杨卓 李文红 陈日钊 程光平 张紫英 陈祯东 徐紫娟
摘要:【目的】通过比较3种水生植物在罗非鱼(GIFT Oreochromis niloticus)混养池塘中的应用效果,探讨绿狐尾藻(Myriophyllum elatinoides)在池塘养殖尾水处理中的应用前景,为建立罗非鱼池塘综合养殖模式提供科学依据。【方法】在主养罗非鱼、混养鲢鱼(Hypophthalmichthys molitrix)和鳙鱼(Aristichthys nobilis )的池塘中,分别设置占池塘面积10%的绿狐尾藻、凤眼莲(Eichhornia crassipes)和大薸(Pistia stratiotes)3个浮床处理组及无植物对照组。试验初期和末期分别测定鱼类重量、植物体重量和氮磷含量,试验期内每月监测试验水体的总氮(TN)、总磷(TP)、高锰酸盐指数(CODMn)及五日生化需氧量(BOD5),计算池塘中植株生长及氮磷移出量、鱼单位净产量、水体氮磷含量及氮磷比(N/P),以及水体TN、TP、CODMn与BOD5排放达标率和排污量,对比分析3种植物的应用效果。【结果】试验末期绿狐尾藻、凤眼莲和大薸净增生物量分别为1076.4、2278.4和3545.1 kg,单位面积氮磷移出量分别为0.37、0.23和0.35 kg;对应的池塘鱼单位净产量分别为14497.5、12857.5和11274.7 kg/ha。试验期内TN和TP变化范围分别为0.53~2.21和0.108~0.279 mg/L,3个植物浮床组水体N/P值介于4.41~12.11,适合3种试验植物生长;凤眼莲和大薸生长迅速但后期植株出现发黄腐烂现象,后期绿狐尾藻生长优于凤眼莲和大薸。绿狐尾藻、凤眼莲和大薸3个植物浮床组水体营养物质TN、TP、CODMn和BOD5均达到淡水池塘养殖尾水二级排放标准,水体排污量分别为221.32、229.62和229.24 kg/ha。绿狐尾藻组池塘单位面积鱼净产量及植株氮磷移出量最高,水体排污量最小,大薸组居中,凤眼莲组较差。【结论】绿狐尾藻能在池塘环境中漂浮生长且生产和生态效果俱佳,可替代凤眼莲和大薸用于淡水鱼池塘综合养殖模式构建和养殖尾水处理。
关键词: 绿狐尾藻;罗非鱼池塘;氮磷移出量;排污量;单位净产量
中图分类号: S964.3 文獻标志码: A 文章编号:2095-1191(2021)02-0491-10
Abstract:【Objective】Through the analysis and comparison of the application effect of three aquatic plants in the mixed culture pond of tilapia(GIFT Oreochromis niloticus), the application prospect of Myriophyllum elatinoides in the tail water treatment of pond culture was discussed, which provided scientific basis for the establishment of comprehensive culture mode of tilapia pond. 【Method】Three floating bed treatment groups, M. elatinoides, water hyacinth(Eichhornia crassipes), water lettuce(Pistia stratiotes), which accounted for 10% of the pond area,and no plant control group, were set up in the ponds of tilapia, Hypophthalmichthys molitrix and Aristichthys nobilis. Fish weight, plant weight and nitrogen and phosphorus content were measured at the beginning and end of the experiment. During the experiment period, the total nitrogen(TN), total phosphorus(TP), permanganate index(CODMn) and five-day biochemical oxygen demand(BOD5) of aquaculture water were monitored every month,and the plant growth and the removal amount of nitrogen and phosphorus from plants, the net fish production,the nitrogen and phosphorus content and ratio of nitrogen and phosphorus(N/P), the discharge rate of water TN, TP, CODMn and BOD5, and the discharge amount were calculated. The application effects of three plants were compared and analyzed. 【Result】At the end of the experiment, the net biomass of M. elati-noides, water hyacinth and water lettuce were 1076.4, 2278.4 and 3545.1 kg, respectively, the nitrogen and phosphorus removal per unit area were 0.37, 0.23 and 0.35 kg,the fish yield of the corresponding ponds were 14497.5, 12857.5 and 11274.7 kg/ha.TN and TP varied from 0.53 to 2.21 mg/L and 0.108 to 0.279 mg/L respectively, and N/P in three plant floating bed treatments was between 4.41 and 12.11,which were suitable for the growth of three experimental plants. The growth of water hyacinth and water lettuce was rapid, but the plants appeared yellow and rotten in the later period. The growth of M. elatinoides was better than that of water lettuce and water hyacinth. The results showed that TN, TP, CODMn and BOD5 in the three plant treatment groups of M. elatinoides, water hyacinth and water lettuce all met the secondary discharge standard of freshwater pond aquaculture tail water, and the discharge amounts were 221.32, 229.62 and 229.24 kg/ha, respectively. The fish yield and the nitrogen and phosphorus removal per unit area of M. elatinoides pond was the highest, and the water pollution discharge was the smallest; the water lettuce group was in the middle, while the water hyacinth group was poor. 【Conclusion】The M. elatinoides can grow floating in a pond environment, and with fine productivity and ecology. It can be used instead of water lettuce and water hyacinth for the construction of comprehensive culture model and tail water treatment of freshwater fish in ponds.
