鱼菜共生.docx

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鱼菜共生

要

本试验以鱼–菜共生和生物絮团水质调控技术为理论基础，池塘设置不同覆盖率（5%和10%）的水蕹菜浮床，通过定时监测水质和浮游生物变化，探讨了水蕹菜浮床对水质和浮游生物的影响；向池塘添加理论添加量100%、75%和50%的碳源（糖蜜），通过定时监测水质和浮游生物变化，探讨了碳源（糖蜜）添加对水质和浮游生物的影响以及确定了碳源（糖蜜）的适宜添加量，旨在为鱼–菜共生和生物絮团水质调控技术在西北地区盐碱池塘的推广应用提供一定的技术参考和理论依据。

主要结果如下：

（1）在池塘置入水蕹菜浮床后，水体透明度明显提高，DO水平保持在3mg/L以上，但对水温、pH和电导率的影响较小；浮床水蕹菜对水体NH4+-N、NO3--N、NO2--N、TN、TP以及COD的最大去除率分别为58.2%、34.8%、53.8%、9.46%、39.3%和31.3%，整个试验期间设置浮床的试验池塘水体NH4+-N、NO3--N、NO2--N、TN、TP和COD含量平均值均显著低于对照塘（P<0.05）。

试验塘浮游植物密度、生物量和浮游动物密度均显著低于对照塘（P<0.05），但浮游动物生物量显著高于对照塘（P<0.05）；试验塘浮游植物Shannon-Weaver多样性指数H和Pielou均匀度指数J均显著高于对照塘塘（P<0.05），浮床覆盖率为10%的试验塘浮游动物Shannon-Weaver多样性指数H和Pielou均匀度指数J显著高于对照塘（P<0.05）。

不同覆盖率的水蕹菜浮床均可有效改善水质，但10%覆盖率的浮床对水质的改善效果较5%覆盖率的浮床好。

（2）添加不同量的糖蜜均可提高水体透明度、降低COD，但对TP含量无显著影响。

糖蜜添加量100%、75%和50%的3口试验塘水体NH4+-N、NO3--N和NO2--N含量较对照塘分别降低58.20%、77.48%、39.81%和25.71%、31.42%、21.92%以及52.94%、76.19%、47.82%，差异显著。

糖蜜添加对池塘蓝藻影响较明显，试验塘蓝藻密度和生物量分别为（812.5～1263.0）×104ind./L和25.34～54.31mg/L，对照塘蓝藻密度和生物量分别为（1079.2～1216.5）×104ind./L和34.01～58.54mg/L，差异显著（P<0.05）。

糖蜜添加量100%和75%的池塘浮游动物Shannon-Weaver多样性指数分别下降15.18%和16.83%，显著低于对照塘32.56%的下降速度（P<0.05）。

综合认为，池塘中添加理论量100%和75%的糖蜜均可降低有害物质浓度、限制蓝藻的大量增殖、提高浮游生物多样性或减缓其下降速度，达到活化水体、改善水质的效果，认为添加理论量75%的糖蜜更经济实用。

关键词：

盐碱池塘；水蕹菜浮床；生物絮团；糖蜜；水质；浮游生物

Summary

TostudytheeffectsofIpomoeaaquaticafloating-bedandaddingcarbonresource（molasses）onwaterqualityandplanktonofthesaline-alkalinepondsinthenorthwestChinainfish-vegetableandbio-floctechnology.WehaveconducteddifferentcoveragerateofIpomoeaaquaticafloating-bed（5%and10%）ontwotreatmentfishponds,andaddedthemolasses100%,75%and50%ofthetheoreticaladdedamounttothreetreatmentfishpondsfromMaytoSeptember,aimedatprovidingsometechnicalreferenceandbasicinformationofthistwotechnologiesapplicatedinsaline-alkalinepondsinthenorthwestofChina.Themainresultsaresummarizedasfollows:

（1）WiththeIpomoeaaquaticafloating-bedbuildinginponds,thetransparencyofthewaterwasinprovedobviously,madedissolvedoxygenstayedatabove3mg/L,buthavelessimpactontemperature,pHvalueandelectricalconductivityinponds.ThehighestremovalrateofNH4+-N,NO3--N,NO2--N,TN,TPandCODintreatmentpondswas58.2%,34.8%,53.8%,9.46%,39.3%and31.3%,respectively.TheaverageconcentrationofNH4+-N,NO3--N,NO2--N,TN,TPandCODintreatmentpondswerebothsignificantly（P<0.05）lowerthanthecontrolpond.

