董貫倉，杜興華 (山東省淡水漁業(yè)研究院，山東 濟(jì)南 250013 山東省淡水水產(chǎn)遺傳育種重點實驗室，山東 濟(jì)南 250117)

譚圣延 (山東省濟(jì)寧市利民漁業(yè)專業(yè)合作社，山東 濟(jì)寧 272061)

楊海峰 (山東省濟(jì)寧市任城區(qū)漁業(yè)發(fā)展服務(wù)中心，山東 濟(jì)寧 272008)

孫魯峰 (山東省淡水漁業(yè)研究院，山東 濟(jì)南 250013 山東省淡水水產(chǎn)遺傳育種重點實驗室，山東 濟(jì)南 250117)

靳坤 (山東省濟(jì)寧市任城區(qū)漁業(yè)發(fā)展服務(wù)中心，山東 濟(jì)寧 272008)

作為我國當(dāng)前主要漁業(yè)生產(chǎn)方式,淡水池塘養(yǎng)殖因過度追求高產(chǎn)往往導(dǎo)致氮、磷等營養(yǎng)物質(zhì)的積累[1，2]。但人們在較多關(guān)注養(yǎng)殖水體富營養(yǎng)化及其調(diào)控防治的同時，對底泥物質(zhì)富集及釋放治理的關(guān)注不足。已有研究表明，封閉式養(yǎng)殖池塘中54%～77%的氮和72%～89%的磷富集到池塘沉積物中[3]。而沉積物中的氮磷又會通過分子擴散和濃度梯度進(jìn)入水體[4]，并且沉積物內(nèi)源氮磷占據(jù)池塘水體氮磷來源相當(dāng)?shù)谋壤齕5]，從而造成對養(yǎng)殖水體的潛在威脅。因此，加強池塘底質(zhì)的調(diào)控管理是保持良好養(yǎng)殖生態(tài)環(huán)境的重要環(huán)節(jié)。

生石灰因清塘效果好、價格便宜及簡單易操作等優(yōu)勢而曾廣泛應(yīng)用于清塘處理[6]，但目前因人工成本增加、尾水排水受限等原因，其使用受到一定限制。伴隨水產(chǎn)養(yǎng)殖的生態(tài)、綠色、高效和可持續(xù)發(fā)展，底質(zhì)改良劑被廣泛應(yīng)用并成為水產(chǎn)養(yǎng)殖可持續(xù)發(fā)展的重要標(biāo)志[7]。但在漁業(yè)生產(chǎn)中，為追求即時底改效果及降低人工成本，常存在過量施用底改制劑的操作，而其實施效果、潛在影響及所需輔助措施尚不得而知。同時，間隙水作為池塘中連接沉積物與上覆水進(jìn)行營養(yǎng)鹽交換的重要媒介，其不同形態(tài)的營養(yǎng)物質(zhì)在沉積物-水界面氮循環(huán)系統(tǒng)中扮演重要角色[8]。此外，由于不同類型的底質(zhì)對營養(yǎng)物質(zhì)的儲存和釋放以及表面微生態(tài)系統(tǒng)構(gòu)成的差異，對養(yǎng)殖水體及養(yǎng)殖生物的影響不同[9，10]。為此，該研究選取傳統(tǒng)的生石灰和新興的化學(xué)性底質(zhì)改良劑，分別針對沙質(zhì)及泥質(zhì)2種底質(zhì)類型的養(yǎng)殖池塘，以底質(zhì)與水體營養(yǎng)交換中間環(huán)節(jié)的間隙水為研究對象進(jìn)行了短期的跟蹤監(jiān)測并進(jìn)行比較分析，以期為優(yōu)化淡水池塘養(yǎng)殖過程中的底質(zhì)調(diào)控措施提供技術(shù)支撐。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

