基于凤眼莲(Eichhirnia crassipes)原位修复的养殖水体水质变化特征及氮磷平衡估算

张迎颖，刘丽珠，宋 伟，王 岩，张君倩，刘海琴，严少华，郭俊尧，张志勇

(江苏省农业科学院农业资源与环境研究所，江苏 南京 210014)

池塘养殖是利用人工开挖或天然坑塘进行鱼类等养殖的一种生产方式，目前是我国饲养食用鱼的主要方式。池塘养殖大都采用半封闭式净水养殖方式，即池塘只有蓄水养鱼功能，缺乏有效的水体净化功能，大量的饲料投入和鱼类代谢物积累，导致池塘内有机污染物越来越多，池塘内源性污染加重，养殖水环境恶化[1]。常用的流水养鱼模式为了保持水质，池塘里的水需不断流动与交换，既浪费宝贵的水资源，又容易造成区域水环境污染。研发高效经济的养殖废水净化技术，实现养殖废水的有效净化与循环利用，协调好水产养殖效益与水体环境保护两者之间的关系，已成为农业科研工作者关注的重点问题之一。

与传统的物理化学处理方法相比，水生植物原位修复技术具有应用范围广、处理成本低、操作简单及安全性高等优点[2]。水生植物的生长过程可大量吸收水中的氮、磷等污染物，并同化成自身的结构组织物质，如蛋白质和核酸等；还可与藻类形成竞争关系，抑制其过度繁殖；通过光合作用向水体中释放氧气，加快有机物分解，使水体的各项理化指标趋于稳定。近年来，漂浮植物凤眼莲因生长速率高，生物累积量高、氮磷富集能力强、便于打捞等特点，广泛地应用于富营养化河湖、畜禽养殖污水以及农业地表径流污染等治理工作中[3-5]。李姣等[3]的研究显示在模拟加州鲈养殖池塘的室外混凝土池中，凤眼莲(Eichhirniacrasslpes)能够有效降低水体总氮与氨氮浓度、底泥有机物与全磷含量及蓝藻、绿藻生物量。许国晶等[4]的研究表明采用底部放置生物陶粒基质的方法构建凤眼莲强化生态浮床，净化后的养殖水体总氮、总磷浓度达到SC/T 9101—2007《淡水池塘养殖排放水排放要求》的一级标准。陈琴等[5]利用灰色关联性分析了凤眼莲和水花生浮床对于养殖水体浮游动物多样性的影响，结果显示凤眼莲浮床塘的浮游动物丰度和多样性水平均高于水花生浮床塘。现有文献较多采用模拟水池试验方式分析水生植物对于养殖池塘水质及浮游生物的影响，而在大型养殖池塘中关于凤眼莲浮床原位修复水质效果及养殖水体氮磷平衡的研究较少。笔者在苏州西山农业园养殖鱼塘内构建原位修复工程，探讨凤眼莲对养殖水体的净化效能，分析凤眼莲生长对水产鱼类产量的影响，估算基于凤眼莲原位净化的养殖水体氮磷平衡，以期为养殖水体原位修复技术提供实例参考与数据支撑。

1 材料与方法

1.1 试验植物的种养方法

试验地点设在苏州市金庭镇大成现代农业园的养殖区(31°07′068″～31°07′364″ N， 120°19′402″～120°19′721″ E)，选择3个约75 m×72 m(0.54 hm2)的鱼塘，平均水深1.5 m，开展凤眼莲原位修复养殖水体试验。试验植物凤眼莲从福建运来，在大成农业园空水塘里驯养1个月，于5月初进行种苗投放。由于凤眼莲生长速率高，因此利用毛竹、浮球和渔网构建围栏进行控制性种养，围栏下方采用孔径1 cm的渔网进行全封闭，以免鱼类噬咬植物根系，围栏内凤眼莲初始放养量为5 kg·m-2。由于凤眼莲在水面占据面积过大会占用鱼类生长空间，按照池塘面积占比设置试验处理为：凤眼莲覆盖度0(对照)、5%、10%。试验过程中对生物量达到一定范围的凤眼莲及时采收上岸。采收后的凤眼莲与畜禽粪便、作物秸秆堆制有机肥，部分替代化肥施用于农业园的设施果蔬。

