比較殘餌在主養(yǎng)黃顙魚與主養(yǎng)草魚下池塘沉降情況,漁業(yè)論文

比較殘餌在主養(yǎng)黃顙魚與主養(yǎng)草魚下池塘沉降情況,漁業(yè)論文高密度、集約化的養(yǎng)殖方式已成為中國(guó)淡水漁業(yè)支柱產(chǎn)業(yè)之一,這種養(yǎng)殖方式創(chuàng)造了宏大經(jīng)濟(jì)產(chǎn)值和社會(huì)效益的同時(shí)也對(duì)環(huán)境造成了宏大的負(fù)面影響。淡水池塘養(yǎng)殖是一種受人為調(diào)控影響較大的營(yíng)養(yǎng)型養(yǎng)殖系統(tǒng),高密度的投餌養(yǎng)殖方式導(dǎo)致殘餌、糞便、排泄物等在池塘底部大量積累,導(dǎo)致池塘水體的有機(jī)污染和富營(yíng)養(yǎng)化。尤其是殘餌的積累,一方面增加了養(yǎng)殖成本,另一方面加重了水體的污染壓力,進(jìn)而引起病原菌滋生,養(yǎng)殖動(dòng)物疾病爆發(fā)。在不同來源的有機(jī)質(zhì)中,其化學(xué)組成成分和穩(wěn)定性同位素組成特征會(huì)存在差異,通過利用有機(jī)質(zhì)化學(xué)組成成分和穩(wěn)定性同位素地球化學(xué)特征來定量化推斷沉積物中有機(jī)質(zhì)的來源是當(dāng)今水域生態(tài)研究的熱門之一,如Mangaliso等利用碳氮穩(wěn)定性同位素示蹤水產(chǎn)養(yǎng)殖產(chǎn)生有機(jī)質(zhì)的擴(kuò)散范圍,Sar等利用碳氮穩(wěn)定性同位素研究水產(chǎn)養(yǎng)殖污染物對(duì)沉降顆粒和沉積物的影響。當(dāng)前對(duì)淡水池塘的研究多集中在利用沉積物的化學(xué)指標(biāo)、生物指標(biāo)來定性描繪敘述養(yǎng)殖對(duì)沉積環(huán)境的影響,缺少定量化的研究。殘餌是淡水養(yǎng)殖經(jīng)過中外源有機(jī)質(zhì)的主要輸入源,本研究通過對(duì)主養(yǎng)黃顙魚與主養(yǎng)草魚池塘沉降顆粒碳氮營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的含量以及有機(jī)物質(zhì)碳氮穩(wěn)定性同位素組成特征的研究,定量評(píng)估人為有機(jī)物質(zhì)(殘餌)在兩種養(yǎng)殖形式沉降顆粒中所占的比重,進(jìn)而為到達(dá)有效控制池塘本身污染和改進(jìn)污染池塘的目的,為淡水養(yǎng)殖產(chǎn)業(yè)的健康可持續(xù)發(fā)展提供理論證據(jù)。1材料與方式方法1.1實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)本研究于2020年410月在荊州市公安縣崇湖漁場(chǎng)東北湖分場(chǎng)華中農(nóng)業(yè)大學(xué)科研教學(xué)試驗(yàn)基地進(jìn)行。每一種養(yǎng)殖形式設(shè)置3個(gè)重復(fù):選取主養(yǎng)草魚和主養(yǎng)黃顙魚的池塘各三口,池塘面積均為6667m2,水深1.52.3m,魚苗投放如表1。實(shí)驗(yàn)池塘采用半封閉式養(yǎng)殖,主養(yǎng)草魚池塘投喂海大牌草魚膨化飼料,主養(yǎng)黃顙魚池塘投喂海大牌黃顙魚配合飼料;兩種主養(yǎng)形式池塘中配合飼料投喂量約為魚總重量的3%5%養(yǎng)殖經(jīng)過中每一種養(yǎng)殖形式統(tǒng)一補(bǔ)水和換水?！