何緒偉,程光平,張 曼,黃永穎,婁方瑞,崔 亮,閻維杰
(1.廣西大學(xué)動(dòng)物科學(xué)技術(shù)學(xué)院,廣西 南寧 530005;2.廣西高校水生生物健康養(yǎng)殖與營(yíng)養(yǎng)調(diào)控重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,廣西 南寧 530005;3.來(lái)賓市水產(chǎn)技術(shù)推廣站,廣西 來(lái)賓 546100)
利用非飲用水源水庫(kù)等大水域適度發(fā)展網(wǎng)箱養(yǎng)殖,生產(chǎn)水產(chǎn)食物,獲取優(yōu)質(zhì)蛋白源,對(duì)改善城鄉(xiāng)居民生活質(zhì)量和促進(jìn)社會(huì)發(fā)展具有重要意義,也是發(fā)展“庫(kù)區(qū)經(jīng)濟(jì)”的重要途徑。由于水庫(kù)(流域)網(wǎng)箱養(yǎng)魚(yú)便于管理,近年來(lái),網(wǎng)箱養(yǎng)魚(yú)熱在一些水庫(kù)及河流日漸興起。但是隨著“投飼網(wǎng)箱”養(yǎng)殖規(guī)模的擴(kuò)大以及養(yǎng)殖密度的提高,未食殘餌以及養(yǎng)殖魚(yú)類(lèi)排泄物對(duì)養(yǎng)殖水體水質(zhì)的影響越來(lái)越突出。如何評(píng)價(jià)大水域“健康狀況”、合理開(kāi)發(fā)和科學(xué)利用大水面資源,以及實(shí)現(xiàn)水庫(kù)等大水域養(yǎng)殖與環(huán)境友好,已成為水產(chǎn)養(yǎng)殖和水域環(huán)境學(xué)界關(guān)注的重點(diǎn)。浮游生物作為水域生態(tài)系統(tǒng)中生產(chǎn)力和生物鏈的基礎(chǔ),對(duì)水域生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、能流和物質(zhì)循環(huán)具有重要作用[1],可以真實(shí)直觀(guān)地反映出水域生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的改變[2]。水域生態(tài)系統(tǒng)的生物完整性指水質(zhì)健康狀況因人為干擾而受到損害后可以較快地恢復(fù)其功能結(jié)構(gòu)的能力[3]。Karr[4]最先以魚(yú)類(lèi)作為生態(tài)系統(tǒng)健康狀況評(píng)價(jià)的研究對(duì)象,提出魚(yú)類(lèi)完整性指數(shù)評(píng)價(jià)體系,基于魚(yú)類(lèi)生物完整性指數(shù)建立了漓江上游河流健康評(píng)價(jià)體系[5]。隨著生物完整性指數(shù)評(píng)價(jià)體系的完善,研究對(duì)象逐步擴(kuò)展到大型底棲無(wú)脊椎動(dòng)物[6]、底棲生物[7]、附石藻類(lèi)[8]和對(duì)于水質(zhì)變化更為敏感的浮游生物[9]。分析生物完整性指數(shù)與水質(zhì)[10]及其他環(huán)境因子[11]的關(guān)系也是近幾年研究的熱點(diǎn)。目前,通過(guò)生物完整性指數(shù)的方法評(píng)價(jià)大水面網(wǎng)箱養(yǎng)殖水域水質(zhì)的研究較少,通過(guò)灰色關(guān)聯(lián)分析其與網(wǎng)箱養(yǎng)殖水域水質(zhì)關(guān)系更是鮮有報(bào)道。布良水庫(kù)位于廣西壯族自治區(qū)隆安縣境內(nèi),屬非飲用水源湖泊型水庫(kù),始建于1958年,因其巖溶發(fā)育防滲困難,壩首曾被洪水沖垮,1970年重建,1973年建成。