鱼菜共生.doc

Vvv要本试验以鱼菜共生和生物絮团水质调控技术为理论基础，池塘设置不同覆盖率(5%和10%)的水蕹菜浮床，通过定时监测水质和浮游生物变化，探讨了水蕹菜浮床对水质和浮游生物的影响；向池塘添加理论添加量100%、75%和50%的碳源(糖蜜)，通过定时监测水质和浮游生物变化，探讨了碳源(糖蜜)添加对水质和浮游生物的影响以及确定了碳源(糖蜜)的适宜添加量，旨在为鱼菜共生和生物絮团水质调控技术在西北地区盐碱池塘的推广应用提供一定的技术参考和理论依据。主要结果如下：(1) 在池塘置入水蕹菜浮床后，水体透明度明显提高，DO水平保持在3 mg/L以上，但对水温、pH和电导率的影响较小；浮床水蕹菜对水体NH4+-N、NO3-N、NO2-N、TN、TP以及COD的最大去除率分别为58.2%、34.8%、53.8%、9.46%、39.3%和31.3%，整个试验期间设置浮床的试验池塘水体NH4+-N、NO3-N、NO2-N、TN、TP和COD含量平均值均显著低于对照塘(P0.05)。试验塘浮游植物密度、生物量和浮游动物密度均显著低于对照塘(P0.05)，但浮游动物生物量显著高于对照塘(P0.05)；试验塘浮游植物Shannon-Weaver多样性指数H和Pielou均匀度指数J均显著高于对照塘塘(P0.05)，浮床覆盖率为10%的试验塘浮游动物Shannon-Weaver多样性指数H和Pielou均匀度指数J显著高于对照塘(P0.05)。 不同覆盖率的水蕹菜浮床均可有效改善水质，但10%覆盖率的浮床对水质的改善效果较5%覆盖率的浮床好。(2) 添加不同量的糖蜜均可提高水体透明度、降低COD，但对TP含量无显著影响。糖蜜添加量100%、75%和50%的3口试验塘水体NH4+-N、NO3-N和NO2-N含量较对照塘分别降低58.20%、77.48%、39.81%和25.71%、31.42%、21.92%以及52.94%、76.19%、47.82%，差异显著。糖蜜添加对池塘蓝藻影响较明显，试验塘蓝藻密度和生物量分别为(812.51263.0)104 ind./L和25.3454.31 mg/L，对照塘蓝藻密度和生物量分别为(1079.21216.5) 104 ind./L和34.0158.54 mg/L，差异显著(P0.05)。糖蜜添加量100%和75%的池塘浮游动物Shannon-Weaver多样性指数分别下降15.18%和16.83%，显著低于对照塘32.56%的下降速度(P0.05)。综合认为，池塘中添加理论量100%和75%的糖蜜均可降低有害物质浓度、限制蓝藻的大量增殖、提高浮游生物多样性或减缓其下降速度，达到活化水体、改善水质的效果，认为添加理论量75%的糖蜜更经济实用。关键词：盐碱池塘；水蕹菜浮床；生物絮团；糖蜜；水质；浮游生物SummaryTo study the effects of Ipomoea aquatica floating-bed and adding carbon resource (molasses) on water quality and plankton of the saline-alkaline ponds in the northwest China in fish-vegetable and bio-floc technology. We have conducted different coverage rate of Ipomoea aquatica floating-bed (5% and 10%) on two treatment fish ponds, and added the molasses 100%, 75% and 50% of the theoretical added amount to three treatment fish ponds from May to September, aimed at providing some technical reference and basic information of this two technologies applicated in saline-alkaline ponds in the northwest of China. The main results are summarized as follows:(1) With the Ipomoea aquatica floating-bed building in ponds, the transparency of the water was inproved obviously, made dissolved oxygen stayed at above 3 mg/L, but have less impact on temperature, pH value and electrical conductivity in ponds. The highest removal rate of NH4+-N, NO3-N, NO2-N, TN, TP