孟順龍 ，李丹丹 ，裘麗萍 ，胡庚東 ，范立民 ，宋 超 ，吳 偉 ，鄭 堯 ，陳家長 *，邴旭文 *

添加藻類和有機肥對羅非魚養(yǎng)殖水體浮游植物群落結(jié)構(gòu)的影響

孟順龍1，2，李丹丹1，裘麗萍1，胡庚東1，范立民1，宋 超1，吳 偉1，2，鄭 堯1，陳家長1，2*，邴旭文1，2*

（1.中國水產(chǎn)科學研究院淡水漁業(yè)研究中心，農(nóng)業(yè)部長江下游漁業(yè)資源環(huán)境科學觀測試驗站，中國水產(chǎn)科學研究院內(nèi)陸漁業(yè)生態(tài)環(huán)境和資源重點開放試驗室，江蘇 無錫 214081；2.南京農(nóng)業(yè)大學無錫漁業(yè)學院，江蘇 無錫 214081）

為闡明施肥及添加外源藻類在水產(chǎn)養(yǎng)殖增產(chǎn)、增效及廢物資源化利用方面的內(nèi)在機理，以雞糞和牛糞為試驗有機肥，以小球藻和柵藻為外源添加藻類，設(shè)置空白組（Control）、加藻組（Algae）、雞糞-藻組（Chicken-A）、牛糞-藻組（Cattle-A）、雞糞-牛糞-藻組（C-C-A）5種處理方式，采用香農(nóng)-威納多樣性指數(shù)和Pielou均勻度指數(shù)評價了施用有機肥和添加藻類對羅非魚養(yǎng)殖水體中浮游植物群落結(jié)構(gòu)的影響。結(jié)果表明，空白組、加藻組、雞糞-藻組、牛糞-藻組、雞糞-牛糞-藻組分別鑒定出19、26、34、27和31種藻類，種類數(shù)總體表現(xiàn)為：Chicken-A＞C-C-A＞Cattle-A＞Algae＞Control；總豐度分別變化在 1.52×107～6.99×107cells·L-1、4.18×107～6.58×107cells·L-1、1.24×107～9.58×107cells·L-1、4.37×106～5.36×107cells·L-1、1.06×107～8.63×107cells·L-1之間，試驗組和對照組的藻類總豐度都呈先降低后升高的變化趨勢。對照組藍藻比例先升高后降低，試驗組藍藻比例都不斷降低；試驗組藍藻比例的降低幅度高于對照組，且雞糞-藻組的降低幅度最大。對照組和試驗組的綠藻比例都不斷升高，但試驗組的升高幅度高于對照組，且雞糞-藻組的升高幅度最大。試驗組的藻類多樣性指數(shù)和均勻度指數(shù)都高于對照組，且多樣性指數(shù)的變化順序表現(xiàn)為：Chicken-A＞C-C-A＞Cattle-A＞Algae＞Control。在養(yǎng)殖水體中添加有機肥和藻類具有抑制藍藻生長、促進綠藻生長、改善浮游植物群落結(jié)構(gòu)的功效，且雞糞優(yōu)于牛糞或雞糞-牛糞混合。

雞糞；牛糞；羅非魚；浮游植物；結(jié)構(gòu)特征

肥料是魚類的間接餌料，施肥養(yǎng)魚是淡水養(yǎng)殖的成功經(jīng)驗[1]，已在我國和世界上許多國家廣泛應(yīng)用。目前，水產(chǎn)養(yǎng)殖中使用的肥料包括有機肥和無機肥；有機肥主要有人糞尿和畜禽糞便，例如牛糞、豬糞、雞糞等；無機肥主要是含氮、磷、鉀等營養(yǎng)物質(zhì)的化學肥料。由于肥料中含有的氮、磷、鉀等可以直接被水生植物吸收利用，促使其大量繁殖，也使那些以水生植物為食的水生動物很快繁殖起來，從而為魚類提供大量的天然餌料[2]。因此，施肥養(yǎng)魚的生產(chǎn)方式不僅降低了餌料系數(shù)[3]，而且有機肥的廣泛使用還為畜禽工廠化高密度養(yǎng)殖產(chǎn)生的大量雞糞、牛糞、豬糞等的后續(xù)處理找到了一條可持續(xù)發(fā)展的道路。

