南美白对虾淡化养殖对周边环境盐碱化的影响分析

杨铿, 李纯厚, 胡晓娟, 李红星, 蒋魁, 刘永,*

南美白对虾淡化养殖对周边环境盐碱化的影响分析

杨铿1, 李纯厚1, 胡晓娟1, 李红星2, 蒋魁1, 刘永1,*

1. 农业农村部南海渔业资源开发利用重点实验室, 中国水产科学研究院南海水产研究所, 广州 510300 2. 湖南省澧县畜牧兽医水产局, 澧县 415500

为探讨淡化养殖南美白对虾()对养殖区周边环境盐碱化的影响, 本研究对湖南澧县南美白对虾淡化养殖1年、3年、5年和7年的池塘及排水沟渠附近底泥样品进行了钾、钙、镁、钠、水溶性盐总量、氯离子等土壤盐碱化指标分析。结果显示, 养殖池塘水溶性总盐含量均高于对照组。对比对照组, 养殖池塘沉积物的氯离子浓度随养殖年份显著增加, 5年的池塘Cl-含量最高。养殖池塘中Na+、K+浓度与对照组相比无差异, 到第7年Na+显著增加。养殖池塘沉积物中Mg2+、Ca2+浓度对比对照组显著下降, 养殖7年池塘Mg2+浓度与对照池塘相近, 而7年的池塘Ca2+浓度显著高于对照组。结果表明, 随着养殖年份的递增, 养殖池塘的总盐、氯离子、Na+和Ca2+等盐碱化指标会呈现一定上升趋势, 但目前整体未出现超出正常土壤标准状况, 具体影响需进一步跟踪监测。

南美白对虾; 盐碱化; 淡化养殖

0 前言

南美白对虾()是世界上3大优良虾种之一, 具有生长快、适应性强、品质好等特点[1-4], 20世纪70年代初在厄瓜多尔试养成功, 我国于1988年引进该虾[5], 并自1994年开展人工育苗试验, 现已经成为我国一个重要的虾类养殖新品种[6]。由于近年来沿海养殖水域的环境恶化、虾病流行等因素使得海水养虾业受到严重影响。同时, 我国淡水养殖虾类的品种过于单一, 养殖效益逐年下降[7-8]。针对这一实际情况, 我国山西、河南、湖南、湖北等许多省市开展了海虾淡化养殖技术试验并取得成功[9-10]。南美白对虾经过淡水驯养后, 可以适应内陆地区纯淡水养殖。湖南澧县, 位于洞庭湖西岸, 其中淡水养殖面积20.5万亩, 年水产品产量6万吨。淡化养殖南美白对虾面积达15000亩, 年产值近3亿元, 是全国内陆最大的南美白对虾淡水养殖基地之一[11]。

南美白对虾淡化养殖, 通常需通过添加卤水、海水、海水晶等方式调节池塘水体盐度, 再进行养殖[12]。长期发展形成规模化后, 不合理的使用盐和卤水等, 可能会引起土壤盐碱化、荒漠化等生态环境问题[13]。目前主要研究集中在养殖方面, 而关于添加盐卤养殖引起的盐碱化问题报到很少[14-15]。为此, 针对湖南澧县的南美白对虾淡化养殖区域, 分别采集不同养殖年份的池塘及排水渠附近底泥样品, 对其盐碱化环境指标进行分析和比较, 探讨南美白对虾淡化养殖对周边环境的盐碱化影响。

1 材料与方法

1.1 采样地点和方法

湖南常德澧县养殖南美白对虾时间为每年4月—10月, 2016年10月在湖南省常德市澧县收完南美白对虾后在养殖池塘内和附近排水沟渠采集底泥样品。

分别采集南美白对虾淡化养殖了1年、3年、5年和7年的池塘及排水沟渠附近底泥样品, 并采集非养殖池及排水沟渠附近底泥样品作为对照样品。每个池塘、排水沟渠附近采集4份平行样品, 用封口袋保存备用。

1.2 样品分析

样品处理和分析测试方法参照《土壤全钾测定方法》(NY/T 87—1988)、《土壤全钙、镁钠的测定》(NY/T 296—1995)和《土壤检测》(NY/T 1121.16—2006)等相关技术标准进行。

