付琴琴， 高云霓， 董 靜， 王 磊， 宋冬鎣， 胡旖媚， 陳婧婉， 趙燕楠， 聶萬林

(1.河南師范大學水產(chǎn)學院/河南省水產(chǎn)動物養(yǎng)殖工程技術(shù)研究中心，河南新鄉(xiāng) 453007；

2.宜昌市農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全監(jiān)督監(jiān)測站，湖北宜昌 443000)

池塘養(yǎng)殖是我國水產(chǎn)養(yǎng)殖的主要方式之一，2016年《中國漁業(yè)統(tǒng)計年鑒》顯示，池塘養(yǎng)殖面積占我國淡水養(yǎng)殖總面積的43.94%，遠高于水庫、湖泊和河溝等其他養(yǎng)殖方式。然而，高密度、高投餌率和高換水率的傳統(tǒng)養(yǎng)殖模式使得養(yǎng)殖水環(huán)境富營養(yǎng)化問題日益嚴重，藻華現(xiàn)象普遍，不僅嚴重影響漁業(yè)產(chǎn)量和質(zhì)量，制約水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)的健康發(fā)展，還對人類健康構(gòu)成威脅[1]。因此，養(yǎng)殖水體營養(yǎng)過剩和藻華污染問題，已成為國內(nèi)外學者廣泛關(guān)注的重要課題之一。

目前，關(guān)于水華期間藻類群落結(jié)構(gòu)變化的研究水體多為湖泊、水庫等大型水體[2-3]，對養(yǎng)殖水體的研究并不多[4]。養(yǎng)殖池塘水體相對于自然湖泊有水體面積較小、水體較淺、營養(yǎng)鹽濃度較高等特點[5]，不僅能為水華暴發(fā)提供穩(wěn)定的水體環(huán)境，而且相對于大型水體，還能夠加快并放大浮游藻類群落結(jié)構(gòu)與環(huán)境因子間的響應過程，對藻華水體的生態(tài)學研究具有重要意義[6]。另外，浮游藻類生長周期短，對環(huán)境變化敏感，所以環(huán)境條件的變化能很快引起浮游藻類群落結(jié)構(gòu)變化，因此適當縮短采樣間隔可以更精確地反映養(yǎng)殖池塘水華期間藻類群落結(jié)構(gòu)與環(huán)境因子的聯(lián)系[4，7-8]。

以2個鯉(Cyprinuscarpio)養(yǎng)殖池塘為研究對象，對比觀測養(yǎng)殖中后期藻華動態(tài)和水環(huán)境特征，結(jié)合養(yǎng)殖生態(tài)環(huán)境中各要素間的相互關(guān)系，深入剖析引起養(yǎng)殖水體藻華暴發(fā)的內(nèi)因和外因，從而對養(yǎng)殖水體藻華的預防和控制及優(yōu)良藻相和養(yǎng)殖生態(tài)的構(gòu)建進行指導，促進池塘養(yǎng)殖的健康綠色發(fā)展。

1 材料與方法

1.1 養(yǎng)殖池塘概況

1.2 樣品采集與處理

于2016年9—11月，連續(xù)6周密集采樣監(jiān)測池塘藻類和水質(zhì)變化，現(xiàn)場用YSI水質(zhì)分析儀測定水溫(WT)、pH值、電導率、鹽度等指標，于池塘中心區(qū)域水面下0.5 m采集1 L水樣帶回實驗室分析水質(zhì)指標，具體包括堿度(AT，酸堿滴定法)、總氮濃度(TN，堿性過硫酸鉀法)、總磷濃度(TP，鉬銻抗分光光度法)[9]、活性磷濃度(PO4-P，鉬銻抗分光光度法)、氨態(tài)氮濃度(NH3-N，納氏試劑分光光度法)、硝態(tài)氮濃度(NO3-N，紫外分光光度法)和亞硝態(tài)氮濃度(NO2-N，酚二磺酸分光光度法)[8]?，F(xiàn)場采用25號浮游生物網(wǎng)采集藻類帶回實驗室分類鑒定，同時采集1 L水樣，用魯哥氏液固定，帶回實驗室沉淀濃縮后鏡檢計數(shù)。

