戴丹超,馬旭洲①,張文博,張 勇,周 楨

(1.上海海洋大學(xué)農(nóng)業(yè)農(nóng)村部淡水水產(chǎn)種質(zhì)資源重點(diǎn)實(shí)驗室，上海 201306；2.上海市水產(chǎn)養(yǎng)殖工程技術(shù)研究中心，上海 201306；3.上海高校知識服務(wù)平臺上海海洋大學(xué)水產(chǎn)動物遺傳育種協(xié)同創(chuàng)新中心，上海 201306；4.上海海洋大學(xué)水產(chǎn)科學(xué)國家級實(shí)驗教學(xué)示范中心，上海 201306)

河蟹，學(xué)名中華絨螯蟹(Eriocheirsinesis)，肉質(zhì)鮮美，營養(yǎng)豐富。近年來，人們生活水平逐步提高，對河蟹的需求量也日益擴(kuò)大，使得河蟹養(yǎng)殖業(yè)迅速發(fā)展。傳統(tǒng)河蟹養(yǎng)殖模式片面強(qiáng)調(diào)消費(fèi)者，有益微生物稀少，水生植物缺乏，水體生產(chǎn)者以藻類為主，易造成水體富營養(yǎng)化，污染水環(huán)境[1]。而以“種草、殖螺、混養(yǎng)、調(diào)水”為特點(diǎn)的生態(tài)養(yǎng)殖模式通過利用微生物制劑、栽培和保護(hù)水生維管束植物以及混養(yǎng)等方式，實(shí)現(xiàn)了水體消費(fèi)者、分解者和生產(chǎn)者之間的平衡發(fā)展[2]。生態(tài)養(yǎng)殖模式雖在水質(zhì)凈化方面有較多報道[2-3]，但也有學(xué)者提出這種模式仍存在水環(huán)境污染問題[4-5]。

后生浮游動物包括輪蟲類、枝角類和橈足類，作為重要的次級生產(chǎn)者，能夠通過上下行效應(yīng)對水生生物營養(yǎng)級結(jié)構(gòu)產(chǎn)生影響，在物質(zhì)循環(huán)和能量流動等方面作用顯著[6-7]。此外，后生浮游動物對水環(huán)境變化較為敏感，其群落結(jié)構(gòu)特征和動態(tài)變化對水環(huán)境健康狀況具有較好的指示作用[8]。因此，后生浮游動物群落結(jié)構(gòu)指標(biāo)在水質(zhì)生態(tài)學(xué)評價方面得到廣泛應(yīng)用[9-10]。

目前，對河蟹生態(tài)養(yǎng)殖的研究多集中于池塘水體理化特征及其對水環(huán)境的影響[11-12]，而對水體后生浮游動物群落結(jié)構(gòu)的研究以及從浮游動物指標(biāo)的角度來對水體進(jìn)行生態(tài)學(xué)評價，從而得出河蟹生態(tài)養(yǎng)殖凈水效果的研究較少[13-14]。為研究河蟹生態(tài)養(yǎng)殖池塘后生浮游動物群落結(jié)構(gòu)，進(jìn)而探究河蟹養(yǎng)殖是否能夠凈化池塘進(jìn)水，于2017年5—10月在江蘇省宜興市高塍鎮(zhèn)滆湖漁場河蟹生態(tài)養(yǎng)殖池塘和池塘進(jìn)水處進(jìn)行采樣，測定和分析后生浮游動物種類、密度、生物量、多樣性及水體理化參數(shù)，并對水質(zhì)作出生態(tài)學(xué)評價，同時結(jié)合水體理化指標(biāo)的評價結(jié)果，比較池塘及池塘進(jìn)水處水質(zhì)優(yōu)劣，以期評價該地區(qū)河蟹養(yǎng)殖的凈水效果，為河蟹養(yǎng)殖業(yè)的可持續(xù)發(fā)展提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 實(shí)驗地點(diǎn)與時間

在江蘇省宜興市高塍鎮(zhèn)滆湖漁場(北緯31°28′，東經(jīng)119°48′)，選取3口河蟹養(yǎng)殖池塘(1.3～1.5 hm2)進(jìn)行實(shí)驗。池塘并排排列，中間塘埂寬4.0 m，從同一渠道進(jìn)水，養(yǎng)殖用水源自滆湖干流。

