水库大型围隔放养鲢鱼_鳙鱼控藻的研究

中国环境科学 2009,29(11)：1190~1195 China Environmental Science 水库大型围隔放养鲢鱼、鳙鱼控藻的研究王嵩,王启山*,张丽彬,王金鑫(南开大学环境科学与工程学院,天津 300071)摘要：为减轻水源地水华的发生,在天津于桥水库建立了10个300m2大型围隔,分别放养密度为0,10,30,60g/m3的鲢鱼、鳙鱼进行控藻试验.结果表明,无鱼围隔内的蓝藻比例上升并形成微囊藻水华,各有鱼围隔内蓝藻比例始终保持在低位水平.与此同时,鲢鱼、鳙鱼的滤食导致小型藻类的大量增长进而造成藻类总生物量及叶绿素a不同程度地升高.由此可知,鲢鱼、鳙鱼适用于控制蓝藻水华而非藻类总量.关键词：生物操纵；鲢鱼；鳙鱼；藻类控制中图分类号：X174 文献标识码：A 文章编号：1000-6923(2009)11-1190-06Large enclosures experimental study on algal control by silver carp and bighead. WANG Song, WANG Qi-shan*, ZHANG Li-bin, WANG Jin-xin (College of Environmental Science and Engineering, Nankai University, Tianjin 300071, China). China Environmental Science, 2009,29(11)：1190~1195Abstract：Ten large enclosures (300 m2 each) stocked with gradiant biomass (0, 10, 30, 60g/m3) of silver and bighead carps were set up on the bank of Yuqiao reservoir(China) to study the feasibility of algal control using the fish. In comparison with the increasing of blue-green algae’s proportion and the forming of microcystis bloom within the enclosures without fish, the proportion of blue-green algae maintained very low level during the experiment. However, the fish’s grazing led nanoplankton increasing greatly and then made the total algae biomass and chl-a rising in different extent. So silver and bighead carps were just suitable for controlling cyanobacteria bloom not total algae biomass. The application of the fish for algal control in water supply reservoir should be cautious.Key words：biomanipulation；silver carp；bighead；algal control控制水体富营养化所引发的藻类水华是困扰当今世界的难题.生物操纵概念的提出[1],改变了单纯关注营养盐的控藻思路,促使人们开始考虑通过食物网作用,利用鱼类捕食来控制水体生态系统中浮游生物群落,达到改善水质的目的.鲢鱼(Hypophthalmichthys molitrix)、鳙鱼(Aristichthys nobilis)由于其滤食性特点被认为是潜在的控藻生物,很早就受到关注和研究[2].然而,关于鲢鳙鱼控制藻类的作用一直存有争议.一些学者研究[3-7]认为,鲢鳙鱼能有效滤食蓝藻(如微囊藻),从而消除或减轻水华的发生.