牧草类植物对南美白对虾养殖池塘底泥的修复效果
刘立早，张玉平，刘淑梅，等．牧草类植物对南美白对虾养殖池塘底泥的修复效果［Ｊ］．江苏农业科学，２０２０，４８（２４）：１７３－１７７．ｄｏｉ：１０．１５８８９／ｊ．ｉｓｓｎ．１００２－１３０２．２０２０．２４．０３４
牧草类植物对南美白对虾养殖池塘底泥的修复效果
刘立早，张玉平，刘淑梅，张玲玲
（上海市水产研究所／上海市水产技术推广站，上海２００４３３）
  摘要：通过室内盆栽试验，对比了一年生黑麦草、南方多年生黑麦草、北方多年生黑麦草、冬牧黑麦草和紫花苜蓿等５种牧草对南美白对虾池塘底泥中氮、磷、有机质和重金属的修复效果。结果表明，一年生黑麦草、南方多年生黑麦
草、北方多年生黑麦草长势最好，收获生物量分别为（２．６９±０．３２）、（２．９５±０．０４）、（２．８３±０．０７）ｋｇ／ｍ２
（鲜质量）。
南方多年生黑麦草对底泥中的凯氏氮、总磷和铬（Ｃｒ）均有一定修复效果，去除率分别为６．２％、６．３％和３１．４％。因此，综合植物的生长状况和对底泥的修复效果，南方多年生黑麦草适合用于养殖间歇期对虾养殖池塘底泥的修复工程中。
  关键词：对虾养殖；池塘底泥；养殖间歇期；植物修复；牧草
  中图分类号：Ｘ５２  文献标志码：Ａ  文章编号：１００２－１３０２（２０２０）２４－０１７３－０５
收稿日期：２０２０－０３－１３
基金项目：国家自然科学基金青年基金（编号：５１７０９１７２）；上海市科技兴农推广项目［编号：沪农科推字（２０１７）第１－１２号］；上海市青年人才成长计划［编号：沪农青字（
２０１８）第３－７号］。作者简介：刘立早（１９８８—），男，浙江丽水人，硕士，工程师，主要从事水体生态修复研究。Ｅ－ｍａｉｌ：２３６２９１９２５＠ｑｑ．ｃｏｍ。
通信作者：张玲玲，博士，助理研究员，主要从事水体生态修复研究。Ｅ－ｍａｉｌ：１３８１８３５３５４１＠１６３．ｃｏｍ。
  南美白对虾（Ｐｅｎａｅｕｓｖａｎｎａｍｅｉ），学名凡纳滨对
虾，原产于南美太平洋沿岸水域［１］。自我国２０世纪
引进并突破规模化繁育以来，因其肉质鲜美、含肉率高以及生长速度快等特点备受我国养殖户的青
睐［２］
。随着南美白对虾养殖规模的不断扩大，其养
殖密度呈逐年增加的趋势，但也面临严重的病害困扰。南美白对虾养殖过程中容易发生大规模的病毒性病害，特别是桃拉病毒、白斑病毒等引起的疾病发病快，死亡率高，且相互传染，严重阻碍了南美
白对虾养殖产业的健康发展［３］
。有研究认为，对虾
养殖生态系统中，由于物质及能量循环不畅，导致
生态失衡，引发病害［４］
。养殖过程中，未被对虾利用
的饲料都沉降到池塘底部，日积月累，形成了厌氧、有机质浓度高、氮磷含量高及重金属积累的底泥环
境［５］。因此，如果能采取有效措施，调节构建良好的池塘底泥环境，将减少对虾发生疾病的概率［６］。
南美白对虾的养殖周期为每年的４—１０月，池塘的修养期长达半年，如果在这半年的养殖间歇期内，放干或者降低池塘水面，有利于空气复氧到达
池底底泥上方，充足的光照不仅可以杀灭池底细菌，还可以提高底泥微生物分解代谢有机质的速率
和效果［
７］
。在此基础上充分发挥池塘底泥的价值，将其资源化利用，成为一种新的方向。而牧草由于其适应性强、生长快速、生物量大等特点，不仅具有作为饲料的经济价值，还在生态恢复、水土保持等
方面发挥着重要作用［
８］
