黄河三角洲地区池塘土壤对其水体环境的影响

2010-11-27杜兴华段登选

长江大学学报(自科版) 2010年2期

关键词：底质砂质壤土

杜兴华，段登选，刘飞

(山东省淡水水产研究所，山东济南 250117)

张明磊，石玉龙

(上海海洋大学生命科学学院，上海 201306)

巩俊霞，刘红彩

(山东省淡水水产研究所，山东济南 250117)

王妹

(上海海洋大学生命科学学院，上海 201306)

黄河三角洲地区池塘土壤对其水体环境的影响

杜兴华，段登选，刘飞

(山东省淡水水产研究所，山东济南 250117)

张明磊，石玉龙

(上海海洋大学生命科学学院，上海 201306)

巩俊霞，刘红彩

(山东省淡水水产研究所，山东济南 250117)

王妹

(上海海洋大学生命科学学院，上海 201306)

黄河三角洲地区；砂质土；砂壤土；底质；水质调控；养殖效果

近些年来，黄河三角洲地区通过基塘系统的改造，使荒废的土地资源得到改良和利用，彻底改变了其原有的生态面貌。该区成土母质主要是黄河冲积物(即黄土高原泥砂)，土壤以砂质土为主，部分为砂壤土。砂质土物理性沙含量90%～100%，物理性粘粒含量0%～10%，多粉砂、易板结，干时摸有面粉感觉；砂壤土物理性沙含量80%～90%，物理性粘粒含量10%～20%，不易板结，湿时可搓成条[1]。在池塘养殖南美白对虾、海参等生产实践中发现，砂质土池塘与砂壤土池塘在水化学因子组成、浮游生物生物量以及养殖效果方面有明显差异。因此，笔者对黄河三角洲地区砂质土和砂壤土池塘水质理化因子、浮游生物以及池塘底质进行了监测分析，以便为今后黄河三角洲地区池塘养殖选择合理的水质调控措施和养殖模式提供参考。

1 材料与方法

1.1 试验方法

试验池塘位于黄河三角洲地区“渔业生态治理及综合利用技术”项目实施区。该地区淡水资源匮乏，池塘补水以黄河水为主，其余依靠自然降水。

根据土壤分类标准[1]和该地区土壤特征，确定2排2号(S2-2)和3排5号(S3-5)池塘为砂质土试验塘，8排2(N8-2)号和11排8(N11-8)号池塘为砂壤土试验塘。2007年5月至10月对4口试验池塘每周进行水质和底质检测，取各检测项目的年平均值进行分析。每口池塘面积均为2 700 m2，均配1台2.2 kW增氧机。4口池塘均在春季1次注入足量的黄河水，水深约为1.3 m左右，试验期间除天然降水外再无外源水补充。

5月12日，4口池塘均放养南美白对虾(Penaeusvannamei)，虾体全长均为1 cm左右，每667 m2放苗5万尾左右。饲喂山东天神饲料有限公司生产的南美白对虾全价配合颗粒饲料，各池塘日常管理措施相同。

1.2 监测指标

水质和底质采样方法参照GB/12997-91、GB/12998-91、GB/12999-91[2]。浮游生物采样方法参照《内陆水域渔业自然资源调查手册》[3]。

1.3 浮游生物多样性分析

根据生物多样性指数、优势指数以及浮游生物的种类和数量等对不同土壤池塘水体浮游生物进行分析。多样性指数采用Shannon-Wiever指数(H)，优势指数采用Mcnaughton指数(D)[4]，均匀度指数采用Pielou指数(J)[5]：

(1)

D=(ni/N)×100%

(2)

(3)

式中,H为多样性指数，s为样品的种类数，Pi为属于种i的个体在全部个体中的比例，Pi=ni/N。D为优势指数；ni为样品中i的个数，N为样品的总个数；J为均匀度。