試驗在山東省濟(jì)寧市任城區(qū)2處沙質(zhì)底和泥質(zhì)底的0.67hm2養(yǎng)殖池塘中進(jìn)行，平均水深1.3m，主養(yǎng)草魚并套養(yǎng)少量鯉魚、鰱魚和鳙魚。每池塘分別設(shè)置8個4m×4m×2.5m的雙面涂塑高密度聚乙烯編織布圍隔，間距為2m。試驗用底改制劑中，生石灰購自濟(jì)寧建材市場，經(jīng)碾壓至直徑0.5cm以內(nèi)的顆粒；底質(zhì)改良劑采用市售化學(xué)性底質(zhì)改良劑，主要成分為過硫酸氫鉀復(fù)合鹽和增效劑等。

1.2 試驗設(shè)計

試驗共設(shè)底質(zhì)改良劑建議量與加倍量(WN、WD)和生石灰常規(guī)量與加倍量(GN、GD)等4個底改處理并應(yīng)用于泥質(zhì)和沙質(zhì)2種底質(zhì)池塘(見表1)，并于底改制劑投放前(0h)及其后的1、2、4、8、24h共采樣6次。

表1 不同試驗處理底改制劑施用情況

1.3 樣品采集與測定

用自制采泥器采集表層10cm以上的底泥樣品，每圍隔隨機采集3處底泥后混合并進(jìn)行離心(8000r/min，10min)，取間隙水上清液，使用多功能水質(zhì)分析系統(tǒng)和紫外/可見分光光度計Pharo 300(Merck，德國)及其配套檢測試劑進(jìn)行氨氮、亞硝氮、總氮、總磷含量和化學(xué)需氧量(COD)等指標(biāo)的檢測。

1.4 數(shù)據(jù)統(tǒng)計與分析

數(shù)據(jù)整理使用Office Excel 2010軟件，單因素方差分析(ANOVA)及Duncan多重比較采用SPSS 21.0軟件，并以P<0.05作為差異顯著性水平。

2 結(jié)果與分析

2.1 底改前2種底質(zhì)池塘的水體與間隙水水質(zhì)狀況

2處池塘的養(yǎng)殖水體與間隙水水質(zhì)狀況見表2。由表2可知，2種底質(zhì)養(yǎng)殖水體中營養(yǎng)物質(zhì)含量均較高，除泥質(zhì)底水體COD屬地表水V類水質(zhì)外，各水體氨氮、總氮、總磷質(zhì)量濃度和COD均屬地表水劣V類水質(zhì)，并且沙質(zhì)底水體中氨氮、總氮和總磷質(zhì)量濃度顯著低于泥質(zhì)底(P<0.05)，沙質(zhì)底水體亞硝氮質(zhì)量濃度和COD顯著高于泥質(zhì)底(P<0.05)；同時，2種底質(zhì)池塘間隙水中多數(shù)營養(yǎng)鹽質(zhì)量濃度較水體更高，其中僅沙質(zhì)底間隙水中總磷質(zhì)量濃度和COD比水體稍低，并且沙質(zhì)底間隙水氨氮、總磷質(zhì)量濃度和COD顯著低于泥質(zhì)底(P<0.05)，沙質(zhì)底間隙水亞硝氮質(zhì)量濃度顯著高于泥質(zhì)底(P<0.05)。

表2 2種底質(zhì)池塘的水體與間隙水水質(zhì)狀況

2.2 底改后2種底質(zhì)池塘的間隙水水質(zhì)變化情況

1)氨氮 施用底改制劑后，除沙質(zhì)底SWN處理間隙水氨氮質(zhì)量濃度呈現(xiàn)逐步下降趨勢外，各處理間隙水氨氮質(zhì)量濃度先稍下降后顯著上升并再次下降至初始質(zhì)量濃度及以下(見圖1)。其中，沙質(zhì)底間隙水氨氮質(zhì)量濃度除SWN處理呈逐步下降趨勢外，其余處理均先于2h降至較低水平后逐步上升至8h較高水平再于24h逐步下降，至試驗?zāi)㏒WN、SWD、SGN和SGD處理氨氮質(zhì)量濃度分別為(5.17±1.00)mg/L、(5.88±0.02)mg/L、(9.29±0.24)mg/L和(7.59±0.13)mg/L，其中生石灰處理較底質(zhì)改良劑處理的氨氮質(zhì)量濃度偏高；在泥質(zhì)底池塘中，底質(zhì)改良劑處理于1～2h及生石灰處理于2～4h降至較低水平后均于8h達(dá)到較高水平并于24h逐步下降，至試驗?zāi)㎝WN、MWD、MGN和MGD處理氨氮質(zhì)量濃度分別為(6.52±0.20)mg/L、(8.00±0.02)mg/L、(6.29±0.11)mg/L和(7.58±0.37)mg/L，加倍施用量處理的氨氮質(zhì)量濃度在試驗?zāi)┢摺?/p>

