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热带海洋学报 >

2025 , Vol. 44 >Issue 2: 147 - 156

DOI: https://doi.org/10.11978/2024086

海洋生物学

循环水养殖系统下藻鱼互作效应及对水质调控的研究

  • 郭优优 , 1 ,
  • 谢恩义 1 ,
  • 辛榕 1 ,
  • 林坤 1 ,
  • 廖佳炜 1 ,
  • 陈春丽 1 ,
  • 王慧慧 1 ,
  • 杨文成 1 ,
  • 崔建军 , 1 ,
  • 莫峰 2 ,
  • 温其交 2
展开
  • 1.广东海洋大学水产学院, 广东 湛江 524088
  • 2.廉江市养虾集团有限公司, 广东 湛江 524499
崔建军。email:

郭优优(1994—), 女, 硕士研究生, 研究方向为藻类资源开发与养殖环境生态修复。email:

Copy editor: 殷波 , YIN Bo

收稿日期: 2024-04-15

  修回日期: 2024-06-10

  网络出版日期: 2024-06-25

基金资助

国家重点研发计划项目(2022YFD2401303)

技术服务项目(B23315)

收起

Algae-fish interactions and wastewater quality control in recirculating aquaculture systems

  • GUO Youyou , 1 ,
  • XIE Enyi 1 ,
  • XIN Rong 1 ,
  • LIN Kun 1 ,
  • LIAO Jiawei 1 ,
  • CHEN Chunli 1 ,
  • WANG Huihui 1 ,
  • YANG Wencheng 1 ,
  • CUI Jianjun , 1 ,
  • MO Feng 2 ,
  • WEN Qijiao 2
Expand
  • 1. Fisheries College of Guangdong Ocean University, Zhanjiang 524088, China
  • 2. Lianjiang Shrimp Farming Group Limited, Zhanjiang 524499, China
CUI Jianjun. email:

Copy editor: YIN Bo

Received date: 2024-04-15

  Revised date: 2024-06-10

  Online published: 2024-06-25

Supported by

National Key Research and Development Program of China(2022YFD2401303)

Technical Service(B23315)

Fold

摘要

为探讨循环水养殖系统下藻鱼相互作用及混养藻类对水质的净化作用, 文章选取一种耐高温藻类——江蓠(Gracilaria spp.)与珍珠龙胆石斑鱼(Epinephelus fuscoguttatus♀ × E. lanceolatus♂)混养在循环水养殖系统中, 研究添加江蓠后, 循环系统中的水质变化及藻鱼的生长情况。结果显示: 循环水系统添加江蓠起到了明显的水质净化效果并促进了石斑鱼的生长。添加江蓠的试验组养殖桶中水体氨氮、亚硝酸氮和活性磷酸盐浓度比对照组分别降低了5.05%、98.81%和69.26%。相对于对照组, 试验组石斑鱼的增重率、存活率分别为67.37%、96.43%, 是对照组的2.10倍、1.69倍 。在养殖期间, 试验组江蓠特定生长率均达3%·d-1以上, 增重量达1.5倍以上。同时, 通过格兰杰因果检验, 循环水养殖模式既能促进藻鱼互利共生, 又可有效净化水质。

关键词： 江蓠; 珍珠龙胆石斑鱼; 循环水养殖系统; 互作效应; 水质调控

本文引用格式

郭优优 , 谢恩义 , 辛榕 , 林坤 , 廖佳炜 , 陈春丽 , 王慧慧 , 杨文成 , 崔建军 , 莫峰 , 温其交 . 循环水养殖系统下藻鱼互作效应及对水质调控的研究[J]. 热带海洋学报, 2025 , 44(2) : 147 -156 . DOI: 10.11978/2024086

