摘要 “猪-草-鱼”生态种养模式是将猪粪尿经过发酵处理后种植优质高产牧草，再用牧草养鱼的一种生态高效种养模式。以“猪-草-鱼”生态种养模式为研究对象，研究该模式中池塘水体营养盐及浮游植物群落结构变化，监测水体温度（T）、溶解氧（DO）、pH、透明度（TS）、总氮（TN）、氨氮（NH4+-N）、硝酸盐（NO3--N）、亚硝酸盐（NO2--N）、总磷（TP）、磷酸盐（PO43--P）、化学需氧量（COD）、浮游植物群落结构。结果表明，NO3--N、PO43--P、pH、DO和TDS是控制“猪-草-鱼”生态种养模式中池塘浮游植物群落结构的主要水环境因子。NH4+-N、NO2--N、PO43--P含量的最高值分别为0.61、0.03、0.16 mg/L，COD呈逐渐下降趋势，为21.89～32.46 mg/L。养殖前期及中期，蓝藻种群在水體中占绝对优势，分别占83.58%、89.17%；后期蓝藻种群优势显著下降，占52.18%，绿藻占43.80%。养殖前期浮游植物平均丰度为7.78×107个/L，中期为7.81×107个/L，后期为1.54×108个/L。养殖前期浮游植物平均生物量为11.05 mg/L，中期为8.46 mg/L，后期为18.72 mg/L。浮游植物群落多样性指数为1.32～2.63，且浮游植物群落多样性指数整体表现为养殖后期显著高于前期和中期。“猪-草-鱼”生态种养模式对水环境产生的生态效果显著，不会导致水体N、P过量累积，一定程度上抑制水体富营养化，且浮游植物群落多样性指数提高，池塘生态系统更加稳定。
关键词 猪-草-鱼；水质；浮游植物群落；多样性
中图分类号 S963 文献标识码 A 文章编号 0517-6611（2018）20-0051-06
Abstract The ecological circulation aquaculture mode of ‘piggrassfish’ is an ecological and efficient farming mode.In this mode，the fermented manure of domestic animals is used as fertilizer for the grass，and then the grass is used to raise fish.The water nutrient include temperature （T），dissolved oxygen （DO），pH，transparency （TS），total nitrogen （TN），ammonia nitrogen （NH4+N），nitrate （NO3-N），nitrite （NO2-N），total phosphorus （TP），phosphate （PO43-P），chemical oxygen demand （COD），and phytoplankton community structure were investigated in this mode.The results showed that NO3-N，PO43-P，pH，DO and TDS were the main environmental factors which affected the structure of phytoplankton community.The maximum value of NH4+N，NO2-N，PO43-P content was 0.61，0.03 and 0.16 mg/L，and COD was gradually decreasing，with a range of 21.89-32.46 mg/L.In the early and medium stage，cyanobacteria were dominant in the water，accounting for 83.58% and 89.17% respectively，and decreased significantly in the later，accounting for 52.18%.In the early，medium and later stage，the average abundance of phytoplankton was 7.78×107，7.81×107 and 1.54×108 individuals/L，and the average biomass of phytoplankton was 11.05，8.46 and 18.72 mg/L，respectively.The variation range of phytoplankton community diversity index was 1.32-2.63，and it was significantly higher in the later stage than that in the early and medium stage.It is suggested that this mode can not only lead to excessive water，N，P accumulation，inhibit the eutrophication of water bodies to some extent，but also increase phytoplankton community diversity index，and the pond ecological system is more stable.
