生物膜净水栅搭配水生植物浮床修复草鱼混养池塘水环境的效果研究

张建铭，黄雅贞，张家海，刘德亭，方 园，刘 斌

(1.赣州市畜牧水产研究所 江西 赣州 341000；2.赣南科学院 江西 赣州 341000)

引 言

淡水养殖是中国水产养殖的主要形式和水产品供应的重要来源[1]，据统计[2]，2018年全国淡水养殖面积514.646万hm2，占水产养殖总面积的71.58%，淡水养殖产量2959.84万t，占全国水产品养殖总产量的59.3%。然而随着高密度养殖技术的推广，饲料、渔药等投入品的大量使用远远超过了淡水养殖水域的承载能力，导致我国淡水养殖水域的自我净化能力大幅削弱，加剧了水体的富营养化[3-4]。

生物膜净水栅是由线性尼龙栅栏垂直填料构在两根绳索中，作为微生物群落的载体形成生物膜，生物膜通过与空气、水充分混合转化和降解养殖过程中产生的污染物[5-6]，具有结构简单、成本低廉、操作简便、占用空间小、处理效率高等优点[7]。水生植物浮床是利用生物浮床在水面上种植蔬菜等植物，通过植物根系吸附、吸收和转换水体中过剩的营养物质，水生植物还可以供鱼类食用，起到改良水质、节约成本、美化景观的作用[8]。

目前，国内单独采用生物膜净水栅[6-7，9]或水生植物浮床[8，10-11]对池塘养殖水质改良效果等方面已有相关报道，但是综合利用生物膜净水栅和水生植物浮床搭配修复池塘水环境方面的研究未见文献报道。本文旨在探讨该技术对草鱼混养池塘水质修复效果和养殖效益的影响，为该技术在池塘养殖生产中的推广应用提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 生物膜净水栅和水生植物浮床设置

生物膜净水栅由两根绳索固定，绳索中间系结材质为聚酰胺的线性尼龙栅，每条净水栅长25 m，高1 m。每667 m2池塘水面安装3组，每组间距约10 m，每条尼龙栅填料间隔20 cm，将尼龙栅填料系结于绳索后垂直悬挂于池塘水面下约10 cm处，底端距池底30 cm左右，水面以上两端用木桩固定在池埂，水面中间部分用泡沫浮球支撑。

水生植物浮床框架由直径75 cm的PVC管胶粘连接，规格2×1 m，内部用尼龙扎带固定2层聚乙烯网片，上层网目2 cm，下层网目0.5 cm，浮床用绳索固定在池塘中央，距离岸边10 m左右，每口池塘安放浮床16个，约占总水面的1%。

1.2 养殖品种与搭配比例

采取混养模式(表1)，主要养殖品种有草鱼、三角鲂、丰产鲫、斑点叉尾鮰、鲢和鳙，放养密度2000 尾/667 m2。

表1 养殖品种与搭配比例

1.3 试验时间、地点和池塘准备

试验时间为2018年5～11月，试验地点位于赣州市水产研究所科研基地。试验池塘6口，每口池塘面积5×667 m2，东西向长方形，水泥护坡，底质砂壤土，淤泥厚度小于15 cm。试验期间平均水深2.2 m，每口池塘配备3 kW叶轮式增氧机一台。6口池塘随机分成2组，其中3口池塘设置生物膜净水栅和水生植物浮床为试验组，3口池塘不设置生物膜净水栅和水生植物浮床为对照组。

1.4 水生植物栽种和管理

4月中上旬在陆地上播种长速快、草鱼喜食、有一定经济价值的空心菜种子，待空心菜培植到高20 cm以上，根系约5 cm时移栽到浮床，保持株距30 cm左右。空心菜长满浮床后及时进行收割，收割时切口离水面不少于5 cm，以便下一茬空心菜的生长，收割好的空心菜直接丢入投饵台附近喂鱼。

1.5 养殖管理

养殖过程中坚持“四定”原则投喂草鱼全价配合饲料，日投喂2次，每半个月抽样检查一次鱼体生长情况，及时调整投喂量。试验期间除加注因池塘渗漏和蒸发损失的水之外，不再换水。5月份选择晴天上午10：00时左右每周施用复合型芽孢杆菌0.5 g/m3，生物膜净水栅上基本形成菌膜后停止使用，6～11月每月施用1～2次EM菌等益生菌调节水质。高温季节每天凌晨和晴天中午开启增氧机2 h，防止缺氧。病害防治遵循“预防为主，防治结合，防重于治”的原则，每月用30 mg/L的生石灰全池泼洒消毒，定期在饲料中伴入5 g/kg鱼体重的多种维生素和5 g/kg鱼体重的大蒜素增强鱼体抵抗力，预防鱼病。按照规范填写天气、水温、饵料投喂和药物使用等生产记录。12月初采用清塘的办法统计每口池塘养殖品种的成活率和产量。

