論文：室內(nèi)觀賞魚池自凈化生態(tài)系統(tǒng)的構(gòu)建

         宋芝蔓　林逸濤　張翠桔　劉旭坤　汪安泰

作者簡(jiǎn)介 宋芝蔓（1995-），女，湖南衡山人，本科生，專業(yè)：動(dòng)物學(xué)。*通訊作者，高級(jí)實(shí)驗(yàn)師，從事水生無脊椎動(dòng)物學(xué)與分類學(xué)研究。

鳴 謝 2011級(jí)容粗徨等同學(xué)在魚池調(diào)控階段給予友好協(xié)助，特此致謝！

我國(guó)觀賞魚養(yǎng)殖有1 000余年歷史，養(yǎng)殖器具通常以魚缸、水族箱為主。水草、硝化細(xì)菌和清道夫魚（Hypostomus plecostomus）是觀賞魚飼養(yǎng)中常用的生物材料[1]。石英球培養(yǎng)的硝化細(xì)菌通過硝化作用將水體中的氨和亞硝酸加以分解去除[2]。清道夫魚以水池中的殘餌、碎屑以及魚的糞便為食，利用清道夫清理魚池藻類，可以節(jié)省大量人力和物力[3]。

魚的代謝產(chǎn)物是觀賞魚養(yǎng)殖水體的污染源，易引發(fā)微生物與藻類滋生，剛毛藻可快速降低水體氮磷含量[4]。研究表明，以細(xì)菌與藻類為食的原生動(dòng)物和輪蟲類是大口蟲目與單腸目渦蟲基本餌料[5-8]；水蚤和水溞類的食性同輪蟲類，這些浮游動(dòng)物是水螅和渦蟲的餌料[ 9-12]。水螅和渦蟲類動(dòng)物本身是觀賞魚的優(yōu)質(zhì)餌料[13-14]。有水螅與渦蟲存在的水體很難滋生蚊蠅幼蟲，優(yōu)質(zhì)的水體會(huì)滋生淡水針海綿（Spongilla lacustris）等[11，15]。

參考觀賞魚常用養(yǎng)殖方法，筆者利用室內(nèi)淺水魚池，依據(jù)生態(tài)學(xué)原理，首次在魚池中投入一批低等無脊椎動(dòng)物，建立以水生植物為主、以原始底棲動(dòng)物為輔助的水族自凈化生態(tài)系統(tǒng)。通過運(yùn)行調(diào)控，效果顯著，可供室內(nèi)魚池設(shè)計(jì)與管理提供重要數(shù)據(jù)。

1 材料與方法

1.1 魚池結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

利用大樓1樓大廳樓梯旁空間建造魚池。魚池由水泵過濾池、進(jìn)水池、生態(tài)凈化池和觀賞池組成。水泵過濾池面積1.11 m2（高69 cm，水深66 cm）。進(jìn)水池面積2.64 m2（高60 cm，水深45 cm）。生態(tài)凈化池面積4.55 m2（高60 cm，水深28 cm）。觀賞池面積9.63 m2（高60 cm，水深40 cm）。進(jìn)水池和生態(tài)凈化池水面高度差23 cm，生態(tài)凈化池與養(yǎng)魚池水面高度差為1 m。水循環(huán)過程為：水泵過濾池→進(jìn)水池→生態(tài)凈化池→觀賞池→水泵過濾池（圖1）。

1.2 材料與設(shè)備

綠金錢（Lysimachia nummularia）、寬葉血心蘭（Alternanthera reinechii），水綿（Spirogyra sp.）、狐尾草（Alopecurus pratensis）、水榕（Anubias nana）與鐵皇冠（Microsorium pteropus），高20～30 cm。硝化菌（Nitrifying bacteria）1瓶（200 ml），細(xì)菌硝化球（Peptococcus）。魚餌（鼎極紅牌魚飼料，上海潤(rùn)色水族用品有限公司）；錦鯉（Cryprinus carpiod）120條（體長(zhǎng)15～25 cm）；斗魚（Macropodus sp.）15條（體長(zhǎng)10～15 cm）；清道夫魚（Hypostomus plecostomus）100條（長(zhǎng)10～15 cm）；水底吸塵器、水泵、水族過濾棉、細(xì)菌硝化球20包（長(zhǎng)30 cm×寬25 cm）、40 L水族箱，均購(gòu)于深圳市南山區(qū)水族市場(chǎng)。魚池用水為自來水。