Key words Piggrassfish；Water quality；Phytoplankton community；Diversity
粪污治理最理想的方式是资源化利用，在相当长的一段时间内，我国南方地区普遍采用“猪-鱼结合”的养殖模式进行粪污治理[1-3]，即将猪粪尿及废水直接或间接地引入鱼塘养鱼，实现粪污的资源化利用。然而，随着水产养殖业向标准化、规范化和绿色环保方向的发展，“猪-鱼结合”养殖模式开始受到“人与环境”“食品安全”等方面的严峻挑战[4-5]。因为养猪业的集约化发展和规模化经营，猪病明显增多且复杂化，兽用药物大量增加，各种兽用抗菌药物及其代谢产物随粪污进入鱼塘后，不仅造成鱼塘水体污染和水生生态系统的破坏，而且许多难以降解的药物残留可以通过鱼类富集影响水产品的质量安全，最终危害人类健康[5]。因此，“猪-鱼结合”养殖模式的生态效益愈来愈受到质疑，水产品的质量安全问题也越来越引人注目。
在上述背景下，有研究者通过在“猪-鱼结合”养殖模式之间增加一个中间环节，即种草，提出“猪-草-鱼”生态种养模式，获得了较好的生态及经济效益[6-8]。“猪-草-鱼”生态种养模式是将猪粪尿经过厌氧发酵处理后，种植优质高产牧草，再用牧草养鱼的一种生态高效种养模式。一方面，猪粪尿经过厌氧发酵，能将粪便中的虫卵、病菌杀死，减少粪污直接进入鱼塘造成的水体污染。另一方面，发酵之后的沼渣，可作为有机肥料种植名优牧草（如皇竹草），以草饲养草鱼，生产高价格的有机优质草鱼，同时收割的牧草还可配合饲料饲养高价格的优质肉猪，减少配合饲料使用量，降低生产成本。然而，目前该模式仅处于试验阶段，仍未被养殖者充分认识和接受，关于该模式的基础研究主要集中在其经济效益方面[9-10]。鉴于此，笔者从“猪-草-鱼”生态种养模式的生态效益考虑，对“猪-草-鱼”生态种养模式中池塘水体营养盐及浮游植物群落結构进行了研究，旨在为进一步推广“猪-草-鱼”生态种养模式提供理论依据。
1 材料与方法
1.1 采样点概况
试验于2016年6—12月在广东省韶关市乳源瑶族自治县新高畜牧水产养殖场进行，地理坐标为113°08′E、24°32′N，属粤西北高寒山区地带，平均海拔为600 m，年均气温为18.7 ℃，无霜期为286 d，年均降雨量为1 995.6 mm。养殖场类型属山塘水库，面积8.00 hm2，平均水深4～5 m，塘基四周构建猪舍，每年养猪900头，山地种植皇竹草，面积4.67 hm2，实行“猪-草-鱼”生态循环养殖模式。试验周期7个月，为一批生猪出栏上市时间。
1.2 “猪-草-鱼”生态种养模式
“猪-草-鱼”生态种养模式是指在塘基构建猪舍，饲养优质肉猪，猪粪猪尿经无害化处理（厌氧发酵）后作为有机肥料，种植名优牧草（皇竹草），以草（皇竹草）饲养 “四大家鱼”（草鱼为主），生产高价格的有机优质草鱼，同时收割的牧草还可配合饲料饲养高价格的优质肉猪。
1.3 样品采集
在鱼塘中随机选取3个固定采样点，从6月开始每月采集水样，采样时间为09：00—10：00。测定池塘水体水质指标包括水温（T）、溶解氧（DO）、pH、总氮（TN）、氨氮（NH4+-N）、硝酸盐（NO3--N）、亚硝酸盐（NO2--N）、总磷（TP）、磷酸盐（PO43--P）和化学需氧量（COD）。所有水样经分类编号后，送回实验室在48 h内进行测定。其中，T、DO 和pH 使用便携式多参数水质分析仪（YSI Professional Plus，美国）现场测定；NH4+-N、NO3--N、NO2--N、PO43--P采用merckPharo100多参数水质分析仪（德国）测定；TN采用碱性过硫酸消解紫外分光光度法（HJ636—2012）测定；TP采用钼酸铵分光光度法（GB11893—1989）测定。
水体浮游植物样品分养殖前、中、后期采集，用25#浮游植物网（孔径64 μm）定量样品采集各个样点水体表、中、底三层水样各500 mL，加10 mL 1% Lugol’S氏液，现场混合后固定。物种多样性指数的计算采用香农-威纳指数 （H），浮游植物的计数参考文献[11]的方法。浮游植物的种类鉴定主要参考文献[12]的方法。