Abstract

This study investigated the impacts of algae-fish interactions on wastewater purification in a recirculating aquaculture system, with and without the high-temperature resistant Gracilaria spp. as the experimental alga. The effects of Gracilaria spp. on the quality of the system wastewater and the growth performance of the hybrid pearl gentian groupers (Epinephelus fuscoguttatus♀ × E. lanceolatus♂) were examined. The results showed that the presence of Gracilaria spp.. 1) improved wastewater quality and reduced the concentrations of ammonia nitrogen, nitrite, and phosphate in the wastewater in the grouper culture bucket by 5.05%, 98.81%, and 69.26%, respectively, compared with the control group without Gracilaria spp., and 2) promoted the growth performance of the groupers, with their weight gain rate and survival rate in the experimental group increasing by 2.10- and 1.69-fold (to 67.37% and 96.43%), respectively, compared with the control group. In addition, the Gracilaria spp. grew rapidly in the experimental treatment. Their specific growth rate was more than 3%·d-1 and their wet weight was more than 1.5 times as much during the culture experiments. We also conducted a Granger causality test. Our results confirmed that the addition of Gracilaria spp. to a recirculating aquaculture system should reduce the ammonia nitrogen concentration and increase the biomass and survival rate of the groupers. The study showed that a recirculating aquaculture system not only enhanced the mutualistic relationship between algae and fish but also efficiently improved water quality, potentially leading to further development and application of multi-level integrated aquaculture models.

Key words： Gracilaria spp.; pearl gentian grouper; recirculating aquaculture system; interdependence effect; wastewater quality control

循环水养殖作为一种陆基养殖模式, 具有养殖密度高、可控性强、环境友好的优点, 广泛应用于鱼、虾、蟹等水产经济动物的规模化养殖(徐皓 等, 2010; 孙晓飞 等, 2017; 吴雯艳 等, 2021; 翁祖兴, 2023)。然而, 养殖过程中易出现水体氮磷浓度高, 导致水体富营养化, 制约着循环水养殖的健康发展。目前处理养殖水体污染的方法主要有物理法、化学法和生物法。由于物理法和化学法存在成本高、耗费资源多、对养殖对象产生一定的毒性作用等弊端, 绿色健康的生物法越来越受人推崇(柯瑞林 等, 2023)。
添加生物滤器是生物处理养殖水体中常用的方法(Martins et al, 2010; Xiao et al, 2019) 。许多学者对大型海藻的营养盐吸收动力学进行研究, 发现大型海藻拥有良好的吸收水体营养盐的能力, 是一种高效、低成本的生物过滤器(杨宇峰 等, 2003; 李再亮 等, 2014; Kang et al, 2021; 廖秀睿 等, 2021; 李华 等, 2021)。近年来, 一些江蓠属海藻因具有高生物量、高生产力和吸收氮磷能力强等优点, 吸引着越来越多的学者进行江蓠属海藻去除养殖尾水氮磷的研究(温珊珊 等, 2008)。研究发现江蓠对虾、鱼等养殖水中无机氮、无机磷均具有较好去除作用(徐永健 等, 2007b; Troell et al, 2009; Mawi et al, 2020; 王成强 等, 2022)。Marinho-Soriano等(2009)通过在虾池污水中养殖龙须菜(Gracilariopsis lemaneiformis)来评估其生物修复能力, 发现龙须菜在 4h 内能去除 59.5%的 NH 4 +-N、49.6%的 NO 3 −-N 和12.3%的 PO 4 3 −-P。因此, 在循环水系统中引入江蓠属海藻吸收养殖水体中的氮磷, 既能改善养殖水体水质, 又能增加养殖经济效益, 具有较好的应用前景。但是目前在循环水养殖研究中较少有利用生物滤器改善水质的研究, 此外缺少对于可以度夏的江蓠品种的开发。
本实验室前期在野外藻类资源调查中发现一种可以度过炎热夏季而不消亡的江蓠(Gracilaria spp.)。经室外水泥池培养试验, 实现了该物种全年人工养殖。因此, 本文选取该种江蓠作为石斑鱼循环水养殖系统中生物处理材料, 探究藻鱼之间的相互作用及对循环水养殖系统中水质的调控效果。格兰杰因果关系分析, 是国际上研究各种产业现象与经济增长之间关系的一种重要工具(尚志刚 等, 2020)。为了进一步解析藻、水环境和鱼类生长之间的因果关系, 本文对水质理化指标、江蓠生长量、珍珠龙胆石斑鱼生长量及存活率进行了格兰杰因果检验。

