薛 瓊,梁文伯,耿 冰,汪雅文,宋海亮,楊小麗,*

(1.南京市生態(tài)環(huán)境保護(hù)科學(xué)研究院,江蘇南京 210013;2.東南大學(xué)土木工程學(xué)院,江蘇南京 211189;3.上海城市水資源開發(fā)利用國家工程中心有限公司,上海 200082;4.南京師范大學(xué)環(huán)境學(xué)院,江蘇南京 210023)

除此之外,在養(yǎng)殖水體中,適當(dāng)投入硝化細(xì)菌制劑,可將對(duì)水產(chǎn)品有毒害作用的氨態(tài)氮和亞硝酸鹽轉(zhuǎn)化為無毒的硝酸鹽[14],從而改善養(yǎng)殖水體水質(zhì),減少其對(duì)魚類的危害[15]。直接利用游離態(tài)的微生物有較多缺點(diǎn),如對(duì)抗水體沖擊能力弱、對(duì)溫度等環(huán)境因子變化敏感等。如果在養(yǎng)殖水體中投入填料,經(jīng)過一定時(shí)間的培養(yǎng),投放的微生物可在填料表面形成一層穩(wěn)定性較高的生物膜[16],對(duì)外界的干擾具有較強(qiáng)的抵抗力,可以強(qiáng)化對(duì)養(yǎng)殖水體的凈化作用[17-19]。目前碳纖維與毛氈是比較常用的水體凈化填料。

魚蚌混養(yǎng)與微生物膜技術(shù)對(duì)于養(yǎng)殖水體的調(diào)控已有一定的研究,但將兩種技術(shù)結(jié)合來調(diào)控養(yǎng)殖水體的研究還比較少。因此,本文從改變養(yǎng)殖方式及添加掛膜微生物兩方面來調(diào)控養(yǎng)殖水體,探究原位修復(fù)養(yǎng)殖水體的新方法,并探究該體系對(duì)水產(chǎn)品品質(zhì)的影響,以期同時(shí)提高生態(tài)效益和經(jīng)濟(jì)效益。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料及試驗(yàn)養(yǎng)殖系統(tǒng)的構(gòu)建

本試驗(yàn)設(shè)置室內(nèi)模擬試驗(yàn),試驗(yàn)容器為150 L白色塑料圓筒,每只桶內(nèi)投入養(yǎng)魚7個(gè)月后自然形成的養(yǎng)殖水,水量為128 L,初始水質(zhì)如表1所示。草魚(Ctenopharyngodonidellus)、鯽魚(Carassiusauratus)、鰱魚(Hypophthalmichthysmolitrix)與鳙魚(Aristichthysnobilis)4種魚類購于四川運(yùn)龍水產(chǎn)養(yǎng)殖場(chǎng),三角帆蚌(Hyriopsiscumingii)購于湖南小明水產(chǎn)養(yǎng)殖場(chǎng)。

表1 養(yǎng)殖水初始水質(zhì)Tab.1 Initial Water Quality of Aquaculture Water

試驗(yàn)用飼料購于通威股份有限公司的通威180(浮料)和通威126(沉底料),兩種飼料各種營(yíng)養(yǎng)成分指標(biāo)如表2所示。硝化細(xì)菌購于德豐生物技術(shù)公司,有效活菌數(shù)為2×108g-1。

表2 飼料營(yíng)養(yǎng)成分指標(biāo)Tab.2 Indices of Feed Nutrient Contents

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

本試驗(yàn)共設(shè)置3組試驗(yàn),3組試驗(yàn)的裝置如圖1所示。

圖1 試驗(yàn)系統(tǒng)示意圖Fig.1 Schematic Diagram of Experiments

1.2.1 魚蚌混養(yǎng)系統(tǒng)優(yōu)化試驗(yàn)

