3種水質調控方式下參池池底間隙水水質分析

孫亞慧，張津源，王玉龍，李樂洲，王文琳，畢麗仙，周 瑋

(1.大連海洋大學 水產與生命學院，遼寧 大連 116023； 2.大連海葵環境監測科技有限公司，遼寧 大連 116085； 3.上海安譜實驗科技股份有限公司，上海 201609)

仿刺參(Apostichopusjaponicus)為底棲生物，池塘底質狀態是影響仿刺參養殖效果的重要因素[1-4]。在參池沉積物空隙中，存在一部分不受土粒吸附影響的水分，能夠進行移動與遷移，稱為間隙水，間隙水中含有氮、磷等元素及可溶性有機物等[5-8]，充當著水體營養源的角色。研究表明，有超過5%的無機氮和30%的無機磷存在于沉積物間隙水中[9-12]。當間隙水溫度升高或其氮、磷濃度高于上覆水中的氮、磷濃度時，氮和磷被釋放到上覆水中，以滿足養殖水體中初級生產者對氮、磷營養鹽的需求[10,12-16]，但當釋放的量超過初級生產者需求時，則會引發水體赤潮，危及仿刺參養殖[10-18]。曾海祥等[19-24]研究表明，參池氨氮質量濃度達48.97 μg/L、亞硝態氮質量濃度達109.16 μg/L的情況下極易引發養殖仿刺參免疫力缺失，增加仿刺參對副溶血弧菌(Vibrioparahaemolyticus)、溶藻弧菌(V.alginolyticus)、燦爛弧菌(V.osplendidus)等幾種弧菌的易感性，引發腐皮綜合征，導致仿刺參大量化皮死亡。方波[25]在對養殖仿刺參的腐皮綜合征感染源的研究中指出，導致池塘養殖參發病的根本原因是養殖池塘環境及底質的惡化。宋春雷等[26]對池塘底部間隙水進行監測，證明了池塘間隙水中的高磷負荷可能是直接觸發微囊藻(Microcystis)水華的重要原因。因此，沉積物間隙水氮磷營養鹽的多寡可直接反映出底質環境的優劣[27]，進而影響上覆水體環境[9,27-28]。

伴隨著刺參池塘養殖產業的迅速發展[29-32]，池底水環境惡化導致的仿刺參吐腸、化皮等病害頻發，改進水質管理方式以防止病害發生成為仿刺參養殖技術研究的核心內容[33-35]。利用潮汐現象進行的自然納潮作業是最傳統的水質調控方式，水質環境較為穩定，但池塘換水時間、換水量完全受制于外海條件，且受夏季高溫影響大[36-37]，換水時對間隙水的稀釋量小于5%[38]，埋下了底質環境持續惡化的隱患。近年來，微孔曝氣技術廣泛應用于養殖池塘，該技術通過提高底層水體溶解氧[39]，有效降低間隙水中43.33%的氨氮含量[40]，仿刺參養殖效益可增加50%以上[41-47]，但是，增氧管道易裂、氣孔堵塞[41-43]等問題限制了這項技術的應用。養水機技術是本團隊針對仿刺參養殖產業問題自主研發的水質管理技術，在13年來的池塘養殖生產中已表現出諸多優點，使仿刺參成活率提高到95%以上，單產提高30%以上，養殖周期縮短到24個月[44]。前期研究中發現，養水機可有效改善上覆水水體環境，但關于養水機池塘沉積物間隙水營養鹽的周年變化的研究，還缺乏報道。

筆者針對自然納潮、微孔曝氣、養水機3種仿刺參池塘，對池塘海水沉積物間隙水的營養鹽進行測定，比較3種池塘沉積物間隙水水體差異，探究3種水質調控技術的差異，為養水機理論研究奠定基礎。

