近年来, 国内水产养殖业发展迅速, 由于经济发展以及人类对水产品需求的增大, 养殖行业增产增收是面临的一个主要问题, 但是需求加剧与产量锐减的矛盾则亟待解决^[1-2]。众所周知, 池塘养殖是我国渔业生产的主要方式之一, 同时也是便于推广的一种养殖方式, 然而, 由于池塘自身的封闭性以及传统养殖池塘残饵和粪便累积超过水体自净能力, 随着养殖周期的增加, 残饵、粪便累积等导致池塘氮、磷含量上升, 造成养殖池塘富营养化, 养殖水体环境污染, 最终使得鱼产力下降或鱼类死亡。因此, 推广发展高效、环境友好型节水渔业成为水产养殖持续发展的首选^[3]。

池塘分区集群式清洁养殖(partition cluster clean aquaculture in ponds, PCCA)^[4]是不同于传统混养方式的池塘养殖新模式, 即健康养殖条件下将鱼类集群圈养于池塘小范围区域(即密集养殖区), 通过设备控制鱼类粪便的排泄区域(即沉淀排污区), 做到及时将粪便清除到池塘外净化区, 以降低鱼类粪便、残饵等对水体的污染及溶解氧消耗, 使池塘中大部分水体转变为水质净化区域, 最后形成池塘内分区、养殖鱼类集群、精确投饵和及时清除粪便及残饵的池塘清洁养殖模式^[5]。

本文以传统养殖池为对照, 研究了池塘分区集群式清洁养殖池浮游生物群落结构及水环境特征, 以期为推广和应用这种模式提供参考。

1 材料与方法 1.1 试验条件及鱼种投放 1.1.1 试验地点

试验在山西省永济市温流水良种系育场进行。

1.1.2 试验池塘及用水

试验选取面积为2.67 hm²的池塘3口, 分别编号为实验一组, 实验二组, 对照组, 实验组为集群模式, 对照组为传统模式。其中实验组每口池塘网箱两组(24m×3m×2m/组), 体积144 m³。实验组每口池塘配有两个微孔爆气推水设备(主要用于推动池塘水流循环流动)以及一个底层增氧设施, 对照塘为一个底层增氧设施和两个移动增氧机。实验用水为地下井水, 养殖过程中保持水深2.3m。

1.1.3 苗种投放、饲喂及池塘清洁

试验于2015年7月5日按全池面积投放草鱼鱼苗, 规格为186 g/尾, 其中集群模式实验一组4.50× 10⁴尾/hm², 实验二组2.15× 10⁴尾/hm², 传统模式(对照组)2.25× 10⁴尾/hm²。试验期间饲喂为美国大豆协会——国际项目提供配方生产的32/3成鱼浮性膨化饲料, 每天9:00和15:00投喂饵料, 投饵量根据天气和水温的变化采用90%饱饲投喂法, 增氧机开放时间为19:00至翌日9:00。

针对集群模式的粪便和残饵收集, 其清洁系统见图 1, 在养殖网箱底部有一沉淀收集系统, 鱼类粪便及残饵通过网箱进入沉淀箱, 进而通过人工吸污方式, 将沉淀箱中的废料吸出至池塘边的沉淀池, 用作肥料。

1.2 试验设计 1.2.1 采样站位及样品采集

试验池塘分布和设置如图 2所示, 以草鱼池塘为研究对象, 集群模式两个池塘分别于两个养殖网箱各设置一个断面采集混合样(2个), 网箱周围设置5个采样断面, 并区分表底层采集断面混合样(10个)。对照组传统模式采集时在池塘周围以及中间各设置一个采样断面采集混合样品(表底各1个)。

浮游生物采集包括定性、定量两部分, 其中浮游植物按采样点分别采集1L定量样品, 然后分别采集1L样品用作浮游植物以及小型和微型浮游动物定性使用, 现场用15mL鲁哥氏液固定；大中型浮游动物采集时, 用25#浮游生物网过滤采水25L用作定量样品, 然后用25#网滤水适量作定性样品, 用5%甲醛溶液固定。

1.2.2 采样时间

在将人工繁育鱼苗投放之后, 分别于7月中旬, 8月上下旬, 9月上下旬对试验池塘进行相关指标采集与测定。

1.2.3 指标与样品检测

试验相关指标分为现场测定与实验室工作两部分, 其中现场测定指标包括：透明度(萨氏盘), pH(便携式pH计), 温度(ET598温度计)；实验室测定指标包括：化学需氧量(COD_Mn, 酸性高锰酸钾法)^[6], 溶氧(DO, 现场固定, 实验室测定)^[6], 叶绿素a(Chl-a, 分光光度法)^[7], 总氮(TN)、总磷(TP)、亚硝酸盐(NO₂^--N)、氨氮(NH₄⁺-N)按照《水和废水监测分析方法》^[8]测定, 浮游动植物按照文献显微镜下定性定量^[9-18]。