Key words: Myriophyllum elatinoides; tilapia pond; removal amount of nitrogen and phosphorus; discharge capacity; net production per unit
Foundation item: Guangxi Tilapia Innovation Team Construction Project of National Modern Agricultural Techno-logy System(nycytxgxcxtd-08-03); Guangxi Science and Technology Innovation Driven Project(Guike AA17204095-2)
0 引言
【研究意义】运用水域生态学原理,构建动植物合理复合的池塘生态养殖模式,实施养殖系统的生物调控与自我修复,达到改善池塘生态系统健康状况的目的(陈家长等,2010),是池塘养殖水处理最具发展前景的方法之一(董双林,2016;方建光等,2016)。广西是中国淡水养殖排污强度较高的区域之一(陈秋会等,2017),同时是我国罗非鱼(GIFT Oreochromis niloticus)主产区之一(王志芳等,2019),罗非鱼产量居全国第三位,罗非鱼排污系数为76.79 g/kg,池塘养殖尾水处理是罗非鱼产业健康发展亟待解决的问题。水生植物筛选是构建鱼+水生植物综合养殖模式的关键环节。选择适宜的水生植物,构建罗非鱼+水生植物综合养殖系统,对实现罗非鱼产业生态化和降低尾水排放具有重要意义。【前人研究进展】主养吃食性鱼、混养滤食性鱼类鲢(Hypophthalmichthys molitrix)鳙(Aristichthys nobi-lis)是我国最常见的鱼—鱼混养模式,现有的淡水综合养殖模式包括分池环联(申玉春等,2007)、鱼—水生植物(向文英和王晓菲,2012)、鱼—菜(刘爽等,2020)等。外来入侵植物如原产巴西的凤眼莲(Eichhornia crassipes)和大薸(Pistia stratiotes)生长迅速、根系发达,对水体氮磷等营养物质具有较强的吸收和吸附能力,是池塘等淡水水体净化研究中的常用植物(杜兴华等,2015;李敏等,2015;李洁等,2017;王奇杰和马旭洲,2018;于振海等,2020),但二者生态风险较高,一旦大面积疯长,会造成严重的生态破坏和生物污染(王小欣等,2013)。近年来引入空心菜(Ipomoea aquatica)、鱼腥草(Houttuynia cordata Thunb)、水芹(Oenanthe stolonifera)等经济价值较高的食用或药用植物构建鱼—菜共生模式,在净化养殖水体的同时增加收入,取得了一定成果(郑尧等,2016,2018;郭忠宝等,2019)。但水培经济植物可利用周期性明显,冬季大多数水生蔬菜生长缓慢甚至枯萎死亡,其适应性不如外来水生植物(罗竞等,2013);且生长于废水中的部分水生经济植物可能含有对人体有害的物质,不能完全达到食品卫生标准(王圣瑞等,2004;利锋等,2009)。因此,水培经济植物在池塘养殖水处理中的推广应用受到一定限制。原产于南美洲的绿狐尾藻(Myriophyllum elatinoides)是沉水植物,可漂浮生长;其耐污能力强,生态风险较大薸和凤眼莲低,主要以种植于人工湿地的方式用于高浓度畜禽养殖废水的处理,效果良好(董文斌等,2017;Luo et al.,2017)。【本研究切入点】通过分析水产养殖废水(黄翔峰等,2016)及畜禽废水(刘作云等,2016;董文斌等,2017)净化效果的相关研究发现,淡水池塘养殖尾水的营养盐水平低于高浓度的畜禽养殖废水,绿狐尾藻对池塘漂浮环境的适应性和养殖尾水氮磷净化能力尚不清楚,在淡水养殖池塘水处理中的应用研究未见报道。【拟解决的关键问题】采用绿狐尾藻、凤眼莲和大薸开展基于罗非鱼混养鲢鳙的鱼+水生植物池塘养殖模式研究,通过监测分析池塘养殖过程中植物体氮磷移出量、鱼单位净产量、水体氮磷含量和氮磷比及水体总氮(TN)、总磷(TP)、高锰酸盐指数(CODMn)和五日生化需氧量(BOD5)排放达标率和排污量的变化,比较3种水生植物在罗非鱼池塘综合养殖系统中的应用效果,探讨绿狐尾藻在池塘养殖尾水处理中的应用前景,为建立罗非鱼池塘综合养殖模式提供科学依据。
1 材料与方法
1. 1 试验池塘及试验设计
试验于2017年6月6日—12月30日在广西大学动物科学技术学院水产教学基地的8口(1#~8#)养鱼塘中进行。除1#池塘面积为0.18 ha外,2#~8#池塘面积均为0.10 ha。池塘平均水深1.5 m左右,底泥厚度平均约35 cm,养殖过程中适当补充新水,但不排水。每个池塘均配有一台1.5 kW的增氧机。试验分为4组,以罗非鱼混养鲢鳙模式为对照组,另设3个混养+植物处理组,分别记为绿狐尾藻组、凤眼莲组和大薸组,每组设2个重复。于2017年6月6日开始向试验塘投放鱼种,罗非鱼、鲢和鳙放养密度分别为22500、795和795尾/ha,规格分别为9.42、102.32和35.62 g/尾,每天上午9:00和下午5:00投喂;7月底放置浮床,池塘浮床起始面積占池塘面积的10%,植物放置量为0.5 kg/m2。考虑到鱼种和植物需要适应水体环境,试验期定为8—12月,其中8月为试验前期,12月为试验末期。鱼种放养数量及浮床放置情况见表1。
1. 2 水样采集与检测方法
试验期内每月采集水样一次,按照表2的方法监测水质指标TN、TP、CODMn和BOD5。水样的采集、运输、保存及管理均严格按照HJ 493—2009《国家环境保护标准》执行。
1. 3 植物氮磷移出量测算
植物生物量的测算:将植物捞起后,晾干至无滴水时称取其质量;终止的质量减去初始的质量即为植物净增生物量;将3种植物杀青烘干后,计算其干重Qd(干质量)。藻体用去离子水冲洗后在60 ℃下干燥至恒重(24~48 h),经粉碎机粉碎充分混匀后待测,采用混合催化剂硫酸消化凯式滴定法测定植物干物质全氮含量(CN,%);采用硫酸高氯酸消煮钼锑抗比色法测定植株干物质全磷含量(CP,%)。水生植物氮磷含量采用以下公式计算:
