培养基和放养密度对池塘底质及底栖动物的影响

张萍，周鑫，秦伟，柏爱旭

(1.上海海洋大学 水产与生命学院，上海201306;2.中国水产科学研究院淡水渔业研究中心，江苏 无锡214081;3.淮安出入境检验检疫局，江苏淮安223001)

在淡水养殖过程中，池塘底质不仅是氮、磷、碳等营养元素的富集库［1］，养殖生物觅食和栖息的场所，而且是植物、动物和微生物的栖息地及营养素再循环中心［2］，通过营养盐的交换及物质再循环过程，底泥成为生长在池底的水生生物所需营养盐的来源之一［3-4］。底质通过与水体的相互作用能强烈影响水质，直接影响到水生生物生存的内外环境［5-6］，成为养殖环境调控中的主要因素之一。随着中国池塘养殖面积的不断增加，传统有机肥培养的天然饵料已不能满足虾、蟹摄食的需要，人工饵料的大量投入加重了池塘的有机污染，导致养殖生态环境恶化［7］。近年来，水产养殖业普遍存在效益滑坡的现象，池塘底质恶化和过度放养导致天然底栖饵料生物资源枯竭可能是其中的原因之一。因此，改良底质和培养天然饵料已成为水产养殖业稳定发展的首要任务，但迄今尚无培养基及放养密度对底栖动物种类及生物量影响的系统报道。本试验中选用3种培养基和3 个放养密度水平，通过分析和对比不同条件下池塘底质的总氮、总磷、总有机碳积累量和底栖动物种类及其生物量等指标，以确定底栖饵料生物培养基在虾、蟹养殖过程中的作用以及合适的虾、蟹放养密度，旨在为虾、蟹新型天然饵料培养基的开发提供科学依据，也为降低水产养殖自身污染、保护环境、实现淡水池塘养殖的可持续发展提供参考和指导。

1 材料与方法

1.1 材料

试验用培养基分别为鸡粪培养基、鸡粪与猪粪混合培养基和底栖饵料生物培养基，成分见表1。

1.2 方法

1.2.1 试验条件 试验在江苏省盱眙恒旭科技发展有限公司养殖基地进行。试验选用标准化新泥底池塘27 口，每口池塘水面积约2400 m2(长为60 m，宽为40 m)，坡比为1.0∶ 2.5，池深为1.5 ～2.0 m。池塘内开挖“回”字型环沟。池塘水源为洪泽湖水，水源充足，水质良好，池塘进水、排水系统完善，池塘均铺设了纳米微孔增氧管道(功率为0.225 W/m2)，为养殖虾、蟹提供了良好的条件。

表1 3种培养基的成分表Tab.1 The nutrients of the three culture media w/%

1.2.2 试验设计 试验设鸡粪、鸡粪与猪粪混合和底栖饵料生物3种培养基，每种培养基下设3 个克氏原螯虾Procambarus clarkia 与河蟹Eriocheir sinensis 放养密度水平(虾、蟹分别为6000、1000，8000、800，10 000、300 ind./667 m2)，即 低、中、高密度(以克氏原螯虾的密度划分)共9 个处理组。每个处理组设3 个重复，每个重复是一个池塘，共27 个池塘。每个重复的培养基用量均为600 kg/667 m2，均采用底埋的方式投放，平铺在整个池底5 ～30 cm 处，上面覆盖池塘底泥。克氏原螯虾放养规格为300 ～400 尾/kg，河蟹放养规格为120 只/kg，放养密度情况见表2。

表2 克氏原螯虾和河蟹的放养密度Tab.2 The stocking density of red swamp prawn Procambarus clarkii and Chinese mitten handed crab Eriocheir sinensis ind./667 m2

1.2.3 底泥的采集与相关因子的测定 试验时间为2013年3—9月，每月18日进行采样，每口池塘设5 个采样点，采用改良的彼得生采泥器(开口面积为0.02 m2)采集池塘表层5 cm 泥样，剔除样品中的砾石、动植物残体等杂物，混匀、风干、研磨、过100 目筛后，参照土壤常规分析方法［8］测定总氮(TN)、总磷(TP)和总有机碳(TOC)含量。计算公式如下:

