水口水庫樟湖庫灣網箱養殖區表層沉積物中硫化物分布特征研究

蔣奕雄，鄒麗珍，曾 濤，崔利峰，凌偉專

(福建省淡水水產研究所，福建 福州 350002)

硫化物是衡量沉積環境質量優劣的關鍵指標之一，也是沉積物質量評價的有效工具[1-3]。高密度的投餌型網箱養殖會改變沉積環境中硫的形態、含量和分布，而硫的這些變化會影響網箱養殖生態系統的質量狀況。沉積環境硫化物的積累是引發水庫網箱養殖環境問題的主要原因之一，也是目前水環境質量評價的研究熱點。水體沉積物中的硫化物以酸可揮發性硫化物(Acid volatile sulfide，AVS)活動性最強，其含量對沉積物中重金屬在水與沉積物間的分配行為有決定性影響[1，4-6]，是重金屬活性和毒性的控制因素，也是建立沉積物環境質量基準的基礎。因此，AVS成為水環境研究中最受關注的硫化物。

閩江是福建省最大獨流入海(東海)河流，流域面積60 992 km2，約占全省面積的一半，面積廣闊，資源豐富，是福建經濟發展極為重要的載體；1993年水口水電站建成后，蓄水形成的閩江水口庫區控制流域面積達52 438 km2，占閩江全流域面積的86%，水量充沛，庫灣眾多，是福建省內陸網箱養殖的典型庫區，一直以來網箱養殖是促進漁民增收和農村經濟發展的重要產業。福建省南平市延平區樟湖鎮是水口庫區最大的移民鎮，樟湖庫灣位于樟湖鎮東南方向，水域面積近530 hm2，水深在10～20 m；主要的水產養殖方式是網箱養殖，以小型浮式框架型網箱養殖漁排為主，每組漁排由12～18個規格為6 m×10 m的養殖網箱組成；養殖歷史已有十多年，養殖品種主要為草魚、翹嘴紅鲌、鳊魚等，養殖周期大多數為1年。2016年網箱養殖面積達21 hm2，年產量660 t左右，是典型密集網箱養殖庫灣[7]。目前已有不少對淡水沉積環境硫化物的研究，但主要集中在河流、湖泊[8-12]，對水庫生態系統特別是網箱養殖水域中沉積環境硫化物等的研究還鮮有報道，因此本文擬研究網箱養殖區域底質硫化物的含量水平、空間分布特征與變化規律等，以期為水庫生態安全和水產養殖業的健康發展提供科學依據。

1 材料與方法

1.1 樣品采集與處理

樟湖庫灣養殖水域土壤主要為丘陵和水稻田土，土壤質地背景為黏土-黏壤土[7]。綜合考慮水域面積、環境、網箱養殖情況等，采用GPS定位布設ZH-1、ZH-2、ZH-3、ZH-4和ZH-5等5個采樣點，站位布設見圖1。其中ZH-1(118.489°E、26.388°N)、ZH-2(118.494°E、26.392° N)、ZH-4(118.509° E、26.398° N)和ZH-5(118.513° E、26.400° N)位于網箱養殖區，養殖品種以草魚為主，每個網箱養殖數量約3 000尾，主要投喂人工配合飼料，其總氮(TN)和總磷(TP)含量分別為4.52%和0.34%，日投餌量為魚體質量的3%～10%。ZH-3(118.501° E、26.389° N)位于未養殖區,作為對照點，該站位近五年無網箱養殖；ZH-1～ZH-5水深分別為11、10、10、20、20 m。用彼得森底泥采樣器采集表層沉積物樣品，樣品采集后在厭氧條件下迅速裝入干凈的聚乙烯密封袋，驅除袋內空氣并密封，運回實驗室后于0～4℃的冰箱中保存，并于24 h內開展樣品測定及實驗。采樣時間選擇在每月中下旬。

