浮植方式对水菜生长状况与净化水质效果的影响

浮植方式对水菜生长状况与净化水质效果的影响

2010年，引进了134.8万吨虾。但随着凡纳滨对虾养殖业的迅猛发展,放养密度和投饵量的增加势必引起虾塘中氮磷等营养盐的大量积累。有研究报道,虾塘中约有62%~68%的氮积累于虾塘底部,8%~12%溶解于池水中,引起养殖水质恶化,导致对虾疾病频发,阻碍对虾养殖业的健康可持续发展,降低经济效益。因此,虾塘水质净化与调控技术的研究受到越来越多的关注和重视。目前报道的有关虾塘水质调控技术主要包括物理法、化学法及生物修复法。其中,水培高等水生植物能高效、经济、稳定地净化养殖塘水,对养殖水体也不会造成二次污染。已有大量研究报道,水生植物可通过吸收水中氮磷营养盐从而达到污水净化效果;也有利用水培蔬菜净化养鱼塘水质的报道;此外,以水缸或小型水池探讨净化虾塘水质的水培蔬菜种类、浮植方式与效果的研究试验也见报道。但在规模化养虾塘中利用水培蔬菜改进总氮(TN)等多种水质指标的定量研究报道尚为罕见。不同品种蔬菜对养殖塘水体净化效果有所不同,因此,筛选生长速率快、净化能力强的水培蔬菜种类以及定量了解优选水培蔬菜净化虾塘水质的功效显得尤为重要。本研究通过采用上海地区3种常见蔬菜净化养虾水质效果的试验,从中筛选出最适宜在对虾塘中种植的水蕹菜(Ipomoeaaquatica),并将其按一定面积种植于凡纳滨对虾规模化养殖塘,通过养殖期间检测总氮等多种水质指标的变化,分析水蕹菜对虾塘水质改进的效果以及对虾生长状况的影响。研究结果将为虾-菜共生生态养殖模式的构建以及开展对虾生态养殖、提高对虾养殖经济效益提供科学依据。1材料和方法1.1小水排放水水质蔬菜筛选试验池选用上海市奉贤区景海养殖合作社塑料大棚3口养虾水泥池(4.86m×4.82m×1.20m),水深60cm,池水为对虾养殖50d后的排放水。水培蔬菜在对虾塘中的应用效果试验以奉贤区海锋养殖合作社的标准化室外4口对虾养殖塘为试验塘(110m×40m),水深1.5m,水源取自当地河水,预先经沉淀、砂滤及0.177mm的筛绢网过滤处理后注入试验塘。每塘安装3台叶轮式增氧机(1.5kW/台)。1.2试验虾、菜与水试验虾苗为来自海南省文昌市的淡化苗,平均体长1.00(±0.21)cm、体重0.01g,在虾塘暂养20d,20d后将体长3.22(±0.04)cm、体重0.31(±0.04)g的虾苗放入试验塘,放养密度为每667m25.00万尾。试验用水蕹菜、羽衣甘蓝(Brassicaoleraceavaracephala)和生菜(Lactucasativa)均由上海市奉贤蔬菜基地提供。将3种蔬菜去土洗净,阴干1h,经虾塘水驯化培植1周,再分别选取叶片颜色相近、长势良好的植株称取初始重量后用于试验。1.3浮植水生物群落的筛选通过选用上海地区常见的水蕹菜、羽衣甘蓝、生菜3种蔬菜进行蔬菜、浮植方式、生长与净化虾塘水质效果试验,从中筛选出生长良好、可有效净化养虾水的蔬菜品种,并将其以最佳方式浮植于规模化养虾塘。在对虾养殖期间,对所建立的对虾生态养殖系统的各组成部分(塘水、蔬菜等)定期检测氮、磷等指标。1.3.1浮板式和浮板的筛选(1)蔬菜浮植方式。蔬菜浮植方式分为绳结式、浮框式及浮板式3种;绳结式:将每穴蔬菜按20cm等间距固定于尼龙绳,绳两端固定于岸上,使蔬菜浮植于水面;浮框式:将每穴植物按20cm等间距置于自制塑料绳编织的网眼中,整框(1m×1m)浮于水面,浮框框架为PVC管材(直径50mm);浮板式:将植株按20cm等间距根植于泡沫板孔内,整板(1m×1m×0.02m)浮于水面,浮板材料为聚苯乙烯泡沫板。(2)蔬菜品种筛选试验。3口试验池分别种植15穴水蕹菜、生菜和羽衣甘蓝3种蔬菜,其中,生菜为1株一穴,水蕹菜和羽衣甘蓝为3株一穴;各塘分别采用3种不同的种植方式(绳结式、浮框式及浮板式)。在15d试验期,每5d采样测定、分析各塘水质指标变化状况、蔬菜生长状况等,据此筛选出在虾塘中最适生长的蔬菜及浮植方式。