1.2.4 底栖动物的采集与相关指标的测定 每口池塘设5 个采样点，采用改良的彼得生采泥器(开口面积为0.02 m2)采集池塘泥样，混合后倒入底栖动物分样筛，40 目、60 目的分样筛按照目数大小重叠放置，孔径大者放在最上层，进行清洗。然后置于白瓷盘上挑拣所有大型底栖动物，用36% ～40%的甲醛溶液固定。然后进行种类鉴定、计数。底栖动物湿质量的测定方法:先用滤纸吸干水分，然后在电子天平或扭力天平上称量。生物量的计算公式如下:

1.3 数据处理

试验数据用平均值± 标准差(mean ± S.D.)表示，采用SPSS 18.0 软件进行方差分析，用Duncan 法进行组间多重比较。显著性水平设为0.05。

2 结果与分析

2.1 不同培养基和虾、蟹放养密度条件下底质的TN、TP、TOC 积累量

从表3可见:底栖饵料生物培养基组池塘底质的TN、TP和TOC 积累量的平均值显著低于其他两种培养基组(P＜0.05);而鸡粪培养基和混合培养基组的TN、TP和TOC 积累量的平均值各组间无显著性差异(P ＞0.05)。

在鸡粪培养基条件下，池塘底质TN和TP 积累量均随养殖密度的增加而升高，其中，高密度组和中密度组之间无显著性差异(P ＞0.05)，均显著高于低密度组(P＜0.05);TOC 积累量随养殖密度的增大而增加，其中，高密度组显著高于中、低密度组(P＜0.05)，而中、低密度组间无显著性差异(P ＞0.05)。

在鸡粪与猪粪混合培养基条件下，池塘底质TN和TP 积累量随养殖密度的升高而增加，其中，高密度组显著高于中、低密度组(P＜0.05)，而中、低密度组间无显著性差异(P ＞0.05);TOC积累量随养殖密度的增大而升高，其中，高密、中密度组间无显著性差异(P ＞0.05)，均显著高于低密度组(P＜0.05)。

在底栖饵料生物培养基条件下，池塘底质TN、TP和TOC 积累量均随养殖密度的增大而增加，其中，高密度组显著高于中、低密度组(P＜0.05)，而中、低密度组间无显著性差异(P ＞0.05)。

表3 不同培养基条件下放养密度对底质总氮、总磷、总有机碳积累量的影响Tab.3 Effects of stocking density on TN，TP and TOC at different media culture

2.2 不同培养基和虾、蟹放养密度条件下底栖动物的种类及总生物量

从图1可见:底栖饵料生物培养基组3 个密度组的底栖动物种类平均值显著高于其他两种培养基组(P＜0.05)，而鸡粪培养基组和混合培养基组间无显著性差异(P ＞0.05);在相同培养基条件下，底栖动物种类随养殖密度的增加而降低，但各密度水平组间无显著性差异(P ＞0.05)。

从图2可见:底栖饵料生物培养基组3 个密度组的底栖动物总生物量平均值显著高于其他两种培养基组(P＜0.05)，而鸡粪培养基组与混合培养基组间无显著性差异(P ＞0.05);在相同培养基条件下，底栖动物生物量随养殖密度的增加而降低，除底栖饲料生物培养基组的高密度组显著低于中、低密度组(P＜0.05)外，各低密度组间均无显著性差异(P ＞0.05)。

图1 不同培养基和放养密度对底栖动物种类的影响Fig.1 Effects of different culture media and stocking density on species of benthic animals

图2 不同培养基和放养密度对底栖动物总生物量的影响Fig.2 Effects of different culture media and stocking density on total biomass of benthic animals

