李俊偉, 胡瑞萍, 郭永堅(jiān), 陳素文, 朱長(zhǎng)波,*, 頡曉勇, 張文文, 陳振國(guó)

光裸方格星蟲生物擾動(dòng)對(duì)沉積物氮磷物質(zhì)釋放的影響

李俊偉1, 胡瑞萍2, 郭永堅(jiān)1, 陳素文1, 朱長(zhǎng)波1,*, 頡曉勇1, 張文文1, 陳振國(guó)3

1. 中國(guó)水產(chǎn)科學(xué)研究院南海水產(chǎn)研究所, 廣東省漁業(yè)生態(tài)環(huán)境重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 農(nóng)業(yè)農(nóng)村部南海漁業(yè)資源開(kāi)發(fā)利用重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 廣州 510300 2. 廣州市海威水產(chǎn)科技有限公司, 廣州 510300 3. 湛江市碧海灣水產(chǎn)科技有限公司, 湛江 524000

通過(guò)測(cè)定養(yǎng)殖箱內(nèi)(24 cm×17 cm×16 cm))的沉積物管道數(shù)量和水體氮磷指標(biāo), 研究方格星蟲生物擾動(dòng)對(duì)沉積物氮磷物質(zhì)釋放和表層物質(zhì)遷移的影響。養(yǎng)殖箱底部鋪設(shè)粗沙(3200 g, 有機(jī)質(zhì)含量27.6 mg·g–1), 上層為細(xì)沙(2200 g, 有機(jī)質(zhì)含量11.0 mg·g–1), 星蟲密度分別為0條·箱–1(T0))、1條·箱–1(T1))、2條·箱–1(T2))和4條·箱–1(T4)), 各組均設(shè)4個(gè)重復(fù), 實(shí)驗(yàn)時(shí)間為11 d。數(shù)據(jù)顯示: 1)方格星蟲組沉積物側(cè)面和底部的管道數(shù)量增加, 并且表層細(xì)沙向下遷移, 方格星蟲密度越大, 管道數(shù)量越多。實(shí)驗(yàn)期間水體懸浮顆粒物無(wú)明顯變化(>0.05)), 且處理組之間亦無(wú)顯著差異(>0.05)), 表明方格星蟲擾動(dòng)對(duì)表層沉積物的再懸浮作用無(wú)明顯影響。2)實(shí)驗(yàn)前3天水體中的亞硝態(tài)氮、硝態(tài)氮、氨氮和總無(wú)機(jī)氮均無(wú)明顯增加, 而在第4天亞硝態(tài)氮、硝態(tài)氮、總無(wú)機(jī)氮表現(xiàn)增加趨勢(shì), 并且星蟲密度越大含量越高(<0.05))。實(shí)驗(yàn)期間, 各組活性磷含量呈現(xiàn)下降趨勢(shì), 并且T0組平均含量低于其他三組。結(jié)果表明, 底層有機(jī)質(zhì)含量高于表層時(shí), 方格星蟲生物擾動(dòng)可以促進(jìn)底層含氮物質(zhì)的釋放, 并且密度越大促氮釋放作用越明顯; 方格星蟲對(duì)沉積物含磷物質(zhì)的釋放影響較小, 可能與其含量較低和轉(zhuǎn)化過(guò)程有關(guān)。

光裸方格星蟲; 生物擾動(dòng); 沉積物; 營(yíng)養(yǎng)鹽釋放

0 前言

底棲動(dòng)物的生物擾動(dòng)行為(筑穴、爬行、避敵; 攝食、排泄、分泌和呼吸等)會(huì)對(duì)沉積物初級(jí)結(jié)構(gòu)產(chǎn)生影響, 進(jìn)而影響灘涂沉積物的理化性質(zhì)與生物特征[1-6]。底棲動(dòng)物的生物擾動(dòng)可以改變有機(jī)質(zhì)或污染物在沉積物中的垂直分布和粒徑分布[7], 其表層攝食和底部排泄行為也會(huì)加速表層有機(jī)質(zhì)的遷移或封埋, 進(jìn)而影響沉積物中氮磷物質(zhì)釋放和轉(zhuǎn)化[8-9]。底棲動(dòng)物對(duì)沉積物的搬運(yùn)和混合作用也會(huì)加速間隙水與上覆水之間的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)遷移, 從而影響沉積物-水界面的營(yíng)養(yǎng)鹽通量[10]。海參、蟹類、多毛類等動(dòng)物由于棲息、攝食習(xí)性不同, 其生物擾動(dòng)對(duì)灘涂有機(jī)質(zhì)遷移的影響具有顯著區(qū)別, 多數(shù)海參底表攝食和排泄, 對(duì)有機(jī)物質(zhì)水平遷移較明顯; 蟹類和多毛類為筑穴類動(dòng)物, 頻繁活動(dòng)加速有機(jī)物質(zhì)向上或向下垂直遷移[8,11-13]。星蟲類動(dòng)物依靠吻部伸展和收縮無(wú)選擇地?cái)z食表層顆粒有機(jī)物質(zhì), 在洞穴內(nèi)排泄積累, 表現(xiàn)出對(duì)有機(jī)物質(zhì)較強(qiáng)的向下遷移作用[14]。

