施用底改制剂对2种底质池塘间隙水水质的短期影响

董贯仓，杜兴华 (山东省淡水渔业研究院，山东 济南 250013 山东省淡水水产遗传育种重点实验室，山东 济南 250117)

谭圣延 (山东省济宁市利民渔业专业合作社，山东 济宁 272061)

杨海峰 (山东省济宁市任城区渔业发展服务中心，山东 济宁 272008)

孙鲁峰 (山东省淡水渔业研究院，山东 济南 250013 山东省淡水水产遗传育种重点实验室，山东 济南 250117)

靳坤 (山东省济宁市任城区渔业发展服务中心，山东 济宁 272008)

作为我国当前主要渔业生产方式,淡水池塘养殖因过度追求高产往往导致氮、磷等营养物质的积累[1，2]。但人们在较多关注养殖水体富营养化及其调控防治的同时，对底泥物质富集及释放治理的关注不足。已有研究表明，封闭式养殖池塘中54%～77%的氮和72%～89%的磷富集到池塘沉积物中[3]。而沉积物中的氮磷又会通过分子扩散和浓度梯度进入水体[4]，并且沉积物内源氮磷占据池塘水体氮磷来源相当的比例[5]，从而造成对养殖水体的潜在威胁。因此，加强池塘底质的调控管理是保持良好养殖生态环境的重要环节。

生石灰因清塘效果好、价格便宜及简单易操作等优势而曾广泛应用于清塘处理[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。伴随水产养殖的生态、绿色、高效和可持续发展，底质改良剂被广泛应用并成为水产养殖可持续发展的重要标志[7]。但在渔业生产中，为追求即时底改效果及降低人工成本，常存在过量施用底改制剂的操作，而其实施效果、潜在影响及所需辅助措施尚不得而知。同时，间隙水作为池塘中连接沉积物与上覆水进行营养盐交换的重要媒介，其不同形态的营养物质在沉积物-水界面氮循环系统中扮演重要角色[8]。此外，由于不同类型的底质对营养物质的储存和释放以及表面微生态系统构成的差异，对养殖水体及养殖生物的影响不同[9，10]。为此，该研究选取传统的生石灰和新兴的化学性底质改良剂，分别针对沙质及泥质2种底质类型的养殖池塘，以底质与水体营养交换中间环节的间隙水为研究对象进行了短期的跟踪监测并进行比较分析，以期为优化淡水池塘养殖过程中的底质调控措施提供技术支撑。

1 材料与方法

1.1 试验材料

试验在山东省济宁市任城区2处沙质底和泥质底的0.67hm2养殖池塘中进行，平均水深1.3m，主养草鱼并套养少量鲤鱼、鲢鱼和鳙鱼。每池塘分别设置8个4m×4m×2.5m的双面涂塑高密度聚乙烯编织布围隔，间距为2m。试验用底改制剂中，生石灰购自济宁建材市场，经碾压至直径0.5cm以内的颗粒；底质改良剂采用市售化学性底质改良剂，主要成分为过硫酸氢钾复合盐和增效剂等。

1.2 试验设计

试验共设底质改良剂建议量与加倍量(WN、WD)和生石灰常规量与加倍量(GN、GD)等4个底改处理并应用于泥质和沙质2种底质池塘(见表1)，并于底改制剂投放前(0h)及其后的1、2、4、8、24h共采样6次。

表1 不同试验处理底改制剂施用情况

1.3 样品采集与测定

用自制采泥器采集表层10cm以上的底泥样品，每围隔随机采集3处底泥后混合并进行离心(8000r/min，10min)，取间隙水上清液，使用多功能水质分析系统和紫外/可见分光光度计Pharo 300(Merck，德国)及其配套检测试剂进行氨氮、亚硝氮、总氮、总磷含量和化学需氧量(COD)等指标的检测。

1.4 数据统计与分析

数据整理使用Office Excel 2010软件，单因素方差分析(ANOVA)及Duncan多重比较采用SPSS 21.0软件，并以P<0.05作为差异显著性水平。