1.3 魚池布置、管理與監(jiān)測(cè)

水泵過濾池由細(xì)紗與水族綿包裹的高壓水泵、水閥和輸送水管構(gòu)成。進(jìn)水池中有進(jìn)水管出口、狐尾草10株、水榕5株、清道夫5條與10包細(xì)菌硝化球。細(xì)菌硝化球圍成堤壩狀使水流從中穿過進(jìn)入生態(tài)凈化池。生態(tài)凈化池內(nèi)投放以水榕與鐵皇冠為主的水生植物、斗魚4條、清道夫3條與10包細(xì)菌硝化球在其出水口內(nèi)堆成堤壩狀。觀賞池投放彩鯉119條。1周后投放清道夫100條。

每天早晨定量投喂餌料。投喂餌料量依季節(jié)調(diào)整，夏季投喂148 g/d，在冬季投喂111 g/d，春秋季節(jié)投喂129.5 g/d。每天觀測(cè)魚池運(yùn)行狀況，檢測(cè)水溫與pH，對(duì)游動(dòng)異常的魚進(jìn)行檢測(cè)與治療，同時(shí)對(duì)魚池進(jìn)行清理，魚池水體明顯渾濁時(shí)更換1/3～2/3水體。

1.4 水族生物材料凈化功能的試驗(yàn)篩選

取5個(gè)水族箱（長(zhǎng)38 cm×寬24 cm×高37 cm），水族箱2/3位置設(shè)置隔板（塑料網(wǎng)夾過濾棉）。注入24 L自來水，靜置3 d，分別在體積小的一側(cè)投放1種水生觀賞植物（每只水族箱的植物不同），另一側(cè)放養(yǎng)2尾錦鯉，分別編號(hào)為A、B、C、D、E組。另取1個(gè)水族箱放養(yǎng)2尾錦鯉，加入8.7 ml的硝化細(xì)菌液，編號(hào)為 F組；對(duì)照組僅投放2尾錦鯉，編號(hào)為G。所有水族箱水位高度30 cm，用小型充氣水泵連續(xù)充氣。室溫25.0 ℃（空調(diào)控溫）。每日定時(shí)投喂魚餌1.5 g，觀測(cè)pH及水體顏色，及時(shí)用高純水補(bǔ)充水箱被蒸發(fā)的水分（表1，圖5a1～g1）。

2 結(jié)果與分析

2.1 室內(nèi)觀賞魚池自凈化生態(tài)系統(tǒng)的調(diào)控與效果 投放彩鯉前1周，水池注水，使用水泵運(yùn)行水流貫穿整個(gè)水池。先投放錦鯉20條入觀賞池進(jìn)行試養(yǎng)，15 d后在觀賞池內(nèi)投放錦鯉99尾。3 d后水體渾濁，采取換水、刷池壁等措施后在室內(nèi)3個(gè)水池內(nèi)共植入水榕（Anubias nana）與鐵皇冠（Microsorium pteropus）各100株。

植入水生植物1周后，池壁出現(xiàn)密集褐色藻類，看不到馬賽克瓷磚；2周后，綠色的水生觀賞植物表面因滋生密集的褐藻而呈褐色。為了控制褐藻蔓延，水池內(nèi)投入體長(zhǎng)15～20 cm 的清道夫100條。3 d后，水池露出馬賽克瓷磚的原來色彩。7 d后，水生植物全部露出綠色。10 d后，觀賞魚池水面出現(xiàn)大量觀賞植物碎片。為了控制清道夫和彩鯉對(duì)水生植物的破壞，將魚和水草分開，將水草全部移入生態(tài)凈化池。捕取75條清道夫，移到室外池塘。觀賞池保留清道夫15條，進(jìn)水池保留5條，生態(tài)凈化池保留5條。10 d后在生態(tài)凈化池的水生植物間，投放了一批試驗(yàn)培養(yǎng)的多種水螅以及大口蟲目、單腸目、三腸目渦蟲，另外從野外水源地帶采集的輪蟲、水蚤、水溞、水生寡毛類、搖蚊幼蟲等一大批水生無脊椎動(dòng)物投入該魚池。此后，水池內(nèi)水體透明度保持時(shí)間顯著延長(zhǎng)。

