3种水质调控方式下参池池底间隙水水质分析

孙亚慧，张津源，王玉龙，李乐洲，王文琳，毕丽仙，周 玮

(1.大连海洋大学 水产与生命学院，辽宁 大连 116023； 2.大连海葵环境监测科技有限公司，辽宁 大连 116085； 3.上海安谱实验科技股份有限公司，上海 201609)

仿刺参(Apostichopusjaponicus)为底栖生物，池塘底质状态是影响仿刺参养殖效果的重要因素[1-4]。在参池沉积物空隙中，存在一部分不受土粒吸附影响的水分，能够进行移动与迁移，称为间隙水，间隙水中含有氮、磷等元素及可溶性有机物等[5-8]，充当着水体营养源的角色。研究表明，有超过5%的无机氮和30%的无机磷存在于沉积物间隙水中[9-12]。当间隙水温度升高或其氮、磷浓度高于上覆水中的氮、磷浓度时，氮和磷被释放到上覆水中，以满足养殖水体中初级生产者对氮、磷营养盐的需求[10,12-16]，但当释放的量超过初级生产者需求时，则会引发水体赤潮，危及仿刺参养殖[10-18]。曾海祥等[19-24]研究表明，参池氨氮质量浓度达48.97 μg/L、亚硝态氮质量浓度达109.16 μg/L的情况下极易引发养殖仿刺参免疫力缺失，增加仿刺参对副溶血弧菌(Vibrioparahaemolyticus)、溶藻弧菌(V.alginolyticus)、灿烂弧菌(V.osplendidus)等几种弧菌的易感性，引发腐皮综合征，导致仿刺参大量化皮死亡。方波[25]在对养殖仿刺参的腐皮综合征感染源的研究中指出，导致池塘养殖参发病的根本原因是养殖池塘环境及底质的恶化。宋春雷等[26]对池塘底部间隙水进行监测，证明了池塘间隙水中的高磷负荷可能是直接触发微囊藻(Microcystis)水华的重要原因。因此，沉积物间隙水氮磷营养盐的多寡可直接反映出底质环境的优劣[27]，进而影响上覆水体环境[9,27-28]。

伴随着刺参池塘养殖产业的迅速发展[29-32]，池底水环境恶化导致的仿刺参吐肠、化皮等病害频发，改进水质管理方式以防止病害发生成为仿刺参养殖技术研究的核心内容[33-35]。利用潮汐现象进行的自然纳潮作业是最传统的水质调控方式，水质环境较为稳定，但池塘换水时间、换水量完全受制于外海条件，且受夏季高温影响大[36-37]，换水时对间隙水的稀释量小于5%[38]，埋下了底质环境持续恶化的隐患。近年来，微孔曝气技术广泛应用于养殖池塘，该技术通过提高底层水体溶解氧[39]，有效降低间隙水中43.33%的氨氮含量[40]，仿刺参养殖效益可增加50%以上[41-47]，但是，增氧管道易裂、气孔堵塞[41-43]等问题限制了这项技术的应用。养水机技术是本团队针对仿刺参养殖产业问题自主研发的水质管理技术，在13年来的池塘养殖生产中已表现出诸多优点，使仿刺参成活率提高到95%以上，单产提高30%以上，养殖周期缩短到24个月[44]。前期研究中发现，养水机可有效改善上覆水水体环境，但关于养水机池塘沉积物间隙水营养盐的周年变化的研究，还缺乏报道。

笔者针对自然纳潮、微孔曝气、养水机3种仿刺参池塘，对池塘海水沉积物间隙水的营养盐进行测定，比较3种池塘沉积物间隙水水体差异，探究3种水质调控技术的差异，为养水机理论研究奠定基础。

1 材料与方法

1.1 试验池塘情况

本试验中3种水质调控方式试验池塘均位于庄河市鞍子山乡生产试验基地，试验池塘规格相同，均为605 m×85 m，试验池塘年平均水深1.6 m，均为泥沙质底质池塘，底部铺设网礁。3口池塘均为南北走向，基于池塘南深北浅的地理条件，在3口池塘的南端设置进水闸门，北端设置水泵抽出排水。3种池塘内均养殖规格为500～750头/kg的仿刺参，各池塘投苗质量为500 kg，不投饵，不施用药物，每月农历初一、十五大潮期间3口池塘进行换水作业3～5 d。

