曾 濤

(福建省淡水水產(chǎn)研究所，福建 福州 350002)

氮(N)、磷(P)是水生系統(tǒng)最重要的營養(yǎng)元素，對水產(chǎn)養(yǎng)殖的可持續(xù)生產(chǎn)能力具有顯著影響。網(wǎng)箱養(yǎng)殖的投餌、排泄和同化等過程，大量N、P 等營養(yǎng)物質(zhì)在養(yǎng)殖區(qū)域沉積物中大量積累，通過沉積物-水界面交換作用再次活化，使底層水體成為“二次污染”的內(nèi)源[1]，尤其在細菌分解未吸收利用餌料中大量有機物過程中，導(dǎo)致底層水處于厭氧狀態(tài)，加速養(yǎng)殖區(qū)域水體富營養(yǎng)化進程，給養(yǎng)殖業(yè)帶來嚴重影響[2]。樟湖庫灣位于南平市延平區(qū)樟湖鎮(zhèn)東南方向，是一個相對封閉的庫灣，灣內(nèi)四季風(fēng)平浪靜，水質(zhì)優(yōu)良，初級生產(chǎn)力高，適合發(fā)展水產(chǎn)養(yǎng)殖。目前已有對樟湖庫灣網(wǎng)箱養(yǎng)殖水域中水體N的各種形態(tài)分布特征及時空變化的研究[3]，但對網(wǎng)箱養(yǎng)殖區(qū)底層水體中N和P營養(yǎng)鹽的含量變化特征及水體營養(yǎng)化狀態(tài)的研究還未見報道。深入研究該庫灣網(wǎng)箱養(yǎng)殖底層水體氮磷營養(yǎng)鹽的變化特征，評價水質(zhì)富營養(yǎng)化程度，為庫灣網(wǎng)箱養(yǎng)殖區(qū)的物質(zhì)平衡和養(yǎng)殖容量的優(yōu)化提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，這對庫灣水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)的可持續(xù)發(fā)展具有重要意義。

1 材料與方法

1.1 采樣位點及采樣方法

在樟湖庫灣設(shè)置3個采樣站位，分別為S1、S2、S3，站位分布如圖1，網(wǎng)箱養(yǎng)殖區(qū)分別為S1、S2，其中S1為常規(guī)投餌網(wǎng)箱養(yǎng)殖區(qū)域；S2為不投餌網(wǎng)箱養(yǎng)殖區(qū)域；S3為對照點(非養(yǎng)殖區(qū))，該點位近五年無網(wǎng)箱養(yǎng)殖。網(wǎng)箱養(yǎng)殖區(qū)主要以小型浮式框架型網(wǎng)箱養(yǎng)殖漁排為主，每組漁排由12～18個規(guī)格為6 m×10 m的養(yǎng)殖網(wǎng)箱構(gòu)成，常年養(yǎng)殖漁排數(shù)達15～20組，春季放苗，冬季收獲，網(wǎng)箱中每年放養(yǎng)魚苗的時間和數(shù)量大致相同。投餌網(wǎng)箱養(yǎng)殖區(qū)養(yǎng)殖的品種主要為草魚，每個網(wǎng)箱養(yǎng)殖數(shù)量為3 000尾，養(yǎng)殖所用飼料主要為人工配合飼料，總氮(TN)和總磷(TP)含量分別為4.52%和0.34%，日投飼量約為魚體重的3%～10%。不投餌網(wǎng)箱養(yǎng)殖區(qū)主要養(yǎng)殖品種為花白鰱，每個網(wǎng)箱養(yǎng)殖數(shù)量為150尾，不進行任何人工飼料投喂。