15d筛选期间,每隔5d于上午8:00对试验池水进行水温、总氨氮(TAN)、亚硝酸氮(NO2--N)、硝酸氮(NO3--N)、TN、总磷(TP)、活性磷(PO43--P)及CODMn的测定。试验结束时,收集全部蔬菜,吸干水分后称重,并随机选取部分样品测定蔬菜含水率、存活率、TN及TP含量。1.3.2试验设计与试验检测将筛选出的最适宜在对虾塘中种植的蔬菜(水蕹菜)栽培在规模化对虾养殖池塘,进行应用效果测定试验。试验共选用4口虾塘,每口塘对虾放养密度为每667m25.00万尾;其中2口塘种植水蕹菜(种植塘),另外2口塘为不种植水蕹菜的对照塘。水蕹菜的浮植方式采用筛选的最佳浮植方式(绳结式),将水蕹菜按25cm等间距固定于尼龙绳上,以每667m220kg的量种植于虾塘,其种植面积为塘面积的10%。在50d试验期间,每隔10d于上午8:00采集各虾塘水样,测定水温、DO、pH、TAN、NO2--N、NO3--N、TN、PO43--P及CODMn等指标。试验结束时,收集种植塘中的水蕹菜和各试验池中的对虾,进行水蕹菜和对虾产量的统计,并测定对虾和水蕹菜中的TN、TP含量。1.4观察虾的一般情况蔬菜筛选期间,每日观察蔬菜生长与水质状况。规模化养虾塘浮植蔬菜试验期间,不排水、不用药,只适时添加因蒸发、渗漏等损失水量;每日观察对虾摄食、活动及蜕壳等状况;按2次/d投喂粤海牌配合饲料,前30d按对虾体重的10%投饵,此后逐步降至约5%,同时据天气、摄食、残饵与蜕壳等情况随时调节。试验期间,每天开动增氧机,开机时间分别为每天中午12:00至下午14:00和晚上18:00至第2d早上6:00。1.5测定项目及方法池塘水温、DO和pH分别用溶氧仪和pH计现场测定,其余指标测定方法:TAN、NO2--N、NO3--N、PO43--P、TN、TP分别采用奈氏试剂法、盐酸萘乙二胺比色法、锌镉还原法、磷钼蓝分光光度法、碱性过硫酸钾消解-紫外分光光度法及过硫酸钾消解-钼锑抗比色法测定,CODMn采用碱性高锰酸钾法测定。蔬菜、虾体及饲料中TN和TP分别采用元素分析仪(德国WarioMAX)和钼锑抗比色法测定。蔬菜日增重量、蔬菜氮日吸收量、蔬菜磷日吸收量及蔬菜存活率的计算方法参考资料。蔬菜日增重量:WV=(Wt-W0)/(W0×D)式中,W0为每穴蔬菜初始重量;Wt为每穴蔬菜终末重量;D为试验天数(20d);Rw(0)为蔬菜初始含水率;Rw(t)为蔬菜终末含水率;C0(TN/TP)为初始蔬菜单位干重总氮或总磷含量;Ct(TN/TP)为终末蔬菜单位干重总氮或总磷含量。采用SPSS13.0和Excel对试验数据进行统计分析。2结果与分析2.1水菜的去除能力表1为试验期间种植3种蔬菜对主要水质污染物的去除率。结果表明,3种蔬菜对氮磷营养盐、TN、TP及CODMn均有一定的去除能力,其中水蕹菜对7种水质指标的去除率介于23.3%~73.6%之间,除NO3--N外,其余6种指标的去除率均优于其他两种蔬菜,特别是对有毒于鱼虾的NO2--N去除率分别为生菜、羽衣甘蓝的1.3、1.9倍,对TAN的去除率分别高出后两者15.6%、6.2%;生菜对水质指标的改进优于羽衣甘蓝。可见在3种蔬菜中,水蕹菜具有最佳净化凡纳滨对虾养殖废水的能力。2.2浮植方式对蔬菜日吸收氮量的影响15d蔬菜浮植方式选择试验期间,各池水温比较稳定,维持在25.2~28.2℃,较适合蔬菜生长。3种蔬菜以3种不同种植方式经15d的浮植试验,所测得的3种蔬菜单位体重对氮磷的日均吸收量列于表2。结果表明,各种蔬菜不同浮植方式所测得氮的日吸收量均存有一定差异:水蕹菜日吸收氮量大小顺序为绳结式>浮框式>浮板式,另两种蔬菜顺序正好与其相反。但经方差分析可知,3种蔬菜以不同浮植方式栽种日吸收氮量无显著差异,仅生菜浮板式与其余方式有显著差异;不同浮植方式栽植3种蔬菜的日吸收磷量较为相近,无显著差异,仅生菜浮板式与其余方式有显著差异。3种浮植方式栽培的水蕹菜氮磷日均吸收量均显著高于其余两种蔬菜,其中绳结式尤为突出,日均氮吸收量分别为生菜与羽衣甘蓝相应量的10.8、5.4倍;同样绳结式磷的吸收量也显著高于另两种蔬菜。