蟹塘生态调控技术对“淤泥-水界面”N，P交换通量的影响

陆丽华 ，施林林 ，沈明星 ，王海候 ，周新伟 ，金梅娟 ，陆长婴

（1.苏州市农业科学院，江苏 苏州 215000；2.苏州市吴中区金庭镇农林服务中心，江苏 苏州 215000）

长三角地区是中国主要的河蟹养殖和消费地区之一,仅阳澄湖东岸巴城镇每年产优质大闸蟹2 500 t，2009年全镇产业规模达25亿元[1]。但河蟹养殖中为了肥水长草必须投入大量的有机肥和化肥,加上残留的饵料和河蟹排泄物，养殖塘沉积物已成为营养物质重要的存储库。同时从环境角度而言，河蟹的养殖容量受到水环境及社会、经济和现有生产技术条件的约束，据罗国芝等估计东太湖的围栏养殖容量仅为600 kg/hm2[2]，原因在于在高温期淤泥中大量营养物质常向水体释放，造成水体富营养化，严重影响河蟹产量和水体环境，如何通过生态控养技术调节蟹塘水质仍是值得研究的问题。

目前国内外对“沉积物-水界面”的研究通常集中在海洋和湖泊等大水体[3-4]，对河蟹养殖塘等小规模水体的研究严重匮乏，但鉴于养殖塘系统淤泥养分含量远高于一般水体沉积物，研究“淤泥-水界面”养分的交换具有现实意义。

该文根据阳澄湖地区标准化河蟹养殖常用农艺调控措施,包括调节pH，加钙（生石灰）和微孔增氧，利用实验装置模拟并监测了“淤泥-水界面”N和P营养的动态和交换规律，为降低富营养化养殖尾水的排放提供理论基础。

1 材料与方法

1.1 样品准备

淤泥采样地点为苏州市阳澄湖镇阳澄湖产业园A010号塘，采样时间为2012年2月15日（干塘期）。在养殖塘中采用网格法，挖掘0～20 cm塘底淤泥土样约200 kg，带回实验室后，加入纯净水将淤泥混合均匀，保持水层深度为30 cm，自然条件下预培养20 d。

试验装置为内径12 cm，高50 cm的量筒,筒内加入20 cm深淤泥，同时加入预培养过程中的上覆水，水层深度为30 cm。

1.2 试验设计

1.2.1 pH调控 试验采用HCl和NaOH调节水体pH值，分别调节上覆水 pH值为6、7和8，每个pH值梯度重复3次。

1.2.2 加钙调控 试验处理通过投加CaO使水体pH值为8，对照采用NaOH调节至水体pH值为8,重复3次。

1.2.3 增氧联合加钙和pH调控 设置4个处理1个对照，包括：不增氧加钙（CaOy）；不增氧不加钙（NaOHy）；增氧加钙（CaOz）；增氧不加钙（NaOHz）；不增氧不加钙不调pH（CK）。

其中增氧指利用微孔增氧泵，曝气量采用螺旋止水夹控制，增氧后保持水体溶解氧浓度为7 mg/L左右，并保持微孔增氧头距淤泥-水界面20 cm。加钙指向模拟养殖水体中投加CaO，直至水体pH=8.5，除对照（CK）外，所有处理不加钙处理均用NaOH调节pH至8.5。试验重复3次。

上述3组试验均在25℃环境中培养，光照自然,分别在 0、6、12、24、48、72、96 h,利用 50 mL 针筒取深度为15 cm水样30 mL，定量滤纸过滤后,流动分析仪（荷兰SKALA）测定水体TN（总氮），TP（总磷），NO3--N（硝态氮）和NH4+-N（铵态氮）含量。

1.3 数据处理与分析

每次取样水体进行方差分析，并用LSD法进行多重比较,显著水平取0.05。对“淤泥-水界面”N，P养分交换计算公式：

JDM=V（C（t）-D（t-1））/At[5]

式中：JDM 为“淤泥-水界面”N，P物质测定通量（mg·m2/h）；A为量筒横截面积（m2）；V为上覆水体积（V）；C（t）为 t时刻测定上覆水 N，P 浓度（mg/L）；D（t-1）为t-1时刻上覆水中N，P浓度（mg/L）。

2 结果与分析

2.1 pH调控

河蟹养殖过程中水体适宜pH值为7.5～8.5，过高或者过低pH值均能影响河蟹生长。试验中分别采用NaOH和HCl调节养殖水体pH值，经过连续4 d的静置培养，水体pH逐步向pH值为7.5靠拢（图1b）。水体pH值变化对TN含量影响明显，0～72 h内pH＝8处理水体TN含量显著高于pH＝6处理，水体TN在培养期内有增加趋势，至试验结束，pH＝6，pH=7，pH=8 处理水体 TN 含量分别增加25%,4%和14%,表明调节水体pH能改变淤泥向水体的N释放量（图1a）。pH＝6处理水体TP浓度在0～72 h内也显著低于pH=8处理，pH＝7与pH＝8两处理间TP差异并不具统计学意义，水体TP有降低趋势（图 1b），试验期内,pH＝6，pH=7，pH=8 处理水体TP含量分别降低59%，60%和50%，表明不同pH条件下水体中P元素总向淤泥中迁移。NO3--N含量在不同pH处理间差异不具统计学意义（图1c），NH4+-N与水体TN类似，高pH处理水体NH4+-N含量显著高于低pH处理（图1d）。