颈?】1.2采樣與分析分法樣品采集時(shí)間為410月的每月中旬左右,沉降顆粒的采集是采用沉降顆粒收集裝置(圖1所示,h=35cm,d=11cm)進(jìn)行,每一口池塘選擇5個(gè)沉降顆粒采樣點(diǎn)(分別位于池塘對(duì)角線的等分點(diǎn)處),放置72h后回收,回收時(shí)靜置2h后小心棄去上層多余的清液,取下樣品管,在60℃下烘干至恒重后研磨,置于枯燥器中保存?zhèn)溆?。?duì)應(yīng)在沉降顆粒采樣點(diǎn)采集上中下水層混合水樣200mL,使用預(yù)先在450℃下灼燒4h左右除去有機(jī)碳的玻璃纖維濾膜(WhatmanGF/F,直徑47mm,孔徑0.7m)抽濾收集懸浮顆粒物,濾膜冷凍保存。用彼得森采泥器在上述沉降顆粒的采樣點(diǎn)處采集表層沉積物樣品,同樣在60℃下烘干、研磨、過篩并保存。本研究中收集魚后腸腸含物作為魚類的糞便,同時(shí)收集兩種養(yǎng)殖形式投喂的飼料,在60℃下烘干、研磨、封口袋封裝后保存于枯燥器中。沉降顆粒、懸浮顆粒物、沉積物和飼料中總氮(Totalnitrogen,TN)、總碳(Totalcarbon,TC)采用ThermoFlash2000元素分析儀進(jìn)行測(cè)定;沉降顆粒和懸浮顆粒中總有機(jī)碳(Totalorganiccarbon,TOC)、總有機(jī)氮(Totalorganicnitrogen,TON)和碳氮穩(wěn)定性同位素分析先用足量1mol/LHCl浸泡淋洗24h,除去可能存在的無機(jī)碳,然后用蒸餾水淋洗至水呈中性,再將其置于60℃下烘干至恒重。最后,處理過的樣品中TOC和TON采用ThermoFlash2000元素分析儀進(jìn)行測(cè)定;沉降顆粒、懸浮顆粒、沉積物和飼料中碳氮穩(wěn)定性同位素比用穩(wěn)定性同位素比質(zhì)譜儀IRMS(Thermo-MAT253)進(jìn)行測(cè)定。樣品中碳、氮穩(wěn)定性同位素以值的形式給出,計(jì)算公式為X=[(R待測(cè)樣品/R標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì))1]103,華而不實(shí)X為13C或15N;R為13C/12C或15N/14N。碳氮穩(wěn)定同位素值分別以相對(duì)于國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)的PDB和大氣氮的值報(bào)道。每測(cè)定10個(gè)樣品插入1個(gè)標(biāo)準(zhǔn)樣品,并隨機(jī)挑選12個(gè)樣品進(jìn)行復(fù)測(cè)。樣品13C和15N重視精度為0.3%。采用SPSS17.0軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析。針對(duì)樣品中TN、TC、TON、TOC以及13C、15N做時(shí)間序列的相關(guān)性分析。通過t檢驗(yàn)(平均值成對(duì)二樣本分析)比擬單個(gè)月份內(nèi)不同養(yǎng)殖形式間的差異,方差分析前先進(jìn)行正態(tài)分布和方差齊性檢驗(yàn)。以P0.05作為差異顯著水平。本研究利用碳氮穩(wěn)定性同位素混合模型對(duì)沉降顆粒中人為有機(jī)質(zhì)來源進(jìn)行了初步定量估算。