1.4 数据分析 试验数据采用SPSS 18.0和Excel进行统计和方差分析。采用Canoco 5.0软件对浮游植物与环境因子之间的关系进行冗余分析（redundancy analysis，RDA）。在RDA分析前，首先对浮游植物多度数据进行除趋势对应分析（detrended correspondence analysis，DCA）， 据其第一轴长度确定分析类型（大于4，使用CCA分析；小于3，使用RDA分析；处于3～4，二者均可）。香农-威纳多样性指数（H）计算公式[13]：
2 结果与分析
2.1 水质指标 图1为“猪-草-鱼”生态种养模式中池塘水体T、DO、pH、透明度随时间变化趋势。整个养殖期间，T先升高后降低，8月达到峰值，为16.3～33.2 ℃。DO含量逐渐降低，自8月趋于稳定，为3.00～7.03 mg/L。pH变化幅度较小，为6.77～8.04。水体透明度在45～65 cm。
“猪-草-鱼”生态种养模式中池塘水体TN、NH4+-N、NO3--N、NO2--N随时间变化趋势（图2）显示，TN含量呈逐渐升高的趋势，从8月开始升高，为0.49～4.19 mg/L。NH4+-N、NO3--N、NO2--N含量呈先升高后降低的趋势，从8月开始升高，为9月均达到峰值，分别为0.61、1.13、0.03 mg/L，随后下降。
“猪-草-鱼”生态种养模式中池塘水体TP、PO43--P随时间变化趋势（图3）显示，从试验开始，TP含量逐渐上升，9月达到峰值，为0.28 mg/L，随后下降，在11月达到0.06 mg/L。PO43--P含量在8—9月明显下降，8月为0.16 mg/L，9月为0.05 mg/L。COD在整个养殖期间随时间变化呈逐渐下降趋势，为21.89～32.46 mg/L。
2.2 浮游植物群落丰度及生物量 由图4可知，“猪-草-鱼”生态种养模式中池塘水体浮游植物丰度及生物量整体变化规律一致，均呈现养殖后期显著高于前期和中期。养殖前期浮游植物平均丰度为7.78×107个/L，中期为7.81×107个/L，后期为1.54×108个/L。养殖前期浮游植物平均生物量为11.05 mg/L，中期为8.46 mg/L，后期为18.72 mg/L。
2.3 浮游植物群落优势种
以优势度Y≥0.02作为优势种，整个养殖周期共记录到优势种15种（表1），其中养殖前期4种，分别为蓝藻门假鱼腥藻（Pseudanabaena sp.）、平裂藻（Merismopedia sp.）、色球藻（Chroococcus sp.）和隐球藻（Aphanocapsa sp.）；养殖中期11种，其中蓝藻门4种，分别为假鱼腥藻、平裂藻、色球藻和微囊藻（Microcystissp.），绿藻门6种，分别为四足十字藻（Crucigenia tetrapedia）、双对栅藻（Scenedesmus bijuga）、二尾栅藻（Scenedesmus bicanda）、四尾栅藻（Scenedesmus quadricanda）、小球藻（Chlorella vulgaris）、蹄形藻（Kirchneriellasp.），隐藻门1种，为隐藻（Cryptomonas sp.）；养殖后期9种，其中蓝藻门5种，分别为平裂藻、色球藻和隐球藻、微囊藻和泽丝藻（Limnothrix sp.），绿藻门4种，分别为四足十字藻、双对栅藻、针形纤维藻（Ankistrodesmus acicularis）和空星藻（Coelastrum sp.）。前期假鱼腥藻为最大优势种，中期及后期平裂藻为最大优势种。
2.4 浮游植物群落優势种与环境因子的RDA分析
图5 显示了优势度Y≥0.02的15个物种与环境因子的关系。Monte Carlo检验分析表明，排序轴的特征值具有显著性（P<0.05）。12个环境因子中，影响浮游植物分布的主要因素是NO3--N、PO43--P、pH、DO和TDS。
2.5 浮游植物群落种类组成及多样性
图6显示，调查共发现浮游植物 6 门、79种，养殖前、中、后期藻类组成均以蓝藻和绿藻为主，其种类和数量均占绝对优势；其中，养殖前期蓝藻门8种，占83.58%；绿藻30种，占12.32%；养殖中期蓝藻门9种，占89.17%；绿藻34种，占9.64%；养殖后期蓝藻门12种，占52.18%；绿藻38种，占43.80%。 “猪-草-鱼”生态种养模式中池塘水体浮游植物群落多样性指数在1.32～2.63，且浮游植物群落多样性指数整体表现为养殖后期显著高于前期和中期。
3 讨论
3.1 池塘水体理化指标变化
