彭輝輝，張凱，陳成勛，謝駿，李志斐，郁二蒙，劉龍飛，龔?fù)麑?，田晶晶，王廣軍,3,通信作者

（1.天津農(nóng)學(xué)院 水產(chǎn)學(xué)院，天津 300384；2.中國水產(chǎn)科學(xué)研究院 珠江水產(chǎn)研究所 農(nóng)業(yè)農(nóng)村部熱帶亞熱帶水產(chǎn)資源利用與養(yǎng)殖重點實驗室，廣州 510380；3.廣東省水產(chǎn)養(yǎng)殖污染修復(fù)生態(tài)工程技術(shù)研究中心，廣州 510380）

稻田養(yǎng)魚指在種植水稻的同時利用稻田水環(huán)境養(yǎng)殖水產(chǎn)品，是一種兼顧經(jīng)濟效益和生態(tài)效益的勞作方式。相比水稻單種模式，稻田養(yǎng)魚可通過魚的代謝將N、P等元素轉(zhuǎn)化為水稻易吸收的形式，可減少化肥使用量，進而降低施肥所帶來的農(nóng)業(yè)面源污染[1]。同時，由于魚類的活動及攝食，減少了水稻蟲害和病害的發(fā)生，降低了殺蟲劑等農(nóng)藥的施放量[2]。此外，稻田養(yǎng)魚在增加或保持水稻產(chǎn)量的前提下，收獲了優(yōu)質(zhì)水產(chǎn)品，更立體地利用了稻田資源[3]，在淡水和耕地資源日益緊張的今天，稻田養(yǎng)魚有著廣闊的發(fā)展前景。

浮游植物（Phytoplankton）作為水體生態(tài)系統(tǒng)的主要生物群落之一，在物質(zhì)循環(huán)和能量流動中起著重要作用[4]。浮游植物作為系統(tǒng)的生產(chǎn)者，為其他生物提供能量、氧，吸收固持營養(yǎng)元素，增加土壤有機質(zhì)含量，改善土壤物理性狀且提高土壤肥力，促進水稻生長[5]。浮游植物還是水體富營養(yǎng)化的指示生物，其種類豐度、群落結(jié)構(gòu)能反映水體富營養(yǎng)化程度，其生長繁殖也受外界環(huán)境因素如營養(yǎng)鹽、有機物濃度、其他生物和人為活動的影響[6]。

作為水產(chǎn)動物的餌料，浮游植物與水體環(huán)境因子也有著密切的關(guān)系[7]。對養(yǎng)魚稻田水體浮游植物進行研究，有利于了解養(yǎng)魚稻田的水質(zhì)和餌料情況，在控制稻田水質(zhì)、提高稻田養(yǎng)魚技術(shù)方面有一定的指導(dǎo)意義。目前，對稻魚系統(tǒng)浮游植物的研究已逐步展開，有學(xué)者對稻鯽[8]、稻蝦[9]、稻蟹[10]模式的浮游植物進行過研究，但對稻鯉模式浮游植物及其與環(huán)境因子關(guān)系的研究尚較少。

華南地區(qū)養(yǎng)魚稻田多分布于北部山區(qū)，由于地形及歷史原因，其稻田養(yǎng)魚基礎(chǔ)數(shù)據(jù)較為薄弱[11]。本研究通過田間試驗對華南地區(qū)養(yǎng)魚稻田和單種稻稻田的浮游植物群落結(jié)構(gòu)及生物量進行分析，并對二者水體環(huán)境因子進行測定，旨在明確華南地區(qū)養(yǎng)魚稻田與單種稻稻田浮游植物群落結(jié)構(gòu)的差異，為稻田養(yǎng)魚提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗地點選擇

試驗在廣東省清遠市連南瑤族自治縣進行，試驗稻田數(shù)量6塊，面積均為0.20 hm2，長寬比約為4∶3。6塊稻田水源一致，其中試驗組（RF）稻田3塊，種稻并放養(yǎng)當?shù)仵庺~苗，對照組（RM）稻田3塊，單種稻不養(yǎng)魚。鯉魚苗為當?shù)氐耐林庺~，俗稱“禾花魚”，當?shù)貍鹘y(tǒng)養(yǎng)魚密度為 112.5 kg/hm2，每塊試驗田放魚苗900尾。試驗期間，稻田水體深度保持在15～20 cm，養(yǎng)魚稻田有人工開挖對魚起保護作用的魚涵，魚涵呈長方形，深1 m，位于稻田正中央，面積約占稻田總面積的5%，以防水位降低對魚造成影響。整個試驗期不施肥、不噴農(nóng)藥、不投餌，魚主要攝食稻田中的天然餌料。

