申旭紅,李晗溪,李 雪,劉 峰

(中國農(nóng)業(yè)大學(xué)煙臺研究院海洋學(xué)院,山東煙臺264670)

飼料中鐵元素含量對魚菜共生系統(tǒng)水質(zhì)及魚菜生長的影響

申旭紅,李晗溪,李 雪,劉 峰

(中國農(nóng)業(yè)大學(xué)煙臺研究院海洋學(xué)院,山東煙臺264670)

通過控制飼料中鐵元素含量,研究其對魚(金鯽)、菜(紅皺生菜和紅油阿拉斯)生長和系統(tǒng)水質(zhì)的影響。實驗設(shè)置1個對照組和5個處理組,飼料鐵含量分別為0、0、10、20、40和80 mg/kg。結(jié)果顯示:該系統(tǒng)對水體質(zhì)量有凈化作用;不同鐵含量對金鯽存活率影響不顯著(P>0.05),對增重率影響顯著(P<0.05);當(dāng)飼料中鐵含量為20 mg/kg時,金鯽魚存活率和魚體增重率均達(dá)到最大值;飼料中鐵含量為80mg/kg時,金鯽的存活率和增重率均出現(xiàn)下降趨勢;飼料中不同鐵含量對兩種蔬菜的存活率和增重率均沒有產(chǎn)生顯著影響(P>0.05),但在增重率方面有一定的差異。研究表明:飼料中添加鐵元素能夠促進(jìn)金鯽和蔬菜的生長,當(dāng)鐵元素含量為20 mg/kg時,該魚菜共生系統(tǒng)具有最佳的生產(chǎn)力。

魚菜共生;鐵元素;水質(zhì);金鯽;生長

魚菜共生系統(tǒng)是一種將漁業(yè)和種植業(yè)相結(jié)合的綜合養(yǎng)殖生態(tài)工程[1]。通過在養(yǎng)殖水體中種植蔬菜,在一定程度上達(dá)到凈化水體并補充溶氧,從而促進(jìn)魚類更好生長。據(jù)報道,養(yǎng)殖水體中的植物可以去除水中80%～90%的懸浮物質(zhì)和70%～80%的有機物質(zhì),減少90%～95%的生物耗氧量,并且能使水體pH保持在合理范圍[2]。目前,魚菜共生養(yǎng)殖系統(tǒng)在歐美國家已經(jīng)被作為商業(yè)模式大力推廣[3-5]。

鐵元素在植物生長過程中具有參與葉綠素合成、氧化還原反應(yīng)、電子傳遞、光合磷酸化過程并組成固氮酶的活性中心等作用[6]。植物缺鐵會導(dǎo)致葉綠素合成減少、光合速率下降,甚至導(dǎo)致葉綠素合成停止、新葉黃化等現(xiàn)象,降低產(chǎn)量[7-8]。無土栽培過程中往往通過直接向水體中補充無機態(tài)的鐵源來彌補鐵元素缺乏的問題,但該方式容易導(dǎo)致種植的作物出現(xiàn)缺鐵失綠現(xiàn)象,會降低產(chǎn)量和品質(zhì)[9]。而采用向水體中補充螯合態(tài)鐵源,會大大改善缺鐵現(xiàn)象,但會增加種植成本[10]。在魚菜共生系統(tǒng)中,養(yǎng)殖的魚類同樣也面臨鐵元素缺乏的問題。鐵在動物體內(nèi)氧氣運輸和細(xì)胞呼吸過程中承擔(dān)著重要使命,對于維持魚類組織器官的正常功能起著非常重要的作用。對虹鱒、斑點叉尾鮰、大西洋鮭、奧尼羅非魚等的研究結(jié)果表明,鐵元素缺乏會明顯減少魚體血細(xì)胞數(shù)量、比容,降低血清中過氧化氫酶活性,出現(xiàn)貧血等癥狀,同時會降低魚類增重率和飼料效率等生長指標(biāo)[11-14]。

通常情況下,由飼料補充魚類所需鐵元素是比較經(jīng)濟(jì)、高效的手段[15]。對于魚菜共生系統(tǒng),通過向飼料中添加鐵元素,一方面能夠避免魚類因鐵元素缺乏而出現(xiàn)各種生長抑制癥狀,另一方面經(jīng)過魚類代謝排出的鐵元素又可以輸送給植物,充分實現(xiàn)魚菜共生系統(tǒng)的高效有序運轉(zhuǎn)。本研究建立了實驗室規(guī)模的魚菜共生系統(tǒng),以金鯽、紅皺生菜和紅油阿拉斯為養(yǎng)、種對象,通過向自制飼料中添加不同含量的鐵源制成5種飼料,測定金鯽和兩種蔬菜的增重率、存活率等指標(biāo),并判斷其生長情況,同時測定水體中的鐵元素、氨氮、亞硝酸鹽、硝酸鹽、溶氧等指標(biāo)的濃度變化,從而確定該系統(tǒng)最佳狀態(tài)時飼料中鐵的最適添加量。

