牧草類植物對南美白對蝦養(yǎng)殖池塘底泥的修復效果

劉立早 張玉平 劉淑梅 張玲玲

摘要：通過室內(nèi)盆栽試驗，對比了一年生黑麥草、南方多年生黑麥草、北方多年生黑麥草、冬牧黑麥草和紫花苜蓿等5種牧草對南美白對蝦池塘底泥中氮、磷、有機質(zhì)和重金屬的修復效果。結(jié)果表明，一年生黑麥草、南方多年生黑麥草、北方多年生黑麥草長勢最好，收獲生物量分別為（2.69±0.32） 、（2.95±0.04）、（2.83±0.07） kg/m2（鮮質(zhì)量）。南方多年生黑麥草對底泥中的凱氏氮、總磷和鉻（Cr）均有一定修復效果，去除率分別為6.2%、6.3%和31.4%。因此，綜合植物的生長狀況和對底泥的修復效果，南方多年生黑麥草適合用于養(yǎng)殖間歇期對蝦養(yǎng)殖池塘底泥的修復工程中。

關(guān)鍵詞：對蝦養(yǎng)殖;池塘底泥;養(yǎng)殖間歇期;植物修復;牧草

中圖分類號： X52 ?文獻標志碼： A ?文章編號：1002-1302（2020）24-0173-05

南美白對蝦（Penaeus vannamei），學名凡納濱對蝦，原產(chǎn)于南美太平洋沿岸水域[1]。自我國20世紀引進并突破規(guī)?；庇詠恚蚱淙赓|(zhì)鮮美、含肉率高以及生長速度快等特點備受我國養(yǎng)殖戶的青睞[2]。隨著南美白對蝦養(yǎng)殖規(guī)模的不斷擴大，其養(yǎng)殖密度呈逐年增加的趨勢，但也面臨嚴重的病害困擾。南美白對蝦養(yǎng)殖過程中容易發(fā)生大規(guī)模的病毒性病害，特別是桃拉病毒、白斑病毒等引起的疾病發(fā)病快，死亡率高，且相互傳染，嚴重阻礙了南美白對蝦養(yǎng)殖產(chǎn)業(yè)的健康發(fā)展[3]。有研究認為，對蝦養(yǎng)殖生態(tài)系統(tǒng)中，由于物質(zhì)及能量循環(huán)不暢，導致生態(tài)失衡，引發(fā)病害[4]。養(yǎng)殖過程中，未被對蝦利用的飼料都沉降到池塘底部，日積月累，形成了厭氧、有機質(zhì)濃度高、氮磷含量高及重金屬積累的底泥環(huán)境[5]。因此，如果能采取有效措施，調(diào)節(jié)構(gòu)建良好的池塘底泥環(huán)境，將減少對蝦發(fā)生疾病的概率[6]。

南美白對蝦的養(yǎng)殖周期為每年的4—10月，池塘的修養(yǎng)期長達半年，如果在這半年的養(yǎng)殖間歇期內(nèi)，放干或者降低池塘水面，有利于空氣復氧到達池底底泥上方，充足的光照不僅可以殺滅池底細菌，還可以提高底泥微生物分解代謝有機質(zhì)的速率和效果[7]。在此基礎(chǔ)上充分發(fā)揮池塘底泥的價值，將其資源化利用，成為一種新的方向。而牧草由于其適應性強、生長快速、生物量大等特點，不僅具有作為飼料的經(jīng)濟價值，還在生態(tài)恢復、水土保持等方面發(fā)揮著重要作用[8]。南美白對蝦養(yǎng)殖間歇期長，如果在池塘底泥中種植牧草，不僅可以增加魚、雞、鴨等的青飼料，產(chǎn)生一定的經(jīng)濟效應;還可以改善池塘底質(zhì)環(huán)境，降低來年對蝦發(fā)生病害的概率，帶來一定的生態(tài)環(huán)境效益[9]。黑麥草是一種耐低溫、生長快且動物接受度高的冷季型草種[10]。已有研究表明，黑麥草對重金屬具有一定的耐受和吸收能力[11]，且對生長環(huán)境要求極低，甚至能在污染嚴重、環(huán)境惡劣的尾礦區(qū)生存[12]。目前市場上出售的黑麥草種子品種多樣，篩選出一種生長快、產(chǎn)量高且對底泥修復效果好的黑麥草品種具有重要意義。

