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(xué) 水產(chǎn)與生命學(xué)院，遼寧 大連 116023； 2.大連?？h(huán)境監(jiān)測科技有限公司，遼寧 大連 116085； 3.上海安譜實(shí)驗(yàn)科技股份有限公司，上海 201609)

仿刺參(Apostichopusjaponicus)為底棲生物，池塘底質(zhì)狀態(tài)是影響仿刺參養(yǎng)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(jìn)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(jī)物等[5-8]，充當(dāng)著水體營養(yǎng)源的角色。研究表明，有超過5%的無機(jī)氮和30%的無機(jī)磷存在于沉積物間隙水中[9-12]。當(dāng)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(shí)，氮和磷被釋放到上覆水中，以滿足養(yǎng)殖水體中初級生產(chǎn)者對氮、磷營養(yǎng)鹽的需求[10,12-16]，但當(dāng)釋放的量超過初級生產(chǎn)者需求時(shí)，則會引發(fā)水體赤潮，危及仿刺參養(yǎng)殖[10-18]。曾海祥等[19-24]研究表明，參池氨氮質(zhì)量濃度達(dá)48.97 μg/L、亞硝態(tài)氮質(zhì)量濃度達(dá)109.16 μg/L的情況下極易引發(fā)養(yǎng)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(fā)腐皮綜合征，導(dǎo)致仿刺參大量化皮死亡。方波[25]在對養(yǎng)殖仿刺參的腐皮綜合征感染源的研究中指出，導(dǎo)致池塘養(yǎng)殖參發(fā)病的根本原因是養(yǎng)殖池塘環(huán)境及底質(zhì)的惡化。宋春雷等[26]對池塘底部間隙水進(jìn)行監(jiān)測，證明了池塘間隙水中的高磷負(fù)荷可能是直接觸發(fā)微囊藻(Microcystis)水華的重要原因。因此，沉積物間隙水氮磷營養(yǎng)鹽的多寡可直接反映出底質(zhì)環(huán)境的優(yōu)劣[27]，進(jìn)而影響上覆水體環(huán)境[9,27-28]。

伴隨著刺參池塘養(yǎng)殖產(chǎn)業(yè)的迅速發(fā)展[29-32]，池底水環(huán)境惡化導(dǎo)致的仿刺參吐腸、化皮等病害頻發(fā)，改進(jìn)水質(zhì)管理方式以防止病害發(fā)生成為仿刺參養(yǎng)殖技術(shù)研究的核心內(nèi)容[33-35]。利用潮汐現(xiàn)象進(jìn)行的自然納潮作業(yè)是最傳統(tǒng)的水質(zhì)調(diào)控方式，水質(zhì)環(huán)境較為穩(wěn)定，但池塘換水時(shí)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(shí)對間隙水的稀釋量小于5%[38]，埋下了底質(zhì)環(huán)境持續(xù)惡化的隱患。近年來，微孔曝氣技術(shù)廣泛應(yīng)用于養(yǎng)殖池塘，該技術(shù)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(yǎng)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(xiàng)技術(shù)的應(yīng)用。養(yǎng)水機(jī)技術(shù)是本團(tuán)隊(duì)針對仿刺參養(yǎng)殖產(chǎn)業(yè)問題自主研發(fā)的水質(zhì)管理技術(shù)，在13年來的池塘養(yǎng)殖生產(chǎn)中已表現(xiàn)出諸多優(yōu)點(diǎn)，使仿刺參成活率提高到95%以上，單產(chǎn)提高30%以上，養(yǎng)殖周期縮短到24個(gè)月[44]。前期研究中發(fā)現(xiàn)，養(yǎng)水機(jī)可有效改善上覆水水體環(huán)境，但關(guān)于養(yǎng)水機(jī)池塘沉積物間隙水營養(yǎng)鹽的周年變化的研究，還缺乏報(bào)道。

筆者針對自然納潮、微孔曝氣、養(yǎng)水機(jī)3種仿刺參池塘，對池塘海水沉積物間隙水的營養(yǎng)鹽進(jìn)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(zhì)調(diào)控技術(shù)的差異，為養(yǎng)水機(jī)理論研究奠定基礎(chǔ)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)池塘情況