4号试验池塘为自然池塘，池塘内无水质调控措施，仅依靠自然潮汐调控池塘水质。

11号试验池塘为微孔曝气池塘，池塘底部设置微孔曝气水质调控设施，池塘东西方向每间隔8 m排布1根供氧管(80 m/根)，在供氧管上每间隔16 m安装1个曝气盘(直径670 mm)，由0.15 W/m2的罗氏风机向供氧管供氧。仅在池塘处于缺氧状态(溶解氧质量浓度≤5 mg/L)[48]时启动该设施至池塘不缺氧。

2号试验池塘为养水机池塘，在池塘北端进水口处中部设置养水机水质调控设施，功率为750 W，春、夏、秋季每日21:00起工作12 h，冬季每日开1 h。

1.2 养水机结构及工作原理

养水机(专利号：ZL200610077526.5)是本团队为改善养殖池塘水体环境，解决池塘水体跃层问题研发的新型水质调控器械，其主要由4部分组成：进水口、动力装置(750 W)、生物包(0.3 m3)、喷水口(图1)。

图1 养水机模拟示意Fig.1 Simulation diagram of water quality regulator unit

养水机置于池塘最深处，养水机进水口没入池塘水体表面，启动水动力装置将池塘表层水以12 m3/h的速度强制输送到养水机底部并经过含有异养菌的生物包(每年更换1次)过滤通过喷水口喷出，实现池塘上下层水体的物质快速交换，通过这种池塘内的调节方式，以达到消除水体分层、均匀水体营养物质、净化水质的目的。

1.3 试验器材

间隙水采集器、YSI多参数水质分析仪(professional plus)、具塞采样瓶、烧杯等。

1.4 试验方法

试验每逢满月前3～5 d，在9:00—10:00进行间隙水采集，采集位置为池塘北端的最深处，在此附近设置3个采样点。采样时将间隙水采集器插入池塘沉积物中，静置1 min，待采集装置内充满间隙水后取出至烧杯中，迅速测定水温、溶解氧含量，其余间隙水装入具塞采样瓶，带回实验室进行分析，采样周期为12个月。

水温、溶解氧等指标使用YSI多参数水质分析仪(professional plus)现场测定，无机氮(氨氮、亚硝态氮、硝态氮)、活性磷酸盐按照GB 12763.4—2007《海洋调查规范 第4部分：海水化学要素调查》中的方法进行测定。

1.5 数据处理

使用Excel 2016对试验数据进行整理，并用SPSS 22.0 LSD法进行差异显著性分析。

2 结 果

2.1 3种水质调控方式下池塘间隙水温度周年变化状况

3种水质调控方式下池塘间隙水水温全年在-(3.0±0.1) ℃～(27.9±0.8) ℃间波动，且变化趋势一致，呈倒“V”型(图2)。年初(1月)养水机池塘、自然池塘、微孔曝气池塘间隙水水温分别为-(0.9±0.1)、-(1.1±0.3)、-(1.3±0.1) ℃；春季(3—5月)间隙水水温逐渐升高，至夏末(8月)达到最高值[养水机池塘(27.1±0.1) ℃，自然池塘(27.4±0.1) ℃，微孔曝气池塘(27.9±0.8) ℃]；秋季(9—11月)水温开始下降，至冬季(12月)间隙水水温达到最低值[养水机池塘间隙水水温相对较高，为-(2.2±0.4) ℃；微孔曝气池塘间隙水水温最低，为-(3.0±0.1) ℃]。3种池塘间隙水差异特征表现为：夏季6—8月养水机池塘间隙水水温均值较自然池塘低0.1 ℃(P>0.05)，较微孔曝气池塘低0.4 ℃(P<0.01)，自然池塘间隙水水温均值较微孔曝气池塘低0.3 ℃(P<0.01)，冬季12月养水机池塘间隙水水温均值较自然池塘高0.3 ℃(P<0.01)，较微孔曝气池塘高0.6 ℃(P<0.01)，自然池塘较微孔曝气池塘高0.3 ℃(P<0.01)。

图2 试验池塘间隙水温度周年变化Fig.2 The annual changes in water temperature of interstitial water in the test ponds

