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生态与农村环境学报2010 26 4 339 343 Journal of Ecology and Rural Environment 美国生态水产养殖模式与常规混养模式的环境效应比较 梁斌1 张建2 周恩华2 张永江3 陈焕根3 朱益玲1 Sylvana Li4 缪旭波5 1 环境保护部南京环境 科学研究所 江苏 南京210042 2 美国大豆出口协会 上海200336 3 江苏省水产技术推广站 江苏 南京210026 4 美国农业部海外农业服务局 美国 华盛顿20250 5 环境保护部华东环境督查中心 江苏 南京 210042 摘要 在江苏省扬中市开展池塘养殖试验 以草鱼为主养鱼种 比较研究美国 80 20 生态水产养殖模式 养殖占 80 渔获量的单种主养鱼和 20 的滤食性鱼类 与传统混养 2 种模式对池塘水质和底质的影响 试验结果表明 生态养殖池塘鱼类产量和经济效益显著优于传统混养 生态养殖池塘 COD TP TN NH3 N 和 NO 2 N 等重要水质 指标全年平均质量浓度分别为 21 0 12 2 06 0 340 0 021 mg L 1 明显优于传统混养模式的 25 0 15 2 56 0 706 0 113 mg L 1 BOD 5 PO4 3 P NO 3 N 和叶绿素 a 含量则无显著差异 生态养殖池塘底泥厚度比传统混 养池塘减少了 12 5 底泥中有机质含量较传统混养池塘高 11 2 TP 和 TN 含量分别降低 13 5 和 5 1 80 20 生态养殖模式较传统混养体现出明显的优势 关键词 生态水产养殖 环境影响 池塘 水质 底质 中图分类号 X 651 X82文献标识码 A文章编号 1673 4831 2010 04 0339 05 Comparison Between American Ecological Aquaculture and Traditional Polyculture in Environmental Impact LI ANG Bin1 ZHANG Jian2 ZHOU En hua2 ZHANG Yong jiang3 CHEN Huan gen3 ZHU Yi ling1 Sylvana LI4 MIAO Xu bo5 1 Nanjing Institute of Environmental Sciences Ministry of Environmental Protection Nanjing 210042 China 2 American Soybean Association Shanghai 200336 China 3 Jiangsu Provincial Fishery Technology Extension Station Nanjing 210026 China 4 Foreign Agricultural Service United States Department of Agriculture Washington DC 20250 USA 5 East China Environmental Supervision Centre Ministry of Environmental Protection Nanjing 210042 China Abstract An aquaculture experiment was carried out in Yangzhong Jiangsu Province with grass carp as the principal fish to compare ecological aquaculture with traditional polyculture in impact on water quality and sediments It was found that the former was obviously superior to the latter in yield and economic profit The annual mean values of some of the wa ter quality indexes such as COD TP TN NH3 N and NO2 N were measured to be 21 0 12 2 06 0 340 and 0 021 mg L 1 for the ponds of US 80 20 ecological aquaculture and 25 0 15 2 56 0 706 and 0 113 mg L 1 for the ponds of traditional polyculture