徐華兵, 王龍樂, 曾權(quán)輝, 王首吉, 梅志平, 杜虹,

1.汕頭大學(xué)海洋生物研究所, 汕頭 515063 2.汕頭大學(xué)生物系, 汕頭 515063

水下LED光照對(duì)凡納濱對(duì)蝦養(yǎng)殖水體環(huán)境因子和浮游植物群落變化的影響

徐華兵1, 王龍樂2, 曾權(quán)輝2, 王首吉1, 梅志平1, 杜虹2,*

1.汕頭大學(xué)海洋生物研究所, 汕頭 515063 2.汕頭大學(xué)生物系, 汕頭 515063

為了研究水下LED光照對(duì)凡納濱對(duì)蝦養(yǎng)殖環(huán)境的影響, 從2013年5月到12月對(duì)架設(shè)水下LED光源和未加光源的養(yǎng)殖池塘進(jìn)行水質(zhì)和浮游植物樣品的分析。結(jié)果顯示, 在有水下 LED(LED組)和未裝光源(對(duì)照組)的養(yǎng)殖池塘內(nèi)溫度、堿度、pH、透明度、總懸浮物、溶解氧、硅酸鹽和磷酸鹽變化趨勢(shì)均相似。養(yǎng)殖前期LED組和對(duì)照組各項(xiàng)指標(biāo)變化相似。在養(yǎng)殖中期LED組的葉綠素a含量高于對(duì)照組, 說明水下LED有助于提高微藻生物量的積累。同時(shí)養(yǎng)殖中期LED組的浮游植物群落的多樣性指數(shù)和均勻度指數(shù)高于對(duì)照組, 說明水下LED光照有助于提高浮游植物群落穩(wěn)定性。而在養(yǎng)殖后期LED組的硝酸鹽和亞硝酸鹽的含量低于對(duì)照組, 說明水下LED光照有助于水質(zhì)的穩(wěn)定。養(yǎng)殖周期內(nèi)LED組和對(duì)照組優(yōu)勢(shì)種變化趨勢(shì)體現(xiàn)為前期藍(lán)藻-綠藻-硅藻, 中期藍(lán)藻-綠藻(少量)和后期藍(lán)藻-綠藻。

光源; 凡納濱對(duì)蝦; 養(yǎng)殖環(huán)境; 浮游植物

1 前言

光照是影響對(duì)蝦生長(zhǎng)的重要環(huán)境因素之一, 已有很多文獻(xiàn)發(fā)現(xiàn)不同的光照對(duì)蝦的行為、攝食、生長(zhǎng)有較大的影響[1–3]。采用不同的傳統(tǒng)光源光照(熒光燈、日光燈和金屬鹵化物燈)[4–6]時(shí)，，凡納濱對(duì)蝦在金屬鹵化物燈的照射下能夠快速的生長(zhǎng), 同時(shí)含有更高的蝦青素含量。而目前傳統(tǒng)光源的缺點(diǎn)是包含了大部分不適合對(duì)蝦生長(zhǎng)的光譜。研究發(fā)現(xiàn)不同光譜光照對(duì)凡納濱對(duì)蝦產(chǎn)生不同的影響, 在從藍(lán)色光譜到綠色光譜的周期性變化和規(guī)律性變化的條件下,獲得最大的特定生長(zhǎng)率[3,7]。目前新型的白色發(fā)光二極管(LED)主要的光譜就集中在藍(lán)色和綠色光譜間,同時(shí)LED相對(duì)于傳統(tǒng)光源還具有環(huán)保、低耗電量、小型化和壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)[8]。而有關(guān)LED對(duì)凡納濱對(duì)蝦的影響還鮮有報(bào)道。

在養(yǎng)殖水體中微藻是對(duì)蝦生活環(huán)境中重要組成部分, 由于微藻含有豐富的蛋白、色素等營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)能夠滿足對(duì)蝦生長(zhǎng)的需要, 在養(yǎng)殖前期部分微藻是對(duì)蝦幼苗的天然活餌料。另外微藻能夠吸收水體內(nèi)的主要營(yíng)養(yǎng)鹽和有害物質(zhì), 凈化水體環(huán)境, 從而保持對(duì)蝦健康的生長(zhǎng)[9]。研究發(fā)現(xiàn)LED光照對(duì)微藻的生長(zhǎng)、生化組成和對(duì)水體營(yíng)養(yǎng)鹽的吸收有很大的影響, 然而不同的微藻對(duì)特定的光譜具有選擇性[10–12],對(duì)于養(yǎng)殖環(huán)境中不同的微藻組成的環(huán)境, 哪種光譜更適合用于光源也鮮有報(bào)道。由于LED光源含有不同于傳統(tǒng)光源的光譜, 因此有必要研究LED光照對(duì)養(yǎng)殖池塘環(huán)境中浮游植物和環(huán)境因子影響。