但也有研究[8-9]显示,引入鲢鱼、鳙鱼可能导致藻类小型化,而藻类密度和生物量不降甚至升高,透明度下降,还有可能产生“鱼致富营养化”效应[10].近年来,国内有关鲢鳙鱼控藻的研究和应用逐渐增多,但由于鱼类放养密度、水体营养状态、初始浮游生物群落结构、地理气候等试验条件的差异,往往研究结果并不一致.作为天津市重要水源地的于桥水库,近几年每到夏季总有不同程度的微囊藻水华形成,对水厂给水处理造成了很大压力.为此,本课题组于2006~2007年在于桥水库现场开展了生物操纵法控制藻类的研究,在水库周边建立了大型围隔进行单纯放养鲢鱼,鳙鱼,鲢鱼、鳙鱼+三角帆蚌以及改变营养条件等控藻试验,探讨应用鲢鱼、鳙鱼、三角帆蚌等生物控制水库藻类的可行性.本文为单纯放养鲢鳙鱼控藻的阶段性试验结果的报道.1材料与方法1.1材料试验用鱼苗购自于桥水库附近渔场,均为同批次的1龄鱼,鲢鱼平均尾重(252±6.2)g,平均体收稿日期：2009-03-11基金项目：天津市科技发展计划项目(05YFSYSF00600)* 责任作者, 教授, wangqsh@11期王嵩等：水库大型围隔放养鲢鱼、鳙鱼控藻的研究 1191长(23.4±0.4)cm;鳙鱼平均尾重(239.9±3.0)g,平均体长(23.8±0.6)cm.在天津市于桥水库北岸选取一废弃鱼池,经改造后作为试验场地(40°03.05′,117°27.92′).该池南北长100m,东西宽30m,深3m,泥底,边坡45°.采用木桩和PVC防水布将整池由南向北分隔为10个30m×10m的围隔,PVC防水布底端埋入泥底30cm压实,使各围隔间基本无水交换.池内沿中心线建有一条长100m、宽1m、高2.5m的廊道作为工作平台.廊道上铺设有布水管道和阀门,用于向各围隔注水.试验前通过水泵向围隔中注入水库水,2007年6月4日水深达到1.6m后停止注水.1.2试验设置按照鱼的投放密度设置了高鲢鱼(HS, 60g/m3)、中鲢鱼(MS,30g/m3)、低鲢鱼(LS, 10g/m3)、低鳙鱼(LB,10g/m3)和对照(NF,无鱼)共5个处理组,每处理组设2个重复,共10个围隔. 2007年6月11日按预设密度向各处理组围隔中投放鲢鱼、鳙鱼苗后试验开始(记为第0d),至2007年7月19日第1阶段试验结束.试验期间未向围隔中注水,无投放肥料和饵料.1.3测定方法鱼苗投放前对各围隔进行了1次取样,鱼苗投放后每7d左右取样1次.测定指标主要有水温、pH值、透明度、总磷、总氮、叶绿素a、浮游植物密度、浮游动物密度.其中水温和pH值测定使用SevenGo SG2型pH计(瑞士Mettler Toledo),透明度测定采用塞氏盘法.总磷、总氮和叶绿素a的测定参照《水和废水监测方法》[11]进行.浮游植物、浮游动物计数与生物量计算参照《湖泊生态系统观测方法》[12]和《湖泊富营养化调查规范》[13]进行,浮游植物种类鉴别参照《中国淡水藻类》[14],浮游动物种类鉴别参照《淡水浮游生物图谱》[15]和《淡水微型生物图谱》[16].浮游动物仅计数枝角类、桡足类、无节幼体和轮虫,未含原生动物.1.4统计分析采用单因素方差分析(ANOV A)法分析试验鱼的放养对各围隔水体pH值、总磷、总氮、叶绿素a、透明度、浮游植物、浮游动物的影响.应用LSR多重比较法(Duncan)比较各处理均值之间差异是否显著[17].鉴于各处理组重复数较低,故选择显著性水平α=0.10以减少犯第II类错误(即接受错误零假设)的可能[17].所有统计计算通过SPSS 13.0软件完成.2结果与分析2.1放鱼前后水体理化指标的变化试验期间水温在25.0~29.5℃之间波动,统计检验显示各处理间水温均值并无显著差异.放鱼后各处理组pH值以HS、MS、LS、LB、NF依次递增,HS、LS、NF相互之间pH值差异显著(表1).放鱼后各处理组间总磷、总氮和透明度均无显著性差异,总磷较放鱼前(均值0.025mg/L)明显上升,总氮和透明度则较放鱼前(0.84mg/L和1.08m)明显下降.