牙鲆和贝类混养池塘中氮、磷收支的研究

高杉,吴立新,姜志强,张辉

(1.大连海洋大学辽宁省水生生物学重点实验室,辽宁大连116023;2.辽宁省海洋水产科学研究院,辽宁大连116023)

牙鲆和贝类混养池塘中氮、磷收支的研究

高杉1、2,吴立新1,姜志强1,张辉1

(1.大连海洋大学辽宁省水生生物学重点实验室,辽宁大连116023;2.辽宁省海洋水产科学研究院,辽宁大连116023)

对在不同混养(牙鲆Paralichthys olivaceus、缢蛏Sinonovacula constricta、文蛤Meretrix meretrix)模式下的氮、磷收支情况进行了研究。结果表明:饵料是池塘氮、磷的主要来源,分别占氮总输入的71.6%～87.1%和磷总输入的67.0%～79.3%;由海水带入的氮和磷占氮、磷总输入的10.9%～14.6%和17.0%～20.2%;在氮、磷支出中,收获的养殖生物分别占氮、磷总输入的20.4%～34.1%和15.5%～24.8%,沉积物为氮、磷支出的主要途径,各占氮、磷总输入的69.6%～73.4%和86.7%～93.5%;3种模式下对氮、磷的利用率分别为9.8%～31.1%和5.6%～24.3%。本试验中的最佳养殖模式为牙鲆(小规格鱼)-缢蛏(小规格,高密度),该混养模式产量高,对氮、磷的利用率高,污水排放少。

牙鲆;缢蛏;文蛤;混养;氮磷收支;氮磷利用率

在养殖过程中,过量的富含氮、磷的饵料还未被有效利用,就在换水过程中直接排进海区,常引起赤潮发生并产生大量的有毒物质,造成池塘及沿海地区的污染[1]。养殖海区水质的恶化,导致病原的滋生和蔓延,致使养殖生物的抵抗能力下降,甚至出现大量死亡,严重影响了经济效益。多种类水产动物混养可以提高对饵料的利用率,减少对环境的负面影响[2],从而提高养殖生物的产量[3],这对水产养殖行业的可持续发展有着重要意义。

研究氮、磷的收支可以揭示水体中氮、磷的来源与归宿,是评价养殖池塘中营养源的重要性、物质转化效率和养殖污染的有效方法[4-5]。目前国内学者大多研究封闭式水体中的氮、磷收支[6-7],而对非封闭式的大型池塘的氮、磷收支研究并不多见。本试验中,作者研究了池塘中牙鲆-缢蛏-文蛤混养模式(不同规格与密度)下的氮、磷收支情况,以期为提高氮、磷的利用率和养殖产量以及减少对海区的污染等措施提供参考资料。

1 材料与方法

1.1 材料

试验于2007年5月至2007年10月在丹东市久昌水产养殖有限公司进行。试验用各种规格牙鲆、缢蛏和文蛤的具体情况见表1。

1.2 方法

1.2.1 试验设计 共设计3个养殖模式:CG1,采用牙鲆(小规格鱼)-缢蛏(小规格,高密度)混养模式;CG2,采用牙鲆(中规格鱼)-缢蛏(小规格,中密度)混养模式;CG3,采用牙鲆(大规格鱼)-缢蛏(大规格,低密度)-文蛤混养模式(表1)。CG1和CG2养殖模式中各设置3个重复,CG3养殖模式中设置2个重复。8个池塘面积分别为:CG1A 8.87 hm2,CG1B 9.00 hm2, CG1C 8.94 hm2;CG2A 6.86 hm2,CG2B 6.27 hm2,CG2C 6.47 hm2;CG3A 6.60 hm2,CG3B 6.14 hm2。CG1、CG2中蛏滩面积各占池塘总面积的15%;CG3中蛏滩面积占池塘总面积的15%,蛤滩面积占池塘总面积的15%。将缢蛏均匀散布在蛏滩上,将文蛤均匀散布在蛤滩上。试验中所用的牙鲆、缢蛏及文蛤均取自该公司孵化场。试验期间逢半月在大潮时进行换水,每次换水量为1/5,水面保持在1.5 m左右。每天早上投饵(玉筋鱼),投饵后检查残饵情况。整个试验期间不施肥。

表1 各养殖模式下的放养情况(平均值±标准差)Tab.1 The stocking patterns in different treatments(Mean±S.D.)

