不同水質(zhì)調(diào)控方式對(duì)參池沉積物的影響

王文琳，張津源，楊耿介，李樂(lè)洲，雷兆霖，周瑋

(1.大連海洋大學(xué)，遼寧 大連116023；2.大連海葵環(huán)境監(jiān)測(cè)科技有限公司，遼寧 大連116000)

海參屬棘皮動(dòng)物門、海參綱，海參養(yǎng)殖業(yè)已發(fā)展成為我國(guó)海水養(yǎng)殖業(yè)的支柱產(chǎn)業(yè)之一。人工池塘養(yǎng)殖體系現(xiàn)已成為我國(guó)海參養(yǎng)殖的最主要方式。但近年來(lái)，池塘養(yǎng)殖規(guī)模的逐步擴(kuò)增及技術(shù)落后等問(wèn)題影響著海參養(yǎng)殖業(yè)的發(fā)展，并且由于池塘水質(zhì)調(diào)控不當(dāng)，海參死亡事件時(shí)有發(fā)生。

目前，我國(guó)關(guān)于海參養(yǎng)殖池塘水質(zhì)調(diào)控技術(shù)主要分為傳統(tǒng)水質(zhì)調(diào)控技術(shù)和新型水質(zhì)調(diào)控技術(shù)。傳統(tǒng)水質(zhì)調(diào)控技術(shù)主要是通過(guò)納潮換水，即池塘水體全部引用外海海水，盡管該方式操作簡(jiǎn)單，但常受自然天氣及外海海水水質(zhì)不穩(wěn)定等因素制約，并不能真正改善池塘水質(zhì)。新型養(yǎng)水機(jī)是筆者團(tuán)隊(duì)自主研制養(yǎng)殖池塘水質(zhì)調(diào)控設(shè)備，其工作原理是將表層優(yōu)良水體經(jīng)過(guò)生物加工注入池塘底部，利用機(jī)械設(shè)備攪動(dòng)局部水體，在水循環(huán)動(dòng)力作用下，有效地改善養(yǎng)殖池塘水質(zhì)。

池塘沉積物是養(yǎng)殖生態(tài)系統(tǒng)的重要組成部分，是水體氮、磷的重要來(lái)源。畢麗仙(2018)研究表明，沉積物間隙水作用是使沉積物營(yíng)養(yǎng)鹽向水體釋放，所以當(dāng)沉積物的內(nèi)源營(yíng)養(yǎng)鹽在釋放時(shí)，沉積物間隙水充當(dāng)了沉積物與水界面營(yíng)養(yǎng)鹽交換的重要介質(zhì)。為探究養(yǎng)殖池塘水體的健康狀況，人們需要對(duì)間隙水中的氮、磷含量加以監(jiān)測(cè)并分析，間隙水中的氮、磷含量作為重要的水質(zhì)指標(biāo)影響著海參健康生長(zhǎng)。郭偉強(qiáng)等(2018)研究表明，池塘沉積物間隙水水質(zhì)可通過(guò)充氣、外力擾動(dòng)等物理調(diào)控方式，對(duì)沉積物間隙水的理化因子顯著改善，并有效地修復(fù)池塘養(yǎng)殖生態(tài)系統(tǒng)。底泥有機(jī)碳含量是影響?zhàn)B殖池塘間隙水的因素之一。

本研究以海參養(yǎng)殖池塘作為研究對(duì)象，比較自然納潮池塘的傳統(tǒng)養(yǎng)殖技術(shù)和自主研發(fā)的新型養(yǎng)水機(jī)水質(zhì)調(diào)控技術(shù)對(duì)池塘沉積物的影響，探索兩種水質(zhì)調(diào)控方式對(duì)池塘沉積物的作用效果，以期為養(yǎng)水機(jī)對(duì)海參養(yǎng)殖池塘水質(zhì)的改善提供一定數(shù)據(jù)基礎(chǔ)，為以后在實(shí)際生產(chǎn)中提供科學(xué)的理論依據(jù)。