and COD in treatment ponds was 58.2%, 34.8%, 53.8%, 9.46%, 39.3% and 31.3%, respectively. The average concentration of NH4+-N, NO3-N, NO2-N, TN, TP and COD in treatment ponds were both significantly (P0.05) lower than the control pond. The density and biomass of phytoplankton, the density of zooplankton in treatment ponds were both significantly (P0.05) lower than the control pond, but the biomass of of zooplankton was significantly (P0.05) higher than the control pond. The Shannon-Weaver diversity and Pielou evenness index of phytoplankton were both significantly (P0.05) higher than the control pond. The Shannon-Weaver diversity and Pielou evenness index of zooplankton in treatment 10% pond was significantly (P0.05) higher than the control pond.Different coverage rate of Ipomoea aquatica floating-bed can effectively improved the water quality, but the treatment 10% was better than the treatment 5%.(2) Adding different amount of molasses to ponds could improve the transparency of the water, reduce the value of COD, but had no significantly impact on the concentration of TP of the water. The concentration of NH4+-N, NO3-N, NO2-N of three treatment ponds decreased respectively by 58.20%、77.48%、39.81% and 25.71%、31.42%、21.92% and 52.94%、76.19%、47.82%, which was significantly different.The density of cyanobacteria in treatment ponds ranged from 812.5104 to 1263.0104 ind./L and the biomass ranged from 25.34 to 54.31 mg/L, correspondingly, the density of cyanobacteria in control pond ranged from 1079.2104 to 1216.5104 ind./L and the biomass ranged from 34.01 to 58.54 mg/L, which was significantly (P0.05) different. The Shannon-Weaver diversity of zooplankton of treatment 100% and 75% decreased by 15.18% and 16.83%, and it was significantly (P0.05) lower than the control pond which decreased by 32.56%. Adding with 100% and 75% of the theoretical amount of the molasses to pond, the concentration of some harmful substances decreased，cyanobacteria reproduction controlled, the biodiversity of plankton increased, the water quality could be improved effectively, the treatment adding molasses with 75% of the