生物膜凈水柵搭配水生植物浮床修復(fù)草魚混養(yǎng)池塘水環(huán)境的效果研究

張建銘，黃雅貞，張家海，劉德亭，方 園，劉 斌

(1.贛州市畜牧水產(chǎn)研究所 江西 贛州 341000；2.贛南科學(xué)院 江西 贛州 341000)

引 言

淡水養(yǎng)殖是中國水產(chǎn)養(yǎng)殖的主要形式和水產(chǎn)品供應(yīng)的重要來源[1]，據(jù)統(tǒng)計(jì)[2]，2018年全國淡水養(yǎng)殖面積514.646萬hm2，占水產(chǎn)養(yǎng)殖總面積的71.58%，淡水養(yǎng)殖產(chǎn)量2959.84萬t，占全國水產(chǎn)品養(yǎng)殖總產(chǎn)量的59.3%。然而隨著高密度養(yǎng)殖技術(shù)的推廣，飼料、漁藥等投入品的大量使用遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了淡水養(yǎng)殖水域的承載能力，導(dǎo)致我國淡水養(yǎng)殖水域的自我凈化能力大幅削弱，加劇了水體的富營養(yǎng)化[3-4]。

生物膜凈水柵是由線性尼龍柵欄垂直填料構(gòu)在兩根繩索中，作為微生物群落的載體形成生物膜，生物膜通過與空氣、水充分混合轉(zhuǎn)化和降解養(yǎng)殖過程中產(chǎn)生的污染物[5-6]，具有結(jié)構(gòu)簡單、成本低廉、操作簡便、占用空間小、處理效率高等優(yōu)點(diǎn)[7]。水生植物浮床是利用生物浮床在水面上種植蔬菜等植物，通過植物根系吸附、吸收和轉(zhuǎn)換水體中過剩的營養(yǎng)物質(zhì)，水生植物還可以供魚類食用，起到改良水質(zhì)、節(jié)約成本、美化景觀的作用[8]。

目前，國內(nèi)單獨(dú)采用生物膜凈水柵[6-7，9]或水生植物浮床[8，10-11]對池塘養(yǎng)殖水質(zhì)改良效果等方面已有相關(guān)報(bào)道，但是綜合利用生物膜凈水柵和水生植物浮床搭配修復(fù)池塘水環(huán)境方面的研究未見文獻(xiàn)報(bào)道。本文旨在探討該技術(shù)對草魚混養(yǎng)池塘水質(zhì)修復(fù)效果和養(yǎng)殖效益的影響，為該技術(shù)在池塘養(yǎng)殖生產(chǎn)中的推廣應(yīng)用提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 生物膜凈水柵和水生植物浮床設(shè)置

生物膜凈水柵由兩根繩索固定，繩索中間系結(jié)材質(zhì)為聚酰胺的線性尼龍柵，每條凈水柵長25 m，高1 m。每667 m2池塘水面安裝3組，每組間距約10 m，每條尼龍柵填料間隔20 cm，將尼龍柵填料系結(jié)于繩索后垂直懸掛于池塘水面下約10 cm處，底端距池底30 cm左右，水面以上兩端用木樁固定在池埂，水面中間部分用泡沫浮球支撐。

水生植物浮床框架由直徑75 cm的PVC管膠粘連接，規(guī)格2×1 m，內(nèi)部用尼龍?jiān)鷰Ч潭?層聚乙烯網(wǎng)片，上層網(wǎng)目2 cm，下層網(wǎng)目0.5 cm，浮床用繩索固定在池塘中央，距離岸邊10 m左右，每口池塘安放浮床16個(gè)，約占總水面的1%。

1.2 養(yǎng)殖品種與搭配比例

采取混養(yǎng)模式(表1)，主要養(yǎng)殖品種有草魚、三角魴、豐產(chǎn)鯽、斑點(diǎn)叉尾鮰、鰱和鳙，放養(yǎng)密度2000 尾/667 m2。