式中,AN和AP分别为单位面积的植株氮磷含量(kg/m2);Qd为植株干质量(g/m2);CN为植株干物质全氮含量(%);Cp为植株干物质全磷含量(%);利用终止的植株氮磷含量减去初始的植株氮磷含量即得到移出的氮磷含量。
1. 4 水体氮磷比及水质指标排放达标率计算
水体氮磷比(N/P)为水体TN实测值与TP实测值的比值。达标率为试验期内水质指标实测值达到标准值月份占试验期总月份的百分比(%)。参照SC/T 9101—2007《淡水池塘养殖水排放标准》中TN、TP、CODMn和BOD5的排放标准(表3),评价得出一级和二级排放达标率。
1. 5 水体排污量计算
参照韩士群等(2018)的方法,利用增量估算法计算养殖废水的排污量,计算公式如下:
式中,Mi为某种污染物的排放量(kg/ha),Q为养殖过程中单位面积废水排放量(m3/ha),C△i为排放水体中某种污染物的增量(mg/L)。
1. 6 统计分析
数据用Excel 2010初步处理后,利用SPSS 17.0进行ANOVA单因素方差分析,组间差异采用LSD进行多重比较,以P<0.05作为显著性差异标准;相关图表制作在Excel 2010中完成。
2 结果与分析
2. 1 植物生长及氮磷移出量、鱼单位净产量结果
2. 1. 1 植物生长及氮磷移出量 实地观测发现:试验期内3种植物在淡水池塘的漂浮环境中长势良好。其中,绿狐尾藻在夏季高温期后生长加快,生物量高峰期与鱼类养殖后期重合,且其根系发达交织成紧密的毯状,植物形态整齐具观赏性,是较理想的浮床植物;凤眼莲生长旺盛,植株高大,试验末期少部分植株会扩张到浮床围栏外且逐渐出现死亡现象;大薸在试验期内有2个生长高峰期,暴长后大量植物体漂出浮床框外并发黄腐烂。
试验期内3种池塘植物生长情况如表4所示。绿狐尾藻组的净增生物量为1076.4 kg,通过采收分别移出水体TN 38.8 kg和TP 18.7 kg;TN和TP单位面积移出量分别为0.25和0.12 kg/m2,合计移出氮磷0.37 kg/m2。凤眼莲组的净增生物量为2278.4 kg,通过采收分别移出水体TN 40.9 kg和TP 8.2 kg;TN和TP单位面积移出量分别为0.19和0.04 kg/m2,合计移出氮磷0.23 kg/m2。大薸组的净增生物量为3545.1 kg,通过采收分别移出水体TN 86.7 kg和TP 34.3 kg;TN和TP单位面积移出量分别为0.25和0.10 kg/m2,合计移出氮磷0.35 kg/m2。
由表4还可看出,通过植物采收共移出水体TN 166.4 kg和TP 61.2 kg,3种植物氮磷移出总量为227.6 kg。绿狐尾藻组、凤眼莲组和大薸组单位面积移出TN依次排序为绿狐尾藻组=大薸组>凤眼莲组;单位面积移出TP依次排序为绿狐尾藻组>大薸组>凤眼莲组;单位面积移出氮磷总量依次排序为绿狐尾藻组>大薸组>凤眼莲组,且凤眼莲组与绿狐尾藻组、大薸组有显著差异(P<0.05,下同)。说明本研究条件下,单位面积绿狐尾藻净化水体氮磷能力优于大薸和凤眼莲,应用于养殖尾水处理中具有少占池塘面积的优势。
2. 1. 2 试验池塘鱼单位净产量 养殖结束时,对4个试验组收获的罗非鱼、鲢鱼和鳙鱼单位净产量进行汇总,结果(表5)表明,对照组、绿狐尾藻组、凤眼莲组和大薸组的鱼单位净产量分别为10450.0、14497.5、12857.5和11274.7 kg/ha,依次排序为绿狐尾藻组>凤眼莲组>大薸组>对照组,3个植物浮床组鱼单位净产量均高于对照组,且绿狐尾藻组、凤眼莲组与对照组间有极显著差异(P<0.01,下同),大薸组与对照组间有显著差异。即3个植物浮床组中,绿狐尾藻组鱼单位净产量最大,凤眼莲组居中,大薸组最低。说明3种植物适合主养罗非鱼、混养鲢鳙的水体环境,具有较高的生产效益,且绿狐尾藻与主养罗非鱼、混养鲢鳙的池塘养殖模式适配性最佳,生产效益最高。
2. 2 池塘水体氮磷含量及排放达标情况
2. 2. 1 池塘水体氮磷含量变化 试验期内4个处理组的TN、TP含量及N/P值变化情况见图1~图3。由图1可知,对照组、绿狐尾藻组、凤眼莲组和大薸组的TN含量分别介于0.60~2.06、0.78~1.96、0.84~2.21和0.53~2.16 mg/L,各处理组间TN含量变化无显著差异(P=0.964>0.05),且TN含量均呈先降低后升高的变化趋势,除对照组在10月达最小值外,3个植物浮床组均在11月达最小值,试验末期TN含量均低于前期,且试验前期和末期的TN含量有显著差异。由图2可知,对照组、绿狐尾藻组、凤眼莲组和大薸组的TP含量分别介于0.172~0.285、0.108~0.245、0.121~0.275和0.122~0.279 mg/L,綠狐尾藻组的TP含量变化与凤眼莲组有显著差异,各处理组的TP含量均呈先降低后升高的变化趋势,且均在11月降至最小值,试验末期TP含量均低于前期,且试验前期与末期的TP含量有显著差异;比较试验末期3个植物浮床组TP含量发现,绿狐尾藻组最低,显著低于大薸组和凤眼莲组。由图3可知,对照组、绿狐尾藻组、凤眼莲组和大薸组的N/P值分别介于3.11~8.17、6.86~12.11、5.22~8.36和4.41~8.84,各处理组的N/P值组内变化明显,但组间变化幅度较小。综合水生植物生长情况,本试验氮磷含量及氮磷比条件下,3种水生植物在淡水池塘的漂浮环境中生长良好,能够有效降低水体氮磷含量。
2. 2. 2 池塘水质指标排放达标情况 依据SC/T 9101—2007《淡水池塘养殖水排放标准》,对试验期内TN、TP、CODMn和BOD5排放达标率进行评价,结果(表6)表明,试验期内对照组和植物浮床组水体TN、TP和BOD5的一级、二级排放达标率均為100%;CODMn的二级排放达标率均为100%,一级排放达标率植物浮床组为47%,对照组为20%,其中,凤眼莲组水体CODMn的一级排放达标率最佳,为80%;绿狐尾藻组次之,为40%;大薸组水体CODMn的一级排放达标率较差,为20%。但3个植物浮床组间的一级排放达标率无显著差异(P=0.901>0.05),提示3个植物浮床组对水体TN、TP、BOD5和CODMn的净化均优于对照组,且凤眼莲组对水体CODMn净化效果最佳,绿狐尾藻组居中,大薸组相对次之。