本試驗(yàn)中3種水質(zhì)調(diào)控方式試驗(yàn)池塘均位于莊河市鞍子山鄉(xiāng)生產(chǎn)試驗(yàn)基地，試驗(yàn)池塘規(guī)格相同，均為605 m×85 m，試驗(yàn)池塘年平均水深1.6 m，均為泥沙質(zhì)底質(zhì)池塘，底部鋪設(shè)網(wǎng)礁。3口池塘均為南北走向，基于池塘南深北淺的地理?xiàng)l件，在3口池塘的南端設(shè)置進(jìn)水閘門，北端設(shè)置水泵抽出排水。3種池塘內(nèi)均養(yǎng)殖規(guī)格為500～750頭/kg的仿刺參，各池塘投苗質(zhì)量為500 kg，不投餌，不施用藥物，每月農(nóng)歷初一、十五大潮期間3口池塘進(jìn)行換水作業(yè)3～5 d。

4號試驗(yàn)池塘為自然池塘，池塘內(nèi)無水質(zhì)調(diào)控措施，僅依靠自然潮汐調(diào)控池塘水質(zhì)。

11號試驗(yàn)池塘為微孔曝氣池塘，池塘底部設(shè)置微孔曝氣水質(zhì)調(diào)控設(shè)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(gè)曝氣盤(直徑670 mm)，由0.15 W/m2的羅氏風(fēng)機(jī)向供氧管供氧。僅在池塘處于缺氧狀態(tài)(溶解氧質(zhì)量濃度≤5 mg/L)[48]時(shí)啟動該設(shè)施至池塘不缺氧。

2號試驗(yàn)池塘為養(yǎng)水機(jī)池塘，在池塘北端進(jìn)水口處中部設(shè)置養(yǎng)水機(jī)水質(zhì)調(diào)控設(shè)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(yǎng)水機(jī)結(jié)構(gòu)及工作原理

養(yǎng)水機(jī)(專利號：ZL200610077526.5)是本團(tuán)隊(duì)為改善養(yǎng)殖池塘水體環(huán)境，解決池塘水體躍層問題研發(fā)的新型水質(zhì)調(diào)控器械，其主要由4部分組成：進(jìn)水口、動力裝置(750 W)、生物包(0.3 m3)、噴水口(圖1)。

圖1 養(yǎng)水機(jī)模擬示意Fig.1 Simulation diagram of water quality regulator unit

養(yǎng)水機(jī)置于池塘最深處，養(yǎng)水機(jī)進(jìn)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(qiáng)制輸送到養(yǎng)水機(jī)底部并經(jīng)過含有異養(yǎng)菌的生物包(每年更換1次)過濾通過噴水口噴出，實(shí)現(xiàn)池塘上下層水體的物質(zhì)快速交換，通過這種池塘內(nèi)的調(diào)節(jié)方式，以達(dá)到消除水體分層、均勻水體營養(yǎng)物質(zhì)、凈化水質(zhì)的目的。

1.3 試驗(yàn)器材

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

1.4 試驗(yàn)方法

試驗(yàn)每逢滿月前3～5 d，在9:00—10:00進(jìn)行間隙水采集，采集位置為池塘北端的最深處，在此附近設(shè)置3個(gè)采樣點(diǎn)。采樣時(shí)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(nèi)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(shí)驗(yàn)室進(jìn)行分析，采樣周期為12個(gè)月。

水溫、溶解氧等指標(biāo)使用YSI多參數(shù)水質(zhì)分析儀(professional plus)現(xiàn)場測定，無機(jī)氮(氨氮、亞硝態(tài)氮、硝態(tài)氮)、活性磷酸鹽按照GB 12763.4—2007《海洋調(diào)查規(guī)范 第4部分：海水化學(xué)要素調(diào)查》中的方法進(jìn)行測定。

1.5 數(shù)據(jù)處理

使用Excel 2016對試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行整理，并用SPSS 22.0 LSD法進(jìn)行差異顯著性分析。

2 結(jié) 果

2.1 3種水質(zhì)調(diào)控方式下池塘間隙水溫度周年變化狀況

3種水質(zhì)調(diào)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(yǎng)水機(jī)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(dá)到最高值[養(yǎng)水機(jī)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(dá)到最低值[養(yǎng)水機(jī)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(xiàn)為：夏季6—8月養(yǎng)水機(jī)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(yǎng)水機(jī)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(yàn)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(zhì)調(diào)控方式下池塘間隙水溶解氧質(zhì)量濃度周年變化狀況

