葛玲瑞，向 勁，劉科均，賈偉華，謝仲桂*

（1.湖南生物機電職業(yè)技術(shù)學(xué)院動物科技學(xué)院，長沙 410127；2.湖南省水產(chǎn)科學(xué)研究所，長沙 410153）

稻蝦綜合種養(yǎng)多指在稻田中養(yǎng)殖克氏原螯蝦（Procambarus clarkii），是在傳統(tǒng)稻田漁業(yè)基礎(chǔ)上逐步發(fā)展起來的一種現(xiàn)代化養(yǎng)殖新模式，因其具備卓越的經(jīng)濟、生態(tài)與社會效益，產(chǎn)業(yè)規(guī)模在近些年得到飛速發(fā)展。截至2019年，全國稻田養(yǎng)蝦總面積已達1 858萬畝，并保持持續(xù)增長態(tài)勢[1]?？耸显r的繁殖及養(yǎng)殖生產(chǎn)受理化環(huán)境的較大影響，也與水生生物環(huán)境關(guān)系密切[2-4]。這一結(jié)論在稻-蝦綜合種養(yǎng)模式中同樣被試驗證實[5]。在更多克氏原螯蝦的稻田養(yǎng)殖生態(tài)學(xué)研究中，絲狀綠藻的分布、天然餌料豐度等浮游動、植物群落的生態(tài)特征對克氏原螯蝦的生長有著重要影響[6-7]。

每年春季，稻蝦養(yǎng)殖水體中常表現(xiàn)水質(zhì)過瘦、青苔（絲狀綠藻）過密、蝦苗的天然餌料較少等問題[8-10]。腐殖酸鈉（sodium humate）由于具備凈水、肥底、抑菌和遮光等較多優(yōu)點，被廣泛應(yīng)用于稻蝦綜合種養(yǎng)的前期生產(chǎn)中，但目前鮮見圍繞腐殖酸鈉調(diào)控蝦溝水質(zhì)作用過程的研究報道。本試驗監(jiān)測分析蝦溝中施用腐殖酸鈉后的水體理化指標(biāo)及浮游動植物群落結(jié)構(gòu)的短期變化，以期探究腐殖酸鈉調(diào)水機制，為稻蝦綜合種養(yǎng)模式的水質(zhì)管理提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料和方法

1.1 試驗場地

試驗于2020年3月在湖南省湘潭縣排頭嶺村稻蝦養(yǎng)殖基地內(nèi)（113°08′E，28°18′N）開展，選擇一片10 hm2的封閉“回”形稻蝦池塘，預(yù)先以土堆將稻蝦試驗池塘內(nèi)、外溝分別阻斷并鋪隔膜夯實，內(nèi)、外溝水深分別為0.6 m、1.15 m。如圖1所示，在基地東側(cè)的內(nèi)溝和外溝分別設(shè)腐殖酸鈉組采樣點“HI（Humic acid sodium sites of Inside）”及“HO（Humic acid sodium sites of Onside）”，在西側(cè)內(nèi)溝、外溝設(shè)對照組“CI（Control sites of Inside）”及“CO（Control sites of Onside）”。

圖1 蝦溝采樣區(qū)域劃分Figure 1 Distribution of shrimp gully sampling area

1.2 試驗方法

在腐殖酸鈉處理組（HI及HO），一次性兌水潑灑腐殖酸鈉至15 g/m3；對照組不施用腐殖酸鈉，其余生產(chǎn)管理與腐殖酸鈉處理組均保持一致。

1.3 試驗采樣

本試驗在克氏原鰲蝦的春苗培育期（3月13日～3月27日）開展，共采集3批水樣，采樣時間分別為：3月13日（試驗前，記為 0 d）、3月 20日（試驗中期，記為7 d）和3月27日（試驗后期，記為14 d），腐殖酸鈉處理組施用腐殖酸鈉的時間為3月13日第一次水樣采集之后。各樣點的水樣分別為蝦溝中間及兩端的混合水樣，每批水樣平行采集2次。