1.2 试验鱼类的饲养管理

每个鱼塘内鱼苗初始投放量白鱼约9 000尾，白鲢600尾、花鲢400尾，购自太湖西山地区水产养殖户。鱼种投放时间为4月5日，白鱼的初始质量为(25.27±1.65) g，白鲢的初始质量为(56.62±2.82) g，花鲢的初始质量为(50.92±2.56) g。每个鱼塘均设置投料机投喂饲料，每天投喂2次，每次投喂45 min。根据天气情况及鱼类生长状况及时调整投喂量，试验期间雨量较大时未进行投喂，日投喂量如表1所示。每个池塘均设置叶轮式增氧机1台，在6—9月鱼类生长季节晴天午间开增氧机2 h，阴雨天夜间开增氧机以防鱼类缺氧。试验期间未施肥。

表1 试验期间饲料投喂量Table 1 Feed input during the experiment

饲料为太湖地区市售产品，试验期间单个鱼塘的饲料投喂总量为(7 650±50) kg。采集9个饲料样品检测取平均值，粗蛋白含量采用GB/T 6432—1994《饲料中粗蛋白的测定 凯式定氮法》测定，磷含量采用GB/T 6437—2002《饲料中总磷的测定 分光光度法》测定，数据结果显示该商品饲料中粗蛋白含量约为35.56%±0.43%；磷含量约为0.83%±0.02%。

1.3 水样的采集与测定

如图1所示，每个池塘均设置6个水样采集点，其中种养凤眼莲的池塘3个采样点位于凤眼莲种养区，3个采样点位于空白水域。利用真空泵、乳胶管与采样瓶连接形成水样采集装置[6]，分别抽取表层(水深20 cm)、中层(水深60 cm)、下层(水深100 cm)的水样各500 mL，混合均匀，加入0.5 mL三氯甲烷，带回实验室检测水体总氮(TN)、氨氮(NH4+-N)、硝态氮(NO3--N)、总磷(TP)、悬浮物(SS)浓度。水体TN、NH4+-N、NO3--N、TP浓度采用AutoAnalyzer3 Applications流动分析仪(荷兰SKALAR公司)测定，SS浓度采用GB 11901—89《水质 悬浮物的测定 重量法》测定。池塘水质数据取各采样点的平均值。水样监测周期为2012年4—11月，每月采集水样1次。

1.4 植物样品和沉积物的采集与测定

每月采集水样的同时监测凤眼莲植株生物量，并采集植株样品测定植株含水率及干物质全氮、全磷含量。测植株生物量时将其从水中捞起放在周转框内，直至无滴水时称重而得。植物样品采用H2SO4-H2O2消煮后，采用凯式定氮法测定全氮含量，采用钼锑抗比色法测定全磷含量。根据课题组前期对于凤眼莲放养与采收方式的研究可知，采用多次部分采收的方式可获取更多的植株生物量及更大的氮磷富集量[7]。试验期间共采收凤眼莲2次，分别是7月12日和11月2日。

将高50 cm、内径12 cm的有机玻璃采集柱固定在池塘底泥中，在柱体15 cm处设底，上部约35 cm用于收集沉积物，柱体插入底泥约15 cm。每个池塘均设置6个采集柱。试验结束时降低池塘水位，将有机玻璃柱从底泥中取出，尽量降低水体扰动的影响，收集沉积物测定鲜质量、含水率及干物质全氮、全磷含量，测定方法同植物样品。

利用以下公式计算凤眼莲植株和沉积物的干质量和氮、磷含量。

Qd=Qf×(1-Cw)×10，

(1)

AN=Qd×CN× 10-2，

(2)

AP=Qd×Cp× 10-2。

(3)