2 结果与分析

2.1 不同土壤池塘水体的理化因子

(1) pH、总碱度砂质土和砂壤土池塘水体pH偏高，砂质土池水pH略高于砂壤土池水。但砂质土池水pH变化的幅度小于砂壤土池水(图1)。砂壤土池水总碱度高于砂质土池水，分别2.29 mmol/L和2.75 mmol/L(表1)，符合养殖用水总碱度1～3 mmol/L的适宜量[6]。

表1 砂壤土和砂质土池水主要离子年平均含量Table 1 The main ion contents of the sand loamy and sandy ponds

图1 砂壤土与砂质土池水pH、COD的日变化Figure 1 The daily fluctuation of pH and COD of the sand loamy and sandy ponds

图2 砂壤土与砂质土池水总碱度与重碳酸盐间关系Figure 2 The relationship between the total alkalinity and bicarbonate content of the sand loamy and sandy ponds

(2) 硬度、含盐量砂质土和砂壤土池水硬度分别为12.63、9.32 mmol/L，含盐量分别为2 296.6、1 394.5 mg/L(表1)。可见砂质土池水硬度和含盐量均高于砂壤土池水。各池塘的Ca2+和Mg2+含量在养殖期变化平稳，其含量高低的差异与春季原有水的起始含量不同以及养殖期不能补充新水有关，同时不排除池水与土壤阳离子交换量有关。土壤质地愈粘，腐殖质含量越高，土壤阳离子交换量也就愈大，一般砂质土交换量为1～2 cmol/kg，而砂壤土为7～8 cmol/kg[1]。

(4)DO与COD砂质土池水DO平均含量为8.72 mg/L,砂壤土池水DO平均含量为10.33 mg/L(表1)，砂壤土池水DO明显高于砂质土池水，COD差别不大(表1)。

生产中发现，砂质土池塘养殖前期浮游动物较多，浮游植物很少，透明度在60 cm以上，甚至清澈见底。虽然采取施肥等水质调节措施来调节池水透明度，提高浮游植物量，但调控效果不理想；而砂壤土池水在养殖期水体透明度一般在30～40 cm，浮游植物量明显高于砂质土池水，因此砂壤土池水DO高于砂质土池水。

砂质土池水和砂壤土池水COD平均含量差别不大，但砂壤土池水连续监测数据高于砂质土池水3.3 mg/L，砂壤土COD变化大于砂质土(图1)，这可能与8月份砂壤土池塘南美白对虾的载鱼量及投饵量均高于砂质土池塘有关。

2.2 池塘底质的pH、含盐量、TN、TP

砂质土池塘底质pH为7.53，砂壤土池塘底质pH为7.58，砂壤土池塘高于砂质土池塘。

砂质土池塘底质水溶全盐量为1.75 g/kg，砂壤土池塘底质水溶全盐量为1.33 g/kg。砂质土池塘底质水溶全盐量平均含量高于砂壤土池塘。

砂质土和砂壤土池塘底质TN平均含量为0.85 g/kg和0.7 g/kg；砂质土和砂壤土池塘底质TP平均含量为0.71 g/kg和0.63 g/kg，砂质土池塘底质TN、TP含量高于砂壤土池塘。

2.3 不同土壤池水的浮游生物

(1)浮游植物砂质土池水检出浮游植物57种，分别为蓝藻门10种，绿藻门25种，硅藻门10种，裸藻门5种，金藻门3种、隐藻门2种，甲藻门2种，其中形成优势种群的有27种；砂壤土池水共检出浮游植物51种，各门分别为蓝藻门12种，绿藻门24种，硅藻门5种，裸藻门4种，隐藻门2种，甲藻门2种，其中形成优势种群的有31种。

