謝欽銘，孔江紅

(1.集美大學(xué) 水產(chǎn)學(xué)院，福建 廈門 361021：2.集美大學(xué) 漁業(yè)水域環(huán)境監(jiān)測中心，福建 廈門 361021)

水生植物在漁業(yè)生態(tài)養(yǎng)殖中的開發(fā)應(yīng)用（綜述）

謝欽銘1, 2，孔江紅1

(1.集美大學(xué) 水產(chǎn)學(xué)院，福建 廈門 361021：2.集美大學(xué) 漁業(yè)水域環(huán)境監(jiān)測中心，福建 廈門 361021)

闡述水生植物的生態(tài)功能特性與生態(tài)修復(fù)原理，以及近年來水生植物在漁業(yè)生態(tài)養(yǎng)殖中作為水產(chǎn)動物綠色飼料與病害生態(tài)防治環(huán)境友好藥物的來源、有害有毒藻類控制的化感解毒生物資源、污水生物凈化與漁業(yè)水域生態(tài)修復(fù)的開發(fā)應(yīng)用。同時就水生植物在水產(chǎn)生態(tài)養(yǎng)殖與漁業(yè)水域環(huán)境修復(fù)開發(fā)應(yīng)用中存在的問題進(jìn)行探討，并提出相應(yīng)的建議。

水生植物；環(huán)境修復(fù)；生態(tài)養(yǎng)殖；青飼料；病害生態(tài)防控；藥用價值；有毒藻類

我國陸域領(lǐng)土幅員遼闊，江河湖海等各類水域豐富，水生植物種類繁多，僅水生維管束植物就有300多種[1]，為各類水景區(qū)的綠化與美化、水體凈化提供了基礎(chǔ)材料，也為漁業(yè)生態(tài)養(yǎng)殖等生產(chǎn)方面的經(jīng)濟(jì)利用提供多樣的選擇空間。大量的水生植物作為水生動物的飼料而被廣泛開發(fā)應(yīng)用[2—7]；有些水生植物因其自身藥用價值而對水產(chǎn)動物病害防治具有一定的效果[8—10]；此外，水生植物還可抑制微生物和藻類的生長[11—13]。本文簡述了水生植物在水體生態(tài)環(huán)境修復(fù)中的基本原理，著重論述近年來水生植物在漁業(yè)生態(tài)養(yǎng)殖中開發(fā)利用的研究進(jìn)展，以期在該領(lǐng)域更好地發(fā)揮水生植物的作用。

1　水生植物生態(tài)功能特性與水體凈化原理

1.1生態(tài)功能

水生植物主要生態(tài)功能有：(1)保存生物多樣性，為親水的水鳥、昆蟲和其他野生動物提供食物來源和棲居場所；(2)凈化水質(zhì)，水生植物進(jìn)行光合作用在固碳釋氧的同時，還會吸收水體中許多有害物質(zhì)，如氮、磷、重金屬及有機(jī)污染物，從而消除污染，凈化水質(zhì)，改善水體質(zhì)量，恢復(fù)水體生態(tài)功能；(3)景觀生態(tài)的美化作用，形形色色的水生植物具有很強(qiáng)的造景功能；(4)固坡護(hù)岸，水生植物根系發(fā)達(dá)，扭結(jié)力較強(qiáng)，其生長蔓延繁殖，可改善土壤結(jié)構(gòu)，減少地表徑流對堤壩的侵蝕和沖刷。

1.2凈化水體基本原理

水生植物(包括大型藻類)具有特殊的結(jié)構(gòu)和吸收與吸附性能，能有效地凈化水體中無機(jī)污染和有機(jī)污染，因此水生植物(尤其是挺水植物)常常是人工濕地系統(tǒng)中的重要組分。自20世紀(jì)60年代起，國內(nèi)外的研究工作者就利用各類水生植物進(jìn)行生活污水、養(yǎng)殖污水、工業(yè)廢水等治理的探索[14—15]。