以上结果说明绳结式浮植水蕹菜对虾塘水中氮磷吸收能力最强,能更好去除虾塘水中氮磷等污染物。2.3单位重量均增重量及存活率在15d的浮植试验中,以3种浮植方式栽培的水蕹菜枝叶繁茂,生长、繁殖最为旺盛,基本无腐烂现象,存活率高达100.0%,高于生菜(20.0%~50.0%)和羽衣甘蓝(20.0%~26.7%)。而生菜、羽衣甘蓝生长缓慢,枝叶稀少,部分个体出现枯萎死亡现象。可见,水蕹菜生长状况最佳。以3种浮植方式培植的3种蔬菜所测得的单位重量日均增重量及存活率列于表3。结果表明,水蕹菜3种浮植方式的日均增重量较为接近(0.142~0.156g/g·d),无显著差异。而生菜和羽衣甘蓝以浮板式浮植日均增重量均最高,均显著高于绳结式与浮框式,生菜和羽衣甘蓝绳结式与浮框式日均增重量(0.022、0.018g/g·d,0.018、0.031g/g·d)较接近,均无显著差异。以3种浮植方式栽培的水蕹菜日均增重量均显著高于其余两种蔬菜,其中浮板式最为明显,日均增重量分别为生菜与羽衣甘蓝相应量的3.3、4.1倍。以上生长观察与测定结果均证明,3种蔬菜中水蕹菜日均增重量最大,且存活率最高。生菜和羽衣甘蓝的绳结式栽培方式存活率均为20%,而生菜的其余两种栽培方式存活率均高于羽衣甘蓝,浮框式高出11%,浮板式高出60%。从蔬菜生长及其对氮磷的吸收以及浮植设施、制作与效果等综合考虑可知,水蕹菜是虾塘中最宜栽培的水生蔬菜,浮植方式以绳结式最佳。2.4水煮蔬菜净化虾池水质效果2.4.1虾、水菜体内tn与tp的去除效果为分析试验期间蔬菜与虾生长吸收去除虾塘中TN与TP的能力,将虾苗、水蕹菜苗、初始水层及投喂饲料等所含TN与TP之和分别视为虾塘输入TN与TP,将试验结束收获菜、虾、水层与其他(底泥+渗漏水等)含TN与TP之和分别视为虾塘输出TN与TP,虾塘TN与TP输入与输出视为平衡。据此可计算虾、水蕹菜体内与水层所增加TN与TP量占输入(出)TN与TP的百分比(表4)。结果表明,种植塘水层TN与TP分别仅为对照塘80.0%,水蕹菜体内含TN、TP分别占种植塘输出TN与TP的5.86%与3.73%,此即为虾塘浮植水蕹菜对虾塘的水中TN与TP的去除率,这也是种植塘水层TN与TP均低于对照塘的主要原因。虾体吸收饲料增加的TN与TP占塘输出TN与TP的比例与研究报道相符;但种植塘收获虾体内TN与TP所占虾塘输出TN与TP的比例(36.21%与21.01%)均高于对照塘(32.03%与17.98%)。可见在试验期间内,种植塘对虾体内增加的TN与TP对虾塘氮磷去除能力也高于对照塘。表4也表明,虾塘输入的TN和TP各约50%和70%主要沉积到塘的底质,极少量或损失于渗漏与蒸发,此与有关养虾试验的报道基本相一致。2.4.2种植塘与对照塘总氮含量的变化图1为试验期间虾塘主要水质指标随时间的演变状况。图1A、图1B及图1C显示,养殖前20d,以绳结式种植水蕹菜的试验塘和未种植蔬菜的对照塘三态氮(TAN、NO2--N、NO3--N)含量相近,也与初始值甚近,均维持在较低水平,分别低于0.70、0.02、0.13mg/L。此后至试验结束(50d),随着虾塘中残饵、对虾代谢物等日渐增多,塘水中三态氮与TN均有上升趋势,对照塘递增幅度更大,种植塘递增程度较其缓和。如在第30d时,对照塘TAN增至1.52mg/L,为种植塘的2.2倍;50d时,对照塘NO2--N陡增至0.49mg/L,为种植塘的2.9倍,此时对照塘三态氮总量(4.42mg/L)为种植塘(1.80mg/L)的2.5倍。试验期间,种植塘TAN与NO2--N的变化范围分别为0.55~1.03mg/L与0.003~0.17mg/L,对照塘为0.54~2.46mg/L与0.005~0.49mg/L,均在对虾生长安全范围。经显著性检验可知,试验期间,种植塘与对照塘的TAN和TN分别存有显著性差异。