鰱鳙+綠狐尾藻處理的羅非魚養殖池塘浮游植物群落特征及水質評價

楊 卓，陳日釗，李文紅，程光平，陳禎東，徐紫娟

(廣西大學動物科學技術學院/廣西高校水生生物健康養殖與營養調控重點實驗室，廣西 南寧 530004)

1 材料與方法

1.1 試驗池塘概況

試驗于2018年3-10月在廣西大學動物科學技術學院水產教學基地的8口養魚池塘進行。其中，1#塘為0.18 hm2，2～8#塘均為0.10 hm2；池塘平均水深約1.5 m，底泥厚平均約35.0 cm，養殖過程中不排水，僅適當補充新水，養殖水均來源于相鄰水庫。每口池塘均配有一臺1.5 kW增氧機。8口養魚池塘均于2018年3月初清塘注水，于3月30日至4月12日先后向試驗池塘投放羅非魚、鰱和鳙魚種，每天上午9：00和下午5：00投喂。

表1 試驗池塘浮床放置及魚種放養情況

1.2 試驗方法

1.2.1 試驗設計 試驗設A、B、C和D共4個處理，其中D處理為對照(CK)。在試驗池塘中放置綠狐尾藻浮床，浮床起始面積為池塘面積的10 %，植物放置量為0.5 kg/m2。各處理池塘按公頃折算均放養規格為10.29 g/尾的羅非魚22 500尾，鰱(規格70.10 g/尾)和鳙(規格490.90 g/尾)按表1設計進行放養。

1.2.2 水樣采集及理化因子監測 水樣的采集、運輸、保存和管理均嚴格按照國家生態環境部HJ 493-2009《水質、樣品的保存和管理技術規定》執行。試驗期各口漁塘同時于每月月初連續晴天、水質穩定時采樣，每月采樣1次，每次采樣均在上午9：00，利用YSI EXO2多參數水質監測儀(美國YSI公司)現場測定水溫(WT)、溶解氧(DO)含量和pH，透明度(SD)、總氮(TN)含量、總磷(TP)含量、高錳酸鹽指數(CODMn)、五日生化需氧量(BOD5)、總有機碳(TOC)和葉綠素a(Chla)含量等水體理化因子監測方法如表2所示，水體氮磷比(N∶P)為各處理TN含量與TP含量實測值的比值，碳氮比(C∶N)為各處理總有機碳(TOC)含量與TN含量實測值的比值。

參考Carlson[18]、中國環境監測總站[19]、楊梅玲等[20]的方法，選取SD、TN、TP、CODMn和Chla共5項指標，計算水體綜合營養狀態指數TLI(∑)并進行營養程度分級。

式中，Wj為第j項評價因子的營養狀態指數的相對權重(SD、TN、TP、CODMn和Chla相對權重分別為0.183、0.179、0.188、0.183和0.267)，TLI(j)為第j項因子的營養狀態指數。具體計算方法：

TLI(SD)=10×(5.118+1.94 lnSD)

TLI(TN)=10×(5.453+1.694 lnTN)

TLI(TP)=10×(9.436+1.624 lnTP)

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TLI(CODMn)=10×(0.109+2.661 lnCODMn)

TLI(Chla)=10×(2.5+1.0861 lnChla)

當TLI(∑)<20時，為貧營養狀態；當20≤TLI(∑)<30時，為貧中營養狀態；當30≤TLI(∑)<40時，為中營養狀態；當40≤TLI(∑)<50時，為中富營養狀態；當TLI(∑)≥50時，為富營養狀態。

表2 試驗池塘水質監測項目及分析方法

表3 各處理池塘水體理化因子的變化范圍

1.2.3 浮游植物樣品采集與處理 浮游植物樣品采集與水體樣品采集同時進行，每月采集1次，每口池塘設4個采樣點。定性和定量樣品參照章宗涉等[21]的淡水浮游生物研究方法進行采集和處理，參照趙文[22]、胡鴻鈞和魏印心[23]的方法對浮游植物進行鑒定和計數。生物量按照藻類的近似形狀及相應體積公式計算[21]。

1.2.4 浮游植物群落分析 根據Reynolds等[6]和Padisák等[24]的FG分類法對浮游植物進行功能群分類。以浮游植物功能群的出現頻率及相對生物量來確定優勢度[25]，公式為Y=fi×Pi。式中，Y為優勢度指數，fi為功能群i的出現頻率，Pi為功能群i的生物量占總生物量的比例。將Y≥0.02的功能群確定為優勢功能群[26]，將Y≥0.20的功能群確定為絕對優勢功能群[27]。