1.2.1 样品前处理

土壤风干后, 将通过1 mm孔径筛的底泥样品在牛皮纸上铺成薄层, 划分成许多小方格, 用小勺在每个方格中取出约等量的土样(总量不少于20 g), 置于玛瑙研钵中, 研磨致使全部通过0.149 mm孔径筛, 混合均匀, 制备成风干土, 盛入磨口瓶中备用。

(1)钾测定样品的消解

称取风干土0.500 g, 盛入铂塔涡或聚四氟乙烯坩埚中, 加硝酸3 mL、高氯酸0.5 mL。置于铺有石棉布的电热板上, 于通风厨中加热至硝酸挥发完, 部分高氯酸分解出现大量的白烟, 样品成糊状时, 取下冷却。用移液管加氢氟酸5 mL, 再加高氯酸0.5 mL, 置于200—225 ℃沙浴上加热使硅酸盐等矿物分解后, 继续加热至剩余的氢氟酸和高氯酸完全挥发, 停止冒白烟时, 取下冷却。加3 mol·L-1盐酸溶液10 mL, 继续加热至残渣溶解完全, 取下冷却, 加2%硼酸溶液2 mL。转入100 mL容量瓶中, 用去离子水定容, 混匀待测。

(2)钙、镁、钠测定样品的消解

称取风干土0.500 g, 小心放入聚四氟乙烯坩埚中, 加硝酸15 mL、高氯酸2.5 mL, 置铺有石棉布的电热板上, 在通风橱中消煮至微沸, 待硝酸被赶尽, 部分高氯酸分解出大量的自烟、样品成糊状时, 取下冷却。用移液管加氢氟酸5 mL, 再加高氯酸0.5 mL,置于200—225 ℃沙浴上加热, 待硅酸盐分解后, 继续加热至剩余的氢氟酸和高氯酸全部挥发完, 直到停止冒白烟时取下冷却。然后加3 mol·L-1盐酸溶液10 mL, 继续加热至残渣溶解完全(如残渣溶解不完全, 应将溶液蒸干, 再加氢氟酸3—5 mL, 高氯酸0.5 mL继续消解), 取下冷却, 再加入20 g·L-1硼酸溶液2 mL, 转入250 mL容量瓶中, 用去离子水定容至250 mL, 混匀待测。同时按上述方法制备空白试剂溶液。

1.2.2 样品分析

对样品进行钾、钙、镁、钠、水溶性盐总量、氯离子等土壤盐碱化和卤化指标进行测试和分析, 具体分析依据和方法见表1。

表1 底泥样品分析测试依据和方法

1.3 数据处理与分析

实验数据采用SPSS 16.0的单因素方差分析(one-way ANOVA)分析, 统计数据采用平均数±标准误表示, 显著性差异使用<0.05下的Duncan分析[16]。实验数据的作图使用Origin8.1软件制作。

2 结果与分析

2.1 水溶性盐总量(TDS)

养殖1、3、5、7年的池塘水溶性总盐含量均高于对照组的(1.40±0.01) g·kg-1, 尤其是养殖3和7年的池塘及附近沟渠的水溶性总盐含量显著高于对照组, 养殖7年的池塘沉积物中TDS含量最高, 平均为(3.78±0.02) g·kg-1(图1)。随着养殖年份的变化, 养殖池塘的水溶性总盐含量会呈显著上升趋势, 但水溶性总盐含量并不高。

2.2 沉积物氯离子(Cl-)

养殖1、3、5年的池塘沉积物的氯离子浓度比对照组(0.014±0.001) g·kg-1显著增加, 养殖5年的池塘沉积物中Cl-含量最高, 平均为(0.139±0.002) g·kg-1; 而养殖7年池塘沉积物的氯离子浓度增加不显著。养殖1、3、5年池塘附近沟渠的沉积物氯离子浓度与对照池塘附近沟渠无显著变化, 而养殖7年的池塘附近沟渠有显著增加(图2), 但氯离子浓度处于正常土壤标准值范围。

2.3 沉积物中盐碱化指标

2.3.1 钠离子(Na+)和钾离子(K+)含量

从钠离子(Na+)分析结果来看, 未进行养殖活动的对照池塘钠离子平均浓度为(3.30±0.03) g·kg-1, 养殖1、3、5年的池塘沉积物中Na+浓度未有显著变化, 在养殖7年的池塘中Na+才有显著增加, 平均浓度为(5.70±0.02) g·kg-1。对照池塘附近的沟渠沉积物钠离子平均浓度为(3.13±0.03) g·kg-1, 不同养殖年份的池塘附近沟渠的Na+浓度水平均无显著的变化(图3-A)。因此, 池塘沉积物中钠离子在养殖5年内无显著增加, 而养殖7年则有显著上升, 但仍处于正常土壤标志值范围。