但试验期间,由于对照塘浮游植物较多,水色浓于种植塘,故其氮、磷营养盐浓度尚处于一般养殖塘的范围。图1F显示,在试验过程中,种植塘与对照塘PO43--P和TP均随时间呈波浪式变化,但后者变化幅度较大,种植塘TP初始值与最终值较接近。种植塘PO43--P和TP的含量一直保持较低水平,分别低于0.10mg/L与0.50mg/L,均显著低于对照塘。试验期间,种植塘与对照塘CODMn含量均呈上升趋势,对照塘CODMn含量显著高于种植塘(图1G)。试验期间,种植塘和对照塘pH、水温、DO的变化幅度不大,分别维持在7.80~8.37、22.2~29.1℃及4.60~9.40mg/L之间,均在对虾合适生长范围之内。由上述可知,绳结式浮植水蕹菜可使对虾养殖塘主要水质指标三态氮、TN、PO43--P与TP均以较缓和幅度递变,并控制在对虾生长安全范围内。2.4.3两种水菜池塘的成活率及对饵料的利用率凡纳滨对虾养殖结果列于表5。结果表明,种植塘收获对虾的各项指标均优于对照塘:对虾终末体长、体重、饵料系数均显著优于对照塘,成活率(79.15%)高于对照塘对虾(74.54%)。生产结果表明,种植水蕹菜的虾塘能获得更高对虾产量,对虾的生长更好,对饵料的利用率也更高。此外,试验结束时,每口塘尚可收获水蕹菜2441(±183)kg,其中可食用部分为854.35(±64.05)kg,按市场价3元/kg计算,可额外增加收入2562元。3结论和讨论3.1水菜对虾塘水质指标变化曾有多项研究报道指出水蕹菜对富营养化水体中氮、磷等水质指标具有良好的去除效果。本试验结果也表明,试验期间种植塘除浮植水蕹菜外,其余养殖条件均与对照塘相同,但对虾生长状况,如成活率、饵料利用率等均优于对照塘;即使种植塘因此将接受更多虾的代谢产物与残饵,然而试验期间,种植塘的TAN、TN、PO43--P、TP等水质指标含量均显著低于对照塘。一方面,与水蕹菜的繁茂生长强力吸收营养物和对悬浮物有很强的吸附滤除作用有关,特别是在养殖后期,适逢秋季,水温与光照等均促使水蕹菜生长旺盛,更有效吸收水体营养物,从而使得水体中的N、P及CODMn等污染物含量明显低于对照塘。另一方面,整个养殖过程,种植塘水质状况较好,主要水质指标变化较对照塘平稳,且均处于对虾生长安全范围,良好而较稳定的环境促进了对虾的生长,提高了对虾的成活率与饲料的利用率,从而达到养殖水体净化利于养殖的效果。试验证明水蕹菜对虾塘水中TAN、NO2--N等污染物具有较好的去除效果,这也为解决通常养殖后期TAN和NO2--N等过高的问题提供了可靠依据。试验还发现,水蕹菜对虾塘水质的pH值和DO没有显著影响,这可能与虾塘水面上水蕹菜种植面积(10%虾塘面积)较小有关。通常水生植物对营养物的吸收效果随其面积的增大而增大,但种植面积过大可能会降低水体DO,造成养殖对象缺氧。有研究表明,鱼塘水生菜种植覆盖面积10%~20%比较合适鱼体生长,也没有影响水体的DO含量和pH。3.2水菜去除养鱼池tn、tp的效果1.由于绳结式浮植虾塘水蕹菜增重率高达96.9%,因而在50d试验期间水蕹菜虾塘水质有明显的改进,去除虾塘TN、TP的去除率分别为5.86%和3.73%。若将水蕹菜吸收水体氮、磷量还原于种植塘水层,水层TN由5.74mg/L升高到7.39mg/L,使种植塘水体TN增加28.7%,而此时对照塘TN为7.15mg/L,低于种植塘0.24mg/L;种植塘TP浓度由0.37mg/L升高到0.53mg/L,使种植塘水体TP增加43.0%,此时对照塘TP浓度为0.64mg/L,比种植塘高0.11mg/L。可见,种植水蕹菜可有效去除污染物,改进虾塘水质。试验水蕹菜对N、P的去除率略低于李文祥等以种植4个月水蕹菜去除养鱼塘TN(8.41%)与TP(4.85%);也明显低于以种植120d水蕹菜去除鳜鱼池TN和TP,其去除率分别为30.60%和18.20%。资料指出,浮萍(Iemnaminor)在人工生态养殖系统中,可吸收约15%饲料氮和17%磷。可见,种植天数及蔬菜品种等均会影响水生蔬菜去除氮、磷的