內陸地區南美白對蝦淡化養殖池塘浮游植物群落結構特征及其生態影響因子

孫世萍，咸玉蘭，韓軍軍，陳韓飛，熱比古麗·沙吾提，米乃瓦爾·木依提，陳朋，陳牧霞，祁峰

（1.新疆維吾爾自治區水產科學研究所，新疆 烏魯木齊 830000；2.農業農村部西北地區漁業資源環境科學觀測實驗站，新疆 烏魯木齊 830000）

南美白對蝦（Litopenaeus vannamei）耐高溫、耐低鹽、生長快、抗病力強、離水存活時間長，突破苗種繁育技術后養殖規模逐年擴大，成為我國對蝦養殖的主要種類之一，其養殖產量一度占據國內對蝦養殖總產量的70%以上[1]。近年來，南美白對蝦在我國內陸逐漸發展起來，生長速度也較快，西北的新疆地區近年南美白對蝦養殖業相繼發展較快，但新疆南美白對蝦產量較低，病害頻發，養殖關鍵技術亟待解決。

浮游植物是水生態系統中重要的初級生產者，對環境條件的變化響應復雜而快速[2,3]，是水生態系統結構與功能的重要調控者。調控浮游植物群落是人工養殖生產中水體環境控制策略的核心內容。

不同水體浮游植物群落結構特征差異明顯[4-7]，受水體不同理化因子的影響[8-10]，其中有關南美白對蝦養殖池塘的相關報道主要集中在我國沿海地區，且多為海水養殖池塘。對于內陸干旱半干旱地區對蝦淡化養殖池塘浮游植物群落特征的研究較為少見，尤其是其對理化因子的響應等相關研究尚少有報道。因此，對我國內陸干旱半干旱地區開展對蝦養殖池塘浮游植物群落特征及其生態影響因子的研究具有顯著的地域特色和生態學意義?；诖?，本文通過調查新疆昌吉地區南美白對蝦淡化養殖池塘中浮游植物群落結構特征的變化，分析其對不同生態因子的響應程度及差異，以期為調控南美白對蝦養殖池塘水質提供科學依據，推動西北內陸地區對蝦產業科學持續發展。

1 材料與方法

1.1 池塘條件及樣品采集

試驗區位于新疆昌吉市森淼漁業專業合作社。南美白對蝦苗種首先在池塘內設的溫棚中淡化養殖12 d 左右，密度約為（2 200～3 600）尾/m3，入塘初始鹽度為18.2，逐步淡化至0.8 左右。淡化后拆除池塘內的溫棚逐漸升高水位，至平均水深約1.6 m，池塘放養密度約為45 ind./m3，池塘面積為6 667 m2。投放蝦苗當天上午12 點左右即開始第一次采樣，每周采樣1 次，共12 次，采樣時間固定。池塘水深至1.5 m 以上時，開始分層采樣，表層樣品在水面下10 cm 處采集，底層樣品距池底約20 cm，中層為水深1/2 處取樣。各樣品編號記作Dxy[x 代表采樣次數，D1～D12 為采集次序；y 代表采樣水層（圖1），1代表表層，2 代表中層，3 代表底層]。

1.2 理化因子樣品的采集和測定

現場采集浮游植物樣品的同時，同位測定14項水體理化參數。包括水溫（T），pH，溶解氧（DO），銨態氮（NH4-N），亞硝酸態氮（NO2-N），硝酸態氮（NO3-N），活性磷（PO4-P），可溶性硅酸鹽（SiO3-Si），高錳酸鹽指數（CODMn），葉綠素a（chl-a），硫化物（sul），礦化度（MW），堿度（ALk）和水總硬度（TH）。

采用便攜式溶解氧測試儀（哈希HQ30d，德國）和pH 測試儀（哈希HQ11d，德國）現場測定水溫、溶解氧和pH，其他水化學參數取5 L 水樣低溫保存帶回實驗室檢測。按照《水和廢水檢測分析方法（第四版）》[5]進行測定。

