仿刺参养殖池塘三氮一磷及硫化物周年变化特征分析

郭超 陈济丰 魏亚南 林青 孙广伟 周玮

摘要 通过检测仿刺参养殖池塘表层与底层的三氮一磷及硫化物，研究仿刺参养殖池塘水质的周年变化。结果表明，各项指标变化范围：表层氨氮含量为0.107～0.412 mg/L，底层氨氮含量为0.096～0.469 mg/L，冬季较其他季节低；表层硝酸盐氮含量为0.252～0.688 mg/L，底层硝酸盐氮含量为0.232～0.681 mg/L，冬季较其他季节高；表层亚硝酸盐氮含量为0.003～0.041 mg/L，底层亚硝酸盐氮含量为0.001～0.045 mg/L，夏季较其他季节高；表层磷酸盐含量为0.015～0.048 mg/L，底层磷酸盐含量为0.011～0.038 mg/L，夏季较其他季节高；表层硫化物含量为0.008～0.019 μg/mL，底层硫化物含量为0.009～0.019 μg/mL，夏季较其他季节高。

关键词 仿刺参；养殖池塘；水环境；周年变化

中图分类号 S967.4 文献标识码 A 文章编号 1007-5739（2018）04-0213-03

Abstract Annual fluctuation of water quality in Apostichopus japonicus Liao breeding ponds was studied by detecting three nitrogen and phosphorus and sulfide on the surface and bottom water in ponds. The results showed that the variation range of all indicators was as follows.Nitrogen content in the surface was 0.107-0.412 mg/L，nitrogen content in the bottom was 0.096-0.469 mg/L，which were lower in winter.Nitrate nitrogen content in the surface was 0.252-0.688 mg/L，nitrate nitrogen content in the bottom was 0.232-0.681 mg/L，which were higher in winter.Nitrite nitrogen content in the surface was 0.003-0.041 mg/L，nitrite nitrogen content in the bottom was 0.001-0.045 mg/L，which were higher in summer.Phosphate content in the surface was 0.015-0.048 mg/L，phosphate content in the bottom was 0.011-0.038 mg/L，which were higher in summer.Sulfide content in the surface was 0.008-0.019 μg/mL，sulfide content in the bottom was 0.009-0.019 μg/mL，which were higher in summer.

Key words Apostichopus japonicus Liao；breeding pond； water quality；annual fluctuation

仿刺参池塘养殖是我国海水养殖的主导产业。仿刺参池塘养殖具有养成周期短、管理简便、易操作等特点，是一种高产高效的养殖生产方式[1-5]。2015年全国仿刺参增养殖总产量约为20万t，全国仿刺参直接产品出塘销售产值逾250亿元[6]。相对于仿刺参养殖产业的迅猛扩增，自然灾害频发等问题始终困扰着产业的可持续发展。相关学者报道，水质不良是引发仿刺参疾病的主要因素[7-10]。因此，对仿刺参池塘水质环境的研究成为当前的主要研究内容。

在养殖水体中，水环境中的氨氮、亚硝酸盐氮、硝酸盐氮以及硫化物磷酸盐的含量对仿刺参的生长发育具有极大影响[11]。水体中的分子氨过高不仅会阻止仿刺参体内的氨向体外排出，还能从水中向其体内渗透，使仿刺参代谢减少或停滞，抑制其生长发育，甚至造成死亡[12-13]。水体中的亚硝酸盐氮超标会诱发各种仿刺参疾病，同时会抑制仿刺参血液的载氧能力，使仿刺参呼吸困难，甚至中毒、窒息而死亡[14]。硝酸盐氮是含氮有机物氧化分解的最终产物，同时水体中过量的硝酸盐氮会导致严重的水生生态问题，如水体富营养化。氮磷在养殖水体中的赋存形态、含量比例及变化特征往往会引起浮游植物、藻类生长的变化，进而对养殖环境造成影响[15]。硫化物的危害一方面表现为硫化氢具有强烈的毒性，另一方面硫化物耗氧力强，容易导致水体缺氧[16]。