目前，在施肥提高池塘漁產(chǎn)力、降低餌料系數(shù)方面的研究較多[4-6]，然而在施肥改善浮游植物群落結(jié)構(gòu)方面的研究較少[7]，而有關(guān)肥料和外源藻類交互作用對養(yǎng)殖水體浮游植物群落結(jié)構(gòu)影響的研究則未見報道。為此，本研究以雞糞和牛糞為試驗有機肥，以小球藻和柵藻為外源添加藻類，探索了在羅非魚養(yǎng)殖水體中施用有機肥和添加外源藻類對浮游植物群落結(jié)構(gòu)的影響，為闡述施肥及添加外源藻類在增產(chǎn)、增效及資源化利用方面的內(nèi)在機理提供科學依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗設(shè)計

試驗在容積為1.2 t的圓形塑料桶（直徑1.3 m，高1 m）中進行。試驗時裝入1 t自來水，水深0.77 m，充分曝氣20 d。為使試驗水體中的浮游植物等與實際養(yǎng)殖水體接近，用25#浮游生物網(wǎng)從周邊池塘水源水太湖中撈取浮游植物若干升，向每個塑料桶中放入1000 mL，之后用功率均為2000 L·h-1的水泵（SOBO WPR 4000）串聯(lián)所有塑料桶，充分循環(huán)泵水24 h，從而保證每個試驗桶中的水質(zhì)初始條件完全一致。

1.2 施肥與加藻方式

試驗于2016年6月14日開始，8月13日結(jié)束，共計60 d。試驗設(shè)置5種不同的處理方式，分別是空白組（Control）、加藻組（Algae）、雞糞-藻組（Chicken-A）、牛糞-藻組（Cattle-A）、雞糞-牛糞-藻組（C-C-A）?？瞻捉M不施肥，也不添加藻類；加藻組不施肥，每次添加小球藻和柵藻各5 mL；雞糞-藻組同時添加雞糞和藻類，每次添加雞糞量為0.5 g·L-1，每次添加小球藻和柵藻各5 mL；牛糞-藻組同時添加牛糞和藻類，每次添加牛糞量為0.5 g·L-1，每次添加小球藻和柵藻各5 mL；雞糞-牛糞-藻組同時添加雞糞、牛糞和藻類，每次添加雞糞和牛糞量均為0.25g·L-1，每次添加小球藻和柵藻各5mL。每種處理方式設(shè)置3個平行。本試驗使用的雞糞肥和牛糞肥均為經(jīng)過發(fā)酵后的腐熟肥料。施肥方法是將有機肥包入紗布中，沉入水底。根據(jù)水體透明度情況，并考慮到數(shù)據(jù)分析的方便，前20d每10d施肥、加藻1次，之后每20 d 1次；試驗期間共施肥、添加藻4次。試驗期間有機肥和藻類使用量見表1。

1.3 養(yǎng)殖試驗

根據(jù)羅非魚養(yǎng)殖生產(chǎn)實際，每個塑料桶中放養(yǎng)體重 2.49±0.58 g、體長 3.85±0.34 cm（n=30）的羅非魚（GIFT Oreochromis niloticus）50尾。養(yǎng)殖期間的日投喂量約為魚體重量的5%（每周從對照組中隨機取5尾魚稱重，并據(jù)此改變餌料投喂量），分3次投喂，投喂時間分別為 9：00、12：30、16：00。試驗期間不換水，只注水以補充因蒸發(fā)或樣品采集時失去的水量；遇大雨則排水，使塑料桶中水的體積在整個試驗期間保持不變。試驗期間使用水產(chǎn)養(yǎng)殖電磁式空氣壓縮機充氣，采樣前2 h停止充氣。

表1 試驗期間有機肥和藻類使用量Table 1 Amount of manure and algae used in tank during the experiment

