南美白對蝦淡化養殖對周邊環境鹽堿化的影響分析

楊鏗, 李純厚, 胡曉娟, 李紅星, 蔣魁, 劉永,*

南美白對蝦淡化養殖對周邊環境鹽堿化的影響分析

楊鏗1, 李純厚1, 胡曉娟1, 李紅星2, 蔣魁1, 劉永1,*

1. 農業農村部南海漁業資源開發利用重點實驗室, 中國水產科學研究院南海水產研究所, 廣州 510300 2. 湖南省澧縣畜牧獸醫水產局, 澧縣 415500

為探討淡化養殖南美白對蝦()對養殖區周邊環境鹽堿化的影響, 本研究對湖南澧縣南美白對蝦淡化養殖1年、3年、5年和7年的池塘及排水溝渠附近底泥樣品進行了鉀、鈣、鎂、鈉、水溶性鹽總量、氯離子等土壤鹽堿化指標分析。結果顯示, 養殖池塘水溶性總鹽含量均高于對照組。對比對照組, 養殖池塘沉積物的氯離子濃度隨養殖年份顯著增加, 5年的池塘Cl-含量最高。養殖池塘中Na+、K+濃度與對照組相比無差異, 到第7年Na+顯著增加。養殖池塘沉積物中Mg2+、Ca2+濃度對比對照組顯著下降, 養殖7年池塘Mg2+濃度與對照池塘相近, 而7年的池塘Ca2+濃度顯著高于對照組。結果表明, 隨著養殖年份的遞增, 養殖池塘的總鹽、氯離子、Na+和Ca2+等鹽堿化指標會呈現一定上升趨勢, 但目前整體未出現超出正常土壤標準狀況, 具體影響需進一步跟蹤監測。

南美白對蝦; 鹽堿化; 淡化養殖

0 前言

南美白對蝦()是世界上3大優良蝦種之一, 具有生長快、適應性強、品質好等特點[1-4], 20世紀70年代初在厄瓜多爾試養成功, 我國于1988年引進該蝦[5], 并自1994年開展人工育苗試驗, 現已經成為我國一個重要的蝦類養殖新品種[6]。由于近年來沿海養殖水域的環境惡化、蝦病流行等因素使得海水養蝦業受到嚴重影響。同時, 我國淡水養殖蝦類的品種過于單一, 養殖效益逐年下降[7-8]。針對這一實際情況, 我國山西、河南、湖南、湖北等許多省市開展了海蝦淡化養殖技術試驗并取得成功[9-10]。南美白對蝦經過淡水馴養后, 可以適應內陸地區純淡水養殖。湖南澧縣, 位于洞庭湖西岸, 其中淡水養殖面積20.5萬畝, 年水產品產量6萬噸。淡化養殖南美白對蝦面積達15000畝, 年產值近3億元, 是全國內陸最大的南美白對蝦淡水養殖基地之一[11]。

南美白對蝦淡化養殖, 通常需通過添加鹵水、海水、海水晶等方式調節池塘水體鹽度, 再進行養殖[12]。長期發展形成規模化后, 不合理的使用鹽和鹵水等, 可能會引起土壤鹽堿化、荒漠化等生態環境問題[13]。目前主要研究集中在養殖方面, 而關于添加鹽鹵養殖引起的鹽堿化問題報到很少[14-15]。為此, 針對湖南澧縣的南美白對蝦淡化養殖區域, 分別采集不同養殖年份的池塘及排水渠附近底泥樣品, 對其鹽堿化環境指標進行分析和比較, 探討南美白對蝦淡化養殖對周邊環境的鹽堿化影響。

1 材料與方法

1.1 采樣地點和方法

湖南常德澧縣養殖南美白對蝦時間為每年4月—10月, 2016年10月在湖南省常德市澧縣收完南美白對蝦后在養殖池塘內和附近排水溝渠采集底泥樣品。

分別采集南美白對蝦淡化養殖了1年、3年、5年和7年的池塘及排水溝渠附近底泥樣品, 并采集非養殖池及排水溝渠附近底泥樣品作為對照樣品。每個池塘、排水溝渠附近采集4份平行樣品, 用封口袋保存備用。