試驗(yàn)1考察三角帆蚌密度對(duì)魚類混養(yǎng)體系的水質(zhì)及混養(yǎng)魚類產(chǎn)品品質(zhì)影響,根據(jù)水質(zhì)及水產(chǎn)品品質(zhì)變化,確定最佳魚蚌放養(yǎng)比例。試驗(yàn)1設(shè)計(jì)如圖1(a)所示,共設(shè)3個(gè)處理,分別是:2∶1M,草魚+鯽魚+鰱魚+鳙魚混養(yǎng)三角帆蚌,魚蚌數(shù)量比為2∶1;3∶1M,草魚+鯽魚+鰱魚+鳙魚混養(yǎng)三角帆蚌,魚蚌數(shù)量比為3∶1;4∶1M,草魚+鯽魚+鰱魚+鳙魚混養(yǎng)三角帆蚌,魚蚌數(shù)量比為4∶1。根據(jù)Tang等[11]的研究,將混養(yǎng)魚“草魚-鯽魚-鰱魚-鳙魚”的數(shù)量比固定為6∶2∶1∶1。三角帆蚌用網(wǎng)籠吊養(yǎng)在塑料桶中,每個(gè)網(wǎng)籠中放養(yǎng)一個(gè)三角帆蚌,吊養(yǎng)于水面下30 cm。試驗(yàn)開始時(shí)三角帆蚌、混養(yǎng)魚的放養(yǎng)量如表3所示。每天9:00和17:00時(shí)2次向混養(yǎng)魚類投喂混養(yǎng)魚類飼料。系統(tǒng)中的草魚和鯽魚投喂通威126,系統(tǒng)中的鰱魚和鳙魚投喂通威180,投飼量為魚體重的4%。試驗(yàn)期間24 h曝氣,曝氣流量設(shè)定為50 L/h。3個(gè)處理各設(shè)置3組重復(fù)。

表3 混養(yǎng)體系優(yōu)化試驗(yàn)魚蚌放養(yǎng)數(shù)量Tab.3 Amount of Fishes and Mussels in Optimized Experiment of Polyculture System

1.2.2 填料篩選試驗(yàn)

生物膜的形成與生物載體有關(guān),試驗(yàn)2為毛氈和碳纖維對(duì)象展開研究,通過對(duì)掛膜啟動(dòng)及穩(wěn)定運(yùn)行兩個(gè)階段的情況進(jìn)行綜合分析,選擇出一種養(yǎng)殖水體凈化能力最強(qiáng)的載體,并將其運(yùn)用到實(shí)際養(yǎng)殖系統(tǒng)中。試驗(yàn)2設(shè)計(jì)如圖1(b)所示,共設(shè)毛氈組和碳纖維組兩個(gè)試驗(yàn)組。將尼龍繩系于塑料桶兩端,5條1 m長(zhǎng)的碳纖維和毛氈填料等距掛在繩子上,垂直掛入水中,使填料在水中處于散開狀態(tài),其中碳纖維組合填料片的間距為10 cm。按照1 m3投放300 g菌劑的比例添加硝化細(xì)菌。試驗(yàn)期間24 h曝氣,曝氣流量設(shè)定為50 L/h。兩個(gè)處理間各設(shè)置3組重復(fù)。

1.2.3 填料密度對(duì)于魚蚌混養(yǎng)的水質(zhì)與水產(chǎn)品品質(zhì)的影響

根據(jù)前人研究發(fā)現(xiàn),當(dāng)填料密度過低時(shí),由于掛膜細(xì)菌數(shù)量少,造成填料對(duì)水體的凈化能力差;而填料密度過高時(shí),過量的掛膜細(xì)菌又會(huì)過量利用氮、磷,降低魚類對(duì)于氮、磷的利用率。因此,本試驗(yàn)以1.2.1小節(jié)的結(jié)果構(gòu)建混養(yǎng)系統(tǒng),將1.2.2小節(jié)中挑選出的填料,設(shè)置不同密度投入魚蚌混養(yǎng)系統(tǒng),根據(jù)后續(xù)試驗(yàn)中養(yǎng)殖水體水質(zhì)指標(biāo)和水產(chǎn)品生長(zhǎng)、品質(zhì)指標(biāo)確定最佳填料密度。