2 结果与分析

2.1 底改前2种底质池塘的水体与间隙水水质状况

2处池塘的养殖水体与间隙水水质状况见表2。由表2可知，2种底质养殖水体中营养物质含量均较高，除泥质底水体COD属地表水V类水质外，各水体氨氮、总氮、总磷质量浓度和COD均属地表水劣V类水质，并且沙质底水体中氨氮、总氮和总磷质量浓度显著低于泥质底(P<0.05)，沙质底水体亚硝氮质量浓度和COD显著高于泥质底(P<0.05)；同时，2种底质池塘间隙水中多数营养盐质量浓度较水体更高，其中仅沙质底间隙水中总磷质量浓度和COD比水体稍低，并且沙质底间隙水氨氮、总磷质量浓度和COD显著低于泥质底(P<0.05)，沙质底间隙水亚硝氮质量浓度显著高于泥质底(P<0.05)。

表2 2种底质池塘的水体与间隙水水质状况

2.2 底改后2种底质池塘的间隙水水质变化情况

1)氨氮 施用底改制剂后，除沙质底SWN处理间隙水氨氮质量浓度呈现逐步下降趋势外，各处理间隙水氨氮质量浓度先稍下降后显著上升并再次下降至初始质量浓度及以下(见图1)。其中，沙质底间隙水氨氮质量浓度除SWN处理呈逐步下降趋势外，其余处理均先于2h降至较低水平后逐步上升至8h较高水平再于24h逐步下降，至试验末SWN、SWD、SGN和SGD处理氨氮质量浓度分别为(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，其中生石灰处理较底质改良剂处理的氨氮质量浓度偏高；在泥质底池塘中，底质改良剂处理于1～2h及生石灰处理于2～4h降至较低水平后均于8h达到较高水平并于24h逐步下降，至试验末MWN、MWD、MGN和MGD处理氨氮质量浓度分别为(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，加倍施用量处理的氨氮质量浓度在试验末偏高。

2)亚硝氮 试验期间，2种底质池塘的间隙水亚硝氮质量浓度变化趋势不同(见图2)。沙质底间隙水亚硝氮质量浓度呈现波动并逐渐上升趋势，至试验末SWN、SWD、SGN和SGD处理亚硝氮质量浓度分别为(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，并且加倍施用量处理的亚硝氮质量浓度在试验末偏高；泥质底间隙水亚硝氮则整体呈波动并逐步下降趋势，至试验末MWN、MWD、MGN和MGD处理亚硝氮质量浓度分别降至(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，不同底改制剂和施用量间变化趋势基本一致。

3)总氮 试验期间，各处理间隙水总氮质量浓度先显著上升后显著下降(见图3)，且除SWN处理外均在8h时具有显著较高的总氮质量浓度。沙质底间隙水总氮质量浓度均先上升后逐步下降，至试验末SWN、SWD、SGN和SGD处理总氮质量浓度分别为(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时具有明显较高的总氮质量浓度；泥质底间隙水总氮质量浓度变化趋势与沙质底基本一致，但其在8h时均较高且加倍施用量更高，并且此时底质改良剂不同施用量处理间差异更大，至试验末MWN、MWD、MGN和MGD处理总氮质量浓度均显著降低，分别为(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)总磷 试验期间，间隙水中总磷质量浓度波动变化趋势不一(见图4)。沙质底间隙水总磷质量浓度呈波动而无明显规律；泥质底间隙水总磷质量浓度则呈波动下降趋势，试验末MWN、MWD、MGN和MGD处理总磷质量浓度分别下降至(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 试验期间，2种底质池塘的间隙水COD多呈波动上升趋势(见图5)。沙质底各处理间隙水COD基本呈波动上升趋势，至试验末SWN、SWD、SGN和SGD处理COD分别为(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，不同底改制剂和施用量间变化趋势基本一致；泥质底中，底质改良剂处理间隙水COD虽波动但无明显规律，生石灰处理则呈波动上升趋势，但不同施用量间无明显差异，至试验末MWN、MWD、MGN和MGD处理COD分别为(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 讨论

