傅建軍，安睿，朱文彬，王蘭梅，羅明坤，董在杰,

（1.中國水產(chǎn)科學(xué)研究院淡水漁業(yè)研究中心，農(nóng)業(yè)農(nóng)村部淡水漁業(yè)和種質(zhì)資源利用重點(diǎn)實(shí)驗室，江蘇 無錫 214081；2.南京農(nóng)業(yè)大學(xué)無錫漁業(yè)學(xué)院，江蘇 無錫 214128）

浮游生物主要包括浮游植物和浮游動物，是水域生態(tài)系統(tǒng)的重要組成部分[1]。浮游植物作為水域生態(tài)系統(tǒng)的初級生產(chǎn)者，為浮游動物提供主要的營養(yǎng)來源，對所處水域環(huán)境變化響應(yīng)敏感。浮游動物以浮游植物為食，也是魚類的重要食物來源，在水域生態(tài)系統(tǒng)的食物鏈中起著承上啟下作用，是水域環(huán)境變化的一個重要生物指標(biāo)[2,3]。水域環(huán)境變化直接影響浮游生物的群落結(jié)構(gòu)，目前有關(guān)河流、湖泊和水庫等開放水體的浮游生物群落結(jié)構(gòu)特征的研究較多[4-7]，主要探究其季節(jié)性變化規(guī)律及與水體理化指標(biāo)的關(guān)系等。在養(yǎng)殖池塘中，浮游生物群落結(jié)構(gòu)特征同樣與水體理化因子密切相關(guān)。李志斐等[8]研究了珠三角高產(chǎn)養(yǎng)殖池塘浮游動物群落結(jié)構(gòu)，發(fā)現(xiàn)浮游動物群落結(jié)構(gòu)與水溫、光照、pH 和營養(yǎng)鹽等非生物因素有關(guān)。宋慶洋等[9]研究發(fā)現(xiàn)，氮、磷是稻蝦共作水體浮游植物生長的限制因子。此外，針對主要養(yǎng)殖階段和特定養(yǎng)殖模式的池塘浮游生物群落結(jié)構(gòu)特征也開展了一些研究[10-15]，而針對常規(guī)淡水魚套養(yǎng)池塘的浮游生物群落結(jié)構(gòu)及與水體理化指標(biāo)的相關(guān)性研究較少。隨著長江禁捕政策的出臺以及對養(yǎng)殖水體污染控制的要求不斷提高，保質(zhì)保量滿足人們對水產(chǎn)品需求，是水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)需要亟待解決的問題。池塘養(yǎng)殖依然是中國水產(chǎn)養(yǎng)殖的主要生產(chǎn)模式，鯉（Cyprinus carpio）和尼羅羅非魚（Oreochromis niloticus）作為世界的重要水產(chǎn)養(yǎng)殖對象，在中國水產(chǎn)養(yǎng)殖中同樣具有重要地位，且以池塘養(yǎng)殖模式為主要生產(chǎn)方式[16]。在養(yǎng)殖池塘中，通過套養(yǎng)鰱（Hypophthalmichthys molitrix）和鳙（H.nobilis）等濾食性魚類，可以充分利用餌料資源和水體生態(tài)位，具有改善水體養(yǎng)殖環(huán)境等作用[10,17]，而綠色高效養(yǎng)殖方式有待進(jìn)一步探究。本研究通過觀測和分析鯉、羅非魚魚種培育階段套養(yǎng)鰱、鳙的池塘主要生長期內(nèi)水體理化指標(biāo)、浮游生物群落結(jié)構(gòu)等，以期為池塘套養(yǎng)模式下的水質(zhì)和浮游生物動態(tài)變化特征提供數(shù)據(jù)參考，并為長江中下游地區(qū)開展的養(yǎng)殖模式優(yōu)化和提高提供基礎(chǔ)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 實(shí)驗材料

