生态浮床对池塘浮游植物群落结构的影响
郝霆 向太吉 张平录 白海锋
摘要：为研究生态浮床对养殖水体中浮游植物群落的影响，选择鲤鱼精养池塘为试验区域，设置不同浮床覆盖率的试验池塘（10%、20%、30%）和对照池塘，2018年6-9月，定期采集试验池塘和对照池塘水样进行浮游植物检测。结果表明，试验池塘与对照池塘浮游植物的种群结构差异明显，试验池塘浮游植物以绿藻门和硅藻门种类为主，而对照池塘以绿藻门和蓝藻门种类为主;取样期间浮游植物丰度呈现先增加后减少的变动趋势，且明显低于对照池塘;同时，20%浮床覆盖率的试验池塘Shannon-Wiener多样性指数明显高于对照池塘和其它两组试验池塘。以上结果表明：生态浮床能够抑制浮游植物的增长，改变浮游植物的群落结构和生物多样性，预防水体富营养化。
关键词：生态浮床;浮游植物;群落结构;生物多样性
浮游植物作为水域生态系统的初级生产者，具有种类多、形状小、生命期短、扩繁快以及对水环境变化响应迅速等特点，不仅是水体中重要的基础饵料生物[1]，其生物多样性指示也是评价水体健康程度的重要生物指标。在水产养殖过程中，浮游植物群落结构是非常重要的内容，“肥、活、嫩、爽”就是通过池塘水体中浮游植物来表观的，浮游植物丰度过大或过小对养殖水体来说都是不利的。目前，在水产养殖中为了追求高产量、高效益而采用高密度养殖，投饵量和施肥量的增加往往导致养殖水体富营养化加重，对池塘养殖产生不良影响[2]。
生态浮床作为生态修复和原位控制水环境与水体的实用技术，因其对水质净化效果好以及存在一定的生态和景观效益，越来越受到人们的关注[3-4]。目前，生态浮床对水质的净化效率和修复水体能力的研究已从河道、沟渠、水库、湖泊等，扩展到水产养殖废水处理上，“鱼菜共生”是其典型代表模式，对区域水产养殖业可持续、健康发展产生较大影响[5]。生态浮床虽然对水产养殖池塘水环境影响显著，但是对浮游植物的影响研究相对较少[6]。基于此，本研究选择渭河北岸鲤鱼精养池塘，通过设置不同覆盖率生态浮床对比分析了生态浮床对养殖水体中浮游植物群落结构的影响，以期为生态浮床技术能更好地应用于水产养殖水处理提供理论依据。
1材料与方法
1.1试验材料
试验浮床植物选用水蕹菜，预先在陆地有土培育至幼苗5～6cm时移栽到浮床。试验用鲤鱼为引进的松浦镜鲤鱼种，放养密度23700～27900尾/hm2，规格为65～125g/尾，同时套养鳙鱼种1275～1650尾/hm2，规格为65～80g/尾。
试验用生态浮床采用竹竿和聚乙烯网制作，浮床框架由竹竿（=60mm）和尼龙绳制作成长方形（260cm×110cm）。聚乙烯网孔径为50mm，生态浮床下面设置兜网，孔径为10mm，防止鲤鱼摄食水蕹菜根部。单个浮床上水蕹菜栽种密度控制在20～30株/m2。
1.2试验设计
试验池塘选择在西安市临潼区任留渔场，池塘东西走向，面积为1668m2，平均水深1.6m。试验设不放置浮床的对照组和3种浮床处理试验组，试验组浮床覆盖率分别为10%、20%、30%。试验开始之前，先将陆地培育好的水蕹菜连根拔出，清洗干净后按照移栽密度插入聚乙烯网眼，待其根茎部附着于网上开始自然生长时试验开始。为了便于整个试验管理，单个浮床用网绳相互串、并联起来，整齐排列，由绳索固定于池塘四周堤岸。对照塘和试验塘管理基本保持一致。
1.3样品采集与检测