1 材料與方法

1.1 試驗池塘情況

本試驗中3種水質調控方式試驗池塘均位于莊河市鞍子山鄉生產試驗基地，試驗池塘規格相同，均為605 m×85 m，試驗池塘年平均水深1.6 m，均為泥沙質底質池塘，底部鋪設網礁。3口池塘均為南北走向，基于池塘南深北淺的地理條件，在3口池塘的南端設置進水閘門，北端設置水泵抽出排水。3種池塘內均養殖規格為500～750頭/kg的仿刺參，各池塘投苗質量為500 kg，不投餌，不施用藥物，每月農歷初一、十五大潮期間3口池塘進行換水作業3～5 d。

4號試驗池塘為自然池塘，池塘內無水質調控措施，僅依靠自然潮汐調控池塘水質。

11號試驗池塘為微孔曝氣池塘，池塘底部設置微孔曝氣水質調控設施，池塘東西方向每間隔8 m排布1根供氧管(80 m/根)，在供氧管上每間隔16 m安裝1個曝氣盤(直徑670 mm)，由0.15 W/m2的羅氏風機向供氧管供氧。僅在池塘處于缺氧狀態(溶解氧質量濃度≤5 mg/L)[48]時啟動該設施至池塘不缺氧。

2號試驗池塘為養水機池塘，在池塘北端進水口處中部設置養水機水質調控設施，功率為750 W，春、夏、秋季每日21:00起工作12 h，冬季每日開1 h。

1.2 養水機結構及工作原理

養水機(專利號：ZL200610077526.5)是本團隊為改善養殖池塘水體環境，解決池塘水體躍層問題研發的新型水質調控器械，其主要由4部分組成：進水口、動力裝置(750 W)、生物包(0.3 m3)、噴水口(圖1)。

圖1 養水機模擬示意Fig.1 Simulation diagram of water quality regulator unit

養水機置于池塘最深處，養水機進水口沒入池塘水體表面，啟動水動力裝置將池塘表層水以12 m3/h的速度強制輸送到養水機底部并經過含有異養菌的生物包(每年更換1次)過濾通過噴水口噴出，實現池塘上下層水體的物質快速交換，通過這種池塘內的調節方式，以達到消除水體分層、均勻水體營養物質、凈化水質的目的。

1.3 試驗器材

間隙水采集器、YSI多參數水質分析儀(professional plus)、具塞采樣瓶、燒杯等。

1.4 試驗方法

試驗每逢滿月前3～5 d，在9:00—10:00進行間隙水采集，采集位置為池塘北端的最深處，在此附近設置3個采樣點。采樣時將間隙水采集器插入池塘沉積物中，靜置1 min，待采集裝置內充滿間隙水后取出至燒杯中，迅速測定水溫、溶解氧含量，其余間隙水裝入具塞采樣瓶，帶回實驗室進行分析，采樣周期為12個月。

水溫、溶解氧等指標使用YSI多參數水質分析儀(professional plus)現場測定，無機氮(氨氮、亞硝態氮、硝態氮)、活性磷酸鹽按照GB 12763.4—2007《海洋調查規范 第4部分：海水化學要素調查》中的方法進行測定。