1.4 浮游植物采集、鑒定和計數(shù)

由于試驗水體較小，浮游植物樣品僅采集定量樣品，不采集定性樣品。浮游植物定量樣品采集方法參照文獻[8]。浮游植物鑒定參照文獻[9-11]。

1.5 評價方法

根據(jù)浮游植物的香農(nóng)-威納多樣性指數(shù)（D，Shannon-Wiener index）、Pielou 均勻度指數(shù)（J，Pielou）對浮游植物的生態(tài)學特征進行分析評價。上述各項指數(shù)的計算方法參照文獻[8，12-13]。

2 結(jié)果與分析

2.1 浮游植物種類組成及豐度

試驗期間，空白組（Control）、加藻組（Algae）、雞糞-藻組（Chicken-A）、雞糞-牛糞-藻組（C-C-A）均鑒定出5門，分別為綠藻、硅藻、藍藻、裸藻、隱藻；牛糞-藻組（Cattle-A）鑒定出4門，分別為綠藻、硅藻、藍藻、裸藻（表2）。試驗期間，空白組鑒定出藻類19種、加藻組26種、雞糞-藻組34種、牛糞-藻組27種、雞糞-牛糞-藻組31種?？瞻捉M、加藻組、雞糞-藻組、牛糞-藻組、雞糞-牛糞-藻組的藻類總豐度分別變化在 1.52×107～6.99×107cells·L-1、4.18×107～6.58×107cells·L-1、1.24×107～9.58×107cells·L-1、4.37×106～5.36×107cells·L-1、1.06×107～8.63×107cells·L-1之間（圖1），施肥組和對照組的藻類總豐度都呈先降低后升高的變化趨勢。對各個采樣時間下的藻類種類數(shù)分析顯示（圖1），試驗期間的藻類種類數(shù)總體表現(xiàn)為：Chicken-A＞C-C-A＞Cattle-A＞Algae＞Control。

2.2 藍、綠藻豐度及其所占比例

試驗期間，空白組、加藻組、雞糞-藻組、牛糞-藻組、雞糞-牛糞-藻組的藍藻豐度分別變化在1.30×107～4.10×107cells·L-1、1.55×107～3.28×107cells·L-1、4.50×106～3.28×107cells·L-1、2.00×106～3.28×107cells·L-1、4.70×106～3.28×107cells·L-1之間；在試驗的前 20 d，對照組的藍藻豐度高于同期有機肥-藻組，而低于加藻組；在試驗40 d后，對照組的藍藻豐度高于所有試驗組，且雞糞-藻組的藍藻豐度最低（圖2）。對藍藻占總藻類的百分比分析表明，對照組藍藻比例呈先升高后降低的變化趨勢，4個試驗組的藍藻比例都呈現(xiàn)出不斷降低的變化趨勢；試驗組藍藻比例的降低幅度高于對照組，且雞糞-藻組的降低幅度最大。試驗期間，空白組、加藻組、雞糞-藻組、牛糞-藻組、雞糞-牛糞-藻組的綠藻豐度分別變化在 2.00×106～2.05×107cells·L-1、7.76×106～4.22×107cells·L-1、7.40×106～7.88×107cells·L-1、2.35×106～3.50×107cells·L-1、5.20×106～6.44×107cells·L-1之間，試驗組和對照組的綠藻豐度都呈升高趨勢（圖2）。對綠藻占總藻類的百分比分析表明，對照組和4個試驗組的綠藻比例都呈現(xiàn)出不斷升高的變化趨勢，但4個試驗組的升高幅度高于對照組，且雞糞-藻組的升高幅度最大。

2.3 多樣性和均勻度

對藻類多樣性指數(shù)的分析表明，試驗期間，空白組、加藻組、雞糞-藻組、牛糞-藻組、雞糞-牛糞-藻組的多樣性指數(shù)分別變化在 1.08～2.16、1.44～2.46、1.44～3.48、1.44～2.91、1.44～3.20 之間，平均值分別為1.55、2.16、2.80、2.38、2.62；4 個試驗組的藻類多樣性指數(shù)隨著養(yǎng)殖時間的延長而升高，且高于同期對照組。各試驗組的藻類多樣性指數(shù)的大小順序表現(xiàn)為：Chicken-A＞C-C-A＞Cattle-A＞Algae＞Control。