式(1)～(3)中，Qd为单位面积上凤眼莲植株/沉积物的干质量，g·m-2；Qf为单位面积上凤眼莲植株/沉积物的鲜质量，kg·m-2；Cw为凤眼莲植株/沉积物鲜质量的含水率，%；AN和AP分别为单位面积上凤眼莲植株/沉积物的氮、磷含量，g·m-2；CN和CP分别为凤眼莲植株/沉积物干物质中全氮、全磷含量，%。

1.5 鱼类生长指标和氮、磷利用率的测定

取白鱼、白鲢、花鲢鱼种及成鱼各10条，在65 ℃下烘2周左右，经3次称量至恒重，计算含水率，之后研磨成鱼粉，-20 ℃条件下保存，分别测定粗蛋白和磷含量。鱼类样品的粗蛋白含量采用GB/T 5009.5—2010《凯式定氮法》测定；鱼类样品的磷含量采用GB/T 5009.87—2016《分光光度法测定》。于11月上旬对养殖鱼塘进行集中捕捞，对起获鱼进行分拣，记录各池塘鱼类尾数、尾均质量与总质量，利用下式计算各池塘的成活率、饲料系数、氮和磷的利用率[8]。

RS=Af/Ai×100%，

(4)

RFC=Fw/(Wt-W0)，

(5)

UN=(Nt-N0)/Nf×100%，

(6)

UP=(Pt-P0)/Pf×100%。

(7)

式(4)～(7)中，RS为鱼类成活率，%；Af为各池塘收获鱼类尾数；Ai为初始投放鱼类尾数；RFC为总饲料系数；Fw为饲料投喂量，kg；Wt为起获鱼类总质量，kg；W0为放养鱼类总质量，kg；UN为氮的利用率，%；Nt为起获鱼类的氮总量，kg；N0为放养鱼类的氮总量，kg；Nf为投喂饲料的氮总量，kg；Up为磷的利用率，%；Pt为起获鱼类的磷总量，kg；P0为放养鱼类的磷总量，kg；Pf为投喂饲料的磷总量，kg。

1.6 数据分析与计算

采用SPSS 13.0软件中一般线性模型的双因素无重复方差分析(univariate)考察采样时间和不同覆盖度对池塘水质的影响，采用多元方差分析(multivariate)考察同一采样时间下不同覆盖度池塘水质数据之间的差异，采用均值比较的独立样本t检验对凤眼莲种养围栏内外水质指标以及不同处理凤眼莲生长状况指标进行差异对比。采用均值比较的one-way ANOVA进行单因素方差分析,对比不同处理之间的差异。

根据《江苏统计年鉴 2012》，苏州地区4—11月降雨量为858.40 mm。降雨的氮、磷含量取雨水ρ(TN)为0.48 mg·L-1，ρ(TP)为0.03 mg·L-1[9]。试验期间内蒸发量约为883.85 mm[10]，减去降雨量，则池塘补水量约25.45 mm，补水体积约为137.43 m3，补充水分来自农业园内河，河水水质取Ⅴ类水ρ(TN)为2.00 mg·L-1，ρ(TP)为0.4 mg·L-1。池塘养殖水体中的氮磷输入主要包括试验初期投放鱼苗、凤眼莲种苗、水体、降雨及补水等氮磷量；氮磷输出主要包括试验结束时捕捞成鱼、凤眼莲植株、水体存留及沉积物等氮磷量，估算池塘养殖水体中的氮、磷平衡。

Wi+Fi+Si+Pi+R=We+Fe+Se+Pe+U。

(8)

式(8)中，Wi、Fi、Si、Pi、R分别为初始水体、投放鱼苗、投喂饲料、投放凤眼莲种苗、降雨及补水中的氮、磷含量，kg；We、Fe、Se、Pe分别为试验结束水体、捕捞成鱼、收集的沉积物、采收凤眼莲植株中的氮、磷含量，kg；U为未测出的氮、磷含量，kg，主要包括投喂处的饲料沉积、气体挥发、排水及渗漏等。

