黄菖蒲在鱼类养殖水体中的生态作用

郑 辉,曹英昆

(河北农业大学 海洋学院，河北 秦皇岛 066003)

黄菖蒲在鱼类养殖水体中的生态作用

郑 辉,曹英昆

(河北农业大学 海洋学院，河北 秦皇岛 066003)

将水生植物黄菖蒲(Irispseudacorus)和滤食性鱼鲢(Hypophthalmichthysmolitrix)分别按生物量配比约为1∶3、2∶3、1∶1、4∶3进行混养，每周测定养殖水体中氨氮(NH4-N)、亚硝酸盐氮(NO2-N)、磷酸盐(PO4-P)和化学需氧量(COD)质量浓度的变化及黄菖蒲、鲢的生长情况，为利用水生植物改善养殖水环境提供依据。结果显示，不同生物量配比组黄菖蒲对NH4-N、NO2-N、PO4-P和COD的清除率不同，其中，黄菖蒲、鲢生物量配比1∶3组对NH4-N、NO2-N、PO4-P、COD的清除率分别为79.61%、44.43%、36.62%、46.55%，2∶3组分别为86.18%、77.05%、61.97%、43.84%，1∶1组分别为85.86%、73.77%、59.15%、31.49%，4∶3组分别为87.17%、72.13%、56.34%、27.06%。各试验组中黄菖蒲和鲢生长情况良好，生物量配比2∶3组，黄菖蒲和鲢特定生长率均最高，分别为1.70%和 0.33%。表明，鲢养殖水体中植入水生植物黄菖蒲可以改善养殖水质，起到了良好的生态作用，当黄菖蒲、鲢生物量配比为2∶3时效果最佳。

鲢； 黄菖蒲； 生物量； 生态作用

《2013中国环境状况公报》显示，我国富营养、中营养和贫营养的湖泊(水库)比例分别为27.8%、57.4%和14.8%，主要污染指标为磷,其次为氮、化学需氧量(COD)等。鱼类养殖水体中不仅含有大量的氮、磷等营养盐，还含有少量残留药物，这些养殖水一旦排放到邻近湖泊、河流，除污染水域环境外，还会使水体中的致病菌产生耐药性，造成湖泊、河流水域生态环境失调。因此，鱼类养殖水体中氮、磷等营养盐的去除对改善水体环境具有重要的意义。水产学术界普遍认为利用水生植物吸收净化养殖水体营养物质是行之有效的水质改良措施[1-5]。王斌等[6]研究了3种水生植物灯芯草、空心莲子草和金鱼藻对模拟污水中总氮、总磷的去除效果，结果表明，3种植物均适用于轻、中度污水的治理,特别是在中度富营养状况下,3种水生植物都表现出优良的净化能力；胡啸等[7]研究了水生植物黄菖蒲、大薸、黑藻及其组合对水体中氮和磷的净化效果，结果显示，3种水生植物对水体中氮和磷都有一定的净化效果，但3种植物组合模式效果最佳。前人的研究大多采用单一水生植物或者植物-植物组合的方式，而对于利用水生植物和水生动物组合的研究鲜有报道。为此，本研究采用鲢养殖水体中植入黄菖蒲的方式进行了模拟试验，并根据黄菖蒲和鲢的生长情况、净化效果等指标，初步确定黄菖蒲和鲢的最佳生物量配比，为今后利用水生植物改善养殖水质提供科学依据。

1 材料和方法

1.1 试验材料

黄菖蒲(Irispseudacorus)采于秦皇岛汤河带状公园附近水域，选取生长旺盛的植株，去除体表的腐根烂叶及泥沙，用采样点的水体浸泡并于2 h内运回实验室。试验开始前植株先用蒸馏水反复清洗根部，然后将获取植株分别移栽于盛有清水和底泥的养殖箱里，暂养8～10 d。鲢(Hypophthalmichthysmolitrix)购自秦皇岛水产品市场,体质量(550.7±10.6)g，体长(30.7±2.1)cm，试验前用2～4 mg/L的氯霉素溶液处理，并在同一养殖箱中驯养10 d。

1.2 试验方法

试验容器由15个2 m×1.5 m×1.2 m的塑料养殖箱组成，水深1 m，养殖水体3 m3。试验共分5组，每组鲢8尾，A0组不放黄菖蒲(对照组)，A1、A2、A3、A4组分别放黄菖蒲5株、10株、15株、20株，黄菖蒲、鲢生物量配比约为1∶3、2∶3、1∶1、4∶3。每组各设置3个重复。养殖生物的投放情况见表1。

1.3 养殖管理

试验于2014年5月26日—7月7日进行。养殖水温为自然水温，变化范围在13～21 ℃。鲢饲喂专用饵料，每天投喂2次，日投饵量为鲢总质量的2%～3%。各个养殖箱的饵料投喂量相同，并且检查鲢的存活情况。试验期间各养殖箱均采用气泵充气，不换水，仅补充蒸发所失水分。