1.2.2 采样及分析测定 每半个月在换水后采集水样,采集时间为6:00-11:00。用水生-80型采水器分别在池塘进水口、中间和出水口采集0.5 m水深处的混合水样,并取刚换入的海水水样一并进行测量。采用过硫酸钾同步消化法测定水样的总磷和总氮[8]。沉积物的采集方法为:试验初于各采样点放置1个透孔小筐,每个小筐中有4个直径为8 cm、高9 cm的陶瓷杯子,将小筐水平放置池底,试验结束后取回全部杯子,杯中沉积物用作分析池塘底质中氮和磷的积累。杯子取回后于烘箱中(70℃)烘干,然后用过硫酸盐消化法测定沉积物中的总磷和总氮[9]。将牙鲆、缢蛏、文蛤及饵料鱼(玉筋鱼)贮存于冰箱(-20℃)中,测定前于70℃下烘干样品(将缢蛏、文蛤去壳烘干),用凯氏定氮法测定氮的含量,用钒钼酸铵比色法测定磷的含量。

1.3 数据处理

采用SPSS 13.0统计软件对试验数据进行分析,当单因素方差分析(One-way ANOVA)达显著差异后(P＜0.05),进行Duncan’s多重比较,检验组间的差异。

氮、磷利用率的计算公式如下:

2 结果与分析

2.1 各试验组的收获情况

从表2可见:3种模式下牙鲆的成活率差异不显著(P＞0.05),CG1模式中净产量显著高于CG2与CG3模式(P＜0.05),CG2与CG3模式之间差异不显著(P＞0.05);缢蛏的成活率各模式之间差异均极显著(P＜0.01),大小依次为CG3＞CG1＞CG2,缢蛏的净产量3种模式间差异均极显著(P＜0.01),大小依次为CG1＞CG3＞CG2;文蛤的成活率为49.20%左右,净产量为4 642.78 kg/hm。

表2 各模式下养殖动物的收获情况(平均值±标准差)Tab.2 The harvesting of animals in different treatments(Mean±S.D.)

2.2 放养和收获的养殖生物及投放饵料的干重和氮、磷含量

牙鲆在试验结束后干物质中的氮含量有所增加,而磷含量则减少;收获的缢蛏干物质中氮、磷含量均增加较大;收获的文蛤干物质中氮含量有少量增加,磷含量则变化不大(表3)。

表3 饵料及放养、收获的养殖生物中干物质和氮、磷的含量(干重)Tab.3 Contents of dry matter,N,and P in feed,and stocked and harvested species in the experiment(dry matter)

2.3 沉积物干物质中的氮、磷含量

从表4可见,试验结束时各池塘所积累的沉积物干物质的氮、磷含量差别不大。

表4 试验结束时各养殖模式下积累的沉积物(干物质)中氮和磷的含量Tab.4 The contents(dry matter)of N and P in the sediments in the ponds at the end of the experiment

2.4 各混养模式下池塘中的氮、磷收支

从表5可见,3种模式下池塘中氮、磷的总输入分别为:CG1,氮总输入为(1 642.46±117.48) kg,磷总输入为(194.83±12.42)kg;CG2,氮总输入为(1 817.77±63.24)kg,磷总输入为(211.26±6.82)kg;CG3,氮总输入为(1 542.12 ±50.20)kg,磷总输入为(177.71±5.84)kg。投入的饵料是池塘中氮和磷的主要输入,分别占氮总输入的71.6%～87.1%和磷总输入的67.0%～79.3%;其次为注入海水和养殖的生物,由海水带入的氮和磷占氮、磷总输入的10.9%～14.6%和17.0%～20.2%。由于CG1模式中牙鲆的规格太小,因此它对氮、磷的总输入贡献较小,而CG2及CG3模式中牙鲆的规格较大,其对氮、磷总输入的贡献较大。CG1模式中,氮、磷的输入由大到小均为饵料＞注水＞初始水层;而CG2和CG3模式中,氮的输入由大到小为饵料＞养殖生物＞注水,磷的输入由大到小为饵料＞注水＞养殖生物。