1.2 水草種植與苗種投放

于2016年12月3日對蟹池進(jìn)行清整消毒，之后凍曬池底1個月。于2017年1月15日注水至水深0.1 m左右，在池中扦插種植伊樂藻(Elodeanuttallii)，占全池面積的40%左右。4月3日，全塘投放優(yōu)質(zhì)螺螄(Margaryamelanioides)(7 500 kg·hm-2)，以促進(jìn)水質(zhì)穩(wěn)定，并為河蟹提供優(yōu)質(zhì)餌料。

池塘放養(yǎng)種類、規(guī)格、時間及數(shù)量見表1。

表1 池塘放養(yǎng)狀況Table 1 Pond stocking status

1.3 綜合管理

根據(jù)氣溫和水草長勢控制水位，最高不超過1.5 m。水草覆蓋率高于60%時撈出部分水草，防止光照不足時水草耗氧過多。飼料的投喂遵循“精、粗、葷”原則， 即3—6月投喂含粗蛋白36%的配合飼料，投餌量從體重的1%上升至3%；6—8月投喂含粗蛋白30%的配合飼料，投餌量占體重的5%；9月初起投喂含粗蛋白40%的配合飼料，投喂量占體重的5%，并適當(dāng)投喂冰鮮魚和熟玉米。在每天18:00—19:00進(jìn)行投喂。

1.4 水樣采集與分析

于2017年5—10月，采集池塘及池塘進(jìn)水處水樣和浮游動物進(jìn)行分析。根據(jù)河蟹生長過程、季節(jié)和上市時間，將采樣時間分為養(yǎng)殖前期(5月23日、6月8日、6月21日)、養(yǎng)殖中期(7月8日、7月23日、8月8日)、養(yǎng)殖后期(8月23日、9月8日、9月23日)和河蟹起捕后(10月12日)，每次采樣時間為08:00—09:00。水樣采集及分析方法見文獻(xiàn)[15]。

浮游動物采集：取水10 L后經(jīng)25號浮游生物網(wǎng)過濾，收集于50 mL塑料瓶中，用w為4%的甲醛溶液固定，用于鏡檢。浮游動物的鑒定分析參照文獻(xiàn)[16-20]。

1.5 數(shù)據(jù)統(tǒng)計與分析

1.5.1優(yōu)勢度和多樣性指數(shù)

優(yōu)勢度(Y)、Shannon-Weiner多樣性指數(shù)(H′)、Pielou均勻度指數(shù)(J)、Margalef豐富度指數(shù)(D)的計算公式分別為

Y=ni/N×fi,

(1)

H′=-∑[ni/N×log2(ni/N)],

(2)

J=H′/log2S,

(3)

D=(S-1)/lnN。

(4)

式(1)～(4)中，ni為樣品中物種i的個體數(shù)；N為樣品中所有物種的總個體數(shù)；fi為物種i在所有月份中出現(xiàn)的頻率；S為樣品中所有物種的種類數(shù)。

1.5.2冗余分析

選取優(yōu)勢度≥0.005的物種[21]，采用Canoco 4.5軟件對相應(yīng)數(shù)據(jù)進(jìn)行去趨勢對應(yīng)分析(detrended correspondence analysis, DCA)。若第1軸長度<3，使用冗余分析(redundancy analysis, RDA)得出物種與環(huán)境因子之間的關(guān)系；若第1軸長度>3且<4，則用冗余分析或典范對應(yīng)分析(canonical correspondence analysis, CCA)均可。

實(shí)驗數(shù)據(jù)的其他處理采用SPSS 19.0和Excel軟件，圖形繪制由Origin 9.1軟件完成。對池塘和池塘進(jìn)水處的后生浮游動物密度、生物量和多樣性指數(shù)進(jìn)行單樣本t檢驗分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 養(yǎng)殖產(chǎn)量

滆湖漁場于2017年10月8—10日捕撈，雌蟹和雄蟹平均規(guī)格分別為125.0和175.0 g·只-1，成活率約為61.00%，產(chǎn)量約為1 972.0 kg·hm-2。鰱(Hypophthalmichthysmolitrix)、鳙(Aristichthysnobilis)平均規(guī)格為3.5 kg·尾-1，鱖(Sinipercachuatsi)平均規(guī)格為0.5 kg·尾-1，青蝦(Macrobrachiumnipponense)約為55 kg·hm-2[14]。