2.3 底栖动物优势种群生物量与底质TN、TP和TOC 积累量的相关性

表4 列出了底栖动物优势种群生物量与底质有关指标的相关性。其中苏氏尾鳃蚓Branchiura sowerbyi 的生物量与TN、TP和TOC 积累量呈显著负相关性(P＜0.05);粗腹摇蚊幼虫Pelopia 的生物量与TN和TP 积累量呈显著负相关性(P＜0.05);羽摇蚊幼虫Chironomus plumosus 的生物量与TP 积累量呈显著负相关性(P＜0.05)。

表4 底栖动物优势种群生物量与TN、TP和TOC 积累量的相关性分析Tab.4 Correlation analysis between biomass of dominant population of benthic animals and accumulation of TN，TP and TOC

3 讨论

3.1 培养基对池塘底质TN、TP、TOC 积累量和底栖动物种类及其生物量的影响

底栖饵料生物培养基是将豆粕、玉米、纤维素和蔗渣经粉碎后与麸皮、米糠、腐植酸钠、凹凸棒土、沸石粉、生物有机肥和有机质均匀混合后制成的配方培养基，将培养基置于阳光下晾晒6 ～12 h，或用烘干机进行烘干(温度为130 ℃)，使培养基的水分降低至15% ～20%。该培养基主要用于培育水蚯蚓和摇蚊幼虫等底栖动物及增殖水草。其中豆粕、玉米、纤维素、蔗渣、麸皮、米糠等是水蚯蚓和摇蚊幼虫喜食的精料，有机肥和有机质等是底栖动物喜食的粗料［9-11］。此外，沸石是含水的多孔铝硅酸盐的总称，具有吸附、离子交换等特性，常被用作吸附剂去除废水中的氨氮［12］和有机物［13］;凹凸棒土有独特的层链状结构和较大的比表面积［14］，具有较强吸附氨氮的能力;腐植酸钠是一种多功能的高分子化合物，含有羟基、醌基、羧基等较多的活性基团，具有较强的吸附、交换、螯合底质有毒物质的能力。这些物质的存在为底栖生物的存活和生长提供了良好的环境条件，这可能是本试验中底栖饵料生物培养基组底栖动物种类及生物量显著高于其他培养基组的主要原因。由于底栖动物具有诱食性的特点［15］，可促进虾、蟹的摄食，提高人工饵料利用率，从而降低残饵的沉积，再加上底栖动物自身的生物扰动效应［16-17］，加快了池塘底泥中氮、磷和碳向水中释放，这为本试验中底栖饵料生物培养基组底质较低的TN、TP、TOC 积累量提供了科学依据。

氮、磷和碳是池塘关键代谢营养素［18］，这3种元素的供应往往能调节养殖池塘水体的生产力，作为水产养殖生态循环系统中的重要因子，氮、磷和碳还影响池塘的物质能量转化［19］。综合表3可以看出，底栖饵料生物培养基组在整个养殖过程中，TN、TP、TOC 积累量显著低于其他两种培养基组(P＜0.05)，而且底栖动物种类多(图1)，总生物量高(图2)，与其他两种培养基相比，有显著性差异(P＜0.05)。分析其原因，可能是底栖饵料生物培养基含有水蚯蚓和摇蚊幼虫等底栖动物喜食的精料和粗料，促进了底栖动物种类及生物量的增加，大大提高了人工饵料的利用率［15］，减少了人工饲料的投入，符合虾、蟹低碳养殖的要求［20］。底栖动物在底质生态系统的物质循环中起到了重要作用:姚思鹏等［17］研究了水丝蚓对泥-水界面氮磷循环的影响，结果表明，水丝蚓利用生物扰动作用促进底泥中的氮和磷向水体释放，降低底泥中TN和TP 的积累量;Lauringson等［21］也指出，水蚯蚓可以加速水底碎屑的分解，调节泥-水界面的物质交换，将淤泥转化为优质肥料，从而降低底质中有害物质的积累量，明显改善养殖环境;Biswas等［22］研究了摇蚊幼虫扰动及不同营养条件对沉积物-水界面磷交换的影响，结果显示，摇蚊幼虫促进了底泥磷向水中释放;陈立斌等［23］指出，底栖动物的密度与底泥TP 呈极显著的负相关;万袆等［24］研究表明，底栖动物还具有很强的碳同位素富集能力，可作为池塘沉积物中碳的有效利用者和清除者，这些都是底栖动物降低TN、TP和TOC的主要原因。有研究表明［16，25］，底栖动物能明显促进底泥中氮和磷的释放，并且释放量与底栖动物生物量有关，说明TN、TP、TOC 积累量与底栖动物的生物量呈负相关，这也与本试验结果相吻合。