表1 黄菖蒲和鲢的组合及放养情况

1.4 取样和测定

每周取1次水样，测定氨氮(NH4-N)、亚硝酸盐氮(NO2-N)、磷酸盐(PO4-P)和COD的质量浓度。水质分析方法参照《中国环境监测标准》进行。其中，NH4-N的测定采用次溴酸钠氧化法，NO2-N的测定采用重氮-偶氮法，PO4-P的测定采用抗坏血酸还原磷钼蓝法，COD的测定采用重铬酸钾法。养殖生物的生长情况在试验开始和结束时测定。

养殖生物的生长指标按下式计算：

SGR=100[ln(Wt/W0)]/t×100%

式中,SGR为特定生长率(%)，W0为初始湿质量(g)，Wt为t时间后的湿质量(g)，t为时间(d)。

养殖鱼类的存活情况按下式进行比较：

SR=Nt/N0×100%

式中，SR为存活率(%)，N0为初始时鲢的数量，Nt为t时间后鲢的数量。

营养盐的清除率按下式计算：

C=(V0-Vi)/V0×100%

C为营养盐清除率(%)，V0为对照组的营养盐质量浓度(mg/L)，Vi为试验组的营养盐质量浓度(mg/L)。

2 结果与分析

2.1 黄菖蒲和鲢的生长情况

由表1可以看出，与A0组相比，A1、A2、A3、A4组中鲢的特定生长率分别提高了0.02、0.05、0.03、0.05个百分点，存活率分别提高25.0、37.5、25.0、12.5个百分点。黄菖蒲、鲢生物量配比为2∶3时，黄菖蒲和鲢特定生长率均最高，分别为1.70%和0.33%。

表1 黄菖蒲和鲢的生长情况

2.2 黄菖蒲对养殖水体中营养盐和COD的清除效果

2.2.1 黄菖蒲对NH4-N的清除效果 由图1可以看出，A0组中的NH4-N质量浓度先持续上升，至第3周达到最高值3.29 mg/L，之后开始缓慢下降，试验结束时，NH4-N质量浓度为3.04 mg/L。与A0组相比，试验期间4个试验组NH4-N质量浓度始终处在较低的水平，A1组的变化范围为0.35～0.62 mg/L，平均为0.55 mg/L；A2组的变化范围为0.35～0.56 mg/L，平均为0.44 mg/L；A3组的变化范围为0.35～0.55 mg/L，平均为0.46 mg/L；A4组的变化范围为0.35～0.51 mg/L，平均为0.42 mg/L。试验结束时，A1、A2、A3、A4各组对NH4-N清除率分别为79.61%、86.18%、85.86%、87.17%。

图1 黄菖蒲对NH4-N的清除效果

2.2.2 黄菖蒲对NO2-N的清除效果 由图2可以看出，A0组中NO2-N的质量浓度第1周急剧上升至最高值0.62 mg/L，之后变化趋于平缓，均值为0.61 mg/L。与A0组相比，4个试验组中NO2-N质量浓度均处在较低的水平，A1组的变化范围为0.12～0.35 mg/L，平均为0.30 mg/L；A2组的变化范围为0.12～0.24 mg/L，平均为0.19 mg/L；A3组

图2 黄菖蒲对NO2-N的清除效果

的变化范围为0.12～0.25 mg/L，平均为0.19 mg/L；A4组的变化范围为0.12～0.25 mg/L，平均为0.20 mg/L。试验结束时，A1、A2、A3、A4各组对NO2-N的清除率分别为44.43%、77.05%、73.77%、72.13%。

2.2.3 黄菖蒲对PO4-P的清除效果 由图3可以看出，A0组中PO4-P质量浓度变化总体呈上升趋势，变化范围为0.25～0.71 mg/L。试验前2周，与A0组中PO4-P质量浓度变化情况相似，4个试验组A1、A2、A3、A4中PO4-P质量浓度均有所上升，最高值分别为0.52、0.44、0.42、0.45 mg/L，但从第3周开始，各试验组中PO4-P质量浓度开始缓慢下降。在试验期间，A0组中PO4-P质量浓度的平均值为0.62 mg/L，4个试验组A1、A2、A3、A4中PO4-P平均质量浓度分别为0.44、0.36、0.35、0.36 mg/L，与A0组相比较均处于较低水平。试验结束时，A1、A2、A3、A4各组对PO4-P清除率分别为36.62%、61.97%、59.15%、56.34%。