本研究嘗試在對(duì)蝦養(yǎng)殖池塘水下架設(shè)白色LED光照, 通過監(jiān)測(cè)水體水質(zhì)理化因子變化、浮游植物群落結(jié)構(gòu)的變化和對(duì)蝦生長(zhǎng), 評(píng)估增加水下白色LED光照對(duì)養(yǎng)殖生態(tài)和對(duì)蝦生長(zhǎng)的影響, 旨在為對(duì)蝦養(yǎng)殖生產(chǎn)的環(huán)境調(diào)控提供參考依據(jù)。

2 材料與方法

2.1 凡納濱對(duì)蝦養(yǎng)殖場(chǎng)基本情況及采樣點(diǎn)布設(shè)

本研究和美國(guó) Once公司合作, 采用該公司生產(chǎn)的白色LED燈進(jìn)行實(shí)驗(yàn), 該燈已經(jīng)過防水處理。在廣東省汕頭市牛田洋養(yǎng)殖區(qū)選取6個(gè)凡納濱對(duì)蝦養(yǎng)殖池塘, 在3個(gè)池塘(0.82±0.1) hm2水下各安裝6盞LED作為實(shí)驗(yàn)組(pond-L)(安裝方式見圖1), 3個(gè)未安裝 LED 的池塘(0.72±0.29) hm2作為對(duì)照組(pond-C)。LED光照時(shí)間為晚上6點(diǎn)到次日早上6點(diǎn)。養(yǎng)殖期間水體鹽度變化范圍0.8—1.9, 水深1 m左右, 養(yǎng)殖的密度約為每平方米170條。養(yǎng)殖期間的飼料投放和對(duì)蝦的捕獲等工作由合作的養(yǎng)殖戶進(jìn)行。實(shí)驗(yàn)從2013年5月31日開始到12月28日結(jié)束, 在8月3日到11月9日期間每隔兩周采一次樣外, 其他時(shí)間段均為每隔一周采樣。采樣點(diǎn)設(shè)置在圖1的紅色位置, 采樣時(shí)間為早上8點(diǎn)到10點(diǎn)。將整個(gè)養(yǎng)殖階段分為養(yǎng)殖初期(5月31日到7月31日, 共 9次采樣)、養(yǎng)殖中期(8月1日到10月31日, 共7次采樣)和養(yǎng)殖后期(11月1日至12月28日, 共8次采樣)。

圖1 LED安裝示意圖Fig.1 The sketches of the installation of LED

2.2 水體理化因子樣品的采集與檢測(cè)

水溫(T)、溶解氧(DO)、鹽度(S)和 pH 由美國(guó)Smartroll便攜式水質(zhì)測(cè)定儀測(cè)定。透明度(Tran)用黑白盤法現(xiàn)場(chǎng)測(cè)定。在每個(gè)池塘水面下0.5 m處用2.5 L采水器各采水樣1份, 充分混勻, 按不同的理化指標(biāo)分裝水樣, 并迅速對(duì)一些需要處理樣品按要求進(jìn)行0—4 ℃冷藏, 帶回實(shí)驗(yàn)室檢測(cè)。主要測(cè)定的指標(biāo)包括: 堿度(ALK)、總懸浮物(TSS)、亞硝酸氮(NO2--N)、硝酸氮(NO3--N)、總氨氮(TAN)、、總氮(TN)、活性磷酸鹽(PO43--P)、總磷(TP)、硅酸鹽(SiO32--Si)和葉綠素 a(Chl a)。硝酸鹽測(cè)定參照Bulgariu等[13]進(jìn)行測(cè)定, 總氨氮測(cè)定采用水楊酸分光光度法(中華人民共和國(guó)國(guó)家環(huán)境保護(hù)標(biāo)準(zhǔn) HJ 536—2009), 其他參考《海洋監(jiān)測(cè)規(guī)范》(2007)。

2.3 浮游植物的采集與檢測(cè)