试验从2017年6月1日开始至9月29日结束，试验周期为120d，试验期间每30d采一次水样进行浮游植物检测。水样采集方法选用“五点法”，在试验池塘4个池角的敞水区和浮床区的中央各设置一个采样点，对照塘在池塘4个角和池中间各设一个采样点[7]。在每个样点，用5L柱状采水器取水面下10～50cm深处的水样，混合均匀后取浮游植物水样1L，现场用15mL鲁哥氏液固定，随后送回实验室静置沉淀48h，浓缩至50mL，加数滴甲醛溶液保存待检。浮游植物样品采集严格参照《淡水浮游生物研究方法》[8]、《湖泊富营养化调查规范》[9]，浮游植物种类鉴定和定量分析参照《水生生物学》[10]进行。
1.4数据统计分析
2试验结果
2.1浮游植物种类组成变化
试验期间，通过对试验池塘和对照池塘4次采集到的16个水样样本分析，共鉴定到浮游植物52种，隶属6个门。其中种类组成最多的是绿藻门，有22种，占种类总数的42.3%;其次是硅藻门和蓝藻门，分别是13种和7种，占种类总数的25.0%和13.5%;再依次是隐藻门5种，裸藻门4种，黄藻门1种，共占种类总数的19.2%（见图1）。
从图2可见，在试验初期，试验组与对照组浮游植物种类组成基本一致，种类较为单一，只检测到绿藻门4种、硅藻门2种、蓝藻门2种、裸藻门1种。随着水温的升高以及投饲量的增加，各池塘水体中藻相发生了变化，池塘浮游植物主要以藍藻门为主，其优势种为具缘微囊藻（Microcystismarginata）和点状平列藻（Merismopediapunctata），种类均呈现增多的趋势。到8月中旬，对照组与试验组池塘相比，浮游植物种类数出现较大差异，试验组池塘随着浮床覆盖率的增加，浮游植物种类数也呈现增多趋势，浮游植物主要以梅尼小环藻（Cyclotellameneghiniana）、小球藻（Chlorellavulgaris）、啮蚀隐藻（Cryptomonaserosa）占优势。试验后期，由于水温开始回落，试验池塘与对照池塘之间的差异逐渐缩小。10月下旬，检测到4个池塘浮游植物的种类组成基本趋于一致，其优势种主要为尖针杆藻（Synedraacus）、纤维藻（Ankistrodesmussp.）和栅藻（Scenedesmussp.）。
2.2浮游植物现存量变化
试验期间生态浮床池塘和对照池塘浮游植物密度均呈先升后降的趋势（见图3）。从图可以看出，试验初始阶段所有池塘的浮游植物数量处于相对较低水平（9.7×106～11.2×106个/L），随着水温的升高以及水体中营养物质的增加，8月30日对照池塘浮游植物密度达到最大值（54.4×106个/L），显著高于其它时间段以及试验组池塘。试验池塘浮游植物由于存在与生态浮床植物营养竞争，其密度的增长从7中旬开始表现缓慢，整个试验过程中试验池塘浮游植物密度变化范围在9.7×106～26.6×106个/L之间。试验后期，由于浮床植物生物量的增加，试验池塘浮游植物的生长受营养盐和光照强度的影响产生了较大变化，导致试验结束时试验池塘浮游植物数量有所下降。从试验整体来看，浮游植物密度平均值表现出对照池塘>10%覆盖率池塘>20%覆盖率池塘>30%覆盖率池塘。生态浮床覆盖率越大，对池塘浮游植物光合作用影响越大。
从图4可见，试验期间试验池塘和对照池塘浮游植物生物量的变化趋势与密度基本一致，对照池塘浮游植物生物量变化范围在0.874～6.203mg/L之间。试验前期（7月份），对照池塘浮游植物生物量始终高于浮床试验塘，随着时间的推移，到了试验中后期（8-9月份），由于试验池塘的浮游植物种类组成发生变化，大型藻类（隐藻、裸藻、直链藻等）的占比逐渐提高，其生物量在8月30日出现最高值（6.774～8.421mg/L），平均值为7.68mg/L。此后随着池塘生境的变化，浮游植物种类组成和优势种也发生较大变化，小型藻类（小球藻和点状平裂藻等）又逐渐占优势，试验结束时，试验池塘浮游植物平均生物量从最高点降至5.98mg/L。整个试验期间，浮游植物平均生物量表现出20%覆盖率>10%覆盖率>30%覆盖率>对照塘。