1.3 藻類樣品分析

在光學顯微鏡下，參照《中國淡水藻類》[10]《中國淡水生物圖譜》[11]《淡水微型生物圖譜》[12]及《湖泊富營養(yǎng)化調(diào)查規(guī)范》[13]等資料對藻類樣品進行鑒定和計數(shù)。

1.4 數(shù)據(jù)分析

采用Excel 10.0對數(shù)據(jù)進行整理和統(tǒng)計，用SPSS 20.0進行差異顯著性分析，用CANOCO 4.5軟件進行相關(guān)性分析。Shannon-Wiener香農(nóng)維納多樣性指數(shù)(H)、Pielou均勻度指數(shù)(J)、Margalef物種豐富度指數(shù)(D)和McNaughton優(yōu)勢度(Y)均參照文獻[14]進行計算。采用典范對應分析(CCA)對藻類種類和營養(yǎng)因子間的相互關(guān)系進行研究[15-16]，為了使藻類密度數(shù)據(jù)呈正態(tài)分布，對藻類種屬密度、營養(yǎng)因子數(shù)據(jù)都進行l(wèi)g(x+1)處理[17]。

2 結(jié)果與分析

2.1 池塘藻類動態(tài)

2.1.1 種類組成 調(diào)查期間1#池塘鑒定出20種(屬)，2#池塘鑒定出藻類22種(屬)，隸屬于綠藻、藍藻、硅藻、裸藻4門，綠藻門種類最多(表1)。但試驗期間優(yōu)勢種主要為藍藻門的銅綠微囊藻(Microcystisaeruginosa)，2#養(yǎng)殖池塘中，除10月中旬硅藻門的梅尼小環(huán)藻(Cyclotellameneghiniana)為優(yōu)勢種外，其他時段銅綠微囊藻仍占優(yōu)勢。

表1 池塘藻類種數(shù)及占比

2.1.2 藻類密度 由圖1可知，1#池塘藻類密度高于2#池塘，變化范圍為1.18×106～3.39×106cells/mL，平均值為1.89×106cells/mL，高峰出現(xiàn)在9月底；2#池塘藻類密度變化范圍為0.16×106～0.92×106cells/mL，平均值為 0.65×106cells/mL，高峰也出現(xiàn)在9月底。

作為優(yōu)勢種的藍藻門銅綠微囊藻，其密度隨時間變化趨勢如圖2所示，與圖1藻類密度趨勢較為一致，其中1#池塘中銅綠微囊藻細胞密度在9月底最高，為3.20×106cells/mL，優(yōu)勢度占藻類密度比例為94.32%，10月上旬下降到1.03×106cells/mL，從10月中旬到試驗結(jié)束一直維持在1.19×106～1.35×106cells/mL范圍內(nèi)，優(yōu)勢度不低于82.89%；2#池塘中微囊藻細胞密度隨時間的變化幅度較小，試驗期間一直維持在0.07×106～0.75×106cells/mL范圍內(nèi)，優(yōu)勢度波動較大，為 16.92%～84.07%(表2)。這與養(yǎng)殖池塘中藻類組成的變化有關(guān)，試驗前期2個池塘的優(yōu)勢藻類均為藍藻，其次為硅藻和綠藻，裸藻最少。試驗后期，1#池塘的優(yōu)勢藻類仍為藍藻，但2#池塘的優(yōu)勢藻類為硅藻(圖3)。

表2 1#和2#養(yǎng)殖池塘中銅綠微囊藻優(yōu)勢度

2.1.3 池塘藻類群落多樣性 由圖4可知，1#、2#池塘藻類多樣性指數(shù)(H)分別為0.32～0.79、0.73～1.72，均勻度指數(shù)分別為 0.12～0.28、0.29～0.65，豐富度指數(shù)分別為0.85～1.13、0.89～1.31。2#池塘多樣性和均勻度指數(shù)明顯優(yōu)于1#池塘。