本研究選擇一年生黑麥草、南方多年生黑麥草、北方多年生黑麥草、冬牧黑麥草和紫花苜蓿等5種牧草植物，考察其對南美白對蝦養(yǎng)殖池塘底泥中氮、磷、有機質(zhì)和重金屬的修復效果，為今后牧草植物應用于對蝦養(yǎng)殖池塘底泥修復工程提供一定理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

供試底泥采自上海市青浦區(qū)南美白對蝦養(yǎng)殖池塘，剔除其中動植物殘渣、石子等雜質(zhì)，使用攪拌器充分混勻，靜置作為試驗底泥;該底泥中各指標的背景濃度：凱氏氮含量（0.146±0.0046）%、總磷含量（839.39±23.87） mg/kg、有機碳（TOC）含量（12.5±0.37） g/kg，銅、鋅、鉛、鎘、鉻、汞、砷的含量分別為20.75、83.14、18.95、0.17、244.22、0.08、7.10 mg/kg。

供試植物選用南方多年生黑麥草、北方多年生黑麥草、1年生黑麥草、冬牧黑麥草和紫花苜蓿種子。

1.2 試驗設計

試驗在透明溫室內(nèi)進行，時間為2018年12月27日至2019年4月24日。試驗裝置為12個塑料盒（內(nèi)尺寸30 cm×40 cm×15 cm），每個塑料盒中鋪設等量濕泥，泥厚約7 cm。共設置6組處理，每組處理設2個平行，種植南方多年生黑麥草、北方多年生黑麥草、一年生黑麥草、冬牧黑麥草、紫花苜蓿以及空白對照，每個種植盒分別均勻播撒種子10 g（紫花苜蓿因其種子顆粒小種植5 g）。

1.3 樣品采集和處理

試驗期間分別對南方多年生黑麥草、北方多年生黑麥草、1年生黑麥草刈割3次，時間為3月13日、4月8日和4月23日;只在試驗結(jié)束時（4月23日）對冬牧黑麥草和紫花苜蓿刈割1次;試驗結(jié)束后，采集每個塑料盒中的底泥樣品，自然風干，研磨過100目篩待測。

1.4 分析方法

底泥中重金屬含量的測定：精確稱取0.100 g底泥樣品至微波消解罐中，加入5 mL分析純硝酸和優(yōu)級純雙氧水，浸泡2 h后進行微波消解，消解程序：30 min內(nèi)升到200 ℃，保持30 min。然后用去離子水定容至50 mL，取1 mL溶液稀釋至5 mL待測。

底泥中凱氏氮含量的測定：使用凱氏定氮法稱取風干土樣0.50 g于250 mL消化管中，加入2.0 g催化劑（CuSO4 ∶ K2SO4=1 ∶ 10），然后加入8 mL濃硫酸，搖勻。將消化管置于紅外控溫消煮爐上，先調(diào)節(jié)溫度為180 ℃，加熱約30 min，待管內(nèi)反應緩和之后，升溫至380 ℃繼續(xù)加熱3 h，使消煮液呈灰白帶綠色時，冷卻至室溫，消解液用全自動凱氏定氮儀（peiou-skd1000）檢測氮的濃度。

底泥中的總磷含量用鉬銻抗比色法（NY/T 88—1988《土壤全磷測定法》）測定，有機碳含量使用島津TOC儀（TOC-L CPN-SSM5000）測定。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同牧草品種的生長情況比較