2 结果与分析

2.1 池塘水体水质指标的变化

2.1.1试验期间氮的变化

时间与不同覆盖度处理因素对池塘水体TN、NH4+-N、NO3--N浓度的影响均为极显著(P<0.01，图2)。随着试验进行，对照、5%覆盖度与10%覆盖度处理的TN浓度逐渐升高，在9月中旬达到最高值，分别为(4.52±0.19)、(4.13±0.10)、(3.86±0.18) mg·L-1。10月下旬，可能由于气温降低、饲料投喂量降低以及鱼类生理活动减弱等因素，3个处理的TN浓度极显著降低(P<0.01)。试验结束时，与最高值相比，3个处理的TN浓度分别降低了53.10%、61.50%、64.73%，可能是因为一方面鱼类捕捞后饲料停用减少了氮投入；另一方面凤眼莲采收将根系上吸附的颗粒态氮移出水体。试验过程中NH4+-N浓度随着时间逐渐升高，在7—9月达到较高值，8月13日达到最高值，对照、5%覆盖度与10%覆盖度处理依次为(1.62±0.09)、(1.49±0.10)、(1.41±0.18)mg·L-1。与最高值相比，9月各处理的NH4+-N浓度极显著降低(P<0.01)。NO3--N浓度也随着时间逐渐升高，在8—10月达到较高值。与NH4+-N达到最高值的时间不同，9月12日NO3--N浓度最高，3个处理依次为(1.91±0.05)、(1.67±0.18)、(1.62±0.11) mg·L-1。从10月开始，NO3--N浓度逐渐降低，与最高值相比，11月各处理的NO3--N浓度均表现为极显著降低(P<0.01)，与TN、NH4+-N浓度变化趋势保持一致。

多元方差分析显示，试验初期3个处理之间TN、NH4+-N和NO3--N浓度无显著差异。从8月开始，植物处理的TN浓度极显著低于对照处理(P<0.01)，这表示凤眼莲的种养对于维持池塘水体TN浓度在较低水平具有积极的意义。试验过程中，除了7月5%覆盖度处理的NH4+-N浓度略高以外，7—9月植物处理的NH4+-N浓度均略低于对照处理，10—11月植物处理的NH4+-N浓度极显著低于对照处理(P<0.01)。从8月开始，植物处理的NO3--N浓度均显著低于对照处理(P<0.05)，这可能与植物根系附着的微生物反硝化作用有直接关系[11]。试验数据显示。6—9月在种养凤眼莲的池塘内植物围栏内的TN、NH4+-N浓度略低于围栏外，估计与旺盛生长期凤眼莲对氮的吸收作用有关；植物围栏内的NO3--N浓度有时略高于围栏外，有时略低于围栏外，这可能与凤眼莲根际微生物的硝化反硝化过程有关。

2.1.2试验期间磷素与悬浮物的变化

对于池塘水体TP、SS浓度而言，时间与不同覆盖度处理均具有统计学意义(P<0.01，图3)。在试验过程中，池塘水体TP浓度逐步上升，在9月达到最高值，对照、5%与10%覆盖度处理的TP浓度依次为(0.58±0.06)、(0.53±0.06)、(0.51±0.03) mg·L-1。10月对照处理的TP浓度有所降低，植物处理的TP浓度显著降低(P<0.05)。与最高值相比，试验结束时3个处理的TP浓度分别降低51.78%、59.03%、61.86%。随着试验持续，池塘水体SS浓度稳步上升，5%与10%覆盖度处理在7月达到最高值，分别为(88.57±4.59)和(85.36±4.51) mg·L-1， 8—10月有所降低并维持在一定的水平上，这可能与凤眼莲根系能够吸附截留水体颗粒物有关；而对照处理的SS浓度继续升高，在9月份达到最高值，为(98.16±3.11)mg·L-1。3个处理的SS浓度均在11月份极显著降低(P<0.01)，与最高值相比分别降低了45.62%、51.50%、54.99%。试验结束时，池塘水体TP、SS浓度显著降低，可能和鱼类捕捞之后饲料停喂使得外源性的颗粒磷输入减少、植物采收将根系附着的悬浮物移出水体、以及增氧机停转后悬浮颗粒向池塘底部沉积等因素有关。