1 材料与方法

1.1 试验材料

江蓠(Gracilaria spp.)于2023年3月采自广东省湛江市乌石镇(20°33′18″N, 109°50′49″E), 采用离水低温(4℃)运至广东海洋大学海洋生物研究基地, 用灭菌海水冲洗藻体附着的砂石及杂藻, 暂养于pH7.9、盐度28.0‰、水温28.0℃的室外养殖池。试验所用的珍珠龙胆石斑鱼(Epinephelus fuscoguttatus♀ × E. lanceolatus♂)(体重15~25g、体长10~11cm)购买自广东省湛江市东海岛新鸿运育苗场, 在上述相同培养条件下暂养于广东海洋大学海洋生物研究基地室外养殖桶。

1.2 试验设计

循环水养殖系统由一个玻璃钢圆形养殖桶(直径1.2m × 高1.0m)和2个PVC塑料方形水箱(长0.8m × 宽0.6m × 高0.6m)组成(图1)。养殖桶与养殖水箱用PVC塑料水管(孔径50mm)连接。
图1 循环养殖系统示意图

1. 沙质底质; 2. 出水口过滤网; 3. 水速调节阀; 4. 防溢口; 5. 水泵。YA/YB为石斑鱼养殖桶; A1/B1为与YA/YB出水口相连的养殖水箱; A2/B2为与A1/B2相连的养殖水箱

Fig. 1 Schematic diagram of aquaculture recirculation system

1. Sandy substrate; 2. Outlet filter screen; 3. Water speed regulating valve; 4. Anti overflow port; 5. Water pump. YA/YB are grouper breeding buckets; A1/B1 is the aquaculture water tank connected to the YA/YB outlet; A2/B2 is the aquaculture water tank connected to A1/B2