1.2.1植物吸收氮、磷等無機(jī)鹽類污染物能被水生植物直接吸收，并形成植物自身的結(jié)構(gòu)物質(zhì)，而危害水生植物生長的有機(jī)物和重金屬被植物直接吸收后即被降解或聚積，脫毒后儲存在植物體內(nèi)。如漂浮類水生植物浮萍Lemna minor、空心蓮子草Alternanthera philoxeroides和鳳眼蓮Eichhornia crassipes，因其適應(yīng)性強(qiáng)、生長速度快、易于收割與管理而被廣泛應(yīng)用于治理各類有機(jī)廢水[16]。

1.2.2微生物降解大型水生植物上附著大量微生物，微生物通過其自身代謝活動可以降解各類污水中的無機(jī)物和有機(jī)物，一些有益微生物(枯草芽胞桿菌、硝化菌等)的硝化作用和反硝化作用對氮源的轉(zhuǎn)化、吸收與分解在水體自凈中占據(jù)主要作用[17—19]。

1.2.3吸附作用水生植物能利用自身的特殊結(jié)構(gòu)吸附、沉降大量污染物顆粒，有效去除各類水體中的大型顆粒污染物[20]。

2　水生植物在漁業(yè)生態(tài)養(yǎng)殖中的開發(fā)利用

2.1水產(chǎn)飼料

近年來，隨著水產(chǎn)養(yǎng)殖、畜牧業(yè)的迅速發(fā)展，其飼料來源相當(dāng)緊缺，而且由于世界人口仍在增加，有效耕地面積卻大量減少，使得飼料來源更為緊張，而我國養(yǎng)殖行業(yè)對配合飼料的需求仍然十分巨大，因而造成養(yǎng)殖動物與人爭糧的矛盾更加突出。為解決這一問題，必須尋找新的飼料資源，因此人們已將目光轉(zhuǎn)向資源豐富的水生植物。淡水水產(chǎn)養(yǎng)殖飼料的開發(fā)較為關(guān)注江河湖泊水底及岸邊廣泛分布的水草資源，海水養(yǎng)殖飼料開發(fā)中應(yīng)用的水生植物主要是各種海藻。

2.1.1水草水草是指在淡水的江河湖泊水底及水岸邊大面積生長的水生植物資源。這些水草大多可以直接作為各種草食性魚類、蝦類、蟹類及鴨鵝的青飼料。

可作青飼料的植物種類主要有：沼生植物禾本科的稗草Echinochloa cr usgalli、披堿草Elymus dahuricus、紫狼尾草Pennisetum purpureum、蘇丹草Sorghum sudanense；挺水植物莧科的空心蓮子草；漂浮水生植物浮萍科的蕪萍Wolffia spp.、紫背浮萍Spirodela polyrhiza、槐葉萍Salvinia natans，龍膽科的荇菜Nymphoides pe ltatum；浮生性水生植物雨久花科的水葫蘆Eichharnia cr assipes和水浮蓮Pistia stratiotes；沉水植物水鱉科的輪葉黑藻Hydrilla vert icillata、金魚藻Ceratophyllum demersum、苦草Vallisneria natans、水篩簀藻Blyxa japonica、柳葉藻Chondria dasyphylla，眼子菜科蝦藻菹草Potamogeton crispus，茨藻科的大茨藻Najas marina，小二仙草科狐尾藻Myriophyllum verticillatum等[3—5]。

水草作為草食性魚類善食的青飼料，在底泥較厚的河道、溝渠中都有生長。常見有輪葉黑藻、苦菜Sonchus oleraceus、馬來眼子菜Potamogeton wrightii、菹草Potamogeton crispus、黃絲草Potamogeton maackianus等[21]，這些水草口感好，營養(yǎng)較豐富，不需加工，可直接投喂魚類[22]。除此之外，浮萍作為常見的水生植物，在村鎮(zhèn)附近的荒廢水溝、水渠內(nèi)較為常見，其生命力強(qiáng)、生長速度快，只要溫度適宜，就可在2～4 d時間里長大一倍，這個速度是大豆的10倍。浮萍營養(yǎng)豐富，將其烘干后，蛋白含量在35%～50%之間，幾乎與大豆中的蛋白含量相同，是魚與其他動物的低成本、優(yōu)質(zhì)飼料[23]。在池塘養(yǎng)蟹中，河蟹所需的維生素C、維生素B族等富含于水草莖葉中，可補(bǔ)充水產(chǎn)動物的維生素。此外，水草中還含有鈣、磷和各種微量元素，加之水草中含有粗纖維，更有助于河蟹對多種食物的消化和吸收。