1.3 統計分析

采用Excel 2010進行數據整理和圖表制作，以SPSS 17.0進行ANOVA單因素方差分析和Pearson相關分析，組間差異采用LSD法進行多重比較。

2 結果與分析

2.1 鰱鳙+綠狐尾藻處理羅非魚養殖池塘水體的理化因子及水質評價結果

由表3可知，A、B、C和D處理池塘水體的SD為17～44 cm，DO為2.67～8.37 mg/L，WT為25.35～31.90 ℃，pH為7.20～8.98，CODMn為5.10～16.80 mg/L，BOD5為2.21～5.92 mg/L，TOC為7.71～15.80 mg/L，C∶N為3.07～17.39。其中，CODMn和BOD5的最大值均高于GB11607-1989《漁業水質標準》中的CODMn和BOD5標準值。A、B、C和D處理的TLI(∑)分別為42.73～50.53、43.33～51.97、38.41～48.57和42.48～52.57，其中，C處理水體始終保持在中富營養水平，水質最佳；A、B和D處理的TLI(∑)達中富營養—富營養化水平，以D處理的富營養化程度最高，B處理次之，A處理最低。

2.2 鰱鳙+綠狐尾藻處理羅非魚養殖池塘水體的浮游植物群落種類組成特征

由圖1可知，A、B、C和D處理池塘水體檢出的浮游植物隸屬于7門168種。其中，A、B、C和D處理水體的浮游植物種類分別為140、123、129和121種，浮游植物群落結構中的綠藻門(Chlorophyta)占比分別為50.71 %、50.41 %、52.71 %和53.72 %，裸藻門(Euglenophyta)占比分別為17.14 %、18.70 %、18.60 %和15.70 %，藍藻門(Cyanophyta)占比分別為15.00 %、17.07 %、15.50 %和17.36 %，硅藻門(Bacillariophyta)占比分別為14.29 %、10.57 %、9.30 %和9.92 %，浮游植物群落結構組成均屬于綠藻為主的綠藻—裸藻—藍藻—硅藻型。A、B和C處理水體的浮游植物種類數均多于D處理，說明鰱鳙+綠狐尾藻處理能提高羅非魚養殖池塘浮游植物種類的多樣性。

2.3 各處理池塘水體浮游植物的功能群特征

2.3.1 功能群組成及其指示的生境特征 試驗池塘記錄到的浮游植物可劃分為21個功能群，分別為C、D、N、P、MP、T、TC、S1、S2、SN、X3、X1、Y、F、G、J、K、Lo、M、W1和W2。其中，Y≥0.02的優勢功能群有9個，分別為C、J、X1、MP、Lo、F、W1、M和Y，其主要代表門屬和生境特征見表4；富營養化水體代表性功能群有7個，分別為C、J、X1、Lo、F、W1和M，且J、X1、C和Lo為4個處理共有功能群，X1為對濾食敏感的功能群。A、B、C和D處理檢出的功能群數分別為19、18、20和19個，其中，C處理的功能群數最多，多樣性最高，其優勢功能群數分別為8、6、6和6個，而A、B和C處理的優勢功能群數多于或等于D處理，說明鰱鳙+綠狐尾藻處理對提高浮游植物優勢功能群多樣性具有一定促進作用；9個優勢功能群的組成屬于綠藻為主的綠藻—硅藻—藍藻型，指示的水體生境特征為富營養化、對濾食作用敏感及高光照強度等，其中優勢功能群指示水體富營養化結果與2.1中的TLI(∑)水質評價結果相符。

2.3.2 浮游植物優勢功能群優勢度和生物量的變化情況 由表5可知，試驗期內4-7月的優勢功能群從9個(C、J、X1、MP、Lo、F、W1、M和Y)減少至8-10月的4個共有功能群(J、X1、C和Lo)，非共有優勢功能群(MP、F、W1、M和Y)均不再占據優勢地位，說明優勢功能群組成從復雜轉變為簡單更替頻繁；8-10月的優勢功能群未發生更替只有優勢度發生變化，則說明生境特征已從富營養化、對濾食作用敏感和高光照強度轉變為功能群穩定、富營養化和對濾食作用敏感?？梢?，鰱鳙+綠狐尾藻組合處理對池塘浮游植物優勢功能群組成和更替產生了影響，但至8-10月池塘的水體環境趨于穩定。