以添加江蓠的为试验组, 试验组中养殖桶标号记为YA, 与YA出水口相连的江蓠养殖水箱标号记为A1, 另一个江蓠养殖水箱记为A2。以未添加江蓠的养殖桶为对照组, 对照组养殖桶标号记为YB, 与YB出水口相连的养殖水箱标号记为B1, 另一个养殖水箱记为B2。在YA和A2、YB和B2的连接管处分别添加1个水泵(skub, 中国), 水循环流速为110L·h-1, 构成循环水养殖系统。每组设置3个平行组。
试验开始前清洗所有养殖桶和水箱, 然后用3%~ 5%质量分数的高锰酸钾浸泡10min, 再用自来水冲洗干净备用。养殖所需的海水先经过三氯异氰尿酸(510mg·L-1)消毒24h, 然后添加硫代硫酸钠(765mg·L-1), 曝气12h备用。试验开始时, 分别往试验组和对照组的YA、YB中加入260L的消毒海水、A1、A2、B1、B2中加入160L的消毒海水。然后从藻类暂养池中挑选藻体健康、生长状态基本一致的江蓠, 分别称量200g放入A1和A2中, 藻的投放密度为1g·L-1 (温珊珊, 2008)。同时, 从鱼类暂养桶中选取体表无损伤、生长活力旺盛、初始体重为(18.02 ± 0.22)g、初始体长在10~11cm的珍珠龙胆石斑鱼各30尾放入YA和YB中(王丽娜 等, 2017)。每组3个平行, 用气石充气, 室外培养。养殖周期为30d。
每天投喂3次, 分别在9:00、14:00、19:00进行投喂, 投喂1h后观察珍珠龙胆石斑鱼摄食情况, 根据当天摄食情况、天气等原因适当调整投喂。每天投喂量按体重的比例计算, 投饵量为总体重的2%~3%。试验期间每天8:30换水, 日补水量为总水量的1%以补充日蒸发量, 试验期间连续充气。养殖水温为17.9℃ ~ 27.5℃, 盐度为28.0‰ ~ 31.5‰, 光照强度为75 ~ 1284μmol·m-2s-1。
每隔5 d分别从YA、YB中随机捞取5尾珍珠龙胆石斑鱼称重并拍照, 用于计算珍珠龙胆石斑鱼的增重率和特定生长率; 每隔5d 称量试验组A1、A2中藻体的湿重, 用于计算江蓠的增重率和特定生长率; 每3d从各养殖桶和养殖箱中取50mL水样, 经0.45μmol·L-1微孔滤膜过滤后 -20℃保存, 用于测定养殖水体中氨氮、亚硝酸氮和活性磷酸盐。养殖水体中, 氮以 NH 4 +-N、 NO 2 −-N和 NO 3 −-N 3种形式存在, 对养殖生物的毒害性 NH 4 +-N > NO 2 −-N > NO 3 −-N (王峰 等, 2013)。渔业水质标准对养殖水体中 NO 3 −-N浓度未做出限定值, 通常认为在一定浓度范围内对水产动物无害。因此本试验仅测定养殖水体中的 NH 4 +-N和 NO 2 −-N浓度。氨氮、亚硝酸氮、活性磷酸盐使用全自动营养盐分析仪(Smartchem 200, AMA Alliance, 法国)测定。试验结束后, 记录鱼存活的数量, 用于计算珍珠龙胆石斑鱼的存活率。
珍珠龙胆石斑鱼和江蓠称重时, 首先将藻体铺展开, 沥掉鱼和藻体表面的水分后, 用纸巾擦拭至鱼和藻体表面无明显水分, 放入分析天平进行称量。以珍珠龙胆石斑鱼的增重率(weight gain rate, Rwg)(单位: %)、特定生长率(specific growth rate, Rsg)(单位:%·d-1)、存活率(survival rate, Rs)(单位: %)和江蓠的增重率(Rwg)、特定生长率(Rsg)反映珍珠龙胆石斑鱼、江蓠的生长状态, 计算公式如下。
R wg = 100 % × M t − M 0 / M 0
R sg = 100 % × ln M t − ln M 0 / t
R s = 100 % × N t / N 0
式中: M0和Mt分别为试验开始和第t天鱼的平均质量(单位: g)或江蓠质量(单位: g), t 为试验天数(单位: d), N0和Nt分别为试验开始和结束时鱼存活的数量。

1.3 检验方法

将 NH 4 +-N、 NO 2 −-N、 PO 4 3 −-P、pH统称为水环境指标, 将江蓠的生物量称为海藻指标, 将石斑鱼的存活率、生长率称为鱼类生长指标。对试验组和对照组的鱼类生长指标进行单因素方差分析(One-way ANOVA), 当试验组的鱼类生长指标的平均值大于对照组, 且p<0.05时, 认为添加海藻是鱼类生长指标增加的原因。对水环境指标和海藻指标、鱼类生长指标分别进行格兰杰因果检验, 当p<0.05时认为检验的2个指标间具有因果关系(孔凡文 等, 2010)。
格兰杰检验因果关系模型:
X t = C 1 + ∑ i = 1 n α i X t − i + ∑ i = 1 m β i Y t − i + μ 1 t
Y t = C 2 + ∑ i = 1 p λ i Y t − i + ∑ i = 1 q δ i X t − i + μ 2 t
式中: X t、 Y t为X、Y原始序列在t时刻的值; X t − i、 Y t − i为X、Y原始序列滞后i期的值; C1和C2为常数项; n、m、p、q分别为各项的最大滞后阶数; α i、 β i、 λ i、 δ i为回归系数; μ 1 t、 μ 2 t为误差项。格兰杰因果分析的零假设H0为: 变量X的滞后值不对变量Y的当前值产生显著影响, 即变量X和变量Y之间无因果关系。采用F检验, 在给定显著水平α = 0.05下, 如果计算的F值大于F分布的响应临界值, 即当p<0.05时, 拒绝原假设, 认为X是Y的原因。
采用 SPSS 27.0 软件进行单因素方差分析, 用 Duncan’s检验进行多重比较; 使用R 软件version 4.3.1中的lmtest包(Zeileis et al, 2002)进行格兰杰因果检验; 采用Microsoft Excel 2019进行图表制作。