于2018年4月(春季)、7月(夏季)和10月(秋季)共采樣3次。樟湖庫灣養(yǎng)殖水域水深范圍在13～20 m，不同季節(jié)采樣點水深見表2，用采水器在距離表層底泥0.5 m處采集底層水樣，現(xiàn)場用塞氏盤法測量透明度(SD)，并用 YSI 多功能分析儀(美國Alpkem公司)測定距表層底泥0.5 m處的水溫、pH 和溶解氧(DO)。每個采樣點采集水樣 4 瓶，其中，2 瓶為聚乙烯塑料瓶，1 瓶為棕色玻璃瓶。水樣采集后，一瓶聚乙烯塑料瓶加入硫酸調(diào)節(jié)pH小于1，用于TP測定；1瓶聚乙烯塑料瓶加入硫酸調(diào)節(jié)pH為1～2，用于TN、高錳酸鹽指數(shù)(CODMn)測定；棕色玻璃瓶加入碳酸鎂懸濁液，用于葉綠素a(Chl-a)測定；每個樣點采集3次平行水樣，所采水樣貼好標簽后，儲存于裝有冰袋的保存箱中，送回實驗室分析。

1.2 分析測定方法

1.3 水體營養(yǎng)化評價

本文選取CODMn、TP、TN、Chl-a和SD共5項參數(shù)，以Chl-a作為基準參數(shù)，采用營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)TLI和綜合營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)TLI(∑)對樟湖庫灣網(wǎng)箱養(yǎng)殖底層水體富營養(yǎng)化現(xiàn)狀進行評價[4]。營養(yǎng)狀態(tài)評價標準：TLI(∑)﹤30為貧營養(yǎng)狀態(tài)；30≤TLI(∑)≤50為中營養(yǎng)狀態(tài)；TLI(∑)﹥50為富營養(yǎng)狀態(tài)；50﹤TLI(∑)≤60為輕度富營養(yǎng)狀態(tài)；60﹤TLI(∑)≤70為中度富營養(yǎng)狀態(tài)；TLI(∑)﹥70為重度富營養(yǎng)狀態(tài)。在同一營養(yǎng)狀態(tài)下，指數(shù)值越高，其營養(yǎng)程度越重。

營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)TLI計算公式為：

TLI(Chl-a)=10(2.500+1.086In Chl-a)

(1)

TLI(TP)=10(9.436+1.624In Chl-a)

(2)

TLI(TN)=10(5.453+1.694In Chl-a)

(3)

TLI(SD)=10(5.118-1.941In Chl-a)

(4)

TLI(CODMn)=10(0.109+2.661In Chl-a)

(5)

式(1)～(5)中：Chl-a單位為μg/L；透明度SD單位為m；其他指標單位為mg/L。

綜合營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)TLI(∑)計算公式如下：

(6)

式(6)中：TLI(∑)為綜合營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)；Wj為第j種參數(shù)的營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)的相關(guān)權(quán)重；TLI(j)代表第j種參數(shù)的營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)。

以Chl-a作為基準參數(shù)，則第j種參數(shù)的歸一化的相關(guān)權(quán)重計算公式為：

(7)

式(7)中：rij為第j種參數(shù)與基準參數(shù)Chl-a的相關(guān)系數(shù)；m為評價參數(shù)的個數(shù)。

表1 中國湖泊(水庫)部分參數(shù)與Chl-a的相關(guān)關(guān)系Tab.1 The correlation between Chl-a and other parameters of lakes/reservoirs in China

1.4 數(shù)據(jù)統(tǒng)計

數(shù)據(jù)采用SPSS 20.0、EXCEL 2007和Origin Pro 8.0軟件統(tǒng)計和分析及作圖，站位圖采用Suffer 8.0軟件進行繪制。