水庫(kù)壩長(zhǎng)229 m,壩高30.4 m,水庫(kù)最大蓄水量達(dá)1991萬(wàn)m3,正常蓄水量1 432萬(wàn)m3,灌溉農(nóng)田面積3679.8 hm2。本研究通過(guò)監(jiān)測(cè)分析布良水庫(kù)集約養(yǎng)殖區(qū)“近點(diǎn)”及“遠(yuǎn)點(diǎn)”水體浮游生物的動(dòng)態(tài)變化,以浮游生物完整性指數(shù)(P-IBI)評(píng)價(jià)網(wǎng)箱養(yǎng)殖對(duì)養(yǎng)殖區(qū)水質(zhì)的影響,以期為科學(xué)規(guī)劃大水域養(yǎng)殖區(qū)和養(yǎng)殖容量及建立大水域環(huán)境友好型可持續(xù)集約養(yǎng)殖技術(shù)模式提供參考。
養(yǎng)殖區(qū)為布良水庫(kù)靠近大壩的靜水區(qū),水域面積約13 hm2。水質(zhì)監(jiān)測(cè)期間,投放飼養(yǎng)魚(yú)網(wǎng)箱60個(gè),共1 500 m2。主要養(yǎng)殖對(duì)象為羅非魚(yú),高峰期網(wǎng)箱存魚(yú)量約120 t。監(jiān)測(cè)期內(nèi)外源飼料輸入量約140 t,日飼料輸入量最大約1.8 t。
浮游生物及水化因子采樣點(diǎn)為網(wǎng)箱養(yǎng)殖區(qū)“近點(diǎn)”(離養(yǎng)魚(yú)網(wǎng)箱約10 m)和“遠(yuǎn)點(diǎn)”(離養(yǎng)魚(yú)網(wǎng)箱約150 m);采樣期為1個(gè)養(yǎng)魚(yú)周期(2015年5月10日至10月31日),先后采集監(jiān)測(cè)水樣4次。
浮游生物定性樣品采集:用13#浮游植物網(wǎng)和25#浮游動(dòng)物網(wǎng),于采樣點(diǎn)水深約0.5 m水層按“∞”型分別撈取浮游植物和浮游動(dòng)物測(cè)定水樣,每次撈3~5 min。將撈取樣品保存于50 mL瓶中,各加入1 mL甲醛和1 mL魯哥液固定,帶回實(shí)驗(yàn)室。光學(xué)顯微鏡下鑒定浮游生物種屬。
浮游生物定量樣品采集:用采水器于采樣點(diǎn)水深約0.5 m處分別采集3 L和9 L浮游植物和浮游動(dòng)物定量水樣,前者用13#浮游植物網(wǎng)過(guò)濾,后者用25#浮游植物網(wǎng)過(guò)濾,共過(guò)濾4~6次,將濾液收集到1 L塑料瓶中,各加入7 mL甲醛和7 mL魯哥液現(xiàn)場(chǎng)固定,并帶回實(shí)驗(yàn)室。用梨形瓶沉淀濃縮后,在顯微鏡下計(jì)數(shù)樣品中各種屬浮游生物數(shù)量。理化因子樣品采集及測(cè)定參照國(guó)家標(biāo)準(zhǔn),相關(guān)測(cè)定指標(biāo)及測(cè)定方法如下:氣溫和水溫用溫度計(jì)測(cè)定,pH值用pH計(jì)測(cè)定,透明度(SD)用黑白盤(pán)法測(cè)定,溶解氧(DO)和五日生化需氧量(BOD5)用碘量法測(cè)定,化學(xué)需氧量(COD)用堿性高猛酸鉀法測(cè)定,氨態(tài)氮(NH3-N)用奈氏比色法測(cè)定,亞硝酸鹽(NO2-N)用萘乙二胺分光光度法測(cè)定,總磷(TP)用鉬酸銨分光光度法測(cè)定。
浮游生物群落物種多樣性包括兩方面含義:一是浮游生物種的豐富度,即監(jiān)測(cè)水域所含浮游生物全部種數(shù)的多寡;二是浮游生物群落的異質(zhì)性,即監(jiān)測(cè)水域所有浮游生物群落中各物種的相對(duì)密度。浮游生物多樣性采用Shannon-Wiener多樣性指數(shù)表示,計(jì)算公式為:
式中,H為監(jiān)測(cè)水域浮游生物群落物種多樣性指數(shù),H越大,物種多樣性越高,反之,物種多樣性越??;Pi為浮游生物群落中屬于種i的個(gè)體占全部個(gè)體的比例;N為監(jiān)測(cè)水域全部浮游生物種數(shù)。