假定池塘中沉降顆粒有機(jī)質(zhì)主要來自殘餌、糞便和懸浮顆粒物(Particulateorganicmatter,POM)三種的混合,則人為有機(jī)質(zhì)(殘餌)輸入奉獻(xiàn)率可用碳穩(wěn)定性同位素質(zhì)量平衡混合模型計(jì)算:【1】式中:下標(biāo)Ｘ、Ｙ、Ｚ和Ｍ分別為飼料、糞便、POM和沉降顆粒,f為每種物質(zhì)在沉降顆粒中占的百分比,13C、15N代表每一種物質(zhì)的穩(wěn)定性碳氮同位素比值。2結(jié)果2.1兩種主養(yǎng)形式池塘中沉降顆粒碳氮營(yíng)養(yǎng)含量的季節(jié)變化特征沉降顆粒中TN、TC、TOC以及TON都呈現(xiàn)出明顯的季節(jié)變化(圖2)。主養(yǎng)黃顙池塘TOC含量變化為4.867.14mg/g,均值為5.82mg/g;TON含量變化為0.590.90mg/g,均值為0.72mg/g;TC含量變化為5.428.57mg/g,均值為6.86mg/g;TN含量變化在0.661.13mg/g,均值為0.83mg/g。時(shí)間序列的相關(guān)性統(tǒng)計(jì)分析結(jié)果表示清楚:主養(yǎng)黃顙魚池塘沉降顆粒中TN(r=0.80,P0.05),TC(r=0.79,P0.05),TON(r=0.74,P0.05)與TOC(r=0.65,P0.05)均隨著養(yǎng)殖時(shí)間的推移,其含量有顯著下降趨勢(shì)。主養(yǎng)草魚池塘TOC含量變化在2.535.45mg/g,均值為3.90mg/g;TON含量變化在0.400.62mg/g,均值為0.52mg/g;TC含量變化在3.097.19mg/g,均值為4.98mg/g;TN含量變化在0.350.86mg/g,均值為0.58mg/g。時(shí)間序列相關(guān)性統(tǒng)計(jì)分析結(jié)果表示清楚,主養(yǎng)草魚池塘沉降顆粒中TN(r=0.93,P0.05),TC(r=0.96,P0.05),TON(r=0.95,P0.05)與TOC(r=0.97,P0.05)均隨著養(yǎng)殖時(shí)間的推移,其含量有顯著下降趨勢(shì)。除此之外,主養(yǎng)黃顙魚池塘沉降顆粒中TN、TC、TON和TOC含量均顯著高于主養(yǎng)草魚池塘(df=30,tTN=11.3,P0.01;tTC=9.2,P0.01;tTON=10.3,P0.01;tTOC=8.6,P0.01)。本研究對(duì)兩種主養(yǎng)形式中的沉積物、飼料、懸浮顆粒中TN、TC、TOC以及TON含量測(cè)定如表2,主養(yǎng)黃顙魚形式中沉積物、飼料、懸浮顆粒中TN、TC、TOC以及TON含量均大于主養(yǎng)草魚池塘。2.2兩種主養(yǎng)形式池塘中沉降顆粒碳氮穩(wěn)定同位素含量的季節(jié)變化特征如此圖3所示,主養(yǎng)黃顙魚池塘沉降顆粒有機(jī)質(zhì)15N值的變化范圍是5.0%6.9%,平均值為6.2%,13C值的變化范圍是26%24.2%,平均值為25.3%;主養(yǎng)草魚池塘沉降顆粒有機(jī)質(zhì)15N值的變化范圍是4.5%6.5%,平均值為5.9%,13C值的變化范圍是26.5%24.5%,平均值為25.4%。