實(shí)驗于2019 年5—9 月魚種培育的主要生長階段開展，在中國水產(chǎn)科學(xué)研究院淡水漁業(yè)研究中心宜興屺亭科研實(shí)驗基地2 口池塘，分別主養(yǎng)鯉（“福瑞鯉2 號”）（A 塘，約3 000 m2）和尼羅羅非魚（“中威1 號”）（B 塘，約3 000 m2），套養(yǎng)鰱和鳙，采用投喂人工飼料的方式進(jìn)行常規(guī)魚種培育。于4 月下旬，在每m3水體的A 塘和B 塘（水深約2 m）中分別投放體長約2 cm 的鯉和羅非魚6 尾；均套養(yǎng)鰱和鳙（100 g 左右），每10 m3各投放3 尾。在魚苗放養(yǎng)15 d 后至起捕（羅非魚移入溫室）前15 d，視天氣變化情況，每間隔15～25 d，選擇連續(xù)晴天5 d 于上午（8：00—9：00）依次采集水樣（共8 次）。

1.2 水樣采集和檢測

在為期150 d 的養(yǎng)殖期間，于5 月15 日、5 月30 日、6 月20 日、7 月11 日、7 月23 日、8 月8 日、8月21 日和9 月12 日對2 口池塘分別采集水樣，共計16 個樣本，依次記為T1A、T1B、T2A、T2B、T3A、T3B、T4A、T4B、T5A、T5B、T6A、T6B、T7A、T7B、T8A和T8B。水樣采集中，考慮到池塘中水體理化指標(biāo)和浮游生物可能受風(fēng)向等因素影響，每次采樣分別采集池塘5 個點(diǎn)（4 個邊的中點(diǎn)離岸0.5 m 和池中心，水下0.5 m 處）進(jìn)行混樣用于水體理化指標(biāo)檢測和浮游生物觀察。

池塘水溫（TEM）和酸堿度（pH）使用便攜式pH計現(xiàn)場測定，化學(xué)需氧量（COD）用重鉻酸鹽法（GB/T11914-1989）測定；氮循環(huán)中總氮（TN）、氨氮（NH4+-N）和亞硝酸氮（NO2--N）含量分別采用堿性過硫酸鉀消解紫外分光光度法（GB/T11894-1989）、納氏試劑比色法（GB/T7479-1987）和N-（1-萘基）-乙二胺光度法（GB/T13580.7-1992）測定；總磷（TP）含量采用鉬酸銨分光光度法（GB/T11893-1989）。

1.3 浮游生物采集和測定

浮游植物檢測中，取1 L 水樣用1%的魯哥氏液固定，樣品帶回實(shí)驗室靜置24 h 后，通過虹吸管取上清液，濃縮至30 mL，用于鑒定計數(shù)。浮游動物定量樣品采集20 L 水樣，經(jīng)25 號（200 目，孔徑64 μm）浮游生物網(wǎng)過濾濃縮，放入50 mL 塑料瓶中加入5%福爾馬林溶液固定后，樣本帶回實(shí)驗室靜置沉降、濃縮后計數(shù)。浮游生物鑒定中，對每個樣本均檢測3 次取均值。

浮游生物分類參照《中國淡水藻類》[18]和《淡水微型生物圖譜》[19]。浮游植物和浮游動物定性樣品分別采用25 號和13 號（125 目，孔徑為112 μm）浮游生物網(wǎng)在水中做“∞”形回旋3 min，采集樣品，將網(wǎng)內(nèi)濃縮液置于100 mL 塑料水樣瓶中，分別用1%的魯哥氏液和5%的福爾馬林溶液固定，帶回實(shí)驗室顯微鏡下觀察分類。

1.4 數(shù)據(jù)分析

利用Excel 軟件整理水質(zhì)理化指標(biāo)數(shù)據(jù)和浮游生物數(shù)據(jù)、繪制趨勢圖和柱狀圖；用SPSS 22.0（IBM Corp.，Armonk，NY，USA）進(jìn)行兩兩組間差異分析（T檢驗）、單因素多組方差分析（F 檢驗）和組間多重比較（Duncan 法）?；诟∮紊锏拿芏扔嬎愀魑锓N優(yōu)勢度（Y），公式如下：