theoretical added amount is more economical and practical. Key words：saline-alkaline ponds; Ipomoea aquatica floating-bed; biological floc; molasses; water quality; plankton目录摘 要ISummaryIII目录V缩略语表VII第一章 文献综述11 我国池塘养殖现状和存在的问题11.1池塘养殖发展现状11.2 池塘养殖面临的问题12 养殖水体的修复研究22.1物理和化学修复方法22.2 生物修复方法32.2.1 异位修复方法32.2.2 原位修复方法42.3鱼菜共生模式的研究与应用52.3.1 水生蔬菜浮床的净化机理52.3.2 水生蔬菜浮床的分类62.3.3 水生蔬菜浮床的研究与应用状况72.4 生物絮团技术的研究与应用82.4.1生物絮团技术的定义及原理82.4.2 生物絮团形成的影响因素92.4.3 生物絮团技术在水产养殖中的应用103 盐碱池塘水环境修复研究114 研究的意义与目的115 研究的主要内容12第二章 水蕹菜浮床对西北盐碱池塘水质和浮游生物的影响131 材料与方法131.1 池塘条件131.2 鱼类放养情况131.3 饲养管理141.4 水蕹菜苗种培育141.5 水蕹菜浮床的构建与设置141.6 水样采集与指标测定141.6.1 水质分析水样采集及测定141.6.2 浮游生物水样采集及测定151.7 数据统计与分析152 结果与分析162.1 池塘水体理化指标的变化162.1.1水温、DO、pH值、电导率及透明度的变化162.1.2 水蕹菜浮床对氮的影响162.1.3 水蕹菜浮床对TP的影响182.1.4 水蕹菜浮床对COD的影响192.2 池塘浮游生物的变化192.2.1 浮游生物种类组成192.2.2 浮游生物密度与生物量变化232.2.3 浮游生物多样性的变化253 讨论263.1 水蕹菜浮床对水质的调控263.1.1 对透明度和DO的影响263.1.2 对氮和磷的影响263.1.3 对COD的影响273.2 水蕹菜浮床对浮游生物的影响273.2.1 水蕹菜浮床对浮游植物的影响273.2.2 水蕹菜浮床对浮游动物的影响28第三章 基于生物絮团技术的糖蜜添加对西北盐碱 池塘水质和浮游生物的影响291 材料与方法291.1 试验地点和材料291.2 方法301.2.1 试验设计301.2.2饲养管理301.3 水样采集和分析301.3.1水质分析水样采集及测定301.3.2 浮游生物水样采集及分析301.3.3 浮游生物多样性指数311.4 数据统计与分析312 结果与分析312.1池塘水体理化性质的变化312.1.1 水温、透明度、DO及pH值的变化312.1.2 NH4+-N、NO3-N和NO2-N的变化322.1.3 TP和COD的变化332.2池塘浮游生物的变化342.2.1 浮游生物密度和生物量的变化342.2.2 浮游生物多样性的变化353 讨论363.1添加糖蜜对池塘水质的影响363.2添加糖蜜对浮游生物的影响37第四章 结论38参考文献39附录48致谢49作者简介50导师简介51原创性声明53缩略语表缩略语Abbreviation英文名称English name中文名称Chinese nameDODissolved Oxygen溶解氧NH4+-NAmmoniaum Nitrogen氨氮NO3-NNitrate Nitrogen硝酸盐氮NO2-NNitriate Nitrogen亚硝酸盐氮TNTotal Nitrogen总氮TPTotal Phosphorus总磷CODChemical Oxygen Demands化学需氧量VII第一章 文献综述1 我国池塘养殖现状和存在的问题1.1池塘养殖发展现状我国是传统的水产养殖大国，有着悠久的池塘养殖历史，春秋战国时期范蠡所著的养鱼经是世界上最早的养鱼著作。我国也是世界上唯一一个水产品养殖量高于捕捞量的国家，多年来养殖产量一直位居世界第一，水产养殖面积和产量呈逐年增长趋势，到2012年，全国水产品总产量达5907.68万吨，其中养殖产量4288.36万吨，占总产量的72.59%，淡水养殖鱼类产量位于前三位的是草鱼、鲢鱼和鲤鱼，产量分别为478.17万吨、368.78万吨和289.70万吨；水产养殖面积达808.85万公顷，其中淡水养殖面积590.75万公顷，池塘养殖面积占淡水养殖面积的43.45%，池塘养殖仍是最主要的养殖方式；水产养殖总产值达6459.36亿元，全国渔民人均纯收入11256元，水产养殖为我国经济增长和渔民增收作出了巨大贡献，同时也丰富了居民的菜篮子1。1.2 池塘养殖面临的问题随着水产养殖的蓬勃发展，高密度养殖已成为主要的养殖方式，单位面积鱼产量大大提高，并且多以水、电、饲料、肥料、药品等的高消耗、高投入来换取高产出为主，其自身污染严重，而且养殖废水的大量排放会对周边生态环境造成不利影响2。