生物漁肥施用后氮磷元素在水體中留存規(guī)律的研究

摘要：采用模擬實驗研究了不同上覆水高度、水溫條件下生物漁肥中氮磷元素在水體中的留存規(guī)律。結(jié)果表明，上覆水高度為１．５ ｍ時，生物漁肥的氮磷元素溶解率高于１．０和２．０ ｍ的上覆水高度，留存最多；８ ℃比２８ ℃更有利于生物漁肥磷元素在水體中的留存，連續(xù)投肥會導致底泥可溶性正磷酸鹽釋放；而２８ ℃更有利于生物漁肥中氮元素在水體中留存，連續(xù)投肥會導致底泥ＮＨ４+－Ｎ的釋放。

關(guān)鍵詞：生物漁肥；氮；磷；上覆水高度；溫度

中圖分類號：Ｓ９６３．９１文獻標識碼：Ａ文章編號：0439－８114（２０11）21－4374-04

Ｒｅｓｅａｒｃｈ ｏｎ Ｎｉｔｒｏｇｅｎ ａｎｄ Ｐｈｏｓｐｈｏｒｕｓ Ｄｉｓｓｏｌｕｔｉｏｎ Ｒｕｌｅ ｉｎ Ｏｖｅｒｌｙｉｎｇ Ｗａｔｅｒ ａｆｔｅｒ Ａｐｐｌｙｉｎｇ Ｂｉｏ－ｆｉｓｈ Ｆｅｒｔｉｌｉｚｅｒ

ＬＩ Ｃｈｅｎｇ－ｌｉａｎｇ，ＺＨＵ Ｐｅｉ－ｘｉｎ，ＬＩＡＮＧ Ｙｕｎ－ｘｉａｎｇ

（Ｓｃｈｏｏｌ ｏｆ Ｌｉｆｅ Ｓｃｉｅｎｃｅｓ / Ｎａｔｉｏｎａｌ Ｋｅｙ Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ ｏｆ Ａｇｒｉｃuｔｕｒａｌ Ｍｉｃｒｏｂｉｏｌｏｇｙ，Huazhong Argricultural Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｗｕｈａｎ ４３００７０，Ｃｈｉｎａ）

Ａｂｓｔｒａｃｔ： Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ ｗａｓ ｃｏｎｄｕｃｔｅｄ ｔｏ ｓｔｕｄｙ ｔｈｅ ｅｆｆｅｃｔｓ ｏｆ ｏｖｅｒｌｙｉｎｇ ｗａｔｅｒ ｄｅｐｔｈ ａｎｄ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｏｎ ｄｉｓｓｏｌｕｔｉｏｎ ａｎｄ ｓｕｂｓｉｓｔｅｎｃｅ ｏｆ ｎｉｔｒｏｇｅｎ ａｎｄ ｐｈｏｓｐｈｏｒｕｓ ｉｎ ｂｉｏ－ｆｉｓｈ ｆｅｒｔｉｌｉｚｅｒ ａｆｔｅｒ ｉｔｓ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ． Ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔｓ ｓｈｏｗｅｄ ｔｈａｔ ｄｉｓｓｏｌｕｔｉｏｎ ｒａｔｅ ｏｆ ｎｉｔｒｏｇｅｎ ａｎｄ ｐｈｏｓｐｈｏｒｕｓ ｗａｓ ｔｈｅ ｈｉｇｈｅｓｔ ｗｈｅｎ ｄｅｐｔｈ ｏｆ ｏｖｅｒｌｙｉｎｇ ｗａｔｅｒ ｗａｓ １．５ ｍ； ８ ℃ ｗａｓ ｂｅｔｔｅｒ ｆｏｒ ｄｉｓｓｏｌｕｔｉｏｎ ａｎｄ ｓｕｂｓｉｓｔｅｎｃｅ ｏｆ Ｐ ｗｈｉｌｅ ｓｅｒｉａｔｅ ｃａｓｔｉｎｇ ｗｏｕｌｄ ｃａｕｓｅ ｔｈｅ ｒｅｓｏｌｕｔｉｏｎ ｏｆ ＳＯＰ ｆｏｒｍ ｓｅｄｉｍｅｎｔ； ２８ ℃ ｆａｖｏｒｅｄ ｔｈｅ ｄｉｓｓｏｌｕｔｉｏｎ ａｎｄ ｓｕｂｓｉｓｔｅｎｃｅ ｏｆ Ｎ ａｓ ＮＨ４+－Ｎ ｗｏｕｌｄ ｒｅｌｅａｓｅ ｆｒｏｍ ｓｅｄｉｍｅｎｔ ａｆｔｅｒ ｓｅｒｉａｔｅ ｃａｓｔｉｎｇ．

Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ： ｂｉｏ－ｆｉｓｈ ｆｅｒｔｉｌｉｚｅｒ； Ｎ； Ｐ； ｏｖｅｒｌｙｉｎｇ ｗａｔｅｒ ｄｅｐｔｈ； ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ

生物漁肥是采用２０多種常、微量元素及發(fā)酵有機物質(zhì)配制而成的漁肥，營養(yǎng)全面，富含多種氨基酸、腐殖酸等。近年來，隨著我國水產(chǎn)養(yǎng)殖規(guī)模的不斷擴大，特別是大水面養(yǎng)殖技術(shù)的推廣，生物漁肥的使用日益普遍，但對漁肥使用中影響因素的研究卻鮮見報道。養(yǎng)殖戶缺乏合理使用生物漁肥的理論指導，不當?shù)氖褂貌粌H會造成漁肥的浪費，還會帶來一定程度的水體污染［１］。與無機漁肥不同的是，生物漁肥中的營養(yǎng)只有溶解留存在水體中，才能被生物利用［２，３］。其在水體中溶解和留存受到多種環(huán)境條件的影響，并制約了其利用率［４－６］。本實驗以上覆水中總氮（ＴＮ）、銨氮（ＮＨ４＋－Ｎ）、總磷（ＴＰ）、可溶性正磷酸鹽（ＳＯＰ）的含量為指標，研究了投放生物漁肥后不同上覆水高度和水溫條件下水體中氮磷營養(yǎng)元素的留存規(guī)律，以期對水產(chǎn)養(yǎng)殖過程中生物漁肥的使用提供一定的理論指導，有利于合理、高效地使用生物漁肥［７］。

１材料與方法

１．１實驗材料

底泥：使用彼得森采泥器在華中農(nóng)業(yè)大學校園內(nèi)魚塘采取沉積物表層泥樣，取樣后立刻置于黑色塑料袋中運回實驗室，并去除碎石雜物，攪拌均勻，備用。

生物漁肥：由武漢科洋生物工程公司提供的Ｂ型肽肥，為固體粉末，其Ｎ、Ｐ指標（質(zhì)量分數(shù)）為：ＴＮ ２１．６８％；ＮＨ４＋－Ｎ １２．９６％；ＴＰ ８．３８％； ＳＯＰ ５．７４％。

柱狀模型：直徑為２４０ ｍｍ，為ＰＶＣ不透明材質(zhì)。該模型在上覆水高度實驗中使用。

水缸模型：尺寸為４４ ｃｍ×２４ ｃｍ×５０ ｃｍ（長×寬×高），為透明玻璃材質(zhì)。該模型在溫度實驗中使用。

１．２實驗方法

１．２．１上覆水高度對生物漁肥施肥后在水體中氮磷留存的影響本實驗在前述自制柱狀模型中進行，模型中底泥厚度為１０ ｃｍ，溫度為２８ ℃，上覆水高度分別為１．０、１．５、２．０ ｍ。施肥后每天檢測水體中的ＴＰ、ＳＯＰ、ＴＮ、ＮＨ４＋－Ｎ含量，５ ｄ后施第二次肥，兩次施肥量均為４．５ ｇ／ｍ３。

１．２．２溫度對生物漁肥施肥后在水體中氮磷留存的影響本實驗在前述玻璃缸中進行，水體體積為０．０２１ Ｌ，上覆水高度為２０ ｃｍ，底泥厚度為１０ ｃｍ，溫度分別為８、２８ ℃。施肥后定期檢測水體中的ＴＰ、ＳＯＰ、ＴＮ、ＮＨ４＋－Ｎ含量，５ ｄ后施第二次肥，兩次施肥量均為０．１５９ ｇ。每個單因素實驗設３組重復，測定各項指標后取平均值。

