施用底改制劑對2種底質池塘間隙水水質的短期影響

董貫倉，杜興華 (山東省淡水漁業研究院，山東 濟南 250013 山東省淡水水產遺傳育種重點實驗室，山東 濟南 250117)

譚圣延 (山東省濟寧市利民漁業專業合作社，山東 濟寧 272061)

楊海峰 (山東省濟寧市任城區漁業發展服務中心，山東 濟寧 272008)

孫魯峰 (山東省淡水漁業研究院，山東 濟南 250013 山東省淡水水產遺傳育種重點實驗室，山東 濟南 250117)

靳坤 (山東省濟寧市任城區漁業發展服務中心，山東 濟寧 272008)

作為我國當前主要漁業生產方式,淡水池塘養殖因過度追求高產往往導致氮、磷等營養物質的積累[1，2]。但人們在較多關注養殖水體富營養化及其調控防治的同時，對底泥物質富集及釋放治理的關注不足。已有研究表明，封閉式養殖池塘中54%～77%的氮和72%～89%的磷富集到池塘沉積物中[3]。而沉積物中的氮磷又會通過分子擴散和濃度梯度進入水體[4]，并且沉積物內源氮磷占據池塘水體氮磷來源相當的比例[5]，從而造成對養殖水體的潛在威脅。因此，加強池塘底質的調控管理是保持良好養殖生態環境的重要環節。

生石灰因清塘效果好、價格便宜及簡單易操作等優勢而曾廣泛應用于清塘處理[6]，但目前因人工成本增加、尾水排水受限等原因，其使用受到一定限制。伴隨水產養殖的生態、綠色、高效和可持續發展，底質改良劑被廣泛應用并成為水產養殖可持續發展的重要標志[7]。但在漁業生產中，為追求即時底改效果及降低人工成本，常存在過量施用底改制劑的操作，而其實施效果、潛在影響及所需輔助措施尚不得而知。同時，間隙水作為池塘中連接沉積物與上覆水進行營養鹽交換的重要媒介，其不同形態的營養物質在沉積物-水界面氮循環系統中扮演重要角色[8]。此外，由于不同類型的底質對營養物質的儲存和釋放以及表面微生態系統構成的差異，對養殖水體及養殖生物的影響不同[9，10]。為此，該研究選取傳統的生石灰和新興的化學性底質改良劑，分別針對沙質及泥質2種底質類型的養殖池塘，以底質與水體營養交換中間環節的間隙水為研究對象進行了短期的跟蹤監測并進行比較分析，以期為優化淡水池塘養殖過程中的底質調控措施提供技術支撐。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

試驗在山東省濟寧市任城區2處沙質底和泥質底的0.67hm2養殖池塘中進行，平均水深1.3m，主養草魚并套養少量鯉魚、鰱魚和鳙魚。每池塘分別設置8個4m×4m×2.5m的雙面涂塑高密度聚乙烯編織布圍隔，間距為2m。試驗用底改制劑中，生石灰購自濟寧建材市場，經碾壓至直徑0.5cm以內的顆粒；底質改良劑采用市售化學性底質改良劑，主要成分為過硫酸氫鉀復合鹽和增效劑等。

1.2 試驗設計

試驗共設底質改良劑建議量與加倍量(WN、WD)和生石灰常規量與加倍量(GN、GD)等4個底改處理并應用于泥質和沙質2種底質池塘(見表1)，并于底改制劑投放前(0h)及其后的1、2、4、8、24h共采樣6次。

表1 不同試驗處理底改制劑施用情況

1.3 樣品采集與測定

用自制采泥器采集表層10cm以上的底泥樣品，每圍隔隨機采集3處底泥后混合并進行離心(8000r/min，10min)，取間隙水上清液，使用多功能水質分析系統和紫外/可見分光光度計Pharo 300(Merck，德國)及其配套檢測試劑進行氨氮、亞硝氮、總氮、總磷含量和化學需氧量(COD)等指標的檢測。

1.4 數據統計與分析

數據整理使用Office Excel 2010軟件，單因素方差分析(ANOVA)及Duncan多重比較采用SPSS 21.0軟件，并以P<0.05作為差異顯著性水平。

2 結果與分析

2.1 底改前2種底質池塘的水體與間隙水水質狀況

2處池塘的養殖水體與間隙水水質狀況見表2。由表2可知，2種底質養殖水體中營養物質含量均較高，除泥質底水體COD屬地表水V類水質外，各水體氨氮、總氮、總磷質量濃度和COD均屬地表水劣V類水質，并且沙質底水體中氨氮、總氮和總磷質量濃度顯著低于泥質底(P<0.05)，沙質底水體亞硝氮質量濃度和COD顯著高于泥質底(P<0.05)；同時，2種底質池塘間隙水中多數營養鹽質量濃度較水體更高，其中僅沙質底間隙水中總磷質量濃度和COD比水體稍低，并且沙質底間隙水氨氮、總磷質量濃度和COD顯著低于泥質底(P<0.05)，沙質底間隙水亞硝氮質量濃度顯著高于泥質底(P<0.05)。