2 結(jié)果

2.1 網(wǎng)箱養(yǎng)殖區(qū)水體環(huán)境因子的季節(jié)變化

網(wǎng)箱養(yǎng)殖區(qū)與對照區(qū)底層水溫、pH、DO和Chl-a的季節(jié)變化見表2。由表2可以看出，投餌和不投餌網(wǎng)箱養(yǎng)殖區(qū)的水體溫度季節(jié)平均值分別為25.8℃和26.0℃，略低于對照區(qū)水溫(26.1℃)，夏季水溫明顯高于其他季節(jié)，但同一季節(jié)養(yǎng)殖區(qū)和對照區(qū)之間水體溫度差異不大。底層水體pH與水溫季節(jié)變化趨勢相似，夏季最高、其次是春季、秋季最低；夏季投餌和不投餌養(yǎng)殖區(qū)水體pH分別顯著高于對照區(qū)1.14和0.57個單位(P<0.05)，但在春季和秋季水體pH與對照區(qū)沒有顯著差異(P>0.05)。養(yǎng)殖區(qū)DO的濃度變化范圍為3.13～6.78 mg·L-1，兩種養(yǎng)殖方式在不同季節(jié)對底層水DO的影響較小，對照區(qū)DO的濃度變化范圍為4.81～5.37 mg·L-1；從季節(jié)變化來看，養(yǎng)殖區(qū)春季DO濃度高于其他2 個季節(jié)，秋季最低，對照區(qū)春季DO顯著低于網(wǎng)箱養(yǎng)殖區(qū)(P<0.05)，但夏季和秋季DO高于網(wǎng)箱養(yǎng)殖區(qū)。網(wǎng)箱養(yǎng)殖區(qū)和對照區(qū)在不同季節(jié)的SD沒有差異變化，均呈現(xiàn)從春季到秋季降低的趨勢。網(wǎng)箱養(yǎng)殖區(qū)底層水體中COD的季節(jié)變化趨勢與SD一致，且在春季和夏季略高于對照區(qū)，但差異不明顯(P>0.05)，表明網(wǎng)箱養(yǎng)殖對該水域的高錳酸鹽指數(shù)影響程度較輕，尚未形成有機污染。對照區(qū)Chl-a的濃度變化范圍為11.8～30.4 μg·L-1，養(yǎng)殖區(qū)Chl-a的濃度變化范圍為9.1～35.8 μg·L-1；從季節(jié)變化來看，養(yǎng)殖區(qū)Chl-a濃度呈現(xiàn)夏季最高、其次為春季、秋季最低的特點，對照區(qū)夏季和秋季Chl-a濃度顯著高于春季(P<0.05)，此外，對照區(qū)春季和夏季Chl-a濃度低于養(yǎng)殖區(qū)，但秋季Chl-a濃度顯著高于養(yǎng)殖區(qū)(P<0.05)。

表2 樟湖庫灣網(wǎng)箱養(yǎng)殖區(qū)底層水體環(huán)境因子季節(jié)變化Tab.2 Seasonal variation in environmental parameters in bottom water of cage culture in Zhanghu reservoir bay

2.2 網(wǎng)箱養(yǎng)殖區(qū)水體氮磷營養(yǎng)鹽的季節(jié)變化

表3 樟湖庫灣網(wǎng)箱養(yǎng)殖區(qū)底層水體氮磷營養(yǎng)鹽季節(jié)變化Tab.3 Seasonal variation of nitrogen and phosphate nutrients in bottom water of cage culturein Zhanghu reservoir bay

2.3 網(wǎng)箱養(yǎng)殖區(qū)水體富營養(yǎng)化程度評價

樟湖庫灣網(wǎng)箱養(yǎng)殖區(qū)依據(jù)營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)和綜合營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)法對底層水體的營養(yǎng)狀態(tài)進行了評價，評價結(jié)果見表4。由表4可以看出，在單因子狀態(tài)指數(shù)中，TN、TP的營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)最高，網(wǎng)箱養(yǎng)殖區(qū)底層水體TN、TP的TLI(∑)值均大于70，處于重度富營養(yǎng)水平。除SD外，TN、TP、CODMn和Chl-a四個單因子營養(yǎng)指數(shù)在不同季節(jié)均高于對照區(qū)。從3個調(diào)查季節(jié)的綜合營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)來看，網(wǎng)箱養(yǎng)殖區(qū)底層水體綜合營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)TLI(∑)在不同季節(jié)均高于對照區(qū)，其中投餌和非投餌網(wǎng)箱養(yǎng)殖區(qū)春季和夏季均處于重度富營養(yǎng)水平，秋季處于中度富營養(yǎng)水平，而對照區(qū)3個季節(jié)底層水體均處于中度富營養(yǎng)。

