不同鹽度下凡納濱對蝦擾動作用對沉積物

熊瑩槐++王芳++鐘大森

摘要：采用室內培養方法，研究了三個鹽度水平下（鹽度分別為5‰，20‰，35‰）凡納濱對蝦的擾動作用對沉積物-水界面NH+4-N、NO-3-N、NO-2-N和SRP通量的影響。結果顯示：凡納濱對蝦在三個鹽度下都可以促進沉積物NH+4-N的釋放，但是促進效果不相同，總體表現為鹽度越高促進作用越明顯；鹽度為5‰時對蝦對沉積物NO-3-N釋放的促進作用最低，但對NO-2-N釋放的促進作用最高；鹽度為20‰時對蝦對沉積物NO-3-N和NO-2-N釋放的促進作用均較高，且對沉積物NO-3-N釋放的促進作用是三個鹽度水平下最高的。實驗的前8 d各鹽度下對蝦對SRP的促進效果沒有顯著差異，而實驗持續到15 d后高鹽度組對蝦的促進作用比低鹽度組顯著。

關鍵詞：凡納濱對蝦；鹽度；擾動作用；沉積物-水界面；營養鹽通量

研究發現，底棲動物通過攝食、排泄排遺、挖掘、避敵等活動對沉積物-水界面產生各種影響，最終影響沉積物-水界面間營養鹽的遷移和轉化[1-3]。不同底棲動物擾動作用產生的效果和方式也不盡相同，Zhang等[4]發現河蜆（Corbicula fluminea）可以促進沉積物耗氧和沉積物氮磷營養鹽釋放，Fanjul等[5]發現張口蟹（Neohelice granulata）可以促進沉積物-水界面的氨化、硝化和反硝化作用，Nizzoli等[6]發現沙蠶（Nereis spp.）可以促進沉積物釋放NH+4-N和SRP，但卻抑制沉積物NO-3-N的釋放。

凡納濱對蝦（Litopenaeus vannamei）是我國重要的水產養殖品種，其肉質鮮美，生長迅速，且適鹽范圍廣，可以在淡水、半咸水和海水中養殖[7]。20世紀80年代凡納濱對蝦剛被引進中國時主要是在海水池塘進行養殖[8]，隨著養殖規模的不斷擴大和凡納濱對蝦淡水養殖技術的提高，凡納濱對蝦在內陸淡水池塘的養殖日漸興起，據統計2012年我國淡水養殖凡納濱對蝦產量約為69萬t，而海水養殖凡納濱對蝦產量約為76萬t，兩者產量已非常接近[9]。關于凡納濱對蝦在淡水池塘中的擾動作用研究有零星報道（Zhong等[10]），但關于不同養殖鹽度下對蝦的生物擾動作用有何異同卻未見報道。本實驗設計了三種鹽度梯度，研究了凡納濱對蝦在不同鹽度條件下擾動作用對沉積物-水界面營養鹽通量的影響，以期為不同鹽度下的養殖水體水質調控提供參考。

1材料與方法

1.1實驗設計與方法

實驗于2013年8-9月在青島市國家海洋科研中心進行。對蝦適應實驗室條件后，取500 尾對蝦，每天換水時加入適量海水升高鹽度2‰～3‰逐漸馴化至鹽度35‰。另分別取500 尾對蝦，每天換水時加入適量淡水降低鹽度2‰～3‰逐漸馴化至鹽度5‰和20‰。對蝦馴化至目標鹽度后繼續飼養30 d至實驗開始。馴化期間的養殖用水為砂濾自然海水和曝氣的自來水，其他養殖條件與暫養期間的相同。

