王龍燕，閔文武，王金樂，陳飛雄,3，周其椿,吳俁學(xué)

(1 貴州省生物研究所，貴州 貴陽 550009;2 貴州省農(nóng)業(yè)科學(xué)院水產(chǎn)研究所，貴州 貴陽 550025；3 貴州省特種水產(chǎn)工程技術(shù)中心，貴州 貴陽 550025)

集裝箱循環(huán)水養(yǎng)殖系統(tǒng)(CRAS)是以集裝箱為養(yǎng)殖載體，應(yīng)用高新技術(shù)有效控制養(yǎng)殖環(huán)境和養(yǎng)殖過程，實現(xiàn)分區(qū)養(yǎng)殖、易位處理和循環(huán)利用，具有節(jié)地、節(jié)水和高產(chǎn)等優(yōu)點，是促進(jìn)漁業(yè)生產(chǎn)高質(zhì)量發(fā)展的有效技術(shù)模式[1]。應(yīng)用該系統(tǒng)養(yǎng)殖羅非魚(Oreochromismossambicus)、草魚(Ctenopharyngodonidella)、大鱗鲃(Barbuscapito)、黃顙魚(Pelteobagrusfulvidraco)、鯉魚(Cyprinuscarpio)等品種取得了良好的經(jīng)濟和社會效益[2-6]。但集約化、高密度的養(yǎng)殖必然帶來污染物的大量排放，識別系統(tǒng)排放尾水中的主要污染物并提高污染物的處理效率成為當(dāng)前研究的熱點[7-9]。“集裝箱+生態(tài)池塘”是集養(yǎng)殖生產(chǎn)和尾水處理的綜合養(yǎng)殖系統(tǒng)，具有雙高效的優(yōu)勢，是農(nóng)業(yè)農(nóng)村部2018—2020年主推的養(yǎng)殖模式之一[10]。

浮游植物是水生態(tài)系統(tǒng)中主要生物群落之一，是構(gòu)成水生態(tài)系統(tǒng)中多元化營養(yǎng)鏈的第一步，是浮游動物和底棲動物等水生動物的主要攝食對象[11-12]，是水環(huán)境健康狀況的重要指示生物[13-14]。在池塘循環(huán)流水養(yǎng)殖和人工濕地-池塘復(fù)合養(yǎng)殖系統(tǒng)等綜合養(yǎng)殖模式中關(guān)于浮游植物的研究已有報道[15-18]，“集裝箱+生態(tài)池塘”循環(huán)水養(yǎng)殖系統(tǒng)中浮游植物的研究尚未見報道。

通過對系統(tǒng)內(nèi)水質(zhì)指標(biāo)和浮游植物進(jìn)行檢測，分析系統(tǒng)尾水污染狀況，探索浮游植物變動規(guī)律，為科學(xué)管理和調(diào)節(jié)系統(tǒng)水質(zhì)質(zhì)量，提高系統(tǒng)養(yǎng)殖效益提供理論指導(dǎo)，為推廣應(yīng)用集裝箱循環(huán)水養(yǎng)殖新模式提供科學(xué)依據(jù)和數(shù)據(jù)支撐。

1 材料與方法

1.1 “集裝箱+生態(tài)池塘”循環(huán)水養(yǎng)殖系統(tǒng)構(gòu)建

試驗基地集裝箱(6.1 m×2.8 m×2.4 m)共20個，養(yǎng)殖水體容積為25 m3/個，養(yǎng)殖魚類品種為鯉魚、草魚、大口黑鱸(Micropterussalmoides)、黃顙魚、斑點叉尾鮰(IetalurusPunetaus)和長吻鮠(Leiocassislongirostris)。系統(tǒng)水流方向為集裝箱養(yǎng)殖區(qū)→物理過濾區(qū)→一級沉淀池→二級沉淀池→生態(tài)凈化池塘→集裝箱養(yǎng)殖區(qū)的循環(huán)(圖1)。系統(tǒng)每天早上6時開始每隔3 h循環(huán)處理一次，每次1 h，每次通過2臺轉(zhuǎn)鼓微濾機輪流進(jìn)行過濾，每天循環(huán)6次把養(yǎng)殖水體全部更換，每次循環(huán)回用水量的70%為生態(tài)凈化池塘水體， 30%為水庫新水。