3種水質(zhì)調(diào)控方式下池塘間隙水溶解氧質(zhì)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(yǎng)水機(jī)池塘、自然池塘、微孔曝氣池塘間隙水溶解氧質(zhì)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(zhì)量濃度均出現(xiàn)第1個(gè)小高峰，其中養(yǎng)水機(jī)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(jìn)入春季(3—5月)，3種池塘溶解氧質(zhì)量濃度均開始下降，到夏季(6—8月)均達(dá)到最低值，其中自然池塘在7月達(dá)最低值，為(0.25±0.10) mg/L，而養(yǎng)水機(jī)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(zhì)量濃度開始升高，至10月3種池塘間隙水溶解氧質(zhì)量濃度趨于穩(wěn)定狀態(tài)，養(yǎng)水機(jī)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(zhì)量濃度突然升高至最高值，其中養(yǎng)水機(jī)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(jìn)入當(dāng)年冬季(12月)又開始下降。3種池塘間隙水溶解氧質(zhì)量濃度周年差異特征表現(xiàn)為：夏季6—8月自然池塘的間隙水溶解氧質(zhì)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(yǎng)水機(jī)池塘(P<0.01)；冬季養(yǎng)水機(jī)池塘的間隙水溶解氧質(zhì)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(yàn)池塘間隙水溶解氧質(zhì)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(zhì)調(diào)控方式下池塘間隙水無機(jī)氮質(zhì)量濃度周年變化狀況

自然池塘間隙水無機(jī)氮質(zhì)量濃度為0.440～1.347 mg/L，微孔曝氣池塘間隙水無機(jī)氮質(zhì)量濃度為0.482～1.367 mg/L，養(yǎng)水機(jī)池塘間隙水無機(jī)氮質(zhì)量濃度為0.214～1.149 mg/L，養(yǎng)水機(jī)池塘無機(jī)氮質(zhì)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(zhì)調(diào)控方式下池塘間隙水氨氮質(zhì)量濃度周年變化狀況

3種水質(zhì)調(diào)控方式下池塘間隙水全年的氨氮質(zhì)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(xiàn)4次波動(圖4)。試驗(yàn)初期(1月)養(yǎng)水機(jī)池塘、自然池塘、微孔曝氣池塘氨氮質(zhì)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(dá)第1個(gè)低谷，隨后開始升至3月出現(xiàn)第2個(gè)高峰，此時(shí)3種池塘間隙水氨氮質(zhì)量濃度達(dá)到全年最高值，養(yǎng)水機(jī)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(xiàn)第2個(gè)低谷，之后于7月出現(xiàn)第3個(gè)小高峰，9月出現(xiàn)第3個(gè)低谷后，間隙水氨氮質(zhì)量濃度驟然升高，于10月出現(xiàn)第4個(gè)高峰，又于12月降至全年最低，養(yǎng)水機(jī)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(zhì)量濃度差異特征表現(xiàn)為：養(yǎng)水機(jī)池塘間隙水氨氮質(zhì)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(yàn)池塘間隙水氨氮質(zhì)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(zhì)調(diào)控方式下池塘間隙水亞硝態(tài)氮質(zhì)量濃度周年變化狀況

3種水質(zhì)調(diào)控方式下池塘間隙水亞硝態(tài)氮質(zhì)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(xiàn)3次波動(圖5)。試驗(yàn)初期(1月)養(yǎng)水機(jī)池塘、自然池塘、微孔曝氣池塘間隙水亞硝態(tài)氮質(zhì)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(xiàn)第1個(gè)低谷，隨后上升，于3月出現(xiàn)第1個(gè)小高峰；之后又開始下降，于5月出現(xiàn)第2個(gè)小低谷，又于7月升至第2個(gè)高峰，此時(shí)3種池塘間隙水亞硝態(tài)氮質(zhì)量濃度為全年最大，養(yǎng)水機(jī)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(xiàn)逐漸下降趨勢，至12月出現(xiàn)第3個(gè)低谷，養(yǎng)水機(jī)池塘、自然池塘、微孔曝氣池塘間隙水亞硝態(tài)氮質(zhì)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(zhì)量濃度的差異特征表現(xiàn)為：養(yǎng)水機(jī)池塘間隙水亞硝態(tài)氮質(zhì)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(yàn)池塘間隙水亞硝態(tài)氮質(zhì)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(zhì)調(diào)控方式下池塘間隙水硝態(tài)氮質(zhì)量濃度周年變化狀況