光裸方格星蟲()又稱方格星蟲、沙蟲, 是一種穴居底棲動(dòng)物, 在灘涂中的筑穴深度可達(dá)50 cm[15-17]。方格星蟲廣泛分布于我國(guó)近海沿岸, 北至渤海灣、南至海南均有發(fā)現(xiàn), 以廣東、廣西、福建和海南沿海資源較為豐富。方格星蟲攝食表層沉積物中的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì), 并在洞穴深處排泄, 實(shí)現(xiàn)表層沉積物質(zhì)向底層的搬運(yùn)和封埋[18]。一般認(rèn)為星蟲類動(dòng)物對(duì)表層沉積物及重金屬具有明顯的封埋和遷移效果, 在生態(tài)系統(tǒng)的地球化學(xué)過(guò)程中發(fā)揮著重要作用[19-20]。近年來(lái), 隨著方格星蟲繁育技術(shù)的逐漸成熟, 每年在沿海灘涂投放上億條的幼苗進(jìn)行增養(yǎng)殖, 該生產(chǎn)活動(dòng)對(duì)灘涂沉積物的影響較為明顯。以往研究了方格星蟲生物擾動(dòng)對(duì)混養(yǎng)系統(tǒng)沉積物及間隙水中營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的影響, 表明方格星蟲生物擾動(dòng)在一定程度上可以促進(jìn)沉積物表層的有機(jī)質(zhì)向底層轉(zhuǎn)移[14]。方格星蟲對(duì)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)具有向下遷移和擾動(dòng)釋放的雙重作用, 關(guān)于方格星蟲的擾動(dòng)釋放能力的相關(guān)研究較少, 需要就其氮磷物質(zhì)擾動(dòng)釋放的影響機(jī)理需要進(jìn)一步研究。

本研究通過(guò)在室內(nèi)設(shè)置不同密度的方格星蟲生物擾動(dòng)實(shí)驗(yàn), 研究方格星蟲生物擾動(dòng)對(duì)于水體中氮、磷濃度變化的影響, 確定方格星蟲的生物擾動(dòng)對(duì)沉積物底層氮磷物質(zhì)釋放的效果, 為沿海灘涂科學(xué)增養(yǎng)殖方格星蟲提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 實(shí)驗(yàn)材料與實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

方格星蟲對(duì)沉積物底層氮、磷物質(zhì)的擾動(dòng)實(shí)驗(yàn)在塑料養(yǎng)殖箱(24 cm×17 cm×16 cm)中進(jìn)行, 實(shí)驗(yàn)時(shí)間共11 d。實(shí)驗(yàn)共四個(gè)密度處理組, 分別為0條·箱–1(T0組)、1條·箱–1(T1組)、2條·箱–1(T2組)和4條·箱–1(T4組), 分別設(shè)置4個(gè)重復(fù), 且對(duì)養(yǎng)殖箱隨機(jī)區(qū)組放置。養(yǎng)殖箱底層鋪設(shè)3200 g(厚度5 cm)的河沙(干重), 其有機(jī)質(zhì)含量為27.6 mg·g–1; 上層鋪設(shè)2200 g(厚度3 cm)的細(xì)沙(過(guò)篩并混勻), 有機(jī)質(zhì)含量為11.0 mg·g–1, 然后加入500目篩絹布過(guò)濾的海水3500 mL(深度15 cm), 待方格星蟲鉆入沙層后采集初始水樣。實(shí)驗(yàn)用方格星蟲采自湛江遂溪, 養(yǎng)殖箱內(nèi)方格星蟲的生物量分別為0 g·箱–1、7.80 g·箱–1、13.19 g·箱–1、21.38 g·箱–1(表1)。