试验初期，3个处理之间水体TP、SS浓度无显著差异。8月植物处理的TP浓度显著低于对照(P<0.05)，可能是与7月的植物初次采收带走了部分磷有关；9—10月3个处理的TP浓度仍然维持在较高的水平上，可能与池塘中持续投喂饲料有关。8—9月植物处理的SS浓度极显著低于对照(P<0.01)，可能是植物采收将其根系吸附的颗粒物带出水体所致。在种养凤眼莲的池塘内，6—9月植物围栏内的TP浓度略低于围栏外，SS浓度略高于围栏内，这可能与凤眼莲在旺盛生长期对磷的吸收作用及植物根系对颗粒物的截留作用相关。

2.2 凤眼莲生物量及氮磷富集量

如表2所示，5月初凤眼莲初始投放量约为5 kg·m-2。7月12日对凤眼莲进行了第1次采收，采收后保留种苗量为5 kg·m-2，至11月2日将围栏内的凤眼莲全部采收。据计算，5%覆盖度池塘采收的凤眼莲总生物量为15.04 t，从水体移除氮、磷总量分别为34.24与3.95 kg；10%覆盖度池塘采收的凤眼莲总生物量为29.35 t，从水体移除氮、磷总量分别为63.69和6.68 kg。虽然通过凤眼莲的采收可从水体带走较多的氮磷污染物，但与投放的饲料量及水体、底泥自身含有的氮磷量相比，仅占了较小的比例。

表2 凤眼莲植株生物量及氮磷富集量Table 2 Biomass of water hyacinth, nitrogen and phosphorus absorbed by the macrophyte

表3给出了试验期间凤眼莲的生长状况。5—9月5%覆盖度的凤眼莲单位面积生物量略低于10%覆盖度处理，10—12月略高于10%覆盖度处理，但两者之间差异不显著。5—7月5%覆盖度的植物株高略低于10%覆盖度处理；8—9月5%覆盖度的植物株高显著高于10%覆盖度处理；10—11月2者之间差异不显著。5—6月2个处理之间植物根长差异不显著，从7月开始10%覆盖度的植物根长显著高于5%覆盖度处理，这可能由于10%覆盖度处理池塘中凤眼莲种群生物量大，根系增长可增加与水体环境的接触面积，从而吸收更多的营养物质。5%覆盖度的叶片叶绿素均值略高于10%覆盖度处理，但两者之间差异不显著。

表3 试验期间凤眼莲的生长状况Table 3 Growth statusof water hyacinth during the experiment

2.3 池塘养殖鱼类产量及氮磷利用率

在7个月的饲料投喂之后，不同处理池塘内3种鱼类产量如表4所示。池塘内养殖鱼类以白鱼为主，对照池塘的白鱼成活率最高，约为87.56%；5%覆盖度池塘的白鱼成活率次之，约为86.22%；10%覆盖度池塘的白鱼成活率最低，约为85.11%。起捕时5%覆盖度池塘的白鱼平均质量最高，约为683.59 g；10%覆盖度池塘的白鱼平均值次之，约为681.39 g；对照池塘的白鱼平均质量最低，约为652.27 g。经计算可知，5%覆盖度池塘的总饲料系数最低，为1.29%，氮磷利用率最高，分别为30.96%和55.39%；对照池塘的总饲料系数最高，为1.36%，氮磷利用率最低，分别为29.38%和52.61%；10%覆盖度池塘的总饲料系数与氮磷利用率均居中。凤眼莲的种养在一定程度上有利于白鱼等对于饲料的利用，并未对鱼类生长及产量造成负面影响。

表4 鱼类产量及氮磷利用率Table 4 Fish production and utilization ratio of nitrogen and phosphorus