Obviously the former was better than the latter respectively No significant differences were found in contents of BOD5 PO43 P NO3 N and chlorophyll a The bottom sediment was 12 5 thinner in the ponds of the US 80 20 ecological polyculture than in the ponds of the traditional polyculture 11 2 higher in organic matter content but 13 5 and 5 1 lower in TP and TN The mechanism of generation of the pollutants has been analyzed Key words ecological aquaculture environmental impact pond water quality sediment 基金项目 科技部国际合作项目 2006DFA91560 国家水体污染控 制与治理科技重大专项 2008ZX07103 005 4 收稿日期 2009 11 13 水产养殖业在我国发展较快 自 2004 年起 我 国水产养殖总产量已达世界总产量的 70 以上 1 已经成为重要的农业污染源 2 3 其主要来源包括 未被水生动物利用的残余饲料 水生生物的代谢产 物 药物 化学添加剂以及底质释放等 水产养殖对 水环境的主要污染因子包括化学需氧量 COD 生 化需氧量 BOD 总氮 TN 总磷 TP 氨氮 NH3 N 等 4 为追求高产量 发展高密度的水产养殖模 式 加大投饲强度 从而造成水体营养物的投入过 高 是养殖水体污染负荷加重的主要原因 过量使 用抗生素 益生素和微生态制剂也会对水环境产生 深刻影响 5 另外 水产养殖还会产生营养物质富 集的底质 采用生态养殖技术 使用环保型饲料 提高饲料 系数 降低营养物的投入 是控制水产养殖对环境影 响的重要措施 笔者选择位于江苏省扬中市长江江 滩的 6 口池塘进行 1 个养殖年度的对比试验 研究 340 生态与农村环境学报第 26 卷 生态水产养殖与常规水产养殖模式对水环境的影 响 以探讨通过改进养殖技术来降低水产养殖对环 境影响的有效途径 1材料与方法 1 1试验设计 试验设 6 口养殖池塘 每口池塘长约 160 m 宽 约 50 m 面积约 0 8 hm2 养殖池塘以一条连接长 江的河沟为水源地取水口 以取水口水质作为对照 试验时间为 2008 年 4 11 月 试验开始前对池塘进行清淤整理 6 口池塘均 以草鱼为主养鱼种 同时套养鲢鱼等鱼种 草鱼鱼 种为来自江苏邗江长江系四大家鱼原种场的长江原 种 F1 代鱼苗 1 3 号塘利用美国 80 20 生态养殖技术 6 即 养殖占捕捞时渔获量约 80 的单种主养鱼的同时 养殖约 20 的滤食性鱼类 该鱼类主要摄食浮游植 物 而这些植物主要依靠主养鱼的排泄物肥水生长 投放饲料为根据美国大豆协会国际项目配方生产的 32 3 豆粕型草鱼饲料 于 2008 年 4 月初放养混合 鱼种 放养量为 1 hm2池塘放养 70 g 草鱼种 5 250 尾 100 g 鲢鱼种 1 500 尾 全年饲料使用量为 6 510 kg hm 2 4 6 号塘采用当地常规混养模式 1 hm2池塘 放养 70 g 草鱼种 2 250 尾 750 g 草鱼种 1 500 尾 100 克鲫鱼种 1 500 尾 100 克鲢鱼种 1 500 尾 1 000克鳙鱼种 300 尾 1 hm2池塘全年使用当地沉 性饲料 8 790 kg 苦荬菜 5 625 kg 苏丹草 1 125 kg 养殖人员根据青虾 浮游动物等指示生物的活 动情况确定开增氧机的时间 4 11 月 1 3 号塘 每口塘共计开增氧机 29 h 4 6 号塘每口塘共计开 增氧机 196 h 养殖池塘依靠降雨补给水源 由于当地降水主 要集中在夏季 池塘夏季水位较高 约 1 8 m 春 秋 季水位较低 约 1 5 m 试验期间主导风向为东风 平均风速 2 0 m s 1 月平均地面温度 11 3 32 5 降水量 8 266 mm 日照时数 1 423 h 1 2样品采集与分析 春 秋季 5 月 9 11 月 每月采集 1 次水样 4 月和夏季 6 8 月 每月采集 2 次水样 采样时间 为上午 9 00 11 00 使用聚乙烯瓶在水面下 50 cm 深处采样 每口池塘采集 3 个点的混合样 每次 采样时采集与长江连接的取水口的水样作为对照 水样保存和测定方法见文献 7 水体中溶解氧 DO 