研究周年变化能得出不同时间点养殖产品的养殖特性，从而对养殖过程进行更好的管理。国内部分学者通过周年研究发现养殖时间的关键点，如刘慧玲等[17]通过研究东风螺滩涂养殖区水质因子周年变化特征发现，氨氮、亚硝酸盐氮氮、硝酸氮的浓度高峰出现在3—5月，活性磷的最高值出现在10月，滩涂养殖预警期为3—5月。截至目前，对于仿刺参池塘水环境的周年研究尚未见报道，因而对仿刺参池塘三氮一磷及硫化物含量周年变化特征的研究具有重要意义。本试验通过对仿刺参池塘养殖水体的三氮一磷及硫化物進行1周年的跟踪监测，得到池塘水质的变化规律，旨在为仿刺参池塘养殖水质的调控提供理论依据，促进仿刺参养殖业的健康发展。

1 材料与方法

1.1 池塘条件与采样设备

1.1.1 池塘条件。池塘位于旅顺口区江西镇大口井村海岸，为南北走向，池塘面积为3.33 hm2，池塘底质为泥沙底，礁石为方砖垒礁，池塘深为2.2 m（水深为160～180 cm），依潮汐换水，水源为渤海的天然海水，池塘为非投饵型仿刺参养殖池塘。

1.1.2 采样设备。采样设备包括采水器、塑料管和水样瓶。

1.2 试验方法

1.2.1 水样采集。2015年5月16日至2016年4月6日，每月在农历初十至十二任选一天进行取样。每个池塘采5个点，分别在池塘四角和最中间的位置。

采样方法：依据池塘换水情况（保证当天不换水或在换水前采样），每月在确定的仿刺参养殖池塘采取水样。使用5 L采水器采集水体表层（距离水面约5 cm）、底层（距池底约5 cm），装入无菌采样瓶，2 h内带回实验室处理，在4 ℃下保存，待测。测定前要先将水样用处理过的0.45 μm的微孔滤膜过滤，然后再进行NH4+-N、NO3--N、NO2--N、PO43--P和S2-含量的测定，若不能立即测定水样则需要将其保存，加入占试样体积0.2%的三氯甲烷，盖好瓶塞，剧烈摇荡约1 min，放入冰箱或冰桶内，于4～6 ℃低温保存，水样允许保存24 h。

1.2.2 测定方法。本试验中各营养盐的测定过程均按照《国家海洋调查规范》（GB/T.12763）进行操作，其中NH4+-N含量采用次溴酸钠氧化法测定，NO3--N含量采用萘乙二胺分光光度法测定，NO2--N含量采用锌铬还原比色法测定，PO43--P含量采用磷钼蓝分光光度法测定，S2-含量采用N，N-对氨基二乙基苯胺比色法测定。取3次观察的平均值。

1.3 数据处理

试验数据均以平均值±标准差表示，采用SPSS16.0软件进行单因素方差分析，采用LSD法进行多重比较，显著性水平设为0.05。

2 结果与分析

2.1 氨氮含量周年变化

由图1可知，仿刺参池塘表层、底层氨氮含量周年变化均呈现波浪型波动，波动性基本一致。

表层：氨氮含量从第1年5月的0.318 mg/L开始下降至6月的0.123 mg/L，再从6月开始上升至8月的0.399 mg/L，9月（0.115 mg/L）下降，10月（0.331 mg/L）上升后随即开始下降至12月的0.169 mg/L，第2年1月（0.217 mg/L）上升，2月（0.107 mg/L）下降至全年最低值，3月（0.412 mg/L）上升至全年最高值，4月（0.399 mg/L）基本保持不变。