試驗(yàn)3共設(shè)4個(gè)試驗(yàn)組。CK:三角帆蚌與4種魚混養(yǎng),不投放填料。T-5:三角帆蚌混養(yǎng)草魚+鯽魚+鰱魚+鳙魚,投放5組填料。T-10:三角帆蚌混養(yǎng)草魚+鯽魚+鰱魚+鳙魚,投放10組填料。T-15:三角帆蚌混養(yǎng)草魚+鯽魚+鰱魚+鳙魚,投放15組填料。4個(gè)試驗(yàn)組中均不額外投加硝化細(xì)菌制劑,每個(gè)試驗(yàn)組的投飼量為魚體重的4%。系統(tǒng)如圖1(c)所示。試驗(yàn)期間24 h曝氣,曝氣流量設(shè)定為50 L/h。3個(gè)處理間各設(shè)置3組重復(fù)。

1.3 養(yǎng)殖水體水質(zhì)測(cè)定

1.4 水產(chǎn)品品質(zhì)測(cè)定

試驗(yàn)結(jié)束后,將樣品用樣品袋分類保存于-80 ℃冰箱中,進(jìn)行魚類樣品品質(zhì)化學(xué)分析。對(duì)魚樣進(jìn)行水分、灰分、蛋白質(zhì)和粗脂肪測(cè)定,水分采用105 ℃干燥法測(cè)定,灰分采用馬弗爐550 ℃灼燒法測(cè)定,粗蛋白采用凱氏定氮法測(cè)定,粗脂肪采用索氏抽提法測(cè)定[20-23]。

1.5 數(shù)據(jù)計(jì)算

水產(chǎn)品存活率與生長(zhǎng)率計(jì)算如式(1)～式(3)。

SR=100×Nt/N0

(1)

GL=100×[(Lt-L0)/L0]/T

(2)

GW=100×[(Wt-W0)/W0]/T

(3)

其中:SR——淡水魚類與三角帆蚌存活率;

Nt——試驗(yàn)結(jié)束時(shí)魚類的數(shù)量;

N0——試驗(yàn)開始時(shí)魚類的數(shù)量;

GL——每日殼長(zhǎng)/體長(zhǎng)生長(zhǎng)率;

Wt——試驗(yàn)結(jié)束時(shí)放養(yǎng)魚類體重,g;

W0——試驗(yàn)開始時(shí)放養(yǎng)魚類體重,g;

GW——每日蚌重/體重生長(zhǎng)率;

Lt——試驗(yàn)結(jié)束時(shí)放養(yǎng)魚體長(zhǎng),cm;

L0——試驗(yàn)開始時(shí)放養(yǎng)魚體長(zhǎng),cm;

T——運(yùn)行天數(shù),d。

模擬養(yǎng)殖塘氮、磷收支平衡計(jì)算如式(4)～式(7)。

MN,P=MN,P’+O

(4)

MN,P=M魚+M蚌+C餌×M餌

(5)

MN,P’=M魚’+M蚌’+M水

(6)

M水=C水×Q

(7)

其中:MN,P——輸入物中氮、磷質(zhì)量,g;

MN,P’——輸出物中氮、磷質(zhì)量,g;

O——輸入與輸出TN、TP質(zhì)量之差,g;

M魚——養(yǎng)殖開始前混養(yǎng)魚類中氮、磷質(zhì)量,g;

M蚌——養(yǎng)殖開始前三角帆蚌中氮、磷質(zhì)量,g;

C餌——各餌料氮、磷質(zhì)量分?jǐn)?shù);

M餌——養(yǎng)殖過程中投入的各餌料質(zhì)量,g;

M魚’——養(yǎng)殖結(jié)束后混養(yǎng)魚類中氮、磷質(zhì)量,g;

M蚌’——養(yǎng)殖結(jié)束后三角帆蚌中氮、磷質(zhì)量,g;