時(shí)間序列相關(guān)性統(tǒng)計(jì)結(jié)果顯示兩種主養(yǎng)形式中沉降顆粒碳氮穩(wěn)定性同位素含量無顯著的季節(jié)變化特征(r草15N=0.31,P0.05;r草13C=0.63,P0.05;r黃15N=0.11,P0.05;r黃13C=0.45,P0.05);兩種形式中沉降顆粒有機(jī)質(zhì)15N值的變化與13C值的變化均顯著正相關(guān):主養(yǎng)黃顙魚池塘沉降顆粒15N值與13C值顯著正相關(guān)(r=0.462,P0.05);主養(yǎng)草魚池塘沉降顆粒15N值與13C值顯著正相關(guān)(r=0.537,P0.05)。除此之外,兩種主養(yǎng)池塘沉降顆粒中15N值與13C值沒有顯著差異不同(df=30,t15N=1.1,P0.05;t13C=0.6,P0.05)。2.3沉降顆粒物中碳氮比值變化以及與穩(wěn)定碳氮同位素的相關(guān)性如此圖4所示,主養(yǎng)黃顙魚池塘沉降顆粒有機(jī)質(zhì)C/N比值的變化范圍是5.08.1,平均值為7.1;主養(yǎng)草魚池塘沉降顆粒有機(jī)質(zhì)C/N比值的變化范圍是6.17.8,平均值為7.0。統(tǒng)計(jì)結(jié)果顯示兩種主養(yǎng)形式中沉降顆粒中C/N比值沒有顯著差異(df=30,t=0.1,P0.05)。如此圖5所示,主養(yǎng)黃顙魚池塘沉降顆粒中氮穩(wěn)定同位素與C/N比值之間存在顯著的正相關(guān)關(guān)系(r=0.128,P0.05),碳穩(wěn)定性同位素與C/N比值之間存在不顯著的負(fù)相關(guān)關(guān)系(r=0.063,P0.05)。主養(yǎng)草魚池塘沉降顆粒中氮穩(wěn)定性同位素與C/N比值之間存在顯著的負(fù)相關(guān)關(guān)系(r=0.292,P0.01),碳穩(wěn)定性同位素與C/N比值之間存在顯著的負(fù)相關(guān)關(guān)系(r=0.218,P0.01)。2.4沉降顆粒中有機(jī)質(zhì)來源分析本研究利用碳氮穩(wěn)定性同位素混合模型計(jì)算出兩種主養(yǎng)形式池塘沉降顆粒中人為有機(jī)質(zhì)(殘餌)奉獻(xiàn)率的計(jì)算結(jié)果為(圖6):主養(yǎng)黃顙魚沉降顆粒人為有機(jī)質(zhì)(殘餌)奉獻(xiàn)率為15.6%35.4%,隨著養(yǎng)殖時(shí)間的推移餌料奉獻(xiàn)率逐步降低(r=0.537,P0.05)。主養(yǎng)草魚沉降顆粒人為有機(jī)質(zhì)(殘餌)奉獻(xiàn)率為30.1%70.1%,隨著養(yǎng)殖時(shí)間的推移餌料奉獻(xiàn)率逐步降低(r=0.800,P0.01)。3討論3.1沉降顆粒中TN、TC、TON和TOC含量變化沉降顆粒是指在水體范圍內(nèi)發(fā)生的物理、化學(xué)及生物學(xué)經(jīng)過所產(chǎn)生的沉降物,而沉降是養(yǎng)殖水體物質(zhì)循環(huán)的重要特征,主要包括浮游植物、浮游動(dòng)物、魚類排泄物、殘餌和再懸浮的底泥等。淡水池塘養(yǎng)殖為受人為因素影響較大的小型生態(tài)系統(tǒng),本身調(diào)節(jié)能力較差,內(nèi)部群落構(gòu)造簡(jiǎn)單,加之水生動(dòng)物攝食運(yùn)動(dòng)及風(fēng)力混合運(yùn)動(dòng)的作用造成沉降顆粒沉積量波動(dòng)較大。