龙羊峡水库冷水鱼养殖网箱附着藻类防控方法研究
时间：2023-06-16 22:20:02 来源：雅意学习网 本文已影响 人 
赵旭东，苗世玉，刘 扬，岳 凯，马小军，简生龙，王振吉
(1.青海大学生态环境工程学院，西宁 810016；
2.青海民泽龙羊峡生态水殖有限公司，青海海南藏族自治州 813000；
3.青海省渔业技术推广中心，西宁 810012)
附着藻类也称周丛藻类、固着藻类、着生藻类等，常与细菌、真菌、附着动物以及无机和有机碎屑一同附着在水底、沿岸、水草或其他各种基质[1]。附着藻类是水生态系统的重要初级生产者和水化学调节者[2]，维持着生态系统的多样性，在能量转换和物质传递方面起着重要的作用[3]。但大量附着藻类滋生，对鱼类养殖特别是网箱养殖存在一定危害。养殖网箱藻类大量滋生，阻塞网箱网衣空隙，增大水流冲击力[4]，降低养殖网箱的使用寿命和稳定性[5]，也降低了网箱内外的水体交换和氧气供应，造成网箱内水质下降[6]。网箱表面附着藻类群落为致病菌等有害生物提供栖息环境，增加养殖鱼类的疾病风险[7]。
养殖网箱网衣附着藻类生长现已是世界范围内网箱养殖亟待解决的难题。目前其防控主要采用铜基防污涂料、机械清除法、防污剂添加法、清污鱼类法和人工清除法[8]等方法。其中人工清除法是最常用的方法，采用定期更换网衣、人工冲刷、拍打的方法去除养殖网箱表面的附着生物[8]，对网衣结构和表面性质具有一定的破坏性，消耗大量劳动力[7]，增加了养殖户或养殖企业的养殖成本。不同水域养殖网箱附着藻类群落结构、种类组成、生长习性等具有较大的差异，其防控方法具有一定的地理差异[9]。针对不同水域养殖网箱附着藻类寻求低成本、高效的防控方法，成为养殖网箱附着藻类防控研究的热点。
近年来，青海省沿黄网箱养殖发展迅猛，已成为国内最重要的鲑鳟网箱养殖基地[10]。龙羊峡水库作为青海省境内黄河上游库容最大的水库，冷水性鲑鳟产量占青海省的78.8%，其中主要养殖的冷水性鲑鳟为三倍体虹鳟(Oncorhynchusmykiss)[11]。相较于其他水库，龙羊峡水库具有海拔高、水温低、贫营养和透明度高的特点，但由于营养物质的输入，不可避免地出现附着藻类大量繁殖阻塞网衣的现象[12-13]。针对龙羊峡水库冷水鱼养殖网箱附着藻类污损的问题，本实验研究了养殖网箱附着藻类对网衣性质趋好性、附着基底附着过程及常用的防污涂料效果，提出了适合青海高原水库鲑鳟网箱养殖附着藻类的防控手段，以期为青海省冷水鱼养殖网箱附着藻类防控方法提供参考。
1.1 研究区域
龙羊峡水库(100°23′E～100°50′E，35°46′N～36°13′N)位于青藏高原东北部，平均海拔2 600 m，总库容量为240亿 m3，是黄河上游最大的人工水库。水库水温处于3～21 ℃，常年不封冻，水体洁净透明，透明度可达3 m，水质良好。实验区域位于龙羊峡水库冷水鱼养殖区域的网箱附近。附着藻类在养殖区域全年均有附着，生物量的季节变化为夏季多、春秋次之、冬季最少，主要生长于水体表层处的网衣、网架、平台等渔业设施表面(图1)。
图1 实验区域及附着藻类现状
1.2 网衣性质的趋好性
选取网片颜色为白、灰、黑3种颜色的聚乙烯片；
网片股数为6、9、12、18、24、32 股，网孔直径2 cm的聚乙烯网片；
网孔直径为1、2、3、4 cm的24股聚乙烯网片；
选取容易获得、材料坚韧的纺织材料(乙纶、丙纶、涤纶、锦纶、绵纶、铜)作为网线编织的网片。实验网片装入培养皿内烘干称重，并做好标记，进行月挂网实验。野外调查发现附着藻类主要生长于水面以下3 m，但冬季表面水温过低不适宜藻类的生长，因此挂网深度设置为1 m。实验结束后将样品装入培养皿内回收，烘干至恒重，测定附着藻类的干重。
1.3 附着基底的趋好性