含量采用上海雷磁仪器厂生产的 JPBJ 608 溶解氧测定仪现场测定 其他水质指标在实验室测 定 生态养殖和常规养殖池塘水质指标值分别取 1 3 号塘和 4 6 号塘的平均值 4 月第 1 次及 11 月最后 1 次采集水样时分别 采集各池塘的底质 使用自制采样器在底质表面 0 5 cm 采样 每口池塘采集 5 个点的混合样 测 定有机质 TP TN 含量 测定方法参照文献 8 10 11 月最后 1 次采集水样时测定鱼类的生长状 况 每口塘称量 10 组草鱼体质量 每组 10 12 条 1 3统计分析 不同养殖模式池塘及对照水质变化的差异分析 采用单因素双变量方差分析 2 个变量为采样时间 和养殖模式 不同养殖模式草鱼生长状况的差异分 析采用单变量方差分析法 变量为养殖模式 生态 养殖和常规混养的差异比较采用 Tamhane s T2 检 验 显著性差异水平为 0 05 采用 SPSS 16 0 软件 进行数据统计分析 2结果与讨论 2 1鱼类生长性能 至 11 月底 生态养殖池塘草鱼平均体质量为 1 250 g 常规混养池塘为 1 020 g 且 2 者差异显著 P 0 05 说明生态养殖的鱼类生长状况明显优 于常规混养 生态养殖池塘草鱼产量为5 880 kg hm 2 鲢鱼 产量为1 358 kg hm 2 总产量为 7 238 kg hm 2 常规混养池塘草鱼产量为 3 582 kg hm 2 鲫鱼 鲢 鱼和鳙鱼产量共计 3 449 kg hm 2 总产量为 7 031 kg hm 2 生态养殖的鱼类产量高于常规混养 生态养殖和常规混养的饲料系数 鱼类增加 1 单位质量所消耗的饲料量 分别为 1 18 和 3 35 这是因为生态养殖池塘使用的浮性饲料可以更充分 地被鱼类摄取 饲料系数明显低于常规混养 在饲料 投入量较少的条件下 可以取得更高的产量 2 2经济效益 生态养殖模式体现出较好的经济效益 其净收 益为 20 415 元 hm 2 投资回报率为 58 7 常规 混养池塘的净收益为 8 220 元 hm 2 投资回报率 为 26 2 2 3水质 2 3 1COD 与 BOD5浓度 试验期间对照 生态养殖池塘和常规混养池塘 COD 和5 日生化需氧量 BOD5 变化见图1 由图1 可见 对照 COD 浓度较为稳定 生态养殖池塘和常 规混养池塘的 COD 浓度表现为夏季较低 春 秋季 第 4 期梁斌等 美国生态水产养殖模式与常规混养模式的环境效应比较 341 较高 且在养殖后期有较为明显的增加趋势 对照 生态养殖和常规混养池塘的 COD 平均质量浓度分 别为 11 21 25 mg L 1 方差分析表明 生态养殖 和常规混养池塘 COD 平均质量浓度较对照均显著 升高 且生态养殖池塘显著低于常规混养池塘 图 1COD 和 BOD5质量浓度 随时间的变化 Fig 1Variation of COD and BOD5in the ponds 由图 1 可见 随着养殖时间的增加 生态养殖和 常规混养池塘 BOD5浓度表现出逐渐升高的趋势 对 照则较为稳定 对照 生态养殖和常规混养池塘全 年的 BOD5平均质量浓度分别为 1 9 4 7 5 8 mg L 1 方差分析表明 生态养殖和常规混养池塘 BOD5较对照均显著升高 但生态养殖与常规混养池 塘间差异不显著 生态养殖池塘 BOD 浓度与常规混养池塘无显 著差异 但 COD 浓度差异显著 表明 2 类池塘的水 体中可被微生物分解的有机物含量基本相同 但常 规混养池塘中不能被微生物分解的有机物含量较 高 这说明常规混养投入的饲料中 含有较多无法 被微生物分解的组分 有机污染物产生量较大 2 3 2TP 和 PO43 P 浓度 试验期间对照 生态养殖和常规混养池塘 TP 和活性磷酸盐 PO43 P 质量浓度变化见图 2 由 图 2 可见 TP 和 PO43 P 质量浓度表现为春 秋季 高 夏季低 对照 生态养殖和常规混养池塘的 TP 平均质量浓度分别为 0 06 0 12 0 15 mg L 1 PO43 P 平均质量浓度均为 0 02 mg L 1 方差分 析表明 生态养殖和常规混养池塘与对照 TP 差异 显著 且生态养殖池塘显著低于常规混养池塘 3 者 PO43 P 浓度差异不显著 图 2TP 和 PO43 P 平均质量浓度 随时间的变化 Fig 2Variation of total phosphorus and PO43 P in the ponds 养殖池塘水体中 TP 和 PO43 P 的主要来源包 括饲料 生物有机残体的分解矿化以及水生生物的 分泌与排泄 由于生态养殖池塘饲料系数低 营养 物投入较少 因而 TP 浓度较低 养殖池塘和对照 的 PO4 3 P 浓度没有显著差异 表明在当前养殖条 件下 养殖池塘中产生的 PO43 P 可以被水生植物 