2.2 水體理化特征

從表2可知，池塘水溫、DO和pH值與進(jìn)水處差異較小，池塘TN、NH3-N、NO2--N和NO3--N平均濃度均低于進(jìn)水處，池塘TP、PO43--P和CODMn平均濃度均高于進(jìn)水處，可見池塘對水體中的含氮化合物有較好的轉(zhuǎn)化吸收作用[15]。

表2 3個池塘和池塘進(jìn)水處的水體理化特征Table 2 Physicochemical characteristics of waters body of the ponds and water inlet

2.3 后生浮游動物種類組成和優(yōu)勢種

實(shí)驗共鑒定出49種后生浮游動物，包括22種輪蟲類、15種枝角類和12種橈足類。其中，輪蟲類的壺狀臂尾輪蟲(Brachionusurceus)、萼花臂尾輪蟲(Brachionuscalyciflorus)和針簇多肢輪蟲(Polyarthratrigla)，枝角類的棘體網(wǎng)紋溞(Ceriodaphniasetosa)、美麗網(wǎng)紋溞(Ceriodaphniapulchella)和直額裸腹溞(Moinarectirostris)，橈足類的無節(jié)幼體(Nauplii)、跨立小劍水蚤(Microcyclopsvaricans)和胸飾外劍水蚤(Ectocyclopsphaleratus)為優(yōu)勢種。3個河蟹養(yǎng)殖池塘物種數(shù)均略高于池塘進(jìn)水處，分別為41、41和39種，池塘進(jìn)水處為37種(表3)。

2.4 后生浮游動物密度和生物量

河蟹養(yǎng)殖池塘輪蟲類的平均密度變化范圍為40～1 674 L-1，前期有所下降，7月23日開始上升至8月23日，然后又開始下降，河蟹起捕后又有所上升；平均生物量的變化范圍為0.047～3.194 mg·L-1，變化趨勢與平均密度相似(圖1)。池塘進(jìn)水處輪蟲類的密度和生物量變化范圍分別為75～1 329 L-1和0.032～2.248 mg·L-1，變化趨勢與池塘相同。池塘輪蟲類的密度和生物量總體高于池塘進(jìn)水處，且密度在6月21日和7月8日顯著高于池塘進(jìn)水處(P<0.05)，生物量在整個實(shí)驗期間與池塘進(jìn)水處無顯著差異(P>0.05)。

表3 3個池塘和池塘進(jìn)水處的后生浮游動物種類Table 3 Species of metazooplankton in ponds and water inlet

池塘枝角類的平均密度變化范圍為32～519 L-1，6月8日有所下降，然后開始上升至7月8日，中期有所下降，8月23日大幅上升，之后呈下降趨勢直至結(jié)束；平均生物量的變化范圍為1.855～43.275 mg·L-1，前中期變化趨勢與平均密度相同，而在8月23日之后一直呈上升趨勢，這可能是因為8月23日之后濕重較大的直額裸腹溞(Moinarectirostris)開始大量出現(xiàn)。池塘進(jìn)水處枝角類的密度和生物量的變化范圍分別為0～252 L-1和0～39.750 mg·L-1，變化趨勢與池塘相似。池塘枝角類的密度和生物量總體高于池塘進(jìn)水處，且分別在8月8日和9月23日顯著高于池塘進(jìn)水處(P<0.05)。

池塘橈足類的平均密度變化范圍為42～1 028 L-1，起伏較大，無明顯的變化趨勢；平均生物量的變化范圍為0.612～22.686 mg·L-1，變化趨勢同平均密度。池塘進(jìn)水處橈足類的密度變化范圍為24～402 L-1，前期至7月23日呈下降趨勢，然后開始上升至9月8日，9月23日有所下降，河蟹起捕后又開始上升；生物量的變化范圍為0.540～7.605 mg·L-1，變化趨勢與密度相似。池塘橈足類的密度和生物量總體高于池塘進(jìn)水處，且密度在10月12日顯著高于池塘進(jìn)水處(P<0.05)，生物量在5月23日、8月8日、8月23日和10月12日顯著高于池塘進(jìn)水處(P<0.05)。

