殖中期、養(yǎng)殖后期差異極顯著（P<0.01），對(duì)照池塘NH+4-N含量顯著高于試驗(yàn)池塘。

2.2.4NO-2-N變化如圖9所示，試驗(yàn)池塘與對(duì)照池塘NO-2-N養(yǎng)殖前期差異不顯著（P>0.05），養(yǎng)殖中期差異顯著（P<0.05），養(yǎng)殖后期差異極顯著（P<0.01）。養(yǎng)殖中期、養(yǎng)殖后期階段對(duì)照池塘NO-2-N含量顯著高于試驗(yàn)池塘。

2.3蓮藕不同部位TN、TP富集情況

養(yǎng)殖后期對(duì)收割后的蓮藕不同部位進(jìn)行了TN、TP的測(cè)定，測(cè)定結(jié)果如表1所示。

由表1可見(jiàn)，蓮藕不同部位對(duì)TN的富集量從大到小為藕葉>藕>藕莖，其中藕葉的富集量為（27.59±0.02）g·kg-1，藕的富集量為（9.621±0.01）g·kg-1，藕莖的富集量為（5.901±0.01）g·kg-1;對(duì)TP的富集量從大到小為藕葉>藕>藕莖，其中藕葉的富集量為（3.704±0.01）g·kg-1，藕的富集量為（2.901±0.01）g·kg-1，藕莖的富集量為（1.543±0.01）g·kg-1。

3討論

通過(guò)蓮塘表面流處理，試驗(yàn)池塘不同養(yǎng)殖時(shí)期TN、NH+4-N、NO-2-N的去除率表現(xiàn)為養(yǎng)殖中期>養(yǎng)殖后期>養(yǎng)殖前期，TP的去除率則表現(xiàn)為養(yǎng)殖前期>養(yǎng)殖中期>養(yǎng)殖后期。養(yǎng)殖中期，TN、NH+4-N、NO-2-N的去除率出現(xiàn)峰值，分別為22.41%、24.96%、19.22%，很可能與該階段植株光合作用增強(qiáng)有關(guān)。因?yàn)樗疁亍⒐庹盏膹?qiáng)度增加，從而提高了水體中某些微生物（如光合細(xì)菌、硝化細(xì)菌等）的活性，進(jìn)而增強(qiáng)了蓮塘表面流對(duì)TN、NH+4-N、NO-2-N的凈化效果。而養(yǎng)殖前期，TP的去除率略高于其他養(yǎng)殖時(shí)期，達(dá)到14.33%，很可能與養(yǎng)殖前期植株根系、莖葉生長(zhǎng)有關(guān)。因?yàn)镻元素具有促使植株根系發(fā)達(dá)、促進(jìn)莖葉生長(zhǎng)的作用，進(jìn)而影響了蓮塘表面流對(duì)TP的凈化效果。

在不同養(yǎng)殖時(shí)期，與對(duì)照池塘相比，試驗(yàn)池塘TN、TP、NH+4-N、NO-2-N均值變化較小，且數(shù)值均低于對(duì)照池塘，表明養(yǎng)殖水環(huán)境相對(duì)更加穩(wěn)定。養(yǎng)殖前期，試驗(yàn)池塘與對(duì)照池塘TN、TP、NH+4-N、NO-2-N均值差異不顯著（P>0.05）。養(yǎng)殖中期，TP、NO-2-N均值差異顯著（P<0.05）;NH+4-N均值差異極顯著（P<0.01）。養(yǎng)殖后期TN、NO-2-N均值差異極顯著（P<0.01）。由此可見(jiàn)，漁-蓮耦合循環(huán)養(yǎng)殖系統(tǒng)利用基質(zhì)、植物、微生物的物理、化學(xué)、生物三重協(xié)同作用可以有效改善養(yǎng)殖水環(huán)境，增加水體的自凈能力。

蓮藕不同部位對(duì)TN、TP的富集量，從大到小，均為藕葉>藕>藕莖。由此可見(jiàn)，蓮藕地上部分要比地下部分對(duì)TN、TP的富集效果好[9]，很可能是蓮藕生長(zhǎng)發(fā)育的需要在一定程度上影響了蓮藕不同部位對(duì)TN、TP的富集。因?yàn)镹元素是植物體內(nèi)許多重要有機(jī)化合物組成的必要元素，例如蛋白質(zhì)、核酸、葉綠素、維生素、生物堿以及一些植物酶和激素等，它也是遺傳物質(zhì)的基礎(chǔ)，在生物體內(nèi)常處于代謝的中心地位，而P元素是植物能量代謝的主要元素，影響著植物光合作用及呼吸作用，所以在不同程度上影響了TN、TP在蓮藕不同部位的富集量的差異。

4小結(jié)

通過(guò)漁-蓮耦合循環(huán)養(yǎng)殖系統(tǒng)凈化養(yǎng)殖水環(huán)境試驗(yàn)的研究，可見(jiàn)在北方天津地區(qū)采用種植蓮藕對(duì)養(yǎng)殖尾水進(jìn)行循環(huán)凈化，可以使養(yǎng)殖池塘水環(huán)境得到有效改善。與普通養(yǎng)殖池塘相比，采用漁-蓮耦合循環(huán)養(yǎng)殖系統(tǒng)的池塘水環(huán)境更加穩(wěn)定，水質(zhì)更符合漁業(yè)養(yǎng)殖水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。同時(shí)，采用養(yǎng)殖池塘清淤底泥經(jīng)處理作為蓮塘種植蓮藕基質(zhì)的方式，可以實(shí)現(xiàn)底泥的原位處理，既降低了底泥中氮磷等污染物含量，又為蓮藕生長(zhǎng)發(fā)育提供了必需營(yíng)養(yǎng)元素。但需要注意，在種植蓮藕前，應(yīng)對(duì)池塘清淤底泥進(jìn)行處理，否則腐爛的底泥可能會(huì)影響?zhàn)B殖水質(zhì)環(huán)境。

在養(yǎng)殖效果方面，與普通養(yǎng)殖池塘相比，存在顯著優(yōu)勢(shì)：一是有效降低養(yǎng)殖成本。漁-蓮耦合循環(huán)養(yǎng)殖系統(tǒng)利用生態(tài)循環(huán)的養(yǎng)殖理念，有效減少了漁藥使用，既遵循了低碳經(jīng)濟(jì)、循環(huán)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展原則，又顯著降低了養(yǎng)殖成本。二是可以提高養(yǎng)殖附加值。種植的蓮藕，既是水質(zhì)凈化的主要載體，又是百姓餐桌上的美味佳肴，收獲的藕可以提高養(yǎng)殖附加值，為漁民增產(chǎn)增收。

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（收稿日期：2021-05-07）