2 结果

2.1 江蓠对循环水养殖水质的调控效果

江蓠对循环水养殖水中的氮和磷营养盐具有明显的净化效果(图2)。
图2 循环养殖水体中氨氮(a)、亚硝态氮(b)和磷酸盐(c)的质量浓度变化

Fig. 2 Concentration variation of nitrogen and phosphorus in recirculating aquaculture waters. (a) NH 4 +-N; (b) NO 2 −-N; (c) PO 4 3 −-P

试验组中的 NH 4 +-N浓度均有所降低(图2a)。其中YA、A1、A2中NH4+-N浓度由第0天的 2.716、2.722和2.721mg·L-1分别降低至第30天的2.484、2.485和2.615mg·L-1。养殖周期内试验组YA、A1、A2中的 NH 4 +-N的平均浓度为2.591、2.596和2.531mg·L-1, 对照组YB、B1、B2中的 NH 4 +-N平均浓度为2.660、2.605、2.648mg·L-1, 试验组低于对照组, 且组间差异显著 (p<0.05)。
试验组YA、A1、A2中 NO 2 −-N浓度变化趋势平缓, 第30天分别达到0.020、0.094和0.076mg·L-1。而对照组YB、B1、B2中 NO 2 −-N浓度前24d无明显变化, 在第24天快速上升, 第30天时分别达到1.679、1.107和0.961mg·L-1 (图2b)。
图2c显示, 在30d的试验周期中, 对照组YB、B1、B2中的 PO 4 3 −-P的浓度持续上升, 第30天达到最大值, 分别为1.815、1.535、1.639mg·L-1。试验组YA、A1、A2中的 PO 4 3 −-P在前12d浓度持续上升, 然后趋于平缓, 第30天时养殖水体中 PO 4 3 −-P浓度分别达到0.558、0.487、0.406mg·L-1 (图2c)。

2.2 珍珠龙胆石斑鱼的存活及生长情况

循环水养殖模式下, 添加江蓠对石斑鱼的存活率和生长率均有显著的提高(图3)。在养殖试验期间, YA和YB中的石斑鱼质量均在逐步升高, 均在第30天时达到最大, 分别为30.27g和23.17g。YA石斑鱼的增重率和生长率分别为67.37%和1.71%, 分别是YB的2.15倍和1.89倍。与石斑鱼生长状况相反, 在养殖试验期间, YA和YB中的石斑鱼存活率逐渐降低, 均在第30天达到最低, 分别为96.43%和57.14%。添加江蓠后, 可以使石斑鱼存活率提高39.29%。
图3 养殖试验期间珍珠龙胆石斑鱼质量(a)、增重率(b)和存活率(c)变化图

具有相同字母的柱状图表示两组数据属于同一个同质子集, 表明这些组之间没有显著差异。带有“*”的柱状图表示组间平均值具有显著差异(p<0.05)

Fig. 3 Variation of survival rate and growth performance in Pearl Gentian Grouper. (a) weight; (b) weight gain rate; (c) survival rate

A bar chart with the same letters indicates that two sets of data belong to the same proton set, indicating that there is no significant difference between these groups. A bar chart with an asterisk (*) indicates a significant difference in the mean values between groups (p<0.05)