2.1.2海藻我國海洋植物資源極為豐富，海底生長著多種野生植物。目前，主要對大型海藻加以綜合利用，如褐藻中的海帶Laminaria japonica、裙帶菜Undaria pinnatifida、巨藻Macrocystis pyrifera；綠藻中的苔條Enteromorpha clathrata、石莼Ulva pertusa；紅藻中的紫菜Porphyra sp.、石花菜Gelidium amansii等。這些海藻營養(yǎng)豐富，含有多種生物活性物質(zhì)，具有增強(qiáng)機(jī)體免疫力、抗病、抗病毒、促進(jìn)生長等生物活性[24]。因此，開發(fā)海藻飼料，促進(jìn)畜牧業(yè)發(fā)展正日趨受到重視。研究表明，在多種動物飼料中添加海藻粉作為飼料添加劑，可增加碘含量、維生素A含量；提高動物日增重，降低飼料成本；改善動物肉類品質(zhì)；減少養(yǎng)殖動物腸胃內(nèi)有害細(xì)菌，從而減少疾病發(fā)生；殺滅90%粉螨、吸收飼料中3%水分，防止飼料霉變，既可延長飼料保存期，又可使飼料無異味、無污染，確保飼料的色澤、質(zhì)量不變[25—26]。另外，也有報(bào)道稱，石莼作為一種海藻，可直接作為蛋雞的原飼料[27]。研究發(fā)現(xiàn)，喂食添加3%石莼飼料的蛋雞產(chǎn)蛋性能不變，但雞蛋質(zhì)量增加，葉黃素含量提高。小球藻也可應(yīng)用于水產(chǎn)養(yǎng)殖中，添加小球藻粉飼料組的銀鯽魚生長速度較快，有利于提高水產(chǎn)養(yǎng)殖的經(jīng)濟(jì)效益[28]。

2.2水產(chǎn)病害防治

有些水生植物具有一定的藥用價值，可直接用于魚病防治。如草魚是我國“四大家魚”之一，但草魚“三病”的發(fā)病率、病死率很高，流行甚廣，對漁業(yè)生產(chǎn)造成很大影響。近年來研究發(fā)現(xiàn)，利用菖蒲Acorus calamus可防治草魚的“三病”，具體防治方法有攪拌法、浸泡法、拌料和治療法，一般用藥后10 d不再出現(xiàn)死魚現(xiàn)象[29]。另外，用浮萍作飼料也可防止魚類三大病害所引發(fā)的死魚現(xiàn)象[30]。

除了用水生植物直接治療魚病外，水生植物與魚類同池共生時，也可減輕魚類發(fā)病。其原因可能是魚類的殘餌、糞便等經(jīng)腐爛發(fā)酵會污染水質(zhì)，滋生病原體，而這些腐敗的有機(jī)質(zhì)卻是水生植物良好的肥料，被植物吸收后可消除病原生物的產(chǎn)生，降低水產(chǎn)動物的魚類發(fā)病率。一般在淡水魚池中種植的水生植物為水稻或蓮藕，水深依水生植物耐水性而定。除種植水生植物外，還可移植水生植物。在高溫季節(jié)，魚類易患病，此時，可在池塘內(nèi)適量投放水花生、水葫蘆等，覆蓋面一般為池塘的5%～10%，以凈化水質(zhì)，遮蔭降溫，從而達(dá)到防治魚病的目的[31]。有報(bào)道稱，在養(yǎng)殖甲魚時，在魚池放養(yǎng)水葫蘆可有效降低白底板病發(fā)病率[32]。