刘长发(2002)等3研究报道称在吃食性鱼类养殖池塘中，人工投喂的饵料有5%10%未被鱼类利用，即使被消化的部分也有25%30%以粪便的形式排入水体中。饲料中所含的氮、磷分别只有约20%27%和8%24%被鱼类同化，沉积的氮、磷分别达54%77%和72%89%4。Schneider(2005)等5称在投喂配合饲料的开放或半开放养殖池塘，饲料中的氮和磷被鱼体吸收利用的部分只占20%50%和15%65%。因此，大量的残饵和鱼类粪便形成的污染物随养殖水体直接排放到环境中，就会加剧周边河流、湖泊以及近海水体的富营养化，由此就可能会导致水华的发生、水质下降以及水生动物的死亡，水产养殖中使用的饲料添加剂和药物直接作用于环境，导致非目标物种的耐药性，并且威胁着人类健康，其他药物(驱虫剂和产卵激素)和化学物质(化肥杀藻剂、化学除草剂和氧化剂)的使用会扰乱种群结构、对其有毒性并会影响生物多样性6。水产养殖需要大量清洁水源，面对日益加剧的水环境恶化、水资源日益匮乏的问题，寻求一种可持续的、绿色的水产健康模式或研究开发养殖废水的净化系统，使水体实现循环再利用，降低养殖废水对环境的负面影响、改善养殖水环境，为人们提供健康放心的水产品显得尤为迫切，这也将是今后我国水产养殖健康可持续发展的唯一出路。2 养殖水体的修复研究2.1物理和化学修复方法通常情况下，养殖场(户)常采用换水和机械增氧的方法来保证养殖水体水质，定期或视水体实际情况交换一定量的水体以及机械增氧机的配合使用，保持水体充足的溶解氧、促进水体流动和交换、溢出有害气体。由于养殖水体中较多的残饵、鱼类粪便以及悬浮物等分解时会消耗大量氧气，因此除去这类物质是保持良好水质的关键，物理过滤是利用砂网、纱绢、筛网或充满滤料的滤床，将水体中的悬浮物质截留或吸附于滤料上而被去除的方法7-8。微孔曝气增氧改变了以往的点式增氧，变为全池增氧，可使上下层水体对流增加，减缓底层水体氧债9。何一进(2009)等10研究表明，采用微孔曝气增氧可以减缓溶解氧的下降速度、减缓有害物质氨氮和亚硝酸盐的增加速度，有利于水质的改善。泡沫分离是向水体中通入空气，微小气泡吸着水中的表面活性物质，这些物质随气泡一起上浮到水面形成泡沫后分离水面泡沫，达到去除水中溶解态和悬浮态污染物质的目的。泡沫分离技术不仅可以将蛋白质等有机物在未被矿化成氨化物和其他有毒物质前去除，避免了有毒物质在水体中积累，而且可向养殖水体提供所必需的溶解氧，有利于维护养殖水体良好的生态环境11。物理修复速度快但成本较高，由于机械设备等的使用会产生噪声、油污等二次污染，不适宜在今后生态健康养殖模式中继续使用。 化学修复方法是利用化学反应来控制水中主要营养盐浓度或控制有害藻类的生长繁殖。如使用石膏来降低水体浑浊度、用生石灰调节水体酸碱度，Lawrence A.L(1981)等12研究表明，使用EDTA-Na2可以清除南美白对虾养殖池中含量过高的重金属离子。此外，常用的含氯消毒剂如二氧化氯、漂白粉、二溴海因，利用其产生的次氯酸和次氯酸根离子与有害物质发生氧化还原反应而杀灭有害微生物。同样地，化学修复方法见效快，但也存在成本较高且容易造成水体二次污染，只能作为应急方法使用。2.2 生物修复方法2.2.1 异位修复方法异位修复也称为平面修复，是将养殖池塘水体通过一定方法引入特定的净化单元净化，将净化后的水体循环再利用、达到节水减排目的的方法。目前，异位修复方法以循环水养殖系统和利用人工湿地净化养殖水体为典型代表13。循环水池塘养殖系统基本包括两个单元，包括养殖池塘和净化单元，常见的净化单元有生态沟渠、表面流人工湿地、垂直流人工湿地、稻田、藕池以及生物过滤池。胡庚东(2011)等14研究了以生态沟渠为1级净化单元、加之2、3级净化塘组成的养殖废水净化再利用的循环水养殖模式，运行结果表明，该模式能有效去除养殖废水中的总氮、总磷、亚硝酸盐氮和氨氮，净化后水质达到养殖用水标准。张春雪(2013)等15在对池塘鱼藕轮作的研究中发现，莲藕对池塘底泥中的总氮和总磷有一定程度的吸收，底泥中微生物活性较高，有利于水体的良性循环。周元(2011)等16研究发现，营养物质浓度较高的养殖废水可用来浇灌稻田，水稻生长过程中需要一定量的氮、磷等营养元素，稻田对池塘养殖废水总磷和硝酸盐氮的最大去除率分别可达45.5%和37.4%，由此可节省常规施肥量20%的肥料，同时也达到了养殖用水再利用和零排放的目的。人工湿地属于自然净化系统，是一种节能、环保、成本低且无二次污染的净化系统。上世纪50年代Dr. Kathe Seidel发现芦苇可以净化受污水体，设计了由垂直流湿地和表面流湿地组成的净化系统17。自上世纪70年代北美地区研究了自然湿地对污水的净化机理之后，不同类型的湿地净水系统开始在北美广泛应用18-19。据统计，目前美国、欧洲、大洋洲部分国家有至少800余处人工湿地用于市政、农业和工业等废水的处理20-21。目前包括美国在内的几个国家正在开发人工湿地数据库，以此来降低低效能湿地的风险，关于竖流湿地等新技术的开发应用也正在世界各地进行22。国内关于人工湿地净化养殖废水的研究始于“七五”期间。王冬(2008)等23研究了人工湿地对污水中氨氮等的去除效果，发现其对污水中氨氮、总磷的去除率分别达87%和91%。