“豬—草—魚”生態循環養殖池塘水體營養鹽及浮游植物群落結構研究

摘要 “豬-草-魚”生態種養模式是將豬糞尿經過發酵處理后種植優質高產牧草，再用牧草養魚的一種生態高效種養模式。以“豬-草-魚”生態種養模式為研究對象，研究該模式中池塘水體營養鹽及浮游植物群落結構變化，監測水體溫度（T）、溶解氧（DO）、pH、透明度（TS）、總氮（TN）、氨氮（NH4+-N）、硝酸鹽（NO3--N）、亞硝酸鹽（NO2--N）、總磷（TP）、磷酸鹽（PO43--P）、化學需氧量（COD）、浮游植物群落結構。結果表明，NO3--N、PO43--P、pH、DO和TDS是控制“豬-草-魚”生態種養模式中池塘浮游植物群落結構的主要水環境因子。NH4+-N、NO2--N、PO43--P含量的最高值分別為0.61、0.03、0.16 mg/L，COD呈逐漸下降趨勢，為21.89～32.46 mg/L。養殖前期及中期，藍藻種群在水體中占絕對優勢，分別占83.58%、89.17%；后期藍藻種群優勢顯著下降，占52.18%，綠藻占43.80%。養殖前期浮游植物平均豐度為7.78×107個/L，中期為7.81×107個/L，后期為1.54×108個/L。養殖前期浮游植物平均生物量為11.05 mg/L，中期為8.46 mg/L，后期為18.72 mg/L。浮游植物群落多樣性指數為1.32～2.63，且浮游植物群落多樣性指數整體表現為養殖后期顯著高于前期和中期?！柏i-草-魚”生態種養模式對水環境產生的生態效果顯著，不會導致水體N、P過量累積，一定程度上抑制水體富營養化，且浮游植物群落多樣性指數提高，池塘生態系統更加穩定。

關鍵詞 豬-草-魚；水質；浮游植物群落；多樣性

中圖分類號 S963 文獻標識碼 A 文章編號 0517-6611（2018）20-0051-06

Abstract The ecological circulation aquaculture mode of ‘piggrassfish’ is an ecological and efficient farming mode.In this mode，the fermented manure of domestic animals is used as fertilizer for the grass，and then the grass is used to raise fish.The water nutrient include temperature （T），dissolved oxygen （DO），pH，transparency （TS），total nitrogen （TN），ammonia nitrogen （NH4+N），nitrate （NO3-N），nitrite （NO2-N），total phosphorus （TP），phosphate （PO43-P），chemical oxygen demand （COD），and phytoplankton community structure were investigated in this mode.The results showed that NO3-N，PO43-P，pH，DO and TDS were the main environmental factors which affected the structure of phytoplankton community.The maximum value of NH4+N，NO2-N，PO43-P content was 0.61，0.03 and 0.16 mg/L，and COD was gradually decreasing，with a range of 21.89-32.46 mg/L.In the early and medium stage，cyanobacteria were dominant in the water，accounting for 83.58% and 89.17% respectively，and decreased significantly in the later，accounting for 52.18%.In the early，medium and later stage，the average abundance of phytoplankton was 7.78×107，7.81×107 and 1.54×108 individuals/L，and the average biomass of phytoplankton was 11.05，8.46 and 18.72 mg/L，respectively.The variation range of phytoplankton community diversity index was 1.32-2.63，and it was significantly higher in the later stage than that in the early and medium stage.It is suggested that this mode can not only lead to excessive water，N，P accumulation，inhibit the eutrophication of water bodies to some extent，but also increase phytoplankton community diversity index，and the pond ecological system is more stable.

Key words Piggrassfish；Water quality；Phytoplankton community；Diversity

糞污治理最理想的方式是資源化利用，在相當長的一段時間內，我國南方地區普遍采用“豬-魚結合”的養殖模式進行糞污治理[1-3]，即將豬糞尿及廢水直接或間接地引入魚塘養魚，實現糞污的資源化利用。然而，隨著水產養殖業向標準化、規范化和綠色環保方向的發展，“豬-魚結合”養殖模式開始受到“人與環境”“食品安全”等方面的嚴峻挑戰[4-5]。因為養豬業的集約化發展和規?；洜I，豬病明顯增多且復雜化，獸用藥物大量增加，各種獸用抗菌藥物及其代謝產物隨糞污進入魚塘后，不僅造成魚塘水體污染和水生生態系統的破壞，而且許多難以降解的藥物殘留可以通過魚類富集影響水產品的質量安全，最終危害人類健康[5]。因此，“豬-魚結合”養殖模式的生態效益愈來愈受到質疑，水產品的質量安全問題也越來越引人注目。