1.3 浮游生物樣品采集與觀察

浮游生物定性、定量標本按照《淡水浮游生物研究方法》[6]中所描述的方法進行采集、計數,計算現存量。浮游植物種類鑒定主要參照胡鴻鈞等[7]文獻，浮游動物的種類鑒定主要參照王家楫[8]、蔣燮治等[9]和中國科學院動物研究所甲殼動物研究組[10]的專著。

1.4 數據分析

本文圖形及數理統計分析均使用R 軟件，冗余分析（RDA）主要使用ggplot2 和ggrepel，并根據Legendre 等[11]的方法對物種數據進行Hellinger 轉化后再用于分析。首先進行物種數據弦轉化、環境數據標準化，使用全部環境變量rda，進行R2校正，約束軸的置換檢驗和P 值校正，利用vegan 包ordistep 函數進行前向選擇，然后再根據排序圖，summary 函數統計結果，重新解讀模型，觀察比較變量選擇前后的差異，重新校正模型R2以及檢驗約束軸，最終選擇合適的約束軸。

用優勢度(Y)評價浮游植物的優勢種[12]，計算公式為為第i 種的數量；N 為浮游植物總個體數；fi為該種出現的頻率。

2 結果與分析

2.1 主要環境因子狀況

17 個主要環境因子參數如表1 所示，MW、TH和Sul 在溫棚養殖階段均值分別為6 020.0 mg/L、1 113.37 mg/L 和0.88 mg/L，均顯著高于（P＜0.01）池塘養殖階段含量（均值分別為554.39 mg/L、260.57 mg/L 和0.12 mg/L）。NH4-N 和PO4-P 在養殖前、中期（D1～D10）變動不大，均值分別為0.32 mg/L和0.08 mg/L，且略呈現相反的水平變動，養殖后期（D11～D12）均達到較高含量（最高值分別達3.72 mg/L和0.73 mg/L）。NO2-N 在整個養殖期內變化不大，均值為（0.020±0.009）mg/L（變幅為0.003～0.037 mg/L）。NO3-N 在高水溫期（29 ℃）有所升高，達到1.80 mg/L，其他時期變化不大，均值為（0.24±0.18）mg/L（此期變幅為0.001～0.800 mg/L）。chl-a 和CODMn在溫棚養殖期含量較高，均值分別為250.02 mg/L 和16.27 mg/L，在池塘養殖階段有逐漸升高趨勢，此期均值分別為7.58 mg/L 和51.13 mg/L。垂直分布上，chl-a 和CODMn有相似的分布特征，多為底層高于中層和表層。水溫在養殖期內變動不大，均值為（26.60±2.06）℃（變幅為19.80～29.20 ℃），在7 月上旬，出現底層水溫高于表層狀況。pH、DO 和Alk含量在整個養殖期內變化均不大，均值分別為8.09±0.52（變幅為7.34～9.26）、8.03±0.69 mg/L（變幅為7.23～10.33 mg/L）和138.60±12.40 mg/L（變幅為104.00～160.00 mg/L）。

表1 對蝦養殖池塘水體主要環境因子Tab.1 Main environmental factors in the Pacific white leg shrimp culture ponds

輪蟲密度在D12 達到峰值（638.40 ind./L），其余檢測樣品輪蟲密度均值3.15 ind./L（變幅為0～27.80 ind./L）。枝角類最高值出現在溫棚養殖期（40.00 ind./L），其次是在D12 樣品中（22.40 ind./L），其余樣品枝角類密度均值為0.92 ind./L（變幅為0～3.80 ind./L）。橈足類密度峰值出現在D6（14.60 ind./L），養殖期內均值為5.60 ind./L（變幅為0～14.60 ind./L）。