本研究中兩種養(yǎng)殖形式池塘沉降顆粒中的TN、TC、TON和TOC含量均隨著養(yǎng)殖時(shí)間的推移呈顯著下降趨勢(shì),可能的原由于沉降顆粒中殘餌數(shù)量、浮游生物數(shù)量減少,同時(shí)風(fēng)力和魚類活動(dòng)加強(qiáng)引起底泥再懸浮,造成沉積顆粒中無機(jī)物含量增高而有機(jī)物含量下降。與趙文等在研究刺參養(yǎng)殖池塘以及鹽堿池塘中顆粒懸浮物構(gòu)造及其沉積作用的實(shí)驗(yàn)結(jié)果相符合。主養(yǎng)黃顙魚沉降顆粒中TON占到TN的71%98%,TOC占到TC的63%94%;主養(yǎng)草魚沉降顆粒中TON占到TN的70%95%,TOC占到TC的74%94%。這一結(jié)果表示清楚兩種主養(yǎng)形式沉降顆粒中主成分為有機(jī)質(zhì),同時(shí)這兩種主養(yǎng)形式中有機(jī)物質(zhì)的含量略高于對(duì)蝦養(yǎng)殖池塘中總懸浮顆粒物中顆粒有機(jī)物所占比例62%,略高于刺參養(yǎng)殖懸浮顆粒中有機(jī)質(zhì)所占比例69.13%,可能原因是水深、魚種的放養(yǎng)量、投飼、生活習(xí)性和施肥數(shù)量不同導(dǎo)致等。在本研究中主養(yǎng)黃顙魚沉降顆粒中TN、TC、TON和TOC含量均高于主養(yǎng)草魚,由于沉降顆粒的來源主要包括浮游植物、浮游動(dòng)物、魚類排泄物、殘餌和塵埃泥沙等,而主養(yǎng)黃顙魚池塘所用飼料、沉積物、懸浮顆粒中TN和TC含量均高于主養(yǎng)草魚池塘,這可能是引起主養(yǎng)黃顙魚池塘沉降顆粒中TN、TC、TON和TOC均高于主養(yǎng)草魚池塘的主要原因。3.2沉降顆粒碳氮穩(wěn)定性同位素含量的季節(jié)變化特征不同來源的有機(jī)質(zhì)中C/N比值具有明顯的差異,C/N比值也常被用來指示有機(jī)質(zhì)的潛在輸入源。在本研究中兩種主養(yǎng)形式中沉降顆粒中C/N比值沒有明顯的季節(jié)變化,同時(shí)兩者間沒有顯著差異,C/N比值在6月、7月較高,可能受外源輸入影響較大,或有機(jī)質(zhì)降解經(jīng)過中含氮蛋白的優(yōu)先降解釋放。與C/N比值相比擬,碳氮穩(wěn)定性同位素在有機(jī)質(zhì)溯源定量分析研究中更具有準(zhǔn)確性。兩種主養(yǎng)形式中沉降顆粒15N出現(xiàn)季節(jié)性波動(dòng)變化沒有明顯規(guī)律,是由于由于氮的硝化作用、反硝化作用、同化作用和異化作用引起氮同位素的分餾反應(yīng)在氮同位素的組成上,同時(shí)沉積顆粒越細(xì),穩(wěn)定氮同位素比值就越高,底棲藻類含量越高,穩(wěn)定氮同位素相對(duì)較高,人為氮污染源的輸入對(duì)穩(wěn)定氮同位素的組成存在一定的改造作用。主養(yǎng)黃顙魚池塘沉降顆粒有機(jī)質(zhì)13C值的變化范圍是26%24.2%,平均值為25.3%;主養(yǎng)草魚池塘沉降顆粒有機(jī)質(zhì)13C值的變化范圍略大于主養(yǎng)黃顙魚池塘,為26.5%24.5%,平均值為25.4%。碳穩(wěn)定性同位素的時(shí)空變異特征是多種因素耦合作用的結(jié)果,研究發(fā)現(xiàn)沉積物粒徑和底棲藻類對(duì)碳穩(wěn)定性同位素影響不容忽視,底棲藻類含量越多和沉積顆粒越粗,穩(wěn)定碳同位素值相對(duì)較高,同時(shí)人為碳源的輸入對(duì)穩(wěn)定碳同位素的組成也存在一定影響。