一、材料與方法

1.試驗(yàn)參池試驗(yàn)選取大連市甘井子區(qū)西小磨子村兩種參池，分別為8號(hào)、11號(hào)。參池為標(biāo)準(zhǔn)矩形，長(zhǎng)300米、寬100米，南北走向。池塘底質(zhì)均為泥沙質(zhì)，池塘用水均為渤海引進(jìn)的海水，南北各有進(jìn)排水閘門。兩只參池內(nèi)海參規(guī)格、密度等條件相當(dāng)，試驗(yàn)期間統(tǒng)一管理。

8號(hào)池為養(yǎng)水機(jī)池塘，在參池最深處(南端)放置1臺(tái)功率為750瓦的養(yǎng)水機(jī)，每天21:00至次日9:00工作12小時(shí)。養(yǎng)水機(jī)主要由四部分組成，分別為進(jìn)水組件、生物包、水動(dòng)力裝置和養(yǎng)殖池塘專用噴頭。11號(hào)為自然池塘，無(wú)其他養(yǎng)殖裝置。

2.樣品采集樣品采集時(shí)間為2018年4月24日－5月24日，每隔10天進(jìn)行1次采樣。

水樣采集：將間隙水采水器垂直向水下插入沉積物至預(yù)定深度，靜置等待采集裝置內(nèi)充滿間隙水后，放入無(wú)菌水樣瓶中送回實(shí)驗(yàn)室待測(cè)。測(cè)定前要先將水樣用處理過(guò)的0.45微米微孔濾膜過(guò)濾，然后進(jìn)行氨氮、亞硝酸鹽、硝酸鹽、活性磷酸鹽含量的測(cè)定。

泥樣采集：使用鑄造采泥器進(jìn)行采樣，底泥采樣上岸后，用無(wú)菌采樣袋密封冷藏，送回實(shí)驗(yàn)室待測(cè)定。

3.樣品測(cè)定選擇各參池最深點(diǎn)(進(jìn)水口)為試驗(yàn)點(diǎn)，設(shè)置3個(gè)采樣重復(fù)。使用YSI多參數(shù)水質(zhì)分析儀現(xiàn)場(chǎng)測(cè)定各池塘試驗(yàn)點(diǎn)即時(shí)溫度、鹽度、溶氧。

水樣測(cè)定：營(yíng)養(yǎng)鹽的測(cè)定過(guò)程均按照《國(guó)家海洋調(diào)查方法》(GB/T 12763.4－2007)進(jìn)行操作，其中氨氮采用次溴酸鈉氧化法測(cè)定；亞硝酸鹽采用鋅－鎘還原法測(cè)定；硝酸鹽采用萘乙二胺分光光度法測(cè)定；活性磷酸鹽采用磷鉬藍(lán)分光光度法測(cè)定。

底泥有機(jī)質(zhì)測(cè)定：參照《海洋監(jiān)測(cè)規(guī)范》(GB/T 14914.1－2018)進(jìn)行測(cè)定，每個(gè)樣品測(cè)3次，取平均值。

底泥耗氧率測(cè)定：參照雷衍之等(1992)方法略作修改進(jìn)行測(cè)定。將底泥放入呼吸瓶中，測(cè)定前打開瓶口，用虹吸法將呼吸瓶中底泥上覆水盡量排出，再用虹吸法緩緩注入已充分曝氣并已知溶氧的底層上覆水(注水時(shí)切不可沖起底泥)，注滿后將瓶口密封。呼吸瓶中應(yīng)無(wú)空氣泡，將呼吸瓶沉入池塘底層，隔兩小時(shí)測(cè)定上覆水溶氧與空白試驗(yàn)溶氧，取樣前打開呼吸瓶瓶口，用微型攪拌器輕輕攪拌上覆水使之均勻，但不可攪起底泥。

二、結(jié)果

1.兩種水質(zhì)調(diào)控方式下參池間隙水氨氮變化試驗(yàn)結(jié)果顯示，養(yǎng)水機(jī)池塘氨氮含量變化趨于平穩(wěn)但稍有下降，自然納潮池塘氨氮含量變化呈先下降、后上升趨勢(shì)。從兩種參池氨氮含量比較可知，自然池塘氨氮含量＞養(yǎng)水機(jī)池塘氨氮含量。