选取铜、玻璃、聚丙烯、聚酰胺、聚氯乙烯、木板等材料进行挂板实验。聚丙烯、聚酰胺、聚氯乙烯和木板为水面浮架、浮排等的常用材料，铜片和玻璃的选取则分别代表金属基底和光滑基底。将泡沫板中心均匀垂向放置不同材质的板材作为藻类附着基质。悬挂于水体表面1 m处(图2a)，并于第1、15、30天取出2片采用扫描电子显微镜(SEM)进行电镜扫描，以研究附着藻类对附着基底的趋好性，样品参照文献[14]的方法进行处理。
图2 实验装置图
1.4 防污涂料筛选
选取市面上常见、涵盖范围广、相对环保的防污涂料(聚四氟乙烯、环氧树脂、碳氟树脂、氯化橡胶、醇酸磁漆、陶瓷釉、苯丙乳液、纯丙乳液、硅丙乳液、丙烯酸乳液、有机硅、乙烯基树脂、聚脲、聚氨酯)，通过研究成膜情况、柔软度情况、脱落情况、耐水性和粘附性等性质筛选防污涂料[15]。
1.4.1 成膜情况和柔软度情况
将防污涂料倒入直径为90 mm的培养皿内晾干，观察成膜情况和柔软度情况。成膜情况根据膜的完整性、均匀性、光滑性等方面进行评价，由“-”表示一般，“+”表示较好，“++”表示良好；
柔软度情况“-”表示过硬或者过软，“+”表示较硬或较软，“++”表示适中。
1.4.2 耐水性和粘附性
将防污剂均匀涂抹于网衣表面，晾干。取出后放置于水中，制造水体扰动，24 h后将水样以5 000 r/min离心10 min后观察是否有溶出物以及是否有膜脱落的情况。耐水性通过观察离心后分层情况进行评价，由“-”表示大量溶出，“+”表示少量溶出，“++”表示基本无溶出；
粘附性通过观察离心后底层的固体残渣情况进行评价，由“-”表示有脱落，“+”表示基本无脱落。
1.4.3 脱落情况
将经过水体浸泡的网片晾干后，反复揉搓，观察防污涂料的断裂和脱落情况。脱落情况由“-”表示大量脱落，“+”表示少量脱落，“++”基本不脱落。
1.5 防污涂料防污性能
1.5.1 覆盖度
初步筛选后的防污涂料均匀涂覆于相同的PP板表面，将不涂覆防污涂料作为对照组进行实验，实验设置3组平行(图2b)。挂板深度为1 m，于第10、20、30天前往样地对样品进行拍照，观察不同天数情况下附着藻类的生长情况及覆盖度情况[16]。
1.5.2 生物量
将初步筛选后的防污涂料均匀涂覆于实验网片表面，低温烘干，装入培养皿称重，记录起始质量。将样品固定于实验网架上，于水深1 m处进行月挂网实验。实验结束后回收样品，装入培养皿内烘干至恒重，测定附着藻类的干重。
1.6 水环境因子
在进行实验的同时对实验区域养殖基本水环境因子进行采集，温度、pH和溶氧等数据由多参数水质仪采集。
2.1 水环境因子调查
实验区域冬季表层水温低至3 ℃，水面1 m以下，水温明显升高至11 ℃后水温波动不大；
溶解氧平均含量为7.49 mg/L，随水深的增加，溶解氧存在微小的降低情况，整体含量变化不明显，波动较小；
pH 平均值为8.48，表层水体pH呈现低值，随着采样深度的增加逐渐升高。
2.2 附着藻类对网衣材质的趋好性
附着藻类对网衣材质的趋好性显示，铜网线的附着藻类生物量最少，其次为乙纶，棉纶的附着藻类生物量最大。附着藻类生物量于白色网片表面最大，黑色网片表面最小，随颜色的加深藻类生物量降低，黑色网片能够在一定程度上减少附着藻类的附着。附着藻类生物量随网线股数的增加而增加，网线股数大的网衣能够为藻类的附着提供更多的附着位点。附着藻类的生物量随网孔直径的增大而减少，网孔较小的网衣能够为附着藻类提供更多的附着位点(图3)。
图3 附着藻类对网衣的趋好性
2.3 附着基底对附着藻类的影响
附着藻类在不同附着基底表面的附着过程显示，第1天，无论何种材料表面的附着都是由蛋白质等有机物的附着、少量细菌或微型硅藻等微型生物的黏附开始的。通过观察得出粗糙表面木材(图4F1)和聚氯乙烯(图4E1)附着物最多，以微型硅藻为主。玻璃(图4B1)附着物较少，只出现极少量的吸附蛋白等物质，并无附着藻出现。光滑表面(图4B1)主要以蛋白质等有机物为主，粗糙表面(图4C1、D1、E1、F1)出现少量的冠盘藻(Stephanodiscus)等微型硅藻。
图4 不同材质表面附着藻类的附着过程