由表6可见,各养殖模式下池塘中氮、磷的输出分别为:CG1,氮总输出为(1 956.02±131.11) kg,磷总输出为(270.03±29.04)kg;CG2,氮总输出为(1 982.83±173.76)kg,磷总输出为(289.99±20.08)kg;CG3,氮总输出为(1 806.35±118.29)kg,磷总输出为(247.33± 13.34)kg。各模式下氮、磷的支出主要是在沉积物中,占氮总输入的69.6%～73.4%,占磷总输入的86.7%～93.5%;其次为收获的养殖生物和排出的污水,池塘中积累的氮、磷含量占氮、磷输出的比例不大。

2.5 不同混养模式下氮、磷利用率的比较

从图1可见,各混养模式下的氮、磷利用率由高至低均为CG1＞CG3＞CG2,各模式之间的差异显著(P＜0.05)。

2.6 各模式下排向海区的养殖污水中总氮和总磷的含量

各模式下排向海区的污水中氮含量,CG1和CG3模式之间差异不显著(P＞0.05),均显著低于CG2模式;排向海区的污水中磷的含量,CG1模式显著低于CG2模式,但这两种模式均与CG3模式差异不显著(表7)。

表5 不同模式下氮、磷的输入(平均值±标准差)Tab.5 The inputs of N and P in different treatments during the experiment(Mean±S.D.)kg

表6 不同模式下氮、磷的输出(平均值±标准差)Tab.6 The outputs of N and P in different treatments during the experiment(Mean±S.D.)kg

图1 不同混养模式的氮、磷利用率的比较Fig.1 Comparison of N and P utilization efficiencies in different treatments

表7 各模式下排向海区的养殖污水中总氮和总磷的含量Tab.7 The TN and TP levels in the effluent to the coastal waters in different treatmentsμg/L

3 讨论

3.1 不同收支组分在氮、磷收支中的比例

研究表明,池塘养殖中饵料和肥料是氮和磷输入的主要方面。如在半精养的斑节对虾养殖中,饵料和肥料占氮、磷总投入的95%和71%[10];在半精养的斑点叉尾鮰养殖中,饵料占氮、磷总输入的92.1%和96.0%[11];在罗非鱼的粗放式养殖中,肥料占氮总输入的92.0%～94.0%,占磷总输入的93.0%～95.0%[12]。本试验期间没有施肥,饵料分别占氮、磷总输入的71.6%～87.1%和67.0%～79.3%,与前述的研究相比差别不大。

本试验中,沉积物中氮和磷的含量分别占氮、磷总输入的69.6%～73.4%和86.7%～93.5%,为氮、磷支出的主要项目。杨逸萍等[13]的研究表明,精养虾池中底泥氮的支出占氮总输入的62%～68%;齐振雄等[7]的研究表明,池塘中沉积物氮、磷含量分别占总输入的19.4%～64.6%和21.7%～95.9%。这与本试验结果相似。但有的研究结果与本试验结果不同,如氮、磷的沉积分别占氮、磷总输入的30.6%和83.7%[10]及70%和35%～40%[12]。各养殖模式下,排向海区的污水中氮、磷含量分别占氮总输入的16.7%、15.3%及13.5%和磷总输入的26.2%、28.2%及28.7%,这些富含氮、磷的污水会使附近海域水体富营养化,严重的将导致水域生物大面积的死亡[14-15]。

本试验中,池塘中的氮、磷均为收不抵支。这是由于有一些氮、磷的来源没有计算在内。如试验池塘均为土池,并且就在土质道路的旁边,试验期间经常刮风,风将大量的尘土带入池塘中,成为一些氮和磷的来源。另外,试验期间恰逢雨季,雨水也是潜在的氮和磷的来源。有研究表明,水体中的异形孢蓝藻的固氮作用常是氮收入的组成部分,有时能够达到很大比例[16]。本试验期间,蓝藻含量很少,因而没有考虑水层的固氮作用,但仍然有些蓝藻会通过固氮作用成为氮源。试验收集的沉积物可能会有牙鲆运动时带入的底泥,导致支出偏高。