1.5 數據處理

使用Excel 2016對試驗數據進行整理，并用SPSS 22.0 LSD法進行差異顯著性分析。

2 結 果

2.1 3種水質調控方式下池塘間隙水溫度周年變化狀況

3種水質調控方式下池塘間隙水水溫全年在-(3.0±0.1) ℃～(27.9±0.8) ℃間波動，且變化趨勢一致，呈倒“V”型(圖2)。年初(1月)養水機池塘、自然池塘、微孔曝氣池塘間隙水水溫分別為-(0.9±0.1)、-(1.1±0.3)、-(1.3±0.1) ℃；春季(3—5月)間隙水水溫逐漸升高，至夏末(8月)達到最高值[養水機池塘(27.1±0.1) ℃，自然池塘(27.4±0.1) ℃，微孔曝氣池塘(27.9±0.8) ℃]；秋季(9—11月)水溫開始下降，至冬季(12月)間隙水水溫達到最低值[養水機池塘間隙水水溫相對較高，為-(2.2±0.4) ℃；微孔曝氣池塘間隙水水溫最低，為-(3.0±0.1) ℃]。3種池塘間隙水差異特征表現為：夏季6—8月養水機池塘間隙水水溫均值較自然池塘低0.1 ℃(P>0.05)，較微孔曝氣池塘低0.4 ℃(P<0.01)，自然池塘間隙水水溫均值較微孔曝氣池塘低0.3 ℃(P<0.01)，冬季12月養水機池塘間隙水水溫均值較自然池塘高0.3 ℃(P<0.01)，較微孔曝氣池塘高0.6 ℃(P<0.01)，自然池塘較微孔曝氣池塘高0.3 ℃(P<0.01)。

圖2 試驗池塘間隙水溫度周年變化Fig.2 The annual changes in water temperature of interstitial water in the test ponds

2.2 3種水質調控方式下池塘間隙水溶解氧質量濃度周年變化狀況

3種水質調控方式下池塘間隙水溶解氧質量濃度全年在(0.25±0.01) mg/L～(22.48±0.23) mg/L波動，且變化趨勢一致，呈“M”型(圖3)。冬末(1月)養水機池塘、自然池塘、微孔曝氣池塘間隙水溶解氧質量濃度分別為(14.08±0.14)、(6.50±0.12)、(5.62±0.31) mg/L，隨后開始上升；臨近初春(2月)3種池塘間隙水溶氧質量濃度均出現第1個小高峰，其中養水機池塘為(16.26±0.21) mg/L，自然池塘為(15.06±0.40) mg/L，微孔曝氣池塘為(17.91±0.33) mg/L；進入春季(3—5月)，3種池塘溶解氧質量濃度均開始下降，到夏季(6—8月)均達到最低值，其中自然池塘在7月達最低值，為(0.25±0.10) mg/L，而養水機池塘在7月為(5.88±0.13) mg/L，微孔曝氣池塘在7月為(4.51±0.21) mg/L；秋季(9—11月)3種池塘間隙水溶解氧質量濃度開始升高，至10月3種池塘間隙水溶解氧質量濃度趨于穩定狀態，養水機池塘為(7.31±0.20) mg/L，自然池塘為(7.85±0.31) mg/L，微孔曝氣池塘為(8.05±0.31) mg/L；隨后11月3種池塘間隙水溶解氧質量濃度突然升高至最高值，其中養水機池塘為(22.48±0.23) mg/L，自然池塘為(18.51±0.11) mg/L，微孔曝氣池塘為(18.79±0.20) mg/L，；進入當年冬季(12月)又開始下降。3種池塘間隙水溶解氧質量濃度周年差異特征表現為：夏季6—8月自然池塘的間隙水溶解氧質量濃度均值低于微孔曝氣池塘(P<0.01)，微孔曝氣池塘低于養水機池塘(P<0.01)；冬季養水機池塘的間隙水溶解氧質量濃度均值高于自然池塘(P<0.01)，自然池塘高于微孔曝氣池塘(P>0.05)。

圖3 試驗池塘間隙水溶解氧質量濃度周年變化Fig.3 The annual changes in dissolved oxygen concentration of interstitial water in the test ponds

2.3 3種水質調控方式下池塘間隙水無機氮質量濃度周年變化狀況

自然池塘間隙水無機氮質量濃度為0.440～1.347 mg/L，微孔曝氣池塘間隙水無機氮質量濃度為0.482～1.367 mg/L，養水機池塘間隙水無機氮質量濃度為0.214～1.149 mg/L，養水機池塘無機氮質量濃度全年各月份均處于最低水平，平均為0.556 mg/L。