1 材料與方法

1.1 材料

所用金鯽為當(dāng)年孵化的同一批魚苗,實驗魚體重體長大致相當(dāng),生長狀況良好,共180尾,魚體平均初重為(7.15±0.85)g;所用2種蔬菜分別為紅皺生菜和紅油阿拉斯(萵苣屬蔬菜),每種蔬菜各60株,初重分別為(22.52±1.60)g、(14.37±1.45)g;初高分別為(12.41±1.5)cm、(9.53±0.6)cm。所用飼料以魚粉和發(fā)酵豆粕為蛋白源,魚油和大豆卵磷脂為脂肪源,粗蛋白含量43.45%,脂肪含量15.47%,能夠滿足金鯽對蛋白質(zhì)和脂肪的需求。

1.2 方法

試驗前期進(jìn)行飼料配置,以硫酸亞鐵(FeSO4·7H2O,分析純)為鐵源,在基礎(chǔ)飼料中分別添加0﹑10﹑20﹑40和80 mg/kg鐵,制成5種顆粒飼料(表1)。飼料制作前,先將各種原料粉碎過篩(孔徑60目)。根據(jù)配方表將每種原料稱重,先將原料混勻,加入微量原料再混勻,礦物質(zhì)和維生素采用逐級擴(kuò)大法混勻。用雙螺桿壓條機將混合好的飼料擠壓出直徑2 mm的條形飼料,在烘箱中70℃烘干2 h,室外充分晾干,密封保存?zhèn)溆谩?/p>

表1 飼料配方表Tab.1 Feed formula

正式試驗前,植株在實驗室內(nèi)暫養(yǎng)1周,金鯽用基礎(chǔ)飼料馴化2周。試驗在自然光照、溫度條件下進(jìn)行。實驗水箱為 20 L的白色泡沫箱(43 cm×30 cm×25 cm),水溫(14±3)℃。采用靜水養(yǎng)殖,除在取樣時補充水體因蒸發(fā)和取樣導(dǎo)致的虧缺外,其它時間不換水。共設(shè)5個處理組(A～E)和1個對照組(CK)。A至D組的鐵含量依次為0、10、20、40、80 mg/kg,CK組為0 mg/kg,每組處理設(shè)3個重復(fù),對照組與A組實驗條件一致(投喂相同飼料),但不培植蔬菜(飼料配方見表1)。將金鯽分別以每組10尾的數(shù)量投入養(yǎng)殖水箱。蔬菜培植采用直接漂浮法(裸根法),每個泡沫箱上擱置網(wǎng)狀塑料栽培盤(26.5 cm×20 cm× 7 cm)用以放置菜苗,菜苗根裹海綿根系裸浸盤中,每盤中分別培植4株紅皺生菜和紅油阿拉斯。圖1為試驗示意圖。每天定時投飼1次,飽食投喂。整個實驗持續(xù)6周。

1.3 管理與樣品收集

圖1 試驗示意圖Fig.1 Diagrammatic sketch of the experiment

數(shù)據(jù)每周測定1次,對所有的魚和菜進(jìn)行計數(shù)﹑稱重,以計算存活率﹑增重率;測定水體中的溶氧、氨氮、亞硝酸鹽氮、硝酸鹽氮等水質(zhì)指標(biāo),水樣為混勻后取自水箱中部的水體,經(jīng)0.45 mm濾膜過濾后立即測定。實驗開始后的第1、3、5周檢測水體中的鐵濃度。

1.4 指標(biāo)測定方法

根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)[16],氨氮由納氏試劑分光光度法測定,亞硝酸鹽由鹽酸萘乙二胺分光光度法測定,溶氧由碘量法測定,硝酸鹽使用紫外分光光度法測定。水體中鐵濃度測定在經(jīng)過0.45 mm濾膜過濾后用電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜儀(ICP-AES)進(jìn)行分析。

1.5 數(shù)據(jù)處理和分析方法

試驗數(shù)據(jù)的統(tǒng)計分析采用Matlab軟件進(jìn)行Kruskal-Wallis檢驗。

2 結(jié)果

2.1 水質(zhì)指標(biāo)變化規(guī)律

2.1.1 溶氧的變化

整個養(yǎng)殖周期里,溶氧量在3.09～9.10mg/L范圍內(nèi)(圖2)?？梢钥闯?對照組溶氧變化幅度較小,處理組的5次檢測結(jié)果均有較大差異,并且在第2周呈現(xiàn)顯著增加的趨勢,并一直保持到第4周,之后開始下降。