１．３水質(zhì)指標檢測方法

采用虹吸法采集水樣，取樣后向模型中補充等量蒸餾水，取樣后立即測定。水質(zhì)指標ＴＰ、ＳＯＰ、ＴＮ、ＮＨ４＋－Ｎ含量的檢測方法參照文獻［８］。上覆水中ＴＰ、ＳＯＰ、ＴＮ或ＮＨ４＋－Ｎ溶解率均按以下公式計算：

Ｗ＝■×100%

式中，Ｗ為上覆水中ＴＰ、ＳＯＰ、ＴＮ或ＮＨ４＋－Ｎ溶解率（％）；Ｃｎ為第ｎ天模型水樣中ＴＰ、ＳＯＰ、ＴＮ或ＮＨ４＋－Ｎ含量（ｍｇ／Ｌ），Ｃ０為初始時模型水樣中ＴＰ、ＳＯＰ、ＴＮ或ＮＨ４＋－Ｎ含量（ｍｇ／Ｌ），Ｖ為水樣體積（Ｌ），Ｍ為投肥量（ｇ），Ｍ０是生物漁肥中ＴＰ、ＳＯＰ、ＴＮ或ＮＨ４＋－Ｎ的質(zhì)量分數(shù)。

２結(jié)果與分析

２．１上覆水高度對生物漁肥施用后氮磷在水體中留存的影響

２．１．１施肥后上覆水中磷的含量及漁肥中磷的溶解率上覆水中ＴＰ、ＳＯＰ的含量變化趨勢基本一致（圖１、圖２），第一次施肥后１ ｄ水體中的ＴＰ、ＳＯＰ含量都迅速上升，而后２～４ ｄ水體中的ＴＰ、ＳＯＰ含量變化平緩；第二次施肥后水體中的ＴＰ、ＳＯＰ含量又迅速上升。

上覆水高度為１．５ ｍ時，第一次施肥后１ ｄ漁肥ＴＰ和ＳＯＰ溶解率均達到最高，分別為２７．８１％和４０．９２％，明顯高于同時間的１．０ ｍ組和２．０ ｍ組。另外，每次施肥后隨著實驗時間的延長，３個實驗組磷溶解率均有所降低，但１．５ ｍ組磷溶解率的降低幅度較其余兩組小（表１），可見上覆水高度為１．５ ｍ能更好地使磷在水體中留存，上覆水太淺或太深均不利于磷的溶解和留存。分析其可能原因是上覆水的不同高度導致底泥溶氧水平的差異，進而影響了底泥和水體之間磷的交換。

２．１．２施肥后上覆水中氮的含量及漁肥中氮的溶解率各實驗組第一次施肥后１ ｄ，水體中的ＴＮ、ＮＨ４＋－Ｎ含量都迅速上升（圖3、圖4），其中上覆水為１．５ ｍ深的模型中ＴＮ、ＮＨ４＋－Ｎ的含量增加最多，ＴＮ含量超過２．５ ｍｇ／Ｌ。隨后２～４ ｄ，除１．０ ｍ組ＮＨ４＋－Ｎ含量明顯降低外，其余各組ＴＮ和ＮＨ４＋－Ｎ含量變化均較平穩(wěn)。

施肥后１ ｄ和５ ｄ時，１．５ ｍ組的ＴＮ溶解率均最高，分別達９２．１６％和８４．４１％；而施肥后１ ｄ，２．０ ｍ組ＮＨ４＋－Ｎ的溶解率略高于１．５ ｍ組，５ ｄ時１．５ ｍ組溶解率最高（表２）。１．０ ｍ組ＮＨ４＋－Ｎ溶解率在第一次施肥５ ｄ后為－５２．９９％，即施肥５ ｄ后水體ＮＨ４＋－Ｎ含量低于施肥前含量，出現(xiàn)這種的現(xiàn)象可能的原因是生物漁肥的投加使模擬系統(tǒng)內(nèi)的營養(yǎng)物質(zhì)含量上升，促進了底泥中微生物的生長，從而出現(xiàn)底泥過量吸收水體中的ＮＨ４＋－Ｎ的現(xiàn)象。１．０ ｍ組出現(xiàn)該現(xiàn)象而１．５ ｍ組和２．０ ｍ組沒有出現(xiàn)，可能是由于１．０ ｍ組底泥溶氧水平較高，更有利于硝化細菌和其他異養(yǎng)菌的生長。