3.2 氮和磷利用率

以往研究表明,养鱼池塘的氮、磷利用率分别为18.0%～24.7%和16.0%～28.9%[11-12],精养的对虾池中氮和磷的利用率大致为22%～37%和14%～24%[17],这与本试验结果基本吻合。本试验中,各养殖模式下的氮、磷利用率分别为:CG1为(31.1±2.7)%、(24.3±2.1)%;CG2为(9.8 ±0.2)%、(5.6±0.1)%;CG3为(20.0±7.4)%、(11.2±3.8)%,滤食性贝类通过滤食水体中大量的浮游植物和有机颗粒,从而提高对初级生产力和残饵的利用率。因此,在养殖生产过程中适宜投放一些滤食性贝类,不但可以提高对氮、磷的利用率,经济效益也随之提高。

3.3 适宜的混养模式

滤食性动物,如扇贝、牡蛎等主要利用水体中悬浮的颗粒物质[18],它们通过水流过滤大量水体来摄食其中的浮游植物和有机颗粒,可以改善水质。但滤食性动物的放养密度过大,则会排出大量的粪便及其它排泄物,也会造成养殖的污染,因此只有确定适宜的放养密度,才会达到减缓系统有机负荷的目的。本试验中,CG1及CG2模式中采用同样规格的缢蛏和不同密度的放养模式,结果表明,CG1模式中缢蛏的成活率及产量均明显高于CG2模式。在污水排放方面,CG1模式也为减污效果最佳的养殖模式,说明CG1模式中缢蛏的密度适宜。CG3模式中缢蛏的成活率显著高于其它两组模式(P＜0.05),表明放养较大规格的缢蛏苗会有较高的成活率。CG3模式中文蛤的放养能增加池塘中物种的多样性,这不仅可以改善池塘的水质状况,还可以提高对各种营养物的利用率[19-20]。本试验中,CG3模式中对氮、磷的利用率和产量均不及CG1模式,污水排放量也略高于CG1模式,这可能与缢蛏的投放密度太小有关。在牙鲆的净产量方面,CG1模式也显著高于CG2和CG3模式。因此,CG1模式是高产量、高氮、磷利用率及低污水排放的最佳混养模式。

本试验研究结果表明,不同的混养模式下,池塘中氮、磷的收支情况并不相同。采用合理的混养比例,不仅可以大大提高对氮、磷的利用率,还可以降低对外部沿海的污染。因此,利用混养模式可以大大减少饵料的浪费,降低成本。另外,采用混养模式不仅具有一定的经济效益,而且还有一定的生态学意义。关于牙鲆-缢蛏-文蛤的混养模式尚未见报道,本试验中仅对适宜中国北方沿海地区的牙鲆-缢蛏-文蛤的混养模式进行了一些初步研究,得出适宜的混养模式。在今后的工作中,将会在这方面开展更多的研究,以确定牙鲆和贝类最合理的混养模式,实现牙鲆养殖业经济效益的最大化。

[1] Naylor R L,Goldburg R J,Mooney H,et al.Nature’s subsidies to shrimp and salmon farming[J].Science,1998,282:883-884.

[2] 田相利,李德尚,董双林,等.对虾-罗非鱼-缢蛏封闭式综合养殖的水质研究[J].应用生态学报,2001,12(2):287-292.

[3] LI Deshang,DONG Shuanglin.Summary of studies on closedpolyculture of Penaeid shrimp with fishes and molluscans[J].Chinese Journal of Oceanology and Limnology,2000,18(1):61-66.

[4] Acosta-Nassar M V,Morell J M,Corredor J E.The nitrogen budget of a tropical semi-intensive freshwater fish culture pond [J].Journal of the World Aquaculture Society,1994,25(2):261-270.

[5] Krom M D,Neroi M.A total nutrient budget for an experimental intensive fishpond with circularly moving seawater[J].Aquaculture,1989,83(3-4):345-358.

[6] 常杰,田相利,董双林,等.对虾、青蛤和江蓠混养系统氮磷收支的实验研究[J].中国海洋大学学报,2006,36(增刊):33-39.

[7] 齐振雄,李德尚,张曼平,等.对虾养殖池塘氮、磷收支的实验研究[J].水产学报,1998,22(2):124-128.

[8] 邢殿楼,霍堂斌,吴会民,等.总磷、总氮联合消化的测定方法[J].大连水产学院学报,2006,21(3):219-225.

[9] 钱君龙,张连弟,乐美麟.过硫酸盐消化法测定土壤全氮、全磷[J].土壤,1990,22(5):258-262.