第15天，表面粗糙的木材样品(图4F2)表面附着藻最多，其中以普通等片藻(Diatomavulgare)为主，存在极少量的伪鱼腥藻(Pseudoanabaena)。玻璃(图4B2)表面附着物较少，开始出现少量的针杆藻(Synedra)、舟形藻(Navicula)等小型藻类；
通过观察发现粗糙表面(图4C2、D2、E2、F2)以舟形藻、楔形藻(Licmophoraagardh)、等片藻(Diatoma)等小型硅藻为主要的附着藻类，且藻类生物量较多，而光滑表面(图4B2)的生物量明显较少。
第30天，表面粗糙的木材样品(图4F3)表面附着藻最多，以等片藻为主，同时存在少量丝状藻。光滑表面玻璃(图4B3)附着物较少，主要以等片藻、舟形藻、桥弯藻(Cymbella)等小型硅藻为主。光滑表面(图4B3)的藻类附着量及附着藻类的体型均明显小于粗糙表面(图4C2、D2、E2、F2)。
铜(图4A)作为附着基底材料，从实验的开始至结束表面均无明显的藻类附着，仅在实验结束时段出现1～2株极小冠盘藻(Stephanodiscusminutulus)。
2.4 防污涂料涂覆对附着藻类的影响
防污涂料的成膜情况、柔软度情况、脱落情况、耐水性和粘附性等性质见表1。
表1 防污涂料性质筛选表
第10天时，涂覆有聚氨酯和环氧树脂的样品覆盖度最低，实验各组覆盖度均明显低于空白对照组。第20天时，涂覆有醇酸树脂的样品覆盖度最低，其次为环氧树脂和聚氨酯，各实验组覆盖度均明显低于空白对照。第30天时，涂覆有醇酸树脂的样品覆盖度最低，其次为环氧树脂，环氧树脂的覆盖度接近醇酸树脂；
涂覆有乙烯基树脂的样品覆盖度最高，超过了空白对照组(图4)。
涂覆有不同防附着涂料样品的附着藻类生物量差异较为明显(图5)，涂覆有环氧树脂的样品相较于空白对照组来看，附着藻类生物量减少量最为显著，其次为聚四氟乙烯和聚氨酯；
涂覆有乙烯基树脂的样品表面生物量均明显高于其他实验组。综合附着藻类覆盖度和生物量来看，环氧树脂具有更好的防污性能。
图5 防污涂料涂覆后附着藻类的覆盖度和生物量
2.5 附着藻类防控模式
结合以上的研究及黄河上游附着藻类生长分布状况，本研究提出以下几种对环境影响小、适宜于高原水库的模式(表2)。方案A：改变网衣性质容易实施且成本低廉，在定制网衣时，根据养殖鱼类的大小选择网孔较大的、网衣颜色为深色、网线选择外表材质光滑且韧性优良的细网衣。方案B：拼接网衣在0～3 m处采用铜合金网衣，3 m处以下的采用传统尼龙网衣拼接的方式，根据实验结果铜网线在水库内悬挂30 d后，其表面藻类生物量仅为传统尼龙网衣的1/50左右，可以有效防止附着藻类。方案C：网衣围裙在养殖网箱外使用材质较为粗糙的易附着的颜色为浅色的网衣材料作为围裙，吸引藻类附着，定期更换围裙。方案D：防污涂料法在网衣表面0～3 m处涂覆环氧树脂材料，降低表面能。涂覆有环氧树脂的网衣在进行月挂网后藻类的生物量为空白网衣的1/5。
表2 黄河上游养殖网箱附着藻类防控模式
防控效果的评价根据方案能够降低的劳动力消耗的程度进行。方案A中网衣性质的选择需要根据养殖鱼类的大小进行筛选，且对于减缓藻类附着效果有限，仍需要消耗较多的人工进行清除。方案B铜网衣的清洗频率可以减缓至1年1～2次，明显减少劳动力损耗。方案C网衣围裙能够减缓藻类在网箱网衣表面的附着，但仍需消耗一定的劳动力对围裙进行更换。方案D可将清洗的频率减缓至原本的1/5左右。
3.1 养殖网衣性质对附着藻类的影响
高海拔地区附着藻类在颜色的趋好性呈现随颜色的加深，藻类生物量逐渐减少。不同颜色的附着基底的反射光强和波长是不同的[17]，浅色的网片对光的反射较强，具有更大的光可利用性，促进了附着藻类的生长。当入射光强较强或光照时间较长时，藻类获得足够的光照用于光合作用，反射光提供的作用极其微小；
当入射光不足或光照时间较短时，反射光比入射光小，但对藻类的生长提供了一定的促进作用[18]。FINLAY等[18]在研究背景颜色的深浅对浒苔孢子的萌发及芽孢形成的影响时发现，黑色背景下，芽孢生长缓慢，萌发延迟，这与本实验结果十分相似。