。南美白对虾养殖间歇期长，如果在池塘底泥中种植牧草，不仅可以增加鱼、鸡、鸭等的青饲料，产生一定的经济效应；还可以改善池塘底质环境，降低来年对虾发生病害的概率，牧草种植
带来一定的生态环境效益［９］
。
黑麦草是一种耐低温、生长快且动物接受度高的冷季型草种［１０］。已有
研究表明，黑麦草对重金属具有一定的耐受和吸收
能力［１１］
，且对生长环境要求极低，甚至能在污染严重、环境恶劣的尾矿区生存［１２］。目前市场上出售的
黑麦草种子品种多样，筛选出一种生长快、产量高且对底泥修复效果好的黑麦草品种具有重要意义。
本研究选择一年生黑麦草、南方多年生黑麦草、北方多年生黑麦草、冬牧黑麦草和紫花苜蓿等５种牧草植物，考察其对南美白对虾养殖池塘底泥中氮、磷、有机质和重金属的修复效果，为今后牧草植物应用于对虾养殖池塘底泥修复工程提供一定理论依据。１　材料与方法１．１　试验材料
供试底泥采自上海市青浦区南美白对虾养殖
—
３７１—
池塘，剔除其中动植物残渣、石子等杂质，使用搅拌器充分混匀，静置作为试验底泥；该底泥中各指标的背景浓度：凯
氏氮含量（０．１４６±０．００４６）％、总磷含量（８３９．３９±２３．８７）ｍｇ／ｋｇ、有机碳（ＴＯＣ）含量（１２．５±０．３７）ｇ／ｋｇ，铜、锌、铅、镉、铬、汞、砷的含量分别为２０．７５、８３．１４、１８．９５、０．１７、２４４．２２、０．０８、７ １０ｍｇ／ｋｇ。　
供试植物选用南方多年生黑麦草、北方多年生黑麦草、１年生黑麦草、冬牧黑麦草和紫花苜蓿种子。１．２　试验设计
试验在透明温室内进行，时间为２０１８年１２月２７日至２０１９年４月２４日。试验装置为１２个塑料盒（内尺寸３０ｃｍ×４０ｃｍ×１５ｃｍ），每个塑料盒中铺设等量湿泥，泥厚约７ｃｍ。共设置６组处理，每组处理设２个平行，种植南方多年生黑麦草、北方多年生黑麦草、一年生黑麦草、冬牧黑麦草、紫花苜蓿以及空白对照，每个种植盒分别均匀播撒种子１０ｇ（紫花苜蓿因其种子颗粒小种植５ｇ）。１．３　样品采集和处理
试验期间分别对南方多年生黑麦草、北方多年生黑麦草、
１年生黑麦草刈割３次，时间为３月１３日、４月８日和４月２３日；只在试验结束时（４月２３日）对冬牧黑麦草和紫花苜蓿刈割１次；试验结束后，采集每个塑料盒中的底泥样品，自然风干，研磨过１００目筛待测。１．４　分析方法
底泥中重金属含量的测定：精确称取０．１００ｇ底泥样品至微波消解罐中，加入５ｍＬ分析纯硝酸和优级纯双氧水，浸泡２ｈ后进行微波消解，消解程序：３０ｍｉｎ内升到２００℃，保持３０ｍｉｎ。然后用去离子水定容至５０ｍＬ，取１ｍＬ溶液稀释至５ｍＬ待测。
底泥中凯氏氮含量的测定：使用凯氏定氮法称取风干土样０．５０ｇ于２５０ｍＬ消化管中，加入２．０ｇ催化剂（ＣｕＳＯ４∶Ｋ２ＳＯ４＝１∶１０），然后加入８ｍＬ浓硫酸，摇匀。将消化管置于红外控温消煮炉上，先调节温度为１
８０℃，加热约３０ｍｉｎ，待管内反应缓和之后，升温至３８０℃继续加热３ｈ，使消煮液呈灰白带绿时，冷却至室温，消解液用全自动凯氏定氮仪（ｐｅｉｏｕ－ｓｋｄ１０００）检测氮的浓度。
底泥中的总磷含量用钼锑抗比法（ＮＹ／Ｔ８８—１９８８《土壤全磷测定法》）测定，有机碳含量使用岛津ＴＯＣ仪（ＴＯＣ－ＬＣＰＮ－ＳＳＭ５０００）测定。
２　结果与分析
２．１　不同牧草品种的生长情况比较
２０１９年１月２日，观察到冬牧黑麦草和紫花苜蓿均已发芽，其他几个品种并未发芽。１月７日，其他几个品种均已发芽。试验结束收割时，紫花苜蓿株高不到３ｃ