對藻類均勻度指數(shù)的分析表明，試驗期間，空白組、加藻組、雞糞-藻組、牛糞-藻組、雞糞-牛糞-藻組的均勻度指數(shù)分別變化在 0.36～0.75、0.42～0.77、0.42～0.88、0.42～0.87、0.42～0.87 之間，平均值分別為0.55、0.66、0.74、0.72、0.72；有機肥組的藻類均勻度指數(shù)高于同期對照組。各試驗組的藻類均勻度指數(shù)平均值的大小順序表現(xiàn)為：Chicken-A＞C-C-A=Cattle-A＞Algae＞Control（表3）。

3 討論

浮游植物是水生態(tài)系統(tǒng)中重要的初級生產(chǎn)者[8]，是水生食物鏈的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，能通過光合作用固定無機碳和釋放氧氣[14]，并能吸收水體中的氮、磷等營養(yǎng)鹽使之轉(zhuǎn)化為有機物[15]。因此，養(yǎng)殖水體中的藻類在改善水質(zhì)的同時，也為經(jīng)濟水生動物提供了優(yōu)質(zhì)餌料資源，能彌補飼料中缺乏的某些營養(yǎng)素[16]。然而，并非所有藻類都能被經(jīng)濟水生動物利用，某些有害藻類，如微囊藻等，由于不能被魚類等水生生物利用，在特定條件下會爆發(fā)性增殖而形成水華，使水質(zhì)惡化、變臭，導致魚蝦大量死亡[17-18]。有害藻類的異常增殖給經(jīng)濟水生動物生長帶來了嚴重危害[19]。因此，在促進有益藻類生長、繁殖的同時抑制有害藻類的生長、繁殖，從而實現(xiàn)利用藻類調(diào)節(jié)改善養(yǎng)殖生態(tài)環(huán)境，將大幅提高水體初級生產(chǎn)力[17]。

表2 試驗組藻類種類及平均豐度Table 2 The average abundance and species of phytoplankton in every test group

圖1 浮游植物豐度和種類數(shù)變化Figure 1 Abundance and species of phytoplankton

圖2 藍、綠藻豐度及其所占比例變化Figure 2 Cyanophyta and chlorophyta abundance and their proportions of the total phytoplankton

浮游植物數(shù)量和豐度主要受水體營養(yǎng)鹽、水溫等因素的影響[8，20]，在養(yǎng)殖池塘中施肥能夠促進浮游植物的生長，不僅為魚類提供天然餌料，而且還能調(diào)節(jié)水體透明度、增加溶解氧含量[16，21]。本研究對藍藻和綠藻所占比例的分析結(jié)果顯示，有機肥加藻組的藍藻豐度和藍藻比例均低于同期對照組，而綠藻比例均高于同期對照組，表明有機肥加藻組的藍藻豐度、藍藻比例、綠藻比例都優(yōu)于對照組，顯示出在養(yǎng)殖水體中添加藻類和有機肥具有抑制藍藻生長、促進綠藻生長功效。張萍等[7]在研究有機肥對克氏原螯蝦池塘浮游藻類及水質(zhì)的影響時，發(fā)現(xiàn)在養(yǎng)殖水體中施用有機肥，能夠改變池塘生態(tài)環(huán)境，使其不適合藍藻等有害藻類繁殖；Fallahi等[22]研究發(fā)現(xiàn)在養(yǎng)殖水體中施用牛糞肥能夠降低藍藻數(shù)量。這與本研究結(jié)果一致。一般認為，藻類正常利用水體中N、P的比例約為7∶1，當N/P大于7時容易產(chǎn)生P限制，N/P小于7時容易出現(xiàn)N限制[1]。本試驗對養(yǎng)殖水質(zhì)的同步監(jiān)測顯示，各組養(yǎng)殖水體中N、P含量均隨養(yǎng)殖時間的延長呈上升趨勢，即投餌、施肥輸入的N、P量超過藻類需求并在水體內(nèi)積累，不會因水體中N、P缺乏對藻類產(chǎn)生限制作用，N/P比例對于評判N限制或P限制缺乏指示意義[1]。施肥降低養(yǎng)殖水體中藍藻含量可能與施肥帶入高濃度的氮有關(guān)，過量的氮會使固氮性藍藻失去競爭優(yōu)勢，使藍藻在生長競爭中處于不利地位，而使綠藻及其他微藻成為優(yōu)勢種[23]；同時，添加外源綠藻增加了綠藻的競爭優(yōu)勢，也在一定程度上強化了上述過程。比較不同有機肥對藍、綠藻所占比例的影響情況可見，藍藻比例總體表現(xiàn)為雞糞加藻組最低，綠藻比例表現(xiàn)為雞糞加藻組最高，表明雞糞優(yōu)于牛糞或雞糞-牛糞混合。此外，本研究顯示，對照組水體中的藍藻所占比例也有一定程度的降低趨勢。這可能與本試驗的養(yǎng)殖魚類為羅非魚有關(guān)，研究認為羅非魚有控制藍藻的作用[24-25]，也在一定程度上驗證了前人的研究結(jié)論。