1.4 理化指標(biāo)測量方法

水質(zhì)理化數(shù)據(jù)中，現(xiàn)場測定水溫、溶氧、pH（美國哈希HQ40d便攜式水質(zhì)分析儀）及透明度（塞氏盤），總氮（TN）和總磷（TP）為固定水樣后，帶回實驗室按地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)（GB3838-2002）[11]中相關(guān)進行測定。

1.5 浮游生物統(tǒng)計方法

浮游植物的采樣與處理按照《內(nèi)陸水域漁業(yè)自然資源調(diào)查手冊》[12]進行，種類鑒別參照《中國淡水藻類》[13]；浮游動物的采樣與處理按照《內(nèi)陸水域漁業(yè)自然資源調(diào)查手冊》《淡水浮游生物研究方法》[14]進行，種類鑒別參照《中國動物志——原生動物門》[15]、《中國動物志——淡水枝角類》[16]、《中國動物志——淡水橈足類》[17]、《中國淡水輪蟲志》[18]等；優(yōu)勢種計算辦法參照《SL733-2016內(nèi)陸水域浮游植物監(jiān)測技術(shù)規(guī)程》[19]進行。

1.6 數(shù)據(jù)處理方法

試驗數(shù)據(jù)經(jīng)Excel 2016整理后進行圖表制作，運用SPSS 25.0軟件對腐殖酸鈉組與對照組的數(shù)據(jù)差異進行顯著性檢驗，并對各采樣點浮游動植物密度及環(huán)境變量進行冗余分析（RDA）。

2 結(jié)果與分析

2.1 理化指標(biāo)變化

試驗期間稻田水溫范圍為14.4～18.2℃，其中前7 d水溫增長較快，累計升溫3.1℃，后7 d天氣多變，晝夜溫差大，水溫累計升溫0.7℃。除水溫外，實驗組與對照組的其他環(huán)境因子變化主要采用內(nèi)溝僅與內(nèi)溝對比，外溝僅與外溝對比的形式進行差異分析。水體溶氧整體較穩(wěn)定，始終維持在較高水平，變化范圍為 5.93～7.78 mg/L（圖2a），第 7 天時，實驗組內(nèi)溝（HI）顯著低于對照組內(nèi)溝（CI）（P＜0.05），至試驗結(jié)束時，各點恢復(fù)到接近水平；水體pH 范圍為 7.79～8.46（圖2b），第 7 天時，實驗組內(nèi)溝（HI）已開始低于對照組內(nèi)溝（CI），第 14 天時已達到顯著差異（P＜0.05）；透明度在內(nèi)外溝呈現(xiàn)出不同水平（圖2c），內(nèi)溝（HI和 CI）中透明度變化范圍為31～38 cm，外溝（HO和CO）平均值相對較低，變化范圍為28～33 cm。試驗第7日時，實驗組內(nèi)溝極顯著低于對照組內(nèi)溝（P＜0.01），第14日時恢復(fù)到無顯著差異；水體總氮變化范圍為0.84～1.21 mg/L，在試驗組與對照組間未出現(xiàn)顯著差異（圖2d），但試驗開始前，總氮在內(nèi)溝相對較高，至試驗結(jié)束時，內(nèi)溝總氮則低于外溝；總磷含量在內(nèi)、外溝之間無明顯差異，變化范圍為 0.16～0.29 mg/L（圖2e），實驗組整體低于對照組，至第14天時，實驗組外溝低于對照組外溝且表現(xiàn)出顯著性差異（P＜0.05）。

圖2 各采樣點在不同階段的DO、pH、SD、TN和TP的變化Figure 2 Changes of DO,pH,SD,TN and TP at different sampling points at different stages

2.1 浮游植物群落變化

2.1.1 種類分布及優(yōu)勢種

通過對蝦溝水樣進行監(jiān)測，共檢測到浮游植物45屬（種），隸屬于6個門，分別為綠藻門、硅藻門、藍藻門、隱藻門、裸藻門和金藻門（表1）。綠藻門種類數(shù)占絕對優(yōu)勢，共29種，占比64%；其次為硅藻門，5種，占比11%；裸藻門4種，占比9%；隱藻門和藍藻門均為3種，各占比7%；金藻門僅1種，占比2%。各監(jiān)測水體中，優(yōu)勢度最高為普林鞘藻（Oedogonium pringsheimii）和雙星藻（Zygnema agardh）。