表1放鱼后各处理组水质及生物指标均值Table 1 Mean data for water quality and plankton biomass after fish introduction处理组监测指标NF HS MS LS LB pH值8.97(c) 8.20(a) 8.36(ab) 8.52(b) 8.78(bc) 总磷 (mg/L) 0.047(a) 0.037(a) 0.040(a) 0.039(a) 0.044(a)总氮 (mg/L) 0.53(a) 0.50(a) 0.45(a) 0.62(a) 0.56(a)透明度 (m) 0.60(a) 0.69(a) 0.62(a) 0.68(a) 0.60(a)叶绿素a (μg/L) 3.91(a)7.12(ab)10.47(b)10.70(b)8.52(ab)浮游植物生物量(mg/L) 5.13(a) 10.47(ab) 15.53(b) 14.35(b) 11.37(b) 浮游动物生物量(mg/L) 0.94(b) 0.62(ab) 0.59(ab) 0.38(a) 0.78(ab) 注:数值后具有相同字母者表示均值间差异不显著(LSR多重比较法,α=0.10)1192 中 国 环 境 科 学 29卷2.2 放鱼前后浮游植物的变化放鱼后,有鱼处理组叶绿素 a 浓度均较放鱼前(均值4.90μg/L)有不同程度的上升,而NF 处理组则略有下降;LS 处理组叶绿素 a 平均浓度最高,NF 组浓度最低,随鲢鱼密度升高,叶绿素a 浓度有下降趋势.LSR 多重比较结果显示,NF 处理组与MS 、LS 处理组之间叶绿素a 浓度具有显著差异,HS 、LB 处理组与其他处理组之间差异则不显著(表1).由图1可见,实验初期各处理组之间藻类生物量差别不大.随着实验进行,HS 处理组藻类生物量不断升高直至试验结束;其他处理组藻类生物量则在前期缓缓下降,实验第21d 后,LS 处理组藻类生物量迅速升高并最终超过 MS 处理组成为最高,HS 、LB 处理组则缓慢回升到实验初期水平,而NF 处理组则维持在低于 5mg/L 水平.放鱼前后各处理组藻类生物量平均值变化情况与叶绿素a 情况相似(表1).7 14 2128 35 4210 20 30 4050 时间(d)生物量(m g /L )图1 浮游植物生物量随时间的变化 Fig.1 Mean value of phytoplankton biomass黑色箭头所指为放鱼前各处理均值,P 值为放鱼后各处理均值方差分析所得概率值各处理组浮游植物群落结构在放鱼后均发生了明显变化(表2).放鱼前,绿藻门为各处理组中的绝对优势门类,优势种主要是空星藻(Coelastrum sp .)和盘星藻(Pediastrum sp .).放鱼后,绿藻所占比例有所下降,硅藻比例明显上升,硅藻和绿藻共同成为优势门类.裸藻和隐藻比例则较放鱼前有所升高,而蓝藻比例仅在对照处理组中有所上升,甲藻比例在有鱼处理组中明显下降.放鱼后,各有鱼处理组的优势种变为硅藻门的最小曲壳藻(Achnanthes minutissima )和绿藻门的角星鼓藻(Staurastrum sp .);NF 处理组中绿藻优势种仍为放鱼前的空星藻和盘星藻,但比例有所下降,而蓝藻门的微囊藻(Microcystis sp .)和拟鱼腥藻(Anabaenopsis sp .)比例不断上升,至试验结束时,NF 处理组水面有明显的一层微囊藻颗粒,形成轻度蓝藻水华.表2 浮游植物质量百分比组成(%) Table 2 Composition of phytoplankton biomass(%)放鱼后浮游 植物 放鱼前HS MS LS LB NF 蓝藻 2.12.03.8 6.8 6.1 12.8 绿藻 66.2 34.1 38.8 37.4 39.8 39.9 硅藻 7.3 31.8 37.5 33.1 27.0 16.3 裸藻 2.8 12.6 11.5 12.8 19.3 12.0 隐藻 0.35.3 2.9 3.4 3.56.3 甲藻11.01.60.81.62.311.22.3 浮游动物图2为实验期间各处理组浮游动物生物量的变动情况.放鱼后,各处理组中浮游动物生物量均较放鱼前(均值4.47mg/L)显著降低,以LS 处理组生物量最低,NF 处理组最高;多重比较显示仅LS 处理与NF 处理之间具有显著差异(表1).71421 28 35420生物量(m g /L )时间(d)图2 浮游动物生物量随时间的变化Fig.2 Mean value of zooplankton biomass注同图1由表3可见,放鱼后HS 、MS 、LB 处理组中轮虫的比例较放鱼前进一步上升,而枝角类所占比例较放鱼前有明显下降;LS 处理组中轮虫、枝11期王嵩等：水库大型围隔放养鲢鱼、鳙鱼控藻的研究 1193角类比例与放鱼前变动不大;而NF组中枝角类、桡足类和无节幼体比例则明显上升,轮虫比例则下降了38.6%.