图3 黄菖蒲对PO4-P的清除效果

2.2.4 黄菖蒲对COD的清除效果 由图4可以看出，对照组与试验组中COD质量浓度差异较大，但变化趋势基本一致，都随时间的推移而增加。A0组中COD质量浓度变化范围为30.54～70.24 mg/L。与A0组相比，试验期间4个试验组中COD质量浓度处在较低的水平，A1组的变化范围为30.54～37.54 mg/L，A2组的变化范围为30.54～39.45 mg/L，A3组的变化范围为30.54～48.12 mg/L，A4组的变化范围为30.54～51.23 mg/L。对照组中COD质量浓度上升幅度较大，试验结束时为70.24 mg/L，而各试验组上升幅度较小。黄菖蒲的根系较繁茂、发达，植物根系周围溶氧浓度高，微生物的数量及种类较多，因此对COD有较高的清除效率。试验结束时，A3、A4组中COD质量浓度明显高于A1、A2组。分析认为这可能与黄菖蒲投放密度过大有关，因为黄菖蒲在生长过程中不断地吸收水体中的有机质，但同时又通过自身的新陈代谢作用向水体释放有机质[8-9]。试验结束时，A1、A2、A3、A4各组对COD清除率分别为46.55%、43.84%、31.49%、27.06%。

图4 黄菖蒲对COD的清除效果

3 结论与讨论

3.1 黄菖蒲对营养盐的清除

在水生动物养殖水体中植入水生植物可以在一定程度上改善养殖水质，并促进水生动物的生长[10-11]。由于鲢养殖产生的代谢物加速水体富营养化，而黄菖蒲营养方式为自养，可以同化吸收水中无机营养盐，合成为自身细胞物质，同时能通过光合作用产生氧气，改善养殖水体环境。因此，尽管试验期间没有换水，植入黄菖蒲的鲢养殖水体仍能保持良好的水质。

水生植物对NH4-N的吸收效果一般优于NO2-N[12]。本试验结果也证明了这一点，4个试验组黄菖蒲对NH4-N的清除率分别为79.61%、86.18%、85.86%、87.17%,而对NO2-N的清除率分别为44.43%、77.05%、73.77%、72.13%。其原因主要是水生植物能将NH4-N直接转化成植物氨基酸,而NO2-N需先转化成NH4-N,然后再转化成植物氨基酸。

3.2 养殖生物之间的合理配置

本试验对鲢的增长量、特定生长率和存活情况进行分析发现，在植入黄菖蒲的试验组中，鲢的增长量、特定生长率、成活率明显高于对照组。欧俊新等[13]进行了皱纹盘鲍与海带、龙须菜的混养试验，发现鲍藻混养组的肥满度和成活率分别比对照组高8%和2.24%。

对于特定的养殖生态系统,其养殖容量是一定的,选择合适的养殖种类和合理的养殖密度很重要[14]。本试验共设计了4个试验组，水质分析结果表明，A4组对NH4-N的清除率最高，A2组对NO2-N

的净化效果最好，A2和A1组分别对PO4-P和COD的净化效果最佳，但从黄菖蒲和鲢生长的情况来看，A2组鲢的生物量增长量、特定生长率和存活率均较高，并且黄菖蒲的特定生长率最高。对各项指标进行综合分析，A2组的生物量配比较合理，即黄菖蒲和鲢按生物量比为2∶3混养时效果最佳。

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Ecological Effects ofIrispseudacorusin Fish Culture System

ZHENG Hui,CAO Yingkun

(Ocean College，Hebei Agricultural University，Qinhuangdao 066003，China)

To evaluate the mutually beneficial mechanism ofIrispseudacorusandHypophthalmichthysmolitrix,the simulated polyculture study was conducted,and the polyculture systems ofIrispseudacorusandHypophthalmichthysmolitrixwere divided into 4 groups,and biomass ratios were 1∶3，2∶3，1∶1，4∶3 respectively,the environmental parameters,variations of nutrients,COD and growth ofIrispseudacorusandHypophthalmichthysmolitrixwere detected every 7 days. The results showed that the nutrition and COD of experimental groups decreased significantly compared with the control group(onlyHypophthalmichthysmolitrix),the uptake rates of biomass ratio(1∶3)group on nutrients of NH4-N,NO2-N,PO4-P and COD were 79.61%,44.43%,36.62% and 46.55% respectively. In the biomass ratio(2∶3) group，the rates of nutrients uptake in order were 86.18%,77.05%,61.97%,43.84% respectively，and 85.86%,73.77%,59.15%,31.49% respectively in biomass ratio(1∶1)group，and 87.17%,72.13%,56.34%,27.06% respectively in biomass ratio(4∶3)group．When biomass ratio was 2∶3,the special growth rate (SGR) ofIrispseudacoruswas 1.70%,and the SGR ofHypophthalmichthyswas 0.33%.The results indicated that the polyculture ofIrispseudacorusandHypophthalmichthysmolitrixcould take reasonable ecological effects,and the best biomass ratio was 2∶3.

Hypophthalmichthysmolitrix;Irispseudacorus; biomass; ecological effect

2015-09-20

郑 辉(1982-)，男，河北唐山人，讲师，硕士，主要从事水体污染防治技术研究。 E-mail:zhenghui619@163.com

S94

A

1004-3268(2016)02-0146-04