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    不同鹽度下凡納濱對(duì)蝦擾動(dòng)作用對(duì)沉積物

    2015-07-21 10:53熊瑩槐王芳鐘大森
    河北漁業(yè) 2015年7期
    關(guān)鍵詞:鹽度沉積物

    熊瑩槐++王芳++鐘大森

    摘要:采用室內(nèi)培養(yǎng)方法,研究了三個(gè)鹽度水平下(鹽度分別為5‰,20‰,35‰)凡納濱對(duì)蝦的擾動(dòng)作用對(duì)沉積物-水界面NH+4-N、NO-3-N、NO-2-N和SRP通量的影響。結(jié)果顯示:凡納濱對(duì)蝦在三個(gè)鹽度下都可以促進(jìn)沉積物NH+4-N的釋放,但是促進(jìn)效果不相同,總體表現(xiàn)為鹽度越高促進(jìn)作用越明顯;鹽度為5‰時(shí)對(duì)蝦對(duì)沉積物NO-3-N釋放的促進(jìn)作用最低,但對(duì)NO-2-N釋放的促進(jìn)作用最高;鹽度為20‰時(shí)對(duì)蝦對(duì)沉積物NO-3-N和NO-2-N釋放的促進(jìn)作用均較高,且對(duì)沉積物NO-3-N釋放的促進(jìn)作用是三個(gè)鹽度水平下最高的。實(shí)驗(yàn)的前8 d各鹽度下對(duì)蝦對(duì)SRP的促進(jìn)效果沒有顯著差異,而實(shí)驗(yàn)持續(xù)到15 d后高鹽度組對(duì)蝦的促進(jìn)作用比低鹽度組顯著。

    關(guān)鍵詞:凡納濱對(duì)蝦;鹽度;擾動(dòng)作用;沉積物-水界面;營(yíng)養(yǎng)鹽通量

    研究發(fā)現(xiàn),底棲動(dòng)物通過攝食、排泄排遺、挖掘、避敵等活動(dòng)對(duì)沉積物-水界面產(chǎn)生各種影響,最終影響沉積物-水界面間營(yíng)養(yǎng)鹽的遷移和轉(zhuǎn)化[1-3]。不同底棲動(dòng)物擾動(dòng)作用產(chǎn)生的效果和方式也不盡相同,Zhang等[4]發(fā)現(xiàn)河蜆(Corbicula fluminea)可以促進(jìn)沉積物耗氧和沉積物氮磷營(yíng)養(yǎng)鹽釋放,F(xiàn)anjul等[5]發(fā)現(xiàn)張口蟹(Neohelice granulata)可以促進(jìn)沉積物-水界面的氨化、硝化和反硝化作用,Nizzoli等[6]發(fā)現(xiàn)沙蠶(Nereis spp.)可以促進(jìn)沉積物釋放NH+4-N和SRP,但卻抑制沉積物NO-3-N的釋放。

    凡納濱對(duì)蝦(Litopenaeus vannamei)是我國重要的水產(chǎn)養(yǎng)殖品種,其肉質(zhì)鮮美,生長(zhǎng)迅速,且適鹽范圍廣,可以在淡水、半咸水和海水中養(yǎng)殖[7]。20世紀(jì)80年代凡納濱對(duì)蝦剛被引進(jìn)中國時(shí)主要是在海水池塘進(jìn)行養(yǎng)殖[8],隨著養(yǎng)殖規(guī)模的不斷擴(kuò)大和凡納濱對(duì)蝦淡水養(yǎng)殖技術(shù)的提高,凡納濱對(duì)蝦在內(nèi)陸淡水池塘的養(yǎng)殖日漸興起,據(jù)統(tǒng)計(jì)2012年我國淡水養(yǎng)殖凡納濱對(duì)蝦產(chǎn)量約為69萬t,而海水養(yǎng)殖凡納濱對(duì)蝦產(chǎn)量約為76萬t,兩者產(chǎn)量已非常接近[9]。關(guān)于凡納濱對(duì)蝦在淡水池塘中的擾動(dòng)作用研究有零星報(bào)道(Zhong等[10]),但關(guān)于不同養(yǎng)殖鹽度下對(duì)蝦的生物擾動(dòng)作用有何異同卻未見報(bào)道。本實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)了三種鹽度梯度,研究了凡納濱對(duì)蝦在不同鹽度條件下擾動(dòng)作用對(duì)沉積物-水界面營(yíng)養(yǎng)鹽通量的影響,以期為不同鹽度下的養(yǎng)殖水體水質(zhì)調(diào)控提供參考。