圖2 溶氧的變化Fig.2 Changes of the dissolved oxygen concentration

2.1.2 氮的質(zhì)量濃度變化

整個養(yǎng)殖周期里,氨氮質(zhì)量濃度為0.07～ 1.54 mg/L,亞硝酸鹽氮質(zhì)量濃度為0.01～0.05 mg/L,硝酸鹽氮質(zhì)量濃度為5.67～90 mg/L。不同處理組氨氮、亞硝酸鹽氮和硝酸鹽氮的平均質(zhì)量濃度變化見圖3?？梢钥闯?水體中的氮主要以硝酸鹽氮的形式存在,氨氮和亞硝酸鹽氮的質(zhì)量濃度較低。

2.2 金鯽的存活率和增重率

不同處理組的金鯽存活率為70%～100%,增重率為1.77%～9.05%(圖4)。從圖中可以看出,C組和D組的存活率最高,達(dá)到96.67%,而E組的存活率最低,僅為70%;C組的增重率在6組中最高,達(dá)到78.70%,E組的增重率最低,為35.58%。在沒有添加鐵元素的A組和對照組,金鯽的存活率和增重率均處于偏低水平。統(tǒng)計分析發(fā)現(xiàn),飼料中不同的鐵含量對金鯽存活率影響不顯著(P>0. 05),對增重率影響顯著(P<0.05)。

2.3 蔬菜的生長情況

魚菜共生系統(tǒng)中,紅皺生菜的存活率為67.75%～100%,增重率為21.63%～61.83%;紅油阿拉斯的存活率為58.33%～91.67%,增重率為45.90%～56.44%(圖5)。飼料中不同鐵含量對兩種蔬菜的存活率和增重率影響均不顯著(P>0.05)。

圖3 氮的質(zhì)量濃度變化Fig.3 Changes of the nitrogen concentration

圖4 金鯽的存活率和增重率Fig.4 Survival rate and weight gain rate of gold cracian carp

圖5 蔬菜的存活率和增重率Fig.5 Survival rate and weight gain rate of vegetables

3 討論

3.1 飼料中鐵含量對水質(zhì)變化的影響

3.1.1 對溶氧的影響

試驗開始后的第1、2周是魚菜共生系統(tǒng)趨于完善的階段,水體中的金鯽和蔬菜生長處于調(diào)整適應(yīng)期,致使除對照組外所有處理組的溶氧一直維持在較低水平。第2周之后,蔬菜已經(jīng)適應(yīng)水體環(huán)境,水體中充足的養(yǎng)分能夠保證蔬菜旺盛生長,繼而可以通過光合作用向水體輸送更多氧氣[17]。另有研究表明,植物在水淹的脅迫條件下,新根中更容易形成裂生性通氣組織[18]。因此,本試驗中溶氧增加可能與裂生性通氣組織可為水體提供更多氧氣有關(guān)。在實驗后期,種植蔬菜長勢變?nèi)?因此減少向水體供氧,導(dǎo)致溶氧降低。不同處理組的溶氧變化趨勢基本一致,說明飼料中鐵含量對溶氧的直接影響較小。

3.1.2 對氮濃度變化的影響

在試驗的前2周,氨氮濃度有略微升高的趨勢(圖3),這可能與實驗初期水體中溶氧低、硝化環(huán)境尚未完全建立、金鯽糞便排出量較多有關(guān)。在此期間,蔬菜生長需要吸收硝酸鹽氮,尤其萵苣屬蔬菜會優(yōu)先吸收硝酸鹽氮[19],因此,除對照組外,各處理組的硝酸鹽氮質(zhì)量濃度出現(xiàn)下降趨勢。亞硝酸鹽氮是氨氮與硝酸鹽氮的中間產(chǎn)物,其含量變化代表硝化過程第一階段的效率[20]。在實驗的前兩周,硝化條件較差,硝化效率較低,因此亞硝酸鹽氮質(zhì)量濃度呈增加趨勢,其與氨氮的增加趨勢一致。隨著溶氧量以及硝化細(xì)菌數(shù)量的增加,硝化效率不斷提高,因此氨氮質(zhì)量濃度隨之下降,而硝酸鹽氮質(zhì)量濃度開始出現(xiàn)升高的趨勢。自第4周開始,硝酸鹽氮質(zhì)量濃度比較穩(wěn)定,說明該階段魚菜系統(tǒng)的運行已進(jìn)入平穩(wěn)期。從不同處理組及不同形式氮的濃度變化可以看出,飼料中不同的鐵含量沒有對其產(chǎn)生直接影響,其變化的主要原因來自魚菜生長。