Thedensityandbiomassofphytoplankton,thedensityofzooplanktonintreatmentpondswerebothsignificantly（P<0.05）lowerthanthecontrolpond,butthebiomassofofzooplanktonwassignificantly（P<0.05）higherthanthecontrolpond.TheShannon-WeaverdiversityandPielouevennessindexofphytoplanktonwerebothsignificantly（P<0.05）higherthanthecontrolpond.TheShannon-WeaverdiversityandPielouevennessindexofzooplanktonintreatment10%pondwassignificantly（P<0.05）higherthanthecontrolpond.

DifferentcoveragerateofIpomoeaaquaticafloating-bedcaneffectivelyimprovedthewaterquality,butthetreatment10%wasbetterthanthetreatment5%.

（2）Addingdifferentamountofmolassestopondscouldimprovethetransparencyofthewater,reducethevalueofCOD,buthadnosignificantlyimpactontheconcentrationofTPofthewater.TheconcentrationofNH4+-N,NO3--N,NO2--Nofthreetreatmentpondsdecreasedrespectivelyby58.20%、77.48%、39.81%and25.71%、31.42%、21.92%and52.94%、76.19%、47.82%,whichwassignificantlydifferent.

Thedensityofcyanobacteriaintreatmentpondsrangedfrom812.5×104to1263.0×104ind./Landthebiomassrangedfrom25.34to54.31mg/L,correspondingly,thedensityofcyanobacteriaincontrolpondrangedfrom1079.2×104to1216.5×104ind./Landthebiomassrangedfrom34.01to58.54mg/L,whichwassignificantly（P<0.05）different.TheShannon-Weaverdiversityofzooplanktonoftreatment100%and75%decreasedby15.18%and16.83%,anditwassignificantly（P<0.05）lowerthanthecontrolpondwhichdecreasedby32.56%.

Addingwith100%and75%ofthetheoreticalamountofthemolassestopond,theconcentrationofsomeharmfulsubstancesdecreased，cyanobacteriareproductioncontrolled,thebiodiversityofplanktonincreased,thewaterqualitycouldbeimprovedeffectively,thetreatmentaddingmolasseswith75%ofthetheoreticaladdedamountismoreeconomicalandpractical.

Keywords：

saline-alkalineponds;Ipomoeaaquaticafloating-bed;biologicalfloc;molasses;waterquality;plankton

缩略语表

缩略语

Abbreviation

英文名称

Englishname

中文名称

Chinesename

DO

DissolvedOxygen

溶解氧

NH4+-N

AmmoniaumNitrogen

氨氮

NO3--N

NitrateNitrogen

硝酸盐氮

NO2--N

NitriateNitrogen

亚硝酸盐氮

TN

TotalNitrogen

总氮

TP

TotalPhosphorus

总磷

COD

ChemicalOxygenDemands

化学需氧量

第一章文献综述

1我国池塘养殖现状和存在的问题

1.1池塘养殖发展现状

我国是传统的水产养殖大国，有着悠久的池塘养殖历史，春秋战国时期范蠡所著的《养鱼经》是世界上最早的养鱼著作。

我国也是世界上唯一一个水产品养殖量高于捕捞量的国家，多年来养殖产量一直位居世界第一，水产养殖面积和产量呈逐年增长趋势，到2012年，全国水产品总产量达5907.68万吨，其中养殖产量4288.36万吨，占总产量的72.59%，淡水养殖鱼类产量位于前三位的是草鱼、鲢鱼和鲤鱼，产量分别为478.17万吨、368.78万吨和289.70万吨；水产养殖面积达808.85万公顷，其中淡水养殖面积590.75万公顷，池塘养殖面积占淡水养殖面积的43.45%，池塘养殖仍是最主要的养殖方式；水产养殖总产值达6459.36亿元，全国渔民人均纯收入11256元，水产养殖为我国经济增长和渔民增收作出了巨大贡献，同时也丰富了居民的菜篮子[1]。

1.2池塘养殖面临的问题

随着水产养殖的蓬勃发展，高密度养殖已成为主要的养殖方式，单位面积鱼产量大大提高，并且多以水、电、饲料、肥料、药品等的高消耗、高投入来换取高产出为主，其自身污染严重，而且养殖废水的大量排放会对周边生态环境造成不利影响[2]。

