基于VIKOR方法的生态基在池塘养殖环境中修复作用的评价

焦万明 吴会民 张韦 蔡超 王永辰 缴建华

摘    要：为探讨无纺布生态基在凡纳滨对虾池塘养殖环境中的修复作用，试验设置900 m2·hm-2（I组）、1 200 m2·hm-2（II组）和1 500 m2·hm-2（III组）3个无纺布生态基的密度处理，以无生态基处理为对照（CK），养殖模式为主养凡纳滨对虾，套养鲤鱼、鲢、鳙和草鱼，按月监测池塘氨氮、高锰酸盐指数（CODMn）、活性磷酸盐、铜、硝酸盐氮、锌、悬浮物、亚硝酸盐氮、盐度、总氮、总碱度、总磷、总硬度等13个水质指标，以及硫化物、铜、锌、有机碳、总氮和总磷等6个沉积物指标。结果表明，根据单一指标差异很难判断各组池塘环境优劣;通过VIKOR方法对19个指标的监测数据进行综合比较分析，4种处理池塘环境优劣排序为I组、CK、II组、III组。因此，在凡纳滨对虾养殖池塘中，无纺布生态基的合理设置密度为900 m2·hm-2。

关键词：无纺布生态基;凡纳滨对虾;池塘;VIKOR方法

中图分类号：S967.4         文献标识码：A           DOI 编码：10.3969/j.issn.1006-6500.2019.02.009

Abstract：  In order to investigate the environmental remediation of non-woven ecological base in the pond culture of Litopenaeus vannamei， the experiment set 3 kinds of density treatments of non-woven ecological bases， which included 900 m2·hm-2 （group I）， 1 200 m2·hm-2 （group II） and 1 500 m2·hm-2（group III）， the treatment with no ecological basis was as control （CK）. The culture mode was mainly for the cultivation of prawn， intercropping with the common carp， silver carp， bighead carp and grass carp. The water quality and sediment indicators of the pond were monitored monthly， which included 13 water quality indicators such as ammonia nitrogen， permanganate index （CODMn）， active phosphate， copper， nitrate nitrogen， zinc， suspended solids， nitrite nitrogen， salinity， total nitrogen， total alkalinity， total phosphorus， total hardness， etc， and 6 sediment indicators such as sulfide， copper， zinc， organic carbon， total nitrogen and total phosphorus. The results showed that it was difficult to judge the environment of each group according to the difference of single indicators. According to the comprehensive analysis of 19 indicators by VIKOR method， the environment of the four treatment ponds from good to bad was I， CK， II， III. Therefore，  the reasonable density of the non-woven ecological base was 900 m2·hm-2， in the pond of the prawn culture.

Key words： non-woven fabric ecological base; L. vannamei; aquaculture pond; VIKOR method

生态基是一种用于废水处理的在水中不易分解对自然环境无污染具有高比表面积和特殊纤维排列方式的可填充材料[1-2]。生态基技术是通过微生物载体富集并发展微生物来稳定水体生态系统的生物多样性，利用微生物的代谢作用达到净化水质的生物保育技术。生态基可显著降低池塘水体中氨氮、硝态氮、总氮、总磷及重金属离子含量，从而有效减少水华的爆发，增加水体透明度。由于材料为化工合成产物，具有制作成本低、操作简单、物理化学稳定性强，不溶出有害物质的特点，可以长期使用[3-5]。王建伟等[6]在云南大宗淡水魚类养殖中应用生态基，结合增加鲢、鳙的投放，使水质得到明显改善，养殖水体中蓝藻得到控制，养殖户获得了增产、增收。董永宏等[7]进行了生态基在对虾养殖上的应用试验，结果表明，投放生态基可培养水体中有益微生物，抑制有害菌，减少病害发生，提高对虾的成活率。虽然生态基技术在池塘养殖中已经有很多应用，但关于滨海型盐碱地池塘主养凡纳滨对虾条件下生态基的合理设置密度尚未见报道。

本研究拟通过应用VIKOR方法评价设置不同生态基密度的凡纳滨对虾池塘的环境质量，确定生态基的合理设置密度，为该类型池塘的环境修复提供参考。

1 材料和方法

1.1 试验设计

试验于2017年在天津市水产研究所水产养殖基地开展，试验设置3个无纺布生态基悬挂密度处理，分别为900 m2·hm-2（I组）、1 200 m2·hm-2（II组）和1 500 m2·hm-2（III组），以无无纺布生态基悬挂处理为对照（CK）。

试验共8口池塘，池塘规格为90 m×60 m。池深均为2.5 m，淤泥深度13 cm左右，池底平坦，进排水渠完整。在苗种放养前3～5 d抽出池水，通过氧化钙（生石灰）1 500 kg·hm-2干法进行消毒。每口池塘配备一台1.5 kW叶轮式增氧机。将试验池塘分成4组，分别按试验设计的各处理组设置的密度悬挂无纺布生态基，生态基规格为10 m×1 m（长×宽），不同处理组的悬挂方式均为以池塘同侧为起点向内部平行悬挂，间隔2 m。

