三种不同养殖品种池塘水质变化特征分析及比较

吴会民，姜巨峰，李春艳，蔡　超，张　韦，刘肖莲，白晓慧，冯守明

(天津市水产研究所，天津　300221)



三种不同养殖品种池塘水质变化特征分析及比较

吴会民，姜巨峰，李春艳，蔡超，张韦，刘肖莲，白晓慧，冯守明

(天津市水产研究所，天津300221)

摘要：研究了养殖泥鳅、翘嘴红鲌和青虾池塘的水质变化特点，并用VIKOR算法比较了三种养殖品种的池塘水环境质量。结果表明：三种养殖品种池塘的水质变化特点基本相同，但是三种池塘中，青虾养殖池塘水质最优，泥鳅池塘次之，翘嘴红鲌池塘最差。

关键词：养殖品种；池塘；水质；VIKOR算法

池塘养殖是我国主要的水产养殖方式，据《中国渔业年鉴2013》资料，至2012年，我国有养殖池塘300.45万hm2，池塘养殖产量2 079.13万t，占水产养殖总产量的48.48%；其中淡水养殖池塘256.69万hm2，产量1 866.42万t[1]。池塘养殖己成为我国水产品供应的主要来源。

池塘养殖由于放养密度高需要投喂大量饲料，由此产生的大量残饵和排泄物对水体产生较大的影响。因此，水产养殖在创造优质蛋白的同时，也给环境带来了一定的压力。因此，对养殖环境的科学评估显得尤为重要。

目前水环境质量评价的方法有很多种，主要有两大类，即单因子评价法[1]和综合评价法。综合评价法主要包括层次分析法[2]、灰色聚类法[3]、主成分分析法[4]、人工神经网络评价法[5]、投影寻踪法[6]和模糊综合评价法[7]等，但是这些方法在判断水质优劣时需要与相应的标准值进行比较，然而很多水质指标没有标准值，尤其是在渔业水质评价时，可供利用的有标准值的指标很少，这给水质评价带来很多不便。VIKOR方法是一种折中排序方法，其方法是首先确定理想解和负理想解，然后根据各备选方案的各个评价值与理想方案的接近程度对备选方案进行排序。由于该方法不需要参考指标的标准值，因此，可以根据任何可以量化的指标进行评价比较，尤其适用于标准值很少的渔业水质的评价比较。

本研究以天津市近年新兴的水产养殖品种泥鳅、翘嘴红鲌和青虾为养殖对象，研究了不同养殖品种的池塘水质变化特征，并首次利用VIKOR方法对养殖池塘水质进行了比较，以期为不同养殖品种池塘选择合适的调控措施和养殖模式提供参考，并为建立渔业水体水质评价方法奠定基础。

1材料与方法

1.1试验池塘

选择天津市滨海新区大港海通水产养殖有限公司养殖翘嘴红鲌和青虾的各两口池塘和天津市东丽区金鑫养殖有限公司养殖泥鳅的两口池塘进行采样。养殖翘嘴红鲌和青虾的池塘都为2亩，其中，翘嘴红鲌放养规格为0.05 g/尾，放养密度为50 000尾/亩；青虾放养规格为1 g/尾，放养密度为4 500尾/亩；养殖泥鳅的池塘为18亩，放养规格为0.25 g/尾，放养密度为11 000尾/亩。

1.2池塘管理措施

在养殖过程中，三种养殖品种的池塘根据养殖生产的需要适时加注新水，但是整个养殖过程都不排水。根据养殖的需要每天中午和夜晚适时开启增氧机增氧。

1.3采样方法

在养殖季节(6—9月)每月采样一次。每次采样都选择在晴天上午9：00～10：00之间进行。

1.4测定项目

测定项目主要包括pH、活性磷、氨氮、亚硝态氮、硝态氮、总碱度、总硬度。检测方法依据《水环境监测规范》(SL219-2013)。

1.5分析方法

1.5.1水质变化特征用excel进行分析。

1.5.2水质比较用VIKOR算法进行分析。

VIKOR方法是Opricovic1998年基于TOPSIS法提出的一种基于理想点解的多属性决策方法，其基本思想是基于最佳化妥协解方法，首先确定理想解和负理想解，然后根据各个备选方案的评价值与理想方案的接近程度对方案进行排序。在评价时综合考虑最大化群体效用和最小化个别遗憾。VIKOR方法中采用的排序函数是p=1和p=∞时2种度量的组合函数形式[9]。

设X={x1，x2，……，xm}是m个池塘集合，Y={y1，y2，……，yn}是评价指标集。假定池塘xi在评价指标yj下的指标值为aij，从而构建决策矩阵A=(aij)m×n[10-11]。池塘水质评价的VIKOR多属性评价法的具体方法如下：

