黄、渤海沿岸海水养殖池塘冰期环境因子变化的研究

刘伟，丁君，李润玲，常亚青

(1.大连海洋大学 农业部北方海水增养殖重点实验室，辽宁 大连116023;2.大连理工大学 国家近海和沿岸工程重点实验室，辽宁大连116024)

2010年中国遭遇了近30年来最严重的海冰灾害，直接经济损失高达63.18亿元，海水养殖业的经济损失占总损失量的95.7%，受损面积达20.8万hm2［1］。海水养殖区结冰后环境因子的变化已引起了广泛的关注，但对此方面的研究却较少。目前，国内外对海冰的研究主要集中在海冰特征与海冰动力学［2-4］、冰期营养盐变化规律［5-6］和极地地区海冰特点等方面［7-9］，仅见于金海等［10］对刺参养殖池塘环境因子的周年变化，以及周波等［11］对辽宁省部分越冬养殖池塘的水温、透明度等进行了调查研究。本研究中，作者于2012年1—2月从结冰期到盛冰期监测了黄、渤海沿岸4 口养殖池塘的冰层厚度和冰下水环境因子的变化，探讨结冰期水环境变化对池塘内养殖生物的影响，旨在了解中国黄、渤海沿岸地区冬季养殖池塘的环境生态状况，提高养殖水平，并为海冰灾害损失评估提供参考。

1 监测地点、内容与方法

1.1 监测地点

选择位于黄海北部、渤海湾沿岸4 处具有代表性的养殖池塘进行监测，取样池塘的基本情况如表1所示。每个池塘分别设进水口、中央和出水口3个采样点，各采样点的取样深度如表2所示，4 个监测池塘中，3 #池塘水最深，最深处为448 cm，1#和4#池塘较浅，最浅处分别为106、93 cm。监测期间仅3#池塘闸门开约15 cm，与海水交换，其他各塘均无水交换。

1.2 监测内容与方法

养殖池塘的冰期一般从每年12月底至翌年的3月初结束，于2012年1—2月结冰期和盛冰期，采用现场测量法各采样一次，经冰层钻眼测定各池塘的冰层厚度以及进水口、中央和出水口冰下不同水层的水温、盐度、pH、溶氧(DO)饱和度。用卡尺测量冰层厚度(以下简称冰厚)，用量绳测量池塘水深，将冰下水体平均分成7 个深度梯度，靠近冰面为第1 层，池塘底部为第7 层。使用RCY铂电阻数字测温仪(北京海纳兴业科技公司)测量水温，使用SYA2-2 型盐度计(国家海洋技术中心)测量盐度，使用HI98186 型高精度防水便携式溶氧测定仪和HI98183 型高精度防水便携式pH测定仪(HANNA 公司)测量DO和pH。

表1 监测养殖池塘的基本情况Tab.1 General parameters in the experimental ponds

表2 结冰期和盛冰期各池塘3 个取样点的水深Tab.2 The depth of each sampling points in icing and heavily iced ponds

2 结果与讨论

2.1 结冰期和盛冰期各池塘冰层厚度的变化

从图1可见:各池塘结冰期的冰层均较盛冰期薄，结冰期和盛冰期，位于高纬度的1#池塘气温最低，分别为-14、-17 ℃，冰层最厚，分别为33.6、53.0 cm;位于低纬度的3#池塘气温分别为-8、-10 ℃，冰层最薄，分别为12.4、17.6 cm;2#池塘气温分别为-11、-14 ℃，4#池塘气温分别为-10 、-12 ℃，这两个池塘的冰层厚度相差不大，可能与4#池塘有淡水注入、盐度较低有关。3#池塘冰层较薄不仅与纬度和气温有关，还与池塘水较深、有水体交换有关。

图1 结冰期和盛冰期各池塘3 个采样点冰层厚度的变化Fig.1 The changes in ice thickness at three sampling points during iced period and heavily iced periods

2.2 结冰期和盛冰期各池塘冰下水温的变化

从图2可见:各池塘盛冰期冰下水温高于结冰期，变化幅度也大于结冰期，冰下水温自表层到底层递增。结冰期，最高水温出现在4#池塘，冰下最高水温为-0.8 ℃，最低水温出现在1#池塘，冰下最低水温为-1.8 ℃;结冰期，1#、2#、4#池塘冰下水温变化较小，平均变幅为0.1 ℃，3#池塘底层水温变化幅度较大，平均变幅为0.3 ℃。盛冰期，最高水温出现在4#池塘，冰下最高水温为2.3℃，最低水温出现在1#池塘，冰下最低水温为-1.9 ℃;盛冰期，各养殖池塘均出现温跃层，但温跃层的位置不同，1#池塘的温跃层在30 ～40 cm 处，2#、4#池塘的温跃层在30 ～45 cm 处，3#池塘的温跃层在301 ～358 cm 处，3#池塘变化幅度最大，平均变幅为1.1 ℃，1#池塘变化幅度最小，平均变幅为0.4 ℃。

