辽东湾仿刺参养殖池塘底质环境季节变化

王 摆，陈 仲，关晓燕，姜 北，高 杉，蒋经伟，李 楠，周遵春

( 辽宁省海洋水产科学研究院，辽宁省海洋环境监测总站，辽宁省海洋生物资源与生态学重点实验室，辽宁 大连 116023 )

辽东湾仿刺参养殖池塘底质环境季节变化

王 摆，陈 仲，关晓燕，姜 北，高 杉，蒋经伟，李 楠，周遵春

( 辽宁省海洋水产科学研究院，辽宁省海洋环境监测总站，辽宁省海洋生物资源与生态学重点实验室，辽宁 大连 116023 )

2013年夏季、秋季和2014年冬季、春季采集辽东湾底充氧和未充氧的仿刺参养殖池塘沉积物样品，2014年春季采集仿刺参发病池塘沉积物样品，分别检测了-5～0 cm、-10～-5 cm、-15～-10 cm 3个层面沉积物的温度、硫化物含量、pH、氧化还原电位，同时监测各池塘表、底层海水温度、盐度、溶解氧、pH、氧化还原电位，探讨两种池塘沉积物底质环境的季节变化规律及春季仿刺参发病池塘与两种未发病池塘沉积物4个指标的变化规律。结果发现，底充氧池塘和未充氧池塘沉积物均呈弱碱性和还原性，两种池塘不同深度沉积物硫化物含量、pH、氧化还原电位的季节变化差异显著，其中，底充氧池塘沉积物各季节硫化物含量显著低于未充氧池塘；池塘沉积物的氧化还原环境与底层海水理化环境存在相关性。与未发病池塘相比，春季发病池塘沉积物呈弱酸性，氧化还原环境为弱还原特性，硫化物含量显著高于未发病池塘。上述结果为仿刺参池塘生态健康养殖和科学管理提供参考。

仿刺参养殖池塘；沉积物；氧化还原环境；硫化物含量；季节变化

池塘的生态环境直接影响仿刺参(Apostichopusjaponicus)的产量、品质和经济效益。有关仿刺参池塘生物生态学研究多集中于池塘水质、营养盐、细菌、病毒、底栖硅藻、初级生产力的季节或周年变化等方面[1-8]。仿刺参池塘养殖过程中有机颗粒、细菌、浮游动植物残骸随着颗粒悬浮物沉降[9]，使池塘底泥不断增厚，积累大量的代谢产物，导致池塘底质恶化，引起仿刺参生长缓慢、病害爆发和死亡率升高，已成为制约仿刺参池塘健康养殖的重要环境因素之一[10]。仿刺参摄食底泥中的硅藻、细菌、有机碎屑[4]，底栖环境直接影响其摄食、生长、发育及健康状况[10-12]。而海水养殖同样可以改变底栖环境，贝类养殖活动极大影响沉积物中硫化物含量[13]。在底栖环境诸多理化指标中，沉积物的氧化还原环境、硫化物含量是反应底栖环境质量的重要指标[14-16]。沉积物的氧化还原特性可以影响污染物的存在形式和降解速度以及真菌和微生物的呼吸速率[17-18]。笔者选择辽东湾底充氧和未充氧两种仿刺参池塘研究其沉积物氧化还原环境、硫化物含量的季节变化规律，对比分析春季化冰后仿刺参发病和未发病池塘沉积物底质环境，旨在为仿刺参池塘健康养殖和科学管理提供基础数据。

1 研究地区与研究方法

1.1 研究区域概况

选择的仿刺参池塘位于辽东湾湾顶滨海潮上带，该地区属温带季风大陆性气候，年平均气温8.0～8.7 ℃，年平均降水量637.6 mm，无霜期160～180 d，年日照时间为2700 h，结冰期年均60 d，全年风向随季节变化显著，冬季盛行北风，夏季盛行南风。

试验池塘3口：1口(1#)安装底充氧设施，在夏季、秋季、冬季和春季进行底充氧，1口(2#)未充氧，1口(3#)于2014年春季仿刺参发病。

1.2 样品采集与指标检测

2013年8、11月，2014年1月、4月，用柱状采泥器采集底充氧池塘(1#)和未充氧池塘(2#)的沉积物样品，取样深度为-15 cm，5 cm分层，切取-5～0 cm、-10～-5 cm、-15～-10 cm样品，采用土壤原位测量仪(Spectrum IQ150)现场测量各层沉积物样品的温度(精度0.1 ℃)、pH(精度0.01)、氧化还原电位(精度0.1 mV)，仪器每次使用前用标准的pH缓冲液和电导液进行校正。池塘表、底层海水的盐度、温度、pH、溶解氧和氧化还原电位采用多参数水质分析仪(YSI Professional plus，美国YSI)现场测量，仪器使用前用标准的pH缓冲液和电导液进行校准，溶解氧探头测量前校准。沉积物的硫化物含量采用海洋监测规范(GB 17378.5—2007)[19]中规定的碘量法测量。检测春季化冰后仿刺参发病池塘(3#)沉积物的温度、硫化物含量、pH、氧化还原电位，及表、底层海水的盐度、温度、pH、溶解氧和氧化还原电位。