色球藻(Chroococcus)、蓝纤维藻(Dactyloccopsissp.)、微囊藻(Microcystissp.)、平裂藻(Merismopediasp.)、小平裂藻(MerismopediaminimaG.Beck)、席藻(Phormidium)、衣藻(Chlamydomonas)、小球藻(ChlorellavulgarisBeij.)、韦氏藻(WestellabotryoidesWild.)、月牙藻(SelenastrumbibraianumReinsch)、卵囊藻(OocystisNaegeli)、四角藻(TetraedronKuetzing)、小空星藻(Coelastrummicroporum)、栅藻(Scenedesmus)、十字藻(CrucigeniaapiculataSchm.)、新月鼓藻(Closterium)、小环藻(Cyclotella)、针杆藻(Synedra)、单鞭金藻(Chromulina)、蓝隐藻(Chroomonas)、隐藻(Cryptophyta)、裸藻(Euglenophyta)等藻类在砂质土和砂壤土池塘中均为优势种群。在砂壤土池塘中形成优势种群的还有尖头藻(Raphidiopsis)、螺旋藻(Spirulina)、颤藻(Oscillatoria)、席藻(Phormidium)、菱形藻(Nitzschia)。砂质土池水藻类种类总数多于砂壤土池水，但能形成优势种群的藻类种类数少于砂壤土池水。

砂质土和砂壤土池水浮游植物平均生物量分别为11.694 33×10-4mg/L和14.133 67×10-4mg/L，浮游植物的平均数量分别为2 258个/L和2 079个/L(表2)。池水浮游植物平均生物量砂壤土池水明显高于砂质土池水，而浮游植物数量砂质土池水高于砂壤土池水，其主要原因砂壤土池水硅藻、裸藻等大型藻类占优势，而砂质土池水蓝藻、绿藻等微型藻类数量占优势，所以砂壤土池水浮游植物生物量高，砂质土池水浮游植物数量高。

砂质土和砂壤土池水蓝绿藻优势指数(D)基本相等(9月份砂质土除外)，在池水浮游植物种群中占绝对优势，均超过90%(表3)。硅藻优势指数砂壤土池水是砂质土池水的1.6～6.1倍，砂壤土池水明显高于砂质土池水。硅藻门种类数砂质土池水高于砂壤土池水，但是小环藻、针杆藻、菱形藻为砂壤土池水硅藻的主要组成；金藻优势指数砂质土池水高于砂壤土池水，砂质土池水是沙壤土池水的1.5～45.9倍；隐藻、甲藻、裸藻优势指数砂质土池水与砂壤土池水差别不大。

表2 砂壤土与砂质土池水浮游生物生物量Table 2 The plankton biomass of the sand loamy and sandy ponds

表3 砂壤土与砂质土池水浮游生物优势指数(D)Table 3 The plankton dominance index (D) of the sand loamy and sandy ponds

表4 砂壤土与砂质土池水浮游生物多样性指数(H)和均匀度(J)Table 4 The plankton biodiversity index (H) and evenness degree (J) of the sand loamy and sandy ponds

砂壤土池水浮游植物的多样性指数(H)和均匀度(J)呈稳定上升趋势(表4)，而砂质土呈波动趋势，稳定性差于砂壤土。砂壤土池水浮游植物多样性指数小于砂质土池水，表明砂壤土池水浮游植物生物量大于砂质土池水。

(2) 浮游动物砂质土池水检出浮游动物29种，而砂壤土池水检出浮游动物25种。其中原生动物数量占据优势，枝角类生物量最大，砂壤土池水枝角类生物量明显大于砂质土池水。砂质土和砂壤土池水浮游动物平均生物量分别为6.72 mg/L和51.26 mg/L，浮游动物的平均数量分别为8 824.23个/L和11 463.67个/L(表2)。池水浮游动物平均生物量砂壤土明显高于砂质土，而浮游动物数量砂质土池水高于砂壤土池水。

浮游动物优势指数(D)砂质土池水变化不大，砂壤土池水变化明显(表3)。原生动物的优势指数砂质土大于砂壤土；轮虫优势指数砂质土池水变化不大，砂壤土池水上升明显；枝角类优势指数砂壤土明显大于砂质土；桡足类优势指数砂质土7～9月份呈降低趋势，而砂壤土呈上升趋势。