式中，ni為第i 個浮游植物（或浮游動物）種類的個體數(shù)，N 為浮游植物（或浮游動物）總數(shù)；fi是第i 個物種在各樣本中出現(xiàn)的頻率；將Y＞0.02 的浮游生物確定為優(yōu)勢種。

利用vegan 包（https://CRAN.R-project.org/package=vegan）分析各水樣的α 多樣性（計算Shannon-Weiner 指數(shù)H'、Simpson 指數(shù)D 和Pielou 物種均勻度J）、去趨勢對應(yīng)分析（Detrended correspondence analysis，DCA）和主成分分析（Principal component analysis，PCA）；結(jié)合水體理化指標(biāo)和浮游生物豐度數(shù)據(jù)開展冗余分析（Redudancy analysis，RDA），在構(gòu)建各理化因子回歸模型的過程中采用向后選擇法進(jìn)行校正，依次剔除共線性因子，并基于AIC 確定最佳模型；利用ggplot2 包[20]繪制PCA 和RDA 的散點(diǎn)圖；利用pheatmap 包（https://CRAN.R-project.org/packag e=pheatmap）繪制熱圖，熱圖尺度為優(yōu)勢度的Z-score 校正值，樣本聚類采用歐氏距離（Euclidean distance）。上述工具包在R 程序（https://www.r-project.org）運(yùn)行。

2 結(jié)果與分析

2.1 水體理化因子變化與分析

實(shí)驗期間，水溫范圍為23.0～35.8 ℃，pH 介于7.33～7.87 之間，其他理化指標(biāo)如表1 所示。單因素方差分析顯示，各時期間2 個池塘的各理化指標(biāo)差異極顯著（P＜0.01）。整體而言，總氮和氨氮濃度呈上升趨勢，養(yǎng)殖中后期趨于穩(wěn)定；養(yǎng)殖期間亞硝酸氮濃度較低，總磷呈先上升、后下降的趨勢，其中2 個池塘總氮和總磷的含量變化趨勢如圖1 所示。

表1 不同采樣時期池塘水體理化指標(biāo)的變化（均值±標(biāo)準(zhǔn)差）Tab.1 Changes in physicochemical indices in the test ponds during different sampling periods (Mean±SD)

圖1 不同池塘在試驗期間總氮（a）和總磷（b）濃度的變化曲線Fig.1 Line plots of total nitrogen (a) and total phosphorus (b) concentrations in different ponds

2.2 浮游生物群落結(jié)構(gòu)及物種多樣性

本實(shí)驗共檢測到浮游植物8 門77 屬179 種，其中綠藻39 屬106 種，占物種總數(shù)的59.22%；藍(lán)藻13 屬23 種，占12.85%；硅藻12 屬21 種，占11.73%；裸藻4 屬18 種，占10.06%；甲藻4 屬4 種，占2.23%；隱藻2 屬2 種，占1.68%；金藻2 屬3 種，占1.68%；黃藻1 屬1 種，占0.56%。本實(shí)驗共檢測到浮游動物72 種，其中枝角類20 種，占27.78%；橈足類11 種，占15.28%；輪蟲30 種，占41.67%；原生動物11 種，占15.28%。各水樣不同門類浮游生物的群落結(jié)構(gòu)比例見圖2 所示。其中，浮游植物主要以藍(lán)藻門和綠藻門為主；浮游動物主要以輪蟲類和原生動物為主，橈足類最少。養(yǎng)殖后期，橈足類的密度更少。對16 個水樣浮游生物豐度的α 多樣性分析表明（表2），池塘Shannon-Wiener 指數(shù)介于2.535～3.457 之間；Simpson 指數(shù)介于0.800～0.957 之間；種類均勻度（Pielou）介于0.573～0.772 之間。

表2 浮游生物生物多樣性指數(shù)變化（均值±標(biāo)準(zhǔn)差）Tab.2 Changes in the diversity index of plankton in the polyculture ponds (Mean ± SD)

圖2 不同水樣的浮游植物（a）和浮游動物（b）群落結(jié)構(gòu)Fig.2 Community structure of phytoplankton (a) and zooplankton (b) in different water samples