3.2 放养密度对池塘底质TN、TP、TOC 积累量和底栖动物种类及其生物量的影响

在各种培养基条件下，池塘底质TN、TP、TOC 的积累量均随虾、蟹放养密度的增加呈上升趋势。高密度组底质中TN、TP、TOC 积累量均明显高于中、低密度组(P＜0.05)，这可能是由于高密度的虾、蟹养殖需要投入更多的人工饵料，而饵料是池塘氮、磷、碳的主要输入源，大量残饵沉积在池底，造成氮、磷和碳的积累;其次高密度组虾、蟹代谢产生大量的废物，池塘生物沉降作用更明显，导致氮、磷、碳的沉积量加大［26-27］，有机淤泥大量堆积，出现底质恶化现象。李玉全等［26］、刘广斌等［27］研究指出，对虾养殖密度过高会导致池塘氮、磷沉积量加大，这与本试验结果相吻合。但是在底栖饵料生物培养基条件下，低密度组和中密度组的底质中TN、TP和TOC 积累量无显著性差异(P ＞0.05);而在鸡粪培养基和混合培养基条件下，低密度组和中密度组有显著性差异(P＜0.05)。主要原因可能是底栖饵料生物培养基组添加有腐植酸钠、沸石粉和凹凸棒土等有效成分，加上底栖动物生物量的增加，二者共同作用造成底栖饵料生物培养基组的低密度和中密度组底质中的TN、TP和TOC 积累量无显著性差异。

底栖动物与生存环境是相互依存、相互影响的统一体，底质的好坏直接或间接影响到底栖动物的生长、生物量和种类分布。从图1、图2可见，不同密度水平组的底栖动物种类无显著性差异(P ＞0.05)，但与中密度组和低密度组相比，高密度组对其生物量的影响有显著性差异(P＜0.05)，说明高密度组的虾、蟹摄食并不能改变底栖动物的种类，只能降低某些种类的数量。有研究表明，河蟹的放养密度对底栖动物具有胁迫作用［28］，密度过高增加了底栖动物被摄食的可能，严重影响底栖动物的生长［29］。这也是本试验中高密度组底栖动物生物量降低的主要原因。由表4可知，底栖动物生物量与TN、TP和TOC 积累量呈负相关性，这可能是由于过高的氮、磷和碳的积累量改变了底栖动物的最适生长环境，导致底栖动物生物量降低。

4 结语

底栖饵料生物培养基能有效减缓池塘底质中TN、TP和TOC 的沉积，促进底栖动物生物量的增加，从而改良池塘底质。底栖饵料生物培养基的作用效果在不同养殖密度下有一定的差异，这是由于高密度养殖时其生物沉降作用更为明显以及虾、蟹对底栖动物的胁迫作用，但总体分析结果显示，该培养基对于改善虾、蟹养殖池塘底质有较好的作用。在综合考虑养殖的生态效益和经济效益的情况下，采用底栖饵料生物培养基，克氏原螯虾与河蟹的放养密度为8000、800 ind./667 m2时的组合为最佳养殖模式。

［1］苏跃朋，马甡，董双林.施加有机降解菌制剂虾池底质中有机碳和总氮的变化［J］.海洋科学，2003，27(1):61 -63.

［2］乌兰，安晓萍，齐景伟.新型底质改良剂对池塘水质和底质的影响［J］.现代农业科技，2012(8):333 -340.

［3］Boyd C E.Water quality in ponds for aquaculture［M］.Auburn:Auburn University Alabama Agricultural Experiment Station，1990.

［4］Matida Y.The role of soil in fish pond productivity in Asia and the far East［C］//Proceedings of the World Symposium on Warmwater Pond Fish Culture，Schwarz:FAO，1966:1 -10.