浮游生物群落均勻性指數(shù)指監(jiān)測(cè)水域浮游生物物種數(shù)量在各個(gè)種間的分布均勻程度,與異質(zhì)性成正比,計(jì)算公式為:
式中,D為監(jiān)測(cè)水域浮游生物均勻度指數(shù),H為監(jiān)測(cè)水域中浮游生物群落的物種多樣性指數(shù),S為監(jiān)測(cè)水域浮游生物總種類(lèi)數(shù)。
1.5.1 參照點(diǎn)確定 目前生物完整性指數(shù)評(píng)價(jià)體系對(duì)于參照點(diǎn)的確定尚未有較為統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn),國(guó)內(nèi)外研究中通常選擇未受到人類(lèi)活動(dòng)干擾或者人類(lèi)活動(dòng)干擾相對(duì)輕微的監(jiān)測(cè)點(diǎn)作為參照點(diǎn)[12]。本研究中因水庫(kù)地理位置遠(yuǎn)離生活區(qū),水體污染物主要來(lái)源于養(yǎng)殖過(guò)程中飼料殘餌和水產(chǎn)動(dòng)物排泄物,故選擇網(wǎng)箱遠(yuǎn)點(diǎn)作為參照點(diǎn),養(yǎng)殖密度較大、受人類(lèi)養(yǎng)殖活動(dòng)干擾較大的網(wǎng)箱近點(diǎn)作為受損點(diǎn)。
1.5.2 浮游生物完整性評(píng)價(jià)體系建立 構(gòu)建浮游生物完整性指數(shù)評(píng)價(jià)體系,基于浮游生物物種豐富度、群落結(jié)構(gòu)和營(yíng)養(yǎng)結(jié)構(gòu),選取26個(gè)對(duì)外界干擾較為敏感的浮游生物指標(biāo)作為評(píng)價(jià)體系構(gòu)建的初選指標(biāo)(表1)。從26個(gè)初選指標(biāo)中篩選出9個(gè)浮游生物評(píng)價(jià)指標(biāo),分別為M2、M3、M5、M6、M8、M9、M11、M15和 M17。使用比值法對(duì)各篩選后的浮游生物指標(biāo)記分,對(duì)相關(guān)浮游生物指標(biāo)進(jìn)行量綱化。
表1 浮游生物完整性指數(shù)評(píng)價(jià)體系初選指標(biāo)
1.5.3 評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)確立 以參照點(diǎn)監(jiān)測(cè)周期內(nèi)所有P-IBI指數(shù)總分值的25%分位數(shù)劃分健康評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)[13],將25%分位數(shù)以上的監(jiān)測(cè)時(shí)期的指數(shù)數(shù)值定義為“健康”,25%分位數(shù)以下的分布范圍4等分,分別定義為“亞健康”“良”“較差”和“極差。依參考點(diǎn)P-IBI分值的25%分位數(shù)劃分的評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)如下:P-IBI指數(shù)總分值>3.98,評(píng)價(jià)為健康,2.99~3.98,評(píng)價(jià)為亞健康;1.99~2.99,評(píng)價(jià)為良;1.00~1.99,評(píng)價(jià)為較差;0~1.00,評(píng)價(jià)為極差。
1.6.1 P-IBI指數(shù)值與各水質(zhì)指標(biāo)實(shí)測(cè)值無(wú)量綱化 使用均值法對(duì)各監(jiān)測(cè)期P-IBI指數(shù)值和水質(zhì)指標(biāo)實(shí)測(cè)值進(jìn)行無(wú)量綱化[14],公式為:
式中,Xi(K)為i監(jiān)測(cè)期時(shí)監(jiān)測(cè)水域 P-IBI指數(shù)值和各水質(zhì)指標(biāo)實(shí)測(cè)值無(wú)量綱化后值;Xi(0)(K)為i監(jiān)測(cè)期時(shí)監(jiān)測(cè)水域P-IBI指數(shù)值和各水質(zhì)指標(biāo)實(shí)測(cè)值;Xj(0)(K)為監(jiān)測(cè)周期內(nèi)P-IBI指數(shù)值和各水質(zhì)指標(biāo)實(shí)測(cè)值平均值。
1.6.2 關(guān)聯(lián)系數(shù)計(jì)算 以P-IBI指數(shù)值為參考序列,比較各水質(zhì)指標(biāo)值并進(jìn)行灰色關(guān)聯(lián)分析,確定灰色關(guān)聯(lián)系數(shù),計(jì)算公式為:
式中,εj(K)為 P-IBI指數(shù)值與各項(xiàng)水質(zhì)因子的關(guān)聯(lián)系數(shù);ρ為分辨系數(shù),ρ=0.5[15]。
2.1.1 浮游植物的種群結(jié)構(gòu) 各監(jiān)測(cè)點(diǎn)養(yǎng)殖周期內(nèi)浮游植物種類(lèi)組成如表2所示。由表2可知,在浮游植物種群結(jié)構(gòu)中,近點(diǎn)為6門(mén)27屬,優(yōu)勢(shì)門(mén)為藍(lán)藻門(mén)和綠藻門(mén)共15屬,占總屬數(shù)的55.56%;遠(yuǎn)點(diǎn)為7門(mén)28屬,優(yōu)勢(shì)門(mén)為藍(lán)藻門(mén)和硅藻門(mén)門(mén)共14屬,占總屬數(shù)的50%。在浮游植物種群數(shù)量“門(mén)”和“屬”水平上,遠(yuǎn)點(diǎn)比近點(diǎn)分別高16.67%和3.70%,遠(yuǎn)點(diǎn)浮游植物多樣性?xún)?yōu)于近點(diǎn)。
表2 各監(jiān)測(cè)點(diǎn)浮游植物種類(lèi)組成
2.1.2 浮游動(dòng)物的種群結(jié)構(gòu) 各監(jiān)測(cè)點(diǎn)養(yǎng)殖周期內(nèi)浮游動(dòng)物種類(lèi)組成如表3所示。由表3可知,在浮游動(dòng)物種群結(jié)構(gòu)中,近點(diǎn)為3門(mén)15屬,優(yōu)勢(shì)門(mén)為原腔動(dòng)物門(mén)共8屬,占總屬數(shù)的53.33%;遠(yuǎn)點(diǎn)為3門(mén)19屬,優(yōu)勢(shì)門(mén)為節(jié)肢動(dòng)物門(mén)共9屬,占總屬數(shù)的47.37%。在浮游動(dòng)物種群數(shù)量上,遠(yuǎn)點(diǎn)比近點(diǎn)大26.67%,遠(yuǎn)點(diǎn)浮游動(dòng)物多樣性亦優(yōu)于近點(diǎn)。
表3 各監(jiān)測(cè)點(diǎn)浮游動(dòng)物種類(lèi)組成
2.1.3 浮游生物的密度和生物量 各監(jiān)測(cè)點(diǎn)養(yǎng)殖周期內(nèi)浮游生物密度和生物量如表4所示。由表4可知,“近點(diǎn)”“遠(yuǎn)點(diǎn)”的浮游植物密度和生物量分別為9.4×104~42.78×104個(gè)/L和0.131~1.348 mg/L、5.2×104~40.7×104個(gè) /L 和0.072~1.006 mg/L。在“密度”水平上,近點(diǎn)比遠(yuǎn)點(diǎn)高117.12%;在“生物量”水平上,近點(diǎn)比遠(yuǎn)點(diǎn)高44.26%。表明近點(diǎn)的浮游植物密度和生物量均高于遠(yuǎn)點(diǎn)。