2.5 后生浮游動物多樣性指數(shù)

河蟹生態(tài)養(yǎng)殖池塘后生浮游動物的Shannon-Wiener多樣性指數(shù)平均值變化范圍為2.161～3.713，呈波浪形變化，無明顯的變化趨勢。池塘進(jìn)水處該指數(shù)變化范圍為1.808～3.713，變化趨勢與池塘相似(圖2)。池塘的該指數(shù)在5月23日、6月21日和10月12日顯著高于池塘進(jìn)水處，在8月23日和9月23日顯著低于池塘進(jìn)水處(P<0.05)。

池塘的Pielou均勻度指數(shù)平均值變化范圍為0.709～0.949，總體呈下降趨勢，但在9月8日有大幅上升，這可能是因為此次采樣各物種間密度差異突然變小，均為少量出現(xiàn)。池塘進(jìn)水處該指數(shù)的變化范圍為0.603～0.825，前中期呈波浪形變化，無明顯變化趨勢，后期有所上升，河蟹起捕后略有下降。池塘該指數(shù)總體高于池塘進(jìn)水處，除8月8日和9月23日外，均顯著高于池塘進(jìn)水處(P<0.05)，表明池塘出現(xiàn)物種的個體數(shù)分布較為均勻。

池塘的Margalef 豐富度指數(shù)平均值變化范圍為1.072～2.446，呈波浪形變化，無明顯的變化趨勢。池塘進(jìn)水處該指數(shù)的變化范圍為1.132～2.749，變化趨勢與池塘相似。池塘進(jìn)水處該指數(shù)總體高于池塘，且在6月8日、8月8日、9月8日和9月23日顯著高于池塘(P<0.05)，表明池塘進(jìn)水處物種較豐富。

2.6 后生浮游動物與環(huán)境因子的RDA分析

根據(jù)優(yōu)勢度≥0.005的原則選取30種后生浮游動物進(jìn)行DCA分析，后生浮游動物具體代碼見表4。DCA分析結(jié)果表明，最大梯度長度為3.161，接近3，因此選取RDA法開展分析。

表4 RDA排序的后生浮游動物代碼Table 4 Codes of metazooplankton species for RDA ordination

RDA分析表明，排序軸1和2的特征值分別為0.173和0.091，物種-環(huán)境相關(guān)系數(shù)分別為0.943和0.886，相關(guān)性較高，且對物種-環(huán)境變異的累積解釋量達(dá)55.6%，表明排序結(jié)果較為可信(表5)。

表5 池塘后生浮游動物與環(huán)境因子RDA分析統(tǒng)計信息Table 5 Statistical information of RDA analysis of metazooplankton and environmental factors in ponds

排序軸1與Chl-a的正相關(guān)性最大，相關(guān)系數(shù)為0.574 2，與溫度的負(fù)相關(guān)性最大，相關(guān)系數(shù)為-0.662 4；排序軸2與TP的正相關(guān)性最大，相關(guān)系數(shù)為0.508 8；與溫度的正相關(guān)性也較大，相關(guān)系數(shù)為0.500 9；與DO的負(fù)相關(guān)性較大，相關(guān)系數(shù)為-0.644 4(表6)。

表6 前2個排序軸與環(huán)境因子的相關(guān)系數(shù)Table 6 Coefficient of correlation between the first two sequencing axes and environmental factors

裂足臂尾輪蟲和暗小異尾輪蟲與Chl-a的正相關(guān)性較高，表明水體中浮游植物現(xiàn)存量對其影響較大；棘體網(wǎng)紋溞和近親裸腹溞與溫度的正相關(guān)性較大，表明其是喜高溫種；方形網(wǎng)紋溞與TP有較高的正相關(guān)性，表明水體中P元素對其有較高的限制作用；透明溫劍水蚤和跨立小劍水蚤與DO有較高的正相關(guān)性，表明其易在高DO環(huán)境中生長(圖3)。