1.2 苗种放养密度及规格

试验的养殖模式为主养凡纳滨对虾，套养鲤鱼、鲢、鳙和草鱼，苗种的放养数量和规格如表1所示。先放养凡纳滨对虾苗，当凡纳滨对虾体长大于4 cm时，投放鲤鱼、鲢、鳙和草鱼。

1.3 饲料投喂

当凡纳滨对虾>3 cm时，选择优质的粗蛋白含量为40 %的凡纳滨对虾饵料投喂，第1个月每天2次，从第2个月逐渐增加到4次。整个养殖过程中套养的鱼类不进行投喂。

1.4 病害防治

以防为主、防治结合。在进水前用氧化钙清塘，鱼种入塘前用食盐水浸洗;通过科学管理和水质监测来有效降低对虾疾病发生概率;在对虾养殖过程中定期对池塘进行消毒、定期投喂药饵、定期监测水质，并通过底质改良等措施预防对虾病害发生;对发生鱼病的池塘，采用“外消内服”相结合的治疗方法，不使用对凡纳滨对虾有强刺激的外用药物。

1.5 水质检测及分析

所有水质指标自生态基放置以后每月监测1次，主要测定指标为氨氮、高锰酸盐指数（CODMn）、活性磷酸盐、铜、硝酸盐氮、锌、悬浮物、亚硝酸盐氮、盐度、总氮、总碱度、总磷、总硬度等13个指标，检测方法参考相关标准[8-18]。

1.6 沉积物采集检测及分析

沉积物指标自生态基放置以后每月检测1次，在每口试验池塘固定一点作为沉积物的采样点，每次用抓斗式采泥器采集沉积物，采集到的沉积物装入塑料自封袋，运回实验室进行检测，检测指标为硫化物、铜、锌、有机碳、总氮和总磷，检测方法参考相关标准[19]。

1.7 数据统计与分析

VIKOR方法是Opricovic 1998年在TOPSIS研究方法之上提出的。它是一种基于多个理想点或者是多个影响因素下的多属性决策方法，其基本思想是基于最佳化妥协解方法。分析案例之前首先确定正理想解和负理想解，然后根据对于多个影响因素或者是备选方案的评价值与理想方案的接近程度对最终结果进行择优选择。VIKOR方法的特点是在对结果进行评价时综合考虑最大化群体效用，过滤最小化个别遗憾，从而权衡多种影响因素条件下，哪种是最合理，最受用的[20-23]。

设X={x1，x2，…，xm}是m个池塘集合，Y={y1，y2，…，yn}是评价指标集。通过计算公式给出了当池塘xi在评价指标yj影响下的指标值aij，从而构成多个池塘指标评价决策矩阵A=（aij）m×n[21-24]。最终利用多因素分析得出池塘水质评价的VIKOR多属性评价结果。具体方法如下。

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。

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+=min Mi，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。

监测数据通过Microsoft Excel 2003进行分析。

2 结果与分析

2.1 不同生态基处理池塘水质和沉积物差异

根据每月监测的4个无纺布生态基处理池塘水质和沉积物数据计算各指标均值（表2），其中水质指标13个，沉积物指标6个，共计19个指标。水质中铜和锌2个指标整体水平较低且各处理组基本保持一致;水质中活性磷酸盐、总氮和总磷3个指标表现为：I组

2.2 VIKOR分析

表2中19个指标均属于成本性指标，故采用公式（2）完成构造决策矩阵。

根据公式（3）（4）确定理想解和负理想解。

根据公式（5）（6）利用变异系数法确定指标权重。

利用公式（7）（8）计算群体效用值Mi和个别遗憾值Ni。

利用公式（9）计算综合排序指标。

Qi={0.20 0.10 0.47 1.00}

由计算结果可知，根据VIKOR方法得出的4种无纺布生态基处理池塘环境优劣排序为I组、CK、II组、III组。

3 结论与讨论

VIKOR方法在社会科学类决策分析问题中使用比较频繁，例如分析多部门决策效应和多因素影响下的经济社会效益，可通过对于多环节的对比分析，最终取得对多种因素权衡分析的一种折衷方案[16]。本试验中，4组池塘在整个养殖过程中水质和沉积物共计19个指标的变化规律不尽相同，根据单个指标很难判断各组池塘环境的优劣，故通过VIKOR方法对19个指标进行综合对比分析，实现了4組池塘环境优劣的排序，说明VIKOR方法可以用于养殖池塘环境评价;VIKOR计算结果表明，主养凡纳滨对虾池塘设置无纺布生态基可以起到修复池塘养殖环境的作用，但是生态基的设置密度并不是越大越好，均衡各要素后，以I组即生态基密度为900 m2·hm-2效果优于其他组。分析其原因可能有以下几点：一是生态基密度设置过高影响了池塘水体自身的流动，而水体自身的流动与转换也对水体自净能力起到积极的作用;二是研究发现由于生态基放置密度不同，微生物附着情况也有所不同，所以无纺布在吸附微生物过滤水体方面所起到的作用也会不同;三是不同密度的无纺布也占用了水体的空间，除了影响水体流动之外，也不同程度增加了水体的自我净化负担[24]。

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[19]中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局，中国国家标准化管理委员会.GB 17378.5-2007 海洋监测规范 第5部分：沉积物分析[S].北京：中国标准出版社，2008.

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