2019年1月2日，觀察到冬牧黑麥草和紫花苜蓿均已發(fā)芽，其他幾個品種并未發(fā)芽。1月7日，其他幾個品種均已發(fā)芽。試驗結(jié)束收割時，紫花苜蓿株高不到3 cm，冬牧黑麥草開始干枯（株高小于30 cm），且2組均有雜草生長。植物的生物量和株高是反映其在受污染環(huán)境中的抗性和生長能力的重要指標。2019年2月21日和2019年3月11日測量了黑麥草的株高，分別為一年生黑麥草（22.5±0.71） cm和（27±1.41） cm，南方多年黑麥草（19.5±0.71） cm和（25.5±2.12） cm，北方多年黑麥草（20.5±0.71） cm和（26.5±2.21） cm，冬牧黑麥草（13.5±2.12） cm和（17.0±1.41） cm?？梢钥闯?，一年生黑麥草、南方多年生黑麥草和北方多年生黑麥草長勢要優(yōu)于冬牧黑麥草（圖1）。

在利用植物進行土壤修復時，除吸收能力之外，其生物量大小對修復效果也起著重要作用，而且生物量也關(guān)系到收獲后的資源化利用效益[13]。由圖2可知，一年生黑麥草、南方多年生黑麥草、北方多年生黑麥草長勢較好，最終收獲生物總量分別為（322.59±37.83）、（353.54±5.30）、（339.39±8.72） g（鮮質(zhì)量），單位面積收獲量分別為（2.69±0.32） 、（2.95±0.04）、（2.83±0.07） kg/m2（鮮質(zhì)量），遠高于冬牧黑麥草（0.30±0.08 kg/m2）和紫花苜蓿（0.18±0.04 kg/m2）。研究表明，多年生黑麥草根系發(fā)達、建株速度快、分蘗能力強，能迅速覆蓋地面。而本試驗生物量最大的是南方多年生黑麥草，結(jié)果與文獻資料[14]基本一致，該品種是一種進口黑麥草種子，而冬牧為國產(chǎn)一年生黑麥草品種。

2.2 不同牧草對底泥中氮、磷和有機碳的影響

分別采集種植前后的底泥樣品分析，種植前、一年生黑麥草、南方多年生黑麥草、北方多年生黑麥草、冬牧黑麥草、紫花苜蓿和空白對照底泥中凱氏氮濃度分別為（0.146±0.004 6）%、（0.136±0.003 3）%、（0.137±0.005 3）%、（0.143±0.003 5）%、（0.149±0.008 3）%、（0.142±0.001 3）%和（0.141±0.002 5）%。結(jié)果表明，5種牧草對底泥中凱氏氮消除存在一定差異，除冬牧黑麥草之外，其他幾種植物對底泥中凱氏氮均有一定去除效果，其中一年生黑麥草和南方多年生黑麥草的去除效果最好，去除率分別為6.8%和6.2%（圖3）。

對種植前后底泥中總磷含量（圖4）進行分析，除一年生黑麥草種植組底泥中總磷含量升高之外，南方多年生黑麥草、北方多年生黑麥草、冬牧黑麥草、紫花苜蓿底泥中總磷含量分別由初始的（839.39±23.87） mg/kg下降至（786.64±32.30）、（836.32±23.70）、（823.51±71.09）、（790.28±33.36） mg/kg?？梢钥闯觯@4種植物對底泥總磷有一定去除能力，去除率最高的是南方多年生黑麥草，達到6.3%。Sims等研究發(fā)現(xiàn)，P的土壤親和力比較高，較難在土壤中發(fā)生垂直遷移，植物吸收成為P離開土壤的重要途徑[15]。周小平等利用浮床栽培黑麥草，發(fā)現(xiàn)黑麥草對P的去除以吸收作用為主，植物累積的P占所去除P總量的89.5%[16]。何亮珍等研究發(fā)現(xiàn)，種植黑麥草處理后的土壤總磷含量相比對照組降低了8.6%[17]。