M水——養(yǎng)殖結(jié)束后水體中的氮、磷質(zhì)量,g;

C水——養(yǎng)殖結(jié)束后水體中的氮、磷質(zhì)量濃度,mg/L;

Q——養(yǎng)殖水量,L;

模擬養(yǎng)殖塘內(nèi)氮、磷輸出途徑主要有漁獲、養(yǎng)殖水體及其他因素(滲漏+蒸發(fā)+網(wǎng)片轉(zhuǎn)化和吸附等),其中“O”為輸入與輸出TN、TP之差[24],單位為g。

1.6 掛膜微生物群落測(cè)定

在試驗(yàn)完成后,取出填料,參照蔣青青[25]的方法,選擇所要提取的生物膜部位,使用PBS溶液輕柔地漂洗除去殘余物質(zhì),使用干凈的刀片/剪刀取樣品放入試劑盒所帶的研磨小管中,交由廣州基迪奧生物科技有限公司完成高通量測(cè)序,解析微生物群落結(jié)構(gòu)。

1.7 統(tǒng)計(jì)學(xué)分析

利用Excel、Origin 2018進(jìn)行數(shù)據(jù)整理及作圖,統(tǒng)計(jì)結(jié)果均以平均值±標(biāo)準(zhǔn)差表示,用SPSS 22.0進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。多重比較用Duncan′s test進(jìn)行,取P<0.05為差異顯著性水平。

2 結(jié)果與分析

2.1 魚蚌混養(yǎng)體系模式優(yōu)化

根據(jù)Tang等[11]的研究,在80 d后打撈魚類,對(duì)水產(chǎn)品品質(zhì)等數(shù)據(jù)進(jìn)行檢測(cè)。在本部分試驗(yàn)中,養(yǎng)殖水質(zhì)的pH與DO均滿足《漁業(yè)水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)》(GB 11607—1989)。除了4∶1M試驗(yàn)組中草魚和鳙魚存活率為75%,其余組別混養(yǎng)魚的存活率均為100%。試驗(yàn)中混養(yǎng)魚類體長(zhǎng)與體重的生長(zhǎng)如表4所示,試驗(yàn)組2∶1M、3∶1M體長(zhǎng)生長(zhǎng)率顯著高于4∶1M(P<0.05),4∶1M的體長(zhǎng)生長(zhǎng)率最低,僅為0.117%±0.001% d-1。試驗(yàn)組2∶1M體重生長(zhǎng)率顯著高于3∶1M和4∶1M(P<0.05),為0.459%±0.004% d-1;4∶1M的體重增長(zhǎng)率最低,為0.408%±0.006% d-1。

表4 試驗(yàn)1中魚類體長(zhǎng)和體重的生長(zhǎng)Tab.4 Changes in Body Length and Weight of Fishes in Experiment 1

根據(jù)表5可知,在水分含量比較中,草魚、鯽魚與鳙魚在魚蚌比為2∶1時(shí),水分含量顯著低于其他兩個(gè)試驗(yàn)組(P<0.05),而鰱魚的水分含量在3組間沒有顯著差別(P>0.05)。針對(duì)草魚與鯽魚的灰分測(cè)量結(jié)果可知,3組試驗(yàn)組間沒有顯著差異(P>0.05),但是2∶1M組中測(cè)得的灰分最低,鰱魚與鳙魚的灰分含量在2∶1M組顯著低于3∶1M和4∶1M兩個(gè)試驗(yàn)組(P<0.05)。針對(duì)蛋白質(zhì)的測(cè)量結(jié)果與灰分類似,3組試驗(yàn)中草魚與鯽魚的蛋白質(zhì)含量并無顯著差異,但在2∶1M試驗(yàn)組中,草魚與鯽魚測(cè)得的蛋白質(zhì)含量較高;鰱魚與鳙魚的蛋白質(zhì)含量在2∶1M中顯著高于其余兩組試驗(yàn)組。4種魚的粗脂肪含量在2∶1M組中均顯著高于其他組別(P<0.05)。

