王毛蘭 ，熊 鑫，何 昶，趙茜宇，劉景景

(南昌大學(xué)資源環(huán)境與化工學(xué)院，鄱陽(yáng)湖環(huán)境與資源利用教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，南昌 330031)

魚(yú)類網(wǎng)箱養(yǎng)殖是一種高密度、集約化的養(yǎng)殖方式，餌料是它主要的能量來(lái)源，經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期養(yǎng)殖，殘餌、糞便等養(yǎng)殖廢物在養(yǎng)殖區(qū)大量積累，使得養(yǎng)殖區(qū)水體及沉積物營(yíng)養(yǎng)鹽和有機(jī)物含量增加，從而導(dǎo)致了養(yǎng)殖水域的有機(jī)污染和富營(yíng)養(yǎng)化[1-5]. 沉積物作為網(wǎng)箱養(yǎng)殖生態(tài)系統(tǒng)的一個(gè)重要組成部分，直接影響著上層水質(zhì)和養(yǎng)殖生物的健康. 網(wǎng)箱養(yǎng)殖對(duì)沉積物最明顯的影響在于有機(jī)物的積累及底質(zhì)向缺氧狀態(tài)的改變，殘餌與魚(yú)糞是養(yǎng)殖區(qū)沉積物有機(jī)質(zhì)的主要組成部分[6]，養(yǎng)殖水體沉積物總有機(jī)碳和總氮的釋放量比自然過(guò)程(如礦化作用、反硝化作用等)顯示的數(shù)值分別高2.5和2.2倍[7]. 沉積物中高含量的營(yíng)養(yǎng)鹽和有機(jī)物在一定條件下會(huì)重新釋放到水體中, 造成水體“二次污染”[8].

目前的研究大多集中在利用沉積物的化學(xué)指標(biāo)(如硫化物、氮、磷、有機(jī)質(zhì)含量等)、生物指標(biāo)(底棲生物種類等)來(lái)定性描述網(wǎng)箱養(yǎng)殖對(duì)沉積環(huán)境的影響[2,5,9-13]，而定量化描述網(wǎng)箱養(yǎng)殖污染物對(duì)沉積物中有機(jī)質(zhì)影響的研究較少[5-6,14-15]. 沉積物中碳、氮穩(wěn)定同位素(δ13C、δ15N)以及C/N比值經(jīng)常被用來(lái)推斷沉積物中有機(jī)質(zhì)的來(lái)源，這些示蹤是建立在不同來(lái)源的有機(jī)質(zhì)有不同的C/N比值和穩(wěn)定同位素組成基礎(chǔ)上的[16-18]. 將碳、氮穩(wěn)定同位素應(yīng)用于養(yǎng)殖水體沉積物有機(jī)質(zhì)來(lái)源的研究近期也得到較快的發(fā)展[5-6,14-15]，而這些研究大多集中在海水網(wǎng)箱養(yǎng)殖區(qū)，對(duì)于淡水網(wǎng)箱養(yǎng)殖區(qū)的研究非常少.