ｍ，冬牧黑麦草开始干枯（株高小于３０ｃｍ），且２组均有杂草生长。植物的生物量和株高是反映其在受污染环境中的抗性和生长能力的重要指标。２０１９年２月２１日和２０１９年３月１１日测量了黑麦草的株高，分别为一年生黑麦草（２２．５±０ ７１）ｃｍ和（２７±１．４１）ｃｍ，南方多年黑麦草（１９．５±０．７１）ｃｍ和（２５．５±２．１２）ｃｍ，北方多年黑麦草（２０．５±０．７１）ｃｍ和（２６．５±２．２１）ｃｍ，冬牧黑麦草（
１３．５±２．１２）ｃｍ和（１７．０±１．４１）ｃｍ。可以看出，一年生黑麦草、南方多年生黑麦草和北方多年生黑麦草长势要优于冬牧黑麦草（图１）
。
  在利用植物进行土壤修复时，除吸收能力之外，其生物量大小对修复效果也起着重要作用，而
且生物量也关系到收获后的资源化利用效益［１３］
。
由图２可知，
一年生黑麦草、南方多年生黑麦草、北方多年生黑麦草长势较好，最终收获生物总量分别为（
３２２．５９±３７．８３）、（３５３．５４±５．３０）、（３３９．３９±８．７２
）ｇ（鲜质量），单位面积收获量分别为（２．６９±０．３２）、（２．９５±０．０４）、（２．８３±０．０７）ｋｇ／ｍ２
（鲜质量），远高于冬牧黑麦草（０．３０±０．０８ｋｇ／ｍ２
）和紫花苜蓿（
０．１８±０．０４ｋｇ／ｍ２
）。研究表明，多年生黑麦草根系发达、建株速度快、分蘖能力强，能迅速覆盖地面。而本试验生物量最大的是南方多年生黑
麦草，结果与文献资料［１４］
基本一致，该品种是一种
进口黑麦草种子，而冬牧为国产一年生黑麦草品种。２．２　不同牧草对底泥中氮、磷和有机碳的影响
分别采集种植前后的底泥样品分析，种植前、
—４７１—
一年生黑麦草、南方多年生黑麦草、北方多年生黑麦草、冬牧黑麦草、紫花苜蓿和空白对照底泥中凯氏氮浓度分别为（０．１４６±０．００４６）％、（０．１３６±０ ００３３）％、（０．１３７±０．００５３）％、（０．１４３±０．００３５）％、（０．１４９±０．００８３）％、（０．１４２±０．００１３）％和（０．１４１±０．００２５）％。结果表明，５种牧草对底泥中凯氏氮消除存在一定差异，除冬牧黑麦草之外，其他几种植物对底泥中凯氏氮均有一定去除效果，其中一年生黑麦草和南方多年生黑麦草的去除效果最好，去除率分别为６．８％和６．２％（图３）
。
  对种植前后底泥中总磷含量（图４）进行分析，除一年生黑麦草种植组底泥中总磷含量升高之外，南方多年生黑麦草、北方多年生黑麦草、冬牧黑麦草、紫花苜蓿底泥中总磷含量分别由初始的（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。可以看出，这４种植物对底泥总磷有一定去除能力，去除率最高的是南方多年生黑麦
草，达到６．３％。Ｓｉｍｓ等研究发现，Ｐ的土壤亲和力比较高，较难在土壤中发生垂直迁移，植物吸收成
为Ｐ离开土壤的重要途径［１５］
。周小平等利用浮床
栽培黑麦草，发现黑麦草对Ｐ的去除以吸收作用为
主，植物累积的Ｐ占所去除Ｐ总量的８９．５％［１６］。
何亮珍等研究发现，种植黑麦草处理后的土壤总磷
含量相比对照组降低了８．６％［１７］
。
  对种植前后底泥有机碳含量（图５）进行分析，可以看出，５种牧草种植前后底泥中ＴＯＣ的含量变
化不大，其中南方多年生黑麦草和北方多年黑麦草种植后底泥ＴＯＣ含量略微升高，由种前的（１２．５±
—
５７１—
０．３７）ｇ／ｋｇ增加至（１３．０±０．６０）ｇ／ｋｇ和（１３．１±１．２０）ｇ／ｋｇ，但差异并不明显。南方多年黑麦草和北方多年黑麦草的生物量较高，可能是其发达根系分泌的小分子有机物增加了底泥中ＴＯＣ含