表5 試驗(yàn)1中魚類品質(zhì)的測(cè)定Tab.5 Fish Quality Determination in Experiment 1

2.2 填料種類篩選

一般認(rèn)為裝置內(nèi)掛膜材料上有一層薄膜覆蓋,且氨氮去除率在60%左右時(shí),即為掛膜成功[26]。根據(jù)試驗(yàn)數(shù)據(jù)計(jì)算,碳纖維試驗(yàn)組在裝置運(yùn)行5 d時(shí),氨氮去除率為62.35%,掛膜成功;毛氈試驗(yàn)組在裝置運(yùn)行9 d時(shí),氨氮去除率為62.79%,掛膜成功。

圖2 不同填料體系內(nèi)各種水質(zhì)指標(biāo)的變化Fig.2 Changes of Water Quality Indices in Different Packing Systems

注:不同小寫字母表示不同試驗(yàn)組間各水質(zhì)指標(biāo)的差異達(dá)顯著水平(P<0.05)。

由試驗(yàn)結(jié)果可知,碳纖維填料成膜速度快,且對(duì)養(yǎng)殖水體的凈化效果要優(yōu)于毛氈,因此,選取碳纖維作為試驗(yàn)對(duì)象,優(yōu)化該填料的投放密度,在調(diào)節(jié)養(yǎng)殖水體水質(zhì)的同時(shí),保證水產(chǎn)品品質(zhì)。

2.3 不同填料填充率對(duì)于養(yǎng)殖水體水質(zhì)與水產(chǎn)品品質(zhì)的影響

2.3.1 對(duì)養(yǎng)殖水水質(zhì)的影響

注:不同小寫字母表示不同試驗(yàn)組間各水質(zhì)指標(biāo)的差異達(dá)顯著水平(P<0.05)。

2.3.2 對(duì)水產(chǎn)品品質(zhì)的影響

試驗(yàn)中混養(yǎng)魚類的存活率如表6所示。CK組的草魚和鰱魚存活率最低,分別是75%和80%;T-15試驗(yàn)組草魚和鯽魚的存活率最低,為80%;而T-10試驗(yàn)組中4種魚類的存活率最高,均為100%。

表6 試驗(yàn)中混養(yǎng)魚類的存活率Tab.6 Survival Rates of Polyculture Fishes

試驗(yàn)中混養(yǎng)魚的體長(zhǎng)和體重生長(zhǎng)率如表7所示?？瞻缀蚑-10試驗(yàn)組的體長(zhǎng)生長(zhǎng)率顯著高于其他處理組(P<0.05),T-10試驗(yàn)組體長(zhǎng)生長(zhǎng)率最高,為0.416%±0.040%,T-15試驗(yàn)組的體長(zhǎng)生長(zhǎng)率最低,為0.244%±0.083%。T-10試驗(yàn)組的體重生長(zhǎng)率顯著高于其他處理組(P<0.05),為0.462%±0.005%,T-5試驗(yàn)組的體重生長(zhǎng)率最低,為0.382%±0.005%。

表7 試驗(yàn)3中混養(yǎng)魚的體長(zhǎng)和體重生長(zhǎng)率Tab.7 Changes in Body Length and Weight of Fishes in Experiment 3

由表8可知,CK組4種魚的水分含量偏高,且顯著高于其他試驗(yàn)組(P<0.05),T-5、T-10和T-15試驗(yàn)組間水分含量無顯著差異(P>0.05)。在灰分比較中4種魚的各試驗(yàn)組間灰分含量均無顯著差異。在蛋白質(zhì)含量比較中,4組試驗(yàn)組的蛋白質(zhì)含量均高于雞蛋蛋白[28],且T-10試驗(yàn)組內(nèi)4種魚的蛋白質(zhì)含量均顯著高于其他試驗(yàn)組(P<0.05)。針對(duì)粗脂肪這一指標(biāo)而言,T-5試驗(yàn)組中草魚與鯽魚的粗脂肪含量顯著高于其他試驗(yàn)組內(nèi)的草魚與鯽魚的粗脂肪含量(P<0.05),而T-10試驗(yàn)組中鳙魚的粗脂肪含量顯著高于其他試驗(yàn)組(P<0.05),根據(jù)脂肪含量進(jìn)行分類,這4類魚均屬于中脂類魚[29]。因此,T-10試驗(yàn)組養(yǎng)殖出的魚類滿足“高蛋白、中脂”的健康營(yíng)養(yǎng)需求[30-31]。