1.6 水样采集和检测

表2 水质监测方法

2 结果

2.1 水质指标

表3 水质指标情况对照表

图1 试验期间试验组与对照组NH3-N浓度动态变化

图2 试验期间试验组与对照组浓度动态变化

图3 试验期间试验组与对照组COD浓度动态变化

图4 试验期间试验组与对照组TP浓度动态变化

2.2 浮游植物动态变化

如表4和图5、图6所示，试验开始前浮游植物本底值在试验组与对照组之间均没有显著差异(P>0.05)。试验期间，试验组藻类生物多样性指数高于对照组9.51%，但差异不显著(P>0.05)。试验组藻类密度显著低于对照组29.39% (P<0.05)，蓝藻相对密度极其显著低于对照组71.38%(P<0.01)，藻类生物均匀度指数显著高于对照组20.83%(P<0.05)。

表4 浮游植物动态变化情况对照表

图5 试验期间试验组与对照组藻类密度动态变化

图6 试验期间试验组与对照组蓝藻相对密度动态变化

2.3 养殖效益

表5、表6数据显示，试验组养殖成活率、产量分别显著高于对照组 5.68%、20.39%(P<0.05)，饲料系数显著低于对照组9.95%(P<0.05)。

表5 养殖结果统计表

表6 养殖效益情况对照表

3 讨论

3.1 养殖水质修复效果

3.2 浮游植物调控效果

生物膜净水栅上大量微生物的存在使得细菌的竞争力更强，从而对浮游藻类的生长繁殖产生一定影响，降低藻类的密度[23]，水生植物跟浮游藻类在光能和营养的利用上是竞争者，由于水生植物体积大、生长周期长和吸收养分能力强，以及根系着生浮游动物、软体动物等小型动物的原因，能够很好的抑制藻类生长[18，24]。本试验中，试验组生物膜净水栅填料上微生物的大量繁殖，浮床空心菜生长过程中对营养盐的竞争性抑制、根系附着微生物的降解和以藻类为食的小型动物的栖生等，抑制了藻类的生长，藻类密度显著低于对照组29.39%，蓝藻相对密度极其显著低于对照组71.38%。相关研究还表明[25]，藻类的光合作用使水体pH值升高，呼吸作用则使pH值下降，而光合作用消耗CO2的速度要大于呼吸作用产生CO2的速度。因此，在正常光照条件下，藻类密度低的池塘pH将下降。以上因素综合作用的结果使试验组水体pH值呈适宜鱼类生长的弱碱性，藻类生物均匀度指数显著高于对照组20.83%，说明水体中生产者群体数量稳定，藻类群落结构趋于丰富，蓝藻优势得到控制，减少了有毒有害物质的产生，为有益藻类的生长繁殖提供了良好的环境，有助于降低养殖鱼类的发病率。

3.3 养殖产量调控效果

AUDELO-NARANJO[26]等的研究证明生物膜净水栅净化得到的低污染水体，能够在低成本、低能耗的情况下提高水产品产量。王茂元[27]，杜兴华、王妹、蔡新华[28]等认为水生植物浮床在净化水质的同时，可额外收获农产品，增加养殖综合效益。本研究结果表明，通过生物膜净水栅搭配水生植物浮床调控草鱼混养池塘的水质，水体中的分解者得到强化，生产者进一步扩大，试验组各项水质参数均在正常范围内，且显著低于对照组，促进了鱼体的生长，提高了成活率，试验组每667 m2的养殖产量高于对照组242 kg，成活率高于对照组5.68%。通过生物膜上的生物絮凝作用，水体中悬浮有机物、颗粒有机物和有机碎屑与生物膜上的细菌、藻类及原生动物等不断形成大量可以被鱼体摄食的生物絮团[22，29]，实现了鱼体对饲料蛋白的二次利用，大幅提高了饲料的利用率，加上生物浮床上栽种的空心菜收割后全部用来喂鱼，节省了部分饲料成本，试验组饲料系数低于对照组9.95%，未扣除生物膜净水栅和水生植物浮床成本的情况下，每667 m2的产值高于对照组3742元，综合经济效益提高十分明显。