1.3 沉积物氧化还原环境

参照文献[20]中沉积物的氧化还原电位与氧化还原环境关系，判定池塘沉积物的氧化还原环境。

表1 沉积物的氧化还原电位与沉积物氧化还原特性及控制元素的关系

1.4 数据处理

采用SSPS 13.0分析仿刺参池塘沉积物和底层海水的理化参数的相关性，P<0.05为显著相关，P<0.01为极显著相关；用单因素方差分析检验底充氧池塘与未充氧池塘沉积物各指标间的差异，P<0.05为差异显著，P<0.01为差异极显著；用Origin 7.5软件制图。

2 结果与分析

2.1 未发病池塘沉积物温度、硫化物含量、pH、氧化还原电位季节变化

底充氧池塘沉积物硫化物含量为24.5～53.8 mg/kg，pH为7.28～8.44，氧化还原电位为-93.8～-13.0 mV，温度为0.3～25.1 ℃；未充氧池塘沉积物硫化物含量为53.3～93.8 mg/kg，pH为6.90～8.28，氧化还原电位为-89.6～-7.5 mV，温度为0.0～25.0 ℃(表2)。

对比分析发现，底充氧和未充氧两种池塘沉积物温度季节变化无显著差异。各季节未充氧池塘-15～0 cm沉积物中硫化物含量显著高于底充氧池塘，两种池塘沉积物硫化物含量季节变化规律一致，各季节硫化物含量为：夏季>秋季>春季>冬季。两种池塘-5～0 cm沉积物的pH、氧化还原电位季节变化差异显著：春季、夏季、冬季底充氧池塘沉积物的pH高于未充氧池塘，而秋季则相反；春季、夏季底充氧池塘-5～0 cm沉积物氧化还原电位低于未充氧池塘，秋季、冬季则相反。两种池塘-10～-5 cm沉积物pH、氧化还原电位季节变化规律相似，各季节底充氧池塘沉积物pH高于未充氧池塘，两种池塘沉积物pH季节均为：夏季>秋季>冬季>春季，各季节氧化还原电位为：春季>秋季>夏季>冬季，各季节底充氧池塘沉积物氧化还原电位低于未充氧池塘。春季和冬季底充氧池塘-15～-10 cm沉积物pH、氧化还原电位略高于未充氧池塘，但差异不显著；夏季底充氧池塘沉积物pH低于未充氧池塘，而氧化还原电位则相反，秋季两种池塘-15～-10 cm沉积物pH、氧化还原电位变化趋势与夏季相反(图1)。

2.2 春季化冰后仿刺参发病与未发病池塘沉积物温度、pH、氧化还原电位、硫化物含量的比较

春季化冰后，3种仿刺参池塘海水均出现温度、盐度分层现象，底层海水温度和盐度均高于表层(表2)。春季化冰后仿刺参发病池塘沉积物硫化物含量为83.4～122.3 mg/kg，显著高于底充氧池塘和未充氧池塘；发病池塘沉积物pH为6.47～6.92，呈弱酸性，随着取样深度增加pH升高，未发病池塘沉积物呈弱碱性，pH为7.10～7.46；发病池塘沉积物氧化还原电位为4.8～31.2 mV，呈弱还原特性，随取样深度增加，氧化还原电位降低，未发病池塘沉积物氧化还原电位为-26.9～-7.5 mV；发病池塘-10～-5 cm沉积物温度显著高于未发病池塘。

2.3 池塘沉积物氧化还原环境与表、底层海水环境之间相关性分析

相关性分析表明，仿刺参池塘-5～0 cm、-10～-5 cm沉积物的pH与氧化还原电位之间呈显著负相关；-5～0 cm、-10～-5 cm、-15～-10 cm沉积物的氧化还原电位之间呈显著正相关。不同取样深度沉积物硫化物含量与pH之间呈负相关，与氧化还原电位呈正相关。-5～0 cm、-10～-5 cm、-15～-10 cm沉积物温度与底层海水温度之间呈极显著正相关，表明池塘沉积物与底层海水存在的热量交换。池塘底层海水温度与溶解氧、氧化还原电位之间呈显著负相关；底层溶解氧与底层氧化还原电位呈显著正相关(表3)。