表8 試驗(yàn)3魚類品質(zhì)Tab.8 Fish Quality in Experiment 3

2.4 掛膜微生物群落分析

分析T-5、T-10與T-15 3組在門和屬上的物種豐度分布,來研究不同數(shù)量的碳纖維生物膜的微生物群落結(jié)構(gòu)。本試驗(yàn)過程中3個(gè)試驗(yàn)組在門分類水平上的菌群豐度如圖5所示。在這些細(xì)菌中,變形菌門(Proteobacteria)所含的豐度最高,在處理組T-5、T-10和T-15中的占比分別為48.65%、53.9%和39.78%。在處理組T-5的物種豐度分布中,綠灣菌門(Chloroflexi)和擬桿菌門(Bacteroidetes)僅次于變形菌門,占比分別為17.21%和10.78%。在處理組T-10的物種豐度分布中,厚壁菌門(Firmicutes)僅次于變形菌門,占比為13.86%。在處理組T-15的物種豐度分布中,厚壁菌門和擬桿菌門僅次于變形菌門,占比分別為10.98%和14.86%。除此以外,在3組處理組中均發(fā)現(xiàn)了少量的疣微菌門(Verrucomicrobia)、酸桿菌門(Acidobacteria)。變形菌門為3組處理組中碳纖維微生物群落中的主要菌門。

圖5 掛膜微生物在門水平物種分布Fig.5 Microbial Community Structure at the Phylum Level

本試驗(yàn)過程中3組試驗(yàn)組在屬分類水平上的菌群豐度如圖6所示。在3組處理組碳纖維的物種豐度分布中,T-10中梭狀芽孢桿菌-1(Clostridiumsensustricto1)占比最高,為7.16%。除此以外,Denitratisoma在3組處理組中都有一定的比例。梭狀芽孢桿菌-1為碳纖維微生物群落中的主要菌屬。

圖6 掛膜微生物在屬水平物種分布Fig.6 Microbial Community Structure at the Genus Level

2.5 氮、磷歸趨分析

T-10試驗(yàn)組各養(yǎng)殖品種和餌料的氮、磷含量如表9所示。氮、磷物料平衡計(jì)算結(jié)果如圖7所示。

圖7 混養(yǎng)魚池塘氮、磷收支Fig.7 Nitrogen and Phosphorus Incoming and Outcoming in Polyculture Ponds

表9 各養(yǎng)殖品種和餌料的氮、磷含量Tab.9 Nitrogen and Phosphorus Content of Each Breed and Bait

整個(gè)養(yǎng)殖過程的氮收支平衡方程為:混養(yǎng)魚類與三角帆蚌苗種(26.7 g)+飼料(242.72 g)=混養(yǎng)魚類與三角帆蚌的漁獲物(56.83 g)+養(yǎng)殖水體(155.88 g)+其他(56.71 g)。磷收支方程為:混養(yǎng)魚類與三角帆蚌苗種(18.84 g)+飼料(75.86 g)=混養(yǎng)魚類與三角帆蚌的漁獲物(24.07 g)+養(yǎng)殖水體(62.88 g)+其他(7.75 g)。