2.3.1 3種水質調控方式下池塘間隙水氨氮質量濃度周年變化狀況

3種水質調控方式下池塘間隙水全年的氨氮質量濃度為(0.023±0)mg/L～(0.144±0.001) mg/L，且變化趨勢一致，全年出現4次波動(圖4)。試驗初期(1月)養水機池塘、自然池塘、微孔曝氣池塘氨氮質量濃度分別為(0.114±0.001)、(0.128±0.001)、(0.127±0.001) mg/L；隨后驟然下降，于2月到達第1個低谷，隨后開始升至3月出現第2個高峰，此時3種池塘間隙水氨氮質量濃度達到全年最高值，養水機池塘為(0.120±0.001) mg/L、自然池塘為(0.128±0.001) mg/L、微孔曝氣池塘為(0.144±0.001) mg/L；隨后又開始下降，至6月出現第2個低谷，之后于7月出現第3個小高峰，9月出現第3個低谷后，間隙水氨氮質量濃度驟然升高，于10月出現第4個高峰，又于12月降至全年最低，養水機池塘為(0.037±0) mg/L、自然池塘為(0.023±0.001) mg/L、微孔曝氣池塘為(0.037±0) mg/L。3種池塘周年間隙水氨氮質量濃度差異特征表現為：養水機池塘間隙水氨氮質量濃度的年平均值低于自然池塘(P<0.01)，自然池塘低于微孔曝氣池塘(P<0.01)。

圖4 試驗池塘間隙水氨氮質量濃度周年變化Fig.4 The annual changes in ammonia nitrogen concentration of interstitial water in the test ponds

2.3.2 3種水質調控方式下池塘間隙水亞硝態氮質量濃度周年變化狀況

3種水質調控方式下池塘間隙水亞硝態氮質量濃度為(0.003±0.001) mg/L～(0.045±0.001) mg/L，且變化趨勢一致，全年出現3次波動(圖5)。試驗初期(1月)養水機池塘、自然池塘、微孔曝氣池塘間隙水亞硝態氮質量濃度分別為(0.020±0.001)、(0.033±0.001)、(0.027±0.001) mg/L，隨后下降，至2月出現第1個低谷，隨后上升，于3月出現第1個小高峰；之后又開始下降，于5月出現第2個小低谷，又于7月升至第2個高峰，此時3種池塘間隙水亞硝態氮質量濃度為全年最大，養水機池塘為(0.038±0.001) mg/L、自然池塘為(0.045±0.001) mg/L、微孔曝氣池塘為(0.044±0) mg/L；之后出現逐漸下降趨勢，至12月出現第3個低谷，養水機池塘、自然池塘、微孔曝氣池塘間隙水亞硝態氮質量濃度分別為(0.003±0.001)、(0.005±0.001)、(0.010±0.001) mg/L。3種池塘周年間隙水氨氮質量濃度的差異特征表現為：養水機池塘間隙水亞硝態氮質量濃度的年平均值低于自然池塘(P<0.01)，自然池塘低于微孔曝氣池塘(P<0.05)。

圖5 試驗池塘間隙水亞硝態氮質量濃度周年變化Fig.5 The annual changes in nitrite nitrogen concentration of interstitial water in the test ponds

2.3.3 3種水質調控方式下池塘間隙水硝態氮質量濃度周年變化狀況

3種水質調控方式下池塘間隙水全年硝態氮質量濃度為(0.163±0.001) mg/L～(1.259±0.001) mg/L，且變化趨勢一致(圖6)。試驗初期(1月)養水機池塘、自然池塘、微孔曝氣池塘間隙水硝態氮質量濃度分別為(0.318±0.001)、(0.522±0.001)、(0.355±0.001) mg/L，隨后出現小幅度升高，至2月出現小高峰，隨后下降，至4月出現低谷，養水機池塘硝態氮質量濃度為(0.163±0.001) mg/L、自然池塘為(0.403±0.001) mg/L、微孔曝氣池塘為(0.378±0.001) mg/L；隨后3種池塘間隙水的硝態氮質量濃度均出現穩步上升趨勢，10月自然池塘間隙水硝態氮質量濃度達到全年最高值，為(1.211±0.001) mg/L，11月其他2種池塘間隙水硝態氮質量濃度達到全年最高值，養水機池塘為(1.084±0.001) mg/L，微孔曝氣池塘為(1.259±0.001) mg/L；至12月，3種池塘間隙水硝態氮質量濃度又降至低值。3種池塘周年間隙水硝態氮質量濃度差異特征表現為：養水機池塘間隙水亞硝態氮質量濃度的年平均值低于微孔曝氣池塘(P<0.01)，微孔曝氣池塘低于自然池塘(P<0.01)。