在上述背景下，有研究者通過在“豬-魚結合”養殖模式之間增加一個中間環節，即種草，提出“豬-草-魚”生態種養模式，獲得了較好的生態及經濟效益[6-8]?！柏i-草-魚”生態種養模式是將豬糞尿經過厭氧發酵處理后，種植優質高產牧草，再用牧草養魚的一種生態高效種養模式。一方面，豬糞尿經過厭氧發酵，能將糞便中的蟲卵、病菌殺死，減少糞污直接進入魚塘造成的水體污染。另一方面，發酵之后的沼渣，可作為有機肥料種植名優牧草（如皇竹草），以草飼養草魚，生產高價格的有機優質草魚，同時收割的牧草還可配合飼料飼養高價格的優質肉豬，減少配合飼料使用量，降低生產成本。然而，目前該模式僅處于試驗階段，仍未被養殖者充分認識和接受，關于該模式的基礎研究主要集中在其經濟效益方面[9-10]。鑒于此，筆者從“豬-草-魚”生態種養模式的生態效益考慮，對“豬-草-魚”生態種養模式中池塘水體營養鹽及浮游植物群落結構進行了研究，旨在為進一步推廣“豬-草-魚”生態種養模式提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 采樣點概況

試驗于2016年6—12月在廣東省韶關市乳源瑤族自治縣新高畜牧水產養殖場進行，地理坐標為113°08′E、24°32′N，屬粵西北高寒山區地帶，平均海拔為600 m，年均氣溫為18.7 ℃，無霜期為286 d，年均降雨量為1 995.6 mm。養殖場類型屬山塘水庫，面積8.00 hm2，平均水深4～5 m，塘基四周構建豬舍，每年養豬900頭，山地種植皇竹草，面積4.67 hm2，實行“豬-草-魚”生態循環養殖模式。試驗周期7個月，為一批生豬出欄上市時間。

1.2 “豬-草-魚”生態種養模式

“豬-草-魚”生態種養模式是指在塘基構建豬舍，飼養優質肉豬，豬糞豬尿經無害化處理（厭氧發酵）后作為有機肥料，種植名優牧草（皇竹草），以草（皇竹草）飼養 “四大家魚”（草魚為主），生產高價格的有機優質草魚，同時收割的牧草還可配合飼料飼養高價格的優質肉豬。

1.3 樣品采集

在魚塘中隨機選取3個固定采樣點，從6月開始每月采集水樣，采樣時間為09：00—10：00。測定池塘水體水質指標包括水溫（T）、溶解氧（DO）、pH、總氮（TN）、氨氮（NH4+-N）、硝酸鹽（NO3--N）、亞硝酸鹽（NO2--N）、總磷（TP）、磷酸鹽（PO43--P）和化學需氧量（COD）。所有水樣經分類編號后，送回實驗室在48 h內進行測定。其中，T、DO 和pH 使用便攜式多參數水質分析儀（YSI Professional Plus，美國）現場測定；NH4+-N、NO3--N、NO2--N、PO43--P采用merckPharo100多參數水質分析儀（德國）測定；TN采用堿性過硫酸消解紫外分光光度法（HJ636—2012）測定；TP采用鉬酸銨分光光度法（GB11893—1989）測定。

水體浮游植物樣品分養殖前、中、后期采集，用25#浮游植物網（孔徑64 μm）定量樣品采集各個樣點水體表、中、底三層水樣各500 mL，加10 mL 1% Lugol’S氏液，現場混合后固定。物種多樣性指數的計算采用香農-威納指數 （H），浮游植物的計數參考文獻[11]的方法。浮游植物的種類鑒定主要參考文獻[12]的方法。

1.4 數據分析 試驗數據采用SPSS 18.0和Excel進行統計和方差分析。采用Canoco 5.0軟件對浮游植物與環境因子之間的關系進行冗余分析（redundancy analysis，RDA）。在RDA分析前，首先對浮游植物多度數據進行除趨勢對應分析（detrended correspondence analysis，DCA）， 據其第一軸長度確定分析類型（大于4，使用CCA分析；小于3，使用RDA分析；處于3～4，二者均可）。香農-威納多樣性指數（H）計算公式[13]：