表1 浮游植物種類及占比Table 1 Species composition and distribution of phytoplankton

對試驗前、中和后3次采樣結(jié)果進行種類數(shù)比較（圖3），結(jié)果顯示，內(nèi)溝（HI和 CI）整體種類數(shù)在各時期均稍高于外溝（HO和CO），而實驗組與對照組各時期的種類數(shù)無明顯差異。對各采樣位置按時間變化獨立比較，發(fā)現(xiàn)在試驗期間各點的浮游植物種類數(shù)均有小幅上漲。

圖3 各點浮游植物種類數(shù)變化Figure 3 Changes of phytoplankton species at each point

2.1.2 群落總密度及絲狀綠藻占比

浮游植物密度是反映水生態(tài)狀況的重要指標(biāo)之一（圖4）。內(nèi)溝中密度最大值與最小值均出現(xiàn)在實驗組（HI），最大值 2.1×105cells/L，為該點試驗后期檢出，最小值1.3×105cells/L為該點試驗中期檢出；外溝中密度最大值與最小值也均出現(xiàn)在實驗組（HO），最大值9.2×103cells/L，為該點試驗后期檢出，最小值3.4×103cells/L，為該點試驗中期檢出。將實驗組與對照組進行比較，實驗組（HI及HO）的藻類總量均呈現(xiàn)出先降后增的趨勢，對照組外溝基本穩(wěn)定，內(nèi)溝則持續(xù)增長，實驗組與對照組對應(yīng)采樣點的密度變化無顯著差異（P＞0.05）。

圖4 浮游植物密度時空分布Figure 4 Distribution of phytoplankton density

種類分布上（表1），綠藻門種類數(shù)占據(jù)較大優(yōu)勢（占比64%），現(xiàn)將各采樣點藻類密度及各門所占百分比列出，綠藻門的優(yōu)勢度呈現(xiàn)得更加明顯（圖5），內(nèi)溝（HI和CI）中綠藻門密度甚至超過了浮游植物的95%以上，外溝（HO和CO）的綠藻門比例稍低，且表現(xiàn)出逐步降低的趨勢，試驗后期低至75%以下。實驗組與對照組的綠藻門密度占比變化未見顯著差異。

圖5 各采樣點浮游植物各門的密度分布Figure 5 Density distribution of phytoplankton phylum

水產(chǎn)養(yǎng)殖生產(chǎn)中，綠藻門的水綿、剛毛藻、雙星藻、轉(zhuǎn)板藻、水網(wǎng)藻和鞘藻等統(tǒng)稱為絲狀綠藻（即“青苔”），當(dāng)其密度過大時，易對幼蝦造成較大影響[20]。將各采樣點的絲狀綠藻細胞密度與其他藻類總量所占比例，以試驗前中后期分別列出（圖6），可見絲狀綠藻數(shù)量在整個養(yǎng)殖水體的藻類中占比超過50%。由于圖4顯示外溝中藻類密度相對較少且較穩(wěn)定，現(xiàn)主要對內(nèi)溝中青苔占比變化進行分析。內(nèi)溝中，青苔占比最高達75.6%，為實驗組（HI）前期檢出，密度為1.12×105cells/L；占比最低值同樣出現(xiàn)在實驗組（HI），為試驗后期檢出，細胞密度為 7.8×104cells/L，占比僅37.4%，相對于前期下降近40%。與此相反，對照組內(nèi)溝水體（CI）中的青苔數(shù)量及占比在試驗后期均出現(xiàn)小幅增長，占比增長近5%。

圖6 絲狀綠藻（青苔）與其他藻類數(shù)量變化Figure 6 Changes in the number of filamentous green algae and other algae