2. 3 试验末期水体TN、TP和CODMn排污量
以试验末期(12月)TN、TP和CODMn实测值为基础,计算各组水体排污量,排放水深均为1.5 m,最后排水量为养殖水的90%。结果(表7)表明:对照组、绿狐尾藻组、凤眼莲组和大薸组通过养殖尾水向外排放的TN分别为20.90、17.17、17.87和21.79 kg/ha,大薸组TN排放量最大,绿狐尾藻组TN排放量最小;向外排放的CODMn分别为208.21、202.70、209.09和204.99 kg/ha,凤眼莲组CODMn排放量最大,绿狐尾藻组CODMn排放量最小;向外排放的TP分别为2.56、1.45、2.66和2.46 kg/ha,凤眼莲组TP排放量最大,绿狐尾藻组TP排放量最小;各处理组间的TN、CODMn排放量无显著差异,绿狐尾藻组TP排放量与对照组、大薸组和凤眼莲组有极显著差异。对照组、绿狐尾藻组、凤眼莲组和大薸组通过养殖尾水向外排放污染物的总量分别为231.67、221.32、229.62和229.24 kg/ha,依次排序为对照组>凤眼莲组>大薸组>绿狐尾藻组。3个植物浮床组排污总量均低于对照组,且凤眼莲组水体排污量最大,大薸组居中,绿狐尾藻组水体排污量最小,但差异不显著。说明罗非鱼+鲢鳙+绿狐尾藻模式池塘水体排放污染物总量最少。
3 讨论
3. 1 3种植物对罗非鱼+鲢鳙混养池塘水质和鱼产量的影响
罗非鱼精养池塘中NO2--N、NH4+-N、TN和TP含量会随着养殖时间的延长逐渐增加(李志波等,2015),郭忠宝等(2019)研究发现,在罗非鱼养殖池塘中设空心菜浮床能将池塘水体中的氮磷化合物控制在较低水平,从而促进罗非鱼的生长,减少罗非鱼疾病发生,提高其存活率,同时增加罗非鱼养殖的经济效益和环境效益。说明在养殖系统中适时引入适宜的水生植物,不仅有利于脱氮除磷,水生植物还能将水体中的耗氧有机物转化为养分并进行吸收,提高水体有机污染物去除能力,降低水体污染程度(刘作云等,2016),提高水产养殖品种的产量(向文英和王晓菲,2012)。本研究条件下,绿狐尾藻、凤眼莲和大薸3种植物构建的罗非鱼+鲢鳙+水生植物综合养殖系统,其水体TN、TP、CODMn和BOD5均达到二级排放标准;试验结束时,绿狐尾藻组、凤眼莲组和大薸组单位面积氮磷移出量分别为0.37、0.23和0.35 kg/m2,绿狐尾藻组略优于凤眼莲组和大薸组;3个植物浮床组水体排污总量分别为221.32、229.62和229.24 kg/ha,均低于对照组;绿狐尾藻、凤眼莲和大薸3个植物浮床组鱼单位净产量分别为14497.5、12857.5和11274.7 kg/ha,植物浮床组显著高于对照组,且绿狐尾藻组极显著高于凤眼莲组和大薸组。本研究结果与前人的结果一致。本研究还发现,绿狐尾藻、凤眼莲和大薸3种植物均具有消减水体氮磷的作用,其中绿狐尾藻组单位面积氮磷移出量最大,且排污量最少,净化效果最佳,用于池塘养殖尾水处理可少占池塘水面,优于凤眼莲和大薸。
前人研究发现,绿狐尾藻、凤眼莲和大薸对水环境氮磷去除效果较佳,如绿狐尾藻对受污染水体和底泥中NH4+-N、TN的去除率达90%以上(周娟等,2018),凤眼莲和大薸对再生水中TN和TP的去除率分别为96.3%、73.7%和94.0%、100.0%(赵丽君等,2019);凤眼莲、狐尾藻等水生植物对氮磷的去除主要依靠植物吸附作用(Lu et al.,2018)。绿狐尾藻在水体TN含量为2 mg/L时,有最大生物量(李红丽等,2014);当水体TN≤3 mg/L时,狐尾藻的净光合速率和暗呼吸速率随水中氮浓度的升高而增大,光合作用增强,生长加快(金相灿等,2007)。许立婧等(2016)和张迎颖等(2017)研究表明,大薸和凤眼莲等漂浮植物在氮磷比为4.5~5.0时达最大生物量,此时植物吸收和去除含磷污染物效果最佳。本研究条件下,大薸组与凤眼莲组氮磷比分别介于4.41~8.84和5.22~8.36,绿狐尾藻组TN含量介于0.78~1.96 mg/L,接近绿狐尾藻组、凤眼莲组和大薸获得最大生物量时的浓度。结合3种植物在试验期内的生长情况,绿狐尾藻、凤眼莲和大薸组的植物净增生物量分别为1076.4和2278.4和3545.1 kg,证实试验期内池塘水体氮磷营养盐浓度和配比基本适合3种植物的生长要求。试验末期大薸和凤眼莲出现发黄腐烂现象,可能与温度及氮磷含量变化有关。大薸和凤眼莲最适生长温度分别为23~35 ℃和30~35 ℃,冬季容易枯萎死亡(赵祥华等,2019);当氮磷浓度降低时,凤眼莲和大薸的光合活性会显著降低,出现叶片发黄甚至腐烂现象(秦红杰等,2016;徐寸发等,2018)。本研究条件下,试验末期(12月)试验池塘水温降低至20 ℃以下,绿狐尾藻组、凤眼莲组和大薸组池塘水体TN含量分别由前期(8月)的1.96、2.21和2.16 mg/L降低至末期(12月)的1.28、1.33和1.62 mg/L,TP含量分别由0.245、0.275和0.279 mg/L降至0.108、0.198和0.183 mg/L,末期氮磷含量较前期显著降低。说明水体温度及氮磷含量降低可能是本试验末期凤眼莲和大薸出现发黄、腐烂现象的原因。
结合植物生长情况、氮磷移出量及鱼单位净产量来看,3种植物在主养罗非鱼、混养鲢鳙的池塘漂浮水体环境中均长势良好,具有较强的氮磷净化能力,适配性较佳。大薸和凤眼莲生长较快但暴长时难以管理,且在试验末期植株出现叶片发黄、腐烂现象;绿狐尾藻在整个试验期内长势较好,具有觀赏性且根系交织成毯状易于管理,是良好的池塘浮床植物。绿狐尾藻组单位面积氮磷移出量大于凤眼莲组和大薸组,其所在池塘水体排污总量小于凤眼莲组和大薸组,水质净化效果最佳且养殖鱼单位净产量高于凤眼莲组和大薸组,经济效益较佳。说明绿狐尾藻与主养罗非鱼、混养鲢鳙的复合系统适配性最佳,具有较好的生产和生态效益。