有效地吸收利用 养殖活动不会造成 PO43 P 浓度 的显著升高 2 3 3TN 和无机氮浓度 试验期间 TN 和无机氮 NH3 N 亚硝酸盐氮 342 生态与农村环境学报第 26 卷 NO 2 N 和硝酸盐氮 NO 3 N 质量浓度的季节变 化见图 3 由图 3 可见 TN 质量浓度随养殖时间延 长呈波动趋势 对照 生态养殖和常规混养池塘的 TN 平均质量浓度分别为 1 78 2 06 2 56 mg L 1 方差分析表明 常规混养池塘显著高于生态 养殖池塘及对照 生态养殖池塘与对照则没有显著 差异 随着养殖时间延长 养殖池塘 NH3 N 质量浓度 总体上呈增加趋势 对照 生态养殖和常规混养池 塘 NH3 N 平均质量浓度分别为 0 220 0 340 0 706 mg L 1 与 TN 类似 常规混养池塘显著高于生态 养殖池塘及对照 生态养殖池塘与对照则没有显著 差异 NO 3 N 质量浓度随季节的变化波动明显 对 照 生态养殖和常规混养池塘的 NO 3 N 平均质量浓 度分别为 0 96 0 11 0 14 mg L 1 生态养殖和常 规混养池塘均与对照差异显著 常规混养池塘 NO 2 N 质量浓度在夏季呈现较 明显的波动 对照和生态养殖池塘则变化不大 对 照 生态养殖和常规混养池塘全年的 NO 2 N 平均质 量浓度分别为 0 031 0 021 0 113 mg L 1 常规 混养池塘显著高于生态养殖池塘与对照 NH3 N 和 NO 2 N 均是水产养殖中重要的水质 控制指标 浓度过高则会对水生生物产生较大的毒 害作用 11 NH3 N 浓度过高会对鱼体内酶的催化 作用和细胞膜的稳定性产生严重影响 并破坏排泄 系统和渗透平衡 NO 2 N 浓度过高会影响鱼体内 氧的运输 重要化合物的氧化 并损坏器官 养殖池 塘中的 NH3 N 主要来源于饲料中蛋白质的分解和 水生动物的排泄 NH3 N 通过亚硝化作用可转化为 NO 2 N 再进一步通过硝化作用转化为 NO 3 N 当 养殖水体有机物含量过高 含氧量较低时 硝化作用 受阻 NH3 N 和 NO 2 N 浓度上升 对照的无机氮以 NO 3 N 为主 养殖池塘则以 NH3 N 为主 这与周劲风等 12 和高攀等 13 的研究 结论一致 生态养殖池塘的 NH3 N 和 NO 2 N 浓度 均显著低于常规混养池塘 这是由于生态养殖池塘 水体中饲料投放量低 且利用效率较高 导致水体有 机物含量较低 DO 质量浓度高 比常规混养池塘高 0 5 3 0 mg L 1 有利于硝化作用的进行 图 3TN NH3 N NO 3 N 和 NO 2 N 平均质量浓度 随时间的变化 Fig 3Variation of total nitrogen NH3 N NO 3 N and NO 2 N in the ponds 2 3 4叶绿素 a 浓度 试验期间对照 生态养殖和常规混养池塘叶绿 素 a 质量浓度变化见图 4 由图 4 可见 养殖池塘 叶绿素 a 浓度春 秋季较高 夏季较低 与 PO43 P 变化趋势基本一致 说明试验池塘浮游植物生长的 限制性因子为 PO43 P 对照 生态养殖和常规混 养池塘的叶绿素 a 平均质量浓度分别为 0 040 0 092 0 095 mg L 1 养殖池塘显著高于对照 但 生态养殖与常规混养池塘间差异不显著 第 4 期梁斌等 美国生态水产养殖模式与常规混养模式的环境效应比较 343 图 4叶绿素 a 平均质量浓度 随时间的变化 Fig 4Variation of chlorophyll a in the ponds 2 4池塘底质 养殖池塘底质厚度及营养成分含量见表 1 表 1养殖池塘底质厚度及营养成分含量 Table 1Thickness of sediments and their nutrient contents of the aquaculture ponds 养殖池塘 厚度 cm 营养成分含量 g kg 1 有机质TPTN 生态养殖2822 91 540 280 常规混养3220 61 780 295 由表 1 可见 由于生态养殖池塘使用浮性饲料 饲料利用效率高 池塘沉积物相对较少 底泥厚度比 常规混养池塘减少了 12 5 底泥中有机质含量较 常规混养池塘提高 11 2 TP 和 TN 含量则分别降 低 13 5 和 5 1 可见生态养殖池塘底泥中营养 物质明显低于常规混养池塘 3结论 由于 80 20 生态养殖模式饲料利用效率高 对 养殖水体的营养物输入量低 对水质和底质的影响 均较常规混养表现出明显的优势 生态养殖池塘 COD TP TN NH3 N 和 NO 2 N 等重要水质指标平 均质量浓度分别为 21 0 12 2 06 0 340 0 021 mg L 1 显著优于常规混养模式的 25 0 15 2