底层：海水氨氮从第1年5月的0.312 mg/L开始下降至6月的0.123 mg/L，随后上升至8月的0.395 mg/L，再从8月下降至12月的0.096 mg/L，到达全年最低值，第2年1月（0.333 mg/L）上升后随即下降到2月的0.118 mg/L，在3月（0.469 mg/L）上升至全年最高值，4月（0.466 mg/L）基本保持不变。

2.2 硝酸盐氮含量周年变化

由图2可知，仿刺参池塘表层与底层硝酸盐氮含量周年变化的波动性一致，呈“M”型波动，均存在2个低谷和2个高峰。低谷均出现在5月和11月，高峰均出现在1月和8月。

表层：海水硝酸盐氮含量从第1年5月的0.252 mg/L开始上升，8月（0.498 mg/L）达到第1个峰值，然后逐渐下降，11月（0.288 mg/L）达到第1个谷值，12月基本略微回升，第2年1月（0.688 mg/L）迅速回升，达到全年最高值，随后开始逐月下降，5月达到全年最低值。

底层：海水硝酸盐氮含量从第1年5月的0.232 mg/L开始上升，到8月（0.612 mg/L）达到第1个峰值，然后逐渐下降，11月（0.333 mg/L）达到第1个谷值，12月基本略微回升，第2年1月（0.681 mg/L）迅速回升达到全年最高值，随后开始逐月下降，5月达到全年最低值。

2.3 亚硝酸盐氮含量周年变化

由图3可知，仿刺参池塘表底层亚硝酸盐氮含量周年变化的波动性一致，从1月开始都处于较高水平，9—12月都处于较低水平，并且都在11月达到全年最低值。

表层：亚硝酸盐氮含量从第1年5月（0.025 mg/L）开始上升，8月（0.040 mg/L）达到第1个峰值后迅速下降，9月（0.004 mg/L）、10月（0.011 mg/L）略微回升，11月（0.003 mg/L）再次下降，达到全年最低值，随后开始上升，2月（0.041 mg/L）为全年最高值，再从3月（0.036 mg/L）开始下降，4月（0.029 mg/L）达到第1个谷值。

底层：亚硝酸盐氮含量从第1年5月（0.024 mg/L）开始上升，8月（0.045 mg/L）达到全年最高值，然后迅速下降，9月（0.005 mg/L）、10月（0.013 mg/L）略微回升，11月再次下降，达到全年最低值（0.001 mg/L），随后开始上升，2月为第2个峰值（0.042 mg/L），3月（0.035 mg/L）开始下降，4月达到第2个谷值（0.020 mg/L）。

2.4 磷酸盐含量周年变化

由图4可知，仿刺参池塘表层与底层磷酸盐含量周年波动性大致相同，均呈现波浪型，均有2个谷值。表层峰值出现在8月和3月，谷值出现在9月、6月和12月；底层峰值出现在8月和2月，谷值出现在6月和12月。

表层：磷酸盐含量从5月（0.025 mg/L）开始下降，6月（0.016 mg/L）达到第1个谷值，随后开始上升，8月达到全年最高值（0.048 mg/L），随后迅速下降，9月（0.017 mg/L）为第2个谷值，10月（0.026 mg/L）开始上升，然后下降，12月達到全年最低值（0.015 mg/L），之后再上升，3月（0.047 mg/L）达到第2个峰值，4月（0.016 mg/L）下降。

底层：磷酸盐含量从第1年5月（0.024 mg/L）开始下降，6月（0.011 mg/L）达到全年最低值，然后上升，8月达到全年最高值（0.038 mg/L），然后下降，12月（0.015 mg/L）达到第2个谷值，之后再上升，2月（0.025 mg/L）达到第2个峰值，4月（0.011 mg/L）下降。

2.5 硫化物含量周年变化

由图5可知，仿刺参池塘表层与底层硫化物含量周年变化不一致，12月至翌年4月各月份之间的差异较小，5—11月之间各月份之间的差异较大，但是表底层含量最低值均出现在4月。