盛冰期各池塘内均形成了温跃层，这与已报道的养殖池塘冰下海水出现温跃层的研究结果［12］相吻合。3#池塘温跃层出现在较深处，与其他池塘出现在中间层有所不同，且3#池塘在结冰期和盛冰期冰下水温的变化幅度较大，底层水温较其他池塘也高，这与3#池塘水较深且与海水有交换有关。各养殖池塘冰下水温不同，这可能与养殖池塘所处地理位置、气温、水体交换量和池塘深度有关。

菲律宾蛤仔为广温性生物，-3 ℃时21 d 死亡率仅为10%［13］。整个冬季1#池塘底层水温均在-2 ℃以上，发现菲律宾蛤仔仅个别死亡，可以推测低温不会影响蛤仔的生存。刺参生长的适宜水温为15 ～23 ℃，水温降至0 ℃时会出现表皮溃烂［14-15］。结冰期，3 个刺参养殖池塘中底层水温均低于-1.0 ℃，这可能会不同程度地影响刺参的生长。

图2 结冰期和盛冰期各池塘3 个采样点水温随水层的变化Fig.2 The changes in water temperature with the water layer at three sampling points during iced period and heavily iced periods

2.3 结冰期和盛冰期各池塘盐度的变化

从图3可见:盛冰期各池塘水体的盐度与变化幅度均高于结冰期;从结冰期到盛冰期，1#池塘水体的盐度变化幅度最大，平均变幅为4.5 个单位，3#池塘水体的盐度变化最小，变化幅度仅为0.5 个单位;结冰期和盛冰期，4#池塘水体的盐度均低于其他池塘;结冰期，2#池塘水体的盐度最高，为30.9～31.5，4#池塘水体的盐度最低，为26.4 ～26.8;盛冰期，1#池塘水体的盐度最高，为33.5 ～34.9，4#池塘水体的盐度最低，为28.4 ～30.0。

有研究表明，海水的盐度随着海水温度的增加而降低［16-17］。但本研究显示，养殖池塘中盐度并没有随温度的增加而降低，这可能与养殖水体较小、结冰后水体盐度变化不大有关。4#池塘的盐度较其他池塘低，盐度平均值为28.1，这是因为4#养殖区位于河口处，受入海淡水的影响较大;1#池塘结冰期和盛冰期盐度变化幅度较大，可能与结冰后盐度的析出有一定关系;而3#池塘中盐度变化较小，这可能与冰较薄、水较深有关。

菲律宾蛤仔生长适宜盐度为19.0 ～26.0［13］。1#池塘中盐度一直高于29.3，池塘中有少量蛤仔死亡，推测冬季海水盐度的变化会影响菲律宾蛤的生长。刺参生长最适盐度为27.0 ～31.5［18］，当盐度低于28.0 时会影响刺参生长［19］。4#池塘中虽未发现刺参大量死亡，但可能会减缓刺参的生长。

2.4 结冰期和盛冰期各池塘pH 的变化

从图4可见:结冰期和盛冰期各池塘pH 的变化相差较大，2#和3#池塘结冰期的pH 值高于盛冰期，但1#和4#池塘各采样点的pH 变化不一致;从结冰期到盛冰期，3#池塘的pH 变化幅度最大，平均变化0.2 个单位，4#池塘变化幅度最小，平均变化0.1 个单位;结冰期，1#池塘pH 最高，为7.7 ～8.6，4#池塘pH 最低，为7.2 ～7.8;盛冰期，1#池塘pH 最高，为7.4 ～8.4，4#池塘pH 最低，为7.5 ～7.8。

影响海水 pH 变化的因素较为复杂，Gieskeks［20］的研究表明，海水的pH 值随着温度的升高而呈线性降低，但本次监测结果均没显示出此规律。于金海等［10］报道了冬季刺参养殖池塘中会出现pH 跃层，但本次监测显示，养殖池塘中pH虽然存在变化，但并没有出现跃层式变化。养殖池塘内pH 的变化受多种因素调控，养殖池塘水体小、缺乏水体交换、养殖生物代谢等均会造成pH变化［21-22］。结冰初期，浮游动、植物受温度和冰面透光率的影响，养殖池塘中CO2的含量会有所积累，养殖池塘中pH可能出现降低，随着冬季养殖池塘耐寒优势藻类的生长，光合作用增强，pH升高，但pH 变化受各养殖池塘中生物量和光合作用强度等影响［11］。3#池塘pH 的变化幅度较小且稳定，与该池塘有水体交换有关。