２．２溫度對生物漁肥施用后氮磷在水體中留存的影響

２．２．１施肥后不同溫度水體中磷的含量及漁肥中磷的溶解率水體中ＴＰ、ＳＯＰ的含量在第一次施肥后的２ ｄ內(nèi)急劇上升，達到最大值后逐漸下降。第二次施肥后變化趨勢與第一次施肥后相同，且８ ℃組在第二次施肥后ＴＰ和ＳＯＰ含量均明顯高于２８ ℃組，說明較低的水溫更有利于漁肥中磷在水體中的留存（圖５、圖６）。

第一次施肥后２ ｄ，２８ ℃組的ＴＰ和ＳＯＰ溶解率均比８ ℃組高，但施肥５ ｄ后溶解率均比８ ℃組低（表３）。說明較高溫度有利于漁肥中磷的溶出，但不利于其長時間留存于水體中。原因可能是較高溫度條件下底泥對水體磷的吸附較快，包括理化吸附和微生物的同化吸收兩個方面。此外，第二次施肥后２ ｄ和５ ｄ，８ ℃組的ＴＰ和ＳＯＰ溶解率均明顯高于２８ ℃組，進一步說明較低溫度有利于漁肥中磷在水體中的留存，溫度升高造成的底泥吸附作用效應要強于溫度升高造成的溶出效應［９－１１］。此外，８ ℃組第二次施肥后２ ｄ，ＴＰ和ＳＯＰ溶解率分別達到１０２．３９％和１２４．９７％，均超過了１００％，說明存在底泥的磷釋放，且以可溶性正磷酸鹽的釋放為主。在較低溫度下施肥造成底泥的磷釋放的具體原因尚不清楚，有待進一步的研究。

２．２．２施肥后不同溫度水體中氮的含量及漁肥中氮的溶解率兩次施肥后水中氮含量的變化趨勢基本一致，施肥后２ ｄ內(nèi)，不同溫度水體中的ＴＮ、ＮＨ４+－Ｎ含量均迅速升高，到達最大值后開始緩慢下降（圖７、圖８）。２８ ℃組ＴＮ和ＮＨ４+－Ｎ含量均高于８ ℃組，說明較高溫度有利于漁肥中氮在水體中的留存。

兩次施肥后２ ｄ和５ ｄ，２８ ℃組ＴＮ、ＮＨ４+－N的溶解率均比８ ℃組高（表４），說明較高溫度有利于漁肥中氮在水體中的留存。另外，２８ ℃組第二次施肥后２ ｄ和５ ｄ水體中的ＴＮ、ＮＨ４+－N溶解率均超過１００％，且施肥后５ ｄ時的溶解率高于２ ｄ時的，其中ＮＨ４+－N溶解率增幅較ＴＮ增幅大，說明在此過程中存在底泥氮的釋放，且以ＮＨ４+－N釋放為主。可見較高溫度有利于漁肥中氮在水體中的留存，其原因有兩個方面：一方面高溫有利于漁肥中氮的溶出；另一方面高溫促進底泥的ＮＨ４+－N釋放。

３結(jié)論

本研究探討了生物漁肥施用后氮磷元素在水體中的留存規(guī)律，重點考察了不同上覆水高度和水溫對生物漁肥施用后氮磷元素留存的影響，主要結(jié)論如下：

１）不同上覆水高度會影響生物漁肥施用后氮磷元素在水體中的留存，相對于上覆水高度１．０和２．０ ｍ，上覆水高度為１．５ ｍ更有利于生物漁肥中氮磷元素在水體中留存。因此，設計池塘深度時可以選擇１．５ ｍ上覆水高度，或是在底部深淺不一的湖泊中施肥時，選擇水深１．５ ｍ左右水深區(qū)域施肥，這樣更有利于提高漁肥的利用效率。

２）溫度對生物漁肥施用后氮磷元素在水體中的留存影響表現(xiàn)在以下兩個方面：①較低的溫度有利于磷在水體中留存，并在連續(xù)施肥后會導致底泥磷釋放，且以正磷酸鹽釋放為主；②較高的溫度有利于氮在水體中留存，并在連續(xù)施肥后會導致底泥ＮＨ４+－N釋放。因此，在夏秋季水溫較高的季節(jié)投肥應注意投加磷含量較高的漁肥。

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