2.4 沉积物收集量及氮磷含量

如表5所示，试验结束时，3个处理的沉积物收集量及干基质量存在显著差异(P<0.05)，对照池塘最高，10%覆盖度池塘最低。3个处理沉积物的含水率无显著差异；干基中磷含量无显著差异，对照氮含量显著高于10%覆盖度处理。种养凤眼莲的池塘沉积物收集量较低，可能是由于植物根系具有吸附截留颗粒物的作用，且随着植物的初次采收也有部分颗粒物随着植物根系被带出水体。种养凤眼莲的池塘沉积物干物质中氮、磷含量也较低，原因在于收集的沉积物中含有植物根系脱落物，其氮、磷含量远低于饲料及鱼类排泄物。

表5 鱼塘沉积物收集量及氮磷含量Table 5 The nitrogen and phosphorus content of sediment in three ponds

2.5 池塘养殖水体氮磷平衡估算

由表6可知，饲料是鱼塘水体中氮营养盐的主要来源，约占养殖水体总输入的94.12%～94.25%；其次是初始水体氮含量，约占总输入的2.38%～3.71%；投放鱼苗的氮含量与降雨及补水所引起的氮输入所占比例较低。在养殖水体的氮输出方面，沉积物和成鱼捕捞所占比例较高，分别为25.90%～32.47%、30.35%～31.90%，以其他方式(投喂饲料的沉积、气体挥发、排水及渗漏等)带出水体的氮总量所占比例也较高，约为26.74%～33.46%。5%覆盖度池塘水体以成鱼方式的氮输出量最高，10%覆盖度池塘居中，对照池塘最低。在2个植物处理中，以凤眼莲植株形式的氮输出量分别为34.24和63.69 kg，约占总输出的7.41%和13.78%。已知去除途径的氮输出总量与氮输入总量的比值为66.54%～73.26%，这说明还有部分氮以硝化反硝化脱氮作用、氨挥发或者渗漏水流失等途径离开试验水体。凤眼莲生长能够明显促进水体硝化反硝化脱氮作用[11]，推测种养凤眼莲的池塘有一部分的氮以气体形态从水中移除。

由表6可知，饲料也是鱼塘水体中磷营养盐的主要来源，约占养殖水体总输入的94.21%～94.37%；其次是初始水体磷含量，约占总输入的4.10%～4.24%；投放鱼体的磷含量所占比例较低，约为总输入的1.25%～1.26%；降雨及补水所引起的磷输入约为0.28%，所占比例极低。在养殖水体的磷输出方面，5%覆盖度池塘以成鱼方式的输出量最高，约占总输出的55.39%；对照池塘以成鱼方式的输出量最低，约占总输出的53.29%；10%覆盖度池塘以成鱼方式的磷输出量居中。在种养凤眼莲的2个池塘水体中，以植株方式的磷输出量分别为3.95和6.68 kg，约占总输出的5.81%和9.87%；很大一部分的磷以沉积物的形式沉降到底泥中，约占总输出的33.37%～42.16%。通过计算可知，养殖水体磷输出总量与输入总量的比值为98.83%～100.89%，这说明鱼塘泥水界面上磷发生了交换作用，底泥中有少量磷释放到水体，参与了池塘养殖水体中的磷分配。

表6 试验池塘养殖水体的氮、磷平衡估算Table 6 Equilibrium estimation of nitrogen and phosphorus in aquaculture water of the experiment ponds