浮游动物的均匀度(J)砂质土池水7～9月呈明显降低趋势，而砂壤土7～9月呈明显升高趋势(表4)，8、9月保持相对稳定，由此可见砂壤土池水浮游动物种间个体数分布均匀度好于砂质土池水。

浮游动物多样性指数(H)砂壤土池水明显大于砂质土池水，8月份是7月份的2.6倍，8、9月份保持相对稳定，均为0.78(表4)。

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2.4 不同土壤池塘养殖南美白对虾效果分析

经9月28日对4口池塘清塘验收，2排2号和3排5号砂质土池塘南美白对虾平均单产量为215 kg/667 m2，平均规格25 g/尾；8排2号和11排8号砂壤土池塘南美白对虾平均单产量为351 kg/667 m2，平均规格27 g/尾。砂质土池塘南美白对虾平均产量、规格均低于砂壤土池塘。据统计，该区池塘养殖南美白对虾砂质土池塘养殖户养殖成功率仅为30%左右，而砂壤土池塘养殖户养殖成功率可达80%。

3 小结与讨论

3.1 不同土壤对池水水质的影响

(1)文良印等[8]认为，沿海盐碱地池塘水体Mg2+含量大于Ca2+含量，大量Mg2+的存在限制了pH的升高，加大了池水的缓冲性能。由于砂质土池水Ca2+、Mg2+平均含量高于砂壤土池水，所以砂质土池水缓冲性能大于砂壤土池水，因此砂质土池塘水体pH的变化幅度小于砂壤土池水。由于砂质土池水质调控较困难，应特别注意高pH和总碱度同时升高的协同作用[9]会严重影响南美白对虾的正常生长，造成南美白对虾病害的发生。

(2)黄河三角洲地区池塘淡水资源匮乏，池塘补水主要依靠自然降水，因此外部条件对硬度和含盐量的高低影响不大，主要影响条件为池塘底质类型和地下潜水的作用。据报道，黄河三角洲地区池塘地下潜水位较高[10]，地下潜水上升作用强，由于砂质土土壤毛细作用性能强[11]，高矿化度地下潜水通过渗透作用对池水硬度和含盐量影响大，提高了砂质土池水的硬度和含盐量；而砂壤土土壤毛细作用性能差，释水率大，受池塘水位的影响，土壤毛细管上升水的作用差于砂质土，高矿化度地下潜水对砂壤土池水影响小于砂质土池水。

3.2 不同土壤对池水浮游生物的影响

(1)池塘水体环境决定了池水浮游生物的组成及其变化。生产中砂质土池塘养殖前期浮游动物较多，尤其是大型的浮游动物(如桡足类剑水蚤)生物量较大(6月1日砂质土浮游动物数量为2.03×109个/L，生物量46.24 mg/L)。浮游动物摄食大量浮游植物，造成浮游植物生物量很少，砂质土池塘水体透明度在60 cm以上，甚至清澈见底。虽然采取施肥等水质调节措施来调节池水透明度，提高浮游植物量，但调控效果不理想；而砂壤土池塘在养殖期水体透明度在30～40 cm，浮游植物量明显高于砂质土池塘。因此要在放苗前控制好浮游动物数量，使浮游植物达到合理的生物量。

(2)池塘水体理化因子、营养盐以及季节的变化影响着浮游生物的多样性和均匀度的变化。黄河三角洲地区砂壤土池塘浮游生物均匀度指数(J)除7月份外，均大于0.3，说明浮游生物均匀度较好，浮游生物群落结构比较稳定，个体分布比较均匀；而砂质土池塘浮游生物均匀度变化较大，尤其是浮游动物的均匀度明显低于砂壤土池塘，在养殖期成降低趋势，由此可见，砂质土池塘浮游生物群落结构不稳定，个体分布均匀度明显低于砂壤土池塘。