采樣時(shí), 在每個(gè)池塘的3個(gè)采樣點(diǎn)水下0.5 m處用2.5 L采水器各采水樣1份, 取1 L倒入聚乙烯塑料瓶, 加入5%盧戈氏液固定, 靜置24—48 h濃縮到50 mL后, 進(jìn)行浮游植物的定量檢測(cè)。同時(shí), 參照《海洋監(jiān)測(cè)規(guī)范》(2007)進(jìn)行浮游植物定性樣品的采集, 采集浮游植物樣品定容至100 mL, 加入1 mL甲醛固定, 進(jìn)行浮游植物的定性檢測(cè)。浮游植物的定性和定量檢測(cè)均送往南海水產(chǎn)所進(jìn)行。

2.4 凡納濱對(duì)蝦體重體長(zhǎng)測(cè)定

自2012年6月29日至11月16日, 每周一次早上8:00用蝦網(wǎng)在每個(gè)蝦池抓獲30條蝦, 測(cè)量蝦長(zhǎng)和蝦重。

2.5 數(shù)據(jù)分析

用 PRIMER5.0版軟件計(jì)算浮游植物群落的種類數(shù)(S)、Shannon-Weiner多樣性指數(shù)(H)和Pilou均勻度指數(shù)(J)。用SPSS18.0進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析(以p＜ 0.05作為差異顯著水平), Origin8.0進(jìn)行繪圖。

3 結(jié)果與分析

3.1 蝦池主要理化因子變化

養(yǎng)殖期間隨著季節(jié)的變化, 蝦池水溫逐漸降低,最低溫出現(xiàn)在12月19日(圖2a)。LED組和對(duì)照組的堿度變化趨勢(shì)相似, 養(yǎng)殖開始到養(yǎng)殖中期蝦池的堿度值逐漸升高, 但在10月初出現(xiàn)驟減, 隨后又緩慢上升(圖2b)。養(yǎng)殖期間LED組和對(duì)照組的pH變化接近, LED組和對(duì)照組的pH均在6月中下旬達(dá)到峰值, 隨后逐漸下降(圖2c)。凡納濱對(duì)蝦適宜pH在7.5—8.6之間, 養(yǎng)殖期間LED組和對(duì)照組93.05%的pH值均在此范圍內(nèi)。

LED組和對(duì)照組的水體透明度變化趨勢(shì)較為接近。養(yǎng)殖初期, 由于引入新的水源, 水體中浮游植物濃度較低, 透明度較高。隨著時(shí)間推移浮游植物濃度增加, 透明度在養(yǎng)殖前期驟減, 隨后穩(wěn)定在 20—30 cm內(nèi)。養(yǎng)殖前期兩組透明度沒有明顯差異, 而養(yǎng)殖中期對(duì)照組透明度大部分時(shí)間高于LED組, 且在9月30日顯著高于LED組(p＜0.05), 后期LED組則均高于對(duì)照組(圖2d)。

LED組和對(duì)照組的葉綠素a濃度與透明度的變化趨勢(shì)相反, 養(yǎng)殖初期濃度較低, 中后期較高(圖2e)。養(yǎng)殖前期兩組葉綠素a濃度沒有明顯差異, 中期LED組的葉綠素a濃度高于對(duì)照組, 并且LED組的葉綠素a濃度在8月17日到9月14日顯著高于對(duì)照組(p＜0.05)。后期除了12月28日, 其他時(shí)間對(duì)照組的葉綠素a濃度均高于LED組。LED組和對(duì)照組的總懸浮物變化與葉綠素a變化趨勢(shì)相似, 和透明度變化趨勢(shì)相反(圖2f), 僅在8月31日LED組的總懸浮濃度顯著高于對(duì)照組(p＜0.05)。兩組溶解氧變化相近, 監(jiān)測(cè)期間溶氧大于4 mg·L-1達(dá)到76.39%(圖 2g)。

隨著養(yǎng)殖的進(jìn)行, 總氨氮的濃度逐漸增加, 養(yǎng)殖前期和中期總氨氮的含量較低, 后期含量增高不利于凡納濱對(duì)蝦生長(zhǎng)(圖2j)。養(yǎng)殖期間硝酸鹽和亞硝酸鹽的變化趨勢(shì)相似, 在養(yǎng)殖初期達(dá)到一個(gè)峰值后降到很低濃度。養(yǎng)殖中后期兩組硝酸鹽和亞硝酸鹽濃度略有增加, 但對(duì)照組在后期硝酸氮和亞硝酸氮急劇增加(圖2h和圖2i), 在養(yǎng)殖結(jié)束時(shí)分別達(dá)到最大值 6.90 mg·L-1和 2.66 mg·L-1?；钚粤姿猁}和活性硅酸鹽均表現(xiàn)出養(yǎng)殖前期含量較高, 中后期含量較低的趨勢(shì)(圖2k和圖2l)。