1.2 采樣方法與指標測定

采用YSI多功能水質(zhì)分析儀現(xiàn)場測定水體溫度、溶解氧、電導(dǎo)率、pH值、溶解性固體總量等指標，按照國標法測定水體亞硝酸鹽、硝酸鹽、磷酸鹽、總氮、總磷和總有機碳含量[12]，底泥環(huán)境因子指標采用鄭必昭[13]的方法進行測定。

樣品采集方式為五點采樣法，即在稻田的四角和中心采樣。浮游植物樣品的定量采集方法為：取0.5 L水樣，加入5 mL魯哥氏液固定后，倒入有刻度的沉淀器定容，靜置24～48 h后，用虹吸管吸取上清液，濃縮定容至30 mL時把沉淀液倒入塑料瓶再進行鑒定。浮游植物的定性和定量測定參考韓茂森等[14]、胡鴻鈞等[15]、趙文[4]的方法，在光學(xué)顯微鏡下對浮游植物的種類和密度進行鑒定。

根據(jù)浮游植物不同物種的出現(xiàn)頻率（fi）和個體數(shù)量（Ni）與總數(shù)量（N）的比例來計算優(yōu)勢度Y，當Y≥ 0.02時，確定為優(yōu)勢種，計算公式為：

采用Shannon－Weiner 多樣性指數(shù)（H）描述兩種模式浮游植物的多樣性，計算公式為：

用Simpson指數(shù)（D1）描述樣本群體的均勻度，即連續(xù)兩次抽取樣本，其中兩次抽到不同種的概率，其計算公式為：

用 Margalef指數(shù)（D2）描述浮游植物物種的多寡性，計算公式為：

式中，s為浮游植物的總物種數(shù)，N為樣本總個體數(shù)，Pi為第i種浮游植物所占總數(shù)的比例，即為抽取1次抽到i物種的概率。

1.3 數(shù)據(jù)分析

采用Excel 2013對試驗數(shù)據(jù)進行整理作圖，用SPSS 21.0軟件進行統(tǒng)計分析，以獨立樣本T檢驗分析兩組數(shù)據(jù)的差異顯著性，數(shù)據(jù)結(jié)果以“平均值±標準差”表示，以P＜0.05作為差異顯著性水平，P＜0.01作為差異極顯著水平。采用Canoco 5.0軟件，對兩組稻田具有顯著性差異的水體和底泥的理化因子與浮游植物相關(guān)性進行冗余分析（RDA）。

2 結(jié)果與分析

2.1 試驗組與對照組環(huán)境因子的比較

表1 兩組稻田環(huán)境因子比較

2.2 浮游植物的密度和生物量

兩種養(yǎng)殖模式浮游植物的密度和生物量如圖1所示，試驗組浮游植物密度和生物量為（66.95±7.50）×105ind/L和（5.98±0.63）mg/L，對照組則為（35.82±4.30）×105ind/L和（3.32±0.45）mg/L，試驗組的浮游植物生物量和密度均極顯著高于對照組（P＜0.01）。

圖1 試驗組（RF）和對照組（RM）浮游植物密度（A）和生物量（B）

兩種模式浮游植物各門類密度如圖2所示。對照組藻類主要隸屬于 5個門類，包括綠藻門（Chlorophyta）、藍藻門（Cyanophyta）、硅藻門（Bacillariophyta）、裸藻門（Euglenophyta）和隱藻門（Cryptophyta），試驗組藻類主要隸屬于綠藻門、藍藻門、硅藻門、裸藻門、隱藻門、金藻門（Chrysophyta）和甲藻門（Pyrrophyta）7個門，試驗組豐度以綠藻門和硅藻門為主，其密度分別為（26.00±3.47）×105ind/L和（13.56±2.13）×105ind/L；對照組以硅藻門和藍藻門為主，其密度分別為（15.12±2.84）×105ind/L和（10.70±1.84）×105ind/L。不同模式浮游植物各門密度差異顯著，其中，試驗組的藍藻門密度顯著低于對照組（P＜0.05），試驗組的綠藻門、裸藻門、隱藻門密度均顯著高于對照組（P＜0.05），兩種模式硅藻門密度無顯著差異（P＞0.05）。