3.2 飼料中鐵含量對金鯽生長的影響

由金鯽的存活率和增重率可以看出,當(dāng)飼料中鐵含量為20 mg/kg時,金鯽具有最佳的生長狀態(tài)(圖4)。本研究結(jié)果與Gatlin等[12]對斑點叉尾鮰的研究結(jié)果(30 mg/kg)接近。研究認(rèn)為,飼料中鐵元素缺乏容易導(dǎo)致魚體血紅蛋白含量、血細(xì)胞比容等生理指標(biāo)偏低,繼而表現(xiàn)出存活率、增重率等生長指標(biāo)降低[13-14]。本研究中,A組和對照組金鯽的存活率和增重率均處于較低水平,說明飼料中因鐵元素缺乏而明顯抑制了金鯽的生長。

E組飼料中雖然補充了較高含量的鐵元素,但金鯽的存活率和增重率是所有處理組中最低的,說明80 mg/kg的鐵含量已經(jīng)超出了金鯽生長對鐵需求量,使其產(chǎn)生生理應(yīng)激,抑制了生長。由于鐵含量超標(biāo),導(dǎo)致實驗魚生長出現(xiàn)異常在其它研究中也有發(fā)現(xiàn)。如:當(dāng)飼料中鐵含量達(dá)到1 380 mg/kg時,虹鱒會出現(xiàn)生長速度減慢、死亡率增加以及其它病理損傷[21]。

3.3 鐵含量對蔬菜生長的影響

紅皺生菜的增重率隨著飼料中鐵含量的增加呈總體增加的趨勢,在完全沒有添加鐵元素的A組,紅皺生菜的增重率僅為21.63%,而在D組和E組則分別為59.42%和61.83%(圖5),說明紅皺生菜的旺盛生長對鐵的需求較強。但C組紅皺生菜的增重率偏低,其原因有待進(jìn)一步研究。比較紅油阿拉斯在不同處理組的增重率后發(fā)現(xiàn),最大增重率出現(xiàn)在 C組和 D組(56.02%和56.44%),而其它處理組的增重率也均在45%～ 50%之間,該結(jié)果說明不同鐵含量對紅油阿拉斯的增重率影響較小。

4 結(jié)論

在魚菜共生系統(tǒng)中,通過在飼料中添加不同含量的鐵元素,結(jié)果證明,該系統(tǒng)能夠提高水體質(zhì)量?？刂畦F含量在一定范圍內(nèi),能夠促進(jìn)金鯽生長,對蔬菜生長也有一定的促進(jìn)作用。研究結(jié)果表明,當(dāng)飼料中的鐵含量為20 mg/kg時,金鯽具有最佳生長狀態(tài),紅油阿拉斯也具有較高的存活率和增重率,此為最佳組合模式。對于紅皺生菜與其它元素的組合模式還有待進(jìn)一步研究。

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Effects of ironcontent in feed on the water quality and the growth of fish and vegetables in the aquaponics system

SHEN Xuhong,LI Hanxi,LI Xue,LIU Feng
(College ofMarine Science,Yantai Research Institute ofChina Agricultural University,Yantai, 264670,China)

The effects on the growth of fish(Gold cracian carp)and vegetables (Lactuca sativa L.)and the water quality of the system were studied by controlling iron content in feed.One control group and five treatment groups were set up in the experiment,with iron content of 0,0,10,20,40 and 80 mg/kg respectively.The results showed that the system has obvious effect on purifying the water.There was no significant influence of iron content on the survival rate of gold cracian carp (P>0.05),but there was significant influence on theweight gain rate(P<0.05).When iron content in feed was 20mg/kg,the survival rate and weight gain rate of gold cracian carp both reached the maximum.When iron content in feed was 80 mg/kg,the survival rate and weight gain rate of gold cracian carp both decreased.Therewas no significant influence of iron content in feed on the survival rate and weight gain rate of the two vegetables (P>0.05),but there were some differences in weight gain rate.The results showed thataddition of iron into feed could promote the growth of gold cracian carp and vegetables,and when the iron contentwas 20mg/kg,the aquaponic system showed the optimal productivity.

aquaponics;iron;water quality;Gold cracian carp;growth

S966

A

1007-9580(2017)03-046-06

10.3969/j.issn.1007-9580.2017.03.008

2017-03-30

中國農(nóng)業(yè)大學(xué)煙臺研究院科研基金項目(YT201504)

申旭紅(1980—),女,講師,博士,研究方向:水產(chǎn)動物營養(yǎng)與水體生態(tài)保護(hù)。E-mail:shenxuhong2001@163.com

劉峰(1977—),男,副教授,博士,研究方向:水產(chǎn)動物營養(yǎng)。E-mail:liufeng2008@cau.edu.cn