3. 2 绿狐尾藻替代大薸和凤眼莲在池塘养殖水体处理中的应用前景
凤眼莲为十大恶性外来入侵物种之一,大薸也已被列入中国100种最危险入侵物种名录,其具有生长快、易形成单优群落及恢复难等特点,易对生态系统的植物结构和多样性产生破坏。虽然大薸容易受到最冷季度平均温度、海拔和土地利用类型等因素的影响(喜超等,2018),扩散能力弱于凤眼莲,但管理不善也易发生危害。因此应谨慎使用凤眼莲和大薸进行养殖水体净化,使用时应固定区域种植,做好防扩散措施避免其大面积疯长,危害养殖环境,导致经济和生态损失。
本研究条件下,池塘漂浮环境和营养盐水平适合绿狐尾藻生长,试验期间绿狐尾藻生长能力较强且未出现发黄腐烂现象。有研究表明,绿狐尾藻对于超高NH4+-N水体具有较强的耐受性,当水体NH4+-N浓度达210 mg/L时,其依然能保持较高的氮磷吸收效率(刘少博等,2017)。此外,绿狐尾藻具有化感抑藻作用,能释放化感物质,抑制水体藻类的大量繁殖,降低蓝藻水华发生的风险(王海萍和郑立国,2019)。绿狐尾藻对受污染水体和底泥中NH4+-N和TN的去除率达90%以上,对不同浓度TP去除率达70%以上,已被广泛应用于畜禽养殖废水等净化(董文斌等,2017;李远航等,2018;周娟等,2018)。与前人研究结果相比,本研究中绿狐尾藻组、凤眼莲组和大薸组3种植物处理对TN的去除效果虽无显著差异,但对于TP的去除效果,绿狐尾藻组显著高于凤眼莲组和大薸组;绿狐尾藻组单位面积水体氮磷移出量最多,水体氮磷净化能力优于凤眼莲组和大薸组。绿狐尾藻具有观赏价值,可增加水体景观且营养价值较高,其干草中蛋白质含量达16.51%,粗纤维含量达20.82%,富含必需氨基酸和矿物元素等营养成分,是较为理想的饲料原料,有较高的二次利用价值(曾冠军等,2017);无论从生态竞争力、天敌危害方面,还是从绿狐尾藻自身生长特性来看,其在我国大陆地区大范围自然扩张的可能性十分有限,不容易形成全国性生态灾难(李裕元等,2018),生态安全性高于凤眼莲和大薸。综上所述,绿狐尾藻具有替代凤眼莲和大薸作为池塘养殖水体净化优先物种的潜力。
4 结论
绿狐尾藻能在池塘环境中漂浮生长且生产和生态效果俱佳,可替代凤眼莲和大薸用于淡水鱼池塘综合养殖模式构建和养殖尾水处理。
参考文献:
陈家长,孟顺龙,胡庚东,瞿建宏,范立民. 2010. 空心菜浮床栽培对集约化养殖鱼塘水质的影响[J]. 生态与农村环境学报,26(2):155-159. doi:10.3969/j.issn.1673-4831. 2010.02.011. [Chen J Z,Meng S L,Hu G D,Qu J H,Fan L M. 2010. Effect of Ipomoea aquatica cultivation on artificial floating rafts on water quality of intensive aquaculture ponds[J]. Journal of Ecology and Rural Environment,26(2):155-159.]
陈秋会,席运官,刘明庆,杨育文,金淑,田伟,王磊. 2017. 中国淡水水产养殖业排污分区初步研究[J]. 环境科学与技术,40(11):149-155. doi:10.3969/j.issn.1003-6504. 2017.11.024. [Chen Q H,Xi Y G,Liu M Q,Yang Y W,Jin S,Tian W,Wang L. 2017. Pollution discharges of freshwater aquaculture in China:A study based on zoning strategy[J]. Environmental Science & Technology,40(11):149-155.]
董双林. 2016. 水产养殖生态学发展的回顾与展望[J]. 中国海洋大学学报(自然科学版),46(11):16-21. doi:10. 16441/j.cnki.hdxb.20160297. [Dong S L. 2016. Development of aquaculture ecology:Reviews and prospects[J]. Periodical of Ocean University of China,46(11):16-21.]
董文斌,何铁光,蒙炎成,李忠义,韦彩会,张野,俞月凤,唐红琴,张俊辉,王瑾,李婷婷. 2017. 狐尾藻对养殖废水的减控去污效果[J]. 南方农业学报,48(7):1204-1210. doi:10.3969/j.issn.2095-1191.2017.07.12. [Dong W B,He T G,Meng Y C,Li Z Y,Wei C H,Zhang Y,Yu Y F,Tang H Q,Zhang J H,Wang J,Li T T. 2017. Reduction and decontamination effects of Myriophyllum spicatum on livestock wastewater[J]. Journal of Southern Agriculture,48(7):1204-1210.]
杜兴华,王春生,许国晶,田功太,张金路,张明磊,栗明,李敏,马亚梅. 2015. 3种水生植物净化养殖水体N、P效果的研究[J]. 海洋湖沼通报,(2):119-127. doi:10.13984/j.cnki.cn37-1141.2015.02.017. [Du X H,Wang C S,Xu G J,Tian G T,Zhang J L,Zhang M L,Li M,Li M,Ma Y M. 2015. Purification effect of N,P on intensive-culturing wastewater by three kinds of aquatic plants[J]. Transa-ctions of Oceanology and Limnology,(2):119-127.]
