稻田—池塘复合循环水养殖系统调控效应及其作用机制研究

发布时间：2018-05-07 12:33

本文选题：池塘 + 稻田　；参考：《长江大学》2017年博士论文

【摘要】：该论文通过对稻田进行生态工程改造,将稻田既作为生产单元,又作为水和营养物质再利用的水质净化单元,构建形成了基于稻田异位修复的稻田-池塘复合循环水养殖系统。通过研究复合系统内池塘的水质指标、浮游细菌群落结构和代谢功能特征,解析稻田-池塘复合系统的调控机制,通过优化渔农复合模型提出了相应的系统运行优化策略,并对复合养殖模式的进行了综合评价,为该系统模式的推广和应用提供依据,并为我国传统池塘养殖升级改造提供新的标准化改造模式。主要研究结果与结论如下:1、系统构建和运行优化。参照涝渍地排水方法对稻田进行生态工程改造,将池塘养殖尾水经稻田异位净化后回用,构建形成了稻田-池塘复合养殖系统。稻田生态工程对精养池塘尾水的净化回用实验结果表明,2013年,进水流量为7 m~3.h~（-1）,单独表面流运行方式下,稻田出水中DO显著升高,NH_(4+)-N、NO_(2-)-N、TN、TP和COD_(Mn)的净化效率分别为37.04%、39.39%、31.01%、27.74%和22.28%。2014年和2015年,进水流量增加至12 m~3.h~（-1）,表面流+渗流联合运行式下,稻田生态工程出水中DO也显著升高,稻田生态工程对养殖尾水中NH_(4+)-N、NO_(2-)-N、TN、TP和COD_(Mn)等的去除效率分别达到30.8%和34.5%、20.0%和20.1%、18.7%和19.2%、23.4%和25.0%和35.5%和36.7%。总体而言,经稻田净化的出水中DO含量高于9 mg.L~(-1),NH_(4+)-N和NO_(2-)-N含量分别低于0.8 mg.L-1和0.1 mg.L-1,可回用到养殖池塘进行循环利用。运行周期内,稻田截留的氮磷含量分别可达到6.24 kg~15.66 kg和2.16~2.5 kg。表面流+渗流大流量联合运行方式避免了单独表面流出水中水温升高和单独渗流出水中DO降低的问题。因此,可以采取稻田表面流+渗流联合运行方式进行系统运行优化。2、水质调控效应。2013年,复合系统实验塘水中pH值在7月显著低于对照组,NH_(4+)-N含量和TN含量在8月份显著低于对照塘,COD_(Mn)含量在7月份和8月份均显著低于对照塘。2014年,实验塘水中pH值在7月和8月份显著低于对照组,NH_(4+)-N含量在8月和9月份显著低于对照塘,NO_(2-)-N含量在8月份显著低于对照塘,TN含量在10月份显著低于对照塘。2015年,实验塘水中DO在8月和10月份显著高于对照塘,水温在8月份显著低于对照塘,Chla和TN含量在9月和10月显著低于对照塘,COD_(Mn)含量在9月显著低于对照塘。表明通过复合系统中实验池塘形成循环水养殖,使养殖中后期实验塘水中NH_(4+)-N和NO_(2-)-N含量等显著低于对照塘,且池塘DO得到提升。且大流量条件下表面流+渗流联合运行方式对养殖池塘水中NH_(4+)-N和NO_(2-)-N的控制效果更好。采用营养状态指数法(TSI)对池塘水质随养殖进程的富营养化状态进行了评价。结果表明,2013年对照塘和实验塘中营养状态指数升高的幅度分别为5.21%和11.92%,2014年升高幅度分别为4.98%和10.61%,2015升高幅度分别为18.38%和25.12%。表明实验塘中综合营养状态指数升高的幅度低于对照塘。因此,稻田-池塘复合养殖模式通过稻田对多余营养物质的循环利用降低了池塘水中营养物质的含量,有效控制了池塘富营养化。3、对池塘浮游细菌群落结构的调控效应。采用illuminamiseq第二代测序技术比较分析了稻田生态工程进出水中浮游细菌群落结构和多样性差异。在门水平上和属水平上,稻田生态工程进出水中优势浮游细菌均相同,但相对丰度均产生变化。优势门类均是蓝细菌门、变形菌门、放线菌门、浮霉菌门和拟杆菌门。其中,蓝细菌门的相对丰度在表面流出水和渗流出水中显著降低,而变形菌门的相对丰度在渗流出水和表面流出水中显著升高。属水平上优势浮游细菌均是聚球藻属,Subsection I_Family I_unclassified,Cyanobacteria_norank,CL500-3,hgcI_clade等属。表面流出水中物种丰富度(Chao和Sobs)指数显著提高,渗流出水中Shannon多样性指数显著提高,且Simpon多样性指数显著降低。表明稻田进出水中浮游细菌群落组成和多样性产生差异。实验塘和对照塘间优势浮游细菌均相同,但相对丰度均产生变化。聚类分析和PLS-DA分析结果表明,对照塘和实验塘的浮游细菌群落结构产生一定差异。实验塘水中绿菌门(chlorobi)的相对丰度显著低于对照塘,TM6、Spirochaetae和Gracilibacteria的相对丰度显著高于对照塘。属水平上,实验塘优势属中hgcI_clade的相对丰度显著高于对照塘,norank_f__OPB56的相对丰度显著低于对照塘。另外有27种低丰度细菌属的相对丰度也与对照塘差异显著。实验塘的浮游细菌群落Sobs丰富度指数显著高于对照塘。表明通过复合系统调控,改变了池塘浮游细菌群落结构,并提高了其物种丰富度。池塘水质理化因子中PH、TN、TP、EC、NH_(4+)-N、Chla、T、COD_(mn)、SD和DO均与池塘浮游细菌群落结构相关。池塘养殖草鱼产量与6月份浮游细菌群落ace指数正相关,养殖总产量与8月份的浮游细菌sobs指数正相关。复合系统对池塘水中浮游细菌群落丰富度的提高也助于池塘获得更好养殖效果。4、对浮游细菌群落代谢功能多样性的调控效应。比较分析了稻田-池塘复合养殖系统对池塘浮游细菌代谢模式和功能多样性的影响。结果显示,两种不同运行方式下,稻田出水中浮游细菌群落碳源代谢AWCD值均显著高于进水。各运行方式出水中浮游细菌可利用碳源数s显著高于进水。