2.4 3種水質調控方式下池塘間隙水無機磷周年變化狀況

3種水質調控方式下池塘間隙水磷酸鹽質量濃度全年為(0.0042±0.0012) mg/L～(0.0871±0.0010) mg/L，且變化趨勢特征一致(圖7)。試驗初期(1月)

圖6 試驗池塘間隙水硝態氮質量濃度周年變化Fig.6 The annual changes in nitrate nitrogen concentration of interstitial water in the test ponds

養水機池塘、自然池塘、微孔曝氣池塘間隙水磷酸鹽質量濃度分別為(0.0139±0.0010)、(0.0076±0.0013)、(0.0073±0) mg/L；隨后出現平穩波動，至6月出現小低峰，之后驟然上升，至8月3種池塘間隙水磷酸鹽質量濃度達到最高值，其中養水機池塘為(0.0818±0.0011) mg/L，自然池塘為(0.0871±0.0012) mg/L，微孔曝氣池塘為(0.0794±0.0011) mg/L；9月3種池塘間隙水磷酸鹽質量濃度驟然下降，隨后出現平穩波動下降，至12月3種池塘間隙水磷酸鹽質量濃度均出現全年最低值，養水機池塘為(0.0104±0.0010) mg/L，自然池塘為(0.0042±0.0012) mg/L，微孔曝氣池塘為(0.0101±0.0011) mg/L。對3種池塘間隙水磷酸鹽年平均質量濃度進行差異比較性分析，其特征表現為：養水機池塘間隙水磷酸鹽年平均質量濃度高于微孔曝氣池塘的(P<0.01)，微孔曝氣池塘高于自然池塘(P<0.01)。

圖7 試驗池塘間隙水磷酸鹽質量濃度周年變化Fig.7 The annual changes in phosphate concentration of interstitial water in the test ponds

3 討 論

3.1 3種水質調控方式下間隙水水溫分析比較

池塘間隙水水溫一般受外源季節因素影響較大，有研究報道，間隙水水溫也受到季節影響發生變化，夏季上覆水升高5 ℃，間隙水可升高2 ℃，冬季上覆水降低2 ℃，間隙水降低1 ℃[45]。本試驗結果顯示：3種池塘間隙水溫度夏季最高，冬季最低，且與相關研究一致[45-47]；夏季(8月)養水機池塘間隙水的溫度低于自然池塘和微孔曝氣池塘的溫度；冬季(12月)養水機池塘間隙水的溫度高于微孔曝氣池塘和自然池塘。除受外源季節變化影響外，筆者認為，內源沉積物分解和水體擾動是造成池塘間隙水溫度產生上述差異的重要原因。

相關研究表明，池塘內源沉積物對池塘間隙水具有直接影響[47,49-50]。首先，內源沉積物有機質礦化分解的過程中產生的熱量變化會直接引起間隙水溫度的變化[47,51]。有報道顯示，沉積物中微生物對有機質的分解作用可釋放4.05×106kJ的熱量[52]，可促進底層水體升溫8.5 ℃[49,52]。其次，水體中上覆水—間隙水氨氮含量的差異是微生物對有機質分解程度的標志[53]。筆者結合同時期上覆水體氨氮指標分析發現，冬季養水機池塘上覆水—間隙水氨氮質量濃度差值也高于其他2種池塘(養水機0.078 mg/L>自然納潮0.072 mg/L>微孔曝氣0.068 mg/L)[54]，說明養水機池塘微生物對沉積物的分解活動與其他2種池塘相比較強[49,55]，促進了冬季養水機池塘間隙水水溫的升高。