在整個(gè)養(yǎng)殖期間, 兩組總氮的濃度逐漸增加,在養(yǎng)殖中期 LED組的總氮濃度均高于對(duì)照組(圖2m)。從9月14日到10月26日的連續(xù)四次采樣結(jié)果顯示LED組總氮的濃度顯著高于對(duì)照組。養(yǎng)殖期間總磷的最大值出現(xiàn)在養(yǎng)殖中期, 養(yǎng)殖中期LED組的總磷濃度大部分時(shí)間高于對(duì)照組, 且在9月30日和10月26日LED組總磷的濃度顯著高于對(duì)照組,而養(yǎng)殖前期和后期兩組總磷的濃度相近(圖2n)。

圖2 養(yǎng)殖期間LED組和對(duì)照組水質(zhì)因子變化Fig.2 The change of water quality between LED group and control group during culture period

3.2 蝦池浮游微藻的變化

3.2.1 浮游植物種類組成與數(shù)量

養(yǎng)殖期間LED組和對(duì)照組共鑒定出微藻 8 門293 種, 其中綠藻125 種, 藍(lán)藻47 種, 硅藻48 種,裸藻 47 種, 隱藻 12種, 黃藻 7種, 甲藻 5 種, 金藻 2 種。種類最多的是綠藻門, 占種類數(shù)的42.66%,其次是硅藻門, 占 16.38%, 藍(lán)藻和裸藻門各占16.04%(圖3)。

在整個(gè)養(yǎng)殖周期, LED組和對(duì)照組均呈現(xiàn)出綠藻生物量前期較高, 中期逐漸降低, 到后期又逐漸增加, 最高達(dá) 58.8%。藍(lán)藻的生物量則與綠藻相反,中期最多, 最高達(dá)91.74%。整個(gè)養(yǎng)殖周期優(yōu)勢(shì)種的變化為前期綠藻-藍(lán)藻-硅藻, 中期藍(lán)藻-綠藻, 后期綠藻-藍(lán)藻(圖4)。

圖3 養(yǎng)殖期間浮游植物門類比例Fig.3 The percentage of phytoplankton phyla during the culture period

圖4 養(yǎng)殖期間LED組(左)對(duì)照組(右)浮游植物門類比例變化Fig.4 The percentage change of phyla phytoplankton phyla between LED group and control group during culture period

3.2.2 優(yōu)勢(shì)種、豐度、多樣性和均勻度

在本次研究中, 將每次取樣中個(gè)體的數(shù)量占總數(shù)量10%以上的定為優(yōu)勢(shì)種, 在1%—10%范圍內(nèi)的定為常見種, 在1%以下的定為稀有種[14]。LED組和對(duì)照組藻相分布在不同時(shí)期均存在差異(表1)。養(yǎng)殖前期LED組和對(duì)照組共同出現(xiàn)的優(yōu)勢(shì)種有藍(lán)藻門的平裂藻、色球藻、隱球藻、束絲藻、綠藻門的柵藻、衣藻和硅藻門中的囊裸藻、小環(huán)藻、舟形藻。只在LED組出現(xiàn)的有藍(lán)隱藻, 而只在對(duì)照組出現(xiàn)的有十字藻、直鏈藻、月牙藻、實(shí)球藻和卵囊藻。在養(yǎng)殖中期的優(yōu)勢(shì)種大量出現(xiàn)的平裂藻、色球藻、隱球藻和尖頭藻, 只在LED組出現(xiàn)的有柵藻, 僅在對(duì)照組出現(xiàn)的是歐氏藻。養(yǎng)殖后期優(yōu)勢(shì)種主要有平裂藻、色球藻、隱球藻、束球藻、柵藻和衣藻。僅在 LED組出現(xiàn)的優(yōu)勢(shì)種有腔球藻、網(wǎng)球藻和隱桿藻, 僅在對(duì)照組出現(xiàn)的十字藻和集胞藻。