    1材料與方法

    1.1實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)與方法

    實(shí)驗(yàn)于2013年8-9月在青島市國家海洋科研中心進(jìn)行。對(duì)蝦適應(yīng)實(shí)驗(yàn)室條件后,取500 尾對(duì)蝦,每天換水時(shí)加入適量海水升高鹽度2‰~3‰逐漸馴化至鹽度35‰。另分別取500 尾對(duì)蝦,每天換水時(shí)加入適量淡水降低鹽度2‰~3‰逐漸馴化至鹽度5‰和20‰。對(duì)蝦馴化至目標(biāo)鹽度后繼續(xù)飼養(yǎng)30 d至實(shí)驗(yàn)開始。馴化期間的養(yǎng)殖用水為砂濾自然海水和曝氣的自來水,其他養(yǎng)殖條件與暫養(yǎng)期間的相同。

    實(shí)驗(yàn)在18個(gè)圓柱形PVC容器中進(jìn)行(底面半徑為12 cm,高為35 cm)。實(shí)驗(yàn)設(shè)5‰,20‰,35‰三個(gè)鹽度處理組(分別用S5,S20,S35表示)每個(gè)鹽度處理組又分為對(duì)蝦組和對(duì)照組,對(duì)蝦組中每個(gè)容器內(nèi)放入4尾凡納濱對(duì)蝦,濕體重為(07±0.1) g,對(duì)照組中不放對(duì)蝦,每一組均為3個(gè)重復(fù)。凡納濱對(duì)蝦放入容器前,在每個(gè)容器中鋪入8 cm厚底泥,底泥取自附近養(yǎng)殖池塘,清水沖洗使其充分濕潤(rùn),揀去其中石塊及雜物,經(jīng)攪拌混勻過篩(16目)后平鋪入各個(gè)容器內(nèi)。底泥鋪好后,各組注入相應(yīng)鹽度的實(shí)驗(yàn)用水,然后放入對(duì)蝦,用孔徑為0.4 cm的網(wǎng)將容器口封好,防止對(duì)蝦跳出。每個(gè)容器設(shè)一個(gè)氣石,連接到300 W的小型充氣泵,實(shí)驗(yàn)期間始終充氣,氣石處于水體表面,不使其對(duì)沉積物有影響。實(shí)驗(yàn)期間各處理組僅投喂少量的對(duì)蝦飼料,且投喂量相同,實(shí)驗(yàn)期間不換水。實(shí)驗(yàn)期間如發(fā)現(xiàn)有對(duì)蝦死亡或者蛻皮,則立即取出并補(bǔ)充規(guī)格相近的對(duì)蝦。

    1.2樣品的采集與測(cè)定

    對(duì)蝦放入容器后的第二天開始取樣,視為第1 d,其后每隔7 d取樣一次,共取樣五次。每次取樣時(shí)將容器口上的網(wǎng)小心揭開,換上配套制作的PVC蓋子,蓋子內(nèi)表面安裝有攪拌子,其可在蓋子外表面上電動(dòng)機(jī)的帶動(dòng)下以50 r/min的速度進(jìn)行勻速轉(zhuǎn)動(dòng)。攪拌子啟動(dòng)后即可開始培養(yǎng)實(shí)驗(yàn),培養(yǎng)時(shí)間為4 h,培養(yǎng)前、后取水樣50 mL用0.45 μm濾膜過濾,保存于30 mL白色聚乙烯塑料瓶中,在-20 ℃下冷凍保存,用于測(cè)定NH+4,NO-3,NO-2和SRP的含量。

    NH+4含量用納氏試劑法測(cè)定,NO-3含量用酚二磺酸法測(cè)定,NO-2用鎘柱還原法測(cè)定, 可溶性磷酸鹽( SRP) 用鉬藍(lán)法測(cè)定。營(yíng)養(yǎng)鹽通量計(jì)算公式如下[11-12]:

    F=ΔC·VA·Δt

    式中F為營(yíng)養(yǎng)鹽通量(μmol·m-2·d-1或mmol·m-2·d-1) ;V為上覆水的體積(m3);A為容器的橫截面積(m2);Δt為培養(yǎng)時(shí)間(d);ΔC表示培養(yǎng)前后培養(yǎng)器營(yíng)養(yǎng)鹽濃度的變化。