魚反應(yīng)不正常時(shí)，撈回實(shí)驗(yàn)室檢查。如果發(fā)生細(xì)菌感染，將它放在2%的鹽水中泡10 min后再移入裝有普通水的水箱中單獨(dú)飼養(yǎng)一段時(shí)間，待痊愈后放回魚池。

魚池運(yùn)行半年，觀賞魚死亡8條（購(gòu)入時(shí)混入的病魚），水生態(tài)環(huán)境穩(wěn)定，魚池生態(tài)系統(tǒng)對(duì)魚類代謝產(chǎn)生的氮、磷廢物具有良好的自凈化功能。魚池水體pH穩(wěn)定，其入水池、生態(tài)凈化池與觀賞魚池的pH晝夜變化分別為7.57～7.83、7.60～7.87和7.68～7.94。在同等時(shí)間內(nèi)，室內(nèi)水族箱pH的晝夜變化為7.58～9.01（圖3）。盛夏室溫為33 ℃時(shí)，魚池水溫為（28±1）℃。彩鯉生長(zhǎng)迅速（最大體長(zhǎng)約為35 cm，重約500 g）。

魚池經(jīng)過12個(gè)月的檢測(cè)與調(diào)控，水體清澈，池壁干凈，彩鯉肥壯，進(jìn)水池與生態(tài)凈化池內(nèi)水生觀賞植物生長(zhǎng)茂盛（圖2a）。經(jīng)檢測(cè)發(fā)現(xiàn)，種類眾多的來源于干凈水源中的原生動(dòng)物、水螅、渦蟲、輪蟲、水溞、水蚤等無脊椎動(dòng)物生長(zhǎng)良好，未見孓孑滋生，確保室內(nèi)水環(huán)境衛(wèi)生的安全。特別值得關(guān)注的是，在生態(tài)凈化池的水生植物叢中出現(xiàn)了在華南地區(qū)野外很難發(fā)現(xiàn)的淡水針海綿（Spongilla sp.）（圖2b）。水池清潔與換水工作，由最初的1次/2 d，延長(zhǎng)至6～16周1次（夏季6～7周，春秋季節(jié)8～12周，冬季無需清理水池）。人工管理成本與水資源均節(jié)省90%以上。清理水池時(shí)直接更換1/2水體，就可保障觀賞魚池的健康運(yùn)行。

2.2 不同水族生物材料對(duì)魚類代謝廢物的凈化作用有明顯差異

①A組：綠金錢（Lysimachia nummularia）。15 d，水體滋生綠藻，水體呈綠色，略渾濁；40 d，水體呈黃綠色，渾濁度增加，綠金錢草出現(xiàn)枯萎，錦鯉生長(zhǎng)狀況正常。水體pH為6.01～8.50（圖4：a1-a3）。②B組：寬葉血心蘭（Alternanthera rosarfolia）。15 d，水體泛黃，滋生褐藻，寬葉血心蘭出現(xiàn)嚴(yán)重枯萎。40 d，寬葉血心蘭完全枯萎死亡，水體滋生綠藻，水質(zhì)破壞嚴(yán)重，渾濁度高，錦鯉生長(zhǎng)狀況正常。水體pH6.32～7.89（圖4b1-b3）。③C組：淡水水綿（Spirogyra sp.）。15 d，水體清澈透明，無藻類滋生，錦鯉因水綿所攜帶的致病原生動(dòng)物而患爛尾病死亡。對(duì)水綿進(jìn)行沖洗，重新投放錦鯉魚至水族箱，3 d后水綿枯萎死亡，水體渾濁度增加。水體pH為6.08～7.74（圖4c1-c3）。