注：柱上方的不同字母(a, b和 c)表示Duncan分析下的差异显著(P<0.05); Control-P: 对照池塘; Control-C: 对照池塘附近沟渠; 1 Year-P: 一年养殖池塘; 1 Year-C: 一年养殖池塘附近沟渠; 3 Year-P: 三年养殖池塘; 3 Year-C: 三年养殖池塘附近沟渠; 5 Year-P: 五年养殖池塘; 5 Year-C: 五年养殖池塘附近沟渠; 7 Year-P: 七年养殖池塘; 7 Year-C: 七年养殖池塘附近沟渠。以下各图相同。

Figure 1 Total content of water-soluble salt of different ponds and ditches

图2 不同池塘及沟渠的氯离子(Cl-)含量

Figure 2 The Cl-content of different ponds and ditches

从钾离子(K+)的分析结果来看, 未进行养殖活动的对照池塘钾离子平均浓度为(1.45±0.02)×104mg·kg-1, 养殖1、3、5、7年的池塘沉积物中K+浓度均无显著变化。对照池塘附近的沟渠沉积物钾离子平均浓度为(1.67±0.03)×104mg·kg-1, 不同养殖年份的池塘附近沟渠的K+浓度水平均比对照池塘附近沟渠的浓度低。因此, 池塘沉积物中钾离子随着养殖年份的变化而无显著性变化(图3-B)。

2.3.2 镁离子(Mg2+)和钙离子(Ca2+)含量

沉积物中镁离子(Mg2+)的分析结果显示, 未进行养殖活动的对照池塘镁离子平均浓度为(8.30±0.04 )g·kg-1, 养殖1、3、5年的池塘沉积物中Mg2+浓度会显著下降, 养殖7年的池塘沉积物中Mg2+浓度与对照池塘相近。对照池塘附近沟渠镁离子平均浓度为(7.76±0.06) g·kg-1, 而1-7年的养殖池塘附近沟渠沉积物中的镁离子浓度均有显著的下降(图4-A)。

沉积物中钙离子(Ca2+)的分析结果显示, 未进行养殖活动的对照池塘钙离子平均浓度为(7.60±0.01) g·kg-1。养殖1、3、5年的池塘沉积物中Ca2+浓度会显著下降, 养殖7年的池塘沉积物中Ca2+浓度显著上升, 平均浓度为(19.55±0.12) g·kg-1。对照池塘附近沟渠钙离子平均浓度为(4.97±0.03) g·kg-1, 养殖1、3、5年的池塘沉积物中Ca2+浓度会显著下降, 养殖7年的池塘沉积物中Ca2+浓度与对照池塘相近(图4-B)。

图3 不同池塘及沟渠的钠离子(Na+)和钾离子(K+)含量

Figure 3 2 The Na+andK+content of different ponds and ditches

图4 不同池塘及沟渠的镁离子(Mg2+)和钙离子(Ca2+)含量

Figure 4 The Mg2+andCa2+content of different ponds and ditches

3 讨论

随着养殖年份的变化, 养殖池塘的总盐、氯离子和各项盐碱化指标会呈现一定的变化, 部分指标在第5年到第7年的增加显著, 整体未出现超出正常土壤标准的情况。且目前内地低盐度养殖技术已经成熟, 添加少量盐及微量元素等, 可调节渗透压提高成活率[17-18]。

盐碱化会导致区域不能正常种植农作物, 影响水稻及其他农作物的生长[19]。从本研究的各项指标看, 水溶性总盐含量会呈显著上升趋势, 但养殖7年的池塘及附近沟渠的TDS总量未达到盐碱化程度。沉积物中氯离子随养殖有显著增加的趋势, 但氯离子浓度处于正常土壤标志值范围, 目前未引起土壤的卤化, 淡化养殖对附近沟渠无显著影响。钠离子在养殖5年内无明显增加, 到养殖7年显著上升, 平均浓度为(5.70±0.02) g·kg-1, 但钠离子浓度仍处于正常土壤标志值范围。虽未引起土壤盐碱化, 但也应当引起重视, 做进一步的跟踪监测。淡化养殖对附近沟渠的钠离子浓度无影响。在所研究的时间范围内, 钾离子随着养殖年份的变化无显著性变化, 养殖池塘的沉积物未造成K+主导的盐碱化, 对附近的沟渠钾离子浓度无影响。目前技术可以做到先将虾苗淡化, 淡化后的虾苗可直接投放于淡水池塘, 减少或去除了往池塘中加盐的步骤, 降低了因此而造成的池塘土壤盐碱化风险[20]。