表1 方格星蟲生物擾動(dòng)對(duì)底層沉積物氮磷物質(zhì)釋放影響的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

1.2 日常管理

采用充氣石進(jìn)行連續(xù)充氧, 溶解氧質(zhì)量濃度高于6 mg ·L–1, 實(shí)驗(yàn)期間不換水。水體的溫度、鹽度、pH 以及溶解氧采用YSI(556, YSI Incorporated, Yellow Springs, USA)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)測(cè)定。

1.3 樣品的收集及測(cè)定

第1—7天的采樣間隔為24 h, 最后一次采樣間隔為96 h。采用50 ml注射器取距離沙底2 cm處的水樣。每次采集水樣50 ml, 采用孔徑為0.45 μm的濾膜過(guò)濾后加入氯仿冷凍保存, 用于測(cè)定氨氮(NH4+—N)、硝態(tài)氮(NO3-—N)、亞硝氮(NO2-—N)和活性磷(SRP)含量。NH4+—N采用靛酚藍(lán)法測(cè)定, NO3—N采用鋅鎘還原法測(cè)定, NO2—N采用重氮—偶氮光度法測(cè)定, SRP采用磷鉬藍(lán)法測(cè)定[21]。在第1 d和第11 d分別采集中層水樣50 ml, 過(guò)濾后測(cè)定水樣中的懸浮顆粒物質(zhì)含量。

1.4 數(shù)據(jù)分析

采用 SPSS 17.0進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)和分析。不同處理組間的數(shù)據(jù)差異采用 One-way ANOVA 進(jìn)行分析, 顯著度為<0.05。

2 結(jié)果

2.1 方格星蟲生物擾動(dòng)對(duì)沉積物物理特征的影響

方格星蟲生物擾動(dòng)明顯增加了沉積物側(cè)面和底部的管道網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu), 并且造成表層細(xì)沙物質(zhì)的向下遷移(圖1)。實(shí)驗(yàn)結(jié)束時(shí), 養(yǎng)殖方格星蟲的沉積物中管道數(shù)量明顯增加, T4組沉積物側(cè)面的垂直管道平均數(shù)量為24個(gè), 顯著高于T2(9個(gè))與T1組(3個(gè))(<0.05)。

圖1 實(shí)驗(yàn)期間沉積物的物理結(jié)構(gòu)變化

Figure 1 Physical structural change of the sediment during the experiment

2.2 方格星蟲生物擾動(dòng)對(duì)沉積物再懸浮的影響

實(shí)驗(yàn)結(jié)束時(shí), 四個(gè)處理組水體中的懸浮顆粒物質(zhì)含量與初期含量相近, 均無(wú)顯著差異(>0.05), 并且四個(gè)處理組之間的懸浮顆粒物質(zhì)含量亦無(wú)顯著差異(>0.05), 表明方格星蟲生物擾動(dòng)對(duì)于表層顆粒物質(zhì)的再懸浮作用影響較小。

2.3 方格星蟲生物擾動(dòng)對(duì)底層沉積物氮、磷釋放的影響

實(shí)驗(yàn)期間第1—2 d, 各處理組水體中的亞硝態(tài)氮含量均無(wú)明顯增加, 第3—6 d T1、T2和T4組水體的亞硝態(tài)氮含量均表現(xiàn)出增加的趨勢(shì), 并且隨著方格星蟲密度增加亞硝態(tài)氮含量顯著增加(<0.05); T0組水體中的亞硝態(tài)氮含量變化趨勢(shì)較小, 其含量變化范圍為0.014—0.042 mg·L–1, 平均值為0.03 mg·L–1, 顯著低于其它三組(0.11 mg·L–1、0.22 mg·L–1和0.37 mg·L–1) (<0.05)。