鄱陽(yáng)湖是我國(guó)最大的淡水湖，擁有豐富的水產(chǎn)資源. 鄱陽(yáng)湖都昌水域曾發(fā)展網(wǎng)箱養(yǎng)殖1萬(wàn)余箱，面積近400萬(wàn)m2[19]，成為鄱陽(yáng)湖區(qū)最大的網(wǎng)箱養(yǎng)殖基地. 雖然近幾年來(lái)，全國(guó)紛紛拆除網(wǎng)箱養(yǎng)殖，但都昌水域仍存在大面積網(wǎng)箱養(yǎng)殖，直至2017年底，鄱陽(yáng)湖都昌水域網(wǎng)箱養(yǎng)魚(yú)面積有約1萬(wàn)m2[20]，到2019年鄱陽(yáng)湖才全面取締網(wǎng)箱養(yǎng)殖. 需要指出的是，多年網(wǎng)箱養(yǎng)殖產(chǎn)生的養(yǎng)殖廢物對(duì)養(yǎng)殖區(qū)沉積物及水環(huán)境的影響是個(gè)長(zhǎng)久的過(guò)程，并不會(huì)因?yàn)榫W(wǎng)箱養(yǎng)殖的停止而立即消失，殘留在沉積物中的養(yǎng)殖廢物仍會(huì)不斷地釋放到水環(huán)境中而影響?zhàn)B殖區(qū)的水環(huán)境質(zhì)量. Wang等[21]對(duì)重慶長(zhǎng)壽湖的研究表明，由于網(wǎng)箱養(yǎng)殖期間沉積于湖底的魚(yú)飼料及養(yǎng)殖廢物的再釋放，使得取締網(wǎng)箱養(yǎng)殖十多年后的長(zhǎng)壽湖仍處于中富營(yíng)養(yǎng)狀態(tài). Xie等[22]也發(fā)現(xiàn)長(zhǎng)壽湖沉積物的重金屬平均濃度在已取締網(wǎng)箱養(yǎng)殖十多年后仍是背景值的2倍多. 因此盡管鄱陽(yáng)湖網(wǎng)箱于2019年已全部拆除，但網(wǎng)箱養(yǎng)殖期間養(yǎng)殖廢物對(duì)養(yǎng)殖區(qū)沉積物的影響研究仍具有十分重要的意義. 目前有關(guān)鄱陽(yáng)湖網(wǎng)箱養(yǎng)殖區(qū)養(yǎng)殖廢物對(duì)養(yǎng)殖區(qū)沉積環(huán)境的影響研究很少，利用碳氮同位素定量研究養(yǎng)殖廢物對(duì)其沉積物影響方面更是未見(jiàn)報(bào)道. 因此，本文選取鄱陽(yáng)湖都昌水域網(wǎng)箱養(yǎng)殖區(qū)為研究對(duì)象，通過(guò)測(cè)定其網(wǎng)箱養(yǎng)殖區(qū)沉積物有機(jī)質(zhì)、殘餌及魚(yú)糞等有機(jī)碳、氮含量及其碳、氮同位素值，利用多元混合模型定量評(píng)估網(wǎng)箱養(yǎng)殖廢物對(duì)其養(yǎng)殖區(qū)沉積物有機(jī)質(zhì)的影響.

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

鄱陽(yáng)湖都昌縣位于鄱陽(yáng)湖北岸(28°50′～29°38′N，116°2′～116°36′E)(圖1)，地處“五水匯一湖”要沖，南聯(lián)五水(贛江、撫河、信江、饒河、修水)，北通長(zhǎng)江，地處亞熱帶濕潤(rùn)性季風(fēng)氣候區(qū)，年均氣溫17.1℃，年均降水量1558.7 mm. 該區(qū)域網(wǎng)箱養(yǎng)殖已有十幾年的歷史，養(yǎng)殖品種主要有加州鱸魚(yú)﹑草魚(yú)和鳙魚(yú). 采樣期間研究區(qū)養(yǎng)殖品種只有加州鱸魚(yú)，網(wǎng)箱養(yǎng)殖規(guī)模約7200 m2，年產(chǎn)量約250 t. 養(yǎng)殖所用的餌料為人工配合飼料和小魚(yú)餌，當(dāng)鄱陽(yáng)湖區(qū)處于禁漁期時(shí)，人工配合飼料則成為主要的餌料，喂養(yǎng)采取直接將餌料投入網(wǎng)箱的方式.

1.2 樣品的采集

2018年3月對(duì)鄱陽(yáng)湖都昌水域網(wǎng)箱養(yǎng)殖區(qū)沉積物、飼料及魚(yú)糞等進(jìn)行了采集，采樣點(diǎn)見(jiàn)圖1. 在網(wǎng)箱養(yǎng)殖水域沿水流方向設(shè)置采樣斷面，網(wǎng)箱邊緣50 m內(nèi)的樣品定義為“網(wǎng)箱區(qū)”樣品，共5個(gè)點(diǎn)；以網(wǎng)箱為中心，在100～500 m處沿水流方向斷面上每100 m設(shè)置一個(gè)采樣點(diǎn)，500～1100 m處每200 m設(shè)置一個(gè)采樣點(diǎn)，1500 m處設(shè)一個(gè)采樣點(diǎn)，共計(jì)采樣點(diǎn)14個(gè). 在網(wǎng)箱邊緣5000 m處設(shè)置一個(gè)采樣點(diǎn)作為對(duì)照點(diǎn).

沉積物樣品用抓斗式底泥采樣器(最大采泥深度10 cm)采集，立即運(yùn)回實(shí)驗(yàn)室冷凍干燥；餌料向當(dāng)?shù)貪O民收集；取20條個(gè)體質(zhì)量200 g左右的養(yǎng)殖魚(yú)用容器單獨(dú)養(yǎng)殖，24 h后用吸管小心收集容器底部的魚(yú)糞.