大多數(shù)民辦高校教工黨支部的組織生活仍然停留于傳達上級的有關(guān)精神內(nèi)容和完成上級的有關(guān)布置任務(wù)，組織生活活動方法陳舊或形式化，內(nèi)容單一，缺乏創(chuàng)新意識，在民主生活會上的批評和自我批評時常流于形式而難出實際效果，這些都在一定程度上削弱了教工黨支部的政治影響力。

圖2 試驗組（RF）和對照組（RM）浮游植物各門豐度對比

2.3 兩種模式浮游植物密度和生物量百分比

兩種模式浮游植物密度如圖3（A）所示，試驗組中浮游植物以綠藻門、硅藻門和隱藻門為主，其中綠藻門 6種，密度占浮游植物總密度的（39.33±1.25）%，硅藻門5種，占（19.89±1.19）%，隱藻門共1種，占（14.46±0.70）%；對照組中浮游植物以硅藻門、藍藻門和綠藻門為主，其中硅藻門7種，占比為（42.09±1.75）%，藍藻門6種，占比為（29.91±1.59）%，綠藻門 9種，占比為（25.35±0.95）%。兩種模式浮游藻類生物量如圖3（B）所示，試驗組中浮游植物生物量以綠藻門、裸藻門為主，綠藻門生物量占浮游植物總生物量比例為（45.75±2.30）%，裸藻門占（34.67±2.37）%；對照組生物量以綠藻門和硅藻門為主，其中綠藻門生物量占比為（51.74±5.53）%，硅藻門占比為（41.33±6.44）%。

圖3 兩組稻田浮游植物各門豐度（A）和生物量（B）百分比占比

2.4 兩組稻田養(yǎng)殖期間浮游植物優(yōu)勢種比較

如表2所示，以優(yōu)勢度Y≥0.02作為優(yōu)勢種，其中，試驗組共記錄到11種，分別為藍藻門的阿氏浮絲藻（Planktothrix agardhii），綠藻門的卷曲纖維藻（Ankistrodesmus convolutus）、雙對柵藻（Scenedesmus bijuga）、球衣藻（Chlamydomonas globosa），硅藻門的鈍脆桿藻（F.capucina）、大羽紋藻（Pinnularia major）、緣花舟形藻（Navicula radiosa），裸藻門的綠裸藻（Euglena viridis），甲藻門的裸甲藻（Gymnodinium uberrimum），金藻門的錐囊藻（Dinobryon divergens）和隱藻門的卵形隱藻（C.ovata）；對照組有藍藻門的假魚腥藻（Pseudanabaena schmidlei）、優(yōu)美平裂藻（Merismopedia elegans）、微小隱球藻（Aphanocapsa delicatissima）、銅綠微囊藻（M.aeruginosa）、澤絲藻（Limnothrix redekei）、齒牙柵藻（Scenedesmus denticulatus），綠藻門的單針藻（Monoraphidium komarkovae）、雙對柵藻，硅藻門的彎曲菱形藻（Nitzschia sigmoide）、矮小曲殼藻（Achnanthes exigua）、大羽紋藻、緣花舟形藻。相對于對照組，試驗組優(yōu)勢種分布門類更廣，遍及金藻門、裸藻門、甲藻門和隱藻門，集中于綠藻門和硅藻門，而單種稻系統(tǒng)主要集中在藍藻門。

表2 試驗組與對照組水體浮游植物的優(yōu)勢種優(yōu)勢度

2.5 試驗組和對照組浮游植物多樣性指數(shù)

如表 3所示，試驗組水體浮游植物的Shannon-Weiner多樣性指數(shù)和Margalef指數(shù)顯著低于對照組（P＜0.05），二者的辛普森多樣性指數(shù)無顯著差異（P＞0.05）。