1.3 数据分析

所有实验数据均通过软件Excel 2007、SPSS 13.0、Canoco 4.5分析处理, 数据差异性通过t检验比较。

1.3.1 Shannon-Wiener多样性指数、Pielou均匀度指数

本文通过Shannon-Wiener多样性指数(H′)^[19]反映集群式养殖模式的生物多样性, 通过计算Pielou均匀度指数(J)^[20]来反映浮游生物分布均匀程度：

式中, P_i为为第i种的个体密度在总个体密度中的比例, S为总种数。

1.3.2 优势种

浮游生物的优势种根据每个种的优势度(Y)来确定：

式中, n_i为第i种的个体数, N为所有种类总个体数, f_i为出现频率。Y≥0.02时为优势种^[21]。

1.3.3 投资回报率

投资回报率计算公式：

2 结果与分析 2.1 池塘水质理化指标

试验池塘水质理化指标总结于表 1和图 3。由表 1可见, 山西永济在7—9月处于高温期, 平均水温在25—26℃之间；pH实验组均值8.46, 对照组为8.28；盐度分别为2.4和2.5；透明度分别为0.32, 0.27m。集群模式化学需氧量均值为7.82 mg/L, 传统模式13.09 mg/L；溶解氧在两种模式下分别为8.01 mg/L和6.12 mg/L。经过统计分析, 传统模式的化学耗氧量显著高于集群模式(P < 0.05), 溶氧相对偏低但差异不显著。

由图 2可见, 实验组的总氮总磷水平显著低于对照池塘(图 3)；实验组亚硝酸盐含量比对照组高, 氨氮含量整体差异不大；集群模式叶绿素a含量显著低于传统模式；实验组网箱内外比较, 总体差异不大, 但网箱内亚硝酸盐含量相对高于网箱外(图 3)。

2.2 浮游生物 2.2.1 种类组成与优势种

试验期间共检出浮游植物6门169种, 其中集群模式6门153种, 传统模式5门74种。集群模式养殖中, 密集养殖区6门111种, 其中绿藻门68种, 硅藻门, 裸藻门分别13种, 蓝藻门10种, 隐藻和甲藻分别为5种, 2种。清洁区6门144种, 各门类分别为90, 18, 17, 11, 6种和2种。优势类群为绿藻门、硅藻门和蓝藻门(图 4)。优势有绿藻门的衣藻(Chlamydomonas sp.)、普通小球藻(Chlorella vulgaris)、四足十字藻(Crucigenia tetrapedia)、旋转单针藻(Monoraphidium contortum)光滑栅藻(Scenedesmus ecornis), 硅藻门的梅尼小环藻(Cyclotella meneghiniana)、线形菱形藻(Nitzschia linearis)以及蓝藻门的微小色球藻(Chroococcus minutus)、细小平裂藻(Merismopedia minima)席藻属(Phormidium sp.)。各组网箱内外优势种较一致, 但组间差别较明显。

调查期间共检出浮游动物4大类183种, 其中集群养殖模式4类172种, 传统养殖池塘2大类45种。分区集群式养殖中, 密集养殖区4类158种, 其中原生动物56种, 轮虫90种, 枝角类7种, 桡足类5种。清洁区4类117种, 各类分别为35, 76, 3, 3种。在优势种种类组成中, 轮虫类占比最优, 原生动物次之, 枝角类和桡足类较少(图 5)。优势种有球形砂壳虫(Difflugia globulosa)、旋回侠盗虫(Strombilidium viride)、淡水筒壳虫(Tintinbidium fluviatile)、钩钟虫(Vorticella convallaria)、角突臂尾轮虫(Brachionus angularis)、萼花臂尾轮虫(Brachionus calyciflorus)、壶状臂尾轮虫(Brachionus urceus)、罗氏异尾轮虫(Trichocerca rousseleti)、针簇多肢轮虫(Polyarthra trigla)、长足轮虫(Rotaria neptunia)、远东裸腹溞(Moina weismanni)、无节幼体(Nauplius larva)。

2.2.2 密度和生物量

试验池塘浮游生物密度和生物量总结于表 2和图 6、图 7。由表 2可见, 实验组浮游植物密度与生物量均值低于对照组(P < 0.05), 对照组的密度以及生物量变化波动幅度较大；实验组浮游动物的密度与生物量高于对照组(P < 0.05)；总体来说, 9月底收鱼期各个池塘的密度与生物量均较7月中旬养殖初期有所降低。