刘长发（2002）等[3]研究报道称在吃食性鱼类养殖池塘中，人工投喂的饵料有5%～10%未被鱼类利用，即使被消化的部分也有25%～30%以粪便的形式排入水体中。

饲料中所含的氮、磷分别只有约20%～27%和8%～24%被鱼类同化，沉积的氮、磷分别达54%～77%和72%～89%[4]。

Schneider（2005）等[5]称在投喂配合饲料的开放或半开放养殖池塘，饲料中的氮和磷被鱼体吸收利用的部分只占20%～50%和15%～65%。

因此，大量的残饵和鱼类粪便形成的污染物随养殖水体直接排放到环境中，就会加剧周边河流、湖泊以及近海水体的富营养化，由此就可能会导致水华的发生、水质下降以及水生动物的死亡，水产养殖中使用的饲料添加剂和药物直接作用于环境，导致非目标物种的耐药性，并且威胁着人类健康，其他药物（驱虫剂和产卵激素）和化学物质（化肥杀藻剂、化学除草剂和氧化剂）的使用会扰乱种群结构、对其有毒性并会影响生物多样性[6]。

水产养殖需要大量清洁水源，面对日益加剧的水环境恶化、水资源日益匮乏的问题，寻求一种可持续的、绿色的水产健康模式或研究开发养殖废水的净化系统，使水体实现循环再利用，降低养殖废水对环境的负面影响、改善养殖水环境，为人们提供健康放心的水产品显得尤为迫切，这也将是今后我国水产养殖健康可持续发展的唯一出路。

2养殖水体的修复研究

2.1物理和化学修复方法

通常情况下，养殖场（户）常采用换水和机械增氧的方法来保证养殖水体水质，定期或视水体实际情况交换一定量的水体以及机械增氧机的配合使用，保持水体充足的溶解氧、促进水体流动和交换、溢出有害气体。

由于养殖水体中较多的残饵、鱼类粪便以及悬浮物等分解时会消耗大量氧气，因此除去这类物质是保持良好水质的关键，物理过滤是利用砂网、纱绢、筛网或充满滤料的滤床，将水体中的悬浮物质截留或吸附于滤料上而被去除的方法[7-8]。

微孔曝气增氧改变了以往的点式增氧，变为全池增氧，可使上下层水体对流增加，减缓底层水体氧债[9]。

何一进（2009）等[10]研究表明，采用微孔曝气增氧可以减缓溶解氧的下降速度、减缓有害物质氨氮和亚硝酸盐的增加速度，有利于水质的改善。

泡沫分离是向水体中通入空气，微小气泡吸着水中的表面活性物质，这些物质随气泡一起上浮到水面形成泡沫后分离水面泡沫，达到去除水中溶解态和悬浮态污染物质的目的。

泡沫分离技术不仅可以将蛋白质等有机物在未被矿化成氨化物和其他有毒物质前去除，避免了有毒物质在水体中积累，而且可向养殖水体提供所必需的溶解氧，有利于维护养殖水体良好的生态环境[11]。

物理修复速度快但成本较高，由于机械设备等的使用会产生噪声、油污等二次污染，不适宜在今后生态健康养殖模式中继续使用。

化学修复方法是利用化学反应来控制水中主要营养盐浓度或控制有害藻类的生长繁殖。

如使用石膏来降低水体浑浊度、用生石灰调节水体酸碱度，LawrenceA.L（1981）等[12]研究表明，使用EDTA-Na2可以清除南美白对虾养殖池中含量过高的重金属离子。

此外，常用的含氯消毒剂如二氧化氯、漂白粉、二溴海因，利用其产生的次氯酸和次氯酸根离子与有害物质发生氧化还原反应而杀灭有害微生物。

同样地，化学修复方法见效快，但也存在成本较高且容易造成水体二次污染，只能作为应急方法使用。

2.2生物修复方法

2.2.1异位修复方法

异位修复也称为平面修复，是将养殖池塘水体通过一定方法引入特定的净化单元净化，将净化后的水体循环再利用、达到节水减排目的的方法。

目前，异位修复方法以循环水养殖系统和利用人工湿地净化养殖水体为典型代表[13]。

循环水池塘养殖系统基本包括两个单元，包括养殖池塘和净化单元，常见的净化单元有生态沟渠、表面流人工湿地、垂直流人工湿地、稻田、藕池以及生物过滤池。

胡庚东（2011）等[14]研究了以生态沟渠为1级净化单元、加之2、3级净化塘组成的养殖废水净化再利用的循环水养殖模式，运行结果表明，该模式能有效去除养殖废水中的总氮、总磷、亚硝酸盐氮和氨氮，净化后水质达到养殖用水标准。