2.2 池塘理化環(huán)境

從表3可以看出，調(diào)查期間2個池塘水溫、pH值、電導率、鹽度值、堿度均無明顯差異，且變化范圍基本一致。

2.3 氮磷營養(yǎng)指標變化

由圖5可知，試驗期間，1#和2#池塘總氮濃度均有較大波動，但均值差別不大，分別為5.68、5.44 mg/L。1#和2#池塘TN含量變化范圍分別為1.18～16.40 mg/L和2.02～11.54 mg/L，2個池塘的變化趨勢較為一致。由圖6可知，硝態(tài)氮、亞硝態(tài)氮、氨態(tài)氮濃度在總氮濃度中所占比例較少，1#池塘3種氮的平均含量分別為0.42、0.08、0.33 mg/L，2#池塘分別為0.55、0.07、0.30 mg/L。截至10月上旬，硝態(tài)氮所占比例整體最高，之后的大多數(shù)情況下，氨態(tài)氮所占比例最高，亞硝態(tài)氮含量則整體處于最低水平。

表3 試驗期間養(yǎng)殖池塘各項理化指標均值和變化范圍

然而，2個池塘磷濃度有明顯差異，1#、2#池塘TP濃度均值分別為0.15、0.41 mg/L，波動范圍分別為 0.04～0.29、0.01～1.44 mg/L，活性磷濃度均值分別為0.04、0.11 mg/L，波動范圍分別為0.00～0.15、0.01～0.38 mg/L。1#池塘TP濃度變化不明顯，2#池塘TP濃度波動較大；2個池塘活性磷濃度整體呈下降趨勢(圖7)。

根據(jù)總氮、總磷濃度計算的氮磷比，1#、2#池塘均值分別為62.40、267.57，變化范圍分別為4.57～231.24、2.19～1 105.04。

2.4 池塘藻類與營養(yǎng)因子的相關(guān)性

為確定2個池塘藻類增長與營養(yǎng)因子間的相關(guān)性，將2個池塘藻類種群密度與營養(yǎng)因子進行CCA分析。由表4可見，1#池塘CCA分析中，前2個排序軸的特征值分別為0.12、0.06，前2個營養(yǎng)因子軸與物種軸之間的相關(guān)系數(shù)分別為 1.00、0.98，4個排序軸共解釋了86.50%的藻類群落變化及91.30%的藻類群落變化與環(huán)境營養(yǎng)因子間的關(guān)系，說明排序能較好地反映1#池塘浮游藻類與營養(yǎng)因子間的相關(guān)關(guān)系。由表5可見，在2#池塘CCA分析中，前2個排序軸的特征值分別為0.16、0.07，前2個營養(yǎng)因子軸與物種軸之間的相關(guān)系數(shù)分別為1.00、0.98，4個排序軸共解釋了83.50%的藻類群落變化及96.30%的藻類群落變化與營養(yǎng)因子間的關(guān)系，說明排序能較好地反映2#池塘浮游藻類與營養(yǎng)因子間的相關(guān)關(guān)系。