2.兩種水質(zhì)調(diào)控方式下參池間隙水硝酸鹽變化試驗(yàn)結(jié)果顯示，養(yǎng)水機(jī)池塘和自然池塘硝酸鹽含量變化趨勢(shì)一致，均呈先上升、后下降趨勢(shì)。在5月4日分別達(dá)到各自最高值，自然池塘0.151毫克/升，養(yǎng)水機(jī)池塘0.070毫克/升。從兩種參池硝酸鹽含量比較可知，自然池塘硝酸鹽含量＞養(yǎng)水機(jī)池塘硝酸鹽含量。

3.兩種水質(zhì)調(diào)控方式下參池間隙水亞硝酸鹽變化試驗(yàn)結(jié)果顯示，養(yǎng)水機(jī)池塘和自然池塘亞硝酸鹽含量變化趨勢(shì)一致，均呈先上升、后下降趨勢(shì)。在5月4日分別達(dá)到各自最高值(自然池塘0.031毫克/升、養(yǎng)水機(jī)池塘0.026毫克/升)。從兩種參池亞硝酸鹽含量比較可知，自然池塘亞硝酸鹽含量＞養(yǎng)水機(jī)池塘亞硝酸鹽含量。

4.兩種水質(zhì)調(diào)控方式下參池間隙水磷酸鹽變化試驗(yàn)結(jié)果顯示，養(yǎng)水機(jī)池塘和自然池塘活性磷酸鹽含量變化趨勢(shì)不同，但均呈波浪形。在5月4日分別達(dá)到各自最高值(自然池塘0.011毫克/升、養(yǎng)水機(jī)池塘0.008毫克/升)。從兩種參池磷酸鹽含量比較可知，自然池塘磷酸鹽含量＞養(yǎng)水機(jī)池塘磷酸鹽含量。

5.兩種水質(zhì)調(diào)控方式下參池底泥有機(jī)碳含量變化試驗(yàn)結(jié)果顯示，養(yǎng)水機(jī)池塘和自然池塘有機(jī)碳含量變化趨勢(shì)大致相同，均呈上升趨勢(shì)。在5月24日分別達(dá)到各自最高值(自然池塘1.890%、養(yǎng)水機(jī)池塘0.600%)。從兩種參池底泥有機(jī)質(zhì)含量比較可知，自然池塘底泥有機(jī)質(zhì)含量＞養(yǎng)水機(jī)池塘底泥有機(jī)質(zhì)含量。

6.兩種水質(zhì)調(diào)控方式下參池底泥耗氧率變化試驗(yàn)結(jié)果顯示，養(yǎng)水機(jī)池塘和自然納潮池塘底泥耗氧率均呈現(xiàn)波浪形，養(yǎng)水機(jī)池塘底泥耗氧率周期變化呈下降趨勢(shì)，波動(dòng)范圍較小，自然納潮池塘底泥耗氧率周期變化呈上升趨勢(shì)。在5月4日分別達(dá)到各自最低值，自然池塘為1.128毫克/(米2·天)，養(yǎng)水機(jī)池塘為1.024毫克/(米2·天)。從兩種參池底泥耗氧率比較可知，自然池塘底泥耗氧率＞養(yǎng)水機(jī)池塘底泥耗氧率。

三、討論

1.兩種水質(zhì)調(diào)控方式下參池水質(zhì)理化指標(biāo)的比較海參賴以生存的空間環(huán)境是養(yǎng)殖池塘，池塘水質(zhì)的好壞將直接影響海參的生存、生長(zhǎng)和發(fā)育。對(duì)比兩種池塘表、底層溶氧可以發(fā)現(xiàn)，兩種池塘溶氧均高于《漁業(yè)水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)》要求(5毫克/升)。由于5月氣溫較高，池塘水溫隨之升高，水體蒸發(fā)量大，導(dǎo)致池塘鹽度有所增加，而夏季溫度躍層及鹽度躍層的普遍存在正是導(dǎo)致池塘底部環(huán)境缺氧的重要原因(畢麗仙等，2017)。