整個(gè)養(yǎng)殖周期中藍(lán)藻門的平裂藻、色球藻、隱球藻為 LED組和對(duì)照組主要的優(yōu)勢(shì)種, 其中隱球藻在前期和中期作為優(yōu)勢(shì)種出現(xiàn)的概率小于平裂藻和色球藻, 而后期隱球藻出現(xiàn)的概率增加, 與平裂藻和色球藻出現(xiàn)的概率相似。束絲藻在養(yǎng)殖前期和養(yǎng)殖中期均是 LED組和對(duì)照組池塘中常見的優(yōu)勢(shì)種, 而在后期則未形成優(yōu)勢(shì)種。尖頭藻是養(yǎng)殖中期才形成為L(zhǎng)ED組和對(duì)照組優(yōu)勢(shì)種, 在 LED組出現(xiàn)的概率大于對(duì)照組。綠藻門中的柵藻在前期和后期均為L(zhǎng)ED組和對(duì)照組的優(yōu)勢(shì)種, 但是僅在中期LED光照組出現(xiàn)。

養(yǎng)殖期間, LED組和對(duì)照組浮游植物的豐度呈現(xiàn)出前期較低, 養(yǎng)殖中期高, 后期逐漸降低。養(yǎng)殖期間出現(xiàn)三次峰值, 分別在7月27日、8月31日、10月12日。而在8月17日、9月30日、11月16日細(xì)胞豐度出現(xiàn)三次驟降。LED組浮游植物豐度變化范圍是 2.267×104—1.769×109cells·L-1, 平均值為 3.462×108cells·L-1。對(duì)照組浮游植物豐度變化范圍是 1.187×104—2.124×109cells·L-1, 平均值為 4.323×108cells·L-1(圖 5a)。

LED組和對(duì)照組浮游植物多樣性指數(shù)和均勻度指數(shù)變化如圖5所示。LED組的浮游植物多樣性指數(shù)和均勻度指數(shù)在養(yǎng)殖中期的大部分時(shí)間均高于對(duì)照組。并且LED組的浮游植物多樣性指數(shù)和均勻度指數(shù)在8月3日均顯著高于對(duì)照組(p＜0.05)。在LED組多樣性指數(shù)變化范圍為0.98—3.92, 平均值為2.94±0.53,對(duì)照組變化范圍為 1.12—4.13, 平均值為 2.82±0.65。LED組均勻度指數(shù)變化范圍為 0.19—0.81, 平均值為0.62±0.11, 對(duì)照組變化范圍為 0.22—0.84, 平均值為0.6±0.14。兩組浮游植物種類數(shù)無明顯差異, LED組變化范圍為26—94, 均值為49.24±13.68, 對(duì)照組變化范圍為 30—81, 均值為 47.21±11.73(圖5)。

圖5 養(yǎng)殖期間LED組和對(duì)照組浮游植物細(xì)胞濃度(圖5a)、多樣性指數(shù)(圖5b)、均勻度指數(shù)(圖5c)和種類數(shù)變化(圖5d)Fig.5 Cell density, diversity index, evenness index and species number of phytoplankton between LED group and control group during culture period

3.3 對(duì)蝦生長(zhǎng)

自6月29日到11月16日進(jìn)行對(duì)蝦的采樣, 11月16日后由于溫度降低, 蝦網(wǎng)無法捕獲對(duì)蝦, 遂停止采樣。在這期間LED組和對(duì)照組對(duì)蝦的體重和體長(zhǎng)隨著養(yǎng)殖的進(jìn)行逐漸增大, 但是兩組間沒有顯著性差異(圖 6)。LED 組對(duì)蝦體重變化范圍為 0.54—7.36 g, 均值為(2.57±1.4) g。對(duì)照組體長(zhǎng)變化范圍為0.54—8.44 g, 均值為(2.86±1.63) g。LED組對(duì)蝦體長(zhǎng)變化范圍為3.27—7.72 cm, 均值為(5.2±1.00) cm。對(duì)照組體長(zhǎng)變化范圍為 3.29—7.89 cm, 均值為(5.4±1.04) cm。

4 討論

目前, 關(guān)于在海水養(yǎng)殖中增加水下LED光照來改善水體養(yǎng)殖環(huán)境的研究鮮有報(bào)道。本次實(shí)驗(yàn), 在低鹽度凡納濱對(duì)蝦養(yǎng)殖池塘水下架設(shè)白色LED光照是一次新的嘗試。夜間水下添加人工LED后, 會(huì)增加水中光照, 對(duì)養(yǎng)殖池塘的環(huán)境產(chǎn)生影響。其中最先受到影響的是浮游植物, 額外的光照能夠促進(jìn)浮游微藻的生長(zhǎng), 從而吸收更多的營(yíng)養(yǎng)鹽, 導(dǎo)致水體的N、P含量減少, 有利于改善水體的環(huán)境。同時(shí)藻體夜間的光合作用能夠釋放 O2, 提高夜間水體內(nèi)的溶解氧, 有利于高密度的養(yǎng)殖。