表4 1#池塘藻類種群密度變化和營養(yǎng)因子間的CCA排序結(jié)果

表5 2#池塘藻類種群密度變化和營養(yǎng)因子間的CCA排序結(jié)果

由圖8-A可見，1#池塘中，第1排序軸與PO4-P濃度呈正相關(guān)關(guān)系(0.78)，與TN濃度呈負相關(guān)關(guān)系(-0.40)，第2排序軸與NO3-N濃度呈正相關(guān)關(guān)系(0.38)，與NH3-N濃度呈負相關(guān)關(guān)系(-0.61)，1#池塘中菱形藻(Nitzschiasp.，S4)、盤星藻(Pediastrumsp.，S15)、空星藻(Coelastrumsp.，S16)與PO4-P、TP濃度呈正相關(guān)關(guān)系，平裂藻(Merismopediasp.，S9)、集星藻(Actinastrumsp.，S17)與TN、NO3-N濃度呈正相關(guān)關(guān)系，與NO2-N濃度呈負相關(guān)關(guān)系，螺旋藻(Spirulinasp.，S6)、多芒藻(Golenkiniasp.，S12)和囊裸藻(Trachelomonassp.，S1)與NH3-N濃度呈一定的正相關(guān)關(guān)系，顫藻(Oscillatoriasp.，S7)與NO2-N濃度呈正相關(guān)關(guān)系。其他種類大都聚集在軸心位置，可能受到多個營養(yǎng)因子的綜合影響。根據(jù)各營養(yǎng)因子的軸長可知，調(diào)查期間影響1#養(yǎng)殖池塘藻類群落結(jié)構(gòu)動態(tài)的營養(yǎng)因子由強到弱依次為PO4-P>NH3-N>TN>NO3-N>TP>NO2-N。

由圖8-B可見，2#池塘中，與第2排序軸相關(guān)的分別是PO4-P(0.70)和TN(-0.56)，2#池塘中盤星藻(S15)、十字藻(Crucigeniasp.，S22)、螺旋藻(S6)、平裂藻(S9)的分布格局與NH3-N、NO3-N濃度呈正相關(guān)關(guān)系，菱形藻(S4)、空星藻(S16)、月牙藻(Selenastrumsp.，S19)與PO4-P、TP、NO2-N 濃度呈正相關(guān)關(guān)系，與TN濃度呈負相關(guān)關(guān)系。卵囊藻(Oocystissp.，S20)與TN濃度呈正相關(guān)關(guān)系，與其他營養(yǎng)因子呈負相關(guān)關(guān)系。其他種類大都聚集在軸心位置，可能受到多個營養(yǎng)因子的綜合影響。根據(jù)各環(huán)境因子的軸長可知，調(diào)查期間影響2#養(yǎng)殖池塘藻類群落結(jié)構(gòu)動態(tài)的營養(yǎng)因子由強到弱依次為PO4-P>TN>NO2-N>TP>NO3-N>NH3-N。

3 討論

3.1 養(yǎng)殖池塘藻類群落特征

作為初級生產(chǎn)者，浮游藻類的種類組成和生物量決定著水生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和功能，是評價水體營養(yǎng)程度和水質(zhì)狀況的重要指標之一[18]。對于池塘等養(yǎng)殖水體，藻類在改善和調(diào)節(jié)生態(tài)系統(tǒng)物質(zhì)循環(huán)和能量流動方面發(fā)揮著重要作用[19]，參與調(diào)節(jié)水體溶解氧、營養(yǎng)鹽水平，是營造良好水色和合適透明度的基礎[5]。盡管針對傳統(tǒng)養(yǎng)殖池塘藻類群落結(jié)構(gòu)的報道不多，但在池塘養(yǎng)殖基礎上構(gòu)建的新型養(yǎng)殖模式中，藻類群落特征成為一個不可或缺的檢驗指標。在陶粒浮床-池塘養(yǎng)殖系統(tǒng)中共檢出藻類8門111屬179種，多樣性指數(shù)范圍為 1.50～2.46，優(yōu)勢種以綠藻門的柵藻(Scenedesmus)和綠球藻(Chlorococcum)為主[20]。主養(yǎng)鱸魚的淺水、深水池塘，藻類多樣性指數(shù)均值分別達到3.00、2.81[21]。而本試驗中的藻華池塘藻類種數(shù)和多樣性指數(shù)明顯偏低，且在大多數(shù)情況下優(yōu)勢種為藍藻水華種類，這與健康養(yǎng)殖生態(tài)環(huán)境所需要的綠藻和硅藻等餌料藻占優(yōu)勢的藻類群落結(jié)構(gòu)特征不同。