2 結果與分析

2.1 水質指標 圖1為“豬-草-魚”生態種養模式中池塘水體T、DO、pH、透明度隨時間變化趨勢。整個養殖期間，T先升高后降低，8月達到峰值，為16.3～33.2 ℃。DO含量逐漸降低，自8月趨于穩定，為3.00～7.03 mg/L。pH變化幅度較小，為6.77～8.04。水體透明度在45～65 cm。

“豬-草-魚”生態種養模式中池塘水體TN、NH4+-N、NO3--N、NO2--N隨時間變化趨勢（圖2）顯示，TN含量呈逐漸升高的趨勢，從8月開始升高，為0.49～4.19 mg/L。NH4+-N、NO3--N、NO2--N含量呈先升高后降低的趨勢，從8月開始升高，為9月均達到峰值，分別為0.61、1.13、0.03 mg/L，隨后下降。

“豬-草-魚”生態種養模式中池塘水體TP、PO43--P隨時間變化趨勢（圖3）顯示，從試驗開始，TP含量逐漸上升，9月達到峰值，為0.28 mg/L，隨后下降，在11月達到0.06 mg/L。PO43--P含量在8—9月明顯下降，8月為0.16 mg/L，9月為0.05 mg/L。COD在整個養殖期間隨時間變化呈逐漸下降趨勢，為21.89～32.46 mg/L。

2.2 浮游植物群落豐度及生物量 由圖4可知，“豬-草-魚”生態種養模式中池塘水體浮游植物豐度及生物量整體變化規律一致，均呈現養殖后期顯著高于前期和中期。養殖前期浮游植物平均豐度為7.78×107個/L，中期為7.81×107個/L，后期為1.54×108個/L。養殖前期浮游植物平均生物量為11.05 mg/L，中期為8.46 mg/L，后期為18.72 mg/L。

2.3 浮游植物群落優勢種

以優勢度Y≥0.02作為優勢種，整個養殖周期共記錄到優勢種15種（表1），其中養殖前期4種，分別為藍藻門假魚腥藻（Pseudanabaena sp.）、平裂藻（Merismopedia sp.）、色球藻（Chroococcus sp.）和隱球藻（Aphanocapsa sp.）；養殖中期11種，其中藍藻門4種，分別為假魚腥藻、平裂藻、色球藻和微囊藻（Microcystissp.），綠藻門6種，分別為四足十字藻（Crucigenia tetrapedia）、雙對柵藻（Scenedesmus bijuga）、二尾柵藻（Scenedesmus bicanda）、四尾柵藻（Scenedesmus quadricanda）、小球藻（Chlorella vulgaris）、蹄形藻（Kirchneriellasp.），隱藻門1種，為隱藻（Cryptomonas sp.）；養殖后期9種，其中藍藻門5種，分別為平裂藻、色球藻和隱球藻、微囊藻和澤絲藻（Limnothrix sp.），綠藻門4種，分別為四足十字藻、雙對柵藻、針形纖維藻（Ankistrodesmus acicularis）和空星藻（Coelastrum sp.）。前期假魚腥藻為最大優勢種，中期及后期平裂藻為最大優勢種。

2.4 浮游植物群落優勢種與環境因子的RDA分析

圖5 顯示了優勢度Y≥0.02的15個物種與環境因子的關系。Monte Carlo檢驗分析表明，排序軸的特征值具有顯著性（P<0.05）。12個環境因子中，影響浮游植物分布的主要因素是NO3--N、PO43--P、pH、DO和TDS。

2.5 浮游植物群落種類組成及多樣性

圖6顯示，調查共發現浮游植物 6 門、79種，養殖前、中、后期藻類組成均以藍藻和綠藻為主，其種類和數量均占絕對優勢；其中，養殖前期藍藻門8種，占83.58%；綠藻30種，占12.32%；養殖中期藍藻門9種，占89.17%；綠藻34種，占9.64%；養殖后期藍藻門12種，占52.18%；綠藻38種，占43.80%。 “豬-草-魚”生態種養模式中池塘水體浮游植物群落多樣性指數在1.32～2.63，且浮游植物群落多樣性指數整體表現為養殖后期顯著高于前期和中期。