2.2 3种水质调控方式下池塘间隙水溶解氧质量浓度周年变化状况

3种水质调控方式下池塘间隙水溶解氧质量浓度全年在(0.25±0.01) mg/L～(22.48±0.23) mg/L波动，且变化趋势一致，呈“M”型(图3)。冬末(1月)养水机池塘、自然池塘、微孔曝气池塘间隙水溶解氧质量浓度分别为(14.08±0.14)、(6.50±0.12)、(5.62±0.31) mg/L，随后开始上升；临近初春(2月)3种池塘间隙水溶氧质量浓度均出现第1个小高峰，其中养水机池塘为(16.26±0.21) mg/L，自然池塘为(15.06±0.40) mg/L，微孔曝气池塘为(17.91±0.33) mg/L；进入春季(3—5月)，3种池塘溶解氧质量浓度均开始下降，到夏季(6—8月)均达到最低值，其中自然池塘在7月达最低值，为(0.25±0.10) mg/L，而养水机池塘在7月为(5.88±0.13) mg/L，微孔曝气池塘在7月为(4.51±0.21) mg/L；秋季(9—11月)3种池塘间隙水溶解氧质量浓度开始升高，至10月3种池塘间隙水溶解氧质量浓度趋于稳定状态，养水机池塘为(7.31±0.20) mg/L，自然池塘为(7.85±0.31) mg/L，微孔曝气池塘为(8.05±0.31) mg/L；随后11月3种池塘间隙水溶解氧质量浓度突然升高至最高值，其中养水机池塘为(22.48±0.23) mg/L，自然池塘为(18.51±0.11) mg/L，微孔曝气池塘为(18.79±0.20) mg/L，；进入当年冬季(12月)又开始下降。3种池塘间隙水溶解氧质量浓度周年差异特征表现为：夏季6—8月自然池塘的间隙水溶解氧质量浓度均值低于微孔曝气池塘(P<0.01)，微孔曝气池塘低于养水机池塘(P<0.01)；冬季养水机池塘的间隙水溶解氧质量浓度均值高于自然池塘(P<0.01)，自然池塘高于微孔曝气池塘(P>0.05)。

图3 试验池塘间隙水溶解氧质量浓度周年变化Fig.3 The annual changes in dissolved oxygen concentration of interstitial water in the test ponds

2.3 3种水质调控方式下池塘间隙水无机氮质量浓度周年变化状况

自然池塘间隙水无机氮质量浓度为0.440～1.347 mg/L，微孔曝气池塘间隙水无机氮质量浓度为0.482～1.367 mg/L，养水机池塘间隙水无机氮质量浓度为0.214～1.149 mg/L，养水机池塘无机氮质量浓度全年各月份均处于最低水平，平均为0.556 mg/L。

2.3.1 3种水质调控方式下池塘间隙水氨氮质量浓度周年变化状况

3种水质调控方式下池塘间隙水全年的氨氮质量浓度为(0.023±0)mg/L～(0.144±0.001) mg/L，且变化趋势一致，全年出现4次波动(图4)。试验初期(1月)养水机池塘、自然池塘、微孔曝气池塘氨氮质量浓度分别为(0.114±0.001)、(0.128±0.001)、(0.127±0.001) mg/L；随后骤然下降，于2月到达第1个低谷，随后开始升至3月出现第2个高峰，此时3种池塘间隙水氨氮质量浓度达到全年最高值，养水机池塘为(0.120±0.001) mg/L、自然池塘为(0.128±0.001) mg/L、微孔曝气池塘为(0.144±0.001) mg/L；随后又开始下降，至6月出现第2个低谷，之后于7月出现第3个小高峰，9月出现第3个低谷后，间隙水氨氮质量浓度骤然升高，于10月出现第4个高峰，又于12月降至全年最低，养水机池塘为(0.037±0) mg/L、自然池塘为(0.023±0.001) mg/L、微孔曝气池塘为(0.037±0) mg/L。3种池塘周年间隙水氨氮质量浓度差异特征表现为：养水机池塘间隙水氨氮质量浓度的年平均值低于自然池塘(P<0.01)，自然池塘低于微孔曝气池塘(P<0.01)。

图4 试验池塘间隙水氨氮质量浓度周年变化Fig.4 The annual changes in ammonia nitrogen concentration of interstitial water in the test ponds