d-葡萄胺酸、α-d-乳糖、α-环式糊精和苯乙基胺等碳源仅在稻田出水中得到利用。各运行方式出水中浮游细菌群落对4-羟基苯甲酸和吐温40的利用率显著提高。7-8月份,稻田进水的各多样性指数均显著低于各出水。表明,稻田出水中浮游细菌代谢活性和功能多样性显著提高,并改变了回用水中浮游细菌的碳源代谢模式。复合系统中实验塘浮游细菌的群落代谢活性AWCD值和Shannon指数在8月显著高于对照组,碳源利用数S在7月和8月显著高于对照塘。4-羟基苯甲酸、α-D-乳糖、D-苹果酸和D-葡萄胺酸等碳源仅在实验塘中被利用。实验塘中浮游细菌群落对α-丁酮酸的利用率在7月或8月显著高于对照塘,对D-半乳糖醛酸、D-纤维二糖、N-乙酰基-D-葡萄胺和D-半乳糖内酯等碳源的利用率显著低于对照塘。池塘浮游细菌群落碳源代谢多样性与养殖效果的相关性结果表明,高产量池塘中浮游细菌碳源代谢特征是以丙酮酸甲脂、4-羟基苯甲酸、葡萄糖-1-磷酸盐等碳源的高利用率和D-甘露醇、α-丁酮酸、D,L-α-甘油等碳源的低利用率为特征。池塘草鱼养殖产量与浮游细菌McIntosh指数呈正相关。复合养殖系统池塘水中浮游细菌对4-羟基苯甲酸等碳源利用率的提高以及McIntosh指数的提高,可能有助于池塘获得更好养殖效果。5、稻田-池塘复合系统综合评价。初步优化了渔农复合养殖系统模型,模拟稻田与养殖池塘相互作用的生态过程,表征了系统内物质循环过程。实验塘养殖的异育银鲫肌肉硬度、粗蛋白含量、血糖含量显著高于对照塘,水分含量、血清总蛋白(TP)和胆固醇(TCHO)含量低于对照塘。表明稻田-池塘复合养殖模式下池塘养殖的异育银鲫的肌肉的营养、嫩度、风味等品质得到提高。生态足迹分析结果表明,就单位利润生态足迹量而言,传统池塘养殖模式单位利润生态足迹量为16.75 gha.万元~(-1),而复合池塘养殖模式为7.10 gha.万元~(-1),复合池塘养殖模式所耗费的单位利润生态足迹比传统养殖模式小,是一种可持续的池塘养殖模式。6、稻田-池塘复合系统的综合调控机制。稻田-池塘复合系统通过稻田对池塘尾水中氮磷的循环利用和复氧作用,降低了循环池塘水中NH_(4+)-N和NO_(2-)-N等胁迫因子含量和富营养化水平,并提升池塘DO。另外,复合系统中通过稻田对浮游细菌种类的直接筛选作用和通过调控池塘水质的间接作用,使复合系统内循环池塘浮游细菌群落结构和功能多样性提高。因此,复合系统通过调控水质和优化浮游细菌群落结构和功能,调控了池塘微生态环境。
[Abstract]:The results and conclusions are as follows : 1 . The results and conclusions are as follows : 1 . The results and conclusions are as follows : 1 . The water inlet flow is 7 m ~ 3 . h ~ ( -1 ) . The results and conclusions are as follows : 1 . The water inlet flow is 7.04 % , 39.39 % , 31.01 % , 27.74 % and 22.28 % respectively . In 2014 and 2015 , the DO content in the paddy field is increased to 12 m ~ 3 . h ~ ( -1 ) . In the paddy field ecological engineering , the DO content in the paddy field is higher than 9 mg 路 L ~ ( -1 ) , NH _ ( 4 + ) - N and NO _ ( 2 - ) - N are respectively lower than 0.8 mg 路 L ~ ( -1 ) and 0.1 mg 路 L - 1 , which can be recycled to the cultivation pond for recycling . The results showed that the concentration of NH _ ( 4 + ) - N and NO _ ( 2 - ) - N in pond water was significantly lower than that of the control pond in August and August . The contents of NH _ ( 4 + ) - N and NO _ ( 2 - ) - N were significantly lower in the experiment pond than in the control pond in August and August . The results showed that the metabolic activity and function diversity of phytoplankton in ponds were significantly higher than that of control pond . The ecological footprint of the unit profits consumed by the compound pond culture model is smaller than that of the traditional culture mode , and is a sustainable pond cultivation mode .

【学位授予单位】：长江大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：S964.2

【相似文献】