2.3 不同養(yǎng)殖階段浮游生物時序性變化

基于浮游生物密度數(shù)據(jù)的主成分分析（圖3-a）發(fā)現(xiàn)，相近時期樣本聚類較近，說明養(yǎng)殖過程浮游生物的群落結(jié)構(gòu)呈現(xiàn)明顯的時序性變化。根據(jù)PCA結(jié)果，主要養(yǎng)殖階段大致可分為3 個時期，即早期（T1 和T2，記為P1）、中期（T3、T4 和T5，記為P2）和后期（T6、T7 和T8，記為P3）。依據(jù)上述3 個時期（P1、P2 和P3）的劃分，共發(fā)現(xiàn)45 種浮游生物（28 種浮游植物，17 種浮游動物）在至少1 個時期的優(yōu)勢度Y＞0.02，整個養(yǎng)殖階段優(yōu)勢度最高的3 種浮游植物依次為細(xì)小平裂藻（M.tenuissima）（0.102）、微小平裂藻（M.minima）（0.036）和偽魚腥藻（Pseudanabaena sp.）（0.031）；整個養(yǎng)殖階段優(yōu)勢度最高的3種浮游動物依次為針簇多肢輪蟲（Polyarthra trigla）（0.291）、裂痕龜紋輪蟲（Anuraeopsis fissa（0.129）和暗小異尾輪蟲（Trichocerca pusilla）（0.106）?；谶@45 種浮游生物優(yōu)勢度進(jìn)行熱圖和聚類分析（圖3-b），結(jié)果顯示樣本能依據(jù)時序聚為3 個分枝；此外，可以直觀發(fā)現(xiàn)不同時期的浮游生物優(yōu)勢度分布存在差異。

圖3 基于各水樣浮游生物豐度值的PCA 散點(diǎn)圖（a）和熱圖（b）Fig.3 PCA scatter plot (a) and heat map (b) based on plankton abundance values in each water sample

上述45 個浮游生物的優(yōu)勢度差異分析表明，20 種浮游生物的優(yōu)勢度呈現(xiàn)出兩兩時期間顯著性差異（P＜0.05，表3）。其中，微囊藻（Microcystis sp.）在3 個時期的優(yōu)勢度間均存在顯著差異（P＜0.05），其優(yōu)勢度隨著養(yǎng)殖進(jìn)程逐漸升高；而雙尾柵藻（Scenedesmus bicaudatus）的優(yōu)勢度變化趨勢為隨著養(yǎng)殖進(jìn)程逐漸降低，養(yǎng)殖后期（P3）的優(yōu)勢度顯著低于早期（P1）和中期（P2）（P＜0.05）。此外，水華束絲藻（Aphanizomenon flosaquae）、雙對柵藻（S.bijuga）、四尾柵藻（S.quadricauda）和二角盤星藻（Pediastrum duplex）在養(yǎng)殖早期（P1）的優(yōu)勢度顯著高于中期（P2）和后期（P3）（P＜0.05）；變異直鏈藻（Melosira varians）、雙尾柵藻小型變種（S.bicaudatus var.parvus）和轉(zhuǎn)板藻（Mougeotia sp.）在養(yǎng)殖后期（P3）的優(yōu)勢度顯著高于早期（P1）和中期（P2）（P＜0.05）；銅線形十字藻（Crucigenia fenestrata）和雙尾柵藻四棘變種（S.bicaudatus var.quadrispina）在養(yǎng)殖中期（P2）的優(yōu)勢度顯著高于早期（P1）和后期（P3）（P＜0.05）；而直角十字藻（Crucigenia rectangularis）在養(yǎng)殖早期（P1）和后期（P3）的優(yōu)勢度顯著高于養(yǎng)殖中期（P2）（P＜0.05）。