2.3.2 3种水质调控方式下池塘间隙水亚硝态氮质量浓度周年变化状况

3种水质调控方式下池塘间隙水亚硝态氮质量浓度为(0.003±0.001) mg/L～(0.045±0.001) mg/L，且变化趋势一致，全年出现3次波动(图5)。试验初期(1月)养水机池塘、自然池塘、微孔曝气池塘间隙水亚硝态氮质量浓度分别为(0.020±0.001)、(0.033±0.001)、(0.027±0.001) mg/L，随后下降，至2月出现第1个低谷，随后上升，于3月出现第1个小高峰；之后又开始下降，于5月出现第2个小低谷，又于7月升至第2个高峰，此时3种池塘间隙水亚硝态氮质量浓度为全年最大，养水机池塘为(0.038±0.001) mg/L、自然池塘为(0.045±0.001) mg/L、微孔曝气池塘为(0.044±0) mg/L；之后出现逐渐下降趋势，至12月出现第3个低谷，养水机池塘、自然池塘、微孔曝气池塘间隙水亚硝态氮质量浓度分别为(0.003±0.001)、(0.005±0.001)、(0.010±0.001) mg/L。3种池塘周年间隙水氨氮质量浓度的差异特征表现为：养水机池塘间隙水亚硝态氮质量浓度的年平均值低于自然池塘(P<0.01)，自然池塘低于微孔曝气池塘(P<0.05)。

图5 试验池塘间隙水亚硝态氮质量浓度周年变化Fig.5 The annual changes in nitrite nitrogen concentration of interstitial water in the test ponds

2.3.3 3种水质调控方式下池塘间隙水硝态氮质量浓度周年变化状况

3种水质调控方式下池塘间隙水全年硝态氮质量浓度为(0.163±0.001) mg/L～(1.259±0.001) mg/L，且变化趋势一致(图6)。试验初期(1月)养水机池塘、自然池塘、微孔曝气池塘间隙水硝态氮质量浓度分别为(0.318±0.001)、(0.522±0.001)、(0.355±0.001) mg/L，随后出现小幅度升高，至2月出现小高峰，随后下降，至4月出现低谷，养水机池塘硝态氮质量浓度为(0.163±0.001) mg/L、自然池塘为(0.403±0.001) mg/L、微孔曝气池塘为(0.378±0.001) mg/L；随后3种池塘间隙水的硝态氮质量浓度均出现稳步上升趋势，10月自然池塘间隙水硝态氮质量浓度达到全年最高值，为(1.211±0.001) mg/L，11月其他2种池塘间隙水硝态氮质量浓度达到全年最高值，养水机池塘为(1.084±0.001) mg/L，微孔曝气池塘为(1.259±0.001) mg/L；至12月，3种池塘间隙水硝态氮质量浓度又降至低值。3种池塘周年间隙水硝态氮质量浓度差异特征表现为：养水机池塘间隙水亚硝态氮质量浓度的年平均值低于微孔曝气池塘(P<0.01)，微孔曝气池塘低于自然池塘(P<0.01)。

2.4 3种水质调控方式下池塘间隙水无机磷周年变化状况

3种水质调控方式下池塘间隙水磷酸盐质量浓度全年为(0.0042±0.0012) mg/L～(0.0871±0.0010) mg/L，且变化趋势特征一致(图7)。试验初期(1月)

图6 试验池塘间隙水硝态氮质量浓度周年变化Fig.6 The annual changes in nitrate nitrogen concentration of interstitial water in the test ponds

养水机池塘、自然池塘、微孔曝气池塘间隙水磷酸盐质量浓度分别为(0.0139±0.0010)、(0.0076±0.0013)、(0.0073±0) mg/L；随后出现平稳波动，至6月出现小低峰，之后骤然上升，至8月3种池塘间隙水磷酸盐质量浓度达到最高值，其中养水机池塘为(0.0818±0.0011) mg/L，自然池塘为(0.0871±0.0012) mg/L，微孔曝气池塘为(0.0794±0.0011) mg/L；9月3种池塘间隙水磷酸盐质量浓度骤然下降，随后出现平稳波动下降，至12月3种池塘间隙水磷酸盐质量浓度均出现全年最低值，养水机池塘为(0.0104±0.0010) mg/L，自然池塘为(0.0042±0.0012) mg/L，微孔曝气池塘为(0.0101±0.0011) mg/L。对3种池塘间隙水磷酸盐年平均质量浓度进行差异比较性分析，其特征表现为：养水机池塘间隙水磷酸盐年平均质量浓度高于微孔曝气池塘的(P<0.01)，微孔曝气池塘高于自然池塘(P<0.01)。