從表4還可以看出,“近點(diǎn)”“遠(yuǎn)點(diǎn)”兩個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)的浮游動(dòng)物密度和生物量分別為24~280個(gè) /L 和 1.812~5.168 mg/L、52~524個(gè)/L和1.972~13.46 mg/L。在“密度”水平上,遠(yuǎn)點(diǎn)比近點(diǎn)高134.43%;在“生物量”水平上,遠(yuǎn)點(diǎn)比近點(diǎn)高123.58%。表明遠(yuǎn)點(diǎn)的浮游動(dòng)物密度和生物量均高于近點(diǎn)。
表4 各監(jiān)測(cè)點(diǎn)浮游生物密度與生物量動(dòng)態(tài)變化
各監(jiān)測(cè)點(diǎn)主要理化因子歷次測(cè)定值的平均值如表5所示。由表5可知,網(wǎng)箱遠(yuǎn)點(diǎn)的pH值、透明度、DO均略高于網(wǎng)箱近點(diǎn),而網(wǎng)箱近點(diǎn)的 BOD5、CODMn、NH3-N、NO2-N、TP測(cè)定值均高于網(wǎng)箱遠(yuǎn)點(diǎn)。說(shuō)明受養(yǎng)殖活動(dòng)的影響,網(wǎng)箱近點(diǎn)的主要理化因子均劣于網(wǎng)箱遠(yuǎn)點(diǎn)。
表5 各監(jiān)測(cè)點(diǎn)水質(zhì)主要理化因子測(cè)定結(jié)果
各監(jiān)測(cè)水域的P-IBI指數(shù)及評(píng)價(jià)結(jié)果如表6所示。由表6可知,不同等級(jí)健康狀況出現(xiàn)的頻次為:網(wǎng)箱近點(diǎn) “健康”2次、“亞健康”3次、“良”3次;網(wǎng)箱遠(yuǎn)點(diǎn) “健康”5次、“亞健康”3次;分析表明,總體上遠(yuǎn)點(diǎn)健康狀況優(yōu)于近點(diǎn)。從表6還可知,網(wǎng)箱遠(yuǎn)點(diǎn)和近點(diǎn)的P-IBI均呈先升后降趨勢(shì),且不同監(jiān)測(cè)期中遠(yuǎn)點(diǎn)P-IBI均明顯高于近點(diǎn)。分析認(rèn)為,隨著養(yǎng)殖活動(dòng)的進(jìn)行,水體中殘餌及養(yǎng)殖對(duì)象排泄物等蓄積量增加、富營(yíng)養(yǎng)化壓力升高、自?xún)裟芰透∮紊锒鄻有韵陆?,網(wǎng)箱近點(diǎn)因受“養(yǎng)殖活動(dòng)”干擾程度較大,導(dǎo)致其健康狀況相對(duì)低于遠(yuǎn)點(diǎn)。
表6 各監(jiān)測(cè)點(diǎn)水質(zhì)基于P-IBI指數(shù)的健康狀況評(píng)價(jià)
網(wǎng)箱近點(diǎn)和網(wǎng)箱遠(yuǎn)點(diǎn)P-IBI指數(shù)與水質(zhì)指標(biāo)關(guān)聯(lián)度及排序如表7所示。由表7可知,P-IBI與水質(zhì)主要理化因子的關(guān)聯(lián)度:網(wǎng)箱近點(diǎn)為pH>DO>W(wǎng)T>SD>CODMn>TP>NO2-N>NH3-N>BOD5,pH、DO和WT為關(guān)聯(lián)度最高的前3個(gè)影響因子;網(wǎng)箱遠(yuǎn)點(diǎn)為pH>SD>NH3-N>TP>DO=NO2-N>W(wǎng)T>CODMn>BOD5,pH、SD和NH3-N為關(guān)聯(lián)度最高的前3個(gè)影響因子。
表7 P-IBI指數(shù)與水質(zhì)指標(biāo)關(guān)聯(lián)度及排序
網(wǎng)箱養(yǎng)殖活動(dòng)對(duì)湖泊型水庫(kù)養(yǎng)殖區(qū)水質(zhì)健康狀況影響明顯,其中pH值是與浮游生物完整性指數(shù)P-IBI關(guān)聯(lián)度最高的水質(zhì)因子。