表1 養(yǎng)殖品種與搭配比例

1.3 試驗(yàn)時(shí)間、地點(diǎn)和池塘準(zhǔn)備

試驗(yàn)時(shí)間為2018年5～11月，試驗(yàn)地點(diǎn)位于贛州市水產(chǎn)研究所科研基地。試驗(yàn)池塘6口，每口池塘面積5×667 m2，東西向長方形，水泥護(hù)坡，底質(zhì)砂壤土，淤泥厚度小于15 cm。試驗(yàn)期間平均水深2.2 m，每口池塘配備3 kW葉輪式增氧機(jī)一臺。6口池塘隨機(jī)分成2組，其中3口池塘設(shè)置生物膜凈水柵和水生植物浮床為試驗(yàn)組，3口池塘不設(shè)置生物膜凈水柵和水生植物浮床為對照組。

1.4 水生植物栽種和管理

4月中上旬在陸地上播種長速快、草魚喜食、有一定經(jīng)濟(jì)價(jià)值的空心菜種子，待空心菜培植到高20 cm以上，根系約5 cm時(shí)移栽到浮床，保持株距30 cm左右。空心菜長滿浮床后及時(shí)進(jìn)行收割，收割時(shí)切口離水面不少于5 cm，以便下一茬空心菜的生長，收割好的空心菜直接丟入投餌臺附近喂魚。

1.5 養(yǎng)殖管理

養(yǎng)殖過程中堅(jiān)持“四定”原則投喂草魚全價(jià)配合飼料，日投喂2次，每半個(gè)月抽樣檢查一次魚體生長情況，及時(shí)調(diào)整投喂量。試驗(yàn)期間除加注因池塘滲漏和蒸發(fā)損失的水之外，不再換水。5月份選擇晴天上午10：00時(shí)左右每周施用復(fù)合型芽孢桿菌0.5 g/m3，生物膜凈水柵上基本形成菌膜后停止使用，6～11月每月施用1～2次EM菌等益生菌調(diào)節(jié)水質(zhì)。高溫季節(jié)每天凌晨和晴天中午開啟增氧機(jī)2 h，防止缺氧。病害防治遵循“預(yù)防為主，防治結(jié)合，防重于治”的原則，每月用30 mg/L的生石灰全池潑灑消毒，定期在飼料中伴入5 g/kg魚體重的多種維生素和5 g/kg魚體重的大蒜素增強(qiáng)魚體抵抗力，預(yù)防魚病。按照規(guī)范填寫天氣、水溫、餌料投喂和藥物使用等生產(chǎn)記錄。12月初采用清塘的辦法統(tǒng)計(jì)每口池塘養(yǎng)殖品種的成活率和產(chǎn)量。

1.6 水樣采集和檢測

表2 水質(zhì)監(jiān)測方法

2 結(jié)果

2.1 水質(zhì)指標(biāo)

表3 水質(zhì)指標(biāo)情況對照表

圖1 試驗(yàn)期間試驗(yàn)組與對照組NH3-N濃度動(dòng)態(tài)變化

圖2 試驗(yàn)期間試驗(yàn)組與對照組濃度動(dòng)態(tài)變化

圖3 試驗(yàn)期間試驗(yàn)組與對照組COD濃度動(dòng)態(tài)變化

圖4 試驗(yàn)期間試驗(yàn)組與對照組TP濃度動(dòng)態(tài)變化

2.2 浮游植物動(dòng)態(tài)變化

如表4和圖5、圖6所示，試驗(yàn)開始前浮游植物本底值在試驗(yàn)組與對照組之間均沒有顯著差異(P>0.05)。試驗(yàn)期間，試驗(yàn)組藻類生物多樣性指數(shù)高于對照組9.51%，但差異不顯著(P>0.05)。試驗(yàn)組藻類密度顯著低于對照組29.39% (P<0.05)，藍(lán)藻相對密度極其顯著低于對照組71.38%(P<0.01)，藻類生物均勻度指數(shù)顯著高于對照組20.83%(P<0.05)。

表4 浮游植物動(dòng)態(tài)變化情況對照表

圖5 試驗(yàn)期間試驗(yàn)組與對照組藻類密度動(dòng)態(tài)變化

圖6 試驗(yàn)期間試驗(yàn)組與對照組藍(lán)藻相對密度動(dòng)態(tài)變化

2.3 養(yǎng)殖效益

表5、表6數(shù)據(jù)顯示，試驗(yàn)組養(yǎng)殖成活率、產(chǎn)量分別顯著高于對照組 5.68%、20.39%(P<0.05)，飼料系數(shù)顯著低于對照組9.95%(P<0.05)。