本試驗中，夏季夜間冷卻的表層水通過水體循環輸送到池底，能夠起到顯著的降溫作用；微孔曝氣池塘對水體幾乎沒有擾動作用，無法進行上下水層交換降溫：因此，3種池塘中養水機池塘間隙水溫度較低。

3.2 3種水質調控方式下間隙水溶解氧分析比較

間隙水溫度與溶解氧含量顯著負相關[56]。本試驗中，3種池塘沉積物間隙水呈現出春季隨著水溫升高水體溶解氧質量濃度逐漸降低的趨勢，至7—8月，水溫最高時溶解氧質量濃度達到最低；秋季水溫開始下降，水體中的溶解氧質量濃度逐漸升高，至冬季水溫達到最低時溶解氧質量濃度升至最大，這一整體趨勢與其他學者的研究結果[56-58]一致。

各池塘間隙水溶解氧差異與其來源和消耗有關。從來源上看，上覆水溶解氧擴散能夠增加間隙水溶解氧含量[59-61]，本團隊同期研究發現，3種池塘上覆水體溶解氧質量濃度全年變化趨勢與間隙水一致，但養水機池塘上覆水比其他2種池塘顯著高出0.17～5.03 mg/L，尤其夏季(7—8月)養水機池塘的溶解氧質量濃度比自然池塘高5.15 mg/L，比微孔曝氣池塘高1.05 mg/L，冬季(12月—翌年1月)養水機池塘的溶解氧比自然池塘高4.16 mg/L，比微孔曝氣池塘高5.03 mg/L[54]。其原因是外力擾動打破水體氧分層增加上覆水溶解氧向間隙水中輸送[59-61]。國內外多位學者結合生產實際得出，具有打破分層效果的增氧方式能夠將間隙水中溶解氧質量濃度由2.02 mg/L提高至9.05 mg/L[59,62-65]。在本試驗中，養水機是唯一具有較高外力擾動作用的，且能夠達到破壞池塘水體躍層的增氧方式，因而在夏季溶解氧分層高發期，養水機池塘間隙水溶解氧含量高，且池塘整體溶解氧分布均勻，上下層水體溶解氧含量差異最低[65]。而自然池塘無水體擾動，表層與底層水溶解氧質量濃度差異達13.28 mg/L，出現分層，阻礙了上覆水溶解氧向間隙水的傳導，出現間隙水缺氧現象[54]。從消耗上看，間隙水存在于沉積物縫隙中，沉積物環境制約著間隙水溶解氧的含量[47,66-67]。一方面，池塘沉積物有機質礦化在間隙水溶解氧消耗中占主導[66-67]。吳群河等[66]研究報道，水體沉積物中有機質每增加1%，有機質礦化所消耗的間隙水溶解氧質量濃度將增加2 mg/L。養水機池塘沉積物中有機質較其他2種池塘低40.18%，底泥耗氧率較其他2種池塘低30～183 mg/(m2·d)[50]，因此養水機池塘間隙水溶解氧含量夏季和冬季均高于其他2種池塘，春季高于自然池塘。另一方面，沉積物中微生物種群結構能夠反映間隙水溶解氧含量的高低。變形菌門主要為兼性厭氧微生物[64]，是很好的指示生物，研究發現，變形菌門在菌群中的比例在好氧池和厭氧池中相差10%，因此變形菌門數量能夠反映出水體溶解氧含量的差異[57,67]。本團隊同期對3種池塘沉積物中變形菌門進行數據觀測中發現，養水機池塘變形菌門數量最低，僅占沉積物總菌群的68.48%～72.83%，比其他2種池塘低11.12%～17.03%[68]，由此反映出養水機池塘溶解氧環境表現為最優。