2.3浮游植物群落结构及生物多样性
在整个试验过程中，分别对布设生态浮床的试验池塘和对照池塘的浮游植物种群结构变动情况进行分析。由图5可见，试验池塘和对照池塘浮游植物的种群结构存在明显差异，对照池塘水体中浮游植物主要以绿藻门和蓝藻门为主，分别占45.3%、41.4%;试验池塘主要以绿藻门和硅藻门占主导，占比分别为45.6%～47.4%、34.8%～36.6%，平均占比为46.7%、35.2%，说明对照池塘的藻相类型属于绿-蓝藻型，试验池塘属于绿-硅藻型，生态浮床对水体富营养化有抑制作用，能有效控制水华蓝藻种类的数量。
Shannon-Wiener多样性指数（H′）分析显示（见图6），从总体上看，试验池塘的H′普遍高于对照池塘，呈现先升高后下降趋势。试验初始，对照池塘和试验池塘H′差异不大，均处于较低水平（1.33～1.82）;随着温度的升高，试验中期（8月中旬）试验池塘和对照池塘H′值均升高，两组之间存在明显差异，试验池塘均值比对照池塘高15.7%;试验后期，水温开始下降，适宜在相对较低水温生活的浮游植物种类占据优势，试验池塘与对照池塘H′均呈现下降趋势，两者之间差异缩小，但试验池塘H′仍大于对照池塘。由此说明，在鱼池架设生态浮床，丰富了水体浮游植物的生物多样性，有助于提高池塘水生态系统的健康稳定性。同时从试验池塘的不同覆盖率分析，20%和30%覆盖率下池塘中期浮游植物H′都高于10%覆盖率池塘，试验后期，20%覆盖率试验池塘的H′高于30%和10%的覆盖率的池塘。从水体评价结果来看，试验池塘的H′值在1.87～2.66之间，说明生态浮床处理的鱼塘水体处于β-中污染，相比对照池塘，生态浮床能有效净化鱼池水质。
3讨论
水体中浮游植物种类组成与环境因子存在密切关系，生态系统中的环境因子改变将直接影响浮游植物的群落结构和现存量[11]。在本试验期间，检测到架设生态浮床的试验池塘浮游植物优势种主要以绿藻门和蓝藻门种类为主，这与国内许多淡水鱼养殖池塘的浮游植物种类组成相一致[12]。从浮游植物种类数来看，随着温度的升高、投饲量的增加，试验中期浮游植物种类组成出现较大波动，试验池塘与对照池塘存在明显差异，其种类数明显高于对照塘，但浮游植物数量低于对照塘。这主要因为试验池塘浮床植物的遮光效应以及与藻类竞争营养盐等对浮游植物产生抑制作用所致[13]。有研究显示[7]，浮床植物的遮光效应是生态浮床影响浮游植物的主要原因之一，浮床覆盖率越大，池塘水体光照强度越弱，浮游植物的光合作用受到抑制，浮游植物生长受阻。因此，本试验中试验池塘浮游植物的群落结构受浮床覆盖率影响较大。同时。从浮游植物现存量变化分析，试验池塘浮游植物在整个试验阶段表现出藻类密度从低到高的特征，随着时间的推移，浮游植物群落结构也呈现出由简单到复杂的趋势，其藻相从喜温、适宜较高透明度的绿藻-蓝藻型演变为适应新环境的绿藻-硅藻型。