3種水質(zhì)調(diào)控方式下池塘間隙水全年硝態(tài)氮質(zhì)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(yàn)初期(1月)養(yǎng)水機(jī)池塘、自然池塘、微孔曝氣池塘間隙水硝態(tài)氮質(zhì)量濃度分別為(0.318±0.001)、(0.522±0.001)、(0.355±0.001) mg/L，隨后出現(xiàn)小幅度升高，至2月出現(xiàn)小高峰，隨后下降，至4月出現(xiàn)低谷，養(yǎng)水機(jī)池塘硝態(tài)氮質(zhì)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(tài)氮質(zhì)量濃度均出現(xiàn)穩(wěn)步上升趨勢，10月自然池塘間隙水硝態(tài)氮質(zhì)量濃度達(dá)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(tài)氮質(zhì)量濃度達(dá)到全年最高值，養(yǎng)水機(jī)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(tài)氮質(zhì)量濃度又降至低值。3種池塘周年間隙水硝態(tài)氮質(zhì)量濃度差異特征表現(xiàn)為：養(yǎng)水機(jī)池塘間隙水亞硝態(tài)氮質(zhì)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(zhì)調(diào)控方式下池塘間隙水無機(jī)磷周年變化狀況

3種水質(zhì)調(diào)控方式下池塘間隙水磷酸鹽質(zhì)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(yàn)初期(1月)

圖6 試驗(yàn)池塘間隙水硝態(tài)氮質(zhì)量濃度周年變化Fig.6 The annual changes in nitrate nitrogen concentration of interstitial water in the test ponds

養(yǎng)水機(jī)池塘、自然池塘、微孔曝氣池塘間隙水磷酸鹽質(zhì)量濃度分別為(0.0139±0.0010)、(0.0076±0.0013)、(0.0073±0) mg/L；隨后出現(xiàn)平穩(wěn)波動，至6月出現(xiàn)小低峰，之后驟然上升，至8月3種池塘間隙水磷酸鹽質(zhì)量濃度達(dá)到最高值，其中養(yǎng)水機(jī)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(zhì)量濃度驟然下降，隨后出現(xiàn)平穩(wěn)波動下降，至12月3種池塘間隙水磷酸鹽質(zhì)量濃度均出現(xiàn)全年最低值，養(yǎng)水機(jī)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(zhì)量濃度進(jìn)行差異比較性分析，其特征表現(xiàn)為：養(yǎng)水機(jī)池塘間隙水磷酸鹽年平均質(zhì)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(yàn)池塘間隙水磷酸鹽質(zhì)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(zhì)調(diào)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(jié)因素影響較大，有研究報(bào)道，間隙水水溫也受到季節(jié)影響發(fā)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(yàn)結(jié)果顯示：3種池塘間隙水溫度夏季最高，冬季最低，且與相關(guān)研究一致[45-47]；夏季(8月)養(yǎng)水機(jī)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(yǎng)水機(jī)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(jié)變化影響外，筆者認(rèn)為，內(nèi)源沉積物分解和水體擾動是造成池塘間隙水溫度產(chǎn)生上述差異的重要原因。

相關(guān)研究表明，池塘內(nèi)源沉積物對池塘間隙水具有直接影響[47,49-50]。首先，內(nèi)源沉積物有機(jī)質(zhì)礦化分解的過程中產(chǎn)生的熱量變化會直接引起間隙水溫度的變化[47,51]。有報(bào)道顯示，沉積物中微生物對有機(jī)質(zhì)的分解作用可釋放4.05×106kJ的熱量[52]，可促進(jìn)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(jī)質(zhì)分解程度的標(biāo)志[53]。筆者結(jié)合同時(shí)期上覆水體氨氮指標(biāo)分析發(fā)現(xiàn)，冬季養(yǎng)水機(jī)池塘上覆水—間隙水氨氮質(zhì)量濃度差值也高于其他2種池塘(養(yǎng)水機(jī)0.078 mg/L>自然納潮0.072 mg/L>微孔曝氣0.068 mg/L)[54]，說明養(yǎng)水機(jī)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(qiáng)[49,55]，促進(jìn)了冬季養(yǎng)水機(jī)池塘間隙水水溫的升高。