(3)砂壤土池塘浮游生物多样性指数(H)变化小，砂质土多样性指数变化较大，浮游生物多样性指数变化砂壤土池塘较砂质土池塘稳定，可见砂质土浮游生物生物量的变化大于砂壤土池塘。分析认为由于土壤质地及其营养条件对池塘水体营养物质含量有一定影响，而池塘水体营养物质的变化同时影响着浮游植物的种类及数量的变化，因此不同土壤对池塘水体浮游生物的多样性具有一定影响。从浮游生物的多样性指数可以看出，砂壤土多样性指数变化稳定，砂质土多样性指数变化较大，其原因在于砂壤土保持、供给养分能力均强于砂质土，所以砂壤土涵养营养物质的能力较强，对调节池塘水体TN、TP含量作用强于砂质土池塘，所以砂质土池塘多样性指数变化大于砂壤土池塘。

砂质土池水浮游动物优势指数(D)差别较大，原生动物优势指数呈增大趋势，因此其物种数量分布越不均匀；砂壤土池水浮游动物各种群优势指数略有接近，其种群数量分布相对均匀。

3.2 不同土壤对池塘底质中pH、含盐量、TN、TP的影响

(1)土壤pH具有不因土壤酸碱环境条件的改变而发生剧烈变化的特殊抵抗能力，由于池塘底质土壤特有的环境，有机质含量与土壤缓冲性大小成正相关，砂壤土的缓冲性强于砂质土[1],因此池水pH值的变化对土壤pH影响不大。

土壤有机质分解和微生物呼吸以及土壤有机体的分解产生有机酸为土壤中酸(H+)的来源之一，砂壤土对有机质的分解净化能力好于砂质土[1]，砂质土对底质中有机质等分解产生的有机酸的吸附作用小于砂壤土，同时由于砂质土底质中没有被分解吸收的有机质含量高于砂壤土，有机质的分解及微生物的呼吸对其pH的大小有一定影响，这些有机质在反硝化细菌作用下，硝态氮转化为还原态氮，因此砂质土池塘底质pH略低于砂壤土池塘。

(2)硬度和含盐量的高低与土壤阳离子交换量有关[1]，土壤质地愈粘，腐殖质含量越高，土壤阳离子交换量也就愈大，一般砂质土1～2 cmol/kg(土壤交换性以钙、镁单位)交换量，而砂壤土7～8 cmol/kg交换量[1]。由于土壤毛细管作用，砂质土地下潜水上升作用强于砂壤土[1]，高矿化度的地下潜水上升到池塘底部，而砂质土土壤阳离子交换量又明显低于砂壤土，砂质土池塘底质Ca2+、Mg2+、Na+、K+等阳离子积聚量会高于砂壤土池塘底质，造成砂质土池塘底质含盐量高于砂壤土池塘底质。

(3)砂壤土保持、供给养分和保持水分能力均强于砂质土[1]，沉积在池底表层的残饵、粪便等有机物易被砂壤土吸附，砂质土池塘土壤对养分吸附能力小，使砂壤土池塘底质有机物含量高于砂质土池塘，砂壤土池塘底质TP、TN含量高于砂质土池塘底质。

综上所述，黄河三角洲地区不同土壤对池塘水体环境有一定的影响，砂壤土池塘水体生态环境明显好于砂质土池塘。在淡水水源匮乏的黄河三角洲地区地区进行池塘养殖，水质调控尤为重要，由于砂质土池塘水质调控比较困难，因此生产中要根据水质情况定期施加沸石粉、光合细菌、微生态制剂等措施调控水质、改良底质，保持良好的养殖生态环境。

由于黄河三角洲地区具有广阔的盐碱地，土壤组成以砂质土为主，因此在进行开发基塘系统改造的同时选择合理的土壤改良措施(如：掺入粘土、河泥、塘泥等，翻淤压砂，施用腐熟的细质有机肥、泥炭，翻压绿肥[1])改善砂质土的物理性状，提高其保持、供给养分的能力，提高土壤对池塘水体生态环境的调节能力，将有利于水产养殖的健康发展。

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