张春雪（2013）等[15]在对池塘鱼藕轮作的研究中发现，莲藕对池塘底泥中的总氮和总磷有一定程度的吸收，底泥中微生物活性较高，有利于水体的良性循环。

周元（2011）等[16]研究发现，营养物质浓度较高的养殖废水可用来浇灌稻田，水稻生长过程中需要一定量的氮、磷等营养元素，稻田对池塘养殖废水总磷和硝酸盐氮的最大去除率分别可达45.5%和37.4%，由此可节省常规施肥量20%的肥料，同时也达到了养殖用水再利用和零排放的目的。

人工湿地属于自然净化系统，是一种节能、环保、成本低且无二次污染的净化系统。

上世纪50年代Dr.KatheSeidel发现芦苇可以净化受污水体，设计了由垂直流湿地和表面流湿地组成的净化系统[17]。

自上世纪70年代北美地区研究了自然湿地对污水的净化机理之后，不同类型的湿地净水系统开始在北美广泛应用[18-19]。

据统计，目前美国、欧洲、大洋洲部分国家有至少800余处人工湿地用于市政、农业和工业等废水的处理[20-21]。

目前包括美国在内的几个国家正在开发人工湿地数据库，以此来降低低效能湿地的风险，关于竖流湿地等新技术的开发应用也正在世界各地进行[22]。

国内关于人工湿地净化养殖废水的研究始于“七五”期间。

王冬（2008）等[23]研究了人工湿地对污水中氨氮等的去除效果，发现其对污水中氨氮、总磷的去除率分别达87%和91%。

成水平（2000）等[24]研究了人工湿地对水体中藻类的去除效果，经处理后水中藻类明显减少。

李志杰（2011）[25]研究了人工湿地对微污染水体的净化效果，发现不同植物对水体中总氮、总磷和化学需氧量的去除效果有差异，人工湿地可在雨季处理受污染较严重的雨水。

董金凯（2012）等[26]首次建立了人工湿地废水净化生态系统服务综合指数。

人工湿地废水净化技术也存在诸多问题，比如

（1）需要较大的占地面积，面对土地资源的日趋缺乏，加上该技术自身的特殊性，占地面积大的问题目前还没有有效的解决措施；

（2）运行参数模糊；（3）需在建成一段时候后才能投入使用；（4）容易遭受病虫害侵袭等。

2.2.2原位修复方法

原位修复有别于异位修复技术，是指对受污染的介质（水体、土壤）不做转移和搬运，在现场条件下直接进行修复的技术。

此项技术比较有代表性的是微生物修复技术、鱼–菜共生模式以及生物絮团技术。

利用微生物修复受污染水体或改良水质符合现代渔业的发展要求，常见的是用微生态制剂修复改善水体，如硝化细菌、芽孢杆菌、EM菌和光合细菌等，其作用机理有固氮、固碳、氧化、利用水体中的有害物质、促进有机物的循环等，从而达到降低水中氨氮含量、增加溶解氧含量、改良水质的目的[27]。

JeffreyPhilipObbard（2003）等[28]在利用从海水养殖池塘富集的硝化细菌去除淡水中的氨的研究中发现，每天向试验水体中添加总氨氮含量为3.2～4.2mg/L的氯化铵溶液，在硝化细菌的作用下水中总氨氮含量一直保持在0.25mg/L以下，由此认为硝化细菌固定和浓缩化技术可在淡水中较好的应用。

赵巧玲（2010）等[29]通过定期向精养池塘添加光合细菌，研究了池塘藻类群落结构的变化情况，结果发现光合细菌有效抑制了有害藻类的繁殖生长，提高了藻类多样性。

孟睿（2009）等[30]研究了芽孢杆菌对养殖废水的净化效果，结果表明芽孢杆菌对化学需氧量和亚硝酸盐氮的去除率分别可达67.97%～70.16%和99.28%～99.51%。