實(shí)驗(yàn)期間第1—3d, 各處理組水體中的硝態(tài)氮含量均無(wú)明顯增加, 第4—11d, T1、T2和T4組水體中的硝態(tài)氮含量表現(xiàn)出明顯的增加趨勢(shì), 而T0組水體中的硝態(tài)氮含量變化范圍為0.014—0.039 mg·L–1, 平均值為0.089 mg·L–1, 低于其它三組(0.34 mg·L–1、0.76 mg·L–1和1.62 mg·L–1)(<0.05)。在第4—11 d, T4組硝態(tài)氮含量顯著高于T0、T1組(<0.05), 且在第4、5、11 d顯著高于T2組(<0.05)。在第6、7、11 d時(shí)T2組顯著高于T0組, 在第7 d時(shí)顯著高于T1組(<0.05)。僅在第6 d時(shí)T1組顯著高于T0組(<0.05), 其它采樣時(shí)間硝態(tài)氮含量相近。

實(shí)驗(yàn)期間, 各處理組的氨氮含量變化范圍較大, 無(wú)明顯的升高趨勢(shì), 但在大部分采樣階段高密度處理組水體中的氨氮含量高于低密度組和對(duì)照組, 未達(dá)到顯著差異水平(>0.05), 只有T4組在第4 d顯著高于T0組(<0.05)。實(shí)驗(yàn)期間, T0、T1、T2和T4組中的氨氮含量分別為0.48mg·L–1、0.59mg·L–1、0.58mg ·L–1和0.73mg·L–1。溶解態(tài)無(wú)機(jī)氮(DIN)含量的變化趨勢(shì)和亞硝態(tài)氮、硝態(tài)氮含量變化趨勢(shì)相近, 高密度組養(yǎng)殖水體中溶解態(tài)無(wú)機(jī)氮的含量均高于低密度組, 且在第4—11 d不同處理組之間出現(xiàn)了顯著差異(<0.05)。在第3—11 d, T4組均顯著高于T0組(<0.05); 在第3、5—11 d, T2組顯著高于T0組(<0.05), 而T1組僅在第6、11 d顯著高于T0組(<0.05) (圖3)。

圖2 實(shí)驗(yàn)期間水體內(nèi)懸浮顆粒物質(zhì)含量的影響

Figure 2 The particulate matter content in the water at the beginning and end of the experiment

實(shí)驗(yàn)期間, 各處理組水體中活性磷含量具有相近的變化趨勢(shì), T0組活性磷平均含量(0.035 mg·L–1)低于其它三組(0.048 mg·L–1、0.037 mg·L–1和0.046mg·L–1) (圖4)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明, 方格星蟲生物擾動(dòng)可以促進(jìn)底層沉積物含氮物質(zhì)的釋放, 并且方格星蟲的養(yǎng)殖密度越大, 底層含氮物質(zhì)的釋放越明顯。實(shí)驗(yàn)期間, 養(yǎng)殖箱內(nèi)未投入有機(jī)質(zhì), 因此方格星蟲的排泄、代謝等作用對(duì)水體中含氮物質(zhì)量的影響較小,可知方格星蟲的鉆穴與擾動(dòng)在含氮物質(zhì)釋放過(guò)程中發(fā)揮較大作用。實(shí)驗(yàn)期間, 方格星蟲對(duì)沉積物中含磷物質(zhì)的釋放影響較小, 可能與活性磷物質(zhì)的轉(zhuǎn)化和含量較低有關(guān)。

3 討論

底棲動(dòng)物的擾動(dòng)作用會(huì)對(duì)沉積物氮、磷的釋放造成顯著影響[22-25]。星蟲類和顫蚓等動(dòng)物通過(guò)其管道網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)及擾動(dòng)作用加速了沉積物間隙水與上覆水之間的物質(zhì)流動(dòng)[26]。本研究表明方格星蟲生物擾動(dòng)可以增加沉積物管道網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)(圖1), 并且可以提高沉積物含水率, 這與其它生物擾動(dòng)實(shí)驗(yàn)的結(jié)果相近[25-28]。通過(guò)實(shí)驗(yàn)結(jié)束與初始時(shí)養(yǎng)殖水體內(nèi)顆粒物質(zhì)含量的比較, 方格星蟲生物擾動(dòng)對(duì)于表層沉積物的再懸浮作用不明顯, 這一結(jié)果與顫蚓、沙蠶生物擾動(dòng)促進(jìn)沉積物再懸浮的特征有所不同[25,29-31], 這可能與方格星蟲特殊的攝食方式和較弱的擾動(dòng)程度有關(guān)系。方格星蟲攝食過(guò)程中通過(guò)伸縮吻部結(jié)構(gòu)以攝取沉積物表層有機(jī)質(zhì), 無(wú)需將吻部伸出表面, 在沉積物表面形成明顯的花穴或漏斗穴[32], 因此, 方格星蟲生物擾動(dòng)的程度較低是未造成表層顆粒物質(zhì)再懸浮的主要原因。可以推測(cè), 方格星蟲灘涂增養(yǎng)殖對(duì)于表層沉積物的顆粒再懸浮影響較小。