2.2 浮游植物群落結構特征

2.2.1 浮游植物種類組成、優勢種及變動

本次調查共鑒定出浮游植物103 種（屬），其中綠藻門最多39 種（屬），占總種（屬）數的37.9%，硅藻門次之29 種（屬），占總種（屬）數的28.2%，其余依次為藍藻門23 種（屬），裸藻門4 種（屬），甲藻門和隱藻門均3 種（屬），金藻門2 種（屬），分別占總種（屬）數的22.3%、3.9%、2.9%和1.9%（表2）。形成過優勢類群（優勢度Y＞0.02）的種類共8 種（屬），分別為月牙藻（Selenastrum bibraianum）、衣藻（Chlamydomonas spp.）、蛋白核小球藻（Chlorella pyrenoidosa）、席藻（Phormidium sp.）、偽魚腥藻（Pseudoanabaena sp.）、具星小環藻（Cyclotella stelligera）、谷皮菱形藻（Nitzschia palea）和彎形尖頭藻（Raphidiopsis curvata）。

表2 南美白對蝦養殖池塘浮游植物種類組成Tab.2 Phytoplankton species composition in the Pacific white leg shrimp culture ponds

溫棚養殖階段具星小環藻是主導優勢種類，此期尚出現一定量的咸水、半咸水種類，如長菱形藻、直鏈藻等。池塘養殖前、中期（D5-D8），具星小環藻優勢地位逐漸減弱，谷皮菱形藻成為群落優勢種類之一；同時，綠球藻目的月牙藻、衣藻和蛋白核小球藻成為群落優勢種類之一。至D11-D12，這些硅藻類和綠藻類優勢種類逐漸消退，藍藻門的彎形尖頭藻、偽魚腥藻和席藻成為優勢類群。

2.2.2 游植物各門藻類現存量及變動

為了更直觀體現低現存量值的變化，對密度和生物量值做了對數轉換（圖1）：調查期間南美白對蝦養殖池塘浮游植物的總平均密度為（2.05±2.93）×108ind./L，變幅為4.58×102～9.66×108ind./L，總平均生物量為（30.49±33.81）mg/L，變幅為0.80～101.47 mg/L。水體初始現存量較低（D1），生物量為1.87 mg/L（密度為521.71 ind./L）。溫棚養殖期（D1-D4），浮游植物平均生物量為（74.22±48.34）mg/L（平均密度6.70×104ind./L）；池塘養殖階段（D5-D12），浮游植物生物量逐漸升高，由初始1.16 mg/L（480.38 ind./L）增至88.66 mg/L（2.93×104ind./L），平均值為21.28 mg/L（1.21×104ind./L）。

溫棚養殖期，硅藻的密度和生物量占絕對優勢，硅藻的數量和生物量占比可達95.1%～98.6%和80.5%～95.6%。池塘養殖前期（D5-D6），硅藻生物量仍占浮游植物總生物量的92.5%～97.5%。至D7-D10，硅藻占比逐漸降低（12.7%～73.6%），綠藻門占比增加（12.0%～45.7%）。之后（D11-D12），藍藻生物量占比可達63.1%～75.7%。D12 時甲藻門生物量占比達最高，為15.1%。裸藻在D11 達到最高，為12.3%。養殖期間隱藻和金藻雖有出現，但占比不到6%。方差分析表明，浮游植物生物量和密度在上層、中層和底層間差異均不顯著（P＞0.05）。

2.3 浮游植物種類分布與主要生態因子關系

17 個環境變量與浮游植物種類（為簡化圖形去除非優勢種類）的冗余分析（RDA）表明，校正R2=0.892 9，前兩軸累計解釋總變異的69.7%（圖2）。經P 值校正，全模型前3 約束軸的結果顯著（前2 約束軸P＜0.01，第3 約束軸P＜0.05）。表明給定的環境變量對浮游植物群落物種組成分布具有相當高的解釋度。經ordiR2step 函數向前選擇，最終保留12 個環境變量（R2=0.872 7）。