适宜菲律宾蛤仔生长的pH 为4.0 ～9.5，适宜刺参生长的pH 为6.0 ～9.0［13-14］。1 个菲律宾蛤仔养殖池塘和3 个刺参养殖池塘在结冰期和盛冰期均在适宜的pH 范围内，不会对蛤仔和刺参生长造成不利影响。

图3 结冰期和盛冰期各池塘3 个采样点盐度随水层的变化Fig.3 The changes in salinity with the water layer at three sampling points during iced period and heavily iced periods

图4 结冰期和盛冰期各池塘3 个采样点pH 随水层的变化Fig.4 The changes in pH with the water layer at three sampling points during iced period and heavily iced periods

2.5 结冰期和盛冰期各池塘DO 水平的变化

从图5可见:各池塘中DO 水平的变化相差较大，但结冰期和盛冰期各养殖池塘中DO 水平都处于近饱和或过饱和状态;3#池塘从结冰期到盛冰期DO 水平的变化幅度较小，平均变幅为1.1 mg/L，3#池塘DO 水平在同一时期较其他池塘略低。结冰期，1#池塘DO 水平最高，为13.0 ～21.9 mg/L，3#池塘DO 水平最低，为9.7 ～14.0 mg/L;3#池塘DO 水平变化幅度最小，平均变幅为0.4 mg/L;1#、2#和4#池塘进水口1 ～2 层DO 水平随温度的升高而降低，其他各层无明显变化规律。盛冰期，1#池塘DO 水平最高，为11.2 ～21.2 mg/L，3#池塘DO 水平最低，为11.4 ～14.1 mg/L;2#池塘DO 水平变化幅度最小，平均变幅为0.5 mg/L。结冰期和盛冰期冰层较厚的1#池塘的DO 水平高于其他池塘，可能是因为冰层厚度能抑制氧气向空气中溢出的速度;3#池塘的表层DO 水平低于底层，这可能与其冰较薄且有水体交换有关。冬季各池塘DO 水平处于较高水平与已有报道的结果相吻合［10，18，23］。

图5 结冰期和盛冰期各池塘3 个采样点DO 随水层的变化Fig.5 The changes in DO levels with the water layer at three sampling points during iced period and heavily iced periods

影响水中DO 水平的因素较多，如温度、pH、生物呼吸作用等。有研究发现，水体中的DO 与温度呈负相关［12］，且随着水深的增加，饱和率下降［23］。本次监测结果显示，3#池塘水较深，其DO水平低于水深较浅的池塘，但其他养殖池塘中DO水平的变化受温度和水深的影响不明显，这可能与处于封闭状态的池塘光照较弱、浮游生物的种类、数量及其代谢活动不强有关。3#池塘DO 水平处于近饱和状态，同一时期的DO 水平较其他养殖池塘略低，但并没有出现剧烈的变化且能满足海洋经济生物生长的要求，这与3#池塘水体较深且有水体交换有关。

各养殖池塘在结冰期和盛冰期的DO 水平一直处于近饱和或过饱和状态，但均不会对菲律宾蛤仔和刺参的生长造成不利影响。

3 结论

(1)养殖池塘水体与外界水体的交换对冰层厚度有一定影响。结冰期和盛冰期的冰下水温变化不一致，盛冰期养殖池塘中会出现温跃层，不同养殖池塘温跃层出现的位置和幅度不一致。冰层较厚的池塘从结冰期到盛冰期盐度变化幅度较大。各池塘pH 变化相差较大。各池塘中DO 水平呈近饱和或过饱和状态，且受温度的影响不大。养殖池塘的环境因子是相互影响和作用的，如果将养殖池塘加深并有少量水体交换，可使池塘中水环境相对稳定，有利于海水养殖生物健康生长。

(2)各养殖池塘温度变化可能对刺参生长和存活产生一定影响;盐度变化可能对菲律宾蛤仔的存活产生影响，但不影响刺参的存活;pH和DO的变化均未影响菲律宾蛤仔和刺参的存活。

(3)冬季如有大面积的海冰发生时，可降低水体交换的频率，建议每周进行1 ～2次换水，换水量约为总量的1/4。新建养殖池塘的选址应选择在环境因子变化幅度较小的位置，养殖池塘的深度可适当增加，以350 ～400 cm 为宜。

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