④D組：水榕（Anubias nana）。15 d，水體總體保持良好，錦鯉因致病原生動(dòng)物寄生患爛尾病死亡；40 d，水體滋生大量綠藻，呈黃綠色，水體渾濁，水榕生存狀況良好。水體pH為6.92～7.73（圖4d1-d3）。⑤E組：鐵皇冠（Microsorium pteropus）。15 d，水體依然保持清澈透明，水體不變色，無異味；40 d，水體情況依然良好，鐵皇冠及錦鯉生長(zhǎng)狀況正常。水體pH為6.32～7.76（圖4e1～e3）。⑥F組：硝化細(xì)菌（Nitrifying bacteria）。15 d，水體十分渾濁，滋生大量綠藻，呈墨綠色。40 d后墨綠色加深，渾濁度增加，錦鯉生長(zhǎng)狀況正常。水體pH為7.38～8.06（圖4f1～f3）。⑦對(duì)照組：15 d，水體十分渾濁，滋生大量綠藻，呈墨綠色。35 d后，墨綠色加深，渾濁度增加，錦鯉生長(zhǎng)狀況正常。40 d后，投入適量水蚤、水溞等浮游動(dòng)物，水體由墨綠色逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)辄S色，綠藻密度降低。水體pH為7.47～8.34（圖4g1～g3）。

該研究發(fā)現(xiàn)綠金錢、寬葉血心蘭、水榕所在的水箱相繼滋生藻類，水體渾濁變色。其中，綠金錢凈化能力最差，其次為寬葉血心蘭和水榕，此三類植物對(duì)水體的凈化能力不理想，無法達(dá)到維持魚池良好運(yùn)行的效果。水綿對(duì)水體的凈化能力良好，但是易攜帶致病原生動(dòng)物，威脅觀賞魚生存（圖4a1～a3、b1～b3、c1～c3、d1～d3）。F組，15 d水體渾濁，呈深綠色，經(jīng)檢測(cè)發(fā)現(xiàn)是由于各種單細(xì)胞綠藻大量發(fā)生所致。對(duì)照組情況與F組相同。試驗(yàn)至40 d后，對(duì)照組水體內(nèi)投入適量水蚤、水溞，1周后水體由墨綠色轉(zhuǎn)變?yōu)辄S綠色，水體透明度明顯增加。該試驗(yàn)結(jié)果表明水蚤、水溞等浮游動(dòng)物能夠減少藻類滋生，降低藻類密度，可以有效降低魚池藻類密度（圖4g2-g3）。

3 討論與結(jié)論

3.1 常見水族生物材料對(duì)魚池環(huán)境的影響

在光照條件下水草吸收二氧化碳，釋放氧氣，增加水體含氧量 [1]，硝化細(xì)菌通過硝化作用將水體中的氨和亞硝酸加以分解去除[2]，利用清道夫清理魚池藻類、殘餌、碎屑以及魚的糞便[3]。因此，水草、硝化細(xì)菌和清道夫是觀賞魚飼養(yǎng)中常用的生物材料。該研究表明水生植物在魚池中維持水體環(huán)境具有重要作用，可以有效控制魚類代謝產(chǎn)物在水體中累積，維護(hù)魚的生存環(huán)境。硝化細(xì)菌的貢獻(xiàn)有助于植物對(duì)有機(jī)氮磷的吸收。硝化細(xì)菌和水草結(jié)合可實(shí)現(xiàn)水體的部分自我修復(fù)與凈化功能。該研究對(duì)6種常見水族生物材料對(duì)水體魚類代謝產(chǎn)物的凈化作用進(jìn)行檢測(cè)，發(fā)現(xiàn)鐵皇冠穩(wěn)定水體環(huán)境的效果顯著，能維持錦鯉正常生長(zhǎng)（圖4e1～e3）。因此，鐵皇冠姿態(tài)優(yōu)美，是室內(nèi)觀賞魚池自凈化生態(tài)環(huán)境建立中首選的水生觀賞植物之一。

該研究發(fā)現(xiàn)投放清道夫能明顯延長(zhǎng)魚池的人工清洗周期。沒有清道夫的工作，魚池需要2～3 d清洗1次。清道夫也有較為嚴(yán)重的負(fù)面影響，投放數(shù)量多時(shí)會(huì)導(dǎo)致食物短缺，清道夫體質(zhì)明顯下降，并破壞水生觀賞植物。該研究發(fā)現(xiàn)清道夫在晚上攻擊體質(zhì)較差的彩鯉。該研究在調(diào)節(jié)清道夫數(shù)量方面花了3周時(shí)間，取得了較好的調(diào)控效果。這表明在魚池中投放清道夫的數(shù)量需要嚴(yán)格控制。