圖3 實(shí)驗(yàn)水體中亞硝態(tài)氮、硝態(tài)氮、總氨氮、溶解態(tài)無(wú)機(jī)氮含量變化

Figure 3 NH4+—N, NO3—N, NO2—N, DIN content in the water column during the experiment

Mermillod-Blondin 等[23]研究表明, 顫蚓生物擾動(dòng)對(duì)沉積物的氮釋放表現(xiàn)出促進(jìn)作用, 這與顫蚓的遷移鉆行和在泥水界面的顫動(dòng)有直接關(guān)系。顫蚓的生物密度越大, 沉積物中的總氮釋放越明顯[25]。本實(shí)驗(yàn)方格星蟲對(duì)沉積物的氮釋放影響也表現(xiàn)出促進(jìn)作用。實(shí)驗(yàn)期間, 養(yǎng)殖水體中的亞硝態(tài)氮、硝態(tài)氮和總無(wú)機(jī)氮含量均隨著方格星蟲密度增加而顯著增加(<0.05), 并且低密度組與高密度組之間也具有顯著差異(<0.05)(圖3)。在實(shí)驗(yàn)中, 方格星蟲的擾動(dòng)作用表現(xiàn)為水體“氮源”的動(dòng)力, 且生物密度越大, 對(duì)底層沉積物的擾動(dòng)釋放作用越明顯。實(shí)驗(yàn)水體中總無(wú)機(jī)氮的增加情況表明方格星蟲的密度越大, 其個(gè)體擾動(dòng)強(qiáng)度會(huì)有所增加, 高密度組沉積物側(cè)面的垂直管道數(shù)量顯著高于低密度組也證實(shí)了方格星蟲生物擾動(dòng)或筑穴行為會(huì)隨著密度增加而增強(qiáng), 水體中無(wú)機(jī)氮增加的主要原因是管道增加了沉積物氮磷物質(zhì)與外界水的交換面積。北部灣適養(yǎng)方格星蟲的灘涂面積約20萬(wàn)畝, 方格星蟲擾動(dòng)造成的無(wú)機(jī)氮、磷釋放會(huì)成為該海區(qū)氮磷循環(huán)的重要組成。本研究主要量化了底層沉積物有機(jī)質(zhì)含量明顯高于表層, 且表層有機(jī)質(zhì)含量較低情況下方格星蟲對(duì)底層無(wú)機(jī)氮磷的釋放作用。在方格星蟲灘涂增養(yǎng)殖區(qū), 表層沉積物的有機(jī)質(zhì)含量較高, 因此方格星蟲對(duì)于灘涂表層有機(jī)質(zhì)的向下遷移和底層氮磷釋放的綜合作用仍需深入研究。

圖 4 實(shí)驗(yàn)水體中活性磷含量變化

Figure 4 SRP content in the water column during the experiment

以往研究表明, 顫蚓擾動(dòng)可以顯著影響間隙水中的磷濃度, 造成活性磷含量增加[23], 其擾動(dòng)行為又會(huì)加快底層磷遷移到表層并釋放到水體中[24,33], 也有研究表明刺參生物擾動(dòng)會(huì)促進(jìn)有機(jī)磷的降解和礦化, 有助于部分磷向鐵/鋁結(jié)合態(tài)磷(NaOH-P)轉(zhuǎn)變, 可以增強(qiáng)沉積物對(duì)磷的吸附能力, 減少水體富營(yíng)養(yǎng)化的風(fēng)險(xiǎn)[5]。本研究發(fā)現(xiàn)方格星蟲擾動(dòng)對(duì)于沉積物中磷釋放無(wú)明顯促進(jìn)作用, 而且各處理組活性磷含量在實(shí)驗(yàn)后期表現(xiàn)出降低趨勢(shì)。本研究在室內(nèi)開(kāi)展擾動(dòng)試驗(yàn), 仍具有一定光照強(qiáng)度, 未進(jìn)行完全黑暗試驗(yàn)可能是少量硅藻生長(zhǎng)造成磷降低的因素之一。方格星蟲生物擾動(dòng)對(duì)沉積物中磷等其它元素的形態(tài)轉(zhuǎn)化影響仍需進(jìn)一步研究。