2.3養(yǎng)殖污水處理

2.3.1去除懸浮泥沙水體中懸浮物的去除是一個復(fù)雜的物理作用過程，大顆粒懸浮物可以靠物理沉降作用而凈化，較小懸浮物則通過水生植物的生物吸附作用來凈化。曹昀等[20]報(bào)道了水生植物(尤其是沉水植物，如眼子菜科植物)可吸附懸浮泥沙。由于大多植物葉表面具有較粗糙微孔和微毛，或者如菹草、眼子菜等沉水植物葉邊緣具有細(xì)鋸齒，增加了吸附懸浮物的表面積；另外，沉水植物的葉片在水體中的機(jī)械擺動作用，在一定程度上可改善水體透明度，起到凈化水體的作用。

2.3.2去除水中營養(yǎng)物質(zhì)人工濕地中，水生植物主要以直接吸收氮鹽和活性態(tài)磷的方式，對水體起到脫氮和除磷的作用[33—36]。另外，水生植物的繁殖生長為一些微生物如硝化菌、反硝化菌等有益微生物提供良好的生存附著場所。張鴻等[37]報(bào)道，硝化和反硝化細(xì)菌的數(shù)量在種植水芹、風(fēng)眼蓮的人工濕地高于沒有植物的濕地，這是因?yàn)橹参镌黾恿宋⑸锔街妮d體表面積，使微生物的生物量大大提高，從而有效地提高了水體的硝化能力和降磷能力。

2.3.3去除水中復(fù)合污染物王敏等[38]研究表明，水生植物能有效地去除含重金屬的復(fù)合污染物，從而使廢棄的漁業(yè)水質(zhì)環(huán)境得到較好恢復(fù)利用。水體中有機(jī)污染物的降解也是以植物的直接吸收及所附著的微生物群落氧化分解作用為主要途徑，而且水生植物還能為水體提供更多的溶解氧等有利環(huán)境因子。因此，水生植物和微生物的相互作用形成的組合系統(tǒng)，大大強(qiáng)化了重金屬污染物和有機(jī)復(fù)合物的附著作用、凝聚作用及氧化分解作用的效能。

3　問題與展望

漁業(yè)生態(tài)養(yǎng)殖是充分利用水資源，以及漁業(yè)水域生態(tài)系統(tǒng)的自我調(diào)節(jié)功能，生產(chǎn)出高品質(zhì)水產(chǎn)品的人工養(yǎng)殖系統(tǒng)。我國古代就有草基魚塘、魚草輪作和稻田養(yǎng)魚的水產(chǎn)生態(tài)養(yǎng)殖[39]。當(dāng)前，將水生植物應(yīng)用于漁業(yè)生態(tài)養(yǎng)殖系統(tǒng)中正是繼承傳統(tǒng)漁業(yè)的優(yōu)點(diǎn)，利用現(xiàn)代科學(xué)理論與技術(shù)開拓新型農(nóng)業(yè)模式。

3.1存在問題

目前，水生植物在漁業(yè)生產(chǎn)中存在的主要問題有：(1)水生植物群落季節(jié)性變化對漁業(yè)生態(tài)系統(tǒng)有影響，如引起漁業(yè)生態(tài)食物鏈中餌料魚的種群數(shù)量增長[40]；(2)水生植物的腐敗分解會釋放氮、磷[41]，從而提高水體富營養(yǎng)化水平；(3)水生植物的蔓生導(dǎo)致漁業(yè)捕撈作業(yè)困難[42]；(4)水生植物過度繁盛生長對漁業(yè)水域有益藻類的光合作用造成較大負(fù)面影響，從而降低漁業(yè)水域生態(tài)系統(tǒng)的多樣性[43]。