圖2 浮游植物種類分布與環境因子之間的關系（Ⅱ型標尺）Fig.2 The associations of phytoplankton species with environmental factors (scaling Ⅱ)

如圖2 所示，小環藻在前期（D2-D6）樣品中占比較高，是絕對優勢種類，在D12 中數量最低；小環藻與NO2-N 和CODMn有較高的正相關性，與輪蟲呈負相關，與偽魚腥藻、席藻、谷皮菱形藻和蛋白核小球藻呈較大的負相關。彎形尖頭藻在D10 和D11 樣品數量上占據優勢，與PO4-P 呈高度正相關，與SiO3-Si 和Alk 呈負相關，在D7 樣品中數量占比最少。月牙藻在D9、尤其是D8 樣品中數量占比最大，為此期的絕對優勢種類，與葉綠素a 和溶解氧含量呈負相關。

3 討論

3.1 南美白對蝦養殖池塘浮游植物群落特征及其演替

本次調查中，在對蝦養殖池塘中共鑒定出浮游植物103 種（屬），其中綠藻門39 種（屬）最多，硅藻門29 種（屬）次之，藍藻門23 種（屬），其他門類種類數較少。王旭娜等[13]在上海的三口淡水對蝦養殖池塘中發現浮游植物113 種；孟得微等[12]調查黑龍江鹽堿對蝦養殖池塘中有浮游植物65 種（屬）；珠海淡化對蝦養殖池塘發現浮游植物113 種[14]；蓮蝦共作池塘發現71 種[15]。這些調查的浮游植物種（屬）數均是綠藻門最多，其次為硅藻門和藍藻門，這可能是對蝦淡化養殖池塘中較為常見的種類組成特征。

本研究中，小環藻首先出現，現存量上占優勢種類。Sommer 等（1986）[16]提出的PEG 模型中也指出，小型中心硅藻綱的種類會首先形成優勢類群，隨后會被植食性浮游動物牧食，使水體呈現“清水期”。本研究中，養殖前期浮游動物牧食壓力較低，輪蟲、枝角類和橈足類密度之和為1.0～16.6 ind./L，沒有出現“清水期”，浮游植物現存量逐漸增加。其原因可能與對蝦的下行效應有關，使浮游動物豐度保持在較低水平，對浮游植物的牧食壓力減弱，為浮游植物的繁殖創造了有利條件。之后，小型浮游綠藻，如月牙藻和蛋白核小球藻，迅速增殖，硅藻優勢種類也發生演替，小環藻優勢地位被谷皮菱形藻取代，其生物量占比超過綠藻。在此之前，藍藻雖有出現，但不占據優勢地位。藍藻首先占據優勢地位的種類是尖頭藻、席藻和偽魚腥藻。此期浮游植物生物量達30 mg/L 以上，之后藍藻一直占據優勢地位，浮游植物生物量也不斷增加，監測到最高值達88.66 mg/L。孫耀等（1998）[17]、關仁磊（2013）[18]、張瑜斌等（2009 年）[7]、陳輝煌（2013）[8]和覃麗蓉（2019）[18]等眾多研究也發現藍藻極易在夏末和秋初形成水華。其原因可能是：①當水體浮游植物含量較高藻體自遮蔽作用大時，藍藻具有更強的光捕獲能力；②當營養限制最嚴重時，它們具有對氮和磷更高的親和力；③它們可以通過偽空泡調節在水體中的位置，充分利用水域豐富的營養和（或）光照[19]。

3.2 環境因子與浮游植物群落關系

環境因子的變動對浮游植物群落演替起著重要的調控作用，以致一定程度地改變浮游植物群落的質和量[20-22]。RDA 分析初步反映了新疆對蝦淡化養殖池塘浮游植物群落與主要的生物和非生物因子之間的相關關系。