1.5.2.1将模糊决策矩阵A=(aij)m×n按下式转化为规范化决策矩阵R=(rij)m×n。

效益性指标

(1)

成本性指标

(2)

1.5.2.2确定理想解和负理想解

r+={maxri1,maxri2,…,maxrin}

(3)

r-={minri1,minri2,…,minrin}

(4)

1.5.2.3利用变异系数法确定指标权重，具体方法如下：

(5)

1.5.2.4计算群体效用值Mi和个别遗憾值Ni。

(6)

(7)

1.5.2.5计算综合排序指标

(8)

按照Qi分别从小到大排序，每个序列中排在前面的比排在后面的优。M+=minMi，M-=maxMi，N+=minNi，N-=maxNi。这里v为决策机制系数，v∈[0.1]。若取v>0.5，则表示按最大化群体效益进行决策；若取v<0.5，则表示按最小化个体遗憾值进行决策；若取v=0.5，则表示按均衡折中的方式进行决策。在VIKOR方法中，一般取v=0.5，即均衡折中以使群体效益最大化和个别遗憾值最小化。

2结果分析

2.1三种不同养殖品种的池塘水质变化特征

从图1可以看出，泥鳅、翘嘴红鲌和青虾池塘水体的pH的变化范围分别为8.53～9.39、8.72～9.3和8.95～9.87。泥鳅池塘水体的pH在整个养殖过程中呈下降趋势，而青虾和翘嘴红鲌池塘水体的pH变化规律相同，都是先降低再升高最后又降低，但是青虾池塘水体的pH显著高于翘嘴红鲌池塘。

图1　三种养殖品种池塘水体的pH变化

从图2可以看出，泥鳅、翘嘴红鲌和青虾池塘水体的亚硝态氮的变化范围分别为0～0.018 mg/L、0.006～0.019 mg/L和0.001～0.009 mg/L。三种养殖品种池塘水体的亚硝态氮变化规律相同，都是先降低再升高，其中最低值出现在泥鳅池塘，为0；最高值出现在翘嘴红鲌池塘，为0.019 mg/L。

图2　三种养殖品种池塘水体的亚硝态氮变化

从图3可以看出，泥鳅、翘嘴红鲌和青虾池塘水体的硝态氮的变化范围分别为0.012～0.609 mg/L、0.006～0.521 mg/L和0.001～0.349 mg/L。泥鳅池塘水体的硝态氮在整个养殖过程中呈先下降后上升的规律，而青虾和翘嘴红鲌池塘水体的硝态氮变化规律相同，都是先升高再降低最后又升高。

从图4可以看出，泥鳅、翘嘴红鲌和青虾池塘水体的氨氮的变化范围分别为0.71～2.55 mg/L、0.45～1.42 mg/L和0.28～1.02 mg/L。三种养殖品种池塘水体的氨氮变化规律相同，都是先升高再降低，但是泥鳅池塘的氨氮浓度一直高于青虾和翘嘴红鲌。

图3　三种养殖品种池塘水体的硝态氮变化

图4　三种养殖品种池塘水体的氨氮变化

从图5可以看出，泥鳅、翘嘴红鲌和青虾池塘水体的活性磷的变化范围分别为0.019～0.086 mg/L、0.009～0.037 mg/L和0.015～0.035 mg/L。三种养殖品种池塘水体的活性磷变化规律相同，都是呈下降趋势，但是泥鳅池塘的活性磷浓度一直高于青虾和翘嘴红鲌。

图5　三种养殖品种池塘水体的活性磷变化

从图6可以看出，泥鳅、翘嘴红鲌和青虾池塘水体的总碱度(以CaCO3计)的变化范围分别为120.46～267.77 mg/L、158.49～482.98 mg/L和135.67～262.76 mg/L。三种养殖品种池塘水体的总碱度变化规律相同，都是呈上升趋势，但是翘嘴红鲌池塘的总碱度浓度一直高于青虾和泥鳅。

图6　三种养殖品种池塘水体的总碱度变化

从图7可以看出，泥鳅、翘嘴红鲌和青虾池塘水体的总硬度的变化范围分别为16.96～18.43德国度、29.73～44.99德国度和32.97～38.15德国度。三种养殖品种池塘水体的总硬度变化都不显著，但是泥鳅池塘的总硬度浓度一直低于青虾和翘嘴红鲌。