本試驗(yàn)中，夏季夜間冷卻的表層水通過水體循環(huán)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(jìn)行上下水層交換降溫：因此，3種池塘中養(yǎng)水機(jī)池塘間隙水溫度較低。

3.2 3種水質(zhì)調(diào)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(fù)相關(guān)[56]。本試驗(yàn)中，3種池塘沉積物間隙水呈現(xiàn)出春季隨著水溫升高水體溶解氧質(zhì)量濃度逐漸降低的趨勢，至7—8月，水溫最高時(shí)溶解氧質(zhì)量濃度達(dá)到最低；秋季水溫開始下降，水體中的溶解氧質(zhì)量濃度逐漸升高，至冬季水溫達(dá)到最低時(shí)溶解氧質(zhì)量濃度升至最大，這一整體趨勢與其他學(xué)者的研究結(jié)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(guān)。從來源上看，上覆水溶解氧擴(kuò)散能夠增加間隙水溶解氧含量[59-61]，本團(tuán)隊(duì)同期研究發(fā)現(xiàn)，3種池塘上覆水體溶解氧質(zhì)量濃度全年變化趨勢與間隙水一致，但養(yǎng)水機(jī)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(yǎng)水機(jī)池塘的溶解氧質(zhì)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(yǎng)水機(jī)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(nèi)外多位學(xué)者結(jié)合生產(chǎn)實(shí)際得出，具有打破分層效果的增氧方式能夠?qū)㈤g隙水中溶解氧質(zhì)量濃度由2.02 mg/L提高至9.05 mg/L[59,62-65]。在本試驗(yàn)中，養(yǎng)水機(jī)是唯一具有較高外力擾動作用的，且能夠達(dá)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(fā)期，養(yǎng)水機(jī)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(zhì)量濃度差異達(dá)13.28 mg/L，出現(xiàn)分層，阻礙了上覆水溶解氧向間隙水的傳導(dǎo)，出現(xiàn)間隙水缺氧現(xiàn)象[54]。從消耗上看，間隙水存在于沉積物縫隙中，沉積物環(huán)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(jī)質(zhì)礦化在間隙水溶解氧消耗中占主導(dǎo)[66-67]。吳群河等[66]研究報(bào)道，水體沉積物中有機(jī)質(zhì)每增加1%，有機(jī)質(zhì)礦化所消耗的間隙水溶解氧質(zhì)量濃度將增加2 mg/L。養(yǎng)水機(jī)池塘沉積物中有機(jī)質(zhì)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(yǎng)水機(jī)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(jié)構(gòu)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(fā)現(xiàn)，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(shù)量能夠反映出水體溶解氧含量的差異[57,67]。本團(tuán)隊(duì)同期對3種池塘沉積物中變形菌門進(jìn)行數(shù)據(jù)觀測中發(fā)現(xiàn)，養(yǎng)水機(jī)池塘變形菌門數(shù)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(yǎng)水機(jī)池塘溶解氧環(huán)境表現(xiàn)為最優(yōu)。

3.3 3種水質(zhì)調(diào)控方式下間隙水無機(jī)氮分析比較

間隙水中無機(jī)氮包括氨氮、硝態(tài)氮、亞硝態(tài)氮，在本試驗(yàn)中，3種池塘沉積物間隙水中無機(jī)氮含量全年出現(xiàn)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(yàn)觀測結(jié)果，并認(rèn)為這種波動與仿刺參的季節(jié)性休眠及排泄活動有關(guān)。

3種池塘中，養(yǎng)水機(jī)池塘間隙水中無機(jī)氮質(zhì)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(fā)期，養(yǎng)水機(jī)池塘間隙水無機(jī)氮質(zhì)量濃度僅為其他2種池塘的42.36%～45.30%，究其原因筆者認(rèn)為有以下4點(diǎn)：