放鱼后第7d,各处理组枝角类密度较放鱼前明显下降,但组间差别不大.随着试验进行,NF 组在第28d出现一密度峰值,随后又迅速下降;而各有鱼处理组则一直稳定在低位水平.放鱼前各围隔枝角类平均密度为30ind/L,以长额象鼻溞(Bosmina longirostris)、透明溞(Daphnia hyalina)和短尾秀体溞(Diaphanosoma brachyurum)为主(密度分别为 13,9,6ind/L).放鱼后,透明溞在各处理组中均未检出;长额象鼻溞平均密度均低于3ind/L;HS、MS组短尾秀体溞平均密度(分别为3,1 ind/L)低于放鱼前,LS、LB组则保持在6ind/L, NF组则显著上升,达到29ind/L.对放鱼后枝角类平均密度进行多重比较后显示,对照组与各有鱼处理组之间差异显著,而各有鱼处理组之间则无显著差异.表3浮游动物质量百分比组成(%)Table 3 Composition of zooplankton biomass(%)放鱼后浮游动物放鱼前HS MS LS LB NF 枝角类 14.86.43.316.07.634.3桡足类 4.03.21.78.07.620.3无节幼体 0.8 1.30.31.61.0 3.6轮虫 80.489.194.774.483.841.8各处理组桡足类、无节幼体的变化情况相似:NF组桡足类、无节幼体密度呈波动变小趋势,且始终高于各有鱼处理组;而各有鱼处理组桡足类、无节幼体密度在放鱼后均明显下降,在第21d 达到最低值后一直稳定在低位水平上.放鱼前,各围隔桡足类平均密度为59ind/L,以剑水蚤(Cyclopoidea)为优势种类,平均密度为57ind/L,而哲水蚤(Calanoid)密度仅为2ind/L.放鱼后,各处理组剑水蚤密度均明显下降,以MS组(2ind/L)最低,NF组(28ind/L)最高;哲水蚤密度在NF组明显上升,达到18ind/L,而各有鱼处理组均低于 2 ind/L的水平.对放鱼后各处理组桡足类、无节幼体平均密度进行多重比较后显示,对照组与各有鱼处理组之间差异显著,而各有鱼处理组之间无显著差异.放鱼前,各围隔轮虫平均密度为5379ind/L,以针簇多肢轮虫(Polyarthra trigla)、螺形龟甲轮虫(Keratella cochlearis)为优势种类.放鱼后,各处理组轮虫密度均明显下降,以NF组(966 ind/L)最低,LB 组(2505 ind/L)最高.多肢轮虫与暗小异尾轮虫(Trichocerca pusilla)成为有鱼处理组内轮虫优势种类.对放鱼后各处理组轮虫平均密度进行多重比较后显示,LB组显著高于其他4个处理组,而HS、MS、LS、NF组之间无显著差异.3讨论3.1鲢鱼、鳙鱼对浮游动物的影响本试验中,在放鱼后无论是有鱼围隔还是无鱼围隔的浮游动物生物量都较放鱼前有明显下降,但各自的原因应是不同的.无鱼围隔浮游动物生物量下降的主要原因可能是食物限制问题[8]:一方面由于浮游动物的牧食藻类生物量不断下降从而造成食物短缺,另一方面由于浮游动物的选择性摄食使得绿藻等可食种类逐渐减少,蓝藻和裸藻等不可食种类比例不断升高,进一步加剧了食物短缺.而有鱼围隔中浮游动物生物量下降的主要原因则是鲢鱼、鳙鱼的摄食压力,这与许多学者的研究结果[4-6,9]相一致.与NF组相比,鲢鱼、鳙鱼的引入显著改变了浮游动物群落结构(表3),轮虫成为浮游动物中绝对优势种类,而枝角类、桡足类所占比例很低.鲢鱼、鳙鱼的滤食使得体型大、逃避能力差的枝角类最易被捕食,其次是体型较小、运动较慢的无节幼体[18],而桡足类尽管逃避能力较强,但由于无节幼体不断减少造成桡足类种群补充困难,最终也降到很低的水平[9,19].而轮虫则由于体形小、繁殖速度快以及食物竞争者(如枝角类)减少等原因仍能保持一定的密度水平[20].Domaizon 等[9]提出了200kg/hm2(8g/m3)的鲢鱼密度阈值,认为鲢鱼密度低于这一阈值时对大型浮游动物的负效应最小.