2.3 江蓠的生长情况

循环水养殖模式下, 试验组中的江蓠快速生长(图4)。在养殖试验期间, A1与A2中江蓠增加的重量均在逐步升高, 特定生长率均高于3%·d-1。A1、A2中江蓠均在第30天质量均达到最大, 分别为579.47g和532.00g, 分别增重188.69%和161.41%。
图4 试验组江蓠的生长指标变化

a. 湿重; b. 特定生长率; c. 增重率。具有相同字母的柱状图表示两组数据属于同一个同质子集, 表明这些组之间没有显著差异。带有“*”的柱状图表示组间平均值具有显著差异(p<0.05)

Fig. 4 Variation of the growth indexes of Gracilaria spp.. (a) wet weight; (b) specific growth rate; (c) weight gain rate

A bar chart with the same letters indicates that two sets of data belong to the same proton set, indicating that there is no significant difference between these groups. A bar chart with an asterisk (*) indicates a significant difference in the mean values between groups (p<0.05)

2.4 格兰杰因果分析

数据分析后, 利用格兰杰因果分析验证了水环境指标、海藻指标和鱼类生长指标之间的因果关系, 结果显示, 添加江蓠是养殖水体中 NH 4 +-N浓度降低的原因, 同时提高了珍珠龙胆石斑鱼的生物量的与存活率(图5)。
图5 基于格兰杰因果检验的变量因果关系与显著性分析

a. 箭头的方向表示变量之间的因果关系, 箭头从原因变量指向结果变量; b. 格兰杰因果检验的显著性 p 值。当 p<0.05 时, 左侧变量被认为是底部变量的原因

Fig. 5 Granger causality test-based analysis of variable causal relationships and significance. (a) The direction of the arrows indicates causal relationships between variables, with arrows pointing from the causal variable to the resultant variable. (b) The heatmap shows the significance p-values of the Granger causality test. When p < 0.05, the variable on the left is considered the cause of the variable at the bottom

3 讨论

3.1 循环水养殖水体主要理化指标的变化

水环境包括温度、pH、盐度、溶解氧等作为水产动植物生存的必要条件, 影响着水生动植物的地理分布、生命活动、机体代谢及能量转化等方面(陈素文 等, 2014; 李豫 等, 2023)。适当的水温范围会促进水产动物生长, 新陈代谢及饵料转化, 超出合理范围这些就会受到抑制(Ye et al, 2011)。本试验水环境变化始终处于珍珠龙胆石斑鱼和江蓠的适宜范围内。
大型海藻作为初级生产者, 可通过光合作用消耗水体中的H+, 使水体呈弱碱性, 通过调节pH, 改善养殖水环境(岳维忠 等, 2004)。比如, 有报道研究了孔石莼(Ulva pertusa)和鲍鱼的循环水混养试验, 发现养殖期间水体的pH始终维持较高水平, 说明孔石莼与鲍鱼混养可以有效改善养殖水环境(杨凤 等, 2003)。而在海带对大黄鱼网箱养殖区水质的生物修复的研究中, 白天 pH 变化始终遵循生物修复网箱区高于非养殖海区和非生物修复网箱区的规律(林向阳 等, 2018)。在本试验藻鱼混养过程中, 添加江蓠的试验组pH高于未添加江蓠的对照组, 说明添加江蓠后改善了养殖水体的pH, 使石斑鱼处于有益的生长水环境, 从而起到促进石斑鱼生长及提高存活率的作用。