图7　三种养殖品种池塘水体的总硬度变化

2.2三种不同养殖品种的池塘水质比较

2.2.1选取三口池塘的6个指标的监测数据进行比较分析，6个指标均为成本性指标。

表1　三种不同养殖品种池塘水质监测数据

2.2.2 对表1指标值数据采用式(2)完成构造决策矩阵。

2.2.3根据式(3)(4)确定理想解和负理想解。

r+={0.900.620.710.790.650.72}

r-={0.290.510.320.320.440.39}

2.2.4利用变异系数法确定指标权重。

wj={0.240.050.220.210.110.17}

1.4.2.4 利用式(6)、(7)计算群体效用值Mi和个别遗憾值Ni。

Mi={0.680.711}，Ni={0.230.190.24}

1.4.2.5 利用式(8)计算综合排序指标

Qi={0.410.161.00}

由计算结果可知，根据VIKOR方法得出的三种不同养殖品种池塘水质优劣排序为青虾、泥鳅、翘嘴红鲌。

3讨论

3.1不同养殖品种池塘水质特征分析

在整个养殖过程中，三种养殖品种的池塘水质变化规律基本相似，氮磷营养元素都是在7、8月份鱼虾主要生长季节最高。但是通过基于VIKOR算法的水质比较得知，三种池塘中青虾池塘水质最优，泥鳅池塘次之，翘嘴红鲌池塘最差。其原因可能是养殖过程中养虾池氮磷输入量远低于养鱼池，因为青虾亩产约5 0 kg，而泥鳅和翘嘴红鲌亩产都在500 kg以上，而精养池塘产量基本靠饲料投入获得，并且有研究表明虾对氮磷的利用率高于鱼类[12,13]。所以养虾过程中产生的污染小于养鱼。

3.2不同养殖品种池塘水质状况比较方法的选择

目前水环境质量评价的方法有很多种，主要有两大类，即单因子评价法[2]和综合评价法，综合评价法主要包括层次分析法[3]、灰色聚类法[4]、主成分分析法[5]、人工神经网络评价法[6]、投影寻踪法[7]和模糊综合评价法[8]等。每种方法都有各自的优势，但同时也有一定的缺陷。大多数评价方法都需要和标准值进行比较然后再进行评判，但是现在渔业水质标准可供利用的指标很少，地表水环境质量标准的分级标准不适用于养殖水体水质评价。基于VIKOR算法的水质评价不需要标准值，因此可以选用几乎所有指标进行评价，评价结果可以分析多个水体水质的相对优劣，因此本文选用基于VIKOR算法的水质评价法进行三种养殖品种池塘的水质比较。

4结论

本文研究了养殖泥鳅、翘嘴红鲌和青虾池塘的水质变化特点，并用VIKOR算法比较了三种养殖品种的池塘水环境质量。结果表明：三种养殖品种池塘的水质变化特点基本相同，但是三种池塘中，青虾养殖池塘水质最优，泥鳅池塘次之，翘嘴红鲌池塘最差。

参考文献:

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[2]杨旭,曾祥亮.基于单因子评价法和污染指数法的郑州大学眉湖水质评价[J].江苏科技信息,2014(5):51-53.

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[4]赵天燕,贺方升,侯棋棕,等.一种改进的灰关联分析法在水质评价中的应用[J].安全与环境学报,2005.(1):26-29.

[5]邢静,张越,陈彦磊,等.基于主成分分析法的黄河流域国控断面水质评价[J].节水灌溉,2013(10):31-34.

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(责任编辑：邓薇)

Analysis and comparison of water quality among three ponds with different species farmed

WU Hui-min,JIANG Ju-feng,LI Chun-yan,CAI Chao,ZHANG Wei，LIU Xiao-lian,BAI Xiao-hui,FENG Shou-ming

(TianjinFisheriesResearchInstitute,Tianjin300221,China)

Abstract：The variation of water quality was analysed in ponds where loach,erythroculter ilishaeformis and freshwater shrimp were farmed respectively,and the water quality of three ponds was compared with the VIKOR algorithm.The results indicated that the variation of water quality of three ponds was similar,but the water quality of the pond where freshwater shrimp farmed was the best,where loach farmed was the second,and the quality of the pond where erythroculter ilishaeformis farmed was the worst among three ponds.

Key words：species;pond;water quality;VIKOR algorithm

中图分类号：S965.89

文献标识码：A

文章编号：1000-6907-(2016)02-0082-05

作者简介：第一吴会民(1980-)，男，高级工程师，主要从事淡水养殖研究。E-mail：wuhm2005@163.com通讯作者：冯守明。E-mail：smfeng65@163.com

收稿日期：2015-03-19；

修订日期：2015-10-20

资助项目：国家农业科技成果转化项目(2014GB2A100532);水产良种引进与保种专项