有学者发现, 池塘中较高浓度的Mg2+可显著促进淡化养殖对虾的成活率及产量[21], 而池塘及附近沟渠的沉积物中镁离子比对照池塘显著下降, 可能是导致近几年养殖成功率下降的原因。本研究钙离子浓度1—5年内无显著变化, 养殖7年会显著增加, 平均浓度为(19.55±0.12)g·kg-1, 钙离子的增加与养殖过程中不断投入含有钙镁的动保产品密切相关。附近的沟渠钙离子浓度无影响, 目前未引起附近土壤盐碱化与水质硬化, 仍需进一步跟踪具体影响。有文献研究表明, 为避免淡水调盐养虾对生态环境的破坏, 采取虾苗下塘时浅水放养, 减少盐的使用量, 通过两年的养殖实践证明养虾池塘没有出现盐碱化的现象[22]。

综上所述, 随着养殖时间从1年到7年, 澧县南美白对虾淡化养殖区域的各项盐碱化指标浓度有一定程度的上升, 目前仍处于土壤正常范围, 未引起土壤盐碱化, 且未对排水沟渠附近盐碱化产生影响。但随着养殖年份的递增, 后续会造成怎样的影响, 仍需进一步跟踪监测。

[1] 金廷海, 潘发林, 李林, 等. 优良水产养殖品种介绍-南美白对虾[J]. 农村科学实验, 2016(11): 30–30.

[2] 王广军, 谢骏, 潘得播. 南美白对虾的生物学特性及繁养殖技术[J]. 江西水产科技, 2000(2): 18–19+6.

[3] 李文芬, 杨思毅, 齐延林, 等. 益生菌对南美白对虾生长和免疫力的影响[J]. 湖北农业科学, 2016, 55(2): 437– 440.

[4] VALLES J R , CEUZ P , PEREZ E R . Population genetic structure of pacific white shrimp () from Mexico to Panama: Microsatellite DNA variation[J]. Marine Biotechnology, 2004, 6(5): 475–484.

[5] 张伟权. 世界重要养殖品种——南美白对虾生物学简介[J].海洋科学, 1990, 14(3): 69–73.

[6] 孙庆军. 又一新的海水养殖品种——南美白对虾在我国安家落户[J]. 海洋科学, 1994(1): 41–41.

[7] 李生. 南美白对虾养殖成功率低的原因分析及对策[J]. 科学养鱼, 2014(7): 13–15.

[8] 李梅, 游卓霖, 陈锋, 等. 广东省南美白对虾豚鼠气单胞菌的分离鉴定[J]. 上海海洋大学学报, 2015, 24(4): 579– 586.

[9] 李广丽, 朱春华. 南美白对虾淡化和养殖技术[J]. 水产养殖, 2000(6): 18–29.

[10] 边绍新, 马云聪, 张玲, 等. 南美白对虾淡化标粗技术要点[J]. 河北渔业, 2014(10): 31–32.

[11] 武深树. 关于澧县南美白对虾产业发展的调查(下)[J]. 当代水产, 2016(1): 76–77.

[12] 李霞. 南美白对虾室外、室内联合淡化标粗技术研究[J]. 黑龙江水产, 2017(6): 44–46.

[13] 王丰. 盐碱地的成因初步分析[J]. 黑龙江水利科技, 2012, 40(11): 230–231.

[14] 肖国强, 潘鲁青, 冉宪宝, 等. 低盐度地下卤水养殖南美白对虾的研究[J]. 海洋科学, 2002, 26(12): 36–40.

[15] 查广才, 周昌清, 黄建荣, 等. 凡纳对虾淡化养殖虾池微型浮游生物群落及多样性[J]. 生态学报, 2003, 24(8): 1748–1755.