4 結(jié)論

方格星蟲生物擾動(dòng)對(duì)沉積物的管道網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)影響顯著, 明顯增加沉積物管道數(shù)量, 在底層有機(jī)質(zhì)含量高于表層時(shí), 其擾動(dòng)作用表現(xiàn)為水體“氮源”的動(dòng)力。方格星蟲密度越大, 對(duì)底層沉積物氮的擾動(dòng)釋放作用越明顯。實(shí)驗(yàn)水體中總無(wú)機(jī)氮的增加情況表明密度越大, 方格星蟲的個(gè)體擾動(dòng)強(qiáng)度會(huì)有所增加, 可能是由于食物或空間等競(jìng)爭(zhēng)而導(dǎo)致攝食頻率和強(qiáng)度增加。

[1] 于子山, 王詩(shī)紅, 張志南, 等. 紫彩血蛤的生物擾動(dòng)對(duì)沉積物顆粒垂直分布的影響[J].青島海洋大學(xué)學(xué)報(bào), 1999, 29(2): 279–282.

[2] KRISTENSEN E. Impact of polychaetes (spp. andmarina)on carbon biogeochemistry in coastal marine sediments[J]. Geochemical Transactions, 2001, 2(1): 1–12.

[3] 杜永芬, 張志南. 菲律賓蛤仔的生物擾動(dòng)對(duì)沉積物顆粒垂直分布的影響[J].中國(guó)海洋大學(xué)學(xué)報(bào), 2004, 34(6): 988–992.

[4] 宋進(jìn)喜, 任朝亮, 李夢(mèng)潔, 等. 河流潛流帶顫蚓生物擾動(dòng)對(duì)沉積物滲透性的影響研究[J]. 環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào), 2014, 34 (8): 2062–2069.

[5] 侯詒然, 高勤峰, 董雙林, 等. 不同規(guī)格刺參的生物擾動(dòng)作用對(duì)沉積物中磷賦存形態(tài)及吸附特性的影響[J]. 中國(guó)海洋大學(xué)學(xué)報(bào), 2017, 47 (9): 36–45.

[6] 張雷, 古小治, 邵世光, 等. 河蜆擾動(dòng)對(duì)湖泊沉積物性質(zhì)及磷遷移的影響[J].環(huán)境科學(xué), 2011, 32(1): 88–95.

[7] 孫思志, 鄭忠明. 大型底棲動(dòng)物的生物干擾對(duì)沉積環(huán)境影響的研究進(jìn)展. 浙江農(nóng)業(yè)學(xué)報(bào), 2010, 22 (2): 263–268.

[8] FANJUL E, ESCAPA M, MONTEMAYOR D, et al. Effect of crab bioturbation on organic matter processing in South West Atlantic intertidal sediments[J]. Journal of Sea Research, 2015, 95: 206–216.

[9] HULTH S, ALLER R C, CANFIELD D E, et al. Nitrogen removal in marine environments: Recent findings and future research challenges[J]. Marine Chemistry, 2005, 94(1–4):125–145.

[10] WIDDOW J, BRINSLEY M D, BOWLEY N, et al. A benthic annular flume for in situ measurement of suspension feeding/biodeposition rates and erosion potential of intertidal cohesive sediments[J]. Estuarine Coastal & Shelf Science, 1998, 46(1): 27–28.

[11] AHIGREN M O. Consumption and assimilation of salmon net pen fouling debris by the red sea cucumber: implications for polyculture[J]. Journal of the World Aquaculture Society, 1998, 29(2): 133–139.

[12] PALMER P J. Polychaete–assisted sand filters[J]. Aquaculture, 2010, 306(1): 369–377.

[13] LUPPI T, BAS C, CASARIEGO A M, et al. The influence of habitat, season and tidal regime in the activity of the intertidal crab[J]. Helgoland Marine Research, 2013, 67(1): 1–15.

[14] 李俊偉, 朱長(zhǎng)波, 郭永堅(jiān), 等. 光裸方格星蟲生物擾動(dòng)對(duì)混養(yǎng)系統(tǒng)沉積物及間隙水中營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的影響[J]. 漁業(yè)科學(xué)進(jìn)展, 2015, 36(1): 103–110.