白小丽（2013）等[31]在饵料鱼养殖池塘投喂芽孢杆菌研究其对水质等的影响，结果发现芽孢杆菌可以提高水体透明度，对亚硝酸盐的降解率可达77.5%。

以微生态制剂为代表的微生物修复养殖废水技术主要去除或降低的是水中氨态氮、硝态氮和化学需氧量的浓度，而对总磷、总氮等的去除效果不明显，在池塘养殖中的大面积应用还需进一步的探索和研究。

2.3鱼–菜共生模式的研究与应用

鱼–菜共生是指将高密度水产养殖与蔬菜无土栽培有机结合，利用水生植物在生长过程中需要吸收大量的氮、磷等元素的原理，从而降低养殖水体中的营养物质含量，在改善水质的同时又收获了蔬菜，从而形成良性循环的养殖–种植系统[32]。

张明华（2004）等[33]试验了由鱼池、水生蔬菜栽培盘和提水设备组成的鱼菜共生系统，鱼池面积与水生蔬菜种植面积接近1:

1，结果发现水生蔬菜在营养生长顶峰期对水中氨氮的去除能力强，氨氮去除率可达86.7%，三个月试验期内净产商品鱼14.26kg/m3、莴苣等水生蔬菜20kg/m2。

由文辉（2000）等[34]在养殖池塘种植水蕹菜和水芹菜浮床，1m2种植水面每年可移除20.48kg总氮、2.46kg总磷，并可以收获50kg水蕹菜和水芹菜，具有显著的经济和生态效益。

鱼–菜共生最常见的方法是在养殖池塘设置水生蔬菜浮床，即采用不同材料制作载体和基质，将水生蔬菜或改良的陆生蔬菜移栽至养殖池塘水面，利用植物对营养物质的吸收等作用将这些物质以植物收获的方式搬离水体，可以减少富营养水体的排放，在取得经济效益的同时还能取得一定的生态效应[35]。

2.3.1水生蔬菜浮床的净化机理

水生蔬菜浮床对水质的净化机理可概括为以下几点：

（1）水生蔬菜的吸收作用：

水生蔬菜在生长过程中需要吸收大量氮、磷等营养物质，根系为主要的吸收器官，而养殖水体中未被鱼类利用的这类物质可满足水生蔬菜生长所需，营养物质随着水生蔬菜的收获被移出水体。

（2）根系的吸附和过滤作用：

水生植物往往具有强大的根系，形成密集过滤层，水体中不能被养殖生物利用的胶体物质就会被根系粘附而移除水体[36]。

（3）对藻类的抑制：

水生植物与藻类在对营养和光能的利用上成竞争关系，藻类生长繁殖所需的营养物质收到一定程度的限制，影响藻类群落组成和优势种，附着在植物根系上的以藻类为食的小型动物也可以抑制藻类大量繁殖。

李欲如（2005）等[37]用水芹菜等耐寒植物浮床净化养殖水体时发现浮床对藻类的抑制率可达88.4%～92.3%。

（4）根系微生物的降解作用：

水生植物发达的根系为微生物提供了栖息和附着场所，养殖水体中的有机物质主要由微生物分解，微生物的硝化和反硝化作用降解了水中的氮[38]。

（5）根系泌氧：

由于水生植物的光合作用，其通气组织能够将氧气输送到根部。

当输送的氧气超过根系所需量时，根系会将氧气扩散到周围环境，可以提高水中溶解氧的含量、促进污染物质的分解净化[39]。

也有研究认为，在养殖池塘设置植物浮床会增加水中氧气的消耗，这是由于浮床覆盖水面，阻碍了空气向养殖水体的溶解，并阻挡部分光照而影响藻类光合作用，减少了水体中氧气的来源[37]。

2.3.2水生蔬菜浮床的分类

根据蔬菜是否与水体直接接触可将水生蔬菜浮床分为干式和湿式两种，湿式浮床根据有无固定框架分为有框和无框浮床，常见的是有框浮床[40]。

浮床的外观形状有正方形、三角形、长方形、圆形等多种，考虑到制作、搬运、操作时的方便性，一般边长为2～3m，其最大的优点就是直接利用水体水面面积，不另外占地。

水生蔬菜浮床一般由四个部分组成，即框架、植物浮床、水下固定装置以及水生蔬菜。

框架可采用