[16] ZHENG Xxiaoting, DUAN Yafei, DONG Hongbiao, et al. Effects ofplantarum on growth performance, gut histology and activity of digestive enzymes in Pacific White Leg Shrimp,[J]. Fisheries Sience, 2016, 35(1): 1–6.

[17] FLAHERTY M , SZUSTER B , MILLER P . Low Salinity Inland Shrimp Farming in Thailand[J]. AMBIO: A Journal of the Human Environment, 2000, 29(3): 174–179.

[18] LUKEROY A ,ALLENDAVIS D ,PATRICKSAOUD I, et al. Shrimp culture in inland low salinity waters[J]. Reviews in Aquaculture, 2010, 2(4): 191–208.

[19] NGUYEN T, VROMANT N, THANHHUNG N, et al. Soil salinity and sodicity in a shrimp farming coastal area of the Mekong Delta, Vietnam[J]. Environmental Geology, 2008, 54(8): 1739–1746.

[20] 李艳和, 汪留全, 胡长胜, 等. 南美白对虾淡化培育研究[J]. 安徽农业科学, 2006, 34(8): 1601–1602.

[21] 朱春华, 徐志标. 淡化养殖水体中Ca2+与Mg2+含量对南美白对虾生长的影响[J]. 淡水渔业, 2002, 32(6): 46–48.

[22] 蒋吉生, 杨春舫, 薛颖, 王久山. 南美白对虾淡水池塘养殖试验[J]. 水产科学, 2004, 23(12): 32–33.

Effects of salinization on surrounding environment by desalination aquacul­ture of

YANG Keng1, Li Chunhou1, HU Xiaojuan1, LI Hongxing2, JIANG Kui1, LIU Yong1,*

1. Key Laboratory of South China Sea Fishery Resources Exploitation & Utilization, Ministry of Agriculture and Rural Affairs; South China Sea Fisheries Research Institute, Chinese Academy of Fishery Science, Guangzhou 510300, China 2. Lixian Animal Husbandry and Veterinary Bureau of Hunan Province, Lixian 415500, China

In order to explore the effects of salinization on surrounding environment by desalination aquaculture of, the soil salinization indexes such as potassium, calcium, magnesium, sodium, total amount of water-soluble salt, chloride ion, etc. were analyzed on sediment samples near ponds and drainage ditches in Lixian of Hunan province wherewas desalinized and cultured for 1, 3, 5 and 7 years. The results showed that the total water-soluble salt content in the culture pond was higher than that of the control group. Compared with the control group, the chloride ion concentration in the culture pond sediments increased significantly with the breeding year, and the Cl-content in the pond for 5 years wasthe highest. The concentration of Na+and K+in the culture pond had no difference, and by the 7th year Na+increased significantly. Andthe concentrations of Mg2+and Ca2+in the sediments of the culture ponds decreased significantly compared with the control group. The concentration of Mg2+in the ponds for 7 years was similar to that of the control pond, while the Ca2+concentration in the ponds for 7 years was significantly higher than that of the control group. The results indicated that with the increase of the breeding year, the salinization indexes of total salt, chloride ion, Na+and Ca2+in the pond would show a certain upward trend, but the overall situation did not exceed the normal soil standard at present, and the specific impact needed further tracking and monitoring.

ei; salinization; desalination aquaculture

10.14108/j.cnki.1008-8873.2021.02.005

S949

A

1008-8873(2021)02-035-05

2019-09-10;

2019-10-20

中国水产科学研究院基本科研业务费(2017HY-ZD0501); 广东省海洋经济创新发展区域示范(GD2012-A010-10); 现代农业产业技术体系建设专项资金项目(CARS-48); 广东省促进经济发展专项资金(现代渔业发展用途)省级项目(粤渔2018-02)

杨铿(1975—)男, 高级工程师, 研究方向为水产健康养殖技术与微生态制剂, E-mail.yangkeng66@163.com

刘永(1982—)男, 副研究员, 研究方向为渔业环境修复, E-mail:liuyong@scsfri.ac.cn

杨铿, 李纯厚, 胡晓娟, 等. 南美白对虾淡化养殖对周边环境盐碱化的影响分析[J]. 生态科学, 2021, 40(2): 35–39.

YANG Keng, Li Chunhou, HU Xiaojuan, et al. Effects of salinization on surrounding environment by desalination aquaculture of[J]. Ecological Science, 2021, 40(2): 35–39.