3 討論

3.1 池塘水體理化指標變化

試驗結果顯示，池塘水體TN含量逐漸升高，為0.49～4.19 mg/L。NH4+-N、NO3--N、NO2--N含量先升高后降低，9月均達到峰值，隨后下降，說明養殖后期水體中有機氮含量累積增加，無機氮含量減少。養殖水體中，TN包括蛋白質、氨基酸、有機胺等有機氮和氨氮、亞硝酸鹽氮、硝酸鹽氮等無機氮。TN含量的高低主要依賴于微生物、藻類等水生生物及外源氮素的輸入的多少[14-16]。該研究中，養殖后期水體有機氮含量累積增加，無機氮含量減少，推測其可能的直接原因是溫度，有研究報道，在一定溫度范圍內，有機含氮化合物的礦化速率常數與溫度表現出線性正相關關系[17]，9月開始水溫逐漸降低，間接影響微生物群落對水體中有機含氮化合物的礦化分解，進而導致后期水體有機氮含量累積增加[18-19]。該研究中，池塘水體NH4+-N及NO2--N含量的最高值分別為0.61、0.03 mg/L，TP及PO43--P含量的最高值分別為0.20、0.16 mg/L，均符合國家地表水環境質量標準（GB 3838—88）[20]Ⅲ類水（水產養殖區等漁業水域）質量要求，說明“豬-草-魚”生態種養模式對水環境產生的積極效果顯著，不會導致水體N、P過量累積，一定程度上控制了富營養化。

COD可作為有機物相對含量高低的綜合指標之一[21]。其大量存在時，不僅增大水體耗氧量，而且促進異養細菌繁殖，分解有機物質產生氨氮和亞硝酸鹽，引起養殖動物中毒死亡。在傳統的豬魚模式中，由于豬糞水不斷地排入魚塘，引起有機質的不斷積累，COD的變化一般呈現由低到高的增加趨勢，且有記錄高達183 mg/L[22]。在該研究中，COD在整個養殖過程中呈逐漸下降趨勢，說明“豬-草-魚”生態種養模式在一定程度上能夠減少水體COD含量，降低養殖動物細菌性疾病暴發風險。

3.2 池塘水體浮游植物群落結構變化

該研究中，池塘水體浮游植物豐度及生物量整體變化規律一致，均呈現養殖后期顯著高于前期及中期，其原因可能是浮游植物群落的豐度易受到水體營養鹽含量的影響，尤其是水體N、P含量。養殖后期，TN含量升高，可能是導致后期浮游植物豐度及生物量顯著高于前期及中期的原因之一。有研究表明，浮游植物豐度和生物量與水體中的N和P的含量呈正相關，在其他影響因子相同的情況下，一定范圍內，N、P含量越高，養殖水體中浮游植物的種類和豐度均越高[23]，與該研究結果一致。此外，有研究報道，浮游植物的豐度和生物量除與水體營養鹽含量存在關聯外，還與水體中浮游動物、原生動物和經濟魚類等有關聯，主要體現在它們產生的下行效應對浮游植物產生的影響[24]。該研究中，由浮游動物對水體浮游植物豐度及生物量產生的影響有待進一步研究。

對于浮游植物而言，生物量增加會導致群落多樣性的下降，這種現象在富營養化水體中較為明顯[25]。然而該研究中，養殖后期浮游植物群落多樣性顯著升高，可能是由于后期藍藻種群種內對水體營養鹽的競爭加劇，種群數量減少，其他藻類種群優勢凸顯導致，養殖前期及中期，藍藻種群在水體中占絕對優勢，分別占83.58%、89.17%；后期藍藻種群優勢顯著下降，占52.18%，同時綠藻成為第二大類優勢種群，占43.80%，后期綠藻種群優勢上升，與藍藻競爭生存空間，最終導致養殖后期水體浮游植物多樣性顯著升高。

3.3 池塘水體浮游植物群落與水質指標間的關系 該研究發現NO3--N、PO43--P、pH、DO和TDS是控制“豬-草-魚”生態種養模式中池塘浮游植物群落結構的主要水環境因子。水體中溶解氧與浮游植物豐度呈正相關關系，這與浮游植物的光合作用有直接關系，當浮游植物大量繁殖時，其光合作用可產生大量的氧氣，同時，水體pH產生波動[26]。此外，大量研究發現營養鹽及光照強度是影響浮游植物群落的重要物理因子，其中就營養鹽而言，水體中營養鹽含量的高低直接影響浮游植物的盛衰，各種浮游植物對營養物質有一定的濃度范圍要求，不足或超量都將影響其生長和繁殖[27-29]。

4 結論

“豬-草-魚”生態種養模式對水環境產生的生態效果顯著，不會導致水體N、P過量累積，一定程度上抑制水體富營養化，且浮游植物群落多樣性指數提高，池塘生態系統更加穩定。該模式中，浮游植物多樣性較高。該模式中，NO3--N、PO43--P 、pH、DO和TDS是控制“豬-草-魚”生態種養模式中池塘浮游植物群落結構的主要水環境因子。

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