试验结果显示，池塘水体TN含量逐渐升高，为0.49～4.19 mg/L。NH4+-N、NO3--N、NO2--N含量先升高后降低，9月均达到峰值，随后下降，说明养殖后期水体中有机氮含量累积增加，无机氮含量减少。养殖水体中，TN包括蛋白质、氨基酸、有机胺等有机氮和氨氮、亚硝酸盐氮、硝酸盐氮等无机氮。TN含量的高低主要依赖于微生物、藻类等水生生物及外源氮素的输入的多少[14-16]。该研究中，养殖后期水体有机氮含量累积增加，无机氮含量减少，推测其可能的直接原因是温度，有研究报道，在一定温度范围内，有机含氮化合物的矿化速率常数与温度表现出线性正相关关系[17]，9月开始水温逐渐降低，间接影响微生物群落对水体中有机含氮化合物的矿化分解，进而导致后期水体有机氮含量累积增加[18-19]。该研究中，池塘水体NH4+-N及NO2--N含量的最高值分别为0.61、0.03 mg/L，TP及PO43--P含量的最高值分别为0.20、0.16 mg/L，均符合国家地表水环境质量标准（GB 3838—88）[20]Ⅲ类水（水产养殖区等渔业水域）质量要求，说明“猪-草-鱼”生态种养模式对水环境产生的积极效果显著，不会导致水体N、P过量累积，一定程度上控制了富营养化。
COD可作为有机物相对含量高低的综合指标之一[21]。其大量存在时，不仅增大水体耗氧量，而且促进异养细菌繁殖，分解有机物质产生氨氮和亚硝酸盐，引起养殖动物中毒死亡。在传统的猪鱼模式中，由于猪粪水不断地排入鱼塘，引起有机质的不断积累，COD的变化一般呈现由低到高的增加趋势，且有记录高达183 mg/L[22]。在该研究中，COD在整个养殖过程中呈逐渐下降趋势，说明“猪-草-鱼”生态种养模式在一定程度上能够减少水体COD含量，降低养殖动物细菌性疾病暴发风险。
3.2 池塘水体浮游植物群落结构变化
该研究中，池塘水体浮游植物丰度及生物量整体变化规律一致，均呈现养殖后期显著高于前期及中期，其原因可能是浮游植物群落的丰度易受到水体营养盐含量的影响，尤其是水体N、P含量。养殖后期，TN含量升高，可能是导致后期浮游植物丰度及生物量显著高于前期及中期的原因之一。有研究表明，浮游植物丰度和生物量与水体中的N和P的含量呈正相关，在其他影响因子相同的情况下，一定范围内，N、P含量越高，养殖水体中浮游植物的种类和丰度均越高[23]，与该研究结果一致。此外，有研究报道，浮游植物的丰度和生物量除与水体营养盐含量存在关联外，还与水体中浮游动物、原生动物和经济鱼类等有关联，主要体现在它们产生的下行效应对浮游植物产生的影响[24]。该研究中，由浮游动物对水体浮游植物丰度及生物量产生的影响有待进一步研究。
对于浮游植物而言，生物量增加会导致群落多样性的下降，这种现象在富营养化水体中较为明显[25]。然而该研究中，养殖后期浮游植物群落多样性显著升高，可能是由于后期蓝藻种群种内对水体营养盐的竞争加剧，种群数量减少，其他藻类种群优势凸显导致，养殖前期及中期，蓝藻种群在水体中占绝对优势，分别占83.58%、89.17%；后期蓝藻种群优势显著下降，占52.18%，同时绿藻成为第二大类优势种群，占43.80%，后期绿藻种群优势上升，与蓝藻竞争生存空间，最终导致养殖后期水体浮游植物多样性显著升高。
3.3 池塘水体浮游植物群落与水质指标间的关系 该研究发现NO3--N、PO43--P、pH、DO和TDS是控制“猪-草-鱼”生态种养模式中池塘浮游植物群落结构的主要水环境因子。水体中溶解氧与浮游植物丰度呈正相关关系，这与浮游植物的光合作用有直接关系，当浮游植物大量繁殖时，其光合作用可产生大量的氧气，同时，水体pH产生波动[26]。此外，大量研究发现营养盐及光照强度是影响浮游植物群落的重要物理因子，其中就营养盐而言，水体中营养盐含量的高低直接影响浮游植物的盛衰，各种浮游植物对营养物质有一定的浓度范围要求，不足或超量都将影响其生长和繁殖[27-29]。
4 结论
“猪-草-鱼”生态种养模式对水环境产生的生态效果显著，不会导致水体N、P过量累积，一定程度上抑制水体富营养化，且浮游植物群落多样性指数提高，池塘生态系统更加稳定。该模式中，浮游植物多样性较高。该模式中，NO3--N、PO43--P 、pH、DO和TDS是控制“猪-草-鱼”生态种养模式中池塘浮游植物群落结构的主要水环境因子。
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