1.3 樣品的處理及分析

干燥后的沉積物樣品研磨過(guò)200目篩，研磨過(guò)篩后的樣品滴加1 mol/L的鹽酸浸濕，放入盛有濃鹽酸的干燥器中反應(yīng)24 h以除去樣品中的無(wú)機(jī)碳，然后反復(fù)用蒸餾水沖洗樣品直至pH為中性后再將其冷凍干燥. 餌料及魚(yú)糞樣品用1 mol/L 的鹽酸浸泡30 min后, 用蒸餾水清洗至中性，冷凍干燥，研磨過(guò)200目篩[6]. 經(jīng)過(guò)上述處理后的樣品在國(guó)家海洋局第三海洋研究所用元素分析儀(Flash EA 1112HT)和同位素質(zhì)譜儀(Delta V advantage)聯(lián)用測(cè)定TOC、TN含量及δ13C、δ15N值. δ13C和δ15N的計(jì)算公式分別為:

δ13C (‰)=[(Rsample-Rstandard)/Rstandard]×1000,R=13C/12C

(1)

δ15N (‰)=[(Rsample-Rstandard)/Rstandard]×1000,R=15N/14N

(2)

式中，13C/12C和15N/14N分別對(duì)應(yīng)于國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)ViennaPDB與大氣中的氮標(biāo)準(zhǔn)，分析誤差小于±0.2‰.

圖1 鄱陽(yáng)湖網(wǎng)箱養(yǎng)殖區(qū)采樣點(diǎn)Fig.1 Sampling sites of the cage fish farm in Lake Poyang

2 結(jié)果與討論

2.1 網(wǎng)箱養(yǎng)殖區(qū)沉積物有機(jī)碳、氮含量

研究區(qū)沉積物TOC、TN含量變化范圍分別為3.19～12.74和0.42～1.71 mg/g，最小值均出現(xiàn)在離網(wǎng)箱最遠(yuǎn)的1500 m處，最大值均出現(xiàn)在離網(wǎng)箱300 m處，網(wǎng)箱下面1#點(diǎn)TOC、TN含量也較高，分別為10.51和1.51 mg/g(圖2a,b). 研究區(qū)沉積物TOC和TN含量之間具有較為顯著的線性關(guān)系(R2=0.9690，P<0.001)(圖3a).

不同類型的有機(jī)質(zhì)具有不同的C/N，因此C/N可以用于判斷沉積物有機(jī)質(zhì)的來(lái)源[17]. 通常認(rèn)為，陸生高等植物的C/N一般>15，水生植物的C/N一般在10～30左右[23]，盧鳳云等[24]的研究得出潮白河水生維管束植物的C/N為12.6～18.5；土壤有機(jī)質(zhì)的C/N在10～13之間[25-26]，藻類的C/N一般在5～8左右[27-28]. 鄱陽(yáng)湖網(wǎng)箱養(yǎng)殖區(qū)魚(yú)糞C/N為5.85，飼料C/N為4.36～7.22，沉積物C/N范圍為6.85～7.84(其含量隨距離變化見(jiàn)圖2c)，平均值為7.23±0.27，反映了鄱陽(yáng)湖網(wǎng)箱養(yǎng)殖區(qū)沉積物有機(jī)質(zhì)來(lái)源的混合性，即既有外源，也有湖泊自身來(lái)源.

2.2 鄱陽(yáng)湖網(wǎng)箱養(yǎng)殖區(qū)沉積物碳、氮同位素特征

2.2.1 研究區(qū)沉積物碳同位素特征 研究區(qū)沉積物δ13C值范圍為-27.67‰～-25.65‰，明顯低于鄱陽(yáng)湖其他區(qū)域沉積物碳同位素值(-25.66‰～-12.56‰)[17]，也明顯低于對(duì)照點(diǎn)沉積物的δ13C值(-25.66‰). 從圖2d可以看出研究區(qū)沉積物δ13C值具有明顯的空間變化特征，δ13C值最低出現(xiàn)在距網(wǎng)箱300 m處，其次是出現(xiàn)在距網(wǎng)箱400 m處，最大值出現(xiàn)在距網(wǎng)箱700 m處，網(wǎng)箱底下沉積物也具有較高的δ13C值，為-25.83‰. 鄱陽(yáng)湖網(wǎng)箱養(yǎng)殖區(qū)沉積物C/N與δ13C之間存在顯著的負(fù)相關(guān)關(guān)系(R2=0.2743，P<0.001)(圖3b)，因此本研究中C/N能嚴(yán)格體現(xiàn)物源的影響[15].