圖1 “集裝箱+生態(tài)池塘”循環(huán)水養(yǎng)殖系統(tǒng)水流方向示意圖

物理過濾區(qū)配置2臺120目轉(zhuǎn)鼓微濾機，單臺水處理量為80 m3/h。生態(tài)池塘由一級沉淀池、二級沉淀池和生態(tài)凈化塘組成，一級沉淀池(18 m2)由3個逐級降低的階梯式水池(長×寬×深：6 m×1 m×1 m)連接組成，一級沉淀池尾水逐級漫水進(jìn)入二級沉淀池，二級沉淀池(長×寬×深：6 m×4 m×1.5 m，24 m2)由鏤空磚墻圍砌而成，二級沉淀池與生態(tài)凈化塘頂高程相同，水通過磚墻縫隙進(jìn)入生態(tài)凈化塘，生態(tài)凈化塘面積4 000 m2，平均水深2.0 m。一級沉淀池種植有粉綠狐尾藻(Myriophyllumaquaticum)，布滿沉淀池；二級沉淀池采用浮筏種植有粉綠狐尾藻和豆瓣菜(Nasturtiumofficinale)，分別占二級沉淀池面積的80%和5%，一級和二級沉淀池中水生植物在試驗期內(nèi)未進(jìn)行采收。生態(tài)凈化塘內(nèi)放養(yǎng)鰱(Hypophthalmichthysmolitrix)和鳙(Hypophthalmichthysnobilis)，放養(yǎng)密度為鰱(300 g/尾)100尾/畝(1畝=0.067 hm2)，鳙(200 g/尾)100尾/畝，試驗期內(nèi)未見死亡，也未進(jìn)行捕撈。

1.2 樣本采樣及分析鑒定

1.3 數(shù)據(jù)處理及分析

運用浮游植物物種數(shù)、密度、生物量、Shannon-wiener 多樣性指數(shù)和Margalef豐富度指數(shù)進(jìn)行浮游植物多樣性及群落結(jié)構(gòu)特征分析，運用污染物去除率(E)進(jìn)行尾水治理效果分析[24]，采用單因子污染物指數(shù)法(Pij)和總污染指數(shù)(S)識別尾水中主要污染物和污染程度[25]，浮游植物優(yōu)勢物種根據(jù)優(yōu)勢度指數(shù)(Y)判定[26]，Y>0.02即為優(yōu)勢種，Y、E、Pij和S計算公式如下：

Y=Fi×Pi

(1)

(2)

(3)

S=∑pij

(4)

式中：Y為優(yōu)勢度指數(shù)，F(xiàn)i為第i個物種出現(xiàn)頻率(出現(xiàn)樣點數(shù)/總采樣點數(shù))；Pi為第i個物種相對豐度(i物種豐度/總物種豐度)；E為污染物去除率，%；CA和CB分別為系統(tǒng)A和B點污染物質(zhì)量濃度(mg/L)。Pij為污染物i的標(biāo)準(zhǔn)指數(shù)，Cij為污染物i在監(jiān)測點j的實測質(zhì)量濃度(mg/L)；Csi為水質(zhì)參數(shù)i的地表水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，根據(jù)河段水功能區(qū)劃分，本研究依據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)[27]Ⅲ類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行計算。S為總污染物指數(shù)。