成水平(2000)等24研究了人工湿地对水体中藻类的去除效果，经处理后水中藻类明显减少。李志杰(2011)25研究了人工湿地对微污染水体的净化效果，发现不同植物对水体中总氮、总磷和化学需氧量的去除效果有差异，人工湿地可在雨季处理受污染较严重的雨水。董金凯(2012)等26首次建立了人工湿地废水净化生态系统服务综合指数。人工湿地废水净化技术也存在诸多问题，比如(1)需要较大的占地面积，面对土地资源的日趋缺乏，加上该技术自身的特殊性，占地面积大的问题目前还没有有效的解决措施；(2)运行参数模糊；(3)需在建成一段时候后才能投入使用；(4)容易遭受病虫害侵袭等。2.2.2 原位修复方法 原位修复有别于异位修复技术，是指对受污染的介质(水体、土壤)不做转移和搬运，在现场条件下直接进行修复的技术。此项技术比较有代表性的是微生物修复技术、鱼菜共生模式以及生物絮团技术。利用微生物修复受污染水体或改良水质符合现代渔业的发展要求，常见的是用微生态制剂修复改善水体，如硝化细菌、芽孢杆菌、EM菌和光合细菌等，其作用机理有固氮、固碳、氧化、利用水体中的有害物质、促进有机物的循环等，从而达到降低水中氨氮含量、增加溶解氧含量、改良水质的目的27。Jeffrey Philip Obbard(2003) 等28在利用从海水养殖池塘富集的硝化细菌去除淡水中的氨的研究中发现，每天向试验水体中添加总氨氮含量为3.24.2 mg/L的氯化铵溶液，在硝化细菌的作用下水中总氨氮含量一直保持在0.25 mg/L以下，由此认为硝化细菌固定和浓缩化技术可在淡水中较好的应用。赵巧玲(2010)等29通过定期向精养池塘添加光合细菌，研究了池塘藻类群落结构的变化情况，结果发现光合细菌有效抑制了有害藻类的繁殖生长，提高了藻类多样性。孟睿(2009)等30研究了芽孢杆菌对养殖废水的净化效果，结果表明芽孢杆菌对化学需氧量和亚硝酸盐氮的去除率分别可达67.97%70.16%和99.28%99.51%。白小丽(2013)等31在饵料鱼养殖池塘投喂芽孢杆菌研究其对水质等的影响，结果发现芽孢杆菌可以提高水体透明度，对亚硝酸盐的降解率可达77.5%。以微生态制剂为代表的微生物修复养殖废水技术主要去除或降低的是水中氨态氮、硝态氮和化学需氧量的浓度，而对总磷、总氮等的去除效果不明显，在池塘养殖中的大面积应用还需进一步的探索和研究。2.3鱼菜共生模式的研究与应用鱼菜共生是指将高密度水产养殖与蔬菜无土栽培有机结合，利用水生植物在生长过程中需要吸收大量的氮、磷等元素的原理，从而降低养殖水体中的营养物质含量，在改善水质的同时又收获了蔬菜，从而形成良性循环的养殖种植系统32。张明华(2004)等33试验了由鱼池、水生蔬菜栽培盘和提水设备组成的鱼菜共生系统，鱼池面积与水生蔬菜种植面积接近1:1，结果发现水生蔬菜在营养生长顶峰期对水中氨氮的去除能力强，氨氮去除率可达86.7%，三个月试验期内净产商品鱼14.26 kg/m3、莴苣等水生蔬菜20 kg/m2。由文辉(2000)等34在养殖池塘种植水蕹菜和水芹菜浮床，1 m2种植水面每年可移除20.48 kg总氮、2.46 kg总磷，并可以收获50 kg水蕹菜和水芹菜，具有显著的经济和生态效益。鱼菜共生最常见的方法是在养殖池塘设置水生蔬菜浮床，即采用不同材料制作载体和基质，将水生蔬菜或改良的陆生蔬菜移栽至养殖池塘水面，利用植物对营养物质的吸收等作用将这些物质以植物收获的方式搬离水体，可以减少富营养水体的排放，在取得经济效益的同时还能取得一定的生态效应35。2.3.1 水生蔬菜浮床的净化机理水生蔬菜浮床对水质的净化机理可概括为以下几点：(1) 水生蔬菜的吸收作用：水生蔬菜在生长过程中需要吸收大量氮、磷等营养物质，根系为主要的吸收器官，而养殖水体中未被鱼类利用的这类物质可满足水生蔬菜生长所需，营养物质随着水生蔬菜的收获被移出水体。(2) 根系的吸附和过滤作用：水生植物往往具有强大的根系，形成密集过滤层，水体中不能被养殖生物利用的胶体物质就会被根系粘附而移除水体36。(3) 对藻类的抑制：水生植物与藻类在对营养和光能的利用上成竞争关系，藻类生长繁殖所需的营养物质收到一定程度的限制，影响藻类群落组成和优势种，附着在植物根系上的以藻类为食的小型动物也可以抑制藻类大量繁殖。李欲如(2005)等37用水芹菜等耐寒植物浮床净化养殖水体时发现浮床对藻类的抑制率可达88.4%92.3%。(4) 根系微生物的降解作用：水生植物发达的根系为微生物提供了栖息和附着场所，养殖水体中的有机物质主要由微生物分解，微生物的硝化和反硝化作用降解了水中的氮38。(5) 根系泌氧：由于水生植物的光合作用，其通气组织能够将氧气输送到根部。当输送的氧气超过根系所需量时，根系会将氧气扩散到周围环境，可以提高水中溶解氧的含量、促进污染物质的分解净化39。也有研究认为，在养殖池塘设置植物浮床会增加水中氧气的消耗，这是由于浮床覆盖水面，阻碍了空气向养殖水体的溶解，并阻挡部分光照而影响藻类光合作用，减少了水体中氧气的来源37。