2)亞硝氮 試驗期間，2種底質(zhì)池塘的間隙水亞硝氮質(zhì)量濃度變化趨勢不同(見圖2)。沙質(zhì)底間隙水亞硝氮質(zhì)量濃度呈現(xiàn)波動并逐漸上升趨勢，至試驗?zāi)㏒WN、SWD、SGN和SGD處理亞硝氮質(zhì)量濃度分別為(0.038±0.003)mg/L、(0.082±0.010)mg/L、(0.042±0.001)mg/L和(0.068±0.006)mg/L，并且加倍施用量處理的亞硝氮質(zhì)量濃度在試驗?zāi)┢撸荒噘|(zhì)底間隙水亞硝氮則整體呈波動并逐步下降趨勢，至試驗?zāi)㎝WN、MWD、MGN和MGD處理亞硝氮質(zhì)量濃度分別降至(0.034±0.003)mg/L、(0.029±0.003)mg/L、(0.014±0.000)mg/L和(0.041±0.001)mg/L，不同底改制劑和施用量間變化趨勢基本一致。

3)總氮 試驗期間，各處理間隙水總氮質(zhì)量濃度先顯著上升后顯著下降(見圖3)，且除SWN處理外均在8h時具有顯著較高的總氮質(zhì)量濃度。沙質(zhì)底間隙水總氮質(zhì)量濃度均先上升后逐步下降，至試驗?zāi)㏒WN、SWD、SGN和SGD處理總氮質(zhì)量濃度分別為(8.41±0.08)mg/L、(12.81±1.13)mg/L、(25.81±2.06)mg/L和(15.92±1.49)mg/L，并且加倍施用量在8h時具有明顯較高的總氮質(zhì)量濃度；泥質(zhì)底間隙水總氮質(zhì)量濃度變化趨勢與沙質(zhì)底基本一致，但其在8h時均較高且加倍施用量更高，并且此時底質(zhì)改良劑不同施用量處理間差異更大，至試驗?zāi)㎝WN、MWD、MGN和MGD處理總氮質(zhì)量濃度均顯著降低，分別為(11.37±0.73)mg/L、(13.74±0.86)mg/L、(11.69±0.46)mg/L和(16.13±0.86)mg/L。

4)總磷 試驗期間，間隙水中總磷質(zhì)量濃度波動變化趨勢不一(見圖4)。沙質(zhì)底間隙水總磷質(zhì)量濃度呈波動而無明顯規(guī)律；泥質(zhì)底間隙水總磷質(zhì)量濃度則呈波動下降趨勢，試驗?zāi)㎝WN、MWD、MGN和MGD處理總磷質(zhì)量濃度分別下降至(2.58±0.32)mg/L、(2.56±0.49)mg/L、(1.79±0.30)mg/L和(2.41±0.09)mg/L。

5)COD 試驗期間，2種底質(zhì)池塘的間隙水COD多呈波動上升趨勢(見圖5)。沙質(zhì)底各處理間隙水COD基本呈波動上升趨勢，至試驗?zāi)㏒WN、SWD、SGN和SGD處理COD分別為(47.75±1.81)mg/L、(58.48±0.62)mg/L、(56.66±0.44)mg/L和(52.16±4.65)mg/L，不同底改制劑和施用量間變化趨勢基本一致；泥質(zhì)底中，底質(zhì)改良劑處理間隙水COD雖波動但無明顯規(guī)律，生石灰處理則呈波動上升趨勢，但不同施用量間無明顯差異，至試驗?zāi)㎝WN、MWD、MGN和MGD處理COD分別為(49.02±2.82)mg/L、(45.43±1.73)mg/L、(59.72±1.72)mg/L和(59.95±2.04)mg/L。