方建光,李钟杰,蒋增杰,王齐东. 2016. 水产生态养殖与新养殖模式发展战略研究[J]. 中国工程科学,18(3):22-28. doi:10.3969/j.issn.1009-1742.2016.03.005. [Fang J G,Li Z J,Jiang Z J,Wang Q D. 2016. Development strategy for ecological aquaculture and new mode of aquacultural farming[J]. Strategic Study of CAE,18(3):22-28.]
郭忠宝,王柏明,阴晴朗,周毅,肖俊,梁军能,钟欢,罗永巨. 2019. 浮床种植空心菜对罗非鱼养殖池塘水质的净化效果[J]. 南方农业学报,50(6):1378-1384. doi:10.3969/j.issn.2095-1191.2019.06.30. [Guo Z B,Wang B M,Yin Q L,Zhou Y,Xiao J,Liang J N,Zhong H,Luo Y J. 2019. Purification effects of floating bed cultivation of water spinach on tilapia aquaculture pond water quality[J]. Journal of Southern Agriculture,50(6):1378-1384.]
韩士群,周庆,姚东瑞,常雅军,唐伯平. 2018. 水产养殖模式对池塘水环境和环境负荷量的影响[J]. 江苏农业学报,34(3):578-584. doi:10.3969/j.issn.1000-4440.2018.03. 014. [Han S Q,Zhou Q,Yao D R,Chang Y J,Tang B P. 2018. Effects of aquaculture patterns on water environment of fish pond and environmental load[J]. Jiangsu Journal of Agricultural Sciences,34(3):578-584.]
黄翔峰,王珅,陈国鑫,陆丽君,刘佳. 2016. 人工湿地对水产养殖废水典型污染物的去除[J]. 环境工程学报,10(1):12-20. doi:10.12030/j.cjee.20160102. [Huang X F,Wang K,Chen G X,Lu L J,Liu J. 2016. Typical pollutants removal efficiency from aquaculture wastewater by using constructed wetlands[J]. Chinese Journal of Environmental Engineering,10(1):12-20.]
金相灿,楚建周,王圣瑞. 2007. 水体氮浓度、形态对黑藻和狐尾藻光合特征的影响[J]. 应用与环境生物学报,13(2):200-204. doi:10.3321/j.issn:1006-687X.2007.02.013. [Jin X C,Chu J Z,Wang S R. 2007. Effects of nitorgen concentration and form in water on photosynthetic characteri-stics of Hydrilla verticillata and Myriophyllum verticillatum[J]. Chinese Journal of Applied & Environmental Bio-logy,13(2):200-204.]
利鋒,何江,张学先. 2009. 水培经济植物净化养殖废水研究现状[J]. 安徽农业科学,37(22):10656-10658. doi:10. 3969/j.issn.0517-6611.2009.22.126. [Li F,He J,Zhang X X. 2009. Research status on the purification of aquaculture waste water with economical aquatic plants[J]. Journal of Anhui Agricultural Sciences,37(22):10656-10658.]
李红丽,王永阳,李玉,智颖飙,张德建,吴薇,李欢,高娜. 2014. 水体氮浓度对狐尾藻和金鱼藻片段萌发及生长的影响[J]. 植物营养与肥料学报,20(1):213-220. doi:10.11674/zwyf.2014.0124. [Li H L,Wang Y Y,Li Y,Zhi Y B,Zhang D J,Wu W,Li H,Gao N. 2014. Effects of nitrogen concentration in water on the germination and growth of Myriophyllum spicatum and Ceratophyllum demersum fragments[J]. Journal of Plant Nutrition and Fertilizer,20(1):213-220.]
李洁,蒋丽娟,王晓琳,肖琳. 2017. 凤眼莲对富营养化水体中氨氧化和反硝化微生物的影响[J]. 环境科学,38(10):4253-4261. doi:10.11674/zwyf.2014.0124. [Li J,Jiang L J,Wang X L,Xiao L. 2017. Effect of Eichhornia crassipes on ammoxidation and denitrification microorganisms in eutrophic freshwaters[J]. Environmental Science,38(10):4253-4261.]
李敏,段登选,许国晶,杜兴华,刘飞. 2015. 大薸—微生态制剂协同净化养殖池塘富营养化水体的效果[J]. 生态与农村环境学报,31(1):94-99. doi:10.3772/j.issn.1673-4831.2015.01.014. [Li M,Duan D X,Xu G J,Du X H,Liu F. 2015. Effects of Pistia stratiotes-probiotics puri-fying eutrophied pond water[J]. Journal of Ecology and Rural Environment,31(1):94-99.]
李远航,刘洋,刘铭羽,李希,周脚根,李裕元,吴金水. 2018. 稻草—绿狐尾藻复合人工湿地技术处理养猪废水综合效益分析[J]. 农业现代化研究,39(2):325-334. doi:10.13872/j.1000-0275.2018.0015. [Li Y H,Liu Y,Liu M Y,Li X,Zhou J G,Li Y Y,Wu J S. 2018. Integrated bene-fit analysis of a combined constructed wetland using rice-straw and Myriophyllum elatinoides to treat swine wastewater[J]. Research of Agricultural Modernization,39(2):325-334.]
李裕元,李希,吳金水,李宽意,王伟波. 2018. 绿狐尾藻区域适应性与生态竞争力研究[J]. 农业环境科学学报,37(10):2252-2261. doi:10.11654/jaes.2018-1036. [Li Y Y,Li X,Wu J S,Li K Y,Wang W B. 2018. Regional adapta-bility and ecological competitiveness of Myriophyllum elatinoides in mainland China[J]. Journal of Agro-Environment Science,37(10):2252-2261.]
李志波,季丽,李丹丹,宋超,陈家长. 2015. 罗非鱼精养池塘水质变化规律和沉积物产污系数研究[J]. 环境科学与技术,38(5):168-174. doi:10.3969/j.issn.1003-6504.2015. 05.033. [Li Z B,Ji L,Li D D,Song C,Chen J Z. 2015. Changing rule of water quality and pollutants producing coefficient of sediment in tilapia intensive pond[J]. Environmental Science & Technology,38(5):168-174.]