3.2 應(yīng)用前景

水質(zhì)凈化與維護(hù)仍然是水產(chǎn)養(yǎng)殖產(chǎn)業(yè)中的關(guān)鍵問題，雖然有報(bào)道稱浮游藻類能在一定程度上凈化養(yǎng)殖污水[44]，但由于藻體與水分離有一定難度，且其凈化效能較低，使其應(yīng)用受到限制。而高等挺水型水生植物和漂浮水生植物對各類污染物均有較強(qiáng)的吸收降解作用，如鳳眼蓮、紫萍、水花生、蘆葦Phragmites australis 等的污水凈化效果較好[45—46]；水花生、槐葉萍有較強(qiáng)的抗寒性、抗風(fēng)浪性；蓮藕Nelumbo nucifera、茭白Zizania latifolia等還有一定的食用經(jīng)濟(jì)價值；又如伊樂藻、菹草等沉水植物除了能吸收無機(jī)污染物、轉(zhuǎn)化有機(jī)污染外，還不影響水體的透光性能，且向水中提供大量氧氣[47]。而水生植物的污水凈化效能則因植物種類(主要體現(xiàn)在酶活性的提高)而有較大差異，水生植物的不同種類組合也對污水凈化效果有較大影響[48—51]。

3.2.1控制有害有毒藻類水生植物尤如水體生態(tài)系統(tǒng)中的綠色肝臟，可以解除有害有毒藻類的毒素物質(zhì)，如通過促進(jìn)水體氧化作用而解除微囊藻毒素[52—53]。因此，在生態(tài)漁業(yè)中適當(dāng)種植水生植物能有效減少有害有毒藻類的發(fā)生與為害。

3.2.2應(yīng)用于養(yǎng)殖污水處理系統(tǒng)水生植物具有高效凈化水質(zhì)的生態(tài)功能，目前已有由水生植物與濾食性動物組合系統(tǒng)對養(yǎng)殖水質(zhì)生態(tài)調(diào)節(jié)的技術(shù)[54—55]，以及以水生植物為主要組成的污水濕地處理系統(tǒng)技術(shù)[56]，且利用水生植物進(jìn)行水污染防治是投入資金少、易管理、可操作的措施，是當(dāng)前生態(tài)漁業(yè)技術(shù)開發(fā)的熱點(diǎn)。因此，在生態(tài)養(yǎng)殖系統(tǒng)中，建立由水生植物組成的濕地養(yǎng)殖污水調(diào)控系統(tǒng)，不僅能有效改善漁業(yè)生態(tài)系統(tǒng)質(zhì)量和水產(chǎn)品的品質(zhì)，還可提高水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)的生產(chǎn)效率和生態(tài)效益。

3.2.3整體生態(tài)漁業(yè)系統(tǒng)中集成技術(shù)輔助生產(chǎn)要素水生植物是漁業(yè)生態(tài)養(yǎng)殖中的重要組成部分之一，它不僅能提供水生動物青飼料，還可與水質(zhì)處理系統(tǒng)、生態(tài)保護(hù)系統(tǒng)結(jié)為一體。國外已成功利用紅樹林作為養(yǎng)殖蝦類輔助系統(tǒng)，可減少蝦病發(fā)生，提高蝦類產(chǎn)量[57]；也有利用水生植物(海藻)與其他養(yǎng)殖設(shè)施的集成技術(shù)[58]，以及水生植物在工廠化循環(huán)水養(yǎng)殖系統(tǒng)中的應(yīng)用技術(shù)[59]。但這些系統(tǒng)和技術(shù)均處在初創(chuàng)階段，水生植物在漁業(yè)生態(tài)養(yǎng)殖方面還需進(jìn)一步探索。

3.2.4應(yīng)用于退化漁業(yè)生態(tài)系統(tǒng)的恢復(fù)水生植物可以生存于重度富營養(yǎng)化水體中，吸收、去除營養(yǎng)鹽無機(jī)物[60]，也能有效地吸收分解部分有機(jī)污染物，從而恢復(fù)水體生態(tài)系統(tǒng)的活力。有些水生植物種類對特定污染物非常敏感[61]，是一種良好的環(huán)境質(zhì)量指示生物。因此，特定種類的水生植物分布也表明水體生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)狀況。

3.3應(yīng)用開發(fā)建議

高等水生維管束植物既可凈化水質(zhì)、又能節(jié)省生產(chǎn)成本和收獲餌料或作為人類的食物來源，其綜合利用效果在漁業(yè)生態(tài)養(yǎng)殖中的應(yīng)用前景相當(dāng)廣闊，建議加快以下方面的開發(fā)研究。