3.2 大型海藻在循环水养殖系统中的水质调控作用

江蓠可有效去除石斑鱼养殖水中的 NH 4 +-N。大型海藻在水质调控方面具有显著的效果和巨大的应用前景(刘义豪 等, 2020)。其中江蓠属海藻吸收营养盐能力强, 生长适宜范围广, 且在水动力条件下, 吸收营养盐的效果更好(葛长字, 2006)。徐永健等(2007a)在大型海藻江蓠对养殖池塘水质污染修复研究中, 发现菊花心江蓠与青石斑鱼的混养比青石斑鱼(Epinephelus awoara)单养分别可以降低养殖水体中36.8%和15.2%的氮和磷。汤坤贤等(2005)在网箱养殖区进行菊花心江蓠的混养研究中, 亦展现出修复区氮、磷浓度明显降低的结果。Sarkar等(2021)通过添加真江蓠与凡纳滨对虾组成综合养殖系统, 研究发现了真江蓠可以有效去除养殖水体中93.73%的氨氮、60.04%的亚硝酸盐和49.06%的活性磷酸盐。养殖鱼类的代谢产物和残饵是水体氨氮含量增加的主要途径, 在高密度养殖条件下投放大的大量投饵及代谢泄废物会导致氨在水中积累。分子态氨(NH3)对鱼类的毒性很强, 它能通过鳃和皮肤进入鱼的血液, 干扰正常的三羧酸循环, 改变鱼体渗透压, 降低对溶解氧的利用率(张文香 等, 2005)。本研究中, 添加江蓠后, 试验组中各养殖水体的 NH 4 +-N浓度均有降低; 相比于对照组YB、B1和B2, 试验结束时YA、A1和A2的 NH 4 +-N浓度分别降低了0.132、0.130、0.162mg·L-1。虽然添加江蓠的试验组 NH 4 +-N浓度均有降低, 但与对照组数值差别并不明显。可能是因为在有限体积内, 藻体密度与 NH 4 +-N去除效率呈正比例关系, 一般藻体密度越高 NH 4 +-N去除效率越高、时间越短(温珊珊 等, 2008)。在试验前期, 藻体密度低, 对 NH 4 +-N去除率低, 在试验中后期, 藻体密度变大。藻体密度过高, 藻体间相对拥挤, 所接受到的光照强度被遮挡而减弱, 会导致单位藻体质量吸收能力较低(吴超元 等, 1994)。中后期可以通过定期收割江蓠达到更好吸收氮磷, 且增加收益的效果。
江蓠可有效去除石斑鱼养殖水中的 NO 2 −-N。虽然 NO 2 −-N比 NH 4 +-N对鱼类的毒性较小, 但由于 NH 4 +-N能够在细菌作用下快速转化为 NO 2 −-N, 使得养殖水体 NO 2 −-N的问题最为突出。 NO 2 −-N主要是通过呼吸作用, 由鳃丝进入血液, 并与运输氧气的血红蛋白结合成高铁血红蛋白, 而高铁血红蛋白不能能够运输氧气, 从而导致养殖生物缺氧甚至窒息死亡(Jensen, 2003)。当养殖水体中的 NO 2 −-N浓度达到0.1mg·L-1, 就会对养殖生物产生毒害作用(王晓艳 等, 2021)。在本研究中, 试验组A1和A2中 NO 2 −-N浓度在30d养殖周期均在安全范围内, 而YA中除第24天外, 其他时间均在安全范围内, 可能由于天气原因造成光照强度不够, 江蓠光合作用受到限制, 影响对水体中 NO 2 −-N的吸收, 从而导致在24d时YA水体中 NO 2 −-N浓度达到0.1mg·L-1。而未添加江蓠的对照组 NO 2 −-N积累过快, YB、B1、B2分别在第21、24、24天超过安全限值。
本研究添加江蓠的试验组 PO 4 3 −-P浓度低于未添加江蓠的对照组。试验结束时, 相对于对照组, 试验组中 PO 4 3 −-P的浓度降低了1.257、1.048、1.233mg·L-1。赵崇宇等(2023)利用脆江蓠处理东风螺养殖尾水发现尾水中磷酸盐120h 去除率均可达 56%以上。郑辉(2018)在研究中发现细基江蓠(Gracilaria tenuistipitata) 72h 内对水产养殖废水中 PO 4 3 −-P 的最大去除率为 84.56%。藻类对磷的吸收速率与细胞内磷积累量成反比, 当藻类处于磷浓度高的环境时, 某些藻类能大量吸收环境中的磷, 将其储存在体内以维持低磷浓度时继续增殖(张胜花 等, 2013)。黄鹤忠等(2013)研究表明菊花心江蓠对 N、P的短期和长期吸收效率随N、P浓度的不断提高而逐渐降低, 且长期处于过高的 N、P浓度环境中, 藻体会受到胁迫甚至叶绿体等细胞器受到破坏。本研究中, 试验组YA、A1、A2水体中 PO 4 3 −-P浓度变化出现双峰, 可能是因为江蓠在前期吸收了足够的磷维持自身生长, 使水体中磷酸盐浓度显著降低; 而后期随着水体中磷酸盐浓度升高, 超出了江蓠的吸收能力, 破坏藻体结构, 造成江蓠对养殖水体中磷酸盐吸收能力减弱。