2.2 浮游動物群落變化

2.2.1 種類分布及優(yōu)勢種

如表2所示，試驗中共檢測到浮游動物28種。原生動物最多，共計12種，占浮游動物種類數(shù)43%；輪蟲類8種，占比29%；枝角類6種，占比21%；橈足類最少，僅2種，占比7%。對各采樣點分別比較，實驗組內(nèi)溝（HI）為20種，對照組內(nèi)溝（CI）21種，差距較小；實驗組外溝（HO）與對照組外溝（CO）無差距，均為16種。內(nèi)溝種類數(shù)大于外溝，但東西兩側(cè)之間無明顯差異。以采樣時間進行種類數(shù)的比較，試驗前觀察到浮游動物16種，中期17種，后期共觀察到19種，略有增加。整個蝦溝水體中，優(yōu)勢種為月形刺胞蟲（Acanthocystis erinaceus）和無節(jié)幼體（Nauplius）。

表2 浮游動物種類及占比Table 2 Species composition and distribution of zooplankton

2.2.2 群落及其中大中型浮游動物生物量變化

各采樣點不同時期的浮游動物生物量變化如圖7，最小值出現(xiàn)在前期（0 d）的實驗組內(nèi)溝（HI），為3.61 mg/L；最大值出現(xiàn)在后期（14 d）的對照組外溝（CO），為7.11 mg/L。試驗結(jié)束時，實驗組浮游動物生物量小幅增長，對照組無明顯變化，但兩組之間未表現(xiàn)出顯著差異（P＞0.05）。

圖7 浮游動物生物量時空分布Figure 7 Distribution of zooplankton biomass at different points and periods

由于輪蟲、枝角類和橈足類等大、中型浮游動物作為優(yōu)質(zhì)動物蛋白源，是蝦苗的重要天然餌料[21-24]。如圖8所示，現(xiàn)將各水體中浮游動物生物總量與大中型浮游動物生物量（輪蟲、枝角類與橈足類生物量之和）變化分別進行比較。發(fā)現(xiàn)蝦溝中的浮游動物生物量主要由大中型浮游動物尤其是枝角類所貢獻，總占比超過80%，且各采樣點的占比均較穩(wěn)定。按照各時期，對各點的總生物量與大中型浮游動物生物量進行Pearson相關(guān)分析，檢驗結(jié)果為，在試驗開始時，東西兩側(cè)水體呈極顯著相關(guān)（P＜0.01），試驗結(jié)束時兩側(cè)水體相關(guān)性略微下降，仍為顯著相關(guān)關(guān)系（P＜0.05）。顯示出腐殖酸鈉對蝦溝水體中的浮游動物生物量變化有少量影響。

圖8 大中型浮游動物生物量變化及占比Figure 8 The proportion of large and medium-sized zooplankton

2.3 浮游動植物群落與環(huán)境因子關(guān)系

用Canoco軟件將各采樣點的環(huán)境因子與浮游動植物群落變化進行檢驗，第一軸特征值小于3，因此選用冗余分析法（RDA）基于浮游動植物密度進行研究。分析結(jié)果中，方差解釋率為68.0%，第一軸與第二軸的累計貢獻率為89.37%，這說明前兩軸能較好地反映浮游生物密度與環(huán)境因子之間的相互關(guān)系。在RDA三元圖中（圖9），浮游生物密度、環(huán)境因子及采樣點分別由以下代碼表示：采樣點HI1、HI2、HI3 為實驗組內(nèi)溝，CI1、CI2、CI3 為對照組內(nèi)溝，HO1、HO2、HO3 為實驗組外溝，CO1、CO2、CO3為對照組外溝；環(huán)境變量WT為水溫，DO為溶氧值，PH為酸堿度，SD為水體透明度，TN為總氮，TP為總磷；浮游生物中，Chl為綠藻門，Bac為硅藻門，Cya為藍藻門，Eug為裸藻門，Cry為隱藻門，Prot為原生動物，Rot為輪蟲類，Cla為枝角類，Cop為橈足類，Alga示浮游植物總量，Moss示絲狀綠藻（青苔）總量，Zoop示浮游動物總量。

圖9 稻田蝦溝水體中浮游生物密度、環(huán)境變量及采樣點的冗余分析（RDA）三元圖Figure 9 Redundancy analysis(RDA)triplot（plankton density,environmental variables and sampling sites）in sampling water