针对网箱网衣网孔直径和网片股数的研究发现，藻类生物量随网孔直径的增加而降低，随网片股数的增加而增加。网片股数一定时网孔直径越小，比表面积越大，在附着前期有机物的积累过程中，提供更多的附着位点，吸引微型藻类的附着。网孔直径越小，网孔阻塞的速度越快，更利于大型绿藻的附着。网片股数越大，提供给藻类的可附着位点越多，更有利于藻类的附着。选用低股数、大网孔直径、高强度的网衣材料是减缓附着藻类附着的有效措施。铜网线的附着藻类生物量最低，其次为乙纶，锦纶的附着藻类生物量最多。通过对附着藻类对网衣的趋好性进行研究，进而提出了方案A和方案D，两组方案减缓藻类的附着。
铜合金网衣相比于传统的聚乙烯等塑料网衣具有更多的优良性质。优良的塑性和抗腐蚀性[19]，使其难以变形损坏，拥有更长的使用寿命，降低维护成本[20]；
传统网衣需要更多的人工清除附着的藻类，铜合金网衣由于缓慢的释放铜离子起到一定的杀菌作用，明显减少藻类的附着[21]，降低养殖过程中鱼病爆发的几率，减少抗生素的使用[22]。龙羊峡水库库容量大，部分水深可达120 m，析出的铜离子在会在水体中迅速稀释，不会以生物可利用的形式到达底栖环境[23]。其次龙羊峡水库水体交换速率快，出库流量大，夏季时期可达1 000 m3/s。铜合金网衣的安装时间选择藻类生长旺盛、出库流量大的夏季，可以明显抑制藻类的生长，还能降低安装前期铜离子析出对环境的影响。除此之外，研究表明未在使用铜网衣的养殖区域的野生生物和养殖生物体内发现铜离子浓度超标的现象[24]。附着藻类主要附着在表层3 m以内，因此提出了方案C，采用上铜丝、下聚乙烯网衣的拼接网衣，具有防污性能好，成本较低的优点。
3.2 附着基底对附着藻类的影响
附着基底材料的光滑程度对藻类的附着存在较大的影响。将表面浸入水中后几分钟到几小时内由牢固附着的细胞组成的生物膜就开始形成。附着后细菌释放胞外聚合物质(EPS)保护和喂养更多的细菌，形成的生物膜为宏观生物的附着提供了条件[25]。铜作为附着基底材料会缓慢释放铜离子对起始生物膜的形成起到抑制作用，从而进一步影响藻类的附着。光滑材料的表面附着藻类的生物量要远小于粗糙表面，粗糙表面可以为生物膜的形成提供更多的结合位点。藻类孢子萌发形成的附着物的性质取决于它们接触的物体表面的粗糙度。在极其光滑的表面上，孢子形成最短的、最基本的固定物，与附着表面结合效果较差，容易脱落，因此光滑表面藻类附着量少；
而在相对粗糙的表面上，固定器很大且凸角与材料的表面轮廓一致，结合紧密，粗糙表面附着量多[26]。
3.3 防污涂料对附着藻类的影响
网衣、网笼是主要用尼龙和聚乙烯材料制成的，容易被藻类等生物附着，藻类的粘附对水产养殖造成很大危害。传统的尼龙材料网衣具有柔韧性好、表面光滑的特点。因此要求用于其上的防污涂料具有较好的柔韧性和附着力[27]。根据渔网性质特征，使用成膜情况、柔软度、耐水性、粘附性和脱落情况来评估防污涂料的可用性，结合高寒高海拔的特点，在野外通过附着藻类的生物量和覆盖度来评估防污涂料的防污效果。环氧树脂是一种低分子聚合物，由于其接触角大、涂层吸水率小、耐腐蚀性好的特点，在防止藻类附着方面具有良好的作用[28]。环氧树脂的防污性能还存在较大的提升空间，对于提高环氧树脂的防污性能、耐蚀性能等的研究热度逐渐增加。有研究表明，掺杂TiO2可有效提高环氧树脂涂层的疏水性和自清洁性[29]。此外，环氧树脂掺杂AgO能够明显提升其抗菌性能、机械性能和耐蚀性能[30]。
本实验从网衣性质、附着基底材料和常见的涂料等方面研究了附着藻类的防控效果。结果显示，附着藻类对网衣性质有明显的趋好性，附着藻类更容易附着在网孔直径小、网线股数大、网片颜色浅和网衣材质粗糙的表面；
以铜作为附着基底能够明显抑制藻类生长，附着基底越光滑的表面，藻类生物量越低；
环氧树脂由于涂层吸水率小、接触角大、表面能低且涂覆状况良好的特点，在附着藻类防控方面具有一定的作用。