图7 试验池塘间隙水磷酸盐质量浓度周年变化Fig.7 The annual changes in phosphate concentration of interstitial water in the test ponds

3 讨 论

3.1 3种水质调控方式下间隙水水温分析比较

池塘间隙水水温一般受外源季节因素影响较大，有研究报道，间隙水水温也受到季节影响发生变化，夏季上覆水升高5 ℃，间隙水可升高2 ℃，冬季上覆水降低2 ℃，间隙水降低1 ℃[45]。本试验结果显示：3种池塘间隙水温度夏季最高，冬季最低，且与相关研究一致[45-47]；夏季(8月)养水机池塘间隙水的温度低于自然池塘和微孔曝气池塘的温度；冬季(12月)养水机池塘间隙水的温度高于微孔曝气池塘和自然池塘。除受外源季节变化影响外，笔者认为，内源沉积物分解和水体扰动是造成池塘间隙水温度产生上述差异的重要原因。

相关研究表明，池塘内源沉积物对池塘间隙水具有直接影响[47,49-50]。首先，内源沉积物有机质矿化分解的过程中产生的热量变化会直接引起间隙水温度的变化[47,51]。有报道显示，沉积物中微生物对有机质的分解作用可释放4.05×106kJ的热量[52]，可促进底层水体升温8.5 ℃[49,52]。其次，水体中上覆水—间隙水氨氮含量的差异是微生物对有机质分解程度的标志[53]。笔者结合同时期上覆水体氨氮指标分析发现，冬季养水机池塘上覆水—间隙水氨氮质量浓度差值也高于其他2种池塘(养水机0.078 mg/L>自然纳潮0.072 mg/L>微孔曝气0.068 mg/L)[54]，说明养水机池塘微生物对沉积物的分解活动与其他2种池塘相比较强[49,55]，促进了冬季养水机池塘间隙水水温的升高。

本试验中，夏季夜间冷却的表层水通过水体循环输送到池底，能够起到显著的降温作用；微孔曝气池塘对水体几乎没有扰动作用，无法进行上下水层交换降温：因此，3种池塘中养水机池塘间隙水温度较低。

3.2 3种水质调控方式下间隙水溶解氧分析比较

间隙水温度与溶解氧含量显著负相关[56]。本试验中，3种池塘沉积物间隙水呈现出春季随着水温升高水体溶解氧质量浓度逐渐降低的趋势，至7—8月，水温最高时溶解氧质量浓度达到最低；秋季水温开始下降，水体中的溶解氧质量浓度逐渐升高，至冬季水温达到最低时溶解氧质量浓度升至最大，这一整体趋势与其他学者的研究结果[56-58]一致。

各池塘间隙水溶解氧差异与其来源和消耗有关。从来源上看，上覆水溶解氧扩散能够增加间隙水溶解氧含量[59-61]，本团队同期研究发现，3种池塘上覆水体溶解氧质量浓度全年变化趋势与间隙水一致，但养水机池塘上覆水比其他2种池塘显著高出0.17～5.03 mg/L，尤其夏季(7—8月)养水机池塘的溶解氧质量浓度比自然池塘高5.15 mg/L，比微孔曝气池塘高1.05 mg/L，冬季(12月—翌年1月)养水机池塘的溶解氧比自然池塘高4.16 mg/L，比微孔曝气池塘高5.03 mg/L[54]。其原因是外力扰动打破水体氧分层增加上覆水溶解氧向间隙水中输送[59-61]。国内外多位学者结合生产实际得出，具有打破分层效果的增氧方式能够将间隙水中溶解氧质量浓度由2.02 mg/L提高至9.05 mg/L[59,62-65]。在本试验中，养水机是唯一具有较高外力扰动作用的，且能够达到破坏池塘水体跃层的增氧方式，因而在夏季溶解氧分层高发期，养水机池塘间隙水溶解氧含量高，且池塘整体溶解氧分布均匀，上下层水体溶解氧含量差异最低[65]。而自然池塘无水体扰动，表层与底层水溶解氧质量浓度差异达13.28 mg/L，出现分层，阻碍了上覆水溶解氧向间隙水的传导，出现间隙水缺氧现象[54]。从消耗上看，间隙水存在于沉积物缝隙中，沉积物环境制约着间隙水溶解氧的含量[47,66-67]。一方面，池塘沉积物有机质矿化在间隙水溶解氧消耗中占主导[66-67]。吴群河等[66]研究报道，水体沉积物中有机质每增加1%，有机质矿化所消耗的间隙水溶解氧质量浓度将增加2 mg/L。养水机池塘沉积物中有机质较其他2种池塘低40.18%，底泥耗氧率较其他2种池塘低30～183 mg/(m2·d)[50]，因此养水机池塘间隙水溶解氧含量夏季和冬季均高于其他2种池塘，春季高于自然池塘。另一方面，沉积物中微生物种群结构能够反映间隙水溶解氧含量的高低。变形菌门主要为兼性厌氧微生物[64]，是很好的指示生物，研究发现，变形菌门在菌群中的比例在好氧池和厌氧池中相差10%，因此变形菌门数量能够反映出水体溶解氧含量的差异[57,67]。本团队同期对3种池塘沉积物中变形菌门进行数据观测中发现，养水机池塘变形菌门数量最低，仅占沉积物总菌群的68.48%～72.83%，比其他2种池塘低11.12%～17.03%[68]，由此反映出养水机池塘溶解氧环境表现为最优。