表3 兩組稻田浮游植物多樣性指數(shù)

2.6 水體和底泥理化因子與浮游植物豐度的相關(guān)性分析

環(huán)境因子與浮游生物的RDA分析見圖4，水體硝酸鹽濃度（NO3--N）、總氮（W-TN）和COD與藍藻門的豐度正相關(guān)，與綠藻門、金藻門、隱藻門的豐度呈顯著負相關(guān)關(guān)系，底泥總磷（S-TP）與金藻門、隱藻門、裸藻門、甲藻門和綠藻門豐度呈正相關(guān)關(guān)系。

圖4 環(huán)境因子與浮游植物各門豐度的RDA冗余分析

3 討論

3.1 水體和底泥環(huán)境因子

水產(chǎn)養(yǎng)殖活動一般會對養(yǎng)殖系統(tǒng)及周邊環(huán)境造成一定的影響。本研究中，試驗組水體的濃度與對照組均無顯著差異（P＞0.05），這與丁偉華等對稻魚系統(tǒng)水環(huán)境的研究結(jié)果一致[16]，說明稻田養(yǎng)鯉并未對水體環(huán)境造成不良影響，其原因可能與稻田養(yǎng)魚密度較低，且未人工投餌有關(guān)[17]。本研究中，試驗組水體的總氮濃度顯著低于對照組（P＜0.05），這說明鯉的加入對水體氮素去除具有一定作用。溶解性固體為水體中的細微懸浮顆粒，電導(dǎo)率可反映水體的離子強度，COD是水體還原性物質(zhì)的含量，三者皆為判斷水質(zhì)的重要指標[18]。本研究試驗組水體的溶解性固體總量、電導(dǎo)率、COD均低于對照組，說明稻田養(yǎng)鯉可顯著改善水質(zhì)，其原因可能為稻田鯉主要攝食天然餌料，促進了環(huán)境氮素向生物體轉(zhuǎn)化，故能凈化水質(zhì)，減少稻田水體污染[19]。磷是水稻生長過程中必需的營養(yǎng)元素，本研究試驗組底泥的總磷（STP）含量顯著高于對照組（P＜0.05），表明養(yǎng)鯉稻田底質(zhì)得到了一定的改善，原因可能是鯉的排泄物沉積到底泥，促進了底泥磷元素的富集。

本研究中，鯉魚初始均重為（25.34±3.12）g/條，養(yǎng)殖3個月，收獲時均重為（158.05±28.85）g/條，可見，鯉提高了稻田系統(tǒng)物質(zhì)及能量利用率。植物的生長和產(chǎn)量與其環(huán)境條件有密切的關(guān)系[20-21]，有研究表明，稻田養(yǎng)魚對水稻的產(chǎn)量有一定的保持或促進作用[19]，本研究中，試驗組與對照組環(huán)境因子存在較大差異，試驗組稻田開挖了溝渠及占地5%的魚涵，其實際種植面積小于對照稻田面積的 95%。試驗期間，兩組稻田管理基本一致。試驗結(jié)束時，養(yǎng)鯉稻田和單種稻稻田干谷產(chǎn)量分別為（452.73±28.15）kg和（462.92± 35.47）kg，二者無顯著差異（P＞0.05），說明盡管稻田養(yǎng)鯉減少了水稻種植面積，但可能由于其環(huán)境條件更有利于水稻生長，其水稻產(chǎn)量并未降低。