[15] 李鳳魯, 周紅. 中國(guó)沿海星蟲動(dòng)物門名錄[J]. 青島海洋大學(xué)學(xué)報(bào), 1992, 22(2): 72–88.

[16] 張琴, 許明珠, 童潼, 等. 飼料糖脂比對(duì)方格星蟲稚蟲生長(zhǎng)、體成分和消化酶活性的影響[J]. 動(dòng)物營(yíng)養(yǎng)學(xué)報(bào), 2014, 26(1): 153–160.

[17] 李俊偉, 朱長(zhǎng)波, 頡曉勇, 等. 方格星蟲的繁育、養(yǎng)殖及研究開(kāi)發(fā)進(jìn)展[J]. 南方水產(chǎn)科學(xué), 2014, 10 (5): 94–98.

[18] 孫剛, 房巖. 底棲動(dòng)物的生物擾動(dòng)效應(yīng)[M]. 科學(xué)出版社, 2013: 80–98.

[19] SHIELDS M A, KEDRA M A. Deep burrowing sipunculan of ecological and geochemical importance[J].Deep Sea Research Part I Oceanographic Research Papers, 2009, 56 (11): 2057–2064.

[20] WANG Fei, WANG Weixiong, HUANG Xiaoping. Spatial distribution of gut juice extractable Cu, Pb and Zn in sediments from the Pearl River Estuary, Southern China[J]. Marine Environmental Research, 2012, 77(6): 112–119.

[21] 雷衍之. 養(yǎng)殖水環(huán)境化學(xué)實(shí)驗(yàn)[M]. 北京: 中國(guó)農(nóng)業(yè)出版社, 2006: 80–85.

[22] 余婕, 劉敏, 侯立君, 等. 底棲穴居動(dòng)物對(duì)潮灘N遷移轉(zhuǎn)化的影響[J].海洋環(huán)境科學(xué), 2004, 23(2): 1–4.

[23] MERMILLOD B F, NOGARO G, VALLIER F, et al. Laboratory study highlights the key influence of stormwater sediment thickness and bioturbation by tubificid worms on dynamics of nutrients and pollutants in stormwater retention systems[J]. Chemosphere, 2008, 72(2): 213–223.

[24] 聶小保, 吳淑娟, 吳方同, 等. 顫蚓生物擾動(dòng)對(duì)沉積物氮釋放的影響[J].環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào), 2011, 31(1): 107–113.

[25] 鄭余琦, 鄭忠明, 秦文娟. 縊蟶生物擾動(dòng)對(duì)養(yǎng)殖廢水處理系統(tǒng)中沉積物磷賦存形態(tài)垂直分布的影響. 海洋與湖沼, 2017, 48 (1): 161–170.

[26] ALLER R C. Transport and reactions in the bioirrigated zone[M]// BOUDREAU B P, JORGENSEN B B (Eds.), The Benthic Boundary Layer. Oxford University Press, Oxford, 2001, 269–301.

[27] KRISTENSEN E, LIEBEZEIT G, DITTMANN S, et al. Organic matter diagenesis at the oxic/anoxic interface in coastal marine sediments,with emphasis on the role of burrowing animals[J]. Hydrobiologia, 2000, 426(1): 1–24.

[28] LI Junwei, ZHU Changbo, GUO Yongjian, et al. Experi-mental study of bioturbation byin a polyculture system[J]. Aquaculture, 2015, 437(9): 175– 181.

[29] 高麗. 生物擾動(dòng)對(duì)黃河口潮灘沉積物侵蝕性的試驗(yàn)研究[D].青島: 中國(guó)海洋大學(xué), 2008:28–52.

[30] 李俐俐, 武安泉, 覃雪波. 沙蠶生物擾動(dòng)對(duì)河口沉積物中菲釋放的影響[J].環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào), 2014, 34(9): 2355– 2361.

[31] 覃雪波, 孫紅文, 彭士濤, 等. 生物擾動(dòng)對(duì)沉積物中污染物環(huán)境行為的影響研究進(jìn)展[J].生態(tài)學(xué)報(bào), 2014, 34(1): 59–69.

[32] LI Junwei, XIE Xiaoyong, ZHU Changbo, et al. Edible Peanut Worm in the Beibu Gulf: Resource,aquaculture, Ecological Impact and Counterplan[J]. Journal of ocean university of China, 2017, 16(5): 823–830.