3.3 3种水质调控方式下间隙水无机氮分析比较

间隙水中无机氮包括氨氮、硝态氮、亚硝态氮，在本试验中，3种池塘沉积物间隙水中无机氮含量全年出现4次波动，刘峰等[10,69,70]在对参池沉积物特征性氮垂直分布研究中也得出同样的试验观测结果，并认为这种波动与仿刺参的季节性休眠及排泄活动有关。

3种池塘中，养水机池塘间隙水中无机氮质量浓度全年显著低于其他2种池塘，尤其3—4月、8—9月仿刺参死亡高发期，养水机池塘间隙水无机氮质量浓度仅为其他2种池塘的42.36%～45.30%，究其原因笔者认为有以下4点：

首先，有研究发现，沉积物有机质分解能够为间隙水提供44%～66%的无机氮[10,56]，而养水机池塘有机质含量全年仅占其他池塘有机质的57%～69%，尤其3—4月养水机池塘沉积物有机质含量仅为其他2种池塘的52%，8—9月仅为59%[50]，从而养水机池塘在有机质分解这一来源上减少了间隙水中无机氮含量。

其次，有机质分解产生的无机氮蓄积在间隙水中与上覆水体产生浓度差，出现扩散现象[71]，在降低间隙水中无机氮浓度的同时[72]，为上覆水体的浮游植物补充营养，提高养殖池塘中饵料生物量[73]。本团队对3种池塘水体浮游植物生物量进行比较也得出，养水机池塘浮游植物生物量较其他2种池塘最高，年平均含量为20.12 mg/L，8—9月浮游植物量比其他2种池塘高出4 mg/L以上[74]，从侧面证明了养水机池塘间隙水中无机氮向上覆水中扩散得比其他2种池塘强烈，无机氮质量浓度低于其他2种池塘。另外，养水机池塘中生长旺盛的浮游植物也表明了间隙水中的内源氮循环硝态氮产物充足[10,72]。

再次，池塘沉积物间隙水内源氮循环也会引起池塘间隙水无机氮含量波动[10,72,75]。本试验中，3种池塘间隙水中硝态氮质量浓度平均为0.608 mg/L，占无机氮总量的86%～87%，进一步证实了上述推测，同时说明了3种池塘内源氮循环中均表现为硝化反应占主导，尤其是养水机池塘硝态氮含量占无机氮总量最高，为87.06%，氨氮含量占无机氮总量最低，为10.17%，结合3.2所述养水机池塘8—9月溶解氧质量浓度与其他池塘相比最高可知，间隙水中硝化作用强烈，又结合前述浓度扩散原理，养水机池塘间隙水中的大量的硝态氮向上覆水体扩散，被大量浮游植物所利用[76]，故无机氮含量低于其他2种池塘，且8—9月极显著低于其他2种池塘。

最后，水体扰动能够促进沉积物无机氮向外释放[77-78]。程香菊等[38,43]研究发现，水体扰动使间隙水氨氮质量浓度直接下降1.02 mg/L，硝态氮质量浓度直接下降0.34 mg/L[38]。而本试验中养水机池塘通过使用养水机底部射水流的方式对池塘沉积物造成扰动，促进间隙水中无机氮释放，与自然池塘间隙水氨氮质量浓度差异达0.032 mg/L，硝态氮质量浓度差异也达0.430 mg/L；微孔曝气池塘中的扰动极微，其与自然池塘间隙水氨氮质量浓度差异为0.001 mg/L，硝态氮质量浓度差异也仅为0.006 mg/L。因此，养水机池塘间隙水中无机氮还受水体扰动影响向上覆水释放。