3 討論

在池塘系統(tǒng)中，底質(zhì)與水體共同組成養(yǎng)殖生物的生活空間，并共同組成了池塘內(nèi)物質(zhì)能量循環(huán)系統(tǒng)且影響著水體的環(huán)境狀況[11]。同時，不同底質(zhì)類型具有不同的理化特性，越小顆粒的底泥比表面積越大并具有更強的吸附能力[12]。而3種典型的養(yǎng)殖池塘底質(zhì)中，沙質(zhì)底多貧瘠而漏水漏肥，黏土質(zhì)底易肥且保持長久，粉沙土質(zhì)底則介于兩者之間[13]。該研究中，除沙質(zhì)底間隙水的總磷質(zhì)量濃度和COD外，2種底質(zhì)的間隙水中多數(shù)營養(yǎng)物質(zhì)質(zhì)量濃度顯著高于水體(P<0.05)，表明了底泥特別是沉積淤泥具有較高的營養(yǎng)物質(zhì)富集能力；同時，沙質(zhì)底間隙水氨氮、總磷質(zhì)量濃度和COD顯著低于泥質(zhì)底，僅亞硝氮質(zhì)量濃度顯著高于泥質(zhì)底(P<0.05)，表明了泥質(zhì)底具有更多的營養(yǎng)物質(zhì)積累。同時，不同底質(zhì)的養(yǎng)殖池塘中，沙質(zhì)、粉沙土質(zhì)和黏土質(zhì)底質(zhì)的保持肥力能力依次增強[13]，表明了不同底質(zhì)釋放營養(yǎng)物質(zhì)能力的差異。魏嵐等[14]研究認(rèn)為底泥內(nèi)源氮磷的釋放與底泥機械組成有關(guān)，其中總氮和總磷釋放量與底泥黏粒質(zhì)量分?jǐn)?shù)呈顯著正相關(guān)，且總氮的釋放量與底泥砂粒質(zhì)量分?jǐn)?shù)呈顯著負(fù)相關(guān)，細(xì)顆粒底泥氮磷釋放是上覆水體氮磷的主要來源。在該研究中，除沙質(zhì)底間隙水亞硝氮持續(xù)升高而泥質(zhì)底波動下降、沙質(zhì)底間隙水總磷波動但無顯著變化而泥質(zhì)底波動下降外，2種底質(zhì)間隙水氨氮、總氮質(zhì)量濃度和COD的變化趨勢基本一致。該研究中不同類型底質(zhì)的間隙水主要營養(yǎng)物質(zhì)質(zhì)量濃度變化趨勢基本一致，可能與該研究主要跟蹤了底改制劑施用前期的間隙水急劇變化過程以及底改制劑對營養(yǎng)物質(zhì)釋放的干擾有關(guān)。此外，底泥營養(yǎng)物質(zhì)的釋放還受溫度、pH、溶解氧、動力條件、上覆水營養(yǎng)物質(zhì)濃度等諸多因素的影響[15]，因而不同類型底質(zhì)在不同改良措施下營養(yǎng)物質(zhì)的釋放及其對水環(huán)境的長期影響有待進(jìn)一步研究。

