前言
罗氏沼虾（Macrobrachiumrosenbergii）隶属于节肢动物门、甲壳纲、十足目、长臂虾科、沼虾属，具有生长快、食性广、生产周期短等特点，是我国最重要的淡水虾类养殖品种之一。
但涉及罗氏沼虾繁育、饲料渔药、加工运输等的相关产业已成为渔民增产创收的重要途径。
近年来养殖产业快速发展，许多传统养殖户通过增加虾苗放养密度与饵料药品等投入片面追求单位水体内高产高效，导致养殖水体富营养化逐渐加重。
尤其夏季高温期蓝藻水华频发，富含氮磷有机质与蓝藻的养殖尾水流入周边河道，造成生态环境污染，使罗氏沼虾养殖与生态环境的矛盾日益突出。
针对罗氏沼虾传统集约化养殖暴露的养殖环境风险，目前主要采用异位修复（循环水养殖、人工湿地净化等）和原位净化（多品种混养、种植水草等）两类方式来消减水体氮磷含量，改善养殖水体与周边水域环境。
甚至在构建基于流水养殖，水槽虾蟹养殖与循环水养殖系统通过不同多功能区的多生态位异位修复，提高了系统自身净化效能，实现了水资源循环利用。
我们采用异位生态修复方法，利用稻田作为罗氏沼虾净化养殖尾水的人工湿地，有效截留养殖尾水氮磷养分，提高了养殖尾水养分利用率，显著控制了水稻底部节间生长，降低了水稻倒伏风险。
异位修复模式虽然有效改善了养殖水环境，但是由于需要独立的净化区域以及配套设施，前期投入及后期运维成本较高，更适应于罗氏沼虾连片集中区。
对于以家庭为单位的“一家一户”罗氏沼虾养殖模式，采用水生植物种养和滤食性鱼类、贝类混养等原位方式净化水质更为可行。
而沉水植物轮叶黑藻、伊乐藻和苦草由于生长快、水质净化效果好而被广泛应用于中华绒螯蟹、克氏原螯虾等虾蟹生态养殖与原位水体净化。
但在长江中下游地区，罗氏沼虾传统集约化养殖中鲜有应用报道，沉水植物对罗氏沼虾养殖水体的原位净化效果尚不清楚。
但研究通过比较传统养殖组，与基于沉水植物原位净化的生态养殖组在养殖高峰期的水质，分析浮游植物、浮游动物和微生物的种类组成、群落结构与生物多样性差异，并解析其与水环境因子间的相互关系，为罗氏沼虾养殖水环境的原位净化提供参考。
那么我们要采用什么植物，开展罗氏沼虾养殖水环境的原位净化？并且还能显著消减养殖体氮、磷营养盐，降低浮游动植物生物量，提高水体 微生物群落结构稳定性，改善养殖水环境呢？
一、实验材料与方法
在实验设置传统养殖组（H组）和基于沉水植物原位净化的生态养殖组（P组），每组3个池塘，池塘大小均一，各组池塘总面积均为2000m2。
H组仅投放罗氏沼虾，并安排p组分批种植伊乐藻、轮叶黑藻和苦草，之后投放罗氏沼虾。
两组投放罗氏沼虾的平均规格为4~6cm，放养密度不超过每平方米30尾，罗氏沼虾购自江都地区罗氏沼虾苗种繁育养殖户。
P组池塘前期经过消毒晒塘后进水10cm，间隔种植伊乐藻与轮叶黑藻，行距和株距均为4m，伊乐藻与轮叶黑藻轮行间播种苦草，池塘中间与池塘四周留出1~2m宽的投喂道，养殖前期水草覆盖度在30%左右，养殖高峰期水草覆盖度控制在50%~60%。
而罗氏沼虾养殖期间两组均投喂配合饲料，饲料粗蛋白含量为42%，每日上午9：00和下午5：00按时投喂，日投饵量为虾体质量的3%左右，具体根据虾的摄食情况和天气情况调整投喂量。
到了养殖中后期，每日补充投喂1.50~4.50g·m-2黑水牤。P组具有独立进排水设施，并装配叶轮增氧机与微孔管增氧，整个实验期间只进水，不换水。
养殖高峰期，分别对H组与P组两组，各3个池塘进行采样，每个池塘取上风口、下风口和池中间3个采样点混样。
现场测量在温度（T）、pH、溶解氧（DO）中使用5L采水器，并在每个采样点水面下0.5m处采集水样，装入500mL无菌水样袋，其中各采样点取500mL水，加入5mL鲁哥氏液固定浮游植物，水样呈棕黄色。