實驗在18個圓柱形PVC容器中進行（底面半徑為12 cm，高為35 cm）。實驗設5‰，20‰，35‰三個鹽度處理組（分別用S5，S20，S35表示）每個鹽度處理組又分為對蝦組和對照組，對蝦組中每個容器內放入4尾凡納濱對蝦，濕體重為（07±0.1） g，對照組中不放對蝦，每一組均為3個重復。凡納濱對蝦放入容器前，在每個容器中鋪入8 cm厚底泥，底泥取自附近養殖池塘，清水沖洗使其充分濕潤，揀去其中石塊及雜物，經攪拌混勻過篩（16目）后平鋪入各個容器內。底泥鋪好后，各組注入相應鹽度的實驗用水，然后放入對蝦，用孔徑為0.4 cm的網將容器口封好，防止對蝦跳出。每個容器設一個氣石，連接到300 W的小型充氣泵，實驗期間始終充氣，氣石處于水體表面，不使其對沉積物有影響。實驗期間各處理組僅投喂少量的對蝦飼料，且投喂量相同，實驗期間不換水。實驗期間如發現有對蝦死亡或者蛻皮，則立即取出并補充規格相近的對蝦。

1.2樣品的采集與測定

對蝦放入容器后的第二天開始取樣，視為第1 d，其后每隔7 d取樣一次，共取樣五次。每次取樣時將容器口上的網小心揭開，換上配套制作的PVC蓋子，蓋子內表面安裝有攪拌子，其可在蓋子外表面上電動機的帶動下以50 r/min的速度進行勻速轉動。攪拌子啟動后即可開始培養實驗，培養時間為4 h，培養前、后取水樣50 mL用0.45 μm濾膜過濾，保存于30 mL白色聚乙烯塑料瓶中，在-20 ℃下冷凍保存，用于測定NH+4，NO-3，NO-2和SRP的含量。

NH+4含量用納氏試劑法測定，NO-3含量用酚二磺酸法測定，NO-2用鎘柱還原法測定， 可溶性磷酸鹽（ SRP） 用鉬藍法測定。營養鹽通量計算公式如下[11-12]：

F=ΔC·VA·Δt

式中F為營養鹽通量（μmol·m-2·d-1或mmol·m-2·d-1） ；V為上覆水的體積（m3）；A為容器的橫截面積（m2）；Δt為培養時間（d）；ΔC表示培養前后培養器營養鹽濃度的變化。

1.3數據統計分析

采用SPSS13.0軟件（SPSS 13.0 for Windows， SPSS Inc.， Richmond， CA， USA）進行數據統計分析。首先用各鹽度處理組下對蝦組的通量值減去對照組的通量值，得到各鹽度下凡納濱對蝦對沉積物-水界面通量影響的凈值，然后不同取樣時間和各鹽度處理組間對蝦影響的凈值先進行ANOVA分析，然后進行Duncan多重比較，方差分析前先進行方差齊性檢驗，以P<0.05作為差異顯著水平。

2結果

2.1不同鹽度水平下沉積物-水界面NH+4-N通量

不同鹽度下凡納濱對蝦對沉積物-水界面NH+4-N通量的影響隨時間的變化如圖1，其變化范圍為（13.51±1.25）～（56.95±2.08） mmol· m-2·d-1。由圖可知，三種鹽度下對蝦均可促進沉積物NH+4-N的釋放。實驗第1 d時三種鹽度下對蝦的影響沒有顯著差異 （P>0.05），到實驗持續到第8 d時S35組對蝦對沉積物NH+4-N釋放的促進作用顯著高于其他兩組，而S20組對蝦的促進作用也要顯著高于S5組（第15 d除外）（P<0.05）。

圖1各組NH+4-N通量隨時間的變化

2.2不同鹽度水平下沉積物-水界面NO-3-N通量

不同鹽度下凡納濱對蝦對沉積物-水界面NO3--N通量的影響隨時間的變化如圖2，其變化范圍為（-0.78±0.07）～（6.38±0.15） mmol ·m-2·d-1。從圖2可以看出，除第1 d時S35組對蝦促進沉積物NO-3-N吸收外，各鹽度下對蝦均表現為促進沉積物NO-3-N釋放。實驗期間S20組對蝦對沉積物NO-3-N釋放的促進作用均要顯著高于其他兩組 （P<0.05）（實驗持續到第30 d時與S35組無顯著差異 （P>0.05））。第1 d和第15 d時S5組對蝦對沉積物NO-3-N釋放的促進作用顯著高于S35組，到第30 d時則是S35組更高 （P<0.05）。

