2种养殖模式下植物浮床对养殖水体的净化效果

刘超 孙鲁峰 杜兴华 董贯仓 冷春梅 李壮

摘要 在主養草鱼（Ctenopharyngodon idella），套养少量鲤鱼（Cyprinu carpio）、鲢鱼（Hypophthalmichthys molitrix）和鳙鱼（Aristichthys nobilis）的池塘（面积0.67 hm2）以及主养加州鲈（Micropterus salmoides）、套养少量鲢鱼和鳙鱼的相同面积池塘中，分别设置4.0 m×4.0 m×2.5 m的聚乙烯编织布围隔，围隔内设置水葫芦（Eichhornia crassipes） 浮床（SH）和空心菜（Ipomoea aquatica Forsk） 浮床（KC）及对照（T），研究水葫芦和空心菜对主养草鱼和加州鲈池塘水体的净化效果。结果发现：水葫芦和空心菜对不同渔业模式养殖水体均有较好的净化作用。草鱼池塘中植物浮床对氨氮、亚硝态氮和总氮（TN）的最大去除率平均值分别为75.00%、47.93%和38.34%，但对总磷（TP）无去除效果。加州鲈池塘中植物浮床对氨氮、亚硝态氮和TN的最大去除率平均值分别为95.73%、80.00%和21.74%。不同植物对不同渔业模式下的水质净化效果存在一定差异。草鱼池塘中水葫芦对氨氮的去除效果比空心菜更好，而对TN的去除效果较差。加州鲈池塘中水葫芦对亚硝态氮和TN的去除效果较空心菜更差。不同养殖模式下的水质状况及其变化趋势不同，而不同水生植物的生长特点及人为管护措施均可能影响水质净化效果，故应依据养殖生产需求选择适宜的水生植物种类及管护措施。

关键词 生物浮床；营养盐；淡水池塘养殖

中图分类号 S 949  文献标识码 A  文章编号 0517-6611（2023）07-0095-04

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2023.07.024

Purification Effect of Plant Floating Beds on Aquaculture Water Body under Two Kinds of Culture Patterns

LIU Chao，SUN Lu-feng，DU Xing-hua et al

（Shandong Freshwater Fisheries Research Institute/Shandong Provincial Key Laboratory of Freshwater Aquaculture Genetic Breeding/Scientific Observing and Experiment Station of Fishery Resources and Environment in the Lower Reaches of the Huang River，Ministry of Agriculture and Rural Affairs，Jinan，Shandong 250113）

Abstract In the culture ponds，4.0 m × 4.0 m × 2.5 m polyethylene woven cloth enclosures were set up，respectively in the pond（0.67 hm2） with the main species of Ctenopharyngodon idella and a small amount of Cyprinu carpio，Hypophthalmichthys molitrix and Aristichthys nobilis，and the pond（0.67 hm2） with the main species of Micropterus salmoides and a small amount of H.molitrix and A.nobilis .In the enclosures，Eichhornia crassipes floating bed （SH） and Ipomoea aquatica Forsk floating bed （KC） were set up，respectively，and a blank control （T） were set up.The purification effects of E.crassipes and I.aquatica Forsk on the water body of culture pond with C.idella as main species and M.salmoides as main species were investigated.The research results showed that E.crassipes and I.aquatica Forsk had a good purification effect on water bodies of different aquaculture models.The maximum removal rate average of plants on ammonia nitrogen，nitrite nitrogen and TN in the culture ponds of C.idella were 75.00%，47.93% and 38.34% respectively，but they had no removal effect.The maximum removal rate average of plants on ammonia nitrogen，nitrite nitrogen and TN in the culture ponds of M.salmoides were 95.73%，80.00% and 21.74% respectively.The water purification effect with different plants under different culture models had some differences.The removal effect of E.crassipes on ammonia nitrogen in the culture pond of C.idella was better than that of I.aquatica Forsk，the removal effect on TN was worse.The removal effect of E.crassipes on nitrite nitrogen and TN in the culture ponds of M.salmoides was worse than that of  I.aquatica Forsk.The water quality and its change trend were different in different culture models were different，and the growth characteristics of different aquatic plants and man-made management and protection measures might affect the purification effect.Therefore，appropriate species of aquatic plant and management and protection measures  should be selected  according to the demands of fishery production.