表2 2種底質池塘的水體與間隙水水質狀況

2.2 底改后2種底質池塘的間隙水水質變化情況

1)氨氮 施用底改制劑后，除沙質底SWN處理間隙水氨氮質量濃度呈現逐步下降趨勢外，各處理間隙水氨氮質量濃度先稍下降后顯著上升并再次下降至初始質量濃度及以下(見圖1)。其中，沙質底間隙水氨氮質量濃度除SWN處理呈逐步下降趨勢外，其余處理均先于2h降至較低水平后逐步上升至8h較高水平再于24h逐步下降，至試驗末SWN、SWD、SGN和SGD處理氨氮質量濃度分別為(5.17±1.00)mg/L、(5.88±0.02)mg/L、(9.29±0.24)mg/L和(7.59±0.13)mg/L，其中生石灰處理較底質改良劑處理的氨氮質量濃度偏高；在泥質底池塘中，底質改良劑處理于1～2h及生石灰處理于2～4h降至較低水平后均于8h達到較高水平并于24h逐步下降，至試驗末MWN、MWD、MGN和MGD處理氨氮質量濃度分別為(6.52±0.20)mg/L、(8.00±0.02)mg/L、(6.29±0.11)mg/L和(7.58±0.37)mg/L，加倍施用量處理的氨氮質量濃度在試驗末偏高。

2)亞硝氮 試驗期間，2種底質池塘的間隙水亞硝氮質量濃度變化趨勢不同(見圖2)。沙質底間隙水亞硝氮質量濃度呈現波動并逐漸上升趨勢，至試驗末SWN、SWD、SGN和SGD處理亞硝氮質量濃度分別為(0.038±0.003)mg/L、(0.082±0.010)mg/L、(0.042±0.001)mg/L和(0.068±0.006)mg/L，并且加倍施用量處理的亞硝氮質量濃度在試驗末偏高；泥質底間隙水亞硝氮則整體呈波動并逐步下降趨勢，至試驗末MWN、MWD、MGN和MGD處理亞硝氮質量濃度分別降至(0.034±0.003)mg/L、(0.029±0.003)mg/L、(0.014±0.000)mg/L和(0.041±0.001)mg/L，不同底改制劑和施用量間變化趨勢基本一致。

3)總氮 試驗期間，各處理間隙水總氮質量濃度先顯著上升后顯著下降(見圖3)，且除SWN處理外均在8h時具有顯著較高的總氮質量濃度。沙質底間隙水總氮質量濃度均先上升后逐步下降，至試驗末SWN、SWD、SGN和SGD處理總氮質量濃度分別為(8.41±0.08)mg/L、(12.81±1.13)mg/L、(25.81±2.06)mg/L和(15.92±1.49)mg/L，并且加倍施用量在8h時具有明顯較高的總氮質量濃度；泥質底間隙水總氮質量濃度變化趨勢與沙質底基本一致，但其在8h時均較高且加倍施用量更高，并且此時底質改良劑不同施用量處理間差異更大，至試驗末MWN、MWD、MGN和MGD處理總氮質量濃度均顯著降低，分別為(11.37±0.73)mg/L、(13.74±0.86)mg/L、(11.69±0.46)mg/L和(16.13±0.86)mg/L。

4)總磷 試驗期間，間隙水中總磷質量濃度波動變化趨勢不一(見圖4)。沙質底間隙水總磷質量濃度呈波動而無明顯規律；泥質底間隙水總磷質量濃度則呈波動下降趨勢，試驗末MWN、MWD、MGN和MGD處理總磷質量濃度分別下降至(2.58±0.32)mg/L、(2.56±0.49)mg/L、(1.79±0.30)mg/L和(2.41±0.09)mg/L。

5)COD 試驗期間，2種底質池塘的間隙水COD多呈波動上升趨勢(見圖5)。沙質底各處理間隙水COD基本呈波動上升趨勢，至試驗末SWN、SWD、SGN和SGD處理COD分別為(47.75±1.81)mg/L、(58.48±0.62)mg/L、(56.66±0.44)mg/L和(52.16±4.65)mg/L，不同底改制劑和施用量間變化趨勢基本一致；泥質底中，底質改良劑處理間隙水COD雖波動但無明顯規律，生石灰處理則呈波動上升趨勢，但不同施用量間無明顯差異，至試驗末MWN、MWD、MGN和MGD處理COD分別為(49.02±2.82)mg/L、(45.43±1.73)mg/L、(59.72±1.72)mg/L和(59.95±2.04)mg/L。