刘少博,冉彬,曾冠军,李宝珍,朱红梅,刘锋,肖润林,吴金水. 2017. 高铵条件下绿狐尾藻的生理与氮磷吸收特征[J]. 环境科学,38(9):3731-3737. doi:10.13227/j.hjkx. 201701019. [Liu S B,Ran B,Zeng G J,Li B Z,Zhu H M,Liu F,Xiao R L,Wu J S. 2017. Physiological characteristics and nitrogen and phosphorus uptake of Myriophyllum aquaticum under high ammonium conditions[J]. Environmental Science,38(9):3731-3737.]
刘爽,安诗琦,严子微,王璐瑶,付小哲,张鹏. 2020. 现代鱼菜共生技术研究进展与展望[J]. 中国农业科技导报,22(3):160-166. doi:10.13304/j.nykjdb.2019.0124. [Liu S,An S Q,Yan Z W,Wang L Y,Fu X Z,Zhang P. 2020. Progress and prospect of aquaponics technology[J]. Journal of Agricultural Science and Technology,22(3):160-166.]
刘作云,彭忆兰,付美云. 2016. 3种常见水生植物对养殖废水中化学需氧量的去除效果[J]. 南方农业学报,47(6):911-915. doi:10.3969/j:issn.2095-1191.2016.06.911. [Liu Z Y,Peng Y L,Fu M Y. 2016. Removal effects of three aquatic plants on chemical oxygen demand(CDDCr) in livestock breeding wastewater[J]. Journal of Southern Agri-culture,47(6):911-915.]
罗竞,柯卫东,刘玉平,汪李平,刘义满. 2013. 水生蔬菜在水体修复中的应用概况[J]. 长江蔬菜,(18):37-41. doi:10.3865/j.issn.1001-3547.2013.18.014. [Luo J,Ke W D,Liu Y P,Wang L P,Liu Y M. 2013. Application of aquatic vegetables in water restoration[J]. Journal of Changjiang Vegetables,(18):37-41.]
秦红杰,张志勇,刘海琴,刘旻慧,闻学政,王岩,张迎颖,严少华. 2016. 两种漂浮植物的生长特性及其水质净化作用[J]. 中国环境科学,36(8):2470-2479. doi:10.3969/j.issn.1000-6923.2016.08.029. [Qin H J,Zhang Z Y,Liu H Q,Liu M H,Wen X Z,Wang Y,Zhang Y Y,Yan S H. 2016. Growth characteristics and water purification of two free-floating macrophytes[J]. China Environmental Science,36(8):2470-2479.]
申玉春,熊邦喜,王辉,叶富良. 2007. 虾—鱼—贝—藻养殖结构优化试验研究[J]. 水生生物学报,31(1):30-38. doi:10.3321/j.issn:1000-3207.2007.01.005. [Shen Y C,Xiong B X,Wang H,Ye F L. 2007. A case study on optimal culture structure of prawn-fish-shellfish-algae[J]. Acta Hydrobiologica Sinica,31(1):30-38.]
王海萍,郑立国. 2019. 绿狐尾藻抑制2种典型蓝藻生长的化感物质实验[J]. 環境工程,37(11):81-86. doi:10.13205/j.hjgc.201911013. [Wang H P,Zheng L G. 2019. Study on allelochemicals of Myriophyllum aquaticum inhibiting the growth of two typical cyanobacteria[J]. Environmental Engineering,37(11):81-86.]
王奇杰,马旭洲. 2018. 大薸及其附着物对网箱养殖水域氮磷去除效果的初步研究[J]. 渔业现代化,45(2):59-63. doi:10.3969/j.issn.1007-9580.2018.02.010. [Wang Q J,Ma X Z. 2018. A preliminary study on Pistia stratiotes and their attachments removal efficiency of nitrogen and phosphorus in the cage culture waters[J]. Fishery Modernization,45(2):59-63.]
王圣瑞,年跃刚,侯文华,金相灿. 2004. 人工湿地植物的选择[J]. 湖泊科学,(1):91-96. doi:10.3321/j.issn:1003-5427. 2004.01.015. [Wang S R,Nian Y G,Hou W H,Jin X C. 2004. Macrophyte selection in artificial wetlands[J]. Journal of Lake Sciences,(1):91-96.]
王小欣,卢柳吉,李其利,宁平,周晓舟. 2013. 水葫芦生防菌的分离筛选及初步鉴定[J]. 南方农业学报,44(8):1291-1294. doi:10.3969/j/issn.2095-1191.2013.8.1291. [Wang X X,Lu L J,Li Q L,Ning P,Zhou X Z. 2013. Isolation and identification of pathogenic strain against water hyacinth(Eichhornia crassipes)[J]. Journal of Southern Agriculture,44(8):1291-1294.]
王志芳,雷燕,肖俊,罗兆飞,钟欢,郭忠宝,秦富,罗佳,罗永巨,谢凌天. 2019. 广西罗非鱼主产区养殖池塘抗生素残留状况分析[J]. 南方农业学报,50(4):891-897. doi:10. 3969/j.issn.2095-1191.2019.04.29. [Wang Z F,Lei Y,Xiao J,Luo Z F,Zhong H,Guo Z B,Qin F,Luo J,Luo Y J,Xie L T. 2019. Residue status of antibiotics in aquaculture ponds of main tilapia aquaculture areas in Guangxi[J]. Journal of Southern Agriculture,50(4):891-897.]
喜超,木霖,李胜,岳英,和淑琪,桂富荣,刘梦然. 2018. 基于MaxEnt和ArcGIS预测大薸在云南的潜在适生区[J]. 云南农业大学学报(自然科学),33(1):7-16. doi:10.12101/j.issn.1004-390X(n).201710017. [Xi C,Mu L,Li S,Yue Y,He S Q,Gui F R,Liu M R. 2018. MaxEnt modeling and ArcGIS for predicting the potential distribution of Pistia stratiotes L. in Yunnan Province[J]. Journal of Yunnan Agricultural University(Natural Science),33(1):7-16.]
向文英,王晓菲. 2012. 不同水生动植物组合对富营养化水体的净化效应[J]. 水生生物学报,36(4):792-797. doi:10.3724/SP.J.1035.2012.00792. [Xiang W Y,Wang X F. 2012. Remediation of different aquatic animals and plants on eutrophic water body[J]. Acta Hydrobiologica Sinica,36(4):792-797.]
