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罗非鱼养殖池塘的理化特征与微生物群落构建的响应

李志波  
【摘要】:罗非鱼(Oreochromis niloticus)产业在我国水产养殖结构中占有重要地位,而池塘养殖作为我国罗非鱼生产的主要方式为世界提供着丰富的水产品和动物蛋白来源,保持良好的池塘养殖环境对于罗非鱼的健康养殖、罗非鱼的品质安全及整个罗非鱼产业的快速发展意义重大。论文从罗非鱼养殖池塘水质层面出发,监测罗非鱼养殖过程中各类水质理化指标值并在此基础上分析和总结水质变化规律,再进一步以通径分析的方法探讨水体环境因子变化对叶绿素a的影响。然后重点研究罗非鱼养殖池塘中沉积物的生化特征,监测并总结沉积物的各类理化指标变化趋势、探究沉积物的面积产污系数、比较不同地区罗非鱼养殖池塘沉积物中磷含量和碱性磷酸酶活性并进行相关性分析、考察沉积物中重金属镉对孔雀石绿代谢的影响及通过高通量测序技术研究沉积物中微生物群落结构组成及其变化。文章在实验的基础上建立和完善了沉积物理化指标检测技术,初步探讨了罗非鱼养殖池塘的理化特征与微生物群落构建的响应。罗非鱼精养池塘水质变化规律的研究结果表明,罗非鱼池塘养殖周期水质指标TN含量最大值出现在第16周并达到8.291 mg·L-1,TP含量最大值出现在第14周并达到2.650 mg·L-1。Chl.a含量在第2-12周内增加较为平缓,在第12-18周间增长十分明显,最大值达到981.3 mg·m-3。NH4+-N含量在第2-12周间逐渐上升到1.819 mg·L-1,后期差异不显著,基本维持在1.3mg·L-1左右。NO2--N和NO3--N含量分别在养殖的初段和后段有显著性差异。NO3--N的含量在第2周和第4周的含量分别为0.2260 mg·L-1和0.1060mg·L-1,从第6周开始往后的含量都很低。N02--N含量在前12周都很低,至第14周开始表现出一定的含量。水质指标的时间尺度聚类分析和主成分分析都显示为3个子系统类型,可把罗非鱼精养过程划分养殖前、中、后期。判别分析显示养殖前期与N03--N指标正相关性较为显著,与Chl.a、NO2--N成负相关;养殖中期主要与TP成正相关,与TN、NH4+-N成负相关;养殖后期与TN正相关性较为明显。以通径分析的方法来研究水体环境因子变化对Chl.a的影响,能够剖分Chl.a受各环境因子的影响为直接和间接作用,解析出各因子对浮游植物生长效应的决定比例。罗非鱼养殖池塘水体因子变化对Chl.a的影响的相关性分析和多元回归分析显示TN和NO2--N对Chl.a影响不大,通径分析得出pH、TP、NH4+-N和NO3--N变化对Chl.a影响的直接通径系数分别为0.416、0.325、0.404和-0.223,间接通径系数和分别为-0.276、0.198、0.072和-0.163。环境因子变化对浮游植物生长和繁殖的直接和间接影响的绝对作用值分别约为65.9%和34.1%。决定系数显示TP和NH4+-N是对Chl.a影响最大的因子,其决定值分别达到了 0.235和0.221。拟合罗非鱼精养池塘叶绿素a与环境因子的多元回归方程为:Chl.a=-1021.197+137.322×pH+151.571×TP+157.374×NH4+-N-555.221 ×NO3--N。罗非鱼亲本培育池塘沉积物理化指标的周期变化研究结果表明,沉积物干重、TP、TN及TOC的产生量大体都呈先升后降趋势,其中7-9月为各营养物质的主要产生时段,其百分比例都接近总量的80%。NH4+-N的含量随时间逐渐升高,在8月上旬达到峰值,之后基本维持在峰值水平。各塘沉积物的NO2--N含量在养殖前期基本相等,中期较前期明显降低且各塘出现较大差异,后期升高。