從圖2可看出，A、B、C和D處理池塘水體浮游植物的優勢功能群的總生物量分別為206.65、14.95、18.75和291.56 mg/L，排序為D處理>A處理>C處理>B處理，其中，D處理顯著高于A、B和C處理(P<0.05)，說明鰱鳙+綠狐尾藻處理對羅非魚池塘優勢功能群總生物量具有顯著抑制作用；Y≥0.20的絕對優勢功能群有3個，為共有功能群中的J、X1和C，其中A和B處理均為功能群J和C占絕對優勢，C處理為功能群J占絕對優勢，D處理為X1和J共同占絕對優勢，且X1的優勢度最大。從圖2還可看出，在試驗期內，對濾食作用敏感的優勢功能群X1的優勢度在各處理中排序為D處理>A處理>C處理>B處理，即優勢度以D處理最高，而在不同比例鰱鳙處理中以鰱最多的A處理最高，鳙最多的B處理最低；絕對優勢功能群J和X1包含的浮游植物種類以綠藻為主，指示的生境特征均為富營養化，且富營養化程度以D處理高于A、B和C處理，其中在不同比例鰱鳙處理中C處理的富營養化程度相對較低；對濾食作用敏感的優勢功能群X1的優勢度在D處理中最高，推測X1的組成以小型藻為主。

表4 鰱鳙+綠狐尾藻處理羅非魚養殖池塘水體浮游植物的優勢功能群及其生境特征

表5 鰱鳙+綠狐尾藻處理羅非魚養殖池塘水體浮游植物優勢功能群的優勢度排序

2.4 鰱鳙+綠狐尾藻處理羅非魚養殖池塘浮游植物優勢功能群生物量與環境因子的相關分析結果

由表6～7可知，4-7月優勢功能群X1與TN呈顯著負相關(P<0.05)，8-10月所有優勢功能群與環境因子均無顯著相關性(P>0.05)，說明4-7月優勢功能群X1的生物量受TN濃度顯著影響，但8-10月環境因子對所有優勢功能群生物量無明顯影響。

表6 4-7月浮游植物優勢功能群生物量與環境因子的相關分析

表7 8-10月浮游植物優勢功能群生物量與環境因子的相關分析

3 討 論

在FG分類法中，浮游植物功能群的變化與營養、光照、水體分層及浮游動物牧食壓力相關[11]。本研究檢出池塘中Y≥0.20的絕對優勢功能群為J、X1和C，在未放養鰱鳙的D處理中對營養缺乏和對濾食敏感的X1功能群占絕對優勢，以綠藻為主的J功能群在3個放養鰱鳙處理中占絕對優勢，以硅藻為主、適宜生存于富營養及低碳環境的C功能群在A和B處理中占絕對優勢，但在C處理中不占絕對優勢，可能與A和B處理的TOC含量較低有關。J和X1功能群的代表種屬均以綠藻為主，J類群主要包括柵藻屬、空星藻屬和十字藻屬等綠藻門浮游植物，指示的生境特征是相對靜止、透明度不高且有機營養豐富的水體；X1類群的適宜生境為混合程度較高的中—富營養淺水水體，其對營養缺乏和對濾食作用敏感，代表種類為小球藻屬、纖維藻屬、弓形藻屬和單針藻屬[28]。本研究池塘的優勢功能群藻類種類組成與羅非魚精養池塘[29]和魚菜共生模式[30]以綠藻為主、水體富營養化的環境特征一致；未放養鰱鳙池塘的羅非魚及浮游動物活動不強，牧食壓力小，對濾食敏感的X1功能群占絕對優勢；而放養不同比例鰱鳙后池塘的浮游植物牧食壓力增大，X1功能群的優勢地位被J功能群取代。已有研究發現，當水體處于高氮濃度時，纖維藻的生物量增加顯著，致使包含纖維藻的X1功能群在競爭中占據絕對優勢[31]。葛優等[32]也研究發現，冬季陽澄西湖水體較高濃度的氮營養鹽可維持纖維藻藻細胞較長時間增長，X1類群作為“先鋒種”可在資源競爭中占據優勢地位。本研究中，A、B、C和D處理的TN平均含量分別為1.83、1.79、1.73和2.15 mg/L，D處理的TN均高于放養鰱鳙處理，表明高氮濃度可能也是無鰱鳙放養中X1功能群占絕對優勢的主要原因之一。適宜混合程度較高的富營養淺水水體的X1類群在陽澄西湖[32]、長湖[33]、鏡泊湖[34]、淀山湖[35]、泰湖[36]等湖庫中均屬于優勢功能群，且在鏡泊湖為絕對優勢功能群，在富營養化的種草蟹塘中X1類群也為優勢功能群[16]，本研究結果與其一致。本研究的優勢功能群劃分與上述湖庫、蟹塘一樣均以Y≥0.02為標準，在高氮水體中，浮游動物的濾食及水生植物的作用可能對X1類群的優勢度具有重要影響。但在劉乾甫等[7]主養草魚(Ctenopharyngodonidellus)、大口黑鱸(Micropterussalmoides)、云斑尖塘鱧(Oxyeleotrismarmoratus)和烏鱧(Channaargus)的富營養化淡水精養魚塘中，以相對生物量比例>5.00 %或細胞密度占比>10.00 %為標準，檢出出現頻率低于50.00 %的X1類群不是優勢功能群。因此推測，采用優勢功能群劃分標準不同、缺少魚類濾食和水生植物的作用，均會導致優勢功能群存在差異。