2.3.2 水生蔬菜浮床的分类根据蔬菜是否与水体直接接触可将水生蔬菜浮床分为干式和湿式两种，湿式浮床根据有无固定框架分为有框和无框浮床，常见的是有框浮床40。浮床的外观形状有正方形、三角形、长方形、圆形等多种，考虑到制作、搬运、操作时的方便性，一般边长为23 m，其最大的优点就是直接利用水体水面面积，不另外占地。水生蔬菜浮床一般由四个部分组成，即框架、植物浮床、水下固定装置以及水生蔬菜。框架可采用亲自然的材料如竹子、木条、芦苇帘、藤条等，或是合成材料如纤维强化塑料、不锈钢加发泡聚苯乙烯、特殊发泡聚苯乙烯加特殊合成树脂、盐化乙烯合成树脂等材料制作。有资料表明，由泡沫材质制成的浮床框架目前只适合种植根茎较大的水生花卉，不适宜种植根茎较小的水生蔬菜，一次性成本约65元/m2，可使用7年；竹筏材质和木质的浮床框架自重较大、易吸水、易腐烂，一次性成本约3040元/m2，使用寿命23年左右；聚氯乙烯材质浮床框架美观大方、使用寿命长，但造价高，一次性成本约200元/m2。植物生长的浮体一般是由高分子轻质材料制作而成，质轻耐用，如聚乙烯网片、泡沫板、聚氯乙烯管等。常见的浮床水生蔬菜有水蕹菜(Ipomoea aquatica Forsk)、水芹菜(Oenanthe javanica (Blume) DC)、慈菇(Sagittaria sagittifolia L.)、茭白(Zizania caduciflora Hand-Mazz.)、莼菜(Brasenia schreberi Gmel)等。目前研究较多的是水蕹菜(Ipomoea aquatica Forsk)，俗称：竹叶菜、通菜、空心菜等，原产于中国热带地区，广泛分布于东南亚，为旋花科番薯属的一年生草木植物，一次栽种可多次收割。水蕹菜既是受大众喜爱的常见蔬菜，也是畜禽和鱼类的优质青饲料，其须根系发达，可匍匐于泥上或浮于水面，对营养物质有很强的吸收能力，在自然条件下可自浮于水面上生长，生长期较长，一般58个月，喜湿耐热，养殖水质易富营养恶化的夏秋高温季节是其快速生长期，再生能力强，产量高，Edie(1969)等41研究表明水蕹菜在湿润的土地上或湿地系统中、在25温度条件下，产量可达90000 kg/hm2。SONG(2013)等42研究发现在养殖池塘种植10%覆盖面积的水蕹菜，一个养殖周期内可收获74161 kg/hm2的水蕹菜，1 hm2水面上种植的10%的水蕹菜可以从水中移除27.5 kg的总氮。2.3.3 水生蔬菜浮床的研究与应用状况国内外学者关于水生蔬菜浮床对养殖水体净化的研究主要集中于水生蔬菜的选择、合适的浮床覆盖面积以及对不同营养物质的去除效果上。Naylor S(2003)等43在富营养养殖池塘种植水蕹菜，发现水中氮和有机物的去除与水蕹菜的生物量相关，其生物量受温度影响较明显，水蕹菜在炎热的夏季生长缓慢，在春季和秋季生长旺盛，营养物质总氮、总磷和化学需氧量的去除率也相应较高。Li(2009)等44在面积36 m2的养殖池塘种植了6 m2的水蕹菜浮床，120天内对水中总氮和总磷的移除率分别达到30.6%和18.2%，试验塘水体总氮、总磷、化学需氧量和叶绿素a的含量显著低于对照塘，种植水蕹菜的池塘水体透明度也高于对照塘，但水蕹菜对总氨氮、硝酸盐氮和亚硝酸盐氮的含量无明显影响。赵巧玲(2010)45研究称池塘植入植物浮床后水体氨氮含量有所升高。而刘淑媛(1997)等46则认为水生植物对氨氮的去除率较高且去除效率快，周晓红(2008)47等认为水蕹菜对氨氮的亲和力大于对硝态氮的亲和力，趋向于优先吸收氨氮。李文祥(2011)等48在2000 m2的养殖池塘种植200 m2水蕹菜浮床研究池塘水质变化和鱼类生长，结果显示，种植水蕹菜池塘鱼产量显著高于对照塘，试验塘水体总氮和总磷去除率分别为30.02%和21.68%，溶解氧含量也保持较高水平。陈家长(2010)等49研究了水蕹菜浮床对集约化池塘水质的影响，结果表明，浮床覆盖率为10%和20%的处理组通过收获水蕹菜直接从1 hm2养殖池塘中移出总氮27.51 kg和52.35 kg，移出总磷2.83 kg和5.39 kg，浮床对水质的净化效果与覆盖率呈正相关关系，20%处理组对各营养因子的去除率最高，鱼类成活率明显提高，具有实用价值。胡绵好(2008)50选择了水蕹菜、水芹菜等6种水生经济植物，研究了在不同氮水平下植物对富营养化水体的净化能力，结果显示，试验处理20天时，水蕹菜、水芹菜对水体总氮的去除率分别为98.2%和95.6%，试验期间水中化学需氧量浓度呈先降低再升高再降低的趋势，综合考虑，认为水蕹菜对富营养化水体的净化效果最好。赵巧玲(2010)在池塘植入植物浮床研究了其对水质和藻相平衡的影响，结果发现试验塘藻类Shannon-Wiener和Pielou指数均明显高于对照塘，试验塘藻类丰度和生物量分别均低于对照塘，浮床覆盖率为15%的试验塘藻类丰度和生物量最低。赵爽(2013)51在草鱼主养池塘设置水蕹菜浮床，研究其对浮游动物群落结构的影响，发现浮床的设置促进了原生动物和轮虫种类数增加、提高了原生动物多样性和轮虫均匀度、起到了稳定水质的作用。