運用PRIMER 5計算浮游植物Shannon-wiener 多樣性指數(shù)和Margalef豐富度指數(shù)，運用Excel office 2019和SPSS 19.0進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計處理，A、B兩點水質(zhì)及浮游植物群落結(jié)構(gòu)差異采用方差分析和t檢驗。運用CANOCO 4.5 分析浮游植物與環(huán)境因子之間的關(guān)系，先用浮游植物密度進(jìn)行去趨勢對應(yīng)分析(Detrended correspondence analysis,DCA)，結(jié)果中Lengths of gradient第一軸值大于4時，選擇典范對應(yīng)分析(Canonical Correspondence Analysis，CCA)，介于3～4之間選用CCA和線性模型的冗余分析(Redundancy analysis，RDA)均可，小于3時選擇RDA。選用Y>0.000 1的物種進(jìn)行DCA、CCA和RDA分析，分析前對生物數(shù)據(jù)和環(huán)境數(shù)據(jù)(除pH外)進(jìn)行l(wèi)g(x+1)轉(zhuǎn)換，運用前選法(Forward selection)和999次蒙特卡洛置換檢驗(Monte Carlo permutation test)識別各環(huán)境因子的貢獻(xiàn)率。

2 結(jié)果

2.1 系統(tǒng)水處理效率及污染指數(shù)

系統(tǒng)T、pH和DO變化情況如表1所示， A和B的T整體表現(xiàn)為從1月至8月不斷升高并達(dá)到最高值，9月至12月不斷降低，夏季和冬季水溫差異顯著(P<0.05)，A點T比B點高0.6℃，整體增加4.23%，但差異不顯著。pH和DO月變化差異不顯著，尾水通過凈化后pH和DO均有不同程度升高，分別升高5.17%和23.49%。

表1 系統(tǒng)T、pH和DO月變化情況

圖2 A和B污染物質(zhì)量濃度變化及去除率

表2 系統(tǒng)和TP污染指數(shù)

2.2 浮游植物種類組成及優(yōu)勢種

系統(tǒng)中共檢出浮游植物7門58屬98種，其中綠藻門46種，占整個浮游植物物種組成的46.94%，硅藻門和裸藻門均為16種，分別占16.33%，藍(lán)藻門8種，占8.16%，甲藻門7種，占7.14%，隱藻門3種，占3.06%，金藻門2種，占2.04%。A點檢出浮游植物76種，B點檢出81種，均以綠藻門為主，如圖3所示，硅藻門、裸藻門和甲藻門種類數(shù)量為B>A，藍(lán)藻門、綠藻門和金藻門種類數(shù)量為B

浮游植物優(yōu)勢度指數(shù)Y>0.000 1的物種統(tǒng)計如表3所示，A、B兩點共62種，其中A點54種，0.000 10.02的物種共5種；B點52種，0.000 10.02的物種共4種。

表3 浮游植物優(yōu)勢種(Y>0.000 1)

(續(xù)表)

2.3 浮游植物群落結(jié)構(gòu)特征

系統(tǒng)浮游植物密度和生物量組成如圖3所示。

圖3 浮游植物密度和生物量組成

A點浮游植物密度和生物量平均值分別為12.25×106cell/L，和26.69 mg/L。密度組成以綠藻門為主，占55.22%，其次是藍(lán)藻門，占31.48%，第三為硅藻門，占6.12%，其他門類占7.18%。3月密度極顯著高于其他月份(P<0.01)，為48.67×106cell/L，9月最低為0.91×106cell/L。 生物量組成以硅藻門為主，占60.19%，其次是綠藻門，占19.10%，第三為裸藻門，占8.76%，其他門類占11.95%。12月生物量最高，為89.99 mg/L，9月最低為0.74 mg/L。

B點浮游植物密度和生物量平均值為11.67×106cell/L和34.23mg/L。密度組成以綠藻門為主，占51.20%，其次是藍(lán)藻門，占33.22%，第三為隱藻門，占6.42%，其他門類占9.16%，3月份密度最高，為43.47×106cell/L，且極顯著高于其他月份(P<0.01)，10月密度最低為1.17×106cell/L。生物量組成以硅藻門為主，占54.50%，其次是綠藻門，占23.32%，第三為隱藻門，占14.47%，其他門類占7.71%，3月生物量最高為87.41mg/L，9月最低為2.75 mg/L。