首先，有研究發(fā)現(xiàn)，沉積物有機(jī)質(zhì)分解能夠?yàn)殚g隙水提供44%～66%的無機(jī)氮[10,56]，而養(yǎng)水機(jī)池塘有機(jī)質(zhì)含量全年僅占其他池塘有機(jī)質(zhì)的57%～69%，尤其3—4月養(yǎng)水機(jī)池塘沉積物有機(jī)質(zhì)含量僅為其他2種池塘的52%，8—9月僅為59%[50]，從而養(yǎng)水機(jī)池塘在有機(jī)質(zhì)分解這一來源上減少了間隙水中無機(jī)氮含量。

其次，有機(jī)質(zhì)分解產(chǎn)生的無機(jī)氮蓄積在間隙水中與上覆水體產(chǎn)生濃度差，出現(xiàn)擴(kuò)散現(xiàn)象[71]，在降低間隙水中無機(jī)氮濃度的同時(shí)[72]，為上覆水體的浮游植物補(bǔ)充營養(yǎng)，提高養(yǎng)殖池塘中餌料生物量[73]。本團(tuán)隊(duì)對3種池塘水體浮游植物生物量進(jìn)行比較也得出，養(yǎng)水機(jī)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(cè)面證明了養(yǎng)水機(jī)池塘間隙水中無機(jī)氮向上覆水中擴(kuò)散得比其他2種池塘強(qiáng)烈，無機(jī)氮質(zhì)量濃度低于其他2種池塘。另外，養(yǎng)水機(jī)池塘中生長旺盛的浮游植物也表明了間隙水中的內(nèi)源氮循環(huán)硝態(tài)氮產(chǎn)物充足[10,72]。

再次，池塘沉積物間隙水內(nèi)源氮循環(huán)也會引起池塘間隙水無機(jī)氮含量波動[10,72,75]。本試驗(yàn)中，3種池塘間隙水中硝態(tài)氮質(zhì)量濃度平均為0.608 mg/L，占無機(jī)氮總量的86%～87%，進(jìn)一步證實(shí)了上述推測，同時(shí)說明了3種池塘內(nèi)源氮循環(huán)中均表現(xiàn)為硝化反應(yīng)占主導(dǎo)，尤其是養(yǎng)水機(jī)池塘硝態(tài)氮含量占無機(jī)氮總量最高，為87.06%，氨氮含量占無機(jī)氮總量最低，為10.17%，結(jié)合3.2所述養(yǎng)水機(jī)池塘8—9月溶解氧質(zhì)量濃度與其他池塘相比最高可知，間隙水中硝化作用強(qiáng)烈，又結(jié)合前述濃度擴(kuò)散原理，養(yǎng)水機(jī)池塘間隙水中的大量的硝態(tài)氮向上覆水體擴(kuò)散，被大量浮游植物所利用[76]，故無機(jī)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(jìn)沉積物無機(jī)氮向外釋放[77-78]。程香菊等[38,43]研究發(fā)現(xiàn)，水體擾動使間隙水氨氮質(zhì)量濃度直接下降1.02 mg/L，硝態(tài)氮質(zhì)量濃度直接下降0.34 mg/L[38]。而本試驗(yàn)中養(yǎng)水機(jī)池塘通過使用養(yǎng)水機(jī)底部射水流的方式對池塘沉積物造成擾動，促進(jìn)間隙水中無機(jī)氮釋放，與自然池塘間隙水氨氮質(zhì)量濃度差異達(dá)0.032 mg/L，硝態(tài)氮質(zhì)量濃度差異也達(dá)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(zhì)量濃度差異為0.001 mg/L，硝態(tài)氮質(zhì)量濃度差異也僅為0.006 mg/L。因此，養(yǎng)水機(jī)池塘間隙水中無機(jī)氮還受水體擾動影響向上覆水釋放。