同時，底質(zhì)作為營養(yǎng)物質(zhì)的富集庫，影響著養(yǎng)殖池塘的水體環(huán)境乃至直接影響?zhàn)B殖生物[10，16]。因此，底質(zhì)改良成為淡水池塘養(yǎng)殖的重要技術(shù)環(huán)節(jié)，而定期施用底改制劑則是有效改善底質(zhì)環(huán)境的重要途徑。生石灰是養(yǎng)殖池塘日常清塘、消毒等管理傳統(tǒng)用環(huán)保藥物，遇水變成碳酸鈣能使淤泥變得松軟，改善底泥通氣條件，加速底泥有機質(zhì)分解，釋放出淤泥吸附的氮、磷等營養(yǎng)元素[17]；復(fù)合過硫酸氫鉀復(fù)合鹽消毒劑作為第五代最新型改底產(chǎn)品，施用后具有松動底質(zhì)、使解毒后的殘餌等微粒懸浮形成有機絮團(tuán)等功能[18]。該研究中，在不同底質(zhì)池塘施用2種底改制劑后，在沙質(zhì)底池塘生石灰處理間隙水氨氮質(zhì)量濃度在試驗?zāi)└哂诘踪|(zhì)改良劑，在泥質(zhì)底池塘底質(zhì)改良劑處理間隙水氨氮質(zhì)量濃度于1～2h及生石灰處理于2～4h降至較低水平，在泥質(zhì)底池塘底質(zhì)改良劑處理間隙水COD稍波動而生石灰處理則波動上升，除上述差異外，間隙水主要營養(yǎng)物質(zhì)質(zhì)量濃度的變化趨勢基本一致，這可能與兩者均為松動底質(zhì)、加速沉積有機質(zhì)等營養(yǎng)物質(zhì)釋放的化學(xué)作用方式有關(guān)[17，18]。

此外，受原材料購置及人工投入等多方面因素制約，當(dāng)前淡水池塘養(yǎng)殖較少進(jìn)行清塘處理，往往以新型底質(zhì)改良劑取代傳統(tǒng)的生石灰進(jìn)行底質(zhì)調(diào)控，而且為追求即時效果時常盲目加大底改制劑的施用量。唐紹林[19]針對養(yǎng)殖生產(chǎn)中化學(xué)性底質(zhì)改良劑的使用指出，一些改底劑可促進(jìn)“底皮”上浮而將底部有機質(zhì)帶入水體，并建議于養(yǎng)殖前中期開始使用且中后期應(yīng)于晴天進(jìn)行；同時，其長期大劑量的使用容易抑制藻類繁殖，甚至?xí)鸬撞可锷L受阻和底質(zhì)的板結(jié)。該研究中，在泥質(zhì)底池塘中，生石灰和底質(zhì)改良劑在不同施用量下均促進(jìn)了總氮和COD等營養(yǎng)物質(zhì)自沉積物向間隙水的釋放，且不同底改制劑施用量下間隙水主要營養(yǎng)物質(zhì)質(zhì)量濃度的變化趨勢基本一致，可能與泥質(zhì)底具有較強的營養(yǎng)物質(zhì)吸附和緩沖能力有關(guān)[12，13]；在沙質(zhì)底池塘中，雙倍施用生石灰進(jìn)一步降低了間隙水氨氮質(zhì)量濃度，并導(dǎo)致了亞硝氮、總氮質(zhì)量濃度和COD的升高，雙倍施用底質(zhì)改良劑則導(dǎo)致了間隙水亞硝氮、總氮質(zhì)量濃度和COD的升高，可見加倍施用顯著提升了沙質(zhì)底間隙水主要營養(yǎng)物質(zhì)質(zhì)量濃度，對促進(jìn)沉積物營養(yǎng)物質(zhì)釋放的作用更為明顯。而底質(zhì)營養(yǎng)物質(zhì)的急劇釋放，可能會導(dǎo)致營養(yǎng)鹽由沉積物大量涌入上覆水體，短時間造成池塘水體環(huán)境系統(tǒng)的不穩(wěn)定[20]，因而沙質(zhì)底池塘應(yīng)采用稍低的底改制劑施用管理并配合合理的水環(huán)境調(diào)控措施。由此可見，池塘養(yǎng)殖的底改過程可依據(jù)生產(chǎn)實際選擇化學(xué)性底質(zhì)改良劑或生石灰，并建議參考推薦量或常規(guī)量施用底改制劑，而且在底改制劑施用的同時應(yīng)輔助做好水環(huán)境調(diào)控措施。