表3 浮游植物均勻度指數(shù)和多樣性指數(shù)Table 3 The evenness and diversity index of phytoplankton

物種多樣性是衡量一定區(qū)域生物資源豐富程度的一個客觀指標，用于評價群落中種類組成的穩(wěn)定程度及其數(shù)量分布均勻程度和群落組織結(jié)構(gòu)特征，并常作為描述群落演替方向、速度和穩(wěn)定程度的指標。本研究對浮游植物多樣性指數(shù)的分析表明，施肥和添加藻類的水體的浮游植物多樣性指數(shù)均高于同期對照組，施肥或添加藻類組的浮游植物多樣性優(yōu)于對照組，顯示出在養(yǎng)殖水體中添加藻類和施用有機肥能夠改善浮游植物群落結(jié)構(gòu)。孫衛(wèi)明等[21]在研究不同施肥組合對凡納濱對蝦池塘中浮游植物的影響時，發(fā)現(xiàn)施用雞糞的養(yǎng)殖水體中的浮游植物多樣性顯著提高；趙文等[26]在研究施肥對羅非魚池塘浮游植物群落的影響時，發(fā)現(xiàn)施用有機肥能夠提高浮游植物多樣性指數(shù)。這與本研究結(jié)果一致。同時，比較不同處理方式對浮游植物多樣性的影響情況，可見多樣性指數(shù)的大小順序為 Chicken-A＞C-C-A＞Cattle-A＞Algae＞Control，表明施用雞糞并同時添加藻類可使浮游植物群落處于更加穩(wěn)定的狀態(tài)，雞糞優(yōu)于牛糞或雞糞-牛糞混合。這與根據(jù)藍、綠藻所占比例進行判斷的結(jié)果一致。

4 結(jié)論

（1）在養(yǎng)殖水體中添加有機肥和藻類能夠抑制藍藻生長、促進綠藻生長。與其他各組相比，雞糞加藻組的藍藻比例降低幅度以及綠藻比例升高幅度都最大，表明本試驗條件下雞糞加藻是最優(yōu)組合。

（2）外源性添加有機肥和藻類能夠提高養(yǎng)殖水體的浮游植物種類數(shù)、多樣性指數(shù)和均勻度指數(shù)，改善浮游植物群落結(jié)構(gòu)，且雞糞優(yōu)于牛糞或雞糞-牛糞混合。

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Effect of organic fertilizer and algae addition to tilapia aquaculture water on the community structure of phytoplankton