1.2 樣品分析測定

由于研究條件的不同，目前尚沒有統一的AVS提取方法，研究中常用的兩種提取方法為“The purge-and-trap method”[13](氮載氣冷法酸溶硫化物分析法)和“The diffusion method”[14](冷擴散法)，目前應用較多的是氮載氣冷法酸溶硫化物分析法。因此表層沉積物樣品實驗室分析參考海洋沉積物硫化物測定方法[15]，改進氮載氣冷法酸溶硫化物分析技術[13]并采用碘量法測定沉積物中硫化物，具體為將反應瓶與吸收瓶串聯，以氮氣為載氣并控制好流量，充分驅除盡氧氣，稱取3 ～5 g混勻的濕樣全部移入反應瓶中，在1 mol·L-1鹽酸介質中充分反應并攪拌，生成的H2S隨高純氮氣轉移至內含0.05 mol·L-1乙酸鋅溶液的吸收瓶中固定，之后碘量法測定AVS含量。

2 結果與分析

2.1 AVS的含量水平

表1 樟湖庫灣表層沉積物AVS含量

樟湖庫灣5個站位中，對照站位ZH-3在2016年9月和2017年8月的AVS含量分別為0.710 2 和0.752 8 μmol·g-1，樟湖庫灣位于閩江流域，有文獻[17]指出，該流域近年來工農業發展迅猛，承受環境負荷日益趨重，同為8至9月份調查的閩江流域表層沉積物硫化物含量在0.461 0～1.184 1 μmol·g-1之間，與樟湖庫灣鄰近的尤溪站位更是達到1.184 1 μmol·g-1，本底值較高，這表明硫化物的積累更多受沿岸人類活動的影響。

2.2 AVS的平面分布特征

樟湖庫灣各站位AVS含量平面分布特征表現為ZH-1>ZH-4>ZH-5>ZH-2>ZH-3(表1)，對照站位ZH-3硫化物含量介于0.573 5～0.752 8 μmol·g-1之間，明顯低于其他站位，且變化幅度較小，AVS含量主要受外來污水等環境影響。站位ZH-1硫化物含量介于1.053 4～2.364 2 μmol·g-1之間，在所有監測頻次中基本高于其他站位，該站位深入庫灣內部，水體交換慢，網箱養殖密度大，對AVS影響較大，且靠近生活區(圖1)，生活污水的排入會增加有機質的輸入，從而導致AVS的增加。站位ZH-2硫化物含量介于0.751 2～1.310 6 μmol·g-1之間，在所有網箱養殖區內含量最低，原因是該站位鄰近主河道，水力擾動作用強，且水深較淺，使其上層沉積物擾動較強，阻礙了還原態硫的形成和積累。ZH-4和ZH-5地理、水文、網箱養殖等情況基本一致，AVS含量出現差異的主要原因為ZH-4站位沉積物顆粒最細，較細的顆粒有機碳組分較高，有利于AVS的積累，有研究表明在顆粒較細、富含有機碳的沉積物中AVS含量會表現得較高[18]。

從調查的網箱養殖情況來看，ZH-1和ZH-2站位為高密度網箱養殖區域，常年養殖漁排數近20組，ZH-4和ZH-5站位為低密度網箱養殖區域，常年養殖漁排數在2～3組，而ZH-2站位硫化物含量能維持在較低水平，表明網箱養殖對沉積物的影響與水體交換能力、水體顆粒物的沉降速度、沉積物的類型以及沉積物水體界面的動力條件等因素有關，水力擾動作用能顯著影響硫化物的積累，網箱養殖應盡可能選擇水體交換較優良的水域。

2.3 AVS的季節變化

從季節變化來看，AVS含量表現為夏季>春季>秋季>冬季(表1、圖2)，夏季AVS平均值介于0.714 9～2.110 2 μmol·g-1之間，冬季AVS平均值范圍為0.583 0～1.111 2 μmol·g-1，夏季明顯高于冬季，這與國內外對淡水沉積物的研究結果一致[1，9-12，16，19]，主要原因是夏季水溫較高，水體中的溶解氧消耗較快，使水-沉積物界面成為還原型，硫酸鹽的還原速率比冬季至少高一個數量級[20]，有機物質的降解率也增加，從而使AVS的含量明顯高于冬季；除此之外，作為富營養化型水庫，沉積物有機質重要來源的有機物質初級生產力高峰一般出現在7—9月，這也是造成AVS含量在夏季較高的重要因素。