2.2.2 研究區(qū)沉積物氮同位素特征 研究區(qū)沉積物δ15N值范圍為5.19‰～7.27‰，總體上高于鄱陽(yáng)湖其他區(qū)域沉積物氮同位素值(3.72‰～6.27‰)[17]，大部分采樣點(diǎn)的δ15N值高于對(duì)照點(diǎn)的δ15N值(6.27‰)，高δ15N值魚(yú)飼料(8.01‰～13.06‰)的輸入是其主要原因[21]. 從圖2e可以看出，網(wǎng)箱區(qū)300 m外沉積物δ15N值隨距離呈總體下降的趨勢(shì)，最小值出現(xiàn)在距網(wǎng)箱1500 km處，最大值出現(xiàn)在距網(wǎng)箱300 m處. 網(wǎng)箱區(qū)沉積物δ15N 值范圍為6.03‰～6.73‰，平均值為6.44‰. 鄱陽(yáng)湖網(wǎng)箱養(yǎng)殖區(qū)沉積物C/N與δ15N之間存在不顯著的正相關(guān)關(guān)系(R2=0.0018，P>0.1)(圖3c).

圖2 研究區(qū)沉積物總有機(jī)碳、氮及碳、氮同位素分布Fig.2 Distribution of TOC, TN, C/N, δ13C and δ15N in the sedimentary organic matter of the study area

圖3 鄱陽(yáng)湖網(wǎng)箱養(yǎng)殖區(qū)沉積物TOC與TN(a)、δ13C與C/N(b)、δ15N與C/N(c)的關(guān)系Fig.3 Relationship of TOC and TN(a), δ13C and C/N(b)， δ15N and C/N(c) in the sedimentary organic matter of Lake Poyang cage fish farm

2.3 鄱陽(yáng)湖網(wǎng)箱養(yǎng)殖區(qū)沉積物有機(jī)質(zhì)來(lái)源定性分析

δ13C和C/N關(guān)系圖是定性分析有機(jī)質(zhì)來(lái)源的有效方法，湖泊沉積物有機(jī)質(zhì)的潛在來(lái)源主要包括：陸生高等植物(C3和C4植物)、水生維管束植物、土壤有機(jī)質(zhì)、河流浮游生物[22,29]，湖泊網(wǎng)箱養(yǎng)殖區(qū)沉積物有機(jī)質(zhì)的來(lái)源可能還包括魚(yú)糞及殘餌. C3植物的δ13C值為-30‰～-23‰；C4植物的δ13C值為-17‰～-9‰[30]；土壤有機(jī)質(zhì)的δ13C值為-25‰～-22‰[31]；淡水水生植物的δ13C值為-43‰～-12‰，大部分落在-28‰～-18‰范圍內(nèi)[32-33]. 盧鳳云等[24]的研究得出潮白河水生維管束植物的δ13C值為-30.0‰～-16.0‰；浮游植物的δ13C值為-42‰～-24‰，平均值約為-30‰[30,34-35].

鄱陽(yáng)湖網(wǎng)箱養(yǎng)殖魚(yú)糞δ13C和δ15N分別為-26.30‰和15.54‰. 網(wǎng)箱養(yǎng)殖用到的兩種飼料中人工飼料的δ13C和δ15N分別為-21.41‰和8.01‰，小魚(yú)餌的δ13C和δ15N分別為-28.79‰和13.06‰(表1). 兩種飼料的使用比例大概為人工飼料(干重)占55%，小魚(yú)餌占45%，因此養(yǎng)殖飼料的δ13C和δ15N分別表示為-21.41‰×0.55-28.79‰×0.45=-24.73‰及8.01‰×0.55+13.06‰×0.45=10.28‰[6]. 網(wǎng)箱養(yǎng)殖區(qū)沉積物有機(jī)質(zhì)δ15N 明顯低于魚(yú)糞和養(yǎng)殖飼料δ15N，δ13C明顯低于養(yǎng)殖飼料δ13C，而大部分采樣點(diǎn)沉積物有機(jī)質(zhì)的δ13C 高于魚(yú)糞δ13C. 研究區(qū)C/N和δ13C值關(guān)系見(jiàn)圖4，從圖4可以看出，研究區(qū)沉積物有機(jī)質(zhì)來(lái)源主要有殘餌、魚(yú)糞、湖泊浮游生物及其他來(lái)源，而作者前期對(duì)鄱陽(yáng)湖沉積物有機(jī)質(zhì)來(lái)源的研究表明其主要來(lái)源為土壤有機(jī)質(zhì)、水生維管束植物及浮游生物，且土壤有機(jī)質(zhì)貢獻(xiàn)的比例更大[17]. 由此可看出，網(wǎng)箱養(yǎng)殖產(chǎn)生的養(yǎng)殖廢物改變了養(yǎng)殖區(qū)沉積物有機(jī)質(zhì)成分，此結(jié)果可為今后的研究提供數(shù)據(jù)參考.