3.4 3種水質(zhì)調(diào)控方式下間隙水無機(jī)磷營養(yǎng)分析比較

全年磷酸鹽表現(xiàn)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(zhì)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(yǎng)水機(jī)池塘顯著低于其他2種池塘，冬季養(yǎng)水機(jī)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(jī)質(zhì)是間隙水游離態(tài)無機(jī)磷的主要來源[67,79]，李俊偉等[67]研究報(bào)道，池塘沉積物中有機(jī)質(zhì)降低6.69%，活性磷能夠降低0.05 mg/L。本團(tuán)隊(duì)觀測到養(yǎng)水機(jī)池塘與其他2種池塘相比有機(jī)質(zhì)含量低45%～78%，因此在有機(jī)質(zhì)礦化分解這一來源上，養(yǎng)水機(jī)池塘間隙水磷酸鹽含量低于其他2種池塘。

其次，有機(jī)質(zhì)礦化出的無機(jī)磷以游離態(tài)分布在沉積物間隙水中，而間隙水的氧化還原環(huán)境也決定著間隙水中游離態(tài)無機(jī)磷的含量[80-82,70]。間隙水溶解氧質(zhì)量濃度低于0.5 mg/L的厭氧狀態(tài)能加速沉積物中磷的釋放，溶解氧質(zhì)量濃度高于5.0 mg/L的好氧狀態(tài)則抑制沉積物中磷的釋放[80]。本試驗(yàn)中，僅有養(yǎng)水機(jī)池塘間隙水溶解氧質(zhì)量濃度為5.37～22.48 mg/L，均高于5 mg/L，為好氧狀態(tài)，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(zhì)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(yǎng)水機(jī)池塘間隙水中以硝化反應(yīng)為主導(dǎo)可知，養(yǎng)水機(jī)池塘氧化環(huán)境最為優(yōu)越。因此筆者推測，8—10月養(yǎng)水機(jī)池塘間隙水中磷酸鹽質(zhì)量濃度低是受間隙水氧化狀態(tài)影響，磷酸鹽釋放受到抑制。

最后，有研究報(bào)道，生物擾動和水體擾動是影響池塘沉積物間隙水無機(jī)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(xié)助沉積物中無機(jī)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(jīng)過20 d培育試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，方格星蟲質(zhì)量增加0.21 g時(shí)，池塘間隙水磷酸鹽質(zhì)量濃度可增加0.04 mg/L。結(jié)合3種池塘生產(chǎn)實(shí)際狀況，養(yǎng)水機(jī)池塘較其他池塘生物活性最高，且在參苗投放量相同時(shí)，出參量最多，為1275 kg/hm2。故筆者推測，養(yǎng)水機(jī)池塘磷酸鹽質(zhì)量濃度高是由于仿刺參個(gè)體質(zhì)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(yùn)動較少引起的。另一方面，有研究發(fā)現(xiàn)，對上覆水體進(jìn)行水體擾動可促進(jìn)間隙水釋放0.4 mg/L的無機(jī)磷，并且隨著時(shí)間延長，對照組與擾動組出現(xiàn)0.2 mg/L的穩(wěn)定差異[38]。本團(tuán)隊(duì)進(jìn)行同時(shí)期平行觀測得出：養(yǎng)水機(jī)上覆水與間隙水磷酸鹽質(zhì)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(yǎng)水機(jī)池塘具有較大擾動作用，能夠達(dá)到上下層水體各水體指標(biāo)趨近的效果。穩(wěn)定的水體環(huán)境使養(yǎng)水機(jī)池塘仿刺參生物活性高，表現(xiàn)出較好的生產(chǎn)優(yōu)勢。

4 結(jié) 論

綜上所述，3種池塘中養(yǎng)水機(jī)池塘沉積物間隙水在水溫、溶解氧水平、氮營養(yǎng)鹽含量、磷營養(yǎng)鹽含量上均表現(xiàn)出明顯優(yōu)勢，結(jié)合本團(tuán)隊(duì)對于3種池塘浮游植物[74]、有機(jī)質(zhì)[50]以及同時(shí)期上覆水水溫、溶解氧水平、氮磷營養(yǎng)鹽含量[54]等的研究結(jié)果可知，養(yǎng)水機(jī)通過動力系統(tǒng)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(chǎn)生擾動，能夠促進(jìn)池塘水體形成良性水體循環(huán)，使池塘沉積物間隙水水體環(huán)境也能達(dá)到較優(yōu)水平。因此，養(yǎng)水機(jī)是一種較好的池塘水質(zhì)調(diào)控設(shè)備。