本研究中，8-10月的功能群組成簡單，只有優勢度變化而無更替，提示不同養殖階段水環境條件發生了較大變化，水體環境由劇烈變化轉變為穩定，此時適于生存在不穩定水體中以藍藻門顫藻屬為主的MP功能群不再占據優勢地位，由浮游硅藻組成及耐受低光照富營養生境的功能群C及由色球藻和平裂藻為主要代表種屬、具有更強耐受低光照能力的功能群Lo繼續保持優勢地位。此外，鰱鳙主要濾食藍藻門的微囊藻屬和隱藻門的一些種類，對綠藻門和硅藻門的種類濾食率不高[37]，綠狐尾藻能釋放化感物質，抑制水體藻類大量繁殖[38]，且抑藻作用高于菖蒲等挺水植物[39]，當藻類生長受到抑制時，相應的功能群組成也會發生變化。因此，綠狐尾藻和魚類濾食均在一定程度上抑制藍藻及隱藻生長，導致以藍藻門微囊藻屬為主的功能群M和以隱藻門隱藻屬為主的功能群Y失去優勢，以綠藻為主的功能群J和X1及以硅藻為主的功能群C數量增加；鰱、鳙和羅非魚均能壓制大型浮游植物，對較大個體藻類及大型浮游動物的濾食刺激了平裂藻屬和色球藻屬等小型藻類的大量生長[39]，提高了以平裂藻屬和色球藻屬為主的Lo功能群的優勢地位。

李磊等[40]研究發現，浮游植物功能群可對淺水水體的富營養化特征作出有效響應。Ye等[6]研究表明，功能群多樣性較高水體的水質較佳。本研究發現，鰱鳙尾數比例為1∶1+綠狐尾藻組合的C處理檢出功能群總數最多，多樣性最高，且TLI(∑)評價結果表明C處理的營養程度最低，水質最佳，與Ye等[6]的研究結果一致，說明本研究條件下浮游植物功能群的變化能有效反映水體的營養狀況，功能類群多樣性較高的群落資源利用效率較高，可改善水質，降低富營養化程度。劉乾甫等[7]的研究結果也表明，基于傳統的物種多樣性指數法可判定魚塘水質狀況為潔凈，但以浮游植物功能群生境特征判定的水體為污染嚴重且與水體理化環境測定結果和現場水體表觀相符。本研究中，綜合營養狀態指數評價結果表明池塘水體呈中—富程度富營養化；利用FG分類法共檢出9個優勢功能群，其中7個為代表富營養化的功能群，指示的生境特征均為富營養化，與TLI(∑)水質評價結果相符，證實FG分類法對水體環境變化反應敏感，能準確反映水體營養狀態變化情況，更易于解釋生態現象；FG功能群指示的生境特征能很好地反映羅非魚養殖池塘水質的真實狀況。

4 結 論

鰱鳙+綠狐尾藻組合能增加羅非魚養殖池塘水體的浮游植物種類及提高其優勢功能類群多樣性，降低富營養化程度，穩定水質。根據優勢度劃分優勢功能群的FG分類法適用于評價濾食性動物和水生植物對池塘養殖系統的生態調控效果。