众多研究表明，利用水生蔬菜浮床修复养殖水体有其自身优点，但也存在一定的问题：(1) 设置浮床后池塘日常的拉网出鱼、并塘等生产工作受一定影响。(2) 合理的浮床覆盖面积、鱼菜共生系统是今后生态养殖中亟待解决的问题。(3) 浮床制作的难易程度、造价、实际生产中的可操作性是否能被广大养殖场(户)接受。 (4) 浮床植物与养殖鱼类之间的相互作用尚不明确。2.4 生物絮团技术的研究与应用2.4.1生物絮团技术的定义及原理生物絮团技术(Bio-Floc Technology, BFT)由以色列养殖专家Avnimelech倡导提出，并于2005年在印度尼西亚试验成功的具有降低饲料系数、提高养殖动物成活率和减少养殖污水排放等特点的一项先进水产养殖技术，被认为是能够解决当前水产养殖业发展所面临的环境制约和饲料成本等问题的有效替代技术52。通过向养殖水体中添加有机碳源来调节水体碳氮比(C/N)，促进水体中异养细菌的繁殖，利用细菌同化无机氮，将水体中的氨氮等养殖代谢产物转化为菌体蛋白，通过细菌絮凝成可被养殖动物摄食的团状物质，从而达到改善水质、节约饲料、节水减排、提高养殖对象成活率和产量的目的53-54。目前关于菌体蛋白、细菌群落、有机碎屑和浮游动植物絮凝成生物团状物质的机理尚不明确，罗国芝(2010)等55研究认为养殖池塘生物絮团形成的理论方程式为：NH4+1.18C6H12O6+HCO3-+2.06O2C5H7O2N+6.06H2O+3.07CO2由此公式可知：生物絮团的形成需要氨氮、碳水化合物(有机碳源)、溶解氧和碱度。1 g氨氮通过反应可转化生成8.07 g细菌生物体(4.29 g有机碳)和9.65 g二氧化碳(2.63 g无机碳)，反应需要消耗4.71 g溶解氧、3.57 g碱度(0.86 g无机碳)和15.17 g碳水化合物(6.07 g有机碳)。也有研究者认为是许多带有负电荷的细菌因物理作用导致絮凝的发生，或是一些藻类可能分泌了粘多糖和高分子物质，这些物质通过高分子架桥作用参与絮凝过程56。2.4.2 生物絮团形成的影响因素有研究表明，生物絮团是由细菌群落、浮游动植物、有机碎屑和一些聚合物相互絮凝成的细菌团粒57。在水产养殖环境条件下，影响生物絮团形成的因素主要有以下几种：(1) 溶解氧和水体混合强度：随着有机碳源的添加，水体中的有机物质增加，异养细菌等在利用有机物质的同时会消耗大量溶解氧，因此足够的溶解氧供给是必须高度重视的。就需要采用大功率增氧装置给养殖池塘供氧，有资料表明在高浓度溶解氧下，生物絮凝物有变大变紧凑的趋势。合适的水体混合强度可以增加细菌团块的相互碰撞，对生物絮团的形成有促进作用，但强度过大也可能会使已经形成的生物絮团分散。有研究资料表明，在使用生物絮团技术的对虾养殖池塘，水中粒径0.55 mm的有机悬浮物比粒径大于或小于5 mm的有机悬浮物更有利于对虾增重58。(2) 合适的碳氮比(C/N)：Goldman(1987)59认为养殖水体C/N比大于10时有利于水质的改善。Avnimelech(1999)60研究认为有利于生物絮团形成的合适C/N比为10.75。也有研究认为当细菌细胞中的C/N比达到5时有利于其繁殖，然而养殖池塘水体C/N比一般低于5，通过添加有机碳源或使用低蛋白含量的饲料有利于提高水体C/N比61。卢炳国(2013)等62研究了不同C/N水平对草鱼养殖池塘生物絮团的形成及水质和草鱼生长的影响，结果表明：对生物絮团形成有促进作用的适宜C/N比为15，此时水体氨氮和亚硝酸盐氮保持在较低水平，C/N比大于15时不利于草鱼生长。(3) 水温：水温是影响养殖水体中微生物代谢的主要因素之一，也是养殖生物生长的必备条件之一。在开放的养殖池塘不便于控制水温，因此外界环境的变化在一定程度上会影响生物絮团的形成。Wiln(1999)63分别在4和1820温度条件下进行了生物絮体陪养试验，发现4不宜于生物絮体的形成。有研究资料表明，水温2025是生物絮团形成的最佳条件。(4) pH值：pH值会影响细菌体的带电性能，也可以改变生物絮体颗粒间形成絮团的能力。对养殖动物而言，pH值的变化可能会造成其生理功能的紊乱，不同的养殖品种对水体pH值的适应不一样64。因此，通过改变养殖水体pH值来促进生物絮团的形成或者调解其稳定性是不易的。2.4.3 生物絮团技术在水产养殖中的应用(1) 调控养殖水质：邓应能(2011)65在凡纳滨对虾封闭性养殖系统中，每天按饲料(蛋白含量42%)量的77%向水体中添加蔗糖，试验期间养殖水体的氨氮和亚硝酸盐氮浓度均在较低水平，凡纳滨对虾成活率在80%以上。李彦(2013)等66以小麦淀粉作为碳源，按饲料投喂量的30%向罗非鱼养殖池塘添加后发现水体氨氮、亚硝酸盐、硝酸盐氮、总氮、总磷含量均值低于对照塘。李朝兵(2012)67向养殖废水补充碳源培养生物絮团时发现，水体氨氮含量较试验开始时降低51.44%，但硝酸盐氮含量却比试验开始时提高75.5%。