罗非鱼精养池塘沉积物产污系数的研究结果表明,南泉基地罗非鱼塘沉积物的干泥、有机碳、总氮、总磷和有效磷面积产污系数值范围分别为9.904-47.686 kg·m-2、6.420-10.255 kg·m-2、0.084-0.151 kg·m-2、0.025-0.053 kg·m2 和 0.070-0.422 g·m-2。屺亭基地罗非鱼精养池塘总沉积物的干泥、有机碳、总氮和总磷面积产污系数值的范围分别为 11.267-50.558 kg·m2、6.843-26.223 kg·m2、0.087-0.309 kg·m-2 和 0.016-0.086 kg·m-2。江苏和云南两地罗非鱼养殖池塘沉积物总磷和碱性磷酸酶的关系研究表明,江苏省两组样品的总磷含量、碱性磷酸酶活性为0.116%和0.176%、1329.2 mg·(kg·24 h)-1和1539.1 mg·(kg·24 h)-1;云南省样品的总磷含量、碱性磷酸酶活性为1.22%、2467.7 mg·(kg·24 h)-1。碱性磷酸酶活性和总磷含量数据相关性分析表明,碱性磷酸酶活性和总磷含量呈显著正相关,但不是呈简单的线性型关系。养殖池塘沉积物中重金属镉对孔雀石绿代谢的影响的研究结果表明,养殖池塘沉积物中重金属Cd对MG降解产生的影响很小,不会因Cd的存在而使MG的降解复杂化。同浓度下的MG单独污染与Cd和MG复合污染中MG的降解趋势几乎一致,MG的降解动力学方程也相似。在含0.0 mg·kg-1、0.5 mg·kg-1、5.0 mg·kg-1 Cd的复合污染下高浓度(2.5 mg kg-10MG 的半衰期分别为 3.432±0.059、3.362±0.041、3.456±0.088 d,低浓度(0.25 mg·kg-1)MG 的半衰期分别为 4.140±0.042、4.318±0.167、4.271 ±0.045 d。重金属Cd对LMG的存在量有一定影响。在高浓度MG组中,LMG的存在量在整个实验周期中都体现为 C0.5mg/kgCd(LMG)C5.0mg/kgCd(LMG)C0.0mg/kgCd(LMG)。罗非鱼养殖塘沉积物中微生物群落结构组成及其变化研究表明,变形菌门(Proteobacteria)、拟杆菌门(Bacteroidetes)、酸杆菌门(Acidobacteria)、放线菌门(Actinobacteria)、绿菌门(Chlorobi)、厚壁菌门(Firmicutes)、梭杆菌门(Fusobacteria)、螺旋体门(Spirochaetes)、疣微菌门(Verrucomicrobia)微生物在罗非鱼养殖池塘沉积物中的平均百分含量在1%以上。变形菌和拟杆菌为优势门类,平均有分含量达到53.5%和22.2%。鲸杆菌属(Cetobacterium)、Dechloromonas属及地杆菌属(Geobacter)微生物类群为罗非鱼养殖池塘沉积物中的优势属类,平均百分含量分别达到了 4.9%、11.3%、5.9%。整个养殖周期中,脱硫杆菌目(Desulfobacterales)微生物平均百分含量由养殖初期的约6%。逐渐降低至养殖末期的1.5%左右;梭杆菌门(Fusobacteria)梭杆菌纲(Fusobacteriia)微生物百分含量表现出先升后降的变化趋势,其峰值出现在8月下旬,平均百分含量约为9.4%;拟杆菌纲(Bacteroidia)SB-1科菌群在未生长有螺蛳(snail)的池中含量稳定,在生长有螺蛳的塘中随螺蛳数量的增加而增加;黄杆菌科(Flavobacteriaceae)菌群的含量从养殖中期开始逐渐降低。硝化螺旋菌纲(Nitrospira)菌群初始平均百分含量较高并逐渐下降,养殖末期维持在0.5%水平。


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