3 討論

3.1 魚蚌混養(yǎng)體系模式優(yōu)化

在魚蚌混養(yǎng)體系模式優(yōu)化研究中,混養(yǎng)魚的養(yǎng)殖密度隨著魚蚌比的增加而增大。研究表明,魚類養(yǎng)殖中的養(yǎng)殖密度是影響魚類生長(zhǎng)、餌料利用及魚產(chǎn)量的重要因素[30-31],過大的養(yǎng)殖密度會(huì)擠壓魚類的生活空間,導(dǎo)致存活率低,水產(chǎn)品品質(zhì)變差。由試驗(yàn)結(jié)果可知,魚蚌比為2∶1時(shí),混養(yǎng)魚的生長(zhǎng)率最高,且蛋白質(zhì)、粗脂肪含量較高,混養(yǎng)魚品質(zhì)較優(yōu)。

3.2 填料填充率對(duì)于水產(chǎn)品與養(yǎng)殖水體的影響

分析試驗(yàn)結(jié)果,在試驗(yàn)3中,CK組氮、磷濃度維持在較高水平;而掛膜試驗(yàn)組,即T-5、T-10與T-15試驗(yàn)組中,能使養(yǎng)殖水體中氮、磷水平降低,其中T-10和T-15試驗(yàn)組各水質(zhì)指標(biāo)改善效果明顯優(yōu)于T-5試驗(yàn)組。由此可知,增加填料密度可以有效增加細(xì)菌附著面積,改善養(yǎng)殖水體水質(zhì)。對(duì)比T-10與T-15試驗(yàn)組,其對(duì)于養(yǎng)殖水體水質(zhì)的處理能力基本相同,分析原因可能是碳纖維密度過高,使微生物生長(zhǎng)代謝所需營(yíng)養(yǎng)相對(duì)缺乏,導(dǎo)致T-15試驗(yàn)組微生物代謝受阻。Moussavi等[32]將聚氨酯海綿作為填料加入循環(huán)旋轉(zhuǎn)床反應(yīng)器系統(tǒng)中,研究填充率為0～40%的模擬廢水的凈化效果,發(fā)現(xiàn)填充率為30%時(shí)凈化效果最佳。王帆等[33]的研究也發(fā)現(xiàn),當(dāng)填料填充率為30.5%、36.6%時(shí),對(duì)于模擬城市污水的凈化效果、膜生物量以及生物活性均相差甚微。結(jié)合本研究結(jié)果可以得出,在養(yǎng)殖水體凈化中采用生物技術(shù)時(shí),填料投加密度十分重要,要在有效去除氮、磷的基礎(chǔ)上控制成本,避免不必要的浪費(fèi)。

與此同時(shí),由于水質(zhì)的改善,直接提高了水產(chǎn)品的存活率與品質(zhì)。T-10試驗(yàn)組水產(chǎn)品的存活率、生長(zhǎng)率與品質(zhì)均優(yōu)于T-15試驗(yàn)組,分析原因是碳纖維密度過高使微生物生長(zhǎng)代謝所需營(yíng)養(yǎng)處于匱乏狀態(tài),與水產(chǎn)品形成營(yíng)養(yǎng)競(jìng)爭(zhēng)關(guān)系,且在空間上壓縮了魚類的生活空間,使水產(chǎn)品生長(zhǎng)受到限制,從而影響魚類生存與生長(zhǎng)。由此得出,雖然碳纖維填料密度較高時(shí),各項(xiàng)水質(zhì)指標(biāo)均可維持在較優(yōu)水平,但在實(shí)際應(yīng)用時(shí),還要根據(jù)實(shí)際養(yǎng)殖面積確定合適的碳纖維密度,以免影響水產(chǎn)品的生存與生長(zhǎng)。這一結(jié)果與殷記強(qiáng)等[34]的研究一致。

3.3 養(yǎng)殖模式對(duì)養(yǎng)殖水體原位調(diào)控的效果分析

根據(jù)試驗(yàn)3中的水質(zhì)結(jié)果,相比生態(tài)浮島-碳纖維原位修復(fù)技術(shù),細(xì)菌掛膜+魚蚌混養(yǎng)技術(shù)更好地對(duì)養(yǎng)殖水體進(jìn)行調(diào)控[35],可能是由于試驗(yàn)3體系中添加三角帆蚌,形成多營(yíng)養(yǎng)層次綜合養(yǎng)殖體系[36],有利于提高投入飼料營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)利用率,降低污染物產(chǎn)生。而相比有關(guān)研究報(bào)道,魚蚌共養(yǎng)體系的水質(zhì)指標(biāo)均略高于鯔蝦共養(yǎng)體系[37],推測(cè)是由于相比三角帆蚌,鯔對(duì)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的需求量更高,可以更快速地消耗對(duì)蝦養(yǎng)殖產(chǎn)生的沉積物,減少體系中的污染物濃度。