表层：海水硫化物含量在第1年5月为0.016 μg/mL，6月为全年最高值（0.019 μg/mL），7月为0.015 μg/mL，8月为0.016 μg/mL，9月为0.017 μg/mL，10月为0.011 μg/mL，11月为0.015 μg/mL，12月为0.009 μg/mL，次年1月为0.010 μg/mL，2月为0.011 μg/mL，3月为0.010 μg/mL，4月为全年最低值（0.008 μg/mL）。

底层：海水硫化物含量在第1年5月为0.017 μg/mL，6月为全年最高值（0.019 μg/mL），7月为0.013μg/mL，8月为0.017 g/mL，9月为0.015 μg/mL，10月为0.011 μg/mL，11月为0.018 μg/mL，12月为0.010 μg/mL，次年1月为0.011 μg/mL，2月为0.013 μg/mL，3月为0.011 μg/mL，4月为全年最低值（0.009 μg/mL）。

3 结论与讨论

3.1 氨氮含量周年变化

从周年观测结果可以看出，仿刺参养殖池塘中表层、底层氨氮含量的变化趋势较为一致，大部分月份底层氨氮含量高于表层。本文观测结果说明，仿刺参养殖池塘氨氮具有春、秋2季较高，夏、冬2季较低且变化较小的周年变化规律。这一结果与姜森颢等[18]、张丽霞等[19]研究结果一致。其原因应当是在夏、秋2季水体容易出现跃层，表底层水体不对流，此时养殖池塘底部大量的有机物腐败，造成池塘底部氨氮的增加。

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3.2 硝酸盐氮含量周年变化

从周年观测结果可以看出，仿刺参养殖池塘中表层、底层硝酸盐氮含量的变化趋势一致，大部分月份底层硝酸盐氮含量高于表层，冬季含量较其他季节含量高。所得结果与于金海等[20]研究仿刺参池塘营养盐含量周年变化趋势一致。其原因是冬季时温度低，水体中的硝酸盐转化慢，从而导致硝酸盐含量高于其他季节。

3.3 亚硝酸盐氮含量周年变化

观测结果表明，仿刺参养殖池塘中表层、底层亚硝酸盐氮含量的变化趋势一致，大部分月份底层亚硝酸盐氮含量高于表层，夏季比其他季节高，这一结果与宋宗岩[21]研究仿刺参池塘营养盐含量变化趋势一致。其原因是当溶解氧含量较低时，硝酸盐会受反硝化细菌作用，形成的氨氮，亚硝酸盐是这一反应过程中的过渡态，因而造成水体中亚硝酸盐含量的升高。

3.4 磷酸盐含量周年变化

从周年观测结果可以看出，仿刺参养殖池塘中表层、底层磷酸盐含量的变化趋势较一致，大部分月份表层磷酸盐含量高于底层，夏季较其他季节高。张丽霞等[19]在探究庄河海域营养盐含量周年变化规律时观测磷酸盐含量周年变化的结果也是夏季略高，其他各月份含量相对较低这一规律。N∶P值是研究水体限制性元素和评价水体营养状态最常用的指标，本课题相关研究证明，7月、8月养殖池塘N∶P平均值的比值为56∶1，为磷中等限制潜在性富营养水质，并在外海出现略茶褐色水色的赤潮现象，这是导致池塘内磷酸盐含量升高的主要原因。

3.5 硫化物含量周年变化

从周年观测结果中可以看出，仿刺参养殖池塘中表层与底层硫化物的变化趋势一致，大部分月份底层硫化物含量高于表层，夏季高于其他季节。这一结果与相关研究刺参养殖池塘硫化物周年含量结果一致。其原因是夏季池塘风力弱，水体跃层不被打破，造成底层溶氧低，池塘中的残饵、粪便、动植物残骸在厌氧型的硫酸盐还原菌的作用下分解产生硫化物，因而夏季硫化物含量高于其他季节。

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