表5 養(yǎng)殖結(jié)果統(tǒng)計(jì)表

表6 養(yǎng)殖效益情況對照表

3 討論

3.1 養(yǎng)殖水質(zhì)修復(fù)效果

3.2 浮游植物調(diào)控效果

生物膜凈水柵上大量微生物的存在使得細(xì)菌的競爭力更強(qiáng)，從而對浮游藻類的生長繁殖產(chǎn)生一定影響，降低藻類的密度[23]，水生植物跟浮游藻類在光能和營養(yǎng)的利用上是競爭者，由于水生植物體積大、生長周期長和吸收養(yǎng)分能力強(qiáng)，以及根系著生浮游動(dòng)物、軟體動(dòng)物等小型動(dòng)物的原因，能夠很好的抑制藻類生長[18，24]。本試驗(yàn)中，試驗(yàn)組生物膜凈水柵填料上微生物的大量繁殖，浮床空心菜生長過程中對營養(yǎng)鹽的競爭性抑制、根系附著微生物的降解和以藻類為食的小型動(dòng)物的棲生等，抑制了藻類的生長，藻類密度顯著低于對照組29.39%，藍(lán)藻相對密度極其顯著低于對照組71.38%。相關(guān)研究還表明[25]，藻類的光合作用使水體pH值升高，呼吸作用則使pH值下降，而光合作用消耗CO2的速度要大于呼吸作用產(chǎn)生CO2的速度。因此，在正常光照條件下，藻類密度低的池塘pH將下降。以上因素綜合作用的結(jié)果使試驗(yàn)組水體pH值呈適宜魚類生長的弱堿性，藻類生物均勻度指數(shù)顯著高于對照組20.83%，說明水體中生產(chǎn)者群體數(shù)量穩(wěn)定，藻類群落結(jié)構(gòu)趨于豐富，藍(lán)藻優(yōu)勢得到控制，減少了有毒有害物質(zhì)的產(chǎn)生，為有益藻類的生長繁殖提供了良好的環(huán)境，有助于降低養(yǎng)殖魚類的發(fā)病率。

3.3 養(yǎng)殖產(chǎn)量調(diào)控效果

AUDELO-NARANJO[26]等的研究證明生物膜凈水柵凈化得到的低污染水體，能夠在低成本、低能耗的情況下提高水產(chǎn)品產(chǎn)量。王茂元[27]，杜興華、王妹、蔡新華[28]等認(rèn)為水生植物浮床在凈化水質(zhì)的同時(shí)，可額外收獲農(nóng)產(chǎn)品，增加養(yǎng)殖綜合效益。本研究結(jié)果表明，通過生物膜凈水柵搭配水生植物浮床調(diào)控草魚混養(yǎng)池塘的水質(zhì)，水體中的分解者得到強(qiáng)化，生產(chǎn)者進(jìn)一步擴(kuò)大，試驗(yàn)組各項(xiàng)水質(zhì)參數(shù)均在正常范圍內(nèi)，且顯著低于對照組，促進(jìn)了魚體的生長，提高了成活率，試驗(yàn)組每667 m2的養(yǎng)殖產(chǎn)量高于對照組242 kg，成活率高于對照組5.68%。通過生物膜上的生物絮凝作用，水體中懸浮有機(jī)物、顆粒有機(jī)物和有機(jī)碎屑與生物膜上的細(xì)菌、藻類及原生動(dòng)物等不斷形成大量可以被魚體攝食的生物絮團(tuán)[22，29]，實(shí)現(xiàn)了魚體對飼料蛋白的二次利用，大幅提高了飼料的利用率，加上生物浮床上栽種的空心菜收割后全部用來喂魚，節(jié)省了部分飼料成本，試驗(yàn)組飼料系數(shù)低于對照組9.95%，未扣除生物膜凈水柵和水生植物浮床成本的情況下，每667 m2的產(chǎn)值高于對照組3742元，綜合經(jīng)濟(jì)效益提高十分明顯。