1.2 樣品分析

樣品處理和分析測試方法參照《土壤全鉀測定方法》(NY/T 87—1988)、《土壤全鈣、鎂鈉的測定》(NY/T 296—1995)和《土壤檢測》(NY/T 1121.16—2006)等相關技術標準進行。

1.2.1 樣品前處理

土壤風干后, 將通過1 mm孔徑篩的底泥樣品在牛皮紙上鋪成薄層, 劃分成許多小方格, 用小勺在每個方格中取出約等量的土樣(總量不少于20 g), 置于瑪瑙研缽中, 研磨致使全部通過0.149 mm孔徑篩, 混合均勻, 制備成風干土, 盛入磨口瓶中備用。

(1)鉀測定樣品的消解

稱取風干土0.500 g, 盛入鉑塔渦或聚四氟乙烯坩堝中, 加硝酸3 mL、高氯酸0.5 mL。置于鋪有石棉布的電熱板上, 于通風廚中加熱至硝酸揮發完, 部分高氯酸分解出現大量的白煙, 樣品成糊狀時, 取下冷卻。用移液管加氫氟酸5 mL, 再加高氯酸0.5 mL, 置于200—225 ℃沙浴上加熱使硅酸鹽等礦物分解后, 繼續加熱至剩余的氫氟酸和高氯酸完全揮發, 停止冒白煙時, 取下冷卻。加3 mol·L-1鹽酸溶液10 mL, 繼續加熱至殘渣溶解完全, 取下冷卻, 加2%硼酸溶液2 mL。轉入100 mL容量瓶中, 用去離子水定容, 混勻待測。

(2)鈣、鎂、鈉測定樣品的消解

稱取風干土0.500 g, 小心放入聚四氟乙烯坩堝中, 加硝酸15 mL、高氯酸2.5 mL, 置鋪有石棉布的電熱板上, 在通風櫥中消煮至微沸, 待硝酸被趕盡, 部分高氯酸分解出大量的自煙、樣品成糊狀時, 取下冷卻。用移液管加氫氟酸5 mL, 再加高氯酸0.5 mL,置于200—225 ℃沙浴上加熱, 待硅酸鹽分解后, 繼續加熱至剩余的氫氟酸和高氯酸全部揮發完, 直到停止冒白煙時取下冷卻。然后加3 mol·L-1鹽酸溶液10 mL, 繼續加熱至殘渣溶解完全(如殘渣溶解不完全, 應將溶液蒸干, 再加氫氟酸3—5 mL, 高氯酸0.5 mL繼續消解), 取下冷卻, 再加入20 g·L-1硼酸溶液2 mL, 轉入250 mL容量瓶中, 用去離子水定容至250 mL, 混勻待測。同時按上述方法制備空白試劑溶液。

1.2.2 樣品分析

對樣品進行鉀、鈣、鎂、鈉、水溶性鹽總量、氯離子等土壤鹽堿化和鹵化指標進行測試和分析, 具體分析依據和方法見表1。

表1 底泥樣品分析測試依據和方法

1.3 數據處理與分析

實驗數據采用SPSS 16.0的單因素方差分析(one-way ANOVA)分析, 統計數據采用平均數±標準誤表示, 顯著性差異使用<0.05下的Duncan分析[16]。實驗數據的作圖使用Origin8.1軟件制作。

2 結果與分析

2.1 水溶性鹽總量(TDS)

養殖1、3、5、7年的池塘水溶性總鹽含量均高于對照組的(1.40±0.01) g·kg-1, 尤其是養殖3和7年的池塘及附近溝渠的水溶性總鹽含量顯著高于對照組, 養殖7年的池塘沉積物中TDS含量最高, 平均為(3.78±0.02) g·kg-1(圖1)。隨著養殖年份的變化, 養殖池塘的水溶性總鹽含量會呈顯著上升趨勢, 但水溶性總鹽含量并不高。

2.2 沉積物氯離子(Cl-)