在池塘系统中，底质与水体共同组成养殖生物的生活空间，并共同组成了池塘内物质能量循环系统且影响着水体的环境状况[11]。同时，不同底质类型具有不同的理化特性，越小颗粒的底泥比表面积越大并具有更强的吸附能力[12]。而3种典型的养殖池塘底质中，沙质底多贫瘠而漏水漏肥，黏土质底易肥且保持长久，粉沙土质底则介于两者之间[13]。该研究中，除沙质底间隙水的总磷质量浓度和COD外，2种底质的间隙水中多数营养物质质量浓度显著高于水体(P<0.05)，表明了底泥特别是沉积淤泥具有较高的营养物质富集能力；同时，沙质底间隙水氨氮、总磷质量浓度和COD显著低于泥质底，仅亚硝氮质量浓度显著高于泥质底(P<0.05)，表明了泥质底具有更多的营养物质积累。同时，不同底质的养殖池塘中，沙质、粉沙土质和黏土质底质的保持肥力能力依次增强[13]，表明了不同底质释放营养物质能力的差异。魏岚等[14]研究认为底泥内源氮磷的释放与底泥机械组成有关，其中总氮和总磷释放量与底泥黏粒质量分数呈显著正相关，且总氮的释放量与底泥砂粒质量分数呈显著负相关，细颗粒底泥氮磷释放是上覆水体氮磷的主要来源。在该研究中，除沙质底间隙水亚硝氮持续升高而泥质底波动下降、沙质底间隙水总磷波动但无显著变化而泥质底波动下降外，2种底质间隙水氨氮、总氮质量浓度和COD的变化趋势基本一致。该研究中不同类型底质的间隙水主要营养物质质量浓度变化趋势基本一致，可能与该研究主要跟踪了底改制剂施用前期的间隙水急剧变化过程以及底改制剂对营养物质释放的干扰有关。此外，底泥营养物质的释放还受温度、pH、溶解氧、动力条件、上覆水营养物质浓度等诸多因素的影响[15]，因而不同类型底质在不同改良措施下营养物质的释放及其对水环境的长期影响有待进一步研究。

同时，底质作为营养物质的富集库，影响着养殖池塘的水体环境乃至直接影响养殖生物[10，16]。因此，底质改良成为淡水池塘养殖的重要技术环节，而定期施用底改制剂则是有效改善底质环境的重要途径。生石灰是养殖池塘日常清塘、消毒等管理传统用环保药物，遇水变成碳酸钙能使淤泥变得松软，改善底泥通气条件，加速底泥有机质分解，释放出淤泥吸附的氮、磷等营养元素[17]；复合过硫酸氢钾复合盐消毒剂作为第五代最新型改底产品，施用后具有松动底质、使解毒后的残饵等微粒悬浮形成有机絮团等功能[18]。该研究中，在不同底质池塘施用2种底改制剂后，在沙质底池塘生石灰处理间隙水氨氮质量浓度在试验末高于底质改良剂，在泥质底池塘底质改良剂处理间隙水氨氮质量浓度于1～2h及生石灰处理于2～4h降至较低水平，在泥质底池塘底质改良剂处理间隙水COD稍波动而生石灰处理则波动上升，除上述差异外，间隙水主要营养物质质量浓度的变化趋势基本一致，这可能与两者均为松动底质、加速沉积有机质等营养物质释放的化学作用方式有关[17，18]。

此外，受原材料购置及人工投入等多方面因素制约，当前淡水池塘养殖较少进行清塘处理，往往以新型底质改良剂取代传统的生石灰进行底质调控，而且为追求即时效果时常盲目加大底改制剂的施用量。唐绍林[19]针对养殖生产中化学性底质改良剂的使用指出，一些改底剂可促进“底皮”上浮而将底部有机质带入水体，并建议于养殖前中期开始使用且中后期应于晴天进行；同时，其长期大剂量的使用容易抑制藻类繁殖，甚至会引起底部生物生长受阻和底质的板结。该研究中，在泥质底池塘中，生石灰和底质改良剂在不同施用量下均促进了总氮和COD等营养物质自沉积物向间隙水的释放，且不同底改制剂施用量下间隙水主要营养物质质量浓度的变化趋势基本一致，可能与泥质底具有较强的营养物质吸附和缓冲能力有关[12，13]；在沙质底池塘中，双倍施用生石灰进一步降低了间隙水氨氮质量浓度，并导致了亚硝氮、总氮质量浓度和COD的升高，双倍施用底质改良剂则导致了间隙水亚硝氮、总氮质量浓度和COD的升高，可见加倍施用显著提升了沙质底间隙水主要营养物质质量浓度，对促进沉积物营养物质释放的作用更为明显。而底质营养物质的急剧释放，可能会导致营养盐由沉积物大量涌入上覆水体，短时间造成池塘水体环境系统的不稳定[20]，因而沙质底池塘应采用稍低的底改制剂施用管理并配合合理的水环境调控措施。由此可见，池塘养殖的底改过程可依据生产实际选择化学性底质改良剂或生石灰，并建议参考推荐量或常规量施用底改制剂，而且在底改制剂施用的同时应辅助做好水环境调控措施。