在本试验中3种鲢鱼密度均超过了8g/m3,造成围隔中浮游动物动物生物量处于很低水平,但相互之间并无明显差1194 中国环境科学 29卷异(表1),说明即使较低的鲢鱼密度都会对水体中浮游动物产生强烈抑制作用.本试验中鲢鱼和鳙鱼对浮游动物影响的差异主要表现在轮虫和桡足类.造成这种差异的原因可能是:鳙鱼的鳃耙间距为鲢鱼的2倍左右,其所滤取的食物规格也比鲢鱼大[21],因此对体型较小的轮虫滤食率不高;鳙鱼游速较鲢鱼慢,相对容易躲避.3.2鲢鱼、鳙鱼对藻类的影响蓝藻是淡水水体常见的水华种类,微囊藻最为普遍,也是于桥水库夏季水华的代表种类.本试验中,在各围隔理化指标无明显差异条件下,无鱼围隔内蓝藻比例由试验初期的2.1%不断上升,到试验后期达到12.8%,并出现了轻度微囊藻水华.而有鱼围隔内的蓝藻比例始终保持在较低水平(表 2),并随着投放鱼类密度的增加呈下降趋势,镜检也未检出微囊藻,显示出鲢鱼、鳙鱼对蓝藻尤其是微囊藻的生长具有良好的控制作用.这一点从其他研究人员的报道中也得到了印证[5-6,8].谢平等认为,由于不同水体在光照、水温、营养水平以及蓝藻种类组成和生理状况等方面存在差异,因此每个水体都需寻找一个合适的能有效控制蓝藻水华的鲢鱼、鳙鱼生物量的临界阈值[22].从本次实验结果来看,对于桥水库而言,实际应用只要10g/m3的鲢鱼、鳙鱼密度即可遏制蓝藻水华的发生,这远低于刘建康等提出的东湖控制蓝藻水华的46~50g/m3鲢鱼、鳙鱼密度阈值[7].本试验结果也显示投放鲢鱼、鳙鱼后藻类总生物量以及叶绿素a水平并未下降,反而有不同程度的上升.这主要是由于各有鱼围隔内小型藻类尤其是最小曲壳藻的大量增长所致.而造成这种情况的原因是由于鲢鱼、鳙鱼的鳃耙结构限制了它们不可能滤食所有尺寸的藻类,只有那些大于鳃耙间隙的藻类才能被有效滤食[21].因此,鲢鱼、鳙鱼的滤食往往使大型藻类数量下降,而小型藻类因不能被鲢鱼、鳙鱼有效滤食得以存活并占据大型藻类留下的生态空位,加上鲢鱼、鳙鱼的滤食造成枝角类等能抑制小型藻类生长的浮游动物数量剧减,最终导致小型藻类的大量增长,藻类总生物量及叶绿素a升高[18,23].从以上结果分析可见,鲢鱼、鳙鱼虽然可以控制蓝藻水华,但同时也可能造成藻类总量的增加.因此,对于桥水库这样的水源水库,在选择鲢鱼、鳙鱼进行控藻时应慎重,因为藻类总量增加会加重下游水厂的处理负担,增加的成本可能会远大于控制蓝藻水华获得的收益.而如何克服鲢鱼、鳙鱼控藻中小型藻类大量增长的不利影响应是今后需要加以研究解决的一项课题.可以从2个方面进行探索:一是选择与鲢鱼、鳙鱼食谱具有互补性的大型生物进行联合控藻,比如贝类,有研究显示一些贝类对20μm以下的小型藻类具有良好的滤食效率;二是削弱鲢鱼、鳙鱼对大型浮游动物的滤食,利用大型浮游动物尤其是枝角类对小型藻类的高摄食率来遏制小型藻类的增长以达到控制藻类总量目的,为此需要给浮游动物提供庇护场所或者限制鲢鱼、鳙鱼的活动范围,如Laws 等[23]在夏威夷养殖池塘中用围网将鲢鱼限制在池塘的半边,有效地控制了小型藻类的增长.4结论4.1投放10g/m3的鲢鱼、鳙鱼可降低于桥水库水中蓝藻比例,有效遏制蓝藻水华的发生.4.2鲢鱼、鳙鱼对大型藻类和大型浮游动物的滤食刺激了小型藻类的增长,可能造成藻类总量和叶绿素a的升高.4.3单纯放养鲢鱼、鳙鱼适合于主要目标为控制蓝藻水华而非藻类总量.参考文献：[1] Gophen M. 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The Progressive Fish Culturist, 1990,52(1):1-8.致谢：于桥水库管理处提供场地支持,在此表示感谢.作者简介：王嵩(1972-),男,重庆市人,南开大学环境科学与工程学院博士研究生,主要从事水污染控制研究.发表论文3篇.关于《中国环境科学》网上投稿的通知《中国环境科学》编辑部为提高稿件处理的网络化水平和采编工作的效率,及时让作者了解稿件的处理情况,自2008年3月1日起已开通网上投稿查稿系统,请登陆网址: 点击“作者在线投稿”进行注册后再按要求投稿,点击“作者在线查稿”进行查询.本刊不再接受纸件投稿和电子版稿件的E-mail投稿.特此通知.《中国环境科学》编辑部。