本次實(shí)驗(yàn)中, 養(yǎng)殖期間 LED組和對(duì)照組水體中的溫度、堿度、pH、透明度、總懸浮物、溶解氧、硅酸鹽和磷酸鹽沒有明顯差異。但養(yǎng)殖后期LED組的硝酸鹽和亞硝酸鹽的濃度明顯低于對(duì)照組, 亞硝酸鹽是一種具有潛在毒性的無機(jī)氮化合物, 它能同血紅蛋白結(jié)合形成高鐵血紅蛋白, 從而使血紅蛋白失去攜氧能力, 誘發(fā)動(dòng)物病變, 不利于對(duì)蝦生長(zhǎng)。同時(shí)養(yǎng)殖后期對(duì)照組池塘的硝酸鹽和亞硝酸鹽的濃度變化差異很大, 水質(zhì)不穩(wěn)定。水質(zhì)的穩(wěn)定與否和浮游植物的生長(zhǎng)是密切相關(guān)的。浮游植物種類越多或各種類的個(gè)體數(shù)量分布越均勻, 多樣性指數(shù)越高, 說明浮游植物群落組成的重復(fù)性小, 群落的穩(wěn)定性大, 水環(huán)境狀況良好[15]。在本次實(shí)驗(yàn)中養(yǎng)殖中期LED組有較高的多樣性指數(shù)和均勻度指數(shù), 且在8月3日顯著高于對(duì)照組(p＜0.05), 說明了水中增加光照對(duì)促進(jìn)池塘中微藻的群落穩(wěn)定性有幫助。多樣性指數(shù)和均勻度指數(shù)增加的原因可能是因?yàn)樵饶承┰孱愒谒嫦掠捎诠庹諅鞑ゾ嚯x很短無法得到充足的光照無法繁殖, 在水下增加光照后改善了生存條件, 促進(jìn)了這些藻類的生長(zhǎng)和繁殖, 從而使多樣性指數(shù)和均勻度指數(shù)得到提高。所以增加水下LED光照有助于提高水質(zhì)的穩(wěn)定。

圖6 養(yǎng)殖期間凡納濱對(duì)蝦生長(zhǎng)變化Fig.6 The growth of Litopenaeus vannamei during the culture period

養(yǎng)殖期間LED組和對(duì)照組的浮游植物在不同的養(yǎng)殖階段的組成不同, 但兩組之間的變化趨勢(shì)大體相似。在本次研究中前期養(yǎng)殖水體內(nèi)的浮游植物優(yōu)勢(shì)種主要有硅藻, 綠藻和藍(lán)藻, 種類豐度較低, 生物量很少。隨著養(yǎng)殖的進(jìn)行, 微藻生物量的增加, 水體的透明度降低(小于 20 cm), 水中光照減弱, 水溫和pH值較高, 且營(yíng)養(yǎng)豐富更適合藍(lán)藻的生長(zhǎng)[16–17], 遂逐漸形成以藍(lán)藻為主要優(yōu)勢(shì)種,還有少量綠藻優(yōu)勢(shì)種。其中尖頭藻僅在養(yǎng)殖中期形成優(yōu)勢(shì)種。后期水體溫度降低不利于某些微藻的生長(zhǎng), 有些藍(lán)藻和綠藻則僅在夏天水溫較高時(shí)出現(xiàn)[18], 但后期優(yōu)勢(shì)種由藍(lán)藻和綠藻為主, 而綠藻的生物量增多, 后期隱球藻形成優(yōu)勢(shì)種的頻率明顯高于養(yǎng)殖前期和中期。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示在養(yǎng)殖中期LED組葉綠素a含量高于對(duì)照組, 且在8月17日到9月14日的差異達(dá)到顯著水平(p＜0.05)。說明增加水下白色LED光照能促進(jìn)微藻的快速生長(zhǎng)。主要的原因可能是增加了光照時(shí)間, 延長(zhǎng)了微藻的生長(zhǎng)時(shí)間, 使微藻大量繁殖。另一方面白色LED包含大部分藍(lán)色光譜和綠色光譜, 研究發(fā)現(xiàn)藍(lán)綠光譜能夠在海水中很好地穿透, 同時(shí)大量微藻內(nèi)含有能夠捕獲藍(lán)綠光譜的色素[19], 從而有助于相關(guān)微藻的生長(zhǎng)。但是研究表明不同微藻對(duì)于不同光譜具有特定的選擇性[10–12], 本實(shí)驗(yàn)現(xiàn)有的數(shù)據(jù)還無法說明這種LED促進(jìn)了哪些種類微藻的生長(zhǎng), 需要進(jìn)一步的研究。