養殖1、3、5年的池塘沉積物的氯離子濃度比對照組(0.014±0.001) g·kg-1顯著增加, 養殖5年的池塘沉積物中Cl-含量最高, 平均為(0.139±0.002) g·kg-1; 而養殖7年池塘沉積物的氯離子濃度增加不顯著。養殖1、3、5年池塘附近溝渠的沉積物氯離子濃度與對照池塘附近溝渠無顯著變化, 而養殖7年的池塘附近溝渠有顯著增加(圖2), 但氯離子濃度處于正常土壤標準值范圍。

2.3 沉積物中鹽堿化指標

2.3.1 鈉離子(Na+)和鉀離子(K+)含量

從鈉離子(Na+)分析結果來看, 未進行養殖活動的對照池塘鈉離子平均濃度為(3.30±0.03) g·kg-1, 養殖1、3、5年的池塘沉積物中Na+濃度未有顯著變化, 在養殖7年的池塘中Na+才有顯著增加, 平均濃度為(5.70±0.02) g·kg-1。對照池塘附近的溝渠沉積物鈉離子平均濃度為(3.13±0.03) g·kg-1, 不同養殖年份的池塘附近溝渠的Na+濃度水平均無顯著的變化(圖3-A)。因此, 池塘沉積物中鈉離子在養殖5年內無顯著增加, 而養殖7年則有顯著上升, 但仍處于正常土壤標志值范圍。

注：柱上方的不同字母(a, b和 c)表示Duncan分析下的差異顯著(P<0.05); Control-P: 對照池塘; Control-C: 對照池塘附近溝渠; 1 Year-P: 一年養殖池塘; 1 Year-C: 一年養殖池塘附近溝渠; 3 Year-P: 三年養殖池塘; 3 Year-C: 三年養殖池塘附近溝渠; 5 Year-P: 五年養殖池塘; 5 Year-C: 五年養殖池塘附近溝渠; 7 Year-P: 七年養殖池塘; 7 Year-C: 七年養殖池塘附近溝渠。以下各圖相同。

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

圖2 不同池塘及溝渠的氯離子(Cl-)含量

Figure 2 The Cl-content of different ponds and ditches

從鉀離子(K+)的分析結果來看, 未進行養殖活動的對照池塘鉀離子平均濃度為(1.45±0.02)×104mg·kg-1, 養殖1、3、5、7年的池塘沉積物中K+濃度均無顯著變化。對照池塘附近的溝渠沉積物鉀離子平均濃度為(1.67±0.03)×104mg·kg-1, 不同養殖年份的池塘附近溝渠的K+濃度水平均比對照池塘附近溝渠的濃度低。因此, 池塘沉積物中鉀離子隨著養殖年份的變化而無顯著性變化(圖3-B)。

2.3.2 鎂離子(Mg2+)和鈣離子(Ca2+)含量

沉積物中鎂離子(Mg2+)的分析結果顯示, 未進行養殖活動的對照池塘鎂離子平均濃度為(8.30±0.04 )g·kg-1, 養殖1、3、5年的池塘沉積物中Mg2+濃度會顯著下降, 養殖7年的池塘沉積物中Mg2+濃度與對照池塘相近。對照池塘附近溝渠鎂離子平均濃度為(7.76±0.06) g·kg-1, 而1-7年的養殖池塘附近溝渠沉積物中的鎂離子濃度均有顯著的下降(圖4-A)。

沉積物中鈣離子(Ca2+)的分析結果顯示, 未進行養殖活動的對照池塘鈣離子平均濃度為(7.60±0.01) g·kg-1。養殖1、3、5年的池塘沉積物中Ca2+濃度會顯著下降, 養殖7年的池塘沉積物中Ca2+濃度顯著上升, 平均濃度為(19.55±0.12) g·kg-1。對照池塘附近溝渠鈣離子平均濃度為(4.97±0.03) g·kg-1, 養殖1、3、5年的池塘沉積物中Ca2+濃度會顯著下降, 養殖7年的池塘沉積物中Ca2+濃度與對照池塘相近(圖4-B)。