表4 樟湖庫灣網(wǎng)箱養(yǎng)殖區(qū)底層水體營養(yǎng)狀態(tài)綜合評價結(jié)果Tab.4 The comprehensive evaluation results of eutrophic status in the bottom water of cage culturein Zhanghu reservoir bay

3 討論

本研究針對樟湖庫灣投餌和不投餌網(wǎng)箱養(yǎng)殖區(qū)的底層水質(zhì)與對照區(qū)進行比較和討論，得出該庫灣網(wǎng)箱養(yǎng)殖對水環(huán)境的影響。網(wǎng)箱養(yǎng)殖過程中產(chǎn)生的殘餌、排泄物等進入水體后，除部分被水體微生物轉(zhuǎn)化為可利用的可溶態(tài)氮磷外，大部分沉積養(yǎng)殖區(qū)底層，在外界環(huán)境因子和生物作用下發(fā)生分解，其產(chǎn)物會導(dǎo)致底層水體pH值和DO濃度下降[5]。但在樟湖庫灣投餌和不投餌網(wǎng)箱養(yǎng)殖區(qū)水體pH夏季明顯高于對照區(qū)(P<0.05)，而溫度、DO與對照區(qū)的差異不大(P>0.05)，說明庫灣網(wǎng)箱養(yǎng)殖會增加底層水體pH，對水體溫度和DO的影響較小。這主要是由于在網(wǎng)箱養(yǎng)殖過程中，大量的殘餌和養(yǎng)殖魚類的代謝廢物等在網(wǎng)箱區(qū)底層水體積累，使得水中含有大量的氮磷營養(yǎng)元素，導(dǎo)致葉綠素a含量明顯高于對照區(qū)(P<0.05)(表2)，水體中大量的藻類吸收水中二氧化碳，放出氧氣，導(dǎo)致水中pH升高，增加溶解氧，但當(dāng)富營養(yǎng)化水平過高時(表4)，過度繁殖的藻類會引起水中溶解氧濃度迅速下降[6]。水體環(huán)境因子的季節(jié)變化結(jié)果表明，養(yǎng)殖區(qū)與對照區(qū)葉綠素a和pH夏季明顯高于其他季節(jié)(P<0.05)，這與水體中浮游植物的繁殖消長的季節(jié)變化規(guī)律和對無機氮源的吸收有關(guān)。相關(guān)研究結(jié)果表明，夏季養(yǎng)殖水體和海域水體葉綠素a顯著高于其他季節(jié)，且與pH呈顯著正相關(guān)[5，7]。此外，養(yǎng)殖區(qū)在夏季由于魚類排泄物和殘餌等有機養(yǎng)分相對比較豐富，所以葉綠素a含量明顯高于對照區(qū)(P<0.05)(表2)。CODMn是反映水體中有機及無機可氧化物質(zhì)污染的重要指標，本研究結(jié)果表明，網(wǎng)箱養(yǎng)殖區(qū)與對照區(qū)在不同季節(jié)底層水體與對照區(qū)變化差異不大，且呈現(xiàn)從春季到秋季逐漸降低的趨勢，這說明網(wǎng)箱養(yǎng)殖活動尚未在底層水體形成有機污染，可能是由于網(wǎng)箱養(yǎng)殖過程中不同季節(jié)投放餌料規(guī)律產(chǎn)生的有機廢物大部分以大顆粒態(tài)形式沉降到底泥中，殘存于水體中的那部分則可能在異氧細菌及浮游動植物的作用下被快速消耗，降低了水體中有機物濃度，進而導(dǎo)致CODMn呈現(xiàn)季節(jié)降低趨勢[8]。