量［１８－１９］。已有研究表明，土壤系统中的ＴＯＣ能够
促进重金属的吸收和转化，减少重金属的负面效应，一般认为，有机质能形成矿质有机复合胶体对重金属有明显的“活化作用”，加强植物提取修复重
金属的能力［２０］
。
２．３　不同牧草对池塘底泥中重金属的影响
由表１可知，种植前底泥中铜、锌、铅、镉、铬、汞、砷等７种重金属的含量分别为铜（Ｃｕ）２０．７５ｍｇ／ｋｇ、锌（Ｚｎ）８３．１４ｋｇ／ｋｇ、铅（Ｐｂ）１８．９５ｍｇ／ｋｇ、镉（Ｃｄ）０．１７ｍｇ／ｋｇ、铬（Ｃｒ）２４４．２２ｍｇ／ｋｇ、汞（Ｈｇ）０．０８ｍｇ／ｋｇ、砷（Ａｓ）７．１０ｍｇ／ｋｇ，除Ｃｒ含量（标准值为≤９０ｍｇ／ｋｇ）之外，其他６种重金属的含量均未超过ＧＢ１５６１８—１９９５中Ⅰ类土壤规定的重金属标准值（Ｃｕ含量≤３５．００ｍｇ／ｋｇ，Ｚｎ含量≤１００ｍｇ／ｋｇ，Ｐｂ含
量≤３５．００ｍｇ／ｋｇ，Ｃｄ含量≤０．２０ｍｇ／ｋｇ，Ｈｇ含量≤０
．１５ｍｇ／ｋｇ，Ａｓ含量≤１５．００ｍｇ／ｋｇ），属于重金属轻度污染［２１］。
表１　２种多年生黑麦草对底泥重金属的影响
重金属
种类种植前含量
（ｍｇ／ｋｇ）种植后含量（
ｍｇ／ｋｇ）南方多年
生黑麦草北方多年生黑麦草Ｇ
Ｂ１５６１８—１９９５铜Ｃｕ２０．６８２０．２４２１．２１≤３５．００锌Ｚｎ８３．１６８２．５９８７．１８≤１００铅Ｐｂ１８．８５１８．０５１９．５２≤３５．００镉Ｃｄ０．１８０．１７０．１７≤０．２０铬Ｃｒ２６０．４７１７８．５６１６１．１０≤９０汞Ｈｇ０．０８０．０８０．０８≤０．１５砷Ａｓ
７．０１
６．８５
７．２７
≤１
５．００  由图６可知，５种植物种植后底泥中重金属总含量均有不同程度的下降，各植物组之间差异较大。一年生黑麦草、南方多年生黑麦草、北方多年
生黑麦草、冬牧黑麦草、紫花苜蓿对底泥中重金属总含量的去除率分别为８
．５９％、２１．５％、２４．１％、５ ８９％、１７．７％。几种植物对底泥中Ｃｒ的去除效果差异较大，其中南方多年生黑麦草和北方多年生黑麦草对底泥中Ｃｒ的去除效果最好（表１），去除率分别为３１．４５％和３８．１５％。田雨婷等的研究表明，黑麦幼苗根部Ｃｒ含量会随着土壤Ｃｒ浓度增加而增
大［２２］
，说明这２种多年生黑麦草可能对Ｃｒ具有超积累特性［２３］，适合应用于受Ｃｒ污染的池塘底泥修
复工程中。综上所述，南方多年生黑麦草和北方多年黑麦草对池塘底泥中重金属的去除效果较好，这与植物生物量结果一致，而生物量的大小是衡量植
物重金属修复潜力的一个重要指标［２４－２５］。
４　结论
南美白对虾养殖间歇期，种植于池塘底泥中的几种牧草生物量差异较大，一年生黑麦草、南方多年生黑麦草、北方多年生黑麦草长势最好，收获生
物量分别为２
．６９、２．９５、２．８３ｋｇ／ｍ２
（鲜质量）。从种植前后底泥中的各项参数来看，一年生黑麦草和南方多年生黑麦草对底泥中的凯氏氮去除效果最好，达到６．８％和６．２％；对总磷去除效果最好的是南方多年生黑麦草，去除率为６．３％；南方多年生黑麦草和北方多年生黑麦草对重金属Ｃｒ有较好的修复效果，去除率分别为３１．４５％和３８ １５％。因此，综合植物的生长状况和底泥的修复效果，南方多年生黑麦草适合用于养殖间歇期对虾养殖池
—６７１—
塘底泥的修复工程中。
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