對種植前后底泥有機碳含量（圖5）進行分析，可以看出，5種牧草種植前后底泥中TOC的含量變化不大，其中南方多年生黑麥草和北方多年黑麥草種植后底泥TOC含量略微升高，由種前的（12.5±0.37） g/kg增加至（13.0±0.60） g/kg和（13.1±1.20） g/kg，但差異并不明顯。南方多年黑麥草和北方多年黑麥草的生物量較高，可能是其發(fā)達根系分泌的小分子有機物增加了底泥中TOC含量[18-19]。已有研究表明，土壤系統(tǒng)中的TOC能夠促進重金屬的吸收和轉(zhuǎn)化，減少重金屬的負面效應，一般認為，有機質(zhì)能形成礦質(zhì)有機復合膠體對重金屬有明顯的“活化作用”，加強植物提取修復重金屬的能力[20]。

2.3 不同牧草對池塘底泥中重金屬的影響

由表1可知，種植前底泥中銅、鋅、鉛、鎘、鉻、汞、砷等7種重金屬的含量分別為銅（Cu） 20.75 mg/kg、鋅（Zn）83.14 kg/kg、鉛（Pb）18.95 mg/kg、鎘（Cd）0.17 mg/kg、鉻（Cr）244.22 mg/kg、汞（Hg）0.08 mg/kg、砷（As）7.10 mg/kg，除Cr含量（標準值為≤90 mg/kg）之外，其他6種重金屬的含量均未超過GB 15618—1995中Ⅰ類土壤規(guī)定的重金屬標準值（Cu含量≤35.00 mg/kg，Zn含量≤100 mg/kg，Pb含量≤35.00 mg/kg，Cd含量≤0.20 mg/kg，Hg含量≤0.15 mg/kg，As含量≤15.00 mg/kg），屬于重金屬輕度污染[21]。

由圖6可知，5種植物種植后底泥中重金屬總含量均有不同程度的下降，各植物組之間差異較大。一年生黑麥草、南方多年生黑麥草、北方多年生黑麥草、冬牧黑麥草、紫花苜蓿對底泥中重金屬總含量的去除率分別為8.59%、21.5%、24.1%、5.89%、17.7%。幾種植物對底泥中Cr的去除效果差異較大，其中南方多年生黑麥草和北方多年生黑麥草對底泥中Cr的去除效果最好（表1），去除率分別為31.45%和38.15%。田雨婷等的研究表明，黑麥幼苗根部Cr含量會隨著土壤Cr濃度增加而增大[22]，說明這2種多年生黑麥草可能對Cr具有超積累特性[23]，適合應用于受Cr污染的池塘底泥修復工程中。綜上所述，南方多年生黑麥草和北方多年黑麥草對池塘底泥中重金屬的去除效果較好，這與植物生物量結(jié)果一致，而生物量的大小是衡量植物重金屬修復潛力的一個重要指標[24-25]。

4 結(jié)論

南美白對蝦養(yǎng)殖間歇期，種植于池塘底泥中的幾種牧草生物量差異較大，一年生黑麥草、南方多年生黑麥草、北方多年生黑麥草長勢最好，收獲生物量分別為2.69 、2.95 、2.83 kg/m2（鮮質(zhì)量）。

從種植前后底泥中的各項參數(shù)來看，一年生黑麥草和南方多年生黑麥草對底泥中的凱氏氮去除效果最好，達到6.8%和6.2%;對總磷去除效果最好的是南方多年生黑麥草，去除率為6.3%;南方多年生黑麥草和北方多年生黑麥草對重金屬Cr有較好的修復效果，去除率分別為31.45%和38.15%。因此，綜合植物的生長狀況和底泥的修復效果，南方多年生黑麥草適合用于養(yǎng)殖間歇期對蝦養(yǎng)殖池

塘底泥的修復工程中。

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