(1) 加強(qiáng)對優(yōu)良水生植物品種作為水產(chǎn)飼料的開發(fā)利用。目前水生植物資源研究仍局限于資源的分類、分布研究，而對優(yōu)良品種的開發(fā)利用研究不足，如喜旱蓮子草、野菰Aeginetia indica、荇菜等水生植物優(yōu)良種源仍未得到廣泛應(yīng)用。

(2) 加強(qiáng)漁業(yè)養(yǎng)殖水污染處理系統(tǒng)中植物種類的選擇與配置研究。在漁業(yè)生產(chǎn)中首先要解決如何控制水生植物的生長蔓延、破壞水體生態(tài)均衡和影響捕撈的問題，其次應(yīng)考慮不同水生植物種類對氣候的適應(yīng)性、植物的抗逆性(包括抗病蟲害能力)以及水生植物收獲與管理的難易程度。換而言之，目前需要研究出以可控型水生植物為組成核心的養(yǎng)殖污水處理系統(tǒng)，還需要開發(fā)出一系列采用耐寒、耐鹽型植物混合使用的系統(tǒng)，如燈心草Juncus effusus、香蒲Typha orientalis、鋪地黍Panicum repens、蘆葦?shù)扰c美人蕉Canna indica、合慈菇Sagittaria sagittifolia等混植。此外，包含多種植物的巖石濾池處理系統(tǒng)也有待研究開發(fā)。這些系統(tǒng)與機(jī)械系統(tǒng)相比，效果更好，費(fèi)用更低。

(3) 加強(qiáng)水生植物種植管理措施的研究。在漁業(yè)生態(tài)系統(tǒng)中必須考慮如何妥善處理腐敗的水生植物，同時控制水生植物的繁殖蔓延，從而不影響漁業(yè)生產(chǎn)育苗、捕撈作業(yè)。這是保證水產(chǎn)養(yǎng)殖水體中污水的無機(jī)營養(yǎng)鹽養(yǎng)分能被有效移除，同時防止?jié)O業(yè)水體免受二次污染的有效途徑。

(4) 加強(qiáng)水生植物在水產(chǎn)動物病害生物防治方面的開發(fā)利用研究。在以往的報(bào)道中，關(guān)于水生植物防治魚類病害的文獻(xiàn)較少，且主要是關(guān)于淡水魚病的防治方法，缺少用于海水魚病防治的報(bào)道。因此，應(yīng)加強(qiáng)對水生植物資源的利用，以開發(fā)出更多更好的水產(chǎn)動物病害無公害防治藥物。

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Research Progress on Development and Application of Aquatic Plants in Fishery Ecological Aquaculture

XIE Qin-ming1,2, KONG Jiang-hong1
(1.Fishery College of Jimei University, Xiamen 361021, Fujian China; 2.Monitoring Center of Fisheries Water Environment of Jimei University, Xiamen 361021, Fujian China)

This paper described the ecological function characteristics and ecological remediation principle of aquatic plants, summarized the application progress and developments of aquatic plants in fishery ecological aquaculture areas such as resources of aquatic green feeder, environmental friendly medical resource for ecological control of aquatic animal diseases, allelochemicals control for harmful algae, biological purification agents of aquaculture pollutant water, and aquatic plant application in ecological restoration for fisheries water environment. Problems of aquatic plant application in fishery ecological environmental remediation and ecological aquaculture were also discussed, and some relevant countermeasures were proposed.

aquatic plants; environment remediation; ecological aquaculture; green forage; diseases ecological control; medical value; harmful algae

10.3969/j.issn.1009-7791.2015.02.018

Q948.8

A

1009-7791(2015)02-0175-06

2015-03-31

福建省自然科學(xué)基金項(xiàng)目(2013J01136)；廈門市科技計(jì)劃指導(dǎo)項(xiàng)目(ZD2011S0471)；福建省教育廳科技項(xiàng)目(JA13176)

謝欽銘，博士，副教授，從事生態(tài)環(huán)境與生物防治教學(xué)與研究。E-mail: qmxie@jmu.edu.cn