草鱼(Ctenopharyngodon idellus)和大口黑鲈(Micropterus salmoides)池塘富营养物归趋研究及其垂直流人工湿地治理技术优化

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草鱼(Ctenopharyngodon idella)和大口黑鲈(Micropterus salmoides)是我国淡水养殖最具代表性品种,过去几十年中其产量快速增长。草鱼是我国传统的大宗淡水养殖鱼类,其产量已达到550多万吨,占淡水养殖产量的18%左右;大口黑鲈由于生长迅速、肉质鲜美,也已成为我国淡水养殖的主要肉食性鱼类品种,近年来更被誉为“第五大家鱼”,养殖总产量高达40万吨(中国渔业统计年鉴,2020)。目前,草鱼和大口黑鲈以投喂外源性饵料的池塘集约化养殖为主,其养殖过程产生大量残饵、粪便等,对养殖环境和周边水域造成不良影响。同时,由于草鱼和大口黑鲈食性和生理特性不同,其饲料营养成分也具有较大差异。本实验通过分别测定两种不同鱼类尾水特性及其最适基质比例和植物密度构建适合处理不同食性鱼类尾水的人工湿地;为了探究生态基对池塘富营养物的去除能力进行了生态基的原位水体修复实验。主要结论如下:(1)草鱼和大口黑鲈池塘富营养物归趋研究。当前,尾水处理已成为水产养殖业可持续发展的“卡脖子”问题,摸清不同养殖模式富营养物归趋则是处理养殖尾水的前提。本研究通过室内实验,分析了典型植食性鱼类—草鱼和典型肉食性鱼类—大口黑鲈养殖系统的碳(C)、氮(N)、磷(P)归趋,结果显示:草鱼可吸收利用投喂饲料中22.80%的C、50.90%的N和14.34%的P,大口黑鲈吸收利用17.85%的C、30.40%的N和4.87%的P,其余生源要素均排放到养殖环境中。结果表明,养殖草鱼的环境负荷低于大口黑鲈。实验结果可为两种鱼类尾水处理系统设计、优化提供参考。(2)草鱼和大口黑鲈尾水净化基质、植物筛选及配比优化研究。为进一步解决水产养殖尾水排放问题,选取沸石、陶粒、椰壳炭3种基质,鸢尾、金鱼藻、风车草3种植物,分别比较不同组合基质和植物对草鱼和大口黑鲈尾水氮磷的去除效果。实验结果表明,利用沸石、陶粒、椰壳炭组合可较好去除草鱼和大口黑鲈尾水中氮磷营养盐:对草鱼尾水中NO3--N、NO2--N、NH4+-N、TN、TP、PO43--P的去除率分别达到了78.86%、90.35%、81.23%、68.72%、85.93%、88.56%,对大口黑鲈尾水中NO3--N、NO2--N、NH4+-N、TN、TP、PO43--P的去除率分别达到了69.88%、34.98%、63.12%、41.77%、90.23%、85.13%;利用金鱼藻、鸢尾、风车草组合可较好去除草鱼和大口黑鲈尾水中氮磷营养盐:对草鱼尾水中NO3--N、NO2--N、NH4+-N、TN、TP、PO43--P的去除率分别达到了75.81%、89.12%、90.11%、66.75%、82.33%、70.97%,大口黑鲈尾水中NO3--N、NO2--N、NH4+-N、TN、TP、PO43--P的去除率分别达到了68.33%、34.59%、63.91%、42.15%、85.39%、89.18%。综合考虑经济成本,草鱼尾水净化基质的最佳配比为沸石:陶粒:椰壳炭=1:1:2,大口黑鲈尾水净化基质的最佳配比为沸石:陶粒:椰壳炭=2:1:1;草鱼尾水净化植物的最佳种植密度为金鱼藻5.2 kg/m2,鸢尾9.75kg/m2,风车草8 kg/m2,大口黑鲈尾水净化植物的最佳种植密度为金鱼藻5.2 kg/m2,鸢尾9.75kg/m2,风车草4kg/m2。(3)水力停留时间对草鱼和大口黑鲈尾水垂直流人工湿地治理效果的影响研究。实验结果表明,当水力停留时间为16 h时,人工湿地对草鱼养殖尾水氮磷营养盐的去除率最高,尾水中NO3--N、NO2--N、NH4+-N、TN、TP、PO43--P的去除率分别达到了49.38%、35.12%、28.33%、36.19%、25.67%、29.18%,当水力停留时间为24 h时,人工湿地对大口黑鲈养殖尾水氮磷营养盐的去除率最高,尾水中NO3--N、NO2--N、NH4+-N、TN、TP、PO43--P分别达到了31.56%、45.17%、43.91%、33.95%、37.65%、43.28%;在水力停留时间为32 h时,草鱼尾水中Cr、As、Cd、Hg、Pb、Cu、Zn的去除率分别达到了63.42%、40.14%、79.56%、62.33%、85.57%、72.36%、90.92%;当水力停留时间为16 h时,人工湿地对大口黑鲈养殖尾水中重金属的去除率最高,大口黑鲈尾水中Cr、As、Cd、Hg、Pb、Cu、Zn的去除率分别达到了53.46%、45.93%、66.73%、68.21%、82.36%、71.43%、77.86%。(4)生态基对大口黑鲈养殖池塘氮、磷累积的影响。为了研究生态基对大口黑鲈养殖池塘氮,磷累积的影响,对大口黑鲈进行了6个月的室外池塘养殖试验。养殖期间不同时间段内分别对养殖水体亚硝态氮(NO2--N)、硝态氮(NO3--N)、铵态氮(NH4+-N)、磷酸盐(PO43--P)、总氮(TN)、总磷(TP)、总有机碳(TOC)含量以及养殖池塘底泥的TN、TP、TOC含量进行了测定。结果显示:养殖水体氮相关指标中,生态基处理组TN、NO3--N、NH4+-N含量极显著低于对照组,N累积显著低于对照组;生态基处理组TP含量极显著低于对照组,水体P累积显著低于对照组。池塘底泥中碳、氮、磷相关指标中,生态基处理组池塘底泥TOC、TN、TP含量与对照组无显著差异。实验结果表明,挂设生态基对降低大口黑鲈养殖池塘水体氮、磷含量有显著效果。
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