本次實(shí)驗(yàn)通過添加水下LED光照, 監(jiān)測(cè)整個(gè)養(yǎng)殖周期過程中水體環(huán)境因子和浮游植物群落的變化。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明水下添加白色LED光源在一定程度上有助于減少部分對(duì)對(duì)蝦生長(zhǎng)有害環(huán)境因子的濃度, 有利于養(yǎng)殖環(huán)境中水質(zhì)的穩(wěn)定, 同時(shí)也促進(jìn)了浮游植物的生長(zhǎng)和群落的穩(wěn)定性。但整個(gè)研究過程中也存在一些不足之處。例如, 由于水體浮游微藻的平均細(xì)胞豐度可達(dá)3.9×108cells·L-1, 光線在水體傳播距離很短(不超過 0.5米), 安置的 LED數(shù)量不足。此外實(shí)驗(yàn)中選取的是傳統(tǒng)的土池, 每個(gè)養(yǎng)殖池塘的底質(zhì)環(huán)境存在很大差別, 池塘邊生長(zhǎng)著各類水生植物也對(duì)養(yǎng)殖環(huán)境產(chǎn)生很大影響, 對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果產(chǎn)生影響。

致謝:感謝汪洋、肖喜林、溫金艷、史姍姍和陸晨陽等協(xié)助采樣并提供部分?jǐn)?shù)據(jù)。

[1]WANG Fang, DONG Shuanglin, HUANG Guoqiang, et al.The effect of light color on the growth of Chinese shrimpFenneropenaeu schinensis[J].Aquaculture, 2003, 228(1):351–360.

[2]WANG Fang, DONG Shuanglin, DONG Shaoshuai, et al.The effect of light intensity on the growth of Chinese shrimpFenneropenaeus chinensis[J].Aquaculture, 2004,234(1): 475–483.

[3]GUO Biao, WANG Fang, DONG Shuanglin, et al.The effect of rhythmic light color fluctuation on the molting and growth ofLitopenaeus vannamei[J].Aquaculture, 2011,314(1): 210–214.

[4]HOANG T, BARCHIESIS M, LEE S Y, et al.Influences of light intensity and photoperiod on moulting and growth ofPenaeus merguiensiscultured under laboratory conditions[J].Aquaculture, 2003, 216(1): 343–354.

[5]YOU Kui, YANG Hongsheng, LIU Ying, et al.Effects of different light sources and illumination methods on growth and body color of shrimpLitopenaeus vannamei[J].Aquaculture, 2006, 252(2): 557–565.

[6]COYLE S D, BRIGHT L A, WOOD D R, et al.Performance of Pacific White ShrimpLitopenaeus vannamei, Reared in Zero-Exchange Tank Systems Exposed to Different Light Sources and Intensities[J].Journal of the World Aquaculture Society, 2011, 42(5):687–695.

[7]GUO Biao, MU Yingchun, WANG Fang, et al.Effect of periodic light color change on the molting frequency and growth ofLitopenaeus vannamei[J].Aquaculture, 2012,362: 67–71.

[8]SCHULZE P S C, BARREIRA L A, PEREIRA H G C, et al.Light emitting diodes (LEDs) applied to microalgae production[J].Trends in biotechnology, 2014, 32(8):422–430.

[9]查廣才, 周昌清, 黃建榮, 等.凡納對(duì)蝦淡化養(yǎng)殖蝦池微型浮游生物群落及多樣性[J].生態(tài)學(xué)報(bào), 2004, 24(8):1752–1759.

[10]KATSUDA T, LABABPOUR A, SHIMAHARA K, et al.Astaxanthin production byHaematococcus pluvialisunder illumination with LEDs[J].Enzyme and microbial technology, 2004, 35(1): 81–86.

[11]WANG Chihyu, FU Chunchong, LIU Yungchuan.Effects of using light-emitting diodes on the cultivation ofSpirulina platensis[J].Biochemical Engineering Journal,2007, 37(1): 21–25.

