人工生物净化体系对循环水养殖系统水质的影响

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系统硬度、碱度两年的变化比较稳定2008年，TH的年均值较高，为19.13mmol/L，变化也较大（CV：47.46%），且净化系统的年均值稍大于养殖区域；2009年，年均值则降低至11.94mmol/L，全系统变化较为稳定（CV：7.11%）。2008年的Alk全年变化（CV：18.46%）比2009年（CV：10.03%）稍大，两年的年均值相差不大。人工净化系统对无机营养盐吸收明显2008年，净化体系PO4-P的吸收效果不明显（图2），其年均值的平均值5.98μmol/L高于养殖池5.44倍。2009年，人工净化体系对PO4-P的吸收作用明显，其年均值经生物净化水渠后的含量仅为养殖池塘的50.17%，净化体系年均值的平均值为9.55μmol/L，比养殖池低122%。系统2个监测年份的变化均较高：2008年，CV为70.45%；2009年，CV为97.43%。两年的净化体系对NH4-N均有净化吸收作用（图3）。养殖系统的最低值均位于净化体系的沉淀储水池，但2009年比2008年更明显：2008年净化体系的年均值为57.54μmol/L，比养殖池高1.35倍；2009年净化体系的年均值为39.81μmol/L，比养殖池低146%。2008年，净化区域的分解占主导地位；2009年，则呈现较强的吸收优势。2009年，净化系统对NO3-N、NO2-N有明显的吸收作用（图4、图5），尤其经过生物净化输水渠的总进水口（3#）后，分别是养殖池塘（1#）的2.51倍、5.64倍。而2008年净化系统的吸收很弱，净化系统的均值比养殖池分别高出4.37倍、2.55倍。2009年，人工生物净化体系中的植物呈现出强劲的吸收优势。图42008、2009年NO3-N年均值的变化图52008、2009年NO2-N年均值的变化2.3人工净化系统控藻效果显著从浮游植物总量看，2009年与2008年的变化呈反相变化特征（图6）。2009年的净化体系对其有明显的控制作用，尤其是生物净化输水渠。两年的极值均出现在净化体系和养殖池：2009年，极大值出现在养殖池（1#），极小值出现在总进水口（3#）；2008年，极大值出现在净化输水渠（2#～3#），极小值出现在养殖池（1#）。2008年净化系统年均值的平均值为226.399mg/L，比养殖池塘高12.77倍；而2009年为57.83mg/L，比养殖池塘低477%。2009年的人工生物净化体系控藻效果显著。图62008、2009年浮游植物总量年均值的变化2.4人工净化系统有效控制养殖水体富营养化2008年，只通过沉淀储水池的鲢、鳙鱼从养殖水体中提出营养物质；2009年，除鲢鳙鱼提出营养物质外，40m2水蕹菜提出N0.2088kg、P0.2673kg、K0.0225kg；褶纹冠蚌提出17.5kg贝重的营养物质（未计培植的芦苇，表2）。这些营养物质从养殖水体中提出，在一定程度上减轻了其富营养化程度。

2008年的TH变异系数较大，是由于该系统的养殖历史造成的。2005年，该系统的养殖品种为南美白对虾，养殖区池塘全部为覆膜结构，且为提高养殖品质而采取了维持水体一定盐度的技术措施。2007年，因养殖结构的调整，覆膜结构及维持盐度的技术措施取消，使Ca、Mg等离子有随循环由净化区向养殖区迁移的趋势。至2008年，总体表征仍为非养殖区域的TH高于养殖区域，也致使本年度TH的CV较大。至2009年，这种交换已使系统趋于均化，则整个体系达较稳定状态，CV减小。系统净化区域接纳养殖区域排出的养殖污水，无机、有机营养物于此处汇集，且有机营养物在此处分解。该区域各项指标的含量数值取决于营养物质的分解、吸收作用的强弱对比。当吸收作用占优势地位，该区域各项指标呈现比养殖区域低；否则，净化区域高于养殖区域。2008年，净化系统呈现出较强的分解作用，而吸收作用较弱，故而PO4-P、NH4-N、NO3-N、NO2-N这几项指标呈现出含量升高的特性。2009年设立系统后，吸收作用加强，沿净化系统几乎成逐级降低的趋势，尤其是PO4-P和NO3-N的含量降低十分明显。养殖用水经过生物净化水渠后，均呈现最低值，分别比排水口均值下降了1.94倍、2.14倍。由于净化系统中的无机营养盐被净化体系吸收以及受植物化感物质的控制[3]等原因，2009年的浮游植物总量年均值明显低于2008年。2008年系统无机营养盐的消耗主要是水体内的浮游生物，虽然此时净化区域的浮游植物总量较高，但并没有显示其使水体各种营养盐含量降低。2009年，由于水生植物的吸收作用，无机营养盐含量明显下降。水生植物中的N、P、K是从水体中吸收的。2009年，水蕹菜在其生长过程中吸收了大量的氮、磷等营养元素，当其从水环境被移出时，吸收的大量氮、磷等营养元素随之被带走，从而减轻了水体的富营养化程度，使水质得到净化。芦苇湿地、水生经济植物释放化感物质，吸收营养盐，抑制藻类生长，并能影响微生物的种群种类和数量及其分布，可促进物质循环，提高系统的净化能力，从而有效地改善水质及控制富营养化程度[4-5]。底栖软体动物、滤食性鱼类将浮游生物、腐屑等有机质滤食、同化，转化成自身物质。经济品种构建的产量，是从养殖水体中提取引起水体富营养化的营养物质。土著微生物，经网基质固化，增加了有益菌群的数量和生物作用面，且微生物代谢途径多样，可利用各种类型的营养物质，加大了水体中的物质循环速率及通量，并且其次生代谢产物对有害微生物亦有控制作用。2009年，人工生物净化体系的建立，使综合控藻效果明显。浮游植物量的高低影响着养殖水环境各因子的变化程度，即浮游植物的光合作用、分解作用整体变化较大，将导致水体中各项指标发生较大的变化，也必然影响养殖生物生存环境的稳定性。藻类量的减少，增加了水质的稳定性。2008年，各项水质指标的CV均高于2009年。2009年，系统Alk、PO4-P、NH4-N、NO3-N、NO2-N、浮游植物总量的CV比2008年分别降低了8.43、26.98、62.33、17.01、0.01、35.55个百分点。因地制宜地构建生物净化系统，利用水生植物的提出水体营养物质、化感物质控藻作用，滤食鱼类、贝类的滤食浮游生物、有机腐屑提取水体中营养物质作用，以及固化微生物分解、控制有害微生物、加快物质循环及通量作用，可形成一套净化、稳定养殖用水的技术，达到养殖用水循环利用，改善生态环境，尽可能获得最大的低碳、经济和生态效益，从而实现池塘养殖业的可持续发展。

本文作者：李建国赵冬艳孙成渤工作单位：天津农学院