3.4 微生物群落分析

由微生物群落結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)可知,試驗(yàn)結(jié)束后,T-15處理組中厚壁菌門相對(duì)豐度較低,這類細(xì)菌可以反映水體受污染程度,推測(cè)是因?yàn)殡S著試驗(yàn)的進(jìn)行,氮、磷含量下降,污染得到削減之后,水質(zhì)得到一定程度改善,使微生物群落結(jié)構(gòu)產(chǎn)生影響,這與翟一帆等[38]對(duì)養(yǎng)豬廢水處理系統(tǒng)微生物群落結(jié)構(gòu)的分析結(jié)果一致。變形菌門與脫氮性能有關(guān),試驗(yàn)結(jié)束后T-10和T-15試驗(yàn)組變形菌門相對(duì)豐度較高,主要是因?yàn)樵黾犹祭w維填料投放密度可以增大其豐度[39-40]。研究[41-42]證明,綠彎菌門(Chloroflexi)能在不同營(yíng)養(yǎng)程度的環(huán)境中生存,但富營(yíng)養(yǎng)化程度高的區(qū)域綠彎菌門更豐富,表明其更傾向生活在營(yíng)養(yǎng)充足的環(huán)境中。根據(jù)圖4可知,在體系穩(wěn)定后,T-5處理組氮、磷濃度高于T-10與T-15試驗(yàn)組,使這類細(xì)菌在T-5試驗(yàn)組具有明顯的生存優(yōu)勢(shì)。

3.5 氮、磷歸趨方程分析

由氮、磷歸趨分析可知,飼料是池塘主要的氮、磷來源,其所含氮、磷占總輸入氮、磷的90.1%和80.1%[43]。漁獲物所含氮、磷占池塘TN、磷輸出的21.1%和25.4%。結(jié)合前人的研究,淡水魚對(duì)于氮的利用率約為18.0%～37.9%[44-46],本研究中的4種魚類與三角帆蚌的氮利用率均在此范圍之內(nèi);本試驗(yàn)中水產(chǎn)品對(duì)于磷的利用率略高于相關(guān)研究[47-48],推測(cè)是由于本研究餌料中的磷占TP的比例略低,對(duì)于水產(chǎn)品的供給量不足,從而提高了水產(chǎn)品對(duì)于磷的利用率。

4 結(jié)論

(1)通過魚蚌混養(yǎng)體系優(yōu)化試驗(yàn)可以得出,最佳混養(yǎng)魚組合為三角帆蚌與“草魚-鯽魚-鰱魚-鳙魚”混養(yǎng),最佳魚蚌比為2∶1,即20條魚搭配10個(gè)蚌。

(2)相比毛毯填料,添加了碳纖維填料的試驗(yàn)組細(xì)菌掛膜速度較快,在試驗(yàn)結(jié)束時(shí),碳纖維填料試驗(yàn)組的水質(zhì)明顯好于毛氈試驗(yàn)組。

(3)填料密度篩選試驗(yàn)結(jié)果表明,在模擬養(yǎng)殖水體中添加10條1 m的碳纖維填料,可以在魚蚌比為2∶1的魚蚌混養(yǎng)體系中顯著降低養(yǎng)殖水體中的氮、磷含量,進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)養(yǎng)殖水體的原位調(diào)控,同時(shí)還可以獲得較高的水產(chǎn)品品質(zhì),實(shí)現(xiàn)生態(tài)效益與經(jīng)濟(jì)效益的雙贏。