網(wǎng)箱養(yǎng)殖過程中產(chǎn)生的有機廢物的分解產(chǎn)物(含N、P等)進入水中，沉降到下層水體會增加發(fā)生水體富營養(yǎng)化的風(fēng)險[15]。根據(jù)TP、TN、CODMn、Chl-a和SD等5項指標營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)TLI和綜合營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)TLI(∑)的評價方法，評價結(jié)果表明，樟湖庫灣網(wǎng)箱養(yǎng)殖區(qū)底層水體除了SD外，TLI值大小依次為TP>TN>CODMn>Chl-a，其中TLI(TP)和TLI(TN)最大，在不同季節(jié)均超過70，屬于重度富營養(yǎng)，TLI(Chl-a)在48～64之間，屬于輕度和中度富營養(yǎng)，但各指標的TLI值在不同季節(jié)均高于對照區(qū)，這說明網(wǎng)箱養(yǎng)殖活動會加重底層水體富營養(yǎng)化程度，影響底層水體富營養(yǎng)化的主要因子是TN和TP。季節(jié)的綜合營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)TLI(∑)營養(yǎng)化水平結(jié)果顯示，春季和夏季網(wǎng)箱養(yǎng)殖區(qū)屬于重度富營養(yǎng)，到秋季水體轉(zhuǎn)變?yōu)橹卸雀粻I養(yǎng)(表4)，而對照區(qū)在三個季節(jié)均處于中度富營養(yǎng)，這表明網(wǎng)箱養(yǎng)殖區(qū)底層水體營養(yǎng)化狀態(tài)存在季節(jié)變化差異。春季和夏季水體營養(yǎng)化水平主要與外源投餌及養(yǎng)殖魚類的代謝產(chǎn)物中氮磷營養(yǎng)鹽輸入有關(guān)[3]，但在秋季整個樟湖庫灣網(wǎng)箱養(yǎng)殖區(qū)和對照區(qū)水體的富營養(yǎng)化與樟湖庫灣水交換能力有關(guān)。前期研究認為N營養(yǎng)鹽是限制水體富營養(yǎng)化和初級生產(chǎn)力的主要因素[16]，本研究的數(shù)據(jù)表明樟湖庫灣網(wǎng)箱養(yǎng)殖在春季和夏季的水體富營養(yǎng)化和初級生產(chǎn)力主要受P營養(yǎng)鹽的控制，說明樟湖庫灣網(wǎng)箱養(yǎng)殖底層水體氮磷營養(yǎng)鹽結(jié)構(gòu)的季節(jié)性變化，會引起浮游植物種類組成和數(shù)量的變化，進而影響?zhàn)B殖生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性。此外，樟湖庫灣網(wǎng)箱養(yǎng)殖水體中春、夏季的TLI(TP)和TLI(TN)較高，進入秋季，TLI(TP)和TLI(TN)及TLI(∑)降低(表4)，說明在春季和夏季外界輸入N、P營養(yǎng)鹽不均衡和養(yǎng)殖過程中投餌不規(guī)律可能會加劇養(yǎng)殖區(qū)底層水體的富營養(yǎng)化，因此為降低網(wǎng)箱養(yǎng)殖區(qū)水體富營養(yǎng)化程度，樟湖庫灣網(wǎng)箱養(yǎng)殖區(qū)在春、夏季節(jié)應(yīng)選擇合理高效的投餌方式，提高餌料的利用率，也應(yīng)根據(jù)魚的體重和品種，科學(xué)調(diào)整投喂次數(shù)和投喂量，減少餌料進入水體，從而降低輸入水體的氮磷營養(yǎng)鹽含量。