Key words Biological floating bed;Nutrient salt;Freshwater pond culture

基金项目 山东省农业重大应用技术创新项目（SD2019YY008）；山东省重点研发计划项目（2019GSF109111）；山东省鱼类产业技术体系环境调控岗基金资助项目（SDAIT-12-07）。

作者简介 刘超（1980—），男，山东济宁人，副研究员，硕士，从事水域生态环境研究。通信作者，研究员，博士，从事水产增养殖与环境评价研究。

收稿日期 2022-04-19

为稳定我国水产品产量，促进渔业增效、渔民增收，池塘养殖往往追求高产，但现有的内陆池塘设备陈旧落后，水质控制功能较差，难以有效调控池塘水质，严重影响水产养殖效益［1］。除了饵料是养殖水体营养盐的重要来源外，沉积物也是内陆养殖池塘水体中氮和磷的重要来源［2］。沉积物作为池塘养殖水体污染的内源，其氮、磷负荷是影响水环境的重要因素。张弘杰等［3］研究表明氮、磷负荷可通过沉积物-上覆水界面迁移转化，从而影响太湖沉积物中氮磷营养盐。为控制内陆池塘水产养殖污染，目前主要通过物理、化学和生物手段进行池塘养殖水体净化处理，其中生物净化处理养殖尾水技术因其绿色环保、不会对养殖品种产生影响等优势被广泛应用于水环境修复中［4-7］。植物浮床系统是生物净化处理养殖尾水技术中典型的代表［8］。植物浮床是指在养殖水体中种植大型经济类或者观赏类水生植物，植物生长过程中可以吸收和固定氮、磷，通过收割将养殖水体中的氮、磷转移出水体，从而达到净化水质的目的。在养殖过程中，针对不同的养殖对象，其饲喂投入和养殖管理等差异较大，对环境的调控需求亦不同［9-11］。笔者在主养草鱼（Ctenopharyngodon idella）和加州鲈（Micropterus salmoides） 2种养殖池塘水体中栽种水葫芦和空心菜浮床，利用不同植物浮床净化2种养殖模式淡水池塘水体，并对比其净化效果，旨在为构建健康养殖模式提供技术支撑。

1 材料与方法

1.1 试验材料

试验在山东省济宁市任城区2口面积0.67 hm2的养殖池塘进行：一个池塘主养草鱼，并套养少量鲤鱼（Cyprinu carpio）、鲢鱼（Hypophthalmichthys molitrix）和鳙鱼（Aristichthys nobilis），另一个池塘主养加州鲈并套养少量鲢鱼和鳙鱼。2个池塘分别设置4.0 m×4.0 m×2.5 m的双面涂塑高密度聚乙烯编织布围隔［12］，围隔内水生植物密布在1.0 m×1.0 m带双层网的PVC管浮床。试验期间，水深1.5～1.7 m。试验用水葫芦（Eichhornia crassipes）由养殖场越冬保存暂养扩繁；空心菜（Ipomoea aquatica Forsk）购自市场，试验前7 d以带网浮床暂养于试验池塘。

1.2 试验方法 试验于2019年8月23日开始，9月8日结束，共历时16 d。试验共设置对照（T）、水葫芦浮床（SH）和空心菜浮床（KC）3个处理，并选择主养草鱼（C）和主养加州鲈（J）2种养殖模式池塘（表1），每个处理3个重复。生物浮床处理浮床覆盖面积均为25%，水生植物密布在1.0 m×1.0 m带双层网的PVC管浮床中。

1.3 样品采集与测定

试验期间放置植物浮床后立即采集初始水样，随后在1、2、4、8、12和16 d时分别采集试验围隔内的表层水样，现场使用YSI-MP556型水质仪测量水温（WT）、溶氧量（DO）和pH，参照《水和废水监测方法》［13］测定氨氮（NH4+-N）、亚硝态氮（NO2--N）、总氮（TN）和总磷（TP）的含量。同时，参照《地表水环境质量标准》（GB 3838—2002）［14］，评价水质状况。