(2) 提高饲料蛋白利用率、降低饵料系数：Yoram Avnimelech & Malka Kochba(2009)68在罗非鱼养殖鱼缸中通过添加用N15标记的铵盐和淀粉来丰富生物絮状悬浮物，试验期间不投喂任何饲料，为宜的食物来源就是生物絮状物，结果发现，每千克鱼每天净吸收240 mg氮，这相当于每千克鱼每天摄取1.6 g蛋白质，另外氮的排泄量是摄取量的两倍之多。David D(2010)等69用罗非鱼养殖废水作为原料分别用膜式生物反应器和序批式反应器生产生物絮团，其中膜式生物反应器中添加碳源，序批式反应器中不添加，每天向南美白对虾养殖缸中分不同水平(10%、15%、21%和30%)定量添加干燥后的生物絮团来代替鱼肉或豆类蛋白作为饵料，并设置对照组，经35天的饲养试验发现与对照组相比，不同处理对单位水体南美白对虾产量和鱼缸残留物无显著影响，但试验组对虾生长率较对照组高，也可以减少向环境排放的污染物的量。Moss & Pruder(1995)70研究表明，养殖水体中形成的生物絮团可以作为饵料被部分养殖生物摄食，这样就降低了饵料系数，节约了养殖成本。罗文(2013)71在鲫鱼高密度养殖池塘添加葡萄糖后经60天饲养发现试验组饵料系数显著低于对照组，鲫鱼生长率高于对照组。李彦(2013)等研究发现在罗非鱼养殖池塘添加碳源后饵料系数较对照塘低12.96%17.04%。(3) 提高机体免疫能力：有研究者在生物絮团中监测到了可以分泌聚-羟基丁酸酯的一些微生物，这类物质可以保护养殖动物免受某些致病菌的侵袭72。李朝兵(2012)研究发现生物絮团作为鳙饵料可以显著提高鳙血清溶菌酶、酸性磷酸酶等非特异性免疫指标，有助于提高鱼体抵抗力。Crab(2010)等73研究表明生物絮团中的一些微生物群落可以防止养殖生物感染病原菌。3 盐碱池塘水环境修复研究目前关于盐碱池塘水质调节的研究主要集中在用常见的物理、化学调节方法调节水质。主要是利用传统的机械增氧机调节水质，通过增氧机的运转来增加池水溶解氧含量、加速池水的对流、促进有毒气体的散发。有报道称通过在养殖池塘底部铺设聚乙烯塑料薄膜来隔开盐碱土壤，但这种方法成本较高，且会影响水体的缓冲能力74。此外，常使用生石灰、二氧化氯、二溴海因等消毒剂调节水质，而关于使用生物方法调控盐碱池塘水质的报道较少。黄宁宇(2005)等75在盐碱池塘施用有益微生物制剂，结果表明，有益微生物制剂有利于水体氮、磷的良性循环和浮游生物的生长，对微藻的种群结构有一定的优化作用，使池塘蓝藻数量基本保持在浮游微藻总数量的10%左右。申屠青春(2001)等76在盐碱池塘引进水花生和浮萍研究其对水质的影响，结果发现，浮萍具有较好的降碱效果，两种植物均可降低水体营养盐含量和浮游植物生物量。包海岩(2012)等77在盐碱池塘种植覆盖率5%15%的水蕹菜浮床，通过与对照塘比较后发现，试验塘水体氨氮、亚硝酸盐氮、化学需氧量含量和蓝藻数量明显下降，水质明显提高。4 研究的意义与目的我国水资源相对贫乏，人均占有量低于世界平均水平，就甘肃省而言，地表水资源较少，且分布不均匀，黄河流域地区为缺水区，像黄土高原北部地区为严重缺水区。随着集约化养殖的兴起，通过高密度养殖、人工饲料的大量投喂、高频率换水、肥料药品的大量使用来换取高产高效益的同时也导致水资源污染严重、养殖生物病害频发、周边生态环境日趋恶化。水产养殖需要大量清洁水源，因此，对养殖用水和废水的净化与二次利用已经成为水资源缺乏地区水产养殖业可持续发展亟待解决的问题之一。关于盐碱池塘利用生物方法调控水质的报道较少，还未见到西北盐碱池塘利鱼菜共生模式和生物絮团技术调节和修复养殖水体的相关报道。本研究计划探索鱼菜共生模式和生物絮团技术在西北盐碱池塘的初步应用效果，旨在改善池塘养殖水体的生态环境、节约水资源和降低生产成本，为盐碱池塘健康养殖系统模式构建提供一定的技术参考和理论依据。5 研究的主要内容本试验在开放的盐碱养殖池塘进行试验，研究水蕹菜浮床和基于生物絮团技术的碳源(糖蜜)添加对池塘水质和浮游生物的影响。主要内容包括：(1) 研究不同覆盖率的水蕹菜浮床对池塘水质的净化效果及其对浮游生物的影响。(2) 研究不同糖蜜添加量对池塘水质的净化效果及其对浮游生物的影响，确定适宜的糖蜜添加量。第二章 水蕹菜浮床对西北盐碱池塘水质和浮游生物的影响随着高密度水产养殖业的快速发展，人工配合饲料的大量投入和肥料、药物的大量使用，造成养殖水体富营养化，进而导致周边生态环境日益恶化的问题日渐突出26。以鱼菜共生为代表的对养殖水体进行原位修复技术成为热门研究对象，在养殖池塘设置水生蔬菜浮床，利用水生蔬菜的吸收、吸附作用和物种竞争相克机理，将养殖水体中的氮、磷等污染物质转化成水生蔬菜所需的能量,污染物质随着水生蔬菜的收获而被移出水体，这样不仅改善了水质，还取得了较好的经济效益和生态效益35。水蕹菜(Ipomoea aquatica Forsk)因其生长周期长、产量高、对氮、磷具有较强的吸收能力等特点，是目前生物浮床技术的首选水生蔬菜78。关于水蕹菜浮床净化受污水体的报道较多，包括用于猪场废水处理、净化不同污染程度污水效果以及在水产养殖池塘中的诸多应用研究434879-80，但还没有见到水蕹菜浮床在西北盐碱池塘的应用研究报道，本试验就水蕹菜浮床对西北盐碱池塘水质和浮游生物