3 討論

在池塘系統中，底質與水體共同組成養殖生物的生活空間，并共同組成了池塘內物質能量循環系統且影響著水體的環境狀況[11]。同時，不同底質類型具有不同的理化特性，越小顆粒的底泥比表面積越大并具有更強的吸附能力[12]。而3種典型的養殖池塘底質中，沙質底多貧瘠而漏水漏肥，黏土質底易肥且保持長久，粉沙土質底則介于兩者之間[13]。該研究中，除沙質底間隙水的總磷質量濃度和COD外，2種底質的間隙水中多數營養物質質量濃度顯著高于水體(P<0.05)，表明了底泥特別是沉積淤泥具有較高的營養物質富集能力；同時，沙質底間隙水氨氮、總磷質量濃度和COD顯著低于泥質底，僅亞硝氮質量濃度顯著高于泥質底(P<0.05)，表明了泥質底具有更多的營養物質積累。同時，不同底質的養殖池塘中，沙質、粉沙土質和黏土質底質的保持肥力能力依次增強[13]，表明了不同底質釋放營養物質能力的差異。魏嵐等[14]研究認為底泥內源氮磷的釋放與底泥機械組成有關，其中總氮和總磷釋放量與底泥黏粒質量分數呈顯著正相關，且總氮的釋放量與底泥砂粒質量分數呈顯著負相關，細顆粒底泥氮磷釋放是上覆水體氮磷的主要來源。在該研究中，除沙質底間隙水亞硝氮持續升高而泥質底波動下降、沙質底間隙水總磷波動但無顯著變化而泥質底波動下降外，2種底質間隙水氨氮、總氮質量濃度和COD的變化趨勢基本一致。該研究中不同類型底質的間隙水主要營養物質質量濃度變化趨勢基本一致，可能與該研究主要跟蹤了底改制劑施用前期的間隙水急劇變化過程以及底改制劑對營養物質釋放的干擾有關。此外，底泥營養物質的釋放還受溫度、pH、溶解氧、動力條件、上覆水營養物質濃度等諸多因素的影響[15]，因而不同類型底質在不同改良措施下營養物質的釋放及其對水環境的長期影響有待進一步研究。

同時，底質作為營養物質的富集庫，影響著養殖池塘的水體環境乃至直接影響養殖生物[10，16]。因此，底質改良成為淡水池塘養殖的重要技術環節，而定期施用底改制劑則是有效改善底質環境的重要途徑。生石灰是養殖池塘日常清塘、消毒等管理傳統用環保藥物，遇水變成碳酸鈣能使淤泥變得松軟，改善底泥通氣條件，加速底泥有機質分解，釋放出淤泥吸附的氮、磷等營養元素[17]；復合過硫酸氫鉀復合鹽消毒劑作為第五代最新型改底產品，施用后具有松動底質、使解毒后的殘餌等微粒懸浮形成有機絮團等功能[18]。該研究中，在不同底質池塘施用2種底改制劑后，在沙質底池塘生石灰處理間隙水氨氮質量濃度在試驗末高于底質改良劑，在泥質底池塘底質改良劑處理間隙水氨氮質量濃度于1～2h及生石灰處理于2～4h降至較低水平，在泥質底池塘底質改良劑處理間隙水COD稍波動而生石灰處理則波動上升，除上述差異外，間隙水主要營養物質質量濃度的變化趨勢基本一致，這可能與兩者均為松動底質、加速沉積有機質等營養物質釋放的化學作用方式有關[17，18]。

此外，受原材料購置及人工投入等多方面因素制約，當前淡水池塘養殖較少進行清塘處理，往往以新型底質改良劑取代傳統的生石灰進行底質調控，而且為追求即時效果時常盲目加大底改制劑的施用量。唐紹林[19]針對養殖生產中化學性底質改良劑的使用指出，一些改底劑可促進“底皮”上浮而將底部有機質帶入水體，并建議于養殖前中期開始使用且中后期應于晴天進行；同時，其長期大劑量的使用容易抑制藻類繁殖，甚至會引起底部生物生長受阻和底質的板結。該研究中，在泥質底池塘中，生石灰和底質改良劑在不同施用量下均促進了總氮和COD等營養物質自沉積物向間隙水的釋放，且不同底改制劑施用量下間隙水主要營養物質質量濃度的變化趨勢基本一致，可能與泥質底具有較強的營養物質吸附和緩沖能力有關[12，13]；在沙質底池塘中，雙倍施用生石灰進一步降低了間隙水氨氮質量濃度，并導致了亞硝氮、總氮質量濃度和COD的升高，雙倍施用底質改良劑則導致了間隙水亞硝氮、總氮質量濃度和COD的升高，可見加倍施用顯著提升了沙質底間隙水主要營養物質質量濃度，對促進沉積物營養物質釋放的作用更為明顯。而底質營養物質的急劇釋放，可能會導致營養鹽由沉積物大量涌入上覆水體，短時間造成池塘水體環境系統的不穩定[20]，因而沙質底池塘應采用稍低的底改制劑施用管理并配合合理的水環境調控措施。由此可見，池塘養殖的底改過程可依據生產實際選擇化學性底質改良劑或生石灰，并建議參考推薦量或常規量施用底改制劑，而且在底改制劑施用的同時應輔助做好水環境調控措施。