在RDA排序圖中，除透明度外，絕大多數(shù)環(huán)境因子與第二排序軸相關(guān)性較高，而絕大多數(shù)浮游生物類群密度變化（藍藻門除外）與第一排序軸相關(guān)性較高。各浮游生物類群密度變化與環(huán)境因子的相關(guān)性差異上，裸藻門、藍藻門和隱藻門與水溫相關(guān)性較高，當(dāng)水溫升高時裸藻門隨之增多。綠藻門、絲狀綠藻總量以及浮游植物總量與透明度呈高度正相關(guān)關(guān)系，原生動物、輪蟲類、橈足類及浮游動物總量則與透明度呈高度負相關(guān)關(guān)系。

3 討論

溶氧、pH、透明度、總氮及總磷等是反映養(yǎng)殖水體水質(zhì)的重要理化因子，當(dāng)理化因子發(fā)生變化，浮游生物群落隨之改變[25]。郭杰、王珂等[26]在分析長江荊江段浮游生物群落結(jié)構(gòu)特征時，發(fā)現(xiàn)溶氧、溫度和氨氮是影響浮游生物群落結(jié)構(gòu)的主要因素。因此，水體理化因子是反映養(yǎng)殖水體水質(zhì)最重要的本底數(shù)據(jù)。本研究中，腐殖酸鈉在短期內(nèi)（7 d時）顯著降低了蝦溝水體中的溶氧與透明度，當(dāng)試驗結(jié)束時，該差異已縮小至無顯著性。對pH的影響則相對更加持久，實驗組pH在試驗中期小幅度低于對照組，當(dāng)試驗結(jié)束時，實驗組pH仍然低于對照組且表現(xiàn)出顯著性差異。腐殖酸鈉對水體總氮、總磷也表現(xiàn)出降低作用，造成這種現(xiàn)象的主要原因可能是腐殖酸鈉通過短期影響水體透明度、pH等，間接導(dǎo)致總氮及總磷在水體中的生物利用、沉降等效率發(fā)生變化。張茜、馮民權(quán)等[27]對上覆水環(huán)境條件影響底泥氮磷釋放的研究中，發(fā)現(xiàn)pH與底泥釋放至水環(huán)境中的總氮、總磷含量成正比，特別是在總磷的環(huán)境影響因子中排首位。這一結(jié)論與本研究結(jié)果完全吻合，即pH降低，水體中總氮隨之小幅度降低，對總磷的降低效果相對更加明顯。

目前，腐殖酸鈉在水產(chǎn)養(yǎng)殖中的應(yīng)用大多是基于其降低水體光照度這一物理特性。張海春[28]通過0.9 m深的水柱試驗,證實了可獲得平均光照度更有可能作為藻類光限制條件出現(xiàn)和消失的重要標(biāo)志。嚴(yán)廣寒[29]、貢丹丹等[30]分別進行光照培藻試驗，證明了光照是影響浮游植物數(shù)量與群落多樣性的關(guān)鍵要素，在一定范圍內(nèi)，浮游植物數(shù)量隨著光照強度的增加而增加。本試驗開展期間，實驗組與對照組的浮游植物種類數(shù)變化呈現(xiàn)出一定差異（圖3）。實驗組（HI和HO）在試驗前中期均出現(xiàn)小幅減少，后期再增多；對照組（CI和CO）在前中期處于穩(wěn)定或增長狀態(tài)，后期也有小幅增多。密度變化與種類數(shù)變化方向完全一致，實驗組先降后增，藻類種類數(shù)與密度低谷均出現(xiàn)在試驗中期（7 d），而對照組的藻類密度保持穩(wěn)定或持續(xù)增長。孫楊才通過在浮游植物密度較高的池塘中進行試驗，發(fā)現(xiàn)遮光7 d后水體葉綠素a僅剩12.1%，即遮光能達到有效控藻的目的[31]。本試驗中，腐殖酸鈉在短時期內(nèi)（7 d）明顯降低蝦溝中的浮游植物生長，但周期超過一周后，抑制效果逐漸消失。這一變化趨勢與前面所述水體透明度在第七天時受影響較大相吻合，即降低透明度是腐殖酸鈉對浮游植物群落產(chǎn)生影響的重要方式。本試驗結(jié)束時，實驗組與對照組整體的浮游植物種類數(shù)和密度與前期相比均有增長，應(yīng)該為春季水溫逐步升高的原因。