圖2各組NO-3-N通量隨時間的變化

2.3不同鹽度水平下沉積物-水界面NO-2-N通量

不同鹽度下凡納濱對蝦對沉積物-水界面NO-2-N通量的影響隨時間的變化如圖3，各鹽度下對蝦均促進沉積物NO-2-N的釋放，其變化范圍為（0.21±0.01）～（2.56±0.26） mmol· m-2 ·d-1。實驗期間S5組對蝦對沉積物NO-2-N釋放的促進作用始終顯著高于其他兩組 （P<0.05）（第22 d時與S20組無顯著差異）。第1 d和第30 d時S20組和S35組無顯著差異 （P>0.05），其他各次取樣時S20組對蝦對沉積物NO-2-N釋放的促進作用要顯著高于S35組 （P<0.05）。

圖3各組NO-2-N通量隨時間的變化

2.4不同鹽度水平下沉積物-水界面SRP通量

不同鹽度下凡納濱對蝦對沉積物-水界面SRP通量的影響隨時間的變化如圖4，各鹽度下對蝦均促進沉積物SRP的釋放，其變化范圍為（0.77±0.12）～（3.12±0.19）mmol·m-2·d-1。第1 d和第8 d時各鹽度組對蝦對沉積物SRP釋放的促進作用無顯著差異 （P>0.05），實驗持續到第15 d后S35組對蝦的促進作用即顯著高于S5組，第22 d開始S20組也顯著高于S5組 （P>0.05）。

圖4各組SRP通量隨時間的變化

3討論

很多研究發現底棲動物的活動會對沉積物-水界面營養鹽通量造成影響，且不同類型的底棲生物其造成的影響也不盡相同，而同一種生物在不同鹽度下對沉積物-水界面通量的影響則鮮有報道。Zhong等[10]發現凡納濱對蝦在水體鹽度為5‰的池塘中可促進沉積物耗氧和沉積物氮磷營養鹽釋放，本實驗也發現凡納濱對蝦在5‰，20‰，35‰三種鹽度下都可以促進沉積物-水界面沉積物營養鹽釋放，但是三種鹽度下的促進效果并不相同，作者分析可能與不同鹽度下凡納濱對蝦的活力、代謝速率等不同有關。

Zhong等[10]發現在池塘混養條件下凡納濱對蝦可以促進沉積物NH+4-N的釋放，本實驗中凡納濱對蝦在三種鹽度下也都可以促進沉積物NH+4-N的釋放，但是促進效果卻不相同，總體表現為鹽度越高促進作用越明顯。有研究發現海水中的陰離子可中和NH+4-N的極性，與其形成離子對，從而降低沉積物顆粒對NH+4-N的吸附能力，加速沉積物NH+4-N的釋放[13]，因此，鹽度降低NH+4-N從沉積物中析出的能力也相應減弱，且鹽度越高水中的Na+、K+等離子也會增多，可以將沉積物中的NH+4-N置換出來[14]；另外，在高鹽度下硝化作用受到抑制[15]，這些都可以造成沉積物-水界面有較高的NH+4-N濃度梯度，在凡納濱對蝦的攪動下，NH+4-N則更加容易向上覆水釋放，所以鹽度越高凡納濱對蝦擾動引起沉積物NH+4-N釋放越明顯。