图1 pH调节条件下水体N、P养分

2.2 加钙调控

河蟹养殖过程中加钙措施具有调节水体pH值和满足河蟹生长过程中对钙元素需求的双重作用[6]，试验通过直接投加少量生石灰,使水体pH值稳定在pH=8，结果表明，在试验周期内，加钙处理水体TN含量显著低于对照（NaOH调节水体pH=8），但处理间水体NO3--N含量差异不具统计学意义，加钙处理NH4+-N含量均高于对照处理，其中3、48、72 h采样数据差异具统计学意义（图2a,c,d），整个培养期内，不同处理水体N养分无明显的增加或者降低趋势。加钙处理能有效降低模拟养殖水体P养分含量，方差分析表明，在0、48、72 h采样水体TP差异均具统计学意义（图2b），且不同处理在培养内水体P元素均明显降低，至培养结束加钙处理与对照水体P含量分别降低36%和50%。

2.3 增氧联合加钙和pH调控

图2 加钙调节条件下水体N、P含量

实际河蟹养殖过程中，多种物理及化学调控措施常常配合使用，其中微孔增氧，加钙，调节pH值是最常见的养殖调控手段，但养殖者多关注于河蟹的生长，而对这类措施造成的水体N，P养分失调关注较少。该研究中增氧措施保持水体中氧气浓度维持在7 mg/L左右，不增氧措施水体氧气浓度为4 mg/L左右（图3e）。结果表明，培养期内不同处理TN含量差异具有统计学意义（图3a），其中增氧处理（CaOz，NaOHz）水体TN显著高于不增氧处理（CaOy，NaOHy），在培养结束时增氧处理水体平均TN是不增氧处理的1.68倍。同时增氧措施有助于提高水体TN含量，至试验结束，增氧加钙和增氧不加钙水体TN分别增长152%和173%。

增氧措施显著提高了水体NO3--N含量,至试验结束，增氧处理（CaOz，NaOHz）水体 NO3--N 含量是不增氧处理（CaOy，NaOHy）的 7.43倍（图 3c）。

增氧措施在0～24 h内提高了水体NH4+-N含量，但之后持续降低，整体而言，增氧不加钙和增氧加钙处理水体NH4+-N分别降低75%和70%（图3d）。培养期内不增氧处理NH4+-N含量持续增加，至试验结束，不增氧不加钙和不增氧加钙水体NH4+-N分别增长352%和391%。

图3 复合调控条件下水体N、P含量

水体TP含量在不同处理间差异均无统计学意义，培养期内水体TP均有降低趋势，这与仅调节pH和仅加钙的结果相同（图3b），在培养期内，不增氧不加钙，不增氧加钙，增氧加钙，增氧不加钙和对照，水体TP含量分别降低34%，56%，21%，51%，51%。

2.4 复合调控下“淤泥-水界面”N,P交换通量

养殖塘“淤泥-水”界面N，P养分交换通量对指导科学养殖和避免水体富营养化具有重要意义，该研究中所有复合调控措施均导致N营养从淤泥向水体流动，增氧不加钙处理N通量显著高于不增氧不加钙，N 通量差异为 2.47 mg·m2/h（图 4），增氧加钙处理N通量也显著高于不增氧加钙，N通量差异为3.74 mg·m2/h，增氧措施能激发淤泥向水体的N营养流动。增氧不加钙处理N通量显著高于增氧加钙处理，N通量差异为0.36 mg·m2/h，不增氧不加钙处理N通量也显著高于不增氧加钙处理，N通量差异为1.64 mg·m2/h，加钙措施降低了淤泥向水体N流动，增氧措施对“淤泥-水界面”的N交换通量的贡献高于加钙措施（图4）。

图4 复合调控下N、P通量

所有处理中P营养均从水体流向淤泥，不同处理间“淤泥-水界面”P交换通量差异无统计学意义（图4），且P营养的交换量远低于N营养，平均仅为-0.1 mg·m2/h。

3 讨论

河蟹养殖过程中水体pH过高或者过低均容易导致河蟹食欲下降，生理活力减弱[3,7]，因此一般需要调节养殖水体pH值在7.5～8.5。模拟试验表明，pH提高模拟养殖水体TN和NH4+-N含量，这主要是由于高pH值促进了淤泥中NH4+-N向水体的扩散，因此过高pH值不利用水体NH4+-N浓度的控制。不同pH下水体中TP均有显著降低，且pH=6和pH=7处理降低幅度高于pH=8，这可能是由于淤泥中Fe氧化物对P酸根离子的吸附作用[8]。

对蟹塘投加石灰，不仅能满足水体消毒，降低河蟹染病风险，但对投加石灰对养殖水体N，P含量的研究较少。试验表明短期内加钙处理对水体N和P含量具有明显削减效果，这可能是由于钙离子增加了悬浮颗粒对其他离子的吸附，悬浮颗粒的降低会有效降低水体中N和P含量。

复合调控实验中，增氧措施对水体N，P含量的调控作用最为显著，其效应远大于加钙措施。增氧极大增加了水体TN含量，淤泥中N向水体大量输入，其原因是增氧过程的水体扰动[9-10]，而水体-N含量增长是水体氧浓度提高后硝化作用的产物[11]。同理前期-N的增长也是由于增氧导致的扰动，后期-N的降低则是由于N被氨氧化微生物利用。不增氧条件下水体TN，-N在培养期内并无显著变化，而N含量稳定增加,表明在pH=8.5条件下，淤泥向水体持续释放-N。尽管增氧或不增氧对水体TP含量影响有限，但水体P元素持续向淤泥移动。

通过对淤泥-水体N，P交换通量的计算，充分证明在蟹塘生态调控技术中，增氧措施是提高TN交换通量的主要因素，增氧后平均提高2.47～3.74 mg·m2/h，加钙措施对TN通量的提高作用平均仅为0.36～1.64 mg·m2/h。而P的交换通量远低于N通量,表明河蟹养殖系统中，“淤泥-水界面”的主要迁移元素为N，且通常都是由淤泥向水体迁移的正向流动，而P元素通常由水体向淤泥迁移的负向流动。