接着各采样点取10L水，使用25#浮游生物滤网过滤至50mL，加入2.5mL甲醛固定浮游动物，将各采样点取500mL水装入无菌水样袋使所有样品4℃低温保存。
当浮游植物水样在实验室静置24h以上，去上清液，将沉淀（约20mL）转入定量瓶，并用少量上清液冲洗沉淀器3次，冲洗液倒入定量瓶，定容至30mL。
而微生物水样使用真空抽滤泵抽滤，每个采样点各抽滤3袋500mL水样，抽滤装置先使用无水乙醇进行擦拭，再用无菌水冲洗后使用，每抽滤完500mL，立即将滤膜装入无菌冻存管，液氮保存，供提取DNA检测。
在数据处理时，我们使用了Excel处理浮游植物与浮游动物数据及T检验分析结果，用GraphPadPRISM8.3软件绘制图表。
使用PRIMER5软件计算浮游生物多样性，公式如下：
密度=物种数（/计算框体积×平行样数）×（浓缩体积/采样体积）生物量=密度×体积优势度，也就是Y=ni×fi/N
式中：ni为物种i的密度；fi为物种i的出现频，N为每升水中浮游植物或浮游动物数量。
Y>0.02定为优势种。
物种丰富度D=（S-1）/lnN总均匀度J′=-∑H′/lnS香农指数（Shannon）H′=-∑（Pi×lnP）i辛普森指数（Simpson）=1-∑N（iNi-1）/[N总（N总-1）]
式中：S为群落中的物种总数目；N总为样方中各物种多度指标总和；Ni为第i个种的多度指标；Pi=Ni/N总。
知道如何计算后，我们将滤膜用无菌剪刀剪碎，提取水样DNA作为模板，通过带有barcode的特异引物扩增16SrRNA基因的V3~V4区。
在纯化后的扩增产物（即扩增子）连接测序接头，构建测序文库，IlluminaPE250上机测序。
测序得到RawReads之后，首先利用FASTP软件对低质量Reads进行过滤，然后进行组装，用FLASH软件将双端Reads拼接为Tag，再对Tag进行过滤，得到的数据称为CleanTag。
接着我们基于CleanTag使用USEARCH软件的UPARSE算法进行OTU聚类，利用USEARCH软件的UCHIME算法，去除聚类比对过程中检测到的嵌合体Tag，得到的数据为去除嵌合体的高质量Tags数（EffectiveTag），用于进一步分析。
之后我们基于EffectiveTag进行OTU丰度统计。将Tag序列按相似度聚类，分成不同的序列集合（cluster），一个cluster即为1个OTU。
而在指示物种筛选中，我们利用LEFse软件对差异组间进行分析，先对组间样品进行kruskalWallis秩和检验，筛选出差异物种，再通过wilcoxon秩和检验进行比较，使用LDA得出的结果进行排序，保留LDAScore>3的结果。
Person相关性分析使用R语言psych包，基于物种丰度表和环境因子进行相关系数计算，并使用热图展示。
随后利用相似水平为97%的OTU表做DCA（
Detrendedcorrespondenceanalysis），对环境因子进行分析，结果中Lengthsofgradient的第一轴的数值小于3.0。
因此，使用冗余分析（Redundancyanalysis，RDA）分析物种与环境因子间的关系，环境因子显著性基于R语言Vegan包使用Envfittest方法计算。
二、结果与分析
水质分析结果（表1）表明：P组与H组TP、TN和Chl-a的差异显著（P<0.05），COD、DO差异极显著（P<0.01）；H组TP、TN、COD和Chl-a含量均显著高于P组，而DO显著低于P组。