NO-3-N和NO-2-N是水中氮元素循環的重要形態，其既是硝化作用的產物，又是反硝化作用和硝酸鹽氨化作用的反應底物[16]，且可被浮游植物直接吸收利用，同時這兩種形態也可互相轉化。其中，NO-2-N是一種具有潛在毒性的無機氮化合物，會影響到養殖生物的生理機能[17]，故NO-3-N和NO-2-N在沉積物-水界面的擴散遷移對水質變化起著非常重要的作用。本實驗中三種鹽度下凡納濱對蝦都可以促進沉積物NO-3-N和NO-2-N的釋放，但促進效果卻不相同。鹽度為5‰時對蝦對沉積物NO-3-N釋放的促進作用最低，但其對NO-2-N釋放的促進作用卻最高；鹽度為20‰時對蝦對沉積物NO-3-N和NO-2-N釋放的促進作用均較高，且其對沉積物NO-3-N釋放的促進作用是三種鹽度下最高的。分析認為：隨著鹽度的升高，凡納濱對蝦糞便中所含NO-3-N的量也逐漸升高[18]，所以鹽度為5‰時沉積物表面因糞便沉降而積累的NO-3-N是最少的，另外NO-3-N和NO-2-N兩種形態處于動態平衡中，溶氧降低時NO-2-N則會增多，鹽度為5‰時沉積物-水界面耗氧最多（待發表數據），會造成溶氧降低，NO-3-N會大量向NO-2-N轉化，所以最終鹽度為5‰時對蝦會促進沉積物NO-2-N的大量釋放，但對沉積物NO-3-N釋放的促進效果卻不如其他兩種鹽度顯著。鹽度為20‰時對蝦的活性最高，其運動對沉積物表面的攪動作用最強烈，所以鹽度為20‰時對蝦的促進作用又要高于鹽度35‰。因此，鹽度可以通過影響對蝦排泄排糞、呼吸耗氧以及生物活性來影響沉積物-水界面NO-3-N和NO-2-N的形態變化和界面通量。

磷是水體中重要的限制性營養元素之一，磷的多寡會影響到水中浮游植物的生長[19]，過多和過少的磷都會影響水體的生態平衡，沉積物既可以作為水體中磷的源也可以作為磷的匯，所以沉積物-水界面磷的遷移擴散會直接影響到水體中磷的含量。在池塘混養條件下，當凡納濱對蝦養殖密度為56尾/m2時，凡納濱對蝦的擾動作用會促進沉積物SRP的釋放[10]。本實驗中，對蝦的養殖密度為88.5尾/m2，實驗期間對蝦在各鹽度下也均可以促進沉積物SRP的釋放。實驗開始的前8 d各鹽度下對蝦的促進效果沒有顯著差異，到了15 d后高鹽度組對蝦的促進作用則要比低鹽度組顯著，這可能因為鹽度升高時，水中Cl-，SO42-，OH-，Br-等離子數量增加，其會與沉積物中PO43-發生交換，使SRP更容易向上覆水擴散，所以在對蝦的攪動下，高鹽度組的沉積物SRP釋放速率更高。

綜上所述，凡納濱對蝦在鹽度為5‰～35‰ 的水體中均可以促進沉積物-水界面沉積物營養鹽釋放，但促進效果有所不同，這可能與不同鹽度下對蝦的活力和代謝不同，以及不同鹽度下水體離子種類和數量的不同有關等。鹽度為5‰時對蝦對沉積物-水界面耗氧和沉積物NO-2-N釋放的促進作用最高，目前淡水和鹽堿地低鹽度水體養蝦規模日趨增加，在養殖過程中應注意底部水體的增氧，避免缺氧和NO-2-N含量過高對養殖生物造成危害。

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Impact of Litopenaeus vannamei bioturbation on benthic fluxes

at the sediment-water interface in different salinities

XIONG Yinghuai， WANG Fang*， ZHONG Dasen

（The Key Laboratory of Mariculture Ministry of Education， Ocean University of China， Qingdao 266003， China）

Abstract：To explore the effect of shrimps' bioturbation on nutrient fluxes at the sediment-water interface in different salinities， three treatments were set in this research （the water salinity were 5， 20 and 35 ）；The benthic fluxes of NH4+-N， NO-3-N， NO-2-N， and soluble reactive phosphorus （SRP） were measured. The results showed that L. vannamei promoted NH+4-N releasing in all treatments， and the effect grew stronger with the increase in water salinity. In S5， L. vannamei had the strongest promoting effect on NO-2-N releasing， but the weakest promoting effect on NO-3-N releasing. While in S20， L. vannamei had the strongest promoting effect on NO-3-N releasing. There was no significant difference in the SRP fluxes among the treatments before 8d， while the SRP releasing was more significantly stimulated in higher salinity since 15 d.

Key words：Litopenaeus vannamei；salinity；bioturbation；sediment-water interface；

（收稿日期：2015-04-28；修回日期：2015-05-05）