[33] 呂敬, 鄭忠明, 陸開(kāi)宏, 等. 銅銹環(huán)棱螺生物擾動(dòng)對(duì)“藍(lán)藻水華”水體底泥及其間隙水中碳、氮、磷含量的影響. 生態(tài)科學(xué), 2010, 29 (6): 538–542.

Effects of the bioturbation activity ofon nitrogen and phosphorus release from sediments

LI Junwei1, HU Ruiping2, GUO Yongjian1, CHEN Suwen1, ZHU Changbo1*, XIE Xiaoyong1, ZHANG Wenwen1, CHEN Zhenguo3

1. Key Laboratory of South China Sea Fishery Resources Exploitation & Utilization, Ministry of Agriculture of China, Guangdong Provincial key Laboratory of Fishery Ecological Environment, South China Sea Fisheries Research Institute, Chinese Academy of Fishery Sciences, Guangzhou 510300, China 2. Guangzhou Haiwei Aquatic Science and Technology Co., Ltd, Guangzhou 510300, China 3. Bihaiwan Aquatic Science and Technology Co., LTD, Zhanjiang, Guangdong 524000, China

The effects of bioturbation ofon the release of nitrogen and phosphorus from sediments and the migration of surface material were studied by measuring the sediment structure and the nitrogen and phosphorus contents of the water in the breeding tanks (24 cm×17 cm×16 cm). The bottom layer was composed of coarse sand (3200 g, organic matter 27.6 mg·g-1), and the top layer was composed of fine sand (2200 g, organic matter 11.0 mg·g-1).The densities ofwere 0 (T0), 1 (T1), 2 (T2), 4 (T4) individuals per tank with 4 replicates in each group, and the experiment lasted for 11 days. The data showed that: 1) The number of pipelines on the sides and bottom of the sediments ofgroup increased, and fine sand on the surface migrated downwards. With the increment of the density of, the number of pipelines increased. During the experiment, there was no significant change in the suspended particulates (>0.05), and there was no significant difference between the groups (>0.05), indicating that the bioturbation ofhad no significant effect on the suspension of surface sediments. 2) No significant increase in nitrite nitrogen, nitrate nitrogen, ammonia nitrogen, and total inorganic nitrogen was found in the first three days of the experiment. However, the nitrogen showed a certain increasing trend on the fourth day of the experiment. And the higher density of group ofhad higher nitrogen contents (<0.05). During the experiment, the content of active phosphorus in each group had a decreasing trend, and the average content in the T0group was lower than the other three groups. The results showed that the bioturbation ofcould promote the release of nitrogen from the bottom layer, and the effect of nitrogen releasing increased with density of. The release of phosphorus in sediment was less affected by, which might be related to the low content of phosphorus and slow transformation process.

; Bioturbation; Sediment; Nutrient release

10.14108/j.cnki.1008-8873.2019.05.002

S96

A

1008-8873(2019)05-008-07

2018-10-30;

2018-11-15

海南省自然科學(xué)基金(318MS117); 國(guó)家自然科學(xué)基金(41606137); 中國(guó)水產(chǎn)科學(xué)研究院中央級(jí)公益性科研院所基本科研業(yè)務(wù)費(fèi)項(xiàng)目(2019ZY13); 廣東省漁業(yè)生態(tài)環(huán)境重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室開(kāi)放基金(LFE-2016-9); 湛江市科技計(jì)劃項(xiàng)目(2018A03004)

李俊偉(1982—), 男, 助理研究員, 博士, 從事養(yǎng)殖生態(tài)學(xué)研究, E-mail: lijunwei303@163.com

朱長(zhǎng)波(1978—), 男, 副研究員, 養(yǎng)殖容量學(xué)研究, E-mail: changbo@scsfri.ac.cn

李俊偉, 胡瑞萍, 郭永堅(jiān), 等. 光裸方格星蟲生物擾動(dòng)對(duì)沉積物氮磷物質(zhì)釋放的影響[J]. 生態(tài)科學(xué), 2019, 38(5): 8-14.

LI Junwei, HU Ruiping, GUO Yongjian, et al. Effects of the bioturbation activity ofon nitrogen and phosphorus release from sediments[J]. Ecological Science, 2019, 38(5): 8-14.