2.4 浮游生物群落變化的驅(qū)動因子分析

16 個樣本浮游生物密度的DCA 分析表明，最大軸長為2.42（小于3），適合線性模型的RDA 分析。基于RDA 分析的最佳回歸模型，剔除存在顯著共線性的因子，最終保留對本研究階段浮游生物變化最具影響的理化因子，發(fā)現(xiàn)亞硝酸氮和總氮濃度與池塘浮游植物豐度相關(guān)性較強(qiáng)（圖4-a），水溫、pH 和亞硝酸氮濃度與實(shí)驗池塘浮游動物豐度相關(guān)性較強(qiáng)（圖4-b）。為了進(jìn)一步揭示各水體理化因子對特定優(yōu)勢種的影響，開展了20 個優(yōu)勢種（3 個養(yǎng)殖時期間優(yōu)勢度變化顯著的浮游生物）密度與水體理化因子的相關(guān)性分析，發(fā)現(xiàn)其中14 種浮游生物的密度與水體理化因子間存在顯著線性關(guān)系（P＜0.05，表4）。其中，微囊藻、變異直鏈藻、美麗盤藻（Gonium formosum）、直角十字藻、雙尾柵藻小型變種和轉(zhuǎn)板藻的密度與總氮呈正相關(guān)；雙尾柵藻和四尾柵藻四棘變種（S.quadricauda var.quadrispina）的密度與總氮呈負(fù)相關(guān)。

圖4 浮游植物（a）和浮游動物（b）群落結(jié)構(gòu)與理化因子RDA 分析結(jié)果Fig.4 RDA analysis between phytoplankton (a) and zooplankton (b) community structure and physicochemical factors

3 討論

3.1 水體理化理化指標(biāo)和浮游生物群落變化

水體理化指標(biāo)不僅影響?zhàn)B殖魚類的生存和生長，也是維持養(yǎng)殖水體穩(wěn)定的重要組成[21]。本研究中，養(yǎng)殖中后期池塘的水質(zhì)屬富營養(yǎng)型，較適宜于浮游生物的繁殖，這與實(shí)驗周期處于養(yǎng)殖魚類主要生長季節(jié)有關(guān)。鯉和羅非魚攝食能力較強(qiáng)，養(yǎng)殖期間投喂飼料較多，通過殘餌和魚類排泄物等將氮、磷元素帶入水體[22,23]。在養(yǎng)殖后期各項理化指標(biāo)下降或上升減緩，這與水溫逐漸降低導(dǎo)致魚類攝食、排泄等生命代謝活動減弱以及套養(yǎng)鰱、鳙攝食浮游生物轉(zhuǎn)化營養(yǎng)鹽有關(guān)。依據(jù)多樣性指數(shù)對水質(zhì)的評價標(biāo)準(zhǔn)[24]，本實(shí)驗養(yǎng)殖水體具有豐富或較豐富的浮游生物種類，但是，在養(yǎng)殖中后期存在富營養(yǎng)化和水體理化指標(biāo)較高等問題，這需要引起重視。因此，認(rèn)為常規(guī)套養(yǎng)鰱鳙的高密度池塘養(yǎng)殖模式，在控制水體富營養(yǎng)化方面的效果，還存在進(jìn)一步優(yōu)化的空間。

池塘養(yǎng)殖中，浮游生物群落結(jié)構(gòu)往往呈現(xiàn)明顯時空變化特征[1,5,12,23]。本研究中，浮游生物優(yōu)勢種及其密度存在明顯的時序性變化，尤以浮游植物的變化更為明顯。本實(shí)驗套養(yǎng)池塘的浮游植物以綠藻門和藍(lán)藻門為主，與宋慶洋等[9]在稻蝦共作水體和張曉蕾等[14]在循環(huán)流水養(yǎng)殖水體中發(fā)現(xiàn)的浮游植物組成結(jié)構(gòu)相似，這可能與養(yǎng)殖水體營養(yǎng)鹽濃度的波動范圍相近有關(guān)。而在養(yǎng)殖過程中，浮游植物的增殖又受到諸多因素影響。在養(yǎng)殖前期，光照增強(qiáng)、營養(yǎng)鹽增加及魚類排泄物增多促進(jìn)了浮游植物的繁殖[25]。隨著養(yǎng)殖魚類的生長，對浮游植物攝食壓力增加，會抑制其生物量的進(jìn)一步增長。本實(shí)驗池塘浮游動物趨于小型化，以輪蟲和原生動物占優(yōu)勢。這與楊建雷等[10]在混養(yǎng)池塘和李學(xué)梅等[11]在池塘養(yǎng)殖中的研究結(jié)果類似，分析是由于鰱鳙等濾食性魚類對枝角類和橈足類及大型輪蟲具有更強(qiáng)的攝食壓力導(dǎo)致。