3 讨论

3.1 养殖池塘水质变化特征

在种养凤眼莲的养殖池塘中，由于植物自身的吸收富集作用，以及植物根系微生物硝化反硝化脱氮作用，使得7—10月2个植物处理的水体TN、NH4+-N和NO3--N浓度均显著低于对照处理。研究表明，氨氮对于鱼类具有较强的毒性，可引起其抽搐、昏迷和死亡[12]；而凤眼莲在生长过程中能够优先吸收水体NH4+-N[13]，其种养对于鱼类生长具有积极的意义。池塘水体TN浓度显著高于NH4+-N与NO3--N浓度之和，表明水中存在一部分有机氮，主要由饲料分解及鱼类排泄物所产生的。养殖水体中可溶性无机氮的主要成分是NH4+-N与NO3--N，在一定条件下可以相互转化。在自然水体中，无机氮主要以NO3--N的形式存在，但在养殖水体中，由于饲料投喂的积累，水中残饵和鱼类粪便等有机氮在氨化细菌的作用下大量转化为NH4+-N，天气炎热时鱼类生理活动频繁，水中溶解氧含量较低，硝化作用会减弱，无机氮主要以NH4+-N形式存在，此时为池塘水体NH4+-N浓度相对较高的时段；9—10月份气温逐渐降低，水中溶氧有所回升，水中NH4+-N则转化为NO3--N，此时为池塘水体NO3--N浓度较高的时段。即养殖水体中NH4+-N与NO3--N 浓度呈现此消彼长的变化特征，这与陈明海等[14]的研究结论一致。

4—7月，随着饲料投喂和鱼类生长，3个池塘水体的TP浓度与SS浓度均呈现逐渐上升的趋势。7月12日完成了凤眼莲的初次采收，分别采收植株鲜质量约5.56与11.50 t，使得8月份的2个植物处理水体TP与SS浓度显著降低。凤眼莲具有异常发达的根系，能够有效吸附截留水中的颗粒物，随着植物的采收，其根系上附着的大量颗粒物也相应地从水体移除，具体表现为水中颗粒磷与悬浮物明显减少。试验中后期(除9月外)植物处理水体的TP浓度均显著低于对照处理，主要在于凤眼莲自身对可溶性磷的吸收同化作用[15]，另外植物根系对水体颗粒态磷具有吸附截留作用[16]。试验中养殖水体ρ(SS)变化范围为38.42～98.16 mg·L-1，最高值略高于前人的试验结果[8]，这可能是与放养品种及水体其他理化因子有关，试验中投放的鲢鱼较少，对浮游生物的采食量较低，使得水中悬浮物浓度略高。

在富营养化水域种养凤眼莲能够高效富集水体氮磷[17]。研究显示，在集约化养殖池塘(30 m2)养殖鲤鱼、鲢鱼和鳙鱼，利用凤眼莲与EM菌液构建的水生植物-微生物协同净化体系能够有效去除水中氮、磷等营养物质，且凤眼莲覆盖面积为20%的处理组更具有生态效益[18]。利用凤眼莲净化黄颡鱼养殖水体(2.5 m3)，当生物量达到1 080 g·m-3时水体总氮、总磷、氨氮去除率分别为53%、78%和76%，且具有一定的稳定性[19]。试验结束时，对照水体的TN浓度高于GB 3838—2002《地表水环境质量标准》Ⅴ类水质标准；2个植物处理的TN浓度略低于Ⅴ类水质标准，但仍高于DB32/T 1705—2011《太湖流域池塘水排放标准》的1级标准[20]。3个处理的TP浓度均低于Ⅴ类标准，但是对照与5%覆盖度处理的TP浓度高于DB32/T 1705—2011的1级标准，10%覆盖度处理的TP浓度低于该1级标准[20]。由此可见，利用低覆盖度的凤眼莲原位修复养殖池塘水体虽可控制水体氮、磷等污染物浓度在较低水平，但若将养殖水体直接排放仍然存在污染自然水体的风险，因此，有必要对养殖池塘排水作进一步深度净化，可采取多介质土壤滤层系统、潜流式人工湿地等方式。另外课题组开展了凤眼莲净化塘与茭草湿地深度净化养殖水体的工程性试验，对水体TN、TP及SS均取得了较好的净化效果，经深度净化的养殖水体可实现循环利用。

3.2 养殖池塘鱼类氮磷利用率

大多数的池塘养殖均以直接投喂外源性食物为主，虽然池塘鱼类对于投喂饲料的利用率存在差异，但总体上说养殖生物对于氮、磷营养盐的利用率仍然较低。研究显示，养鱼池塘中对投喂饲料的氮利用率为18.0%～21.0%，磷利用率为16.0%～28.9%[21]；养虾池塘中以成虾形式产出的氮、磷分别占总投入的27%～35%、13%～24%[22]。3个池塘对氮的利用率为29.38%～30.96%，高于前人的试验结果，可能是由于试验池塘中放养的鲢鱼主要摄食水中的浮游动物及悬浮颗粒，对白鱼以代谢物形式排入水体的氮进行了二次利用；而磷的利用率为52.61%～55.39%，远高于上述研究结果，这主要与笔者试验所选用的饲料中磷含量(0.89%)较低有关。