本研究中兩種主養(yǎng)形式沉降顆粒中13C的值分別在5月、6月(主養(yǎng)黃顙魚)和9月、10月(主養(yǎng)草魚)有較大值,可能受外源輸入影響較大,且隨著溫度升高同位素分餾降低,或初級(jí)季節(jié)性生產(chǎn)力增大;養(yǎng)殖中期13C比值減小,可能由于有機(jī)質(zhì)分解導(dǎo)致碳同位素分餾效應(yīng)增加,導(dǎo)致13C比值降低,或水體中溶解性無機(jī)碳濃度降低。假設(shè),C/N比值能嚴(yán)格具體表現(xiàn)出受有機(jī)質(zhì)輸入源的影響,則碳穩(wěn)定性同位素應(yīng)該與C/N比值有較理想的負(fù)相關(guān)關(guān)系,兩種主養(yǎng)形式沉降顆粒中碳穩(wěn)定性同位素與C/N比值之間存在較理想的負(fù)相關(guān)關(guān)系,講明該研究中兩種養(yǎng)殖形式外源有機(jī)質(zhì)輸入的同源性,均主要遭到投喂餌料的影響。本研究對(duì)象為群落構(gòu)造較簡(jiǎn)單,人為控制力度大的池塘養(yǎng)殖系統(tǒng),13C和15N在季節(jié)上的波動(dòng)性,反映出兩種主養(yǎng)形式池塘在養(yǎng)殖經(jīng)過中遭到人為干擾控制以及系統(tǒng)內(nèi)部本身生物群落構(gòu)造變化的影響。3.3沉降顆粒中有機(jī)質(zhì)來源分析穩(wěn)定性同位素技術(shù)是當(dāng)代生態(tài)學(xué)研究中一門新興技術(shù),在生態(tài)學(xué)研究的眾多領(lǐng)域中展現(xiàn)了廣闊的應(yīng)用前景,大量研究表示清楚碳氮穩(wěn)定性同位素能夠用來示蹤不同物源的奉獻(xiàn),Ye等初次利用13C定量化報(bào)道了養(yǎng)殖源有機(jī)碳對(duì)沉積物總有機(jī)碳的奉獻(xiàn);Yamada等利用穩(wěn)定同位素技術(shù)評(píng)估了網(wǎng)箱養(yǎng)殖對(duì)沉積環(huán)境的影響。兩種主養(yǎng)形式池塘從養(yǎng)殖初期到末期沉降顆粒中餌料奉獻(xiàn)率均顯著降低(主養(yǎng)黃顙魚池塘:r=0.537,P0.05;主養(yǎng)草魚池塘:r=0.800,P0.01),同時(shí)主養(yǎng)草魚池塘殘餌在沉降顆粒中的奉獻(xiàn)率顯著高于主養(yǎng)黃顙魚池塘。這主要是由于養(yǎng)殖經(jīng)過中養(yǎng)殖管理方式和水體系統(tǒng)內(nèi)生物綜合作用結(jié)果,華而不實(shí)養(yǎng)殖管理方式包括投喂飼料顆粒大小的選擇和調(diào)整,合理的投飼頻度和投喂時(shí)間,池塘水深和水體理化性質(zhì)的調(diào)節(jié)等。Seymour等在研究挪威集約化養(yǎng)殖降低養(yǎng)殖污染方式方法中已經(jīng)歷體驗(yàn)證這些均能提高飼料利用率,同時(shí)Phillips等研究大馬哈魚的網(wǎng)箱養(yǎng)殖對(duì)環(huán)境的影響得出水體系統(tǒng)內(nèi)魚的攝食率會(huì)隨著水溫的提高而上升,養(yǎng)殖系統(tǒng)中水體的流速、鹽度、理化性質(zhì)以及生物的自凈能力也會(huì)影響有機(jī)質(zhì)的沉降效果。研究表示清楚,隨著溫度升高,草魚和黃顙魚的攝食率加強(qiáng),對(duì)餌料利用率