2.兩種水質(zhì)調(diào)控方式下參池間隙水營(yíng)養(yǎng)鹽含量的變化營(yíng)養(yǎng)鹽是養(yǎng)殖池塘海參生長(zhǎng)過(guò)程中不可缺少的物質(zhì)基礎(chǔ)。因此，池塘內(nèi)營(yíng)養(yǎng)鹽含量的變化可以反映養(yǎng)殖水體的水質(zhì)情況。海水一類水體中無(wú)機(jī)磷含量小于0.015毫克/升。對(duì)比兩種池塘活性磷酸鹽含量(養(yǎng)水機(jī)池塘活性磷的含量變化范圍為0.002～0.007毫克/升，自然納潮池塘活性磷的含量變化范圍為0.004～0.013毫克/升)，可以發(fā)現(xiàn)兩只池塘磷酸鹽含量均符合一類水體標(biāo)準(zhǔn)。

亞硝酸鹽對(duì)無(wú)脊椎動(dòng)物有毒，同時(shí)硝酸鹽也可以引起養(yǎng)殖池塘水體的富營(yíng)養(yǎng)化。硝酸鹽和亞硝酸鹽是氨氮進(jìn)一步氧化分解的產(chǎn)物，因此在氧化環(huán)境下間隙水的硝酸鹽和亞硝酸鹽濃度較高。王文強(qiáng)等(2004)研究發(fā)現(xiàn)氨氮所占比例隨養(yǎng)殖時(shí)間的延長(zhǎng)而增加。根據(jù)馬鴻媚(2001)的研究，越低濃度的氮對(duì)于養(yǎng)殖池塘水質(zhì)越起到積極的作用，對(duì)比兩種參池的無(wú)機(jī)氮可以發(fā)現(xiàn)，養(yǎng)水機(jī)池塘的無(wú)機(jī)氮總體低于自然納潮池塘，用養(yǎng)水機(jī)調(diào)控優(yōu)于自然納潮調(diào)控方式，在一定程度上對(duì)氮的調(diào)控頗有成效，降低了海參發(fā)病的概率。

3.兩種水質(zhì)調(diào)控方式下參池底泥有機(jī)碳含量的變化本試驗(yàn)研究中，自然池塘的底泥有機(jī)碳含量變化范圍為0.340%～1.890%，養(yǎng)水機(jī)池塘的底泥有機(jī)碳含量變化范圍為0.150%～0.600%，低于養(yǎng)魚池塘及魚蝦混養(yǎng)池塘(Banerjea等，1994；王巖等，1999)，這可能與海參的食性有關(guān)，海參可將沉積物作為營(yíng)養(yǎng)源再次利用，從而降低池塘底泥有機(jī)碳的含量。

從整體而言，養(yǎng)水機(jī)池塘底泥有機(jī)碳含量低于自然納潮池塘(在水溫較高時(shí)底泥有機(jī)碳含量達(dá)到最大值)，筆者認(rèn)為可能是溫度升高，微生物等分解功能加強(qiáng)，加快了池塘底泥有機(jī)碳的輸出。

4.兩種水質(zhì)調(diào)控方式下參池底泥耗氧率變化海參活動(dòng)是造成參池底泥耗氧率較低的原因之一。本試驗(yàn)在春季水產(chǎn)養(yǎng)殖動(dòng)物生長(zhǎng)期，海參生長(zhǎng)較快，活動(dòng)頻繁，兩種參池的底泥耗氧率分別達(dá)到了各自的低谷期，底泥中的有機(jī)質(zhì)含量也達(dá)到了最低值。此外，本研究中兩種參池的底泥耗氧率與底泥有機(jī)質(zhì)含量呈正相關(guān)，沉積在底泥內(nèi)的有機(jī)物是底泥耗氧的根源，底泥好氧率的高低也反映底泥有機(jī)碳含量的變化。同時(shí)本試驗(yàn)各時(shí)期底泥耗氧率的值表現(xiàn)為自然池塘＞養(yǎng)水機(jī)池塘，這是由于養(yǎng)水機(jī)在工作過(guò)程中提高了水體間的交換，提供了充足的氧氣。同時(shí)底泥耗氧率的大小與池塘底質(zhì)中微生物的活性有關(guān)(陳如海等，2010)，在高溫時(shí)期池塘底部的水溫較高，底質(zhì)中微生物的活性大幅度提升，底泥耗氧率也隨之增大。