3 討論

3.1 河蟹生態(tài)養(yǎng)殖池塘后生浮游動物群落結(jié)構(gòu)與影響因子

整個實(shí)驗周期共發(fā)現(xiàn)后生浮游動物49種，其中輪蟲種類數(shù)最多，枝角類次之，橈足類最少。群落結(jié)構(gòu)表現(xiàn)為輪蟲類密度最大，但生物量最小；而枝角類密度最小，生物量最大；橈足類的密度和生物量則次之。這主要是因為輪蟲類個體較小，生長快，繁殖能力強(qiáng)，在水體中易處于優(yōu)勢地位[22]。尤其是在富營養(yǎng)化水體中輪蟲類的增長更為迅速，易使浮游動物群落表現(xiàn)出小型化的趨勢[21]。水質(zhì)調(diào)查結(jié)果表明，河蟹生態(tài)養(yǎng)殖池塘水質(zhì)等級在Ⅲ類以上的概率為76.7%[15]，表明較高的富營養(yǎng)化程度可能是輪蟲類密度最大的重要原因。

后生浮游動物群落結(jié)構(gòu)還表現(xiàn)出輪蟲類與枝角類、橈足類現(xiàn)存量變化趨勢相反的特征。養(yǎng)殖前中期輪蟲類密度和生物量較小，而枝角類和橈足類則較大，后期及河蟹起捕后則相反。這可能與枝角類和橈足類對輪蟲的抑制作用有關(guān)，它們可通過機(jī)械損傷和食物競爭降低輪蟲類密度，一些橈足類還會直接攝食輪蟲[23-24]。不同于郝俊等[14]的研究，筆者實(shí)驗中輪蟲類密度和生物量的高峰期并未出現(xiàn)在養(yǎng)殖前期，這可能是因為養(yǎng)殖前期伊樂藻處于快速生長時期，能通過吸收N、P元素以及向水體釋放化感物質(zhì)而抑制藻類生長[25]，從而減少輪蟲類的食物來源，抑制其生長繁殖。

一般而言，捕食和溫度是影響后生浮游動物群落結(jié)構(gòu)較為重要的生物和非生物因素[26-27]。河蟹生態(tài)養(yǎng)殖池中鰱、鳙密度較小，通過下行效應(yīng)對后生浮游動物的影響可以忽略不計[14]，因而溫度是影響后生浮游動物群落結(jié)構(gòu)的主要因素。從RDA排序圖可看出，溫度與排序軸1的相關(guān)系數(shù)最大，且與排序軸2的相關(guān)系數(shù)也較大，表明溫度對后生浮游動物群落結(jié)構(gòu)的影響較大，這與上述結(jié)論相符。RDA排序圖還表明，Chl-a、TP和DO也是影響后生浮游動物群落結(jié)構(gòu)的重要因素。Chl-a的高低反映了水體中浮游植物的多寡，通常與浮游動物的密度和生物量呈正相關(guān)關(guān)系[28]，而N、P營養(yǎng)元素一般通過影響浮游植物的密度來間接影響浮游動物的生長，在一定范圍內(nèi)，營養(yǎng)元素濃度的提高能促進(jìn)浮游植物的生長，從而為浮游動物提供充足的食物[29]。生物的新陳代謝需要消耗氧氣，DO濃度的高低決定著大多數(shù)水生生物的生存狀況[30]。在該實(shí)驗中，輪蟲類和橈足類的密度和生物量在溫度最高的7月始終維持著較低的水平，表明較低的DO對浮游生物起著一定的限制作用。從表6可知，CODMn與2個排序軸的相關(guān)系數(shù)較大，表明該指標(biāo)也是影響浮游動物群落結(jié)構(gòu)的重要因素,其值高低反映水體受有機(jī)物污染的程度，較高的有機(jī)物含量對浮游動物生長有抑制作用[30]。從RDA排序圖中也可看出，多數(shù)物種的密度與CODMn呈負(fù)相關(guān)。通常pH值也是影響浮游動物群落結(jié)構(gòu)的重要因素，但RDA分析表明，pH值對浮游動物的影響并不突出，這可能是因為該實(shí)驗中pH值變化平緩，對浮游動物的限制作用較小，這與張念等[30]的研究結(jié)果相似。