图1 底充氧池塘(1#)和未充氧池塘(2#)不同深度沉积物硫化物含量、pH、氧化还原电位的季节变化

池塘-5～0cm-10～-5cm-15～-10cm底层海水表层海水pHT℃EhmVS2-mg/kgpHT℃EhmVS2-mg/kgpHT℃EhmVS2-mg/kgST℃pHDOmg/LEhmVST℃pHDOmg/LEhmV底充氧春季7.4612.1-26.942.27.4310.7-26.035.57.287.1-13.025.728.2110.49.0612.6894.727.448.99.0513.6089.4夏季8.4425.1-93.853.88.2815.0-75.846.37.747.8-43.329.927.5328.18.593.7376.227.5528.68.654.7177.1秋季7.929.5-52.447.28.077.7-62.737.28.194.8-70.326.624.4510.78.0412.61120.324.211.17.8312.01121.7冬季7.600.7-80.932.37.800.8-85.029.97.40.3-72.824.529.300.68.6915.50177.728.80.48.9714.80171.2未充氧春季7.2012.3-13.061.37.1011.0-7.583.47.297.5-17.363.429.2810.89.0813.36140.327.248.09.0612.83140.7夏季7.6725.0-37.971.57.8415.0-49.693.88.288.0-76.069.728.5728.48.723.8979.028.5829.68.725.2078.8秋季8.099.6-63.864.27.537.5-31.188.67.934.6-51.265.326.5210.88.1210.67113.126.4811.27.7011.60115.7冬季7.400.0-89.653.37.200.6-62.879.76.900.2-77.357.930.33-0.19.1911.52144.730.25-0.69.1112.20145.5发病春季6.4712.331.284.26.8011.712.0122.36.929.64.8104.930.2011.68.9116.13131.827.997.78.8813.82132.7

注：T，温度；Eh，氧化还原电位；S2-，硫化物含量；S，盐度；DO，溶解氧.

图2 仿刺参发病池塘(3#)和底充氧池塘(1#)、未充氧池塘(2#)沉积物温度、pH、氧化还原电位和硫化物含量的变化

项目pH1T1Eh1S2-1pH2T2Eh2S2-2pH3T3Eh3S2-3S底T底pH底DO底Eh底pH11.000T10.2971.000Eh1-0.790**0.1701.000S2-1-0.4370.4370.624*1.000pH20.878**0.385-0.664*-0.4771.000T20.0780.950**0.4350.5370.1581.000Eh2-0.707*0.1080.902**0.688*-0.796**0.3841.000S2-2-0.5990.1700.5700.942**-0.662*0.2690.687*1.000pH30.684*0.515-0.257-0.0270.754**0.371-0.365-0.2151.000T3-0.2060.800**0.689*0.646-0.1200.943**0.638*0.4070.1561.000Eh3-0.5520.1930.760*0.398-0.585*0.4590.826**0.323-0.4940.687*1.000S2-3-0.652*0.1180.648*0.930**-0.710*0.2420.727*0.989**-0.2780.4160.3891.000S底-0.667*-0.2070.2430.238-0.657*-0.1700.2740.437-0.775*-0.0620.2650.4701.000T底0.3810.990**0.0680.4160.4710.902**0.0010.1510.589**0.723*0.0670.091-0.2541.000pH底-0.607*-0.1270.2610.067-0.605*-0.0510.2970.217-0.770**0.0390.3590.2330.874**-0.2081.000DO底-0.657*-0.774**0.420-0.152-0.620*-0.5610.3830.011-0.596*-0.2730.3620.1250.230-0.832**0.1741.000Eh底-0.440-0.868**-0.011-0.299-0.414-0.813**-0.041-0.046-0.524-0.647*-0.1010.0310.373-0.868**0.1880.800**1.000

3 讨 论

通过调查发现，辽东湾仿刺参池塘底质环境具有显著的季节特性，沉积物温度为0.0～25.1 ℃；沉积物的pH为6.90～8.44；池塘沉积物氧化还原电位为-93.8～-7.5 mV，沉积物的氧化还原特性为锰铁、硫系控制的还原环境[20]；各季节沉积物硫化物含量依次为夏季>秋季>春季>冬季。相关分析发现，池塘沉积物的硫化物含量与pH之间呈负相关关系。海洋环境中硫化物主要以S2-、HS-、H2S形式存在，其生物毒性最大的H2S比例与pH特性有关，pH为9时，约有99%的硫化物是HS-状态，pH为7时，HS-、H2S各占50%，pH为5时99%的硫化物以H2S形式存在[21]。对比分析发现：春、夏、冬季底充氧池塘-5～0 cm沉积物pH高于未充氧池塘，各季节底充氧池塘-10～-5 cm沉积物pH均高于未充氧池塘；底充氧池塘沉积物硫化物含量季节变动为24.5～53.8 mg/kg，显著低于未充氧池塘的53.3～93.8 mg/kg。表明底充氧池塘沉积物硫化物含量和硫化物存在形式优于未充氧池塘。辽东湾两种仿刺参池塘沉积物硫化物含量远低于莱州仿刺参精养池塘表层沉积物硫化物含量(47.66～496.12 mg/kg)[22]，可能与仿刺参养殖中投喂有关[13]。