    1.3數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析

    采用SPSS13.0軟件(SPSS 13.0 for Windows, SPSS Inc., Richmond, CA, USA)進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析。首先用各鹽度處理組下對(duì)蝦組的通量值減去對(duì)照組的通量值,得到各鹽度下凡納濱對(duì)蝦對(duì)沉積物-水界面通量影響的凈值,然后不同取樣時(shí)間和各鹽度處理組間對(duì)蝦影響的凈值先進(jìn)行ANOVA分析,然后進(jìn)行Duncan多重比較,方差分析前先進(jìn)行方差齊性檢驗(yàn),以P<0.05作為差異顯著水平。

    2結(jié)果

    2.1不同鹽度水平下沉積物-水界面NH+4-N通量

    不同鹽度下凡納濱對(duì)蝦對(duì)沉積物-水界面NH+4-N通量的影響隨時(shí)間的變化如圖1,其變化范圍為(13.51±1.25)~(56.95±2.08) mmol· m-2·d-1。由圖可知,三種鹽度下對(duì)蝦均可促進(jìn)沉積物NH+4-N的釋放。實(shí)驗(yàn)第1 d時(shí)三種鹽度下對(duì)蝦的影響沒有顯著差異 (P>0.05),到實(shí)驗(yàn)持續(xù)到第8 d時(shí)S35組對(duì)蝦對(duì)沉積物NH+4-N釋放的促進(jìn)作用顯著高于其他兩組,而S20組對(duì)蝦的促進(jìn)作用也要顯著高于S5組(第15 d除外)(P<0.05)。

    圖1各組NH+4-N通量隨時(shí)間的變化

    2.2不同鹽度水平下沉積物-水界面NO-3-N通量

    不同鹽度下凡納濱對(duì)蝦對(duì)沉積物-水界面NO3--N通量的影響隨時(shí)間的變化如圖2,其變化范圍為(-0.78±0.07)~(6.38±0.15) mmol ·m-2·d-1。從圖2可以看出,除第1 d時(shí)S35組對(duì)蝦促進(jìn)沉積物NO-3-N吸收外,各鹽度下對(duì)蝦均表現(xiàn)為促進(jìn)沉積物NO-3-N釋放。實(shí)驗(yàn)期間S20組對(duì)蝦對(duì)沉積物NO-3-N釋放的促進(jìn)作用均要顯著高于其他兩組 (P<0.05)(實(shí)驗(yàn)持續(xù)到第30 d時(shí)與S35組無顯著差異 (P>0.05))。第1 d和第15 d時(shí)S5組對(duì)蝦對(duì)沉積物NO-3-N釋放的促進(jìn)作用顯著高于S35組,到第30 d時(shí)則是S35組更高 (P<0.05)。

    圖2各組NO-3-N通量隨時(shí)間的變化

    2.3不同鹽度水平下沉積物-水界面NO-2-N通量

    不同鹽度下凡納濱對(duì)蝦對(duì)沉積物-水界面NO-2-N通量的影響隨時(shí)間的變化如圖3,各鹽度下對(duì)蝦均促進(jìn)沉積物NO-2-N的釋放,其變化范圍為(0.21±0.01)~(2.56±0.26) mmol· m-2 ·d-1。實(shí)驗(yàn)期間S5組對(duì)蝦對(duì)沉積物NO-2-N釋放的促進(jìn)作用始終顯著高于其他兩組 (P<0.05)(第22 d時(shí)與S20組無顯著差異)。第1 d和第30 d時(shí)S20組和S35組無顯著差異 (P>0.05),其他各次取樣時(shí)S20組對(duì)蝦對(duì)沉積物NO-2-N釋放的促進(jìn)作用要顯著高于S35組 (P<0.05)。

    圖3各組NO-2-N通量隨時(shí)間的變化

    2.4不同鹽度水平下沉積物-水界面SRP通量

    不同鹽度下凡納濱對(duì)蝦對(duì)沉積物-水界面SRP通量的影響隨時(shí)間的變化如圖4,各鹽度下對(duì)蝦均促進(jìn)沉積物SRP的釋放,其變化范圍為(0.77±0.12)~(3.12±0.19)mmol·m-2·d-1。第1 d和第8 d時(shí)各鹽度組對(duì)蝦對(duì)沉積物SRP釋放的促進(jìn)作用無顯著差異 (P>0.05),實(shí)驗(yàn)持續(xù)到第15 d后S35組對(duì)蝦的促進(jìn)作用即顯著高于S5組,第22 d開始S20組也顯著高于S5組 (P>0.05)。