3.2 浮游植物群落結(jié)構(gòu)特征

浮游植物作為生態(tài)系統(tǒng)的初級生產(chǎn)者，其豐度和生物量與水體初級生產(chǎn)力正相關(guān)[22]。本研究中，試驗組浮游植物豐度和生物量均高于對照組，可為稻田系統(tǒng)其他生物提供更多餌料，造成二者差異的原因可能是鯉的活動及代謝使稻田水體環(huán)境更利于藻類的繁殖，從而使浮游植物生物量增加，這一結(jié)果與袁偉玲等[8]的研究結(jié)果一致。本研究中，試驗組的藍藻門密度及生物量顯著低于對照組（P＜0.05），綠藻門和隱藻門顯著高于對照組（P＜0.05），結(jié)果與宋慶洋等[9]對稻蝦系統(tǒng)的研究結(jié)果相一致。有研究表明，浮游植物的生長條件受其所處環(huán)境的溫度、pH、氮磷含量和有機質(zhì)的影響[23]，其群落結(jié)構(gòu)也常常受到其他生物攝食等活動的影響[24]，在水溫一定的條件下，水體營養(yǎng)鹽含量越高，藍藻生長優(yōu)勢越大，同時，藍藻可通過競爭作用抑制其他藻類生長[25-26]。試驗組鯉的加入降低了水體營養(yǎng)鹽含量，降低了藍藻的優(yōu)勢度，說明稻田養(yǎng)鯉可改善浮游植物群落組成。此外，本研究中試驗組含有金藻門的錐囊藻，而對照組未檢測到。錐囊藻富含 β-胡蘿卜素、白糖素和油滴，可作為生物餌料，多分布于貧營養(yǎng)淡水中，水體營養(yǎng)鹽升高時消失[27]，這反映了稻田養(yǎng)鯉改善了浮游植物群落組成，并降低了水體營養(yǎng)鹽含量。

本研究用 Margalef、Simpson和 Shannon-Weiner 3個指數(shù)來描述浮游植物的多樣性狀況，Margalef豐富度指數(shù)是反映物種多寡的指標，Simpson指數(shù)直接反映物種的均勻程度，Shannon-Weiner指數(shù)則是概括了豐富度和均勻度的綜合性指標[28]。本研究中，試驗組水體鑒定出浮游植物7門18種，對照組5門24種，導(dǎo)致試驗組Shannon-Weiner多樣性指數(shù)和Margalef豐富度指數(shù)低于對照組。試驗組物種數(shù)低于對照組的原因在于藍藻門物種的減少（試驗組藍藻門藻類1種，對照組7種），這進一步反映了稻田養(yǎng)鯉對浮游植物群落組成的改善效應(yīng)。

3.3 環(huán)境因子對浮游植物群落的影響

水體環(huán)境因子與浮游植物群落結(jié)構(gòu)存在較為密切的關(guān)系[23]。本研究中，試驗組與對照組環(huán)境因子和浮游植物群落結(jié)構(gòu)存在較大差異，通過冗余分析（RDA）對二者的相關(guān)性分析表明，WTN、與藍藻門豐度正相關(guān)，與綠藻門、金藻門、隱藻門、裸藻門豐度負相關(guān)，STP與綠藻門、金藻門、隱藻門、裸藻門豐度正相關(guān)。有研究表明，TN、TP、NO3--N、COD、TDS均是影響浮游植物種類豐度的重要環(huán)境因子，其中是浮游植物吸收利用的無機營養(yǎng)鹽，COD、TDS則通過影響水體透明度、氧化還原電位以及水質(zhì)等間接影響浮游植物的光合作用[29]。不同浮游植物各指標最適范圍不同[30]，這是本研究中同一環(huán)境因子對不同藻類的影響效應(yīng)存在差異的原因。以藍藻門為例，當水溫高于22 ℃時，其營養(yǎng)鹽濃度的最適范圍高于其他浮游植物，此時營養(yǎng)鹽濃度越高，其競爭優(yōu)勢越大[26]。賈海燕等[31]研究指出，電導(dǎo)率是影響丹江口水庫浮游植物的重要環(huán)境因子，本研究中電導(dǎo)率對浮游生物的相關(guān)性低于其他因素，原因可能是試驗組和對照組的電導(dǎo)率均較低，差異較小，影響效果不及其他因素。

4 結(jié)論

本研究中，試驗組水體的化學(xué)需氧量、溶解性固體總量、電導(dǎo)率、硝酸鹽和總氮濃度均低于對照組，氨氮、亞硝、磷酸鹽濃度與對照組無差異，說明稻田養(yǎng)鯉降低了水體離子和氮營養(yǎng)鹽含量，對水體環(huán)境具有一定的凈化作用。此外，試驗組水體浮游植物的密度和生物量均高于對照組，且水體綠藻密度升高，藍藻密度降低，說明稻田養(yǎng)鯉改善了水體浮游植物群落組成。