试验结果还显示种植凤眼莲的池塘氮、磷利用率略高于对照池塘，主要原因在于种养凤眼莲的池塘鱼类单体质量及总产量均高于对照。凤眼莲的生长可调节水体pH值，使之趋向于中性[23]；凤眼莲的通气组织可将大气中的氧气传输至根部，并将其中的30%～40%释放至根区以供微生物代谢[24]。这些特性在一定程度上改善了池塘水质，有利于鱼类的生理活动。另外，凤眼莲具有异常发达的根系，为水中的浮游生物及悬浮颗粒提供了附着地，间接地为白鲢和花鲢提供了食物，促进了鱼类生长发育，实现了养殖池塘的增产。

3.3 养殖池塘水体氮磷平衡分析

氮、磷营养盐是构成池塘养殖生态系统中物质循环的重要环节，是浮游生物生长的限制性营养元素，氮、磷收支平衡研究可解释池塘水体氮、磷来源与归趋，对于水产养殖业的可持续发展具有积极的意义。总体说来，养殖池塘水体的主要营养来源是投喂饲料，分别约占氮、磷输入总量的80%和90%以上[12]；而放养的鱼虾、降雨及池塘原水对于氮、磷输入量的贡献均较少[25-26]。笔者试验中饲料输入的氮、磷量占总量的94%以上，这可能与池塘水体初始氮、磷浓度较低有关。试验池塘水体氮、磷的主要支出方式之一是鱼类产出，约占氮、磷总输出量的30%和53%以上。另一个主要支出方式是底泥沉积，其他研究均通过对比试验前后底质中氮、磷含量的变化以间接评估氮、磷沉积量[14,27]，而通过收集单位面积上的沉积物来估算其对于氮磷支出的贡献率显示:沉积作用占池塘水体中氮支出的25.90%～32.47%，磷支出的33.37%～42.16%，与前人的研究结果接近[27-28]。以凤眼莲植株形式的氮、磷输出量占比较低，约占总输出的7.41%～13.78%和5.81%～9.87%。反硝化脱氮作用是养殖水体氮损失的重要途径之一，试验中存在26.74%～33.46%的氮支出去向不明，这可能与反硝化作用产生氮气及水体氨挥发相关。另外，种养凤眼莲的2个池塘水体中磷支出总量略高于输入量，这可能与底泥-水界面上的溶解态营养盐相互交换有关[29]，即底泥间隙水中的少量可溶性磷向上覆水体释放。

4 结论

(1)凤眼莲能够有效降低池塘水体氮、磷及悬浮物浓度；通过植物的采收能够将植物吸收的氮磷与植物根系附着的颗粒态磷及颗粒物带出水体。

(2)种植凤眼莲的池塘鱼类单体质量、总产量及氮、磷利用率略高于对照池塘，表明利用凤眼莲修复养殖水体对鱼类生长无负面影响。

(3)饲料输入是养殖池塘水体氮磷的主要输入方式；在养殖池塘水体氮输出方面，鱼类产出与沉积作用所占比例较高；磷输出方面，鱼类产出与沉积作用为主要支出方式；以凤眼莲植株形式的氮、磷输出量所占比例较低。

(4)利用低覆盖度的凤眼莲原位修复养殖池塘水体虽可控制水体氮、磷等污染物浓度在较低水平，但若将修复后的养殖水体直接排放，仍然存在污染自然水体的风险，因此有必要对养殖排水作进一步深度净化。

致谢：感谢苏州金庭大成农业园相关负责人胡伟雄、马瑞芬、程皓等在研究工作中给予的帮助。