3.4 3种水质调控方式下间隙水无机磷营养分析比较

全年磷酸盐表现为夏季8月最高，冬季12月最低，春季3种池塘间隙水磷酸盐质量浓度无显著性差异，夏季自然池塘显著低于其他2种池塘，秋季养水机池塘显著低于其他2种池塘，冬季养水机池塘、微孔曝气池塘显著低于自然池塘，其原因可能如下：

首先，有机质是间隙水游离态无机磷的主要来源[67,79]，李俊伟等[67]研究报道，池塘沉积物中有机质降低6.69%，活性磷能够降低0.05 mg/L。本团队观测到养水机池塘与其他2种池塘相比有机质含量低45%～78%，因此在有机质矿化分解这一来源上，养水机池塘间隙水磷酸盐含量低于其他2种池塘。

其次，有机质矿化出的无机磷以游离态分布在沉积物间隙水中，而间隙水的氧化还原环境也决定着间隙水中游离态无机磷的含量[80-82,70]。间隙水溶解氧质量浓度低于0.5 mg/L的厌氧状态能加速沉积物中磷的释放，溶解氧质量浓度高于5.0 mg/L的好氧状态则抑制沉积物中磷的释放[80]。本试验中，仅有养水机池塘间隙水溶解氧质量浓度为5.37～22.48 mg/L，均高于5 mg/L，为好氧状态，能够抑制沉积物中磷的释放[81-82]，尤其夏季(6—8月)、冬季(12月—翌年1月)的溶解氧质量浓度显著高于其他2种池塘，又由3.3所述3种池塘中养水机池塘间隙水中以硝化反应为主导可知，养水机池塘氧化环境最为优越。因此笔者推测，8—10月养水机池塘间隙水中磷酸盐质量浓度低是受间隙水氧化状态影响，磷酸盐释放受到抑制。

最后，有研究报道，生物扰动和水体扰动是影响池塘沉积物间隙水无机磷垂直分布的重要因素[38,67,81]。一方面，池塘底栖生物钻泥具有协助沉积物中无机磷向间隙水释放的作用[67,81]。李俊伟等[67]以方格星虫(Sipunculusnudus)这一底栖生物为样本，经过20 d培育试验发现，方格星虫质量增加0.21 g时，池塘间隙水磷酸盐质量浓度可增加0.04 mg/L。结合3种池塘生产实际状况，养水机池塘较其他池塘生物活性最高，且在参苗投放量相同时，出参量最多，为1275 kg/hm2。故笔者推测，养水机池塘磷酸盐质量浓度高是由于仿刺参个体质量增加快，加之对底泥的频繁扰动，而自然池塘与微孔曝气池塘仿刺参活性低，活动少，钻泥运动较少引起的。另一方面，有研究发现，对上覆水体进行水体扰动可促进间隙水释放0.4 mg/L的无机磷，并且随着时间延长，对照组与扰动组出现0.2 mg/L的稳定差异[38]。本团队进行同时期平行观测得出：养水机上覆水与间隙水磷酸盐质量浓度差异最小，为0.0003 mg/L；自然池塘次之，为0.0012 mg/L；微孔曝气池塘最大，为0.0469 mg/L。养水机池塘具有较大扰动作用，能够达到上下层水体各水体指标趋近的效果。稳定的水体环境使养水机池塘仿刺参生物活性高，表现出较好的生产优势。

4 结 论

综上所述，3种池塘中养水机池塘沉积物间隙水在水温、溶解氧水平、氮营养盐含量、磷营养盐含量上均表现出明显优势，结合本团队对于3种池塘浮游植物[74]、有机质[50]以及同时期上覆水水温、溶解氧水平、氮磷营养盐含量[54]等的研究结果可知，养水机通过动力系统将池塘上层水体输送到池塘底部，以水体射流的方式对水体产生扰动，能够促进池塘水体形成良性水体循环，使池塘沉积物间隙水水体环境也能达到较优水平。因此，养水机是一种较好的池塘水质调控设备。