[10] Briggs M R P,Funge-Smith S J.A nutrient budget of some intensive marine shrimp ponds in hailang Thailand[J].Aquaculture and Fisheries Management,1994,25(8):789-811.

[11] Boyd C E.Chemical budgets for channel catfish ponds[J]. Transactions of the American Fisheries Society,1985,114:291-298.

[12] Green B W,Boyd C E.Chemical budgets for organically fertilized fish ponds in the dry tropics[J].Journal of the World Aquaculture Society,1995,26(3):284-296.

[13] 杨逸萍,王增焕,孙建,等.精养虾池主要水化学因子变化规律和氮的收支[J].海洋科学,1999(1):15-17.

[14] 王安利,王所安,胡兆群.对虾养殖、陆源污染与赤潮灾害[J].海洋与海岸带开发,1991,8(2):43-44.

[15] 张水浸,许昆灿,陈其焕,等.厦门西港区一次赤潮的观测[J].海洋学报,1988,10(5):602-608.

[16] Howath R W,Marino R,Lane J,et al.Nitrogen fixation in freshwater,estuarine and marine ecosystem:1.Rates and importance [J].Limnology and Oceanography,1988,33(4):669-687.

[17] Phillips M J,Kwei Lin C,Beveridge M C M.Shrimp culture and the environment:lessons from the world’s most rapidly expanding warm water aquaculture sector[C]//Environment and aquaculture in developing countries.Pullin R S V,Rosenthal H,Maclean J L (eds).Manila:ICLARM Conf Proc,1993:31-359.

[18] Arakawa K Y.Aspects of eutrophication in Hiroshima Bay viewed from transition of cultured oyster production and succession of marine biotic communities[J].Nithon Kaiyo Gakkai-Shi,1973,11 (2):43-48.

[19] Neori A,Shpigel M,Ben-Ezra D.A sustainable integrated system for culture of fish,seaweed and abalone[J].Aquaculture,2000, 186(3-4):279-291.

[20] Shpigel M,Neori A.The integrated culture of seaweed,abalone, fish and clams in modular intensive land-based systems:Ⅰ.Proportions of size and projected revenues[J].Aquaculture Engineering,1996,15(5):313-326.

Nitrogen and phosphorus budgets in a pond with polyculture of Japanese flounder with shellfish

GAO Shan1,2,WU Li-xin1,JIANG Zhi-qiang1,ZHANG Hui1
(1.Key Laboratory of Hydrobiology in Liaoning Province,Dalian Ocean University,Dalian 116023,China; 2.Liaoning Ocean and Fisheries Science Research Institute,Dalian 116023,China)

The nitrogen and phosphorus budgets were studied in ponds with different polyculture patterns of Japanese flounder(Paralichthys olivaceus)with constricted tagelus(Sinonovacula constricta)or clam(Meretrix meretrix).Results showed that the feed was the main nitrogen(accounting for 71.6%-87.1%)and phosphorus (67.0%-79.3%)input in the ponds while the marine water supply provided 10.9%-14.6%of nitrogen inputs and 17.0%-20.2%of total phosphorus inputs.In the output items,the biomass harvested comprised 20.4%-34.1%of total nitrogen and 15.5%-24.8%of total phosphorus in the polyculture.There was 69.6%-73.4%of nitrogen and 86.7%-93.5%of phosphorus in the sediments,with the nitrogen utilization efficiency of 9.8%-31.1%and the phosphorus utilization efficiency of 5.6%-24.3%.The polyculture of Japanese flounder(small size)and constricted tagelus(small size;high stocking density)was found to be the optimal polyculture with high yield,high production efficiency of nitrogen and phosphorus and the less effluents.

Paralichthys olivaceus;Sinonovacula constricta;Meretrix meretrix;polyculture;nitrogen and phosphorus budget;utilization efficiency of nitrogen and phosphorus

2095-1388(2011)03-0203-06

S967.4

A

2010-07-12

国家科技部“十一五”支撑计划项目(2006BAD09A01);辽宁省教育厅高等学校重点实验室项目(20060180);辽宁省高等学校优秀人才支持计划项目(RC-05-10);大连市优秀青年人才基金资助项目(大科技发[2004]166号)

高杉(1983-),男,硕士,助理研究员。E-mail:amy1006@sohu.com

吴立新(1966-),男,教授。E-mail:wulixin-dlfu@163.com