本研究中，養殖前、中期（D5-D9），池塘中浮游植物現存量較低（均值9.56 mg/L），主要呈現硅藻和綠藻的相互競爭關系。RDA 分析中，月牙藻、蛋白核小球藻和衣藻等綠藻與NH4-N 呈正相關，而與PO4-P 相關性很低，表明這些綠球藻目的種類更易在高NH4-N 環境中建立優勢地位。養殖過程中隨著投餌、代謝等活動增加，氨氮含量增加，這可能在一定程度上促進了綠球藻目種類的繁殖，使水體從硅藻型水體轉變成硅藻-綠藻型水體。

雖然綠藻在群落中占據一定優勢地位（生物量占比最高達39.7%），但此期（D5-D9）硅藻類在競爭中仍占據優勢，盡管硅藻類中優勢種群發生了轉變，即具星小環藻的主導地位被菱形藻取代。其原因可能與營養鹽類的動態變化有關。RDA 分析發現，NH4-N 和PO4-P 與小環藻的相關性較低，與SiO3-Si 呈正相關，而菱形藻與SiO3-Si 相關性較低（圖2），可見小環藻更易受到對水體SiO3-Si 含量的影響。隨著養殖過程中SiO3-Si 含量的降低，菱形藻逐漸取代小環藻成為硅藻門的優勢種類。本次調查發現，谷皮菱形藻不但對小型中心硅藻綱的種類占據優勢，在與綠藻（月牙藻、小球藻和衣藻等）的競爭中也占據優勢。Sommer 通過競爭實驗發現，在較高的Si-P 比條件下，較大個體的硅藻比綠藻更具競爭優勢[18]。本次調查中，養殖前期Si-P 比在185.7～266.7 之間，后期（硅藻不占據優勢地位）Si-P比在16.4～53.3 之間，可見Si-P 比可能在一定程度上影響對蝦養殖池塘浮游植物群落動態。

與PO4-P 相關性最高的優勢種類是彎形尖頭藻，其次是席藻和偽魚腥藻。這些藻類隨著養殖后期（D11～D12）PO4-P 含量的增加而大量出現，形成優勢類群，硅藻不再占據優勢地位。Qiao 等[21]研究發現，南美白對蝦養殖水體中SiO3-Si 含量的降低可導致硅藻豐度下降。本次調查SiO3-Si 含量由前期的峰值17.0 mg/L 降至后期（D12）的4.12 mg/L，SiO3-Si 含量的降低可能是硅藻衰退的重要因素。綜合上述分析可見，小型綠球藻目的種類易在較高氮含量（尤其是NH4-N）的環境中形成優勢，而藍藻更易在高PO4-P 含量的水環境中形成優勢類群。孟順龍等[22]和駱云惠等[23]的研究也獲得類似結果。

本研究RDA 模型中保留的生物環境因子有輪蟲和枝角類。它們與浮游植物間呈負相關：當輪蟲數量增大時呈現小型硅藻（小環藻）向菱形藻以及席藻、偽魚腥藻轉變；當枝角類數量增加，小球藻、衣藻和菱形藻數量減少?？梢娭彩承愿∮蝿游锏哪潦硥毫τ绊懜∮沃参锶郝溲萏?。這種演替更傾向于從小型可食性浮游植物到較大個體或非可食性浮游植物種類的轉變[24，26]。

綜上所述，本次調查的新疆南美白對蝦養殖池塘，養殖前、中期水質狀況穩定、較好，后期銨態氮、活性磷、COD 含量顯著升高，浮游植物，尤其是藍藻，大量增殖，水質趨向惡化，此期將是水質調控的重點和難點。多變量分析提示，活性磷含量增加可能是藍藻增殖的一個因素，控制磷含量的注入，合理施用硅肥，增加Si-P 比，可能是抑制藍藻繁殖的調控手段。本研究表明，牧食壓力可能影響浮游植物群落，可以考慮利用浮游動物下行效應調控浮游植物（尤其是小型浮游植物）的現存量，避免因藥物殺藻對水環境養殖生物的不利影響。