A和B點浮游植物Shannon-wiener多樣性指數(shù)平均值分別為1.87和1.93，A點4月最高(2.64)11月最低(0.81)，B點7月最高(2.43)11月最低(1.12)。A和B浮游植物Margalef豐富度指數(shù)平均值分別為0.63和0.64，A點4月最高(0.86)11月最低(0.26)，B點10月最高(0.83)11月最低(0.38)。

2.4 浮游植物群落結(jié)構(gòu)與環(huán)境因子響應(yīng)關(guān)系

表4 環(huán)境因子與排序軸1、2的相關(guān)系數(shù)

圖4 浮游植物密度與環(huán)境因子RDA排序

3 討論與分析

3.1 系統(tǒng)尾水污染物現(xiàn)狀

魚類養(yǎng)殖密度和飼料投喂量是影響尾水中污染物質(zhì)量濃度的重要指標(biāo)，該系統(tǒng)為2019年7月建成投產(chǎn)，2020年4月、5月和6月正處于大部分魚類快速生長成熟的階段，大量的投飼和高密度的養(yǎng)殖，導(dǎo)致4月、5月和6月尾水污染物濃度較其他月份高，且5月總污染指數(shù)顯著高于其他月份。同時，魚類活動和殘飼的耗氧增加導(dǎo)致水體DO下降，導(dǎo)致DO含量較其他月份低的結(jié)果一致。2020年7月初大部分商品魚已經(jīng)出售，單位水體魚類存塘和密度明顯降低，餌飼投喂量也相應(yīng)降低，尾水中污染物質(zhì)量濃度隨之下降。本試驗中，由于缺乏對應(yīng)時間的魚類養(yǎng)殖密度和餌飼投喂量具體指標(biāo)值，其與排放尾水的質(zhì)量濃度之間的相互關(guān)系需要開展進(jìn)一步的測定和分析。

3.2 系統(tǒng)水處理效果及影響因素

3.3 浮游植物群落結(jié)構(gòu)及主要影響因素

吳振斌等[41]研究了武漢東湖官橋人工濕地-池塘組合系統(tǒng)中浮游生物群落結(jié)構(gòu)，結(jié)果顯示試驗池塘檢出浮游植物6門49屬，以綠藻為優(yōu)勢種群，藻類密度與和生物量與TP均顯著相關(guān)。王璐等[16]研究了主養(yǎng)團頭魴搭配少量鰱鳙的人工濕地-池塘復(fù)合養(yǎng)殖系統(tǒng)中浮游植物生態(tài)特征，結(jié)果顯示檢出浮游植物8門91種，以綠藻種類最多，藍(lán)藻密度最高，密度和生物量平均值分別為1.52×109個/L和9.8 mg/L，浮游植物種類豐度受到多個環(huán)境因子的影響，本文結(jié)果與以上研究結(jié)果相似。B點浮游植物多樣性指數(shù)高于A點，說明通過凈化區(qū)處理，尾水水質(zhì)得到改善，從而改善浮游植物群落結(jié)構(gòu)，提高生物多樣性。

依附集裝箱循環(huán)水養(yǎng)殖衍生的“集裝箱+生態(tài)池塘”“集裝箱+稻漁綜合種養(yǎng)”“集裝箱+魚菜共生”等養(yǎng)殖技術(shù)是一個工業(yè)技術(shù)和農(nóng)業(yè)技術(shù)集成的產(chǎn)物，對推動漁業(yè)轉(zhuǎn)型升級具有重要作用，但“集裝箱+”模式存在的水環(huán)境控制難度大，養(yǎng)殖密度達(dá)不到設(shè)計要求，設(shè)備及運行成本過高等問題依然是限制該模式發(fā)展的主要因素，應(yīng)加強標(biāo)準(zhǔn)化“集裝箱+”模式的研究，提高養(yǎng)殖經(jīng)濟及生態(tài)效率，推進(jìn)集裝箱循環(huán)水養(yǎng)殖高質(zhì)量發(fā)展。

4 結(jié)論

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