    圖4各組SRP通量隨時(shí)間的變化

    3討論

    很多研究發(fā)現(xiàn)底棲動(dòng)物的活動(dòng)會(huì)對(duì)沉積物-水界面營(yíng)養(yǎng)鹽通量造成影響,且不同類型的底棲生物其造成的影響也不盡相同,而同一種生物在不同鹽度下對(duì)沉積物-水界面通量的影響則鮮有報(bào)道。Zhong等[10]發(fā)現(xiàn)凡納濱對(duì)蝦在水體鹽度為5‰的池塘中可促進(jìn)沉積物耗氧和沉積物氮磷營(yíng)養(yǎng)鹽釋放,本實(shí)驗(yàn)也發(fā)現(xiàn)凡納濱對(duì)蝦在5‰,20‰,35‰三種鹽度下都可以促進(jìn)沉積物-水界面沉積物營(yíng)養(yǎng)鹽釋放,但是三種鹽度下的促進(jìn)效果并不相同,作者分析可能與不同鹽度下凡納濱對(duì)蝦的活力、代謝速率等不同有關(guān)。

    Zhong等[10]發(fā)現(xiàn)在池塘混養(yǎng)條件下凡納濱對(duì)蝦可以促進(jìn)沉積物NH+4-N的釋放,本實(shí)驗(yàn)中凡納濱對(duì)蝦在三種鹽度下也都可以促進(jìn)沉積物NH+4-N的釋放,但是促進(jìn)效果卻不相同,總體表現(xiàn)為鹽度越高促進(jìn)作用越明顯。有研究發(fā)現(xiàn)海水中的陰離子可中和NH+4-N的極性,與其形成離子對(duì),從而降低沉積物顆粒對(duì)NH+4-N的吸附能力,加速沉積物NH+4-N的釋放[13],因此,鹽度降低NH+4-N從沉積物中析出的能力也相應(yīng)減弱,且鹽度越高水中的Na+、K+等離子也會(huì)增多,可以將沉積物中的NH+4-N置換出來[14];另外,在高鹽度下硝化作用受到抑制[15],這些都可以造成沉積物-水界面有較高的NH+4-N濃度梯度,在凡納濱對(duì)蝦的攪動(dòng)下,NH+4-N則更加容易向上覆水釋放,所以鹽度越高凡納濱對(duì)蝦擾動(dòng)引起沉積物NH+4-N釋放越明顯。

    NO-3-N和NO-2-N是水中氮元素循環(huán)的重要形態(tài),其既是硝化作用的產(chǎn)物,又是反硝化作用和硝酸鹽氨化作用的反應(yīng)底物[16],且可被浮游植物直接吸收利用,同時(shí)這兩種形態(tài)也可互相轉(zhuǎn)化。其中,NO-2-N是一種具有潛在毒性的無機(jī)氮化合物,會(huì)影響到養(yǎng)殖生物的生理機(jī)能[17],故NO-3-N和NO-2-N在沉積物-水界面的擴(kuò)散遷移對(duì)水質(zhì)變化起著非常重要的作用。本實(shí)驗(yàn)中三種鹽度下凡納濱對(duì)蝦都可以促進(jìn)沉積物NO-3-N和NO-2-N的釋放,但促進(jìn)效果卻不相同。鹽度為5‰時(shí)對(duì)蝦對(duì)沉積物NO-3-N釋放的促進(jìn)作用最低,但其對(duì)NO-2-N釋放的促進(jìn)作用卻最高;鹽度為20‰時(shí)對(duì)蝦對(duì)沉積物NO-3-N和NO-2-N釋放的促進(jìn)作用均較高,且其對(duì)沉積物NO-3-N釋放的促進(jìn)作用是三種鹽度下最高的。分析認(rèn)為:隨著鹽度的升高,凡納濱對(duì)蝦糞便中所含NO-3-N的量也逐漸升高[18],所以鹽度為5‰時(shí)沉積物表面因糞便沉降而積累的NO-3-N是最少的,另外NO-3-N和NO-2-N兩種形態(tài)處于動(dòng)態(tài)平衡中,溶氧降低時(shí)NO-2-N則會(huì)增多,鹽度為5‰時(shí)沉積物-水界面耗氧最多(待發(fā)表數(shù)據(jù)),會(huì)造成溶氧降低,NO-3-N會(huì)大量向NO-2-N轉(zhuǎn)化,所以最終鹽度為5‰時(shí)對(duì)蝦會(huì)促進(jìn)沉積物NO-2-N的大量釋放,但對(duì)沉積物NO-3-N釋放的促進(jìn)效果卻不如其他兩種鹽度顯著。鹽度為20‰時(shí)對(duì)蝦的活性最高,其運(yùn)動(dòng)對(duì)沉積物表面的攪動(dòng)作用最強(qiáng)烈,所以鹽度為20‰時(shí)對(duì)蝦的促進(jìn)作用又要高于鹽度35‰。因此,鹽度可以通過影響對(duì)蝦排泄排糞、呼吸耗氧以及生物活性來影響沉積物-水界面NO-3-N和NO-2-N的形態(tài)變化和界面通量。