我国北方仿刺参池塘冬季冰期约2～3个月，春季化冰时，池塘表、底层海水出现盐度分层和温度分层，阻断溶解氧交换，往往是池塘仿刺参发病高峰期。池塘养殖仿刺参的健康可能与水质、浮游病毒、微生物等多种因素相关[1-3, 5-6, 23]。对比发现，春季仿刺参发病池塘的沉积物硫化物含量显著高于未发病池塘，发病池塘沉积物pH为偏酸性，且呈弱还原特性。这种状态下，沉积物和底层水中硫化物50%以上以H2S形式存在，H2S具有强烈的生物毒性，减弱仿刺参抗病力，损害神经活动，直接造成仿刺参中毒死亡；另一方面消耗水中溶解氧，容易导致仿刺参缺氧[21]。池塘沉积物硫化物含量升高，pH降低，导致硫化物主要以H2S形式存在，可能是池塘仿刺参春季发病的诱因之一。

沉积物的氧化还原特性与沉积物温度、pH、硫化物含量、有机碳含量及底层海水溶解氧、温度、pH等理化指标有关[14-15, 20]，相关分析发现，辽东湾仿刺参池塘沉积物的温度、pH、氧化还原电位与底层海水的温度、溶解氧、氧化还原电位、pH及盐度季节变化具有显著的相关性。这与辽东湾表层沉积物氧化还原电位与底层海水pH、溶解氧显著相关性[14]结果一致。De Jonge等[24-25]将上覆水溶解氧由40%提至90%，54 d后沉积物中酸可挥发性硫化物含量显著降低了70%。相关性分析发现，辽东湾仿刺参池塘-5～0 cm沉积物硫化物含量与底层海水溶解氧存在一定的负相关性，表明底充氧改善了仿刺参池塘底质环境。此外，仿刺参池塘沉积物的氧化还原特性与细菌群落结构存在一定关系[22]。为深入阐明仿刺参池塘沉积物氧化还原特性季节变化的成因及危害，需进一步研究沉积物菌落结构变化和沉积物—水界面硫化物通量的关系。

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SeasonalEnvironmentChangesinSedimentsofSeaCucumberAquaculturePondsinLiaodongBay

WANG Bai, CHEN Zhong, GUAN Xiaoyan, JIANG Bei, GAO Shan,JIANG Jingwei, LI Nan, ZHOU Zunchun

( Liaoning Marine Environmental Monitoring General Station, Liaoning Key Laboratory of Marine Biological Resources and Ecology, Liaoning Ocean and Fisheries Science Research Institute, Dalian 116023, China )

The oxygenated (OBP) and unoxygenated (UOP) at bottom, the temperature, sulfide content, pH and Eh at three layers (-5～0 cm, -10～-5 cm, -15～-10 cm) of the sediment were detected in summer, autumn, in 2013, and winter, spring in 2014, meanwhile the temperature, salinity, DO, pH, Eh of the sea surface and bottom water in the pond were detected to study the seasonal benthic environment changes of sea cucumberApostichopusjaponicusaquaculture ponds. The temperature, sulfide content, pH and Eh of sediment were compared between the pond without diseases (PO) and pond with diseases (PD) during ice melted period. The results showed that there were significantly change in values of pH, and reducibile oxidation-reduction potential,and in sulfide content in different layers in different seasons in the sediments in both OBP and UOP. The sulfide content of the OBP sediment were significant lower than that in the UOP at the different seasons. There was correlationship between the oxidation-reduction environment of sediment and the physic-chemical environment of bottom sea water. Compared to the PO, the pH of PD sediment was weakly acidic, the oxidation-reductionenvironment of the PD sediment was weak reduction features, and the sulfide content of the PD sediment was significantly higher during ice melted period. The findings provide basic data for ecological health cultivation and scientific management of sea cucumber aquaculture.

sea cucumber aquaculture pond; sediment; oxidation-reduction environment; sulfide content; seasonal change

10.16378/j.cnki.1003-1111.2016.06.001

S967.4

A

1003-1111(2016)06-0607-06

2016-03-21；

2016-05-11.

国家海洋局海洋公益项目(201305001-5)；辽宁省科学技术计划项目(2015103044)；辽宁省海洋与渔业厅项目(201301).

王摆(1981—)，男，副研究员,博士；研究方向：海洋生态学. E-mail: wangbai1980@hotmail.com. 通讯作者：周遵春(1967—)，男，研究员；研究方向：海洋生物学. E-mail: zunchunz@hotmail.com.