MENG Shun-long1,2,LI Dan-dan1,QIU Li-ping1,HU Geng-dong1,FAN Li-min1,SONG Chao1,WU Wei1,2,ZHENG Yao1,CHEN Jia-zhang1,2*,BING Xu-wen1,2*
（1.Freshwater Fisheries Research Center,Chinese Academy of Fishery Sciences;Scientific Observing and Experimental Station of Fishery Resources and Environment in the Lower Reaches of the Changjiang River,Ministry of Agriculture;Key Open Laboratory of Ecological Environment and Resources of Inland Fisheries,Chinese Academy of Fishery Sciences,Wuxi 214081,China;2.Wuxi Fishery College,Nanjing Agricultural University,Wuxi 214081,China）

The aim of this study was to explain the mechanism by the addition of organic fertilizers and algae to aquaculture water which could increase the yield,raise efficiency,and help in waste reclamation.For this purpose,experiments were carried out using chicken ma-nure and cattle manure as organic fertilizers,and Chlorella vulgaris and Scenedesmus quadricauda as exogenous algae.The experiments used the following groups：Control group,algae group（Algae）,a mix of chicken manure and algae group（Chicken-A）,a mix of cattle manure and algae group（Cattle-A）,and a mix of chicken-cattle manure and algae group（C-C-A）.The Shannon-Wiener diversity index and Pielou evenness index were used to evaluate the effect on phytoplankton community structure of adding organic fertilizers and algae to tilapia aquaculture water.The results showed that there were 19,26,34,27,and 31 species of phytoplankton in the Control,Algae,Chicken-A,Cattle-A,and C-C-A groups,respectively,following the order Chicken-A＞C-C-A＞Cattle-A＞Algae＞Control.The total abundance of phytoplankton in the Control,Algae,Chicken-A,Cattle-A,and C-C-A groups changed from 1.52×107to 6.99×107cells·L-1,4.18×107to 6.58×107cells·L-1,1.24×107to 9.58×107cells·L-1,4.37×106to 5.36×107cells·L-1,and 1.06×107to 8.63×107cells·L-1,respectively.The total abundance of phytoplankton in the control and all the test groups first decreased and then increased.The proportion of cyanophyta accounting for the total phytoplankton population in the Control group first increased and then decreased,and that in the Algae,Chicken-A,Cattle-A,and C-C-A groups decreased gradually.Moreover,the overall decrease in the cyanophyta proportion was higher in the test groups than in the Control group,with the largest decrease in the Chicken-A group.The Shannon-Wiener and Pielou indexes were higher in the test groups than in the Control group.The former followed the order Chicken-A＞C-C-A＞Cattle-A＞Algae＞Control.These results showed that the use of organic fertilizers and algae in tilapia aquaculture water could inhibit cyanophyta growth,facilitate chlorophyta growth,and improve phytoplankton community structure.Chicken manure was found to be better than cattle manure or a mixture of chicken manure and cattle manure.

chicken manure;cattle manure;tilapia;phytoplankton;structural characteristics

S965.125

A

1672-2043（2017）10-2099-07

10.11654/jaes.2017-0417

孟順龍，李丹丹，裘麗萍,等.添加藻類和有機肥對羅非魚養(yǎng)殖水體浮游植物群落結(jié)構(gòu)的影響[J].農(nóng)業(yè)環(huán)境科學學報,2017,36（10）：2099-2105.

MENG Shun-long,LI Dan-dan,QIU Li-ping,et al.Effect of organic fertilizer and algae addition to tilapia aquaculture water on the community structure of phytoplankton[J].Journal of Agro-Environment Science,2017,36（10）：2099-2105.

2017-03-22 錄用日期：2017-06-15

孟順龍（1982—），男，安徽潁上人，博士，副研究員，碩士生導師，從事漁業(yè)環(huán)境保護和水生生物學研究。E-mail：mengsl@ffrc.cn

*通信作者：陳家長 E-mail：chenjz@ffrc.cn；邴旭文 E-mail：bingxw@ffrc.cn

國家科技支撐計劃項目（2015BAD13B03）；國家現(xiàn)代農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系建設(shè)專項（CARS-46）

Project supported：The National Key Technology Research and Development Program of the Ministry of Science and Technology of China（2015BAD13B03）；China Agriculture Research System（CARS-46）