用P-IBI評(píng)價(jià)大水域養(yǎng)殖網(wǎng)箱近點(diǎn)和遠(yuǎn)點(diǎn)水質(zhì)健康狀況是一種“灰色”評(píng)價(jià)。本研究中,在浮游生物多樣性水平、P-IBI指數(shù)的季節(jié)性變化和健康狀況總體評(píng)價(jià)上,遠(yuǎn)點(diǎn)均優(yōu)于近點(diǎn),這與采樣點(diǎn)各主要水質(zhì)參數(shù)分析的結(jié)果一致,表明用P-IBI評(píng)價(jià)大水域網(wǎng)箱養(yǎng)殖是可行的[9]。分析認(rèn)為,網(wǎng)箱近點(diǎn)受養(yǎng)殖活動(dòng)干擾的強(qiáng)度較大,隨著養(yǎng)殖過(guò)程飼料輸入量的增加,近點(diǎn)水體中殘餌及排泄物增加、自?xún)裟芰ο陆?,?dǎo)致浮游生物多樣性及健康養(yǎng)況下降[16]。從總體上來(lái)看,網(wǎng)箱養(yǎng)殖活動(dòng)對(duì)湖泊型水庫(kù)養(yǎng)殖區(qū)水質(zhì)健康狀況影響明顯。但在一定的養(yǎng)殖容量范圍內(nèi),離養(yǎng)殖網(wǎng)箱150 m及以外區(qū)域水體的健康狀況仍能維持在“亞健康”及以上水平。在采樣時(shí)間的選擇上,本研究并沒(méi)有參考浮游生物的季節(jié)性演替規(guī)律[17],而是以網(wǎng)箱養(yǎng)殖區(qū)域養(yǎng)殖周期作為參考,旨在重點(diǎn)分析網(wǎng)箱養(yǎng)殖水域養(yǎng)殖周期內(nèi)的浮游生物完整性指數(shù)的變化。
P-IBI指數(shù)與水質(zhì)理化因子關(guān)聯(lián)度分析顯示,在網(wǎng)箱近點(diǎn)與P-IBI指數(shù)關(guān)聯(lián)程度排序中,排前3位的水質(zhì)因子為pH、DO和WT;在網(wǎng)箱遠(yuǎn)點(diǎn)與P-IBI指數(shù)關(guān)聯(lián)程度排序中,排前3位的水質(zhì)因子為pH和SD和NH3-N。本研究中,pH是與近、遠(yuǎn)點(diǎn)浮游生物完整性指數(shù)關(guān)聯(lián)性最高的指標(biāo),與他人的研究結(jié)果[10]具有一致性,但關(guān)聯(lián)度排名靠前的其他水質(zhì)因子有所差異。分析認(rèn)為,水體中pH與CO2含量相關(guān),各營(yíng)養(yǎng)級(jí)生物呼吸消耗較多的溶氧并釋放出CO2使DO和pH下降,而水生植物光合作用消耗CO2并放出O2,使pH上升,水溫則影響浮游生物季節(jié)變化及群落結(jié)構(gòu)的組成[18]。SD影響水體中光照度和水生植物的光合作用;NH3-N作為水生植物吸收的營(yíng)養(yǎng)鹽物質(zhì),含量適宜時(shí)促進(jìn)水生植物的生長(zhǎng)繁殖,而營(yíng)養(yǎng)鹽含量過(guò)高時(shí)則會(huì)限制水生植物的生長(zhǎng),從而影響浮游生物群落組成[19],與浮游生物完整性呈現(xiàn)出顯著相關(guān)。
本研究?jī)H監(jiān)測(cè)了同一養(yǎng)殖類(lèi)型的不同水域,且采樣點(diǎn)相對(duì)較少,有一定的局限性。同時(shí),與P-IBI指數(shù)關(guān)聯(lián)度較高的水質(zhì)因子在生產(chǎn)中調(diào)控的難度較大。因此,若要更加全面準(zhǔn)確的評(píng)價(jià)湖泊型水庫(kù)養(yǎng)殖區(qū)水質(zhì)健康狀況,提高養(yǎng)殖區(qū)水質(zhì)健康水平,還有待更加細(xì)致的監(jiān)測(cè)分析及更加有效的調(diào)控方法。
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