3.2 河蟹生態(tài)養(yǎng)殖池塘和池塘進(jìn)水處水質(zhì)生態(tài)學(xué)評價

生物多樣性指數(shù)是反映浮游動物群落結(jié)構(gòu)的重要指標(biāo)，同時也是對水體健康狀況進(jìn)行生態(tài)學(xué)評價的重要手段。該研究從3種生物多樣性指數(shù)的角度來對池塘和池塘進(jìn)水進(jìn)行水質(zhì)生物學(xué)評價，通過判斷兩者優(yōu)劣來探究該地區(qū)河蟹生態(tài)養(yǎng)殖是否存在凈水效益。其中，Shannon-Wiener多樣性指數(shù)值與Margalef豐富度指數(shù)評價標(biāo)準(zhǔn)相同，即0～1 屬多污型，>1～2屬α-中污型，>2～3屬β-中污型，>3～4屬寡污型，>4 為清潔型[21]。

按Shannon-Wiener多樣性指數(shù)的分類標(biāo)準(zhǔn)，池塘屬于寡污或β-中污型，池塘進(jìn)水處基本屬于寡污或β-中污型，但在7月23日屬于α-中污型。池塘水質(zhì)在養(yǎng)殖前中期略優(yōu)于池塘進(jìn)水處，而在后期及起捕后略劣于池塘進(jìn)水處。按Margalef豐富度指數(shù)的分類標(biāo)準(zhǔn)，池塘多屬于α-中污型，而池塘進(jìn)水處基本屬于β-中污型。池塘進(jìn)水處水質(zhì)總體上優(yōu)于池塘。Shannon-Wiener多樣性指數(shù)的評價結(jié)果與水質(zhì)調(diào)查部分的結(jié)果相似。而從Pielou均勻度指數(shù)的大小來看，池塘水質(zhì)多優(yōu)于池塘進(jìn)水處，該指數(shù)對池塘水質(zhì)的評價結(jié)果偏高。而Margalef豐富度指數(shù)則得出與其他2種指數(shù)相反的結(jié)論，可能是因為該指數(shù)受稀有種的影響較大，池塘進(jìn)水處各物種個體數(shù)較少，稀有種較多[31]，表明該指數(shù)應(yīng)結(jié)合其他指數(shù)共同使用，否則容易得出錯誤結(jié)論。

從生物指標(biāo)的評價結(jié)果可知，池塘和池塘進(jìn)水處均處于中污染狀態(tài)，池塘水質(zhì)并未顯著優(yōu)于池塘進(jìn)水處。而該實(shí)驗水質(zhì)調(diào)查結(jié)果表明，養(yǎng)殖前中期池塘水質(zhì)大體優(yōu)于池塘進(jìn)水處，后期及起捕后劣于池塘進(jìn)水處[15]，這與生物指標(biāo)的評價結(jié)果相似，表明該地區(qū)養(yǎng)殖模式凈水效果較差，生態(tài)效益不明顯，這可能是因為該地區(qū)河蟹放養(yǎng)密度較高，營養(yǎng)物質(zhì)輸入較多，容易引起水體富營養(yǎng)化。因此建議探究適宜該地區(qū)的養(yǎng)殖密度，減輕水體的負(fù)擔(dān)。

4 結(jié)論

(1)對滆湖漁場的3個河蟹生態(tài)養(yǎng)殖池塘和池塘進(jìn)水處進(jìn)行后生浮游動物采樣和分析，共發(fā)現(xiàn)49種后生浮游動物，包括22種輪蟲類、15種枝角類和12種橈足類。其中輪蟲類密度最大，但生物量最小，而枝角類密度最小，生物量卻最大，橈足類的密度和生物量則居中。

(2)RDA排序分析表明，溫度、TN、PO43--P和CODMn是池塘后生浮游動物群落結(jié)構(gòu)的主要影響因素。

(3)采用生物多樣性指數(shù)對池塘和池塘進(jìn)水處水質(zhì)進(jìn)行生態(tài)學(xué)評價，結(jié)果表明，池塘和池塘進(jìn)水處均處于中污染狀態(tài)，池塘水質(zhì)并未顯著優(yōu)于池塘進(jìn)水處，可能是因為該地區(qū)養(yǎng)殖密度過高，水體易富營養(yǎng)化。建議將適宜該地區(qū)的養(yǎng)殖密度作為今后的重點(diǎn)探究方向。