楊文等調(diào)查了某小型藻華池塘，共檢出藻類5門54種屬，其中綠藻最多，其次為藍藻，但其水華優(yōu)勢種為絲狀藍藻[4]，與本試驗2個池塘銅綠微囊藻為水華優(yōu)勢種不同。盡管試驗期間2個池塘表層肉眼都能觀察到1層藻華，但其藻類群落特征仍有明顯差異，具體表現(xiàn)在3個方面：藻細胞密度1#池塘明顯高于2#池塘；水華藍藻銅綠微囊藻細胞密度1#池塘也明顯高于2#池塘，且1#池塘優(yōu)勢度不低于82.89%，而2#池塘在10月中旬硅藻門梅尼小環(huán)藻所占比重超過50%；1#池塘多樣性指數(shù)和均勻度指數(shù)均明顯低于2#池塘。

本調(diào)查養(yǎng)殖池塘規(guī)模較小，時間集中在養(yǎng)殖中后期，養(yǎng)殖品種為鯉和鯽，均為雜食性鯉科魚類，養(yǎng)殖密度不高，但水體中藻細胞密度較高。南亞野鯪養(yǎng)殖池塘中混養(yǎng)鯉密度為0.5尾/m2時，可促進藻類生長，但達到1.0尾/m2時，這種效應即部分消失[22]。本試驗中鯉的養(yǎng)殖密度達到2.0尾/m2，但總體養(yǎng)殖密度不高，對藻華的調(diào)控作用較小。2#池塘的藻類平均細胞密度低于1#池塘，可能與2#池塘中混養(yǎng)較多鯽有關(guān)，鯽在自然水體中的主要食物來源是藻類[23]，對養(yǎng)殖池塘中藻類生物量也會有一定影響。

3.2 影響?zhàn)B殖池塘藻華動態(tài)的因素

影響藻類群落演替規(guī)律的生態(tài)因子，根據(jù)其作用方向可簡單分為上行、下行效應，上行效應主要是在食物鏈上端的浮游動物、濾食性魚類帶來的影響，下行效應則主要是水體理化成分的影響。楊文等通過調(diào)查某小型藻華池塘浮游藻類群落動態(tài)及其影響因子認為，相比于浮游動物的影響，水體理化因子對藻類的群落演替影響力更大[4]。浮游藻類群落結(jié)構(gòu)及其變化與光照、水溫、營養(yǎng)鹽濃度以及其他外界環(huán)境有關(guān)[24-25]。

與藻華池塘浮游藻類群落結(jié)構(gòu)及其變化相關(guān)的理化因子主要包括pH值、水溫等。López-Archilla等在研究西班牙富營養(yǎng)化湖泊時發(fā)現(xiàn)，pH值的升高是導致藍藻水華暴發(fā)的主要因素[26]。在pH值低于7.1的處理中，銅綠微囊藻生長速率受到顯著抑制[27]。本研究中2個池塘pH值變化范圍為 8.09～8.73，一直處于較高水平，這種環(huán)境更有利于藍藻生長，而不利于其他藻類生長[28]，因此藍藻生長占優(yōu)勢，并暴發(fā)藍藻水華。研究表明，大部分藍藻的最適溫度為25～35 ℃，高于綠藻和硅藻[29]，所以藍藻在溫度較高的水體中具有競爭優(yōu)勢，成為優(yōu)勢種。然而，本試驗期間2個養(yǎng)殖池塘水溫相對較低，1#、2#池塘平均水溫分別為17.99、17.58 ℃，最高水溫為22.80 ℃，最低水溫為11.00 ℃，但銅綠微囊藻水華仍未消失。微囊藻水華在水溫低于10 ℃的冬季仍小范圍出現(xiàn)在太湖部分水域，且具有光合作用活性[30]。由此說明銅綠微囊藻水華可以在較廣的溫度范圍內(nèi)暴發(fā)。然而，本試驗中2個池塘銅綠微囊藻細胞密度并不高，說明較低的溫度對藍藻的生長有一定影響。大部分硅藻都較為喜低溫，與水溫呈負相關(guān)關(guān)系[31]，在本試驗中10月中下旬硅藻在2#池塘中占優(yōu)勢，可能與當時水溫降低較快有關(guān)。因此，可以認為水溫是影響浮游藻類群落變化的重要因素之一。