絲狀綠藻（青苔）是稻田、池塘等小水體中較為常見的藻類，其大量發(fā)生時，爭奪水體中的養(yǎng)分、影響透明度、降低水溫、污染水質(zhì)、纏繞養(yǎng)殖對象，對水稻種植和淡水養(yǎng)殖的危害極大[32]。盡管在營養(yǎng)鹽競爭方面，其它浮游藻類顯著優(yōu)于絲狀綠藻[33]，但是當(dāng)大量絲狀綠藻對透明度產(chǎn)生影響時，絲狀綠藻對光能的競爭優(yōu)勢則尤其明顯[34]。徐奎等[35]在研究中發(fā)現(xiàn)，綠藻比藍藻的低光照耐受度更低。由于稻蝦綜合生態(tài)種養(yǎng)模式不可能采取頂棚封閉的形式進行遮光，則只能人為降低水體透明度，以達到限制絲狀綠藻的目的。從絲狀綠藻的密度及占比角度分析，本研究中實驗組中絲狀綠藻持續(xù)大幅下降，而對照組整體呈增長趨勢，這一結(jié)果與徐奎[35]的研究結(jié)論一致，絲狀綠藻的低光耐受度低于藻類平均值，且由內(nèi)外溝差異看出，水體中絲狀綠藻基數(shù)越大，腐殖酸鈉的抑制效果越顯著。

王利等[36-37]通過分析不同遮光梯度對浮游甲殼動物群落的影響，監(jiān)測到浮游甲殼動物的生物量、豐度及多樣性均隨著光照強度減弱而減少。光照除了直接影響浮游動物的攝食，還能通過影響環(huán)境間接影響其群落結(jié)構(gòu)。但是本研究的采樣結(jié)果顯示遮光未對浮游動物群落結(jié)構(gòu)產(chǎn)生明顯影響，各采樣點的浮游動物種類數(shù)及生物量占比均較穩(wěn)定（附表1）。試驗開始時，實驗組與對照組的浮游動物為極顯著相關(guān)（P＜0.01），試驗結(jié)束時，此相關(guān)性降為顯著相關(guān)（P＜0.05），僅產(chǎn)生了少量影響，實驗組與對照組的大、中型浮游動物也未表現(xiàn)出顯著性差異。推測不同試驗中遮光率差異較大是導(dǎo)致造成這一研究結(jié)果差異的主要原因，在王利等[36]的試驗中，4組遮光梯度的透光率分別為2.8%、7.1%、17.1%及40.5%，遠大于本研究中實驗組與對照組的水體透明度差異。因此，腐殖酸鈉對蝦溝中浮游動物群落及大、中型浮游動物（蝦苗餌料生物）密度未產(chǎn)生顯著影響。

RDA分析結(jié)果中，浮游動物與多數(shù)浮游植物密度表現(xiàn)出負相關(guān)關(guān)系，可見在蝦溝類小型養(yǎng)殖水體中，浮游動物對浮游植物的餌料依賴度較低。在RDA三元圖中各采樣點的樣方分布呈現(xiàn)出明顯規(guī)律，實驗組（HI與HO）與對照組（CI與CO）分別分布于軸2兩側(cè)，實驗組集中于二、三象限，而對照組集中于一、四象限，表現(xiàn)出兩組水體之間的環(huán)境因子及浮游生物群落均發(fā)生了明顯的分化現(xiàn)象。

4 結(jié)論

腐殖酸鈉能明顯改變稻田蝦溝中水環(huán)境因子和浮游植物群落，表現(xiàn)為在短時期內(nèi)（7 d）能顯著降低水體中溶氧及透明度，影響浮游植物生長，第14天時抑制效果逐步減少，但降低pH的持續(xù)時間相對較長。腐殖酸鈉對浮游動物群落分布及大、中型浮游動物的生長無明顯影響。在稻蝦生產(chǎn)中，適量使用腐殖酸鈉，可持續(xù)抑制絲狀綠藻（青苔）的生長，且基數(shù)越大，抑制效果越顯著。