3.2 浮游生物群落變化與驅(qū)動因子分析

冗余分析表明，影響浮游植物和浮游動物群落結(jié)構(gòu)變化的主要理化因子存在差異。浮游植物作為初級生產(chǎn)者，對水環(huán)境因子較為敏感；水環(huán)境因子中氮磷營養(yǎng)鹽濃度是影響浮游植物生長的關(guān)鍵因子[26]。陳思等[12]研究發(fā)現(xiàn)，營養(yǎng)鹽、鹽度和pH 是影響蝦蟹混養(yǎng)池塘浮游植物群落結(jié)構(gòu)特征的主要環(huán)境因子。本研究發(fā)現(xiàn)，亞硝酸氮和總氮濃度是影響浮游植物豐度的主要環(huán)境因子，驗證了氮元素是池塘養(yǎng)殖中浮游植物動態(tài)變化的重要驅(qū)動因子。結(jié)合浮游生物與理化指標(biāo)的關(guān)聯(lián)分析不難發(fā)現(xiàn)，水溫和磷元素同樣顯著影響部分浮游植物的豐度。浮游動物的種群結(jié)構(gòu)和分布同樣受環(huán)境因子影響，如適宜的水溫促進(jìn)浮游生物生長和繁殖，影響水體浮游動物的群落結(jié)構(gòu)特征。浮游動物的變化還受到養(yǎng)殖魚類投喂、攝食和生命活動等影響，其中包括魚類對浮游植物（上行效應(yīng)）和浮游動物的攝食（下行效應(yīng)）等[10,11,23]。李志斐等[8]發(fā)現(xiàn)，高產(chǎn)養(yǎng)殖池塘的TP和pH 是影響浮游動物群落結(jié)構(gòu)的主要因素。本研究發(fā)現(xiàn)，pH、水溫和亞硝酸氮的濃度是影響池塘浮游動物動態(tài)變化的主要因素。

不同研究發(fā)現(xiàn)水體理化因子對浮游生物影響效應(yīng)存在差異，可能與相應(yīng)水體具有不同本底條件有關(guān)。如某些理化因子對浮游生物的生長和繁殖具有重要作用，但在相應(yīng)水體和實(shí)驗期間較穩(wěn)定，研究中就難以揭示其重要性和相關(guān)性。就具體環(huán)境因子和浮游生物豐度的關(guān)聯(lián)性分析結(jié)果而言，對特定環(huán)境因子較敏感的物種，有望作為指示物種應(yīng)用于水質(zhì)調(diào)控等養(yǎng)殖管理過程。

3.3 結(jié)論與展望

本研究發(fā)現(xiàn)，長江中下游地區(qū)套養(yǎng)池塘主要養(yǎng)殖階段的浮游生物群落結(jié)構(gòu)存在明顯的時序性變化特征；養(yǎng)殖階段水體理化指標(biāo)變化較快、差異較大，浮游生物的優(yōu)勢種對各水體理化指標(biāo)的響應(yīng)程度不一。研究結(jié)果可為所在地區(qū)套養(yǎng)池塘的水質(zhì)監(jiān)測和調(diào)控及管理提供數(shù)據(jù)參考。本研究在池塘數(shù)量和養(yǎng)殖周期等方面還存在一定局限性，在后續(xù)的研究中建議增加池塘（或養(yǎng)殖模式）的數(shù)量，延長實(shí)驗周期，進(jìn)一步探討池塘養(yǎng)殖下浮游生物的變化規(guī)律及與理化因子的關(guān)系。