然而，各類水體暴發(fā)藻華最根本的原因還是水環(huán)境中氮磷營養(yǎng)鹽濃度的劇增。氮磷營養(yǎng)鹽是影響浮游藻類群落結(jié)構(gòu)的主要營養(yǎng)因子，同時也是藻類生長最主要的營養(yǎng)元素[32]，本試驗中氮磷濃度對養(yǎng)殖池塘的藻類群落分布均有明顯影響，但其影響程度與氮磷形態(tài)相關(guān)。溫度和硝態(tài)氮濃度變化是促進孟加拉某湖泊暴發(fā)微囊藻水華的誘因[33]。微囊藻水華暴發(fā)的水體總氮水平一般較高，而大多數(shù)情況下認為，磷濃度是影響藻類群落結(jié)構(gòu)最重要的因素。Fernández等研究顯示，除了季節(jié)因素導致的溫度和太陽輻射外，總磷濃度是促進藻華暴發(fā)的關(guān)鍵因子，而在水華藍藻種類中，磷會限制項圈藻的發(fā)展，但不會對微囊藻的生長產(chǎn)生限制[34]。本試驗CCA分析結(jié)果顯示，可溶性活性磷是影響2個養(yǎng)殖池塘藻類群落分布的主要環(huán)境營養(yǎng)因子，這與胡韌等在研究3座南亞熱帶串聯(lián)調(diào)水水庫浮游藻類群落的CCA結(jié)果[35]一致。本研究中，TN、TP、NH3-N、NO3-N等營養(yǎng)因子與2個養(yǎng)殖池塘藻類群落分布的相關(guān)性存在差異，這種差異可能與不同池塘中的優(yōu)勢種不同有關(guān)[8]。其中，NH3-N濃度與1#池塘藻類群落分布的相關(guān)性明顯大于2#池塘，而NO2-N濃度與2#池塘藻類群落分布的相關(guān)性明顯大于1#池塘，這可能與各養(yǎng)殖池塘不同的藻類群落對各種氮的吸收差異有關(guān)，此外營養(yǎng)鹽濃度及其他營養(yǎng)因子也可能導致這種現(xiàn)象[36]。

不論是本試驗中的養(yǎng)殖池塘，還是各類水庫、湖泊、河流，藍藻水華的暴發(fā)通常都是多重營養(yǎng)因子綜合作用的結(jié)果[37]。鄭丙輝等在研究三峽支流大寧河水華敏感期(2008年4—5月)浮游藻類分布特征與環(huán)境因子關(guān)系時發(fā)現(xiàn)，氮是調(diào)查期間影響浮游藻類細胞密度的關(guān)鍵因子，TN、TP、NO3-N、NO2-N、懸浮物濃度和透明度是影響浮游藻類組成的主要因素[38]。楊文等對小型藻華池塘生物-環(huán)境相關(guān)分析的結(jié)果顯示，pH值、水溫、光照度、總磷濃度等理化因子對藻類群落結(jié)構(gòu)動態(tài)的影響力強[4]。本研究中的養(yǎng)殖池塘，包括磷酸鹽在內(nèi)的可溶性活性磷濃度是影響藻華動態(tài)的關(guān)鍵因素。

4 結(jié)論

2個鯉池塘養(yǎng)殖中后期均有不同程度的藻華現(xiàn)象，銅綠微囊藻在整體上是水華優(yōu)勢種，在1#、2#池塘中的優(yōu)勢度分別為 82.89%～94.55%、16.92%～84.07%。氮磷營養(yǎng)因子與藻類CCA分析結(jié)果顯示，可溶性活性磷濃度是影響池塘藻華動態(tài)變化的主要因素，有必要在養(yǎng)殖中后期從內(nèi)源和外源進行調(diào)控。