網箱養殖區AVS含量高于非養殖區(表1、圖2)，夏季相差最大，相差倍數介于1.67至2.95之間；冬季雖然AVS含量總體下降很多，但相差倍數仍介于1.34至1.83之間，表明網箱養殖區與非養殖區AVS含量差異明顯，這與文獻報道的海水網箱養殖區研究結果一致[21-24](淡水網箱養殖AVS的報道鮮見)。網箱養殖區由于投入的大量高蛋白質人工配合餌料不能完全被魚類利用，導致部分餌料沉降至沉積物中，再加上魚類排泄物以及其他水生生物代謝產物等，隨著養殖年限的增加，沉積物中有機質含量升高，形成強的還原環境，而硫化物在這種環境中容易產生并累積，從而成為養殖區沉積物中AVS含量高于非養殖區的重要原因。2016年9月與2017年8月相比，ZH-1、ZH-2和ZH-5站位AVS含量均有不同程度的上升，表明硫化物含量隨著養殖年限的增加有可能出現積累。統計分析表明，網箱養殖區AVS含量在春、夏、秋季與冬季差異顯著(P<0.05)，這是因為水庫網箱養殖魚苗投放一般在3月前就已完成(夏花會在6月左右放養)，此后一直至11月左右起捕，在這期間投餌量都較大，特別是夏季魚類生長旺盛餌料需求量大，且新陳代謝快，殘餌和魚類排泄物在底部大量積累，這些均有利于AVS的形成；冬季收獲期后，投餌量減少，對沉積物影響下降，同時沉積物中微生物減少，活動減弱，減少氧的消耗，有利于硫化物的氧化，因此硫化物含量在此階段下降，AVS的季節變化規律與網箱養殖活動具有一定的相關性。對照點AVS含量變化幅度小于網箱養殖區，季節變化差異也不顯著，主要由沉積物地球化學性質決定，這也從另一方面說明網箱養殖活動對底質AVS的積累具有一定的影響，因此庫灣網箱養殖要注意選擇高效合理的投餌方式，提高餌料的利用率。

3 討論

1)樟湖庫灣AVS的空間分布特征：AVS含量范圍在0.573 5～2.364 2 μmol·g-1之間，各站位含量高低為ZH-1>ZH-4>ZH-5>ZH-2>ZH-3。ZH-1站位AVS含量主要受人為活動和網箱養殖影響；ZH-2站位AVS在網箱養殖區內含量最低，主要受水動力作用的影響；ZH-3對照站位AVS含量明顯低于其他站位，且變化幅度較小。網箱養殖區AVS含量明顯高于非養殖區，夏季相差倍數和冬季相差倍數分別介于1.67～2.95和1.34～1.83之間；網箱養殖區內未完全被利用的高蛋白質人工配合餌料、魚類排泄物以及其他水生生物代謝產物等在沉積物中沉降，隨著養殖年限的增加，有機質含量升高，形成強的還原環境，有利于硫化物的產生和累積，這些成為養殖區沉積物中AVS含量高于非養殖區的重要原因。

2)樟湖庫灣AVS的時間分布特征：季節變化上表現為夏季>春季>秋季>冬季，夏季明顯高于冬季。夏季水溫較高，硫酸鹽的還原速度快，有機物質的降解率也增加，因而AVS含量明顯高于冬季；水庫沉積物有機物質初級生產力高峰一般出現在7—9月，這也是造成AVS含量在夏季較高的重要因素。網箱養殖區AVS含量在春、夏、秋季與冬季差異顯著，其季節變化規律與網箱養殖活動相關。

3)硫化物的積累更多受沿岸人類活動的影響，但水庫網箱養殖要注意降低或減緩養殖活動對硫化物的影響。投餌型網箱要控制規模，同時注意飼料質量，選擇科學的投餌方式，根據魚的體重和品種適當調整投喂量和投喂次數，提高餌料的利用率，有條件的盡可能收集并處理殘餌和魚類排泄物；不投餌型網箱要合理布局；適當放養鰱、鳙魚等濾食性魚類，從而保證網箱養殖健康和可持續發展。