1.4 数据统计与分析

试验数据使用Excel 2010软件和SPSS 21.0统计软件进行单因素方差分析（ANOVA）及Duncan多重比较，P<0.05表示差异显著。

2 结果与分析

2.1 水体理化指标变化

试验期间各试验水体理化指标变化见图1。从图1可以看出，受采样季节及天气状况的影响，各试验水体理化指标随时间的推移呈上下波动（P<0.05），其中主养草鱼与加州鲈池塘水体温度分别为28.4～30.9和28.5～31.4 ℃。试验初养殖池塘水体中DO含量较高，主养草鱼与加州鲈池塘水体中DO含量分别为（10.44±0.86）和（11.40±0.71） mg/L，此后顯著下降（P< 0.05）。主养草鱼与加州鲈池塘水体pH分别为7.73～8.69和7.72～8.67，二者无明显差异。

2.2 NH4+-N浓度变化

从图2可以看出，试验期间不同处理水体中NH4+-N浓度均先上升后下降，植物浮床对2种养殖水体中NH4+-N均有显著去除效果（P<0.05）。其中，试验初主养草鱼养殖池塘水体中NH4+-N浓度显著低于主养加州鲈养殖池塘（P<0.05），分别属于地表水Ⅲ类和劣Ⅴ类水质；试验末CT处理对NH4+-N的最大去除率显著低于JT处理（P<0.05）；CT处理NH4+-N浓度显著高于JT处理（P<0.05），属地表水Ⅱ类水质；2种养殖池塘不同植物处理NH4+-N浓度试验初期有所上升、8 d后显著下降，CSH、CKC、JSH和JKC处理NH4+-N的最大去除率分别为82.98%、67.02%、94.84%和96.61%，且除了CKC处理水体为地表水Ⅱ类水质外，均达到地表水Ⅰ类水质；加州鲈池塘植物处理对NH+4-N的最大去除率显著高于草鱼池塘植物处理，草鱼池塘CSH处理NH+4-N最大去除率显著高于CKC处理（P<0.05）；各植物处理对水体中NH4+-N的最大去除率均显著高于对照（P<0.05）。

2.3 NO2--N浓度的变化 从图3可以看出，植物浮床对水体中NO2--N的去除效果显著。试验初主养草鱼池塘水体中NO2--N浓度显著低于主养加州鲈池塘（P<0.05），但均处于较低水平；试验期间主养草鱼池塘CT处理水体中NO2--N浓度先上升后下降，而加州鲈池塘JT处理水体中NO2--N浓度先降低，8 d后明显上升。试验期间，虽然JT处理对NO2--N的最大去除率（84.02%）显著大于CT处理（18.59%），但试验末CT处理NO2--N浓度较低，与试验初（0 d）无显著差异，而试验末JT处理NO2--N浓度较试验初大幅度上升（P<0.05）；主养草鱼池塘植物处理水体中NO2--N浓度虽稍有波动但一直处于较低水平，主养加州鲈池塘植物处理水体中NO2--N浓度8 d后大幅度上升，但均显著低于对照（P<0.05）且JKC处理NO2--N浓度稍低于JSH处理；8 d后主养加州鲈池塘对照水体中NO2--N浓度较0 d时大幅度上升，同期植物浮床处理NO2--N浓度均显著低于对照（P<0.05）。

2.4 TN去除效果 从图4可以看出，植物浮床处理组水体中TN的去除效果均显著优于对照（P<0.05）。试验初主养草鱼池塘水体中TN浓度显著低于加州鲈池塘（P<0.05），均属于地表水劣Ⅴ类水质。试验末CT处理TN浓度较试验初稍有下降，但无显著差异；JT处理TN浓度先升高后下降，16 d CT处理对水体中TN的去除率最大（10.49%），而JT处理TN浓度较试验初无明显降低；试验期间，主养草鱼池塘不同植物处理水体中TN浓度逐渐下降，而主养加州鲈池塘水体中TN浓度先升高后下降，CSH、CKC、JSH和JKC处理对TN的最大去除率分别为33.52%、43.16%、17.93%和25.55%，试验末主养草鱼池塘水体为地表水Ⅴ类，而主养加州鲈池塘水体为劣Ⅴ类；各植物处理对水体中TN的最大去除率均显著高于对照（P<0.05）。