3.2 室內(nèi)生態(tài)魚池的構(gòu)建問題

傳統(tǒng)的觀賞魚池布置，投放清道夫、水族觀賞植物、硝化細(xì)菌等。魚池出現(xiàn)異常時(shí)，常投放殺菌劑、除藻劑等。筆者認(rèn)為這種方法建立的水族環(huán)境不是真正意義上的具有水體生態(tài)修復(fù)功能的水生態(tài)環(huán)境，并且成本較高。

研究表明，水體有機(jī)物及魚排泄物是引發(fā)細(xì)菌繁殖和藻類滋生的基本條件，細(xì)菌與藻類為原生動(dòng)物、輪蟲等提供營(yíng)養(yǎng)條件，后者又是水螅、大口蟲目與單腸目渦蟲基本餌料[5 -13]，渦蟲本身是觀賞魚的優(yōu)質(zhì)餌料[14]。水體存在水螅與渦蟲，可以有效抑制蚊子、蠓等致病昆蟲的滋生[9-14]。室內(nèi)水族箱內(nèi)的剛毛藻，在12 d內(nèi)可降低水體氮磷含量50%以上[4]。

筆者首次基于上述對(duì)水螅、渦蟲等物種生物學(xué)特性的研究結(jié)果，在魚池生態(tài)系統(tǒng)建立中投放了從水源地帶采集的原生動(dòng)物、水螅、渦蟲、輪蟲、搖蚊幼蟲、水生寡毛類等水生無脊椎動(dòng)物，隨著水循環(huán)，觀賞魚的代謝產(chǎn)物由食物鏈回傳給觀賞魚。食物鏈上動(dòng)物的代謝產(chǎn)物被水族植物吸收。該研究結(jié)果表明水體內(nèi)建立水生無脊椎動(dòng)物食物鏈，促其形成穩(wěn)定的具有自我修復(fù)與凈化功能的水生態(tài)環(huán)境，是一種理想的觀賞魚生態(tài)學(xué)養(yǎng)殖技術(shù)。

淡水海綿與水環(huán)境之間關(guān)系密切。大量研究表明，淡水海綿對(duì)溫度、pH、含氧量、光照、重金屬含量等水環(huán)境條件的變化相當(dāng)敏感，被認(rèn)為是淡水環(huán)境變化的靈敏指示者[15]。隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，自然淡水環(huán)境日漸堪憂，淡水海綿在野外自然水域里已經(jīng)難覓蹤跡。該研究中進(jìn)水池與生態(tài)凈化池發(fā)生大量淡水海綿，證明該研究魚池水體達(dá)到理想的水質(zhì)條件，觀賞魚的生存環(huán)境極佳。水環(huán)境的治理不能局限于工程作業(yè)與濕地過濾凈化系統(tǒng)建設(shè)，更需要建立與恢復(fù)水體生物的多樣性，使水體具有自凈化功能的水生態(tài)環(huán)境，使水體中的生活有機(jī)物通過食物鏈傳遞至魚類后上岸，這才是長(zhǎng)期有效的水環(huán)境治理的理想目標(biāo)。

筆者首次利用以前對(duì)水螅與渦蟲的生物學(xué)研究成果，結(jié)合傳統(tǒng)觀賞魚養(yǎng)殖的水族生物凈化材料，有效控制了室內(nèi)水池滋生蚊蠅的危險(xiǎn)。在魚池調(diào)控中投放了實(shí)驗(yàn)室培養(yǎng)的和野外無污染水源中采集分離的原生動(dòng)物、輪蟲、水螅、多種渦蟲種類、搖蚊幼蟲及剛毛藻等，形成了完整的水體食物鏈體系，成功構(gòu)建了能自我修復(fù)與平衡魚池生態(tài)環(huán)境的生物自凈化生態(tài)系統(tǒng)。利用該研究成果可以節(jié)省魚池管理工作量與水資源90%以上，現(xiàn)場(chǎng)效果顯著，具有明顯的應(yīng)用前景，可為提升觀賞魚飼養(yǎng)與管理水平提供積極的示范作用，可供淡水環(huán)境治理提供借鑒。

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