[12]KIM T H, LEE Y, HAN S H, et al.The effects of wavelength and wavelength mixing ratios on microalgae growth and nitrogen, phosphorus removal usingScenedesmussp.for wastewater treatment[J].Bioresource technology, 2013, 130: 75–80.

[13]BULGARIU L, BULGARIU D.Direct determination of nitrate in small volumes of natural surface waters using a simple spectrophotometric method[J].Reviews in Analytical Chemistry, 2012, 31(3): 201–207

[14]劉孝竹, 李卓佳, 曹煜成, 等.低鹽度養(yǎng)殖池塘常見浮游微藻的種類組成數(shù)量及優(yōu)勢(shì)種群變動(dòng)[J].南方水產(chǎn)科學(xué),2009, 5(1): 9–16.

[15]路學(xué)堂.東平湖浮游植物群落結(jié)構(gòu)與驅(qū)動(dòng)因子及藍(lán)藻水華可能性研究[D].山東: 山東大學(xué), 2013: 45–52.

[16]SCHEFFER M, RINALDI S, GRAGNANI A, et al.On the dominance of filamentous cyanobacteria in shallow, turbid lakes[J].Ecology, 1997, 78(1): 272–282.

[17]劉孝竹, 李卓佳, 曹煜成, 等.珠江三角洲低鹽度蝦池秋冬季浮游微藻群落結(jié)構(gòu)特征的研究[J].農(nóng)業(yè)環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào), 2009, 28(5): 1010–1018.

[18]楊東方, 陳生濤, 胡均, 等.光照, 水溫和營(yíng)養(yǎng)鹽對(duì)浮游植物生長(zhǎng)重要影響大小的順序[J].海洋環(huán)境科學(xué), 2007,26(3): 201–207.

[19]WOOD A M.Adaptation of photosynthetic apparatus of marine ultraphytoplankton to natural light fields[J].NATURE, 1985, 316(6025): 253–255.

The effect of underwater LED on the environmental factors of water and community composition of phytoplankton

XU Huabing1, WANG Longle2, ZENG Quanhui2, WANG Shouji1, MEI Zhiping1, DU Hong2,*
1.Marine Biology Institute,Shantou University,Shantou515063,China2.Department of Biology,Shantou University,Shantou515063,China

In order to investigate the effect of underwater white LED on the cultural environment ofLitopenaeus vannamei,this study investigated the water quality and phytoplankton through 24 samplings in three ponds installed underwater LEDs(LED group) and three ponds without LEDs (the control group) during May 2013 to December 2013.The results show that the time courses of temperature, alkalinity, pH, transparency, total suspended solids, dissolved oxygen, silicate and phosphate were similar between two groups.For the remaining variables, in earlier stage, they were similar for the two groups.In mid stage, the contents of total nitrogen, total phosphorus and chlorophyll a in the LED group were higher than those in the control group, manifesting that underwater LED contributed to the accumulation of biomass of microalgae.In the mid stage,the index for diversity and evenness of phytoplankton community in the LED group were higher than those in the control group, but the difference was not significant.In later stage, the contents of nitrate and nitrite were lower in the LED group than those in the control group, revealing that underwater LED contributed to the stability of water quality.During the cultural period, the time course of dominant species between LED group and the control group reflected as Cyanophyta-Chlorophyta-Bacillariophyta in the earlier stage, Cyanophyta- Chlorophyta (few) in mid stage and Cyanophyta-Chlorophyta in later stage.

light source;Litopenaeus vannamei; cultural environment; phytoplankton

10.14108/j.cnki.1008-8873.2017.05.014

X826

A

1008-8873(2017)05-104-10

徐華兵, 王龍樂, 曾權(quán)輝, 等.水下LED光照對(duì)凡納濱對(duì)蝦養(yǎng)殖水體環(huán)境因子和浮游植物群落變化的影響[J].生態(tài)科學(xué), 2017,36(5): 104-113.

XU Huabing, WANG Longle, ZENG Quanhui, et al.The effect of underwater LED on the environmental factors of water and community composition of phytoplankton[J].Ecological Science, 2017, 36(5): 104-113.

2016-08-18;

2016-10-29

廣東省海洋與漁業(yè)局科技推廣專項(xiàng)項(xiàng)目(A201405B06)

徐華兵(1990—), 男, 博士研究生, 安徽安慶人, 水生環(huán)境保護(hù)與修復(fù), E-mail: xuhuabing1990@163.com

*通信作者:杜虹, 女, 博士, 教授, 主要從事生態(tài)學(xué)研究, E-mail: hdu@stu.edu.cn