3.3 3種水質調控方式下間隙水無機氮分析比較

間隙水中無機氮包括氨氮、硝態氮、亞硝態氮，在本試驗中，3種池塘沉積物間隙水中無機氮含量全年出現4次波動，劉峰等[10,69,70]在對參池沉積物特征性氮垂直分布研究中也得出同樣的試驗觀測結果，并認為這種波動與仿刺參的季節性休眠及排泄活動有關。

3種池塘中，養水機池塘間隙水中無機氮質量濃度全年顯著低于其他2種池塘，尤其3—4月、8—9月仿刺參死亡高發期，養水機池塘間隙水無機氮質量濃度僅為其他2種池塘的42.36%～45.30%，究其原因筆者認為有以下4點：

首先，有研究發現，沉積物有機質分解能夠為間隙水提供44%～66%的無機氮[10,56]，而養水機池塘有機質含量全年僅占其他池塘有機質的57%～69%，尤其3—4月養水機池塘沉積物有機質含量僅為其他2種池塘的52%，8—9月僅為59%[50]，從而養水機池塘在有機質分解這一來源上減少了間隙水中無機氮含量。

其次，有機質分解產生的無機氮蓄積在間隙水中與上覆水體產生濃度差，出現擴散現象[71]，在降低間隙水中無機氮濃度的同時[72]，為上覆水體的浮游植物補充營養，提高養殖池塘中餌料生物量[73]。本團隊對3種池塘水體浮游植物生物量進行比較也得出，養水機池塘浮游植物生物量較其他2種池塘最高，年平均含量為20.12 mg/L，8—9月浮游植物量比其他2種池塘高出4 mg/L以上[74]，從側面證明了養水機池塘間隙水中無機氮向上覆水中擴散得比其他2種池塘強烈，無機氮質量濃度低于其他2種池塘。另外，養水機池塘中生長旺盛的浮游植物也表明了間隙水中的內源氮循環硝態氮產物充足[10,72]。

再次，池塘沉積物間隙水內源氮循環也會引起池塘間隙水無機氮含量波動[10,72,75]。本試驗中，3種池塘間隙水中硝態氮質量濃度平均為0.608 mg/L，占無機氮總量的86%～87%，進一步證實了上述推測，同時說明了3種池塘內源氮循環中均表現為硝化反應占主導，尤其是養水機池塘硝態氮含量占無機氮總量最高，為87.06%，氨氮含量占無機氮總量最低，為10.17%，結合3.2所述養水機池塘8—9月溶解氧質量濃度與其他池塘相比最高可知，間隙水中硝化作用強烈，又結合前述濃度擴散原理，養水機池塘間隙水中的大量的硝態氮向上覆水體擴散，被大量浮游植物所利用[76]，故無機氮含量低于其他2種池塘，且8—9月極顯著低于其他2種池塘。

最后，水體擾動能夠促進沉積物無機氮向外釋放[77-78]。程香菊等[38,43]研究發現，水體擾動使間隙水氨氮質量濃度直接下降1.02 mg/L，硝態氮質量濃度直接下降0.34 mg/L[38]。而本試驗中養水機池塘通過使用養水機底部射水流的方式對池塘沉積物造成擾動，促進間隙水中無機氮釋放，與自然池塘間隙水氨氮質量濃度差異達0.032 mg/L，硝態氮質量濃度差異也達0.430 mg/L；微孔曝氣池塘中的擾動極微，其與自然池塘間隙水氨氮質量濃度差異為0.001 mg/L，硝態氮質量濃度差異也僅為0.006 mg/L。因此，養水機池塘間隙水中無機氮還受水體擾動影響向上覆水釋放。