2.5 TP去除效果 从图5可以看出，试验期间各处理水体属于地表水劣Ⅴ类水质。其中，试验初主养草鱼池塘水体中TP浓度显著低于主养加州鲈池塘（P<0.05），均属于地表水劣Ⅴ类水质。试验期间不同植物处理水体中TP浓度均先上升后下降，试验末水体中TP浓度均高于试验初；不同植物处理水体中TP浓度变化小于对照，但试验期间均无显著变化（P>0.05）。

3 结论与讨论

3.1 水葫芦和空心菜对不同养殖模式水体中的氮具有净化作用

该研究结果表明，水葫芦和空心菜对不同养殖模式水体中TN、氨氮和亚硝态氮均有一定的净化作用。空心菜和水葫芦去除水体中的氮主要通过植物吸收和微生物的反硝化作用2种方式［7，15-16］：水葫芦和空心菜在光合作用中需要吸收水体中的氮，合成氨基酸和蛋白质等物质，为植物生长提供必要能量，通过吸收直接转移水体中的氮；水葫芦和空心菜根系发达，有利于微生物在其根部附着；微生物的反硝化作用也进一步提高了水葫芦和空心菜对池塘中氮的去除效果。对照水体中氮的去除主要通过自然挥发以及微生物的反硝化作用，养殖池塘中的微生物通过反硝化作用降低了水体中氮的含量，试验过程中水体自然挥发也会带走一部分氮，导致对照水体中氨氮、亚硝态氮和TN的浓度也呈下降趋势。该试验处理和对照水体中氮浓度的下降与袁东海等［12，17］对人工湿地系统对污水中氮的净化效果类似。

在草鱼养殖池塘中，15.19%～27.60%的氮沉积在养殖池塘底泥中［13］。试验过程中水温较高，围隔内水体的上下流动加速了沉积物中亚硝酸盐的释放［14］，导致试验初期亚硝态氮含量升高，但水葫芦和空心菜生长过程中对亚硝酸盐的吸收利用、水体的自然挥发和微生物的协同作用，试验后期亚硝态氮含量均呈现下降趋势，表明空心菜和水葫芦对草鱼和加州鲈养殖池塘水体中的亚硝态氮有一定的去除效果。

3.2 水葫芦和空心菜对不同养殖模式水体中磷的去除效果不明显

该研究结果表明，在主养草鱼和加州鲈的池塘中空心菜和水葫芦对TP均无显著去除效果（P>0.05），试验期间总磷浓度呈现先上升后下降的趋势。试验初期总磷浓度的上升与内源磷的释放有关。该研究采用无底围隔，养殖池塘沉积物中内源磷在底泥与水体之间扩散和积累，形成稳定的内循环［18-19］。阙天洋等［20］对浅水湖泊苦草（Vallisneria natans）-铁细菌-土壤除磷体系的研究表明，在减少外源磷的排放后，水体中磷的浓度不会发生大幅度改变。受内源磷不断释放的影响，水体中磷的浓度在较长时間内处于较高水平。该试验时间为8月，此时气温和水温均较高，加速了围隔内水体的上下流动，沉积物中内源磷的释放使得试验初期水体中总磷浓度不降反升。试验后期总磷浓度下降，主要有以下原因：一是因为水体自然挥发带走了一部分磷；二是内源磷释放后又有一部分磷重新被悬浮物和沉积物吸附；三是微生物代谢活动降低了水体中磷的浓度，使得试验后期水体中总磷浓度呈现下降趋势。

该试验植物处理和对照中空心菜和水葫芦对磷的去除并不明显，这是因为直接吸收并不是植物去除磷的主要途径。孙云飞［13］研究发现草鱼混养池塘水体中76.46%～80.04%的磷沉积在底泥中，13.04%～15.14%的磷留在水体中，而水体中的有机磷或者溶解性较差的无机磷酸盐并不能被植物直接吸收利用［21］，只有经过磷细菌的代谢转换作用，植物才能利用水体中的磷完成生长过程，最后随着植物的收割将水体中的磷转移带走，但通过植物生长收割过程去除水体中的磷只占总去除量的2.38%。围隔水体后期磷浓度的下降与水体自然挥发、悬浮物和沉积物吸附以及微生物代谢活动有关，空心菜和水葫芦对磷的直接吸收作用并不明显。

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