圖3 不同池塘及溝渠的鈉離子(Na+)和鉀離子(K+)含量

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

圖4 不同池塘及溝渠的鎂離子(Mg2+)和鈣離子(Ca2+)含量

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

3 討論

隨著養殖年份的變化, 養殖池塘的總鹽、氯離子和各項鹽堿化指標會呈現一定的變化, 部分指標在第5年到第7年的增加顯著, 整體未出現超出正常土壤標準的情況。且目前內地低鹽度養殖技術已經成熟, 添加少量鹽及微量元素等, 可調節滲透壓提高成活率[17-18]。

鹽堿化會導致區域不能正常種植農作物, 影響水稻及其他農作物的生長[19]。從本研究的各項指標看, 水溶性總鹽含量會呈顯著上升趨勢, 但養殖7年的池塘及附近溝渠的TDS總量未達到鹽堿化程度。沉積物中氯離子隨養殖有顯著增加的趨勢, 但氯離子濃度處于正常土壤標志值范圍, 目前未引起土壤的鹵化, 淡化養殖對附近溝渠無顯著影響。鈉離子在養殖5年內無明顯增加, 到養殖7年顯著上升, 平均濃度為(5.70±0.02) g·kg-1, 但鈉離子濃度仍處于正常土壤標志值范圍。雖未引起土壤鹽堿化, 但也應當引起重視, 做進一步的跟蹤監測。淡化養殖對附近溝渠的鈉離子濃度無影響。在所研究的時間范圍內, 鉀離子隨著養殖年份的變化無顯著性變化, 養殖池塘的沉積物未造成K+主導的鹽堿化, 對附近的溝渠鉀離子濃度無影響。目前技術可以做到先將蝦苗淡化, 淡化后的蝦苗可直接投放于淡水池塘, 減少或去除了往池塘中加鹽的步驟, 降低了因此而造成的池塘土壤鹽堿化風險[20]。

有學者發現, 池塘中較高濃度的Mg2+可顯著促進淡化養殖對蝦的成活率及產量[21], 而池塘及附近溝渠的沉積物中鎂離子比對照池塘顯著下降, 可能是導致近幾年養殖成功率下降的原因。本研究鈣離子濃度1—5年內無顯著變化, 養殖7年會顯著增加, 平均濃度為(19.55±0.12)g·kg-1, 鈣離子的增加與養殖過程中不斷投入含有鈣鎂的動保產品密切相關。附近的溝渠鈣離子濃度無影響, 目前未引起附近土壤鹽堿化與水質硬化, 仍需進一步跟蹤具體影響。有文獻研究表明, 為避免淡水調鹽養蝦對生態環境的破壞, 采取蝦苗下塘時淺水放養, 減少鹽的使用量, 通過兩年的養殖實踐證明養蝦池塘沒有出現鹽堿化的現象[22]。

綜上所述, 隨著養殖時間從1年到7年, 澧縣南美白對蝦淡化養殖區域的各項鹽堿化指標濃度有一定程度的上升, 目前仍處于土壤正常范圍, 未引起土壤鹽堿化, 且未對排水溝渠附近鹽堿化產生影響。但隨著養殖年份的遞增, 后續會造成怎樣的影響, 仍需進一步跟蹤監測。

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Effects of salinization on surrounding environment by desalination aquacul-ture 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

中國水產科學研究院基本科研業務費(2017HY-ZD0501); 廣東省海洋經濟創新發展區域示范(GD2012-A010-10); 現代農業產業技術體系建設專項資金項目(CARS-48); 廣東省促進經濟發展專項資金(現代漁業發展用途)省級項目(粵漁2018-02)

楊鏗(1975—)男, 高級工程師, 研究方向為水產健康養殖技術與微生態制劑, E-mail.yangkeng66@163.com

劉永(1982—)男, 副研究員, 研究方向為漁業環境修復, E-mail:liuyong@scsfri.ac.cn

楊鏗, 李純厚, 胡曉娟, 等. 南美白對蝦淡化養殖對周邊環境鹽堿化的影響分析[J]. 生態科學, 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.