3.4 3種水質調控方式下間隙水無機磷營養分析比較

全年磷酸鹽表現為夏季8月最高，冬季12月最低，春季3種池塘間隙水磷酸鹽質量濃度無顯著性差異，夏季自然池塘顯著低于其他2種池塘，秋季養水機池塘顯著低于其他2種池塘，冬季養水機池塘、微孔曝氣池塘顯著低于自然池塘，其原因可能如下：

首先，有機質是間隙水游離態無機磷的主要來源[67,79]，李俊偉等[67]研究報道，池塘沉積物中有機質降低6.69%，活性磷能夠降低0.05 mg/L。本團隊觀測到養水機池塘與其他2種池塘相比有機質含量低45%～78%，因此在有機質礦化分解這一來源上，養水機池塘間隙水磷酸鹽含量低于其他2種池塘。

其次，有機質礦化出的無機磷以游離態分布在沉積物間隙水中，而間隙水的氧化還原環境也決定著間隙水中游離態無機磷的含量[80-82,70]。間隙水溶解氧質量濃度低于0.5 mg/L的厭氧狀態能加速沉積物中磷的釋放，溶解氧質量濃度高于5.0 mg/L的好氧狀態則抑制沉積物中磷的釋放[80]。本試驗中，僅有養水機池塘間隙水溶解氧質量濃度為5.37～22.48 mg/L，均高于5 mg/L，為好氧狀態，能夠抑制沉積物中磷的釋放[81-82]，尤其夏季(6—8月)、冬季(12月—翌年1月)的溶解氧質量濃度顯著高于其他2種池塘，又由3.3所述3種池塘中養水機池塘間隙水中以硝化反應為主導可知，養水機池塘氧化環境最為優越。因此筆者推測，8—10月養水機池塘間隙水中磷酸鹽質量濃度低是受間隙水氧化狀態影響，磷酸鹽釋放受到抑制。

最后，有研究報道，生物擾動和水體擾動是影響池塘沉積物間隙水無機磷垂直分布的重要因素[38,67,81]。一方面，池塘底棲生物鉆泥具有協助沉積物中無機磷向間隙水釋放的作用[67,81]。李俊偉等[67]以方格星蟲(Sipunculusnudus)這一底棲生物為樣本，經過20 d培育試驗發現，方格星蟲質量增加0.21 g時，池塘間隙水磷酸鹽質量濃度可增加0.04 mg/L。結合3種池塘生產實際狀況，養水機池塘較其他池塘生物活性最高，且在參苗投放量相同時，出參量最多，為1275 kg/hm2。故筆者推測，養水機池塘磷酸鹽質量濃度高是由于仿刺參個體質量增加快，加之對底泥的頻繁擾動，而自然池塘與微孔曝氣池塘仿刺參活性低，活動少，鉆泥運動較少引起的。另一方面，有研究發現，對上覆水體進行水體擾動可促進間隙水釋放0.4 mg/L的無機磷，并且隨著時間延長，對照組與擾動組出現0.2 mg/L的穩定差異[38]。本團隊進行同時期平行觀測得出：養水機上覆水與間隙水磷酸鹽質量濃度差異最小，為0.0003 mg/L；自然池塘次之，為0.0012 mg/L；微孔曝氣池塘最大，為0.0469 mg/L。養水機池塘具有較大擾動作用，能夠達到上下層水體各水體指標趨近的效果。穩定的水體環境使養水機池塘仿刺參生物活性高，表現出較好的生產優勢。

4 結 論

綜上所述，3種池塘中養水機池塘沉積物間隙水在水溫、溶解氧水平、氮營養鹽含量、磷營養鹽含量上均表現出明顯優勢，結合本團隊對于3種池塘浮游植物[74]、有機質[50]以及同時期上覆水水溫、溶解氧水平、氮磷營養鹽含量[54]等的研究結果可知，養水機通過動力系統將池塘上層水體輸送到池塘底部，以水體射流的方式對水體產生擾動，能夠促進池塘水體形成良性水體循環，使池塘沉積物間隙水水體環境也能達到較優水平。因此，養水機是一種較好的池塘水質調控設備。