3.3 循环水养殖系统中藻鱼的相互作用

江蓠与珍珠龙胆石斑鱼具有生态上的互补性, 江蓠不仅能吸收珍珠龙胆石斑鱼释放到水体中的二氧化碳和氮、磷等营养盐, 同时还能释放出鱼类生存所需的氧气, 进而增加水体溶解氧含量, 并净化水质(郑辉 等, 2016)。李志凌等(2018)在珍珠龙胆石斑鱼与不同海水植物工厂化原位混养中得出混养组的石斑鱼增重率高于石斑鱼单养组, 其中菊花心江蓠与珍珠龙胆石斑鱼混养, 石斑鱼的特定生长率达0.77%·d-1, 菊花心江蓠特定生长率达1.08%·d-1。王晓艳等(2021)在以珍珠龙胆石斑鱼与江蓠混养为试验组中, 对照组珍珠龙胆石斑鱼存活率明显低于添加江蓠的试验组, 试验组在试验结束时存活率达88%。本研究在整个试验过程中, 相对于未添加江蓠的对照组, 添加江蓠试验组中珍珠龙胆石斑鱼的平均增重和存活率提高了2.14和1.69倍, 分别达12.18g 和96.43%。格兰杰因果关系检验也验证了添加江蓠是珍珠龙胆石斑鱼生长量增大, 存活率提高的主要原因。可能添加江蓠后不仅改变养殖水体氮磷及pH, 也可能对养殖水体菌群起到了一定的调节作用, 使养殖水体中有益菌群增加, 从而提高石斑鱼的生长性能。同时, 珍珠龙胆石斑鱼的活动也对江蓠的增长量起促进作用, 试验结束时江蓠的增长率 达160%以上, 石斑鱼生长代谢及残饵产生的氮磷为江蓠的生长提供充足的营养来源, 使江蓠生长迅速。本研究结果表明, 在循环水养殖系统中, 江蓠和珍珠龙胆石斑鱼呈现协同作用, 即添加江蓠可促进珍珠龙胆石斑鱼的快速生长, 提高石斑鱼存活率, 同时珍珠龙胆石斑鱼的活动可加快江蓠的生长。
在本试验过程中, 江蓠可在最高水温33.0℃的养殖水体中生长, 这与前人研究中发现江蓠属海藻可耐高温结果相符(钟志海 等, 2014; 黄永健 等, 2023)。而大部分大型海藻生长的适宜温度为15℃~25℃ (郜晓峰 等, 2022), 过高或过低的温度和光照强度均会抑制藻体生长。考虑到在实际的海水养殖和海洋生态修复中, 随着纬度和季节变化, 温度和光合作用的有效辐射存在波动, 同时海水深度变化也会对光合作用有效辐射产生影响。江蓠这种耐高温藻类较适宜在我国热带、亚热带地区开展栽培或用于海洋生态修复。

4 结论

在珍珠龙胆石斑鱼循环水养殖系统中添加江蓠, 不仅降低了养殖水体中的氮磷浓度、提高了珍珠龙胆石斑鱼的增重率(67.37%)和存活率(96.43%), 还实现了自我增长(增长率达160%以上)。因此在循环水养殖系统中, 江蓠和珍珠龙胆石斑鱼呈现协同作用。

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