两组养殖水体共鉴定出浮游植物6个门33个属59个种，其中绿藻门（Chlorophyta）种类数最多（占总种类的47.46%），硅藻门（Bacillariophyta，25.42%）次之。
蓝藻门（Cyanophyta）占比15.25%，隐藻门（Cryp⁃tophyta）和裸藻门（Euglenophyta）种类数相同（5.09%），甲藻门（Pyrrophyta，1.69%）最少，两组共鉴定出浮游动物4个门12个属56个种。
其中轮虫类（Rotifera，35.71%）种类占比最高，原生动物（Proto⁃zoa，30.36%）次之，枝角类（Cladocera，19.64%）与桡足类（Copepoda，14.29%）占比较小。
两组养殖水体浮游生物群落结构也存在差异，浮游植物生物量与优势种（Y>0.02）：P组各物种生物量均低于H组，这与水体Chl-a浓度一致。
其中H组蓝藻门生物量（100.749mg·L-1）最高，占H组内浮游植物总生物量的91.8%（如下图）。
P组浮游植物优势种主要包括硅藻门中的菱形藻属、小环藻属、曲壳藻属和绿藻门中的四尾栅藻、空星藻属、二形栅藻。
H组浮游植物优势种主要包括蓝藻门中的微囊藻属（Microcys⁃tis）、颤藻属（Oscillatoria）和绿藻门中的丝状绿藻（Ulothrix）、集星藻（Actinastrumhantzschii）、空星藻属；P组蓝藻门未观察到微囊藻类。
浮游动物生物量与优势种（Y>0.02）：H组轮虫类、枝角类和桡足类生物量均高于P组，原生动物类生物量两组相近，其中H组枝角类生物量最高（5.052mg·L-1），占组内总生物量的57.81%（如下图）。
浮游植物群落特征中均匀度与多样性指数（Shannon指数与Simpson指数）均表现为P组高于H组，且存在极显著差异，另外H组与P组物种丰富度无显著差异。
浮游动物群落特征中物种丰富度与Shannon指数表现为H组高于P组，且存在显著差异，而两组均匀度与Simpson指数无显著差异，如下表。
其中H组浮游植物和浮游动物的物种丰富度，与该组生物量结果趋势一致。
浮游植物与浮游动物门水平的冗余分析表明（如下图），TP、COD和DO是浮游生物群落结构和种类数量变化的主要环境驱动因子。
而浮游植物蓝藻门与环境因子TP、COD、pH呈显著正相关，与DO呈显著负相关，绿藻门、硅藻门等与TP、COD、pH呈正相关，与DO呈负相关；浮游动物枝角类、轮虫类及桡足类生物量与TP、COD、pH呈显著正相关，与DO呈显著负相关。
2.1 不同养殖组对微生物的影响
两组共6个样本的平均有效序列为79359条，高通量测序饱和度均达99%，样品覆盖度较好，测序结果可靠。
H组检测到1087个OTU，可分为25个门、53个纲、117个目、170个科、235个属；P组OTU数为893个，可分为25个门、48个纲、103个目、146个科、191个属。
两组间α-多样性指数均无显著差异，H组有关群落丰富度的Chao指数与Ace指数高于P组，关于群落多样性的Shannon指数和Simpson指数两组相似（表3）。
通过PCoA分析（Bray-Curtis距离，OTU水平）各样本间的β-多样性发现：两组养殖水体菌群结构存在差异，且P组各样本间菌群结构相似度更高（如下图）。
结论
根据上述内容我们可以得知，罗氏沼虾养殖池塘水域面积小、水体流动性差、自净能力弱，加之养殖密度高、外源投入生物量大，特别是在养殖高峰期，养殖水体富营养化严重。
综上所述，利用沉水植物开展罗氏沼虾养殖水环境的原位净化，可显著消减养殖水体氮、磷营养盐，降低浮游动植物生物量，提高水体微生物群落结构稳定性，改善养殖水环境