Shannon-Wiener多样性指数通过反映生物群落物种组成的丰富度和均匀度，常被用来分析水体中浮游植物的生物多样性和群落结构的健康稳定性[14]。本试验研究显示，生态浮床的作用在试验前期主要表现在抑制浮游植物大量生长，试验中后期则主要体现在提高了浮游植物的生物多样性。有研究显示，陆生植物移栽到生态浮床后能显著抑制水体中浮游植物的增长，同时对提高水体中浮游植物群落的多样性具有积极作用[15]。目前利用浮游生物Shannon-Wiener多样性指数来反映水环境变化对生物影响以及水环境质量的研究相对较多[16]。一般来说，多样性指数越大，表征水质越好。本试验结果显示试验池塘的浮游植物生物多样性指数较对照塘高，说明试验池塘水质较对照塘要好，从另一个侧面证明了生态浮床对池塘水质净化具有积极作用。参考生态浮床对水质的净化效果以及对养殖动物成活的影响[7，17]，结合本试验中生态浮床对浮游植物群落结构的影响效果，建议精养鱼池生态浮床覆盖率控制在20%应用价值相对较高。
参考文献：
[1]陈立婧，吴竹臣，胡忠军，等.上海崇明岛明珠湖浮游植物群落结构[J].应用生态学报，2011，22（6）：1599-1605.
[2]王小冬，顾兆俊，朱浩，等.春季不同营养类型池塘浮游植物群落结构特征的研究[J].水科学杂志，2013，26（6）：35-39.
[3]周小平，王建国，薛利红，等.浮床植物系统对富营养化水体中氮、磷净化特征的初步研究[J].应用生态学报，2005，16（11）：2199-2103.
[4]陈生香，闽峰，尚旭，等.几种热带景观植物在不同水体中的去污能力比较研究[J].热带作物学报，2010，31（6）：1031-1036.
[5]李志斐，王广军，陈鹏飞，等.生物浮床技术在水产养殖中的应用概况[J].广东农业科学，2013（3）：106-108.
[6]陈家长，胡庚东，吴伟，等.浮床陆生植物對水体生态环境影响的研究[J].河海大学学报，2002，30（S1）：91-94.
[7]杜兴华，王妹，蔡新华，等.生态浮床在泥鳅养殖中对水体生境的影响[J].海洋湖沼通报，2018（1）：129-134.
[8]章宗涉，黄祥飞.淡水浮游生物研究方法[M].北京：科学出版社，1991：19-210.
[9]金相灿，屠清英.湖泊富营养化调查规范[M].北京：中国环境科学出版社，1990：239-272.
[10]赵文.水生生物学[M].北京：中国农业出版社，2005：490-528.
[11]PROULXM，PICKF，MAZUMDERA，etal.Experimentalevidenceforinteractiveimpactsofhumanactivitiesonlakealgalspeciesrichness[J].Oikos，1996，76（1）：191-195.
[12]李瑞娇，吕元蛟，张念，等.主养草鱼池塘的浮游植物群落结构及其环境影响因素研究[J].淡水渔业，2014，44（2）：77-82.
[13]任久长，周红，孙亦彤.滇池光照强度的垂直分布与沉水植物的光补偿深度[J].北京大学学报：自然科学版，1997，33（2）：211-214.
[14]刘娅琴，邹国燕，宋祥甫，等.富营养水体浮游植物群落结构对新型生态浮床的响应[J].环境科学研究，2011，24（11）：1233-1241.
[15]李艳枫，刘凌，陈宁，等.一种新型的复合生态浮床及其浮游植物群落结构的影响[J].水资源保护，2014，30（2）：46-51.
[16]杨增元，朱中竹，梁晶晶，等.济南流域浮游植物群落结构生态分布及时空格局[J].河北渔业，2018（10）：51-54.
[17]杨希，高志，白海锋，等.不同覆盖率的生态浮床对池塘氮、磷的去除率[J].河北渔业，2017（4）：14-16.
（收稿日期：2019-06-17;修回日期：2019-07-09）