徐寸发,闻学政,宋伟,张迎颖,刘海琴,王岩,秦红杰,张志勇. 2018. 污染水体生态治理工程中凤眼莲对水质变化的生长响应[J]. 生态环境学报,27(9):1741-1749. doi:10.16258/j.cnki.1674-5906.2018.09.021. [Xu C F,Wen X Z,Song W,Zhang Y Y,Liu H Q,Wang Y,Qin H J,Zhang Z Y. 2018. Growth responses of Eichhornia crassipes to changes of water quality in ecological treatment engineering[J]. Ecology and Environmental Scien-ces,27(9):1741-1749.]
许立婧,焦阳,王兴祥,李清曼. 2016. 大薸生态塘—渔业模式对猪场粪污沼液氮磷消纳研究[J]. 环境科学与技术,39(10):138-143. doi:10.3969/j.issn.1003-6504.2016.10.026. [Xu L J,Jiao Y,Wang X X,Li Q M. 2016. Removal of nitrogen and phosphorus in piggery methane fluid by Pistia stratiotes ecological pond-fishery system[J]. Environmental Science & Technology,39(10):138-143.]
于振海,陈有光,卢红,郑玉珍,刘红彩,孙华. 2020. 3种植物对养殖水体中氮磷净化作用研究[J]. 中国农学通报,36(5):131-137. doi:10.11924/j.issn.1000-6850.casb1809 0140. [Yu Z H,Chen Y G,Lu H,Zheng Y Z,Liu H C,Sun H. 2020. N and P purification in aquatic water with three plants[J]. Chinese Agricultural Science Bulletin,36(5):131-137.]
曾冠军,陈家顺,吴飞,刘少博,王娟,肖润林,张杨珠,吴金水. 2017. 绿狐尾藻粉对芦花鸡生长性能、屠宰性能、血清生化指标及肌肉氨基酸含量的影响[J]. 中国畜牧杂志,53(9):114-120. doi:10.19556/j.0258-7033.2017-09-114. [Zeng G J,Chen J S,Wu F,Liu S B,Wang J,Xiao R L,Zhang Y Z,Wu J S. 2017. Effects of dietary Myriophyllum elatinoides meals on growth performance,slaughter performance,serum biochemical parameters and muscle amino acids of barred plymouth rock chickens[J]. Chinese Journal of Animal Science,53(9):114-120.]
張迎颖,严少华,刘海琴,秦红杰,闻学政,张志勇. 2017. 富营养化水体生态修复技术中凤眼莲与磷素的互作机制[J]. 生态环境学报,26(4):721-728. doi:10.16258/j.cnki. 1674-5906.2017.04.026. [Zhang Y Y,Yan S H,Liu H Q,Qin H J,Wen X Z,Zhang Z Y. 2017. Mechanism of interaction between Eichhornia crassipes and phosphorus in ecological-remediation technology of eutrophic water[J]. Ecology and Environmental Sciences,26(4):721-728.]
赵丽君,陈刚新,张文超,陈沉,王克明,李魁晓,王佳伟. 2019. 2种漂浮植物对再生水水质净化能力比较[J]. 环境工程,37(6):58-63. doi:10.13205/j.hjgc.201906012. [Zhao L J,Chen G X,Zhang W C,Chen C,Wang K M,Li K X,Wang J W. 2019. Comparison of purification of reclaimed water quality by two kinds of floating plants[J]. Environmental Engineering,37(6):58-63.]
赵祥华,葛锐,杭利民,侯娟,聂云. 2019. 滇池草海湖内前置库构建技术对湖泊水质改善效果的研究[J]. 四川环境,38(2):24-30. doi:10.14034/j.cnki.schj.2019.02.006. [Zhao X H,Ge R,Hang L M,Hou J,Nie Y. 2019. Study on the improvement effect of lake water quality by the technology of building a pre-reservoir in Caohai of Lake Dianchi[J]. Sichuan Environment,38(2):24-30.]
郑尧,邴旭文,范立民,裘丽萍,宋超,孟顺龙,胡庚东,吴伟,徐跑,陈家长. 2016. 浮床栽培鱼腥草对吉富罗非鱼养殖池塘水质的影响[J]. 中国农学通报,32(14):26-31. doi:10.11924/j.issn.1000-6850.casb16010025. [Zheng Y,Bing X W,Fan L M,Qiu L P,Song C,Meng S L,Hu G D,Wu W,Xu P,Chen J Z. 2016. Houttuynia cordata Thunb cultivation on floating bed affecting water quality of GIFT tilapia aquaculture pond[J]. Chinese Agricultural Science Bulletin,32(14):26-31.]
郑尧,陈家长,胡庚东,赵志祥,孟顺龙,范立民,宋超,邴旭文. 2018. “空心菜—水芹”轮作对养殖池塘水质和底质环境的影响[J]. 上海海洋大学学报,27(1):98-105. doi:10.12024/jsou.20170602071. [Zheng Y,Chen J Z,Hu G D,Zhao Z X,Meng S L,Fan L M,Song C,Bing X W. 2018. The effect of pond pollutants removal for rotation by water spinach(Ipomoea aquatica) and cress(Oenanthe stolonifera)[J]. Journal of Shanghai Ocean University,27(1):98-105.]
周娟,刘锋,尹黎明,罗沛,李红芳,吴金水. 2018. 南方农村分散养猪废水生态处理技术研究[J]. 水處理技术,44(6):101-104. doi:10.16796/j.cnki.1000-3770.2018.06.022. [Zhou J,Liu F,Yin L M,Luo P,Li H F,Wu J S. 2018. Study on the integrated ecological treatment technology for southern rural scattered piggery wastewater[J]. Technology of Water Treatment,44(6):101-104.]
Lu B,Xu Z S,Li J G,Chai X L. 2018. Removal of water nutrients by different aquatic plant species:An alternative way to remediate polluted rural rivers[J]. Ecological Engineering,110:18-26. doi:10.1016/j.ecoleng.2017.09.016.
Luo P,Liu F,Liu X L,Wu X,Yao R,Chen L,Li X,Xiao R L,Wu J S. 2017. Phosphorus removal from lagoonpretreated swine wastewater by pilot-scale surface flow constructed wetlands planted with Myriophyllum aquaticum[J]. Science of the Total Environment,576:490-497. doi:10.1016/j.scitotenv.2016.10.094.
(责任编辑 邓慧灵)