    磷是水體中重要的限制性營(yíng)養(yǎng)元素之一,磷的多寡會(huì)影響到水中浮游植物的生長(zhǎng)[19],過多和過少的磷都會(huì)影響水體的生態(tài)平衡,沉積物既可以作為水體中磷的源也可以作為磷的匯,所以沉積物-水界面磷的遷移擴(kuò)散會(huì)直接影響到水體中磷的含量。在池塘混養(yǎng)條件下,當(dāng)凡納濱對(duì)蝦養(yǎng)殖密度為56尾/m2時(shí),凡納濱對(duì)蝦的擾動(dòng)作用會(huì)促進(jìn)沉積物SRP的釋放[10]。本實(shí)驗(yàn)中,對(duì)蝦的養(yǎng)殖密度為88.5尾/m2,實(shí)驗(yàn)期間對(duì)蝦在各鹽度下也均可以促進(jìn)沉積物SRP的釋放。實(shí)驗(yàn)開始的前8 d各鹽度下對(duì)蝦的促進(jìn)效果沒有顯著差異,到了15 d后高鹽度組對(duì)蝦的促進(jìn)作用則要比低鹽度組顯著,這可能因?yàn)辂}度升高時(shí),水中Cl-,SO42-,OH-,Br-等離子數(shù)量增加,其會(huì)與沉積物中PO43-發(fā)生交換,使SRP更容易向上覆水?dāng)U散,所以在對(duì)蝦的攪動(dòng)下,高鹽度組的沉積物SRP釋放速率更高。

    綜上所述,凡納濱對(duì)蝦在鹽度為5‰~35‰ 的水體中均可以促進(jìn)沉積物-水界面沉積物營(yíng)養(yǎng)鹽釋放,但促進(jìn)效果有所不同,這可能與不同鹽度下對(duì)蝦的活力和代謝不同,以及不同鹽度下水體離子種類和數(shù)量的不同有關(guān)等。鹽度為5‰時(shí)對(duì)蝦對(duì)沉積物-水界面耗氧和沉積物NO-2-N釋放的促進(jìn)作用最高,目前淡水和鹽堿地低鹽度水體養(yǎng)蝦規(guī)模日趨增加,在養(yǎng)殖過程中應(yīng)注意底部水體的增氧,避免缺氧和NO-2-N含量過高對(duì)養(yǎng)殖生物造成危害。

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    Impact of Litopenaeus vannamei bioturbation on benthic fluxes

    at the sediment-water interface in different salinities

    XIONG Yinghuai, WANG Fang*, ZHONG Dasen

    (The Key Laboratory of Mariculture Ministry of Education, Ocean University of China, Qingdao 266003, China)

    Abstract:To explore the effect of shrimps' bioturbation on nutrient fluxes at the sediment-water interface in different salinities, three treatments were set in this research (the water salinity were 5, 20 and 35 );The benthic fluxes of NH4+-N, NO-3-N, NO-2-N, and soluble reactive phosphorus (SRP) were measured. The results showed that L. vannamei promoted NH+4-N releasing in all treatments, and the effect grew stronger with the increase in water salinity. In S5, L. vannamei had the strongest promoting effect on NO-2-N releasing, but the weakest promoting effect on NO-3-N releasing. While in S20, L. vannamei had the strongest promoting effect on NO-3-N releasing. There was no significant difference in the SRP fluxes among the treatments before 8d, while the SRP releasing was more significantly stimulated in higher salinity since 15 d.

    Key words:Litopenaeus vannamei;salinity;bioturbation;sediment-water interface;

    (收稿日期:2015-04-28;修回日期:2015-05-05)

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