实验组池塘浮游植物密度优势类群为绿藻, 而对照池则为蓝藻, 生物量优势类群均为硅藻(图 6)。浮游动物密度和生物量优势类群均为轮虫, 而实验组类群多样, 有原生动物、轮虫、枝角类和桡足类, 而对照组仅有原生动物和轮虫(图 7)。

2.2.3 多样性指数

从图 7可见, 实验期间, 浮游植物实验1、2两组多样性指数均大于2(H′>2), 且最大值达到2.8左右, 均匀度指数均大于0.6(J′>0.6), 最大值为0.8左右, 对照组仅在7月16日数值较低, 其他时间基本也处于较高水平。说明各组水体浮游植物群落结构完整且稳定。浮游动物实验1、2两组多样性指数均大于1(H′>1), 且最大值达到2.5左右, 均匀度指数除7月实验2组外均大于0.5(J′>0.6), 最大值为0.899, 对照组仅在7月16日数值较低, 其他时间基本也处于较高水平。说明各组水体浮游动物群落结构比较完整。

2.2.4 浮游生物群落结构与水体理化因子关系的典型相关分析(CCA)

浮游生物群落结构与水体理化因子关系的典型相关分析结果总结于图 8。从图 8可见, ,在一定程度上, 浮游动物密度和多样性指数、浮游植物多样性指数和均匀度指数与NH₄-N、TN、S(盐度)表现出显著正相关(P < 0.05), 与NO₂-N呈负相关(P < 0.05)；浮游生物生物量与pH, COD、SD关系密切(P < 0.05)；浮游植物密度受溶氧、温度的影响较大(P < 0.05)。

2.3 不同养殖模式的产量比较

收获日期为2015年10月15日, 通过100 d养殖, 两种养殖模式下的收获结果总结于表 3。由表 3可见, 集群养殖模式高密度养殖下, 平均体重相对较小, 但饲料转化效率增大, 鱼类成活率提高, 产量以及投资回报率都有提升。

3 结论与讨论 3.1 集群养殖模式对浮游生物群落结构及水环境的影响

研究表明, 生态系统中环境因子的改变直接影响浮游生物的群落结构^[22-23]。N、P是浮游植物组成的基本元素^[24-26], 浮游植物种类不同, 元素含量不同^[27], 养殖水体中的N、P元素含量能够影响浮游植物的群落结构组成^[28]。池塘分区集群式清洁养殖模式是为了使池塘在人工吸污异地处理后, 达到一个较强的自净化的目的, 使得鱼类粪便以及残饵不能长时间积累, 从而改善养殖水环境, 提高养殖水域生境使其更加安全^[4]。本试验表明, 分区集群式清洁养殖模式一定程度上降低了TP、TN、NO₂-N、NH₄-N、COD, 改善了养殖水域环境。以往的研究^[29-32]表明浮游动物物种组成及其丰度与水体的营养状态是密切相关的, 水体中的氮、磷是影响浮游动物丰度的重要因素。本试验表明集群养殖模式池塘与传统养殖模式相比较, 浮游植物物种数明显增多, 密度和生物量大大降低, 多样性指数增大；浮游动物种数也增多, 密度和生物量均明显增大。虽然浮游植物密度和生物量相对降低, 但是结构更加完整稳定, 虽然蓝藻比例仍有优势, 但相比较传统养殖池塘有一定降低, 说明水质得到了适当改善。按照多样性指数与水体污染程度关系^[24], 多样性指数越高, 说明水体状况越好。通过对比, 实验塘浮游植物、浮游动物的多样性指数、均匀度指数均高于传统养殖池塘, 表明实验塘的水体状态高于传统养殖池塘。

3.2 两种养殖模式的产出对比

杨建雷^[33], 李瑞娇^[34], 张念^[35]对主养草鱼的传统养殖池塘浮游生物群落结构做了细致研究, 对比此次研究成果, 通过对两种养殖模式下池塘收获的统计分析结果, 可以看出池塘分区集群式新型养殖模式下, 鱼种的成活率增大, 饲料利用效率升高, 这就使得养殖成本降低, 同时平均产量相对传统模式显著增高, 投资回报率大, 利润增多。说明该模式对水产养殖业的发展和效益有显著帮助。

通过上述实验研究结果表明, 池塘分区集群式清洁养殖这种新型养殖模式在一定程度上降低了养殖水环境的总氮、总磷以及化学需氧量, 降低了蓝藻比例, 生物多样性指数升高, 使得浮游生物结构更加多样稳定, 降低了残饵粪便的累积, 有效的改善了水体环境, 为养殖鱼类提供了较好的生存环境, 提高了平均产量, 可适宜推广。