［5］丁美丽.有机污染对中国对虾体内外环境影响的研究［J］.海洋与湖沼，1997，28(1):7 -11.

［6］江玉.养殖生态环境的优化措施［J］.齐鲁渔业，2000，17(5):38 -39.

［7］王彦波，查龙应，许梓荣.微生态制剂改善对虾养殖池塘底质的效果［J］.应用生态学报，2006，17(9):1765 -1767.

［8］中国土壤学会土壤农化分析专业委员会.土壤常规分析方法［M］.北京:科学出版社，1965:6 -27.

［9］季东升.水蚯蚓人工养殖技术［J］.渔业致富指南，2001(22):31.

［10］韦燕萍.水蚯蚓及其人工养殖［J］.广西农业科学，1997(5):255.

［11］王波.摇蚊幼虫在水产上的应用［J］.科学养鱼，2002(7):55.

［12］董秉直，夏丽华，高乃云.有机物对沸石去除氨氮的影响［J］.水处理技术，2005，31(8):10 -13.

［13］Erdoan B，Sakizc M Y，Rbkoullar E.Characterization and ethylene adsorption of natural and modified clinoptilolites［J］.Applied Surface Science，2008，254:2450 -2457.

［14］张国宇，王鹏.凹凸棒石粘土及在水处理中的应用［J］.工业水处理，2003，23(4):1 -5.

［15］赵朝阳，周鑫.新型高效水产饲料诱食剂——蚯蚓粉［J］.科学养鱼，2008(9):67.

［16］陈天乙，刘孜.摇蚊幼虫对底泥中氮、磷的释放作用的研究［J］.昆虫学报，1995，38(4):448 -451.

［17］姚思鹏.霍甫水丝蚓的摄食及其对水-沉积物界面营养盐循环的影响［D］.武汉:华中农业大学，2011.

［18］孙耀，李健，崔毅.虾塘中新生残饵的N、P 营养物质溶出速率及其变化规律研究［J］.应用生态学报，1997，8(5):541 -544.

［19］孙耀，赵俊.中国对虾养殖中的自身有机质污染和急待解决的问题［J］.海洋开发与管理，1994(1):29 -32.

［20］赵朝阳，周鑫.淡水虾蟹低碳养殖技术［J］.水产养殖，2012(9):32 -33.

［21］Lauringson V，Kotta J，Kersen P，et al.Use case of biomass -based benthic invertebrate index for brackish waters in connection to climate and eutrophication［J］.Ecological Indicators，2012，12(1):123 -132.

［22］Biswas J K，Rana S，Bhakta J K，et al.Bioturbation potential of chironomid larvae for the sediment - water phosphorus exchange in simulated pond systems of varied nutrient enrichment［J］.Ecol Eng，2009，35(10):1444 -1452.

［23］陈立斌，赵文，殷守仁，等.官厅水库底栖动物的群落结构及其时空格局［J］.大连海洋大学学报，2012，27(1):44 -52.

［24］万袆，胡建英，安立会，等.利用稳定氮和碳同位素分析渤海湾食物网主要生物种的营养层次［J］.科学通报，2005，50(7):708 -712.

［25］Fukuhara H，Sakamoto M.Enhancement of inorganic nitrogen and phosphate release from lake sediment by tubificid worms and chironomid larvae［J］.Oikos OIKSAA，1987，48(3):312 -320.

［26］李玉全，李健，王清印，等.养殖密度对工厂化对虾养殖池氮磷收支的影响［J］.中国水产科学，2007，14(6):926 -931.

［27］刘广斌，马甡.凡纳滨对虾高密度养殖实验［J］.海洋湖沼通报，2004(3):54 -58.

［28］许巧情，王洪铸，张世萍.河蟹过度放养对湖泊底栖动物群落的影响［J］.水生生物学报，2003，27(1):41 -45.

［29］于洪贤，蒋超.放养河蟹对黑龙江东湖水库底栖动物和水生维管束植物的影响［J］.水生生物学报，2005，29(4):430 -433.