表1 網(wǎng)箱養(yǎng)殖區(qū)飼料、糞便及參照點(diǎn)沉積物有機(jī)質(zhì)碳氮同位素值

2.4 鄱陽(yáng)湖網(wǎng)箱養(yǎng)殖區(qū)沉積物有機(jī)質(zhì)來(lái)源定量分析

為了對(duì)鄱陽(yáng)湖網(wǎng)箱養(yǎng)殖區(qū)沉積有機(jī)質(zhì)來(lái)源的認(rèn)識(shí)更量化，本研究結(jié)合δ15N、δ13C和C/N，使用一個(gè)四端元混合模型來(lái)分析不同來(lái)源的貢獻(xiàn)率. 這個(gè)模型的原理是不同端元δ15N、δ13C和C/N在水體中的保守混合和質(zhì)量守恒定律，基于圖4，選定的4個(gè)端元分別是殘餌、魚(yú)糞、浮游生物及其他有機(jī)質(zhì). 其相應(yīng)的端元混合模型為：

δ13CSample=fWF·δ13CWF+fFF·δ13CFF+fP·δ13CP+fR·δ13CR

(3)

δ15NSample=fWF·δ15NWF+fFF·δ15NFF+fP·δ15NP+fR·δ15NR

(4)

C/NSample=fWF·C/NWF+fFF·C/NFF+fP·C/NP+fR·C/NR

(5)

1=fWF+fFF+fP+fR

(6)

式中，fWF、fFF、fP和fR分別為魚(yú)糞、殘餌、浮游生物及其他這4種來(lái)源在總有機(jī)質(zhì)中所占的比例；δ13CSample、δ15NSample和C/NSample，δ13CWF、δ15NWF和C/NWF，δ13CFF、δ15NFF和C/NFF，δ13CP、δ15NP和C/NP以及δ13CR、δ15NR和C/NR分別表示網(wǎng)箱養(yǎng)殖區(qū)沉積物、魚(yú)糞、殘餌、浮游生物及對(duì)照點(diǎn)沉積物的δ13C、δ15N和C/N值. 如fWF、fFF、fP和fR計(jì)算結(jié)果為負(fù)的，則認(rèn)為無(wú)貢獻(xiàn)[6].

圖4 鄱陽(yáng)湖網(wǎng)箱養(yǎng)殖區(qū)沉積物有機(jī)質(zhì)的δ13C和C/N關(guān)系Fig.4 Relationship of C/N and δ13C values from the cage fish farm sediments in Lake Poyang

殘餌δ13C、δ15N和C/N值采用前面所述方法計(jì)算所得值分別為-24.73‰、10.28‰和5.65. 本研究沒(méi)有測(cè)得浮游生物的δ13C、δ15N和C/N值，據(jù)Redfield等[27]的研究證明, 淡水浮游生物同海洋浮游植物具有相似的C/N比值，因此引用前人的研究結(jié)果，確定浮游生物的δ13C、δ15N和C/N值分別為-30‰[23,36]、5‰[37-38]和7.3[39].

從定量計(jì)算的結(jié)果來(lái)看(表2)，鄱陽(yáng)湖網(wǎng)箱養(yǎng)殖區(qū)沉積物有機(jī)質(zhì)主要來(lái)源為殘餌、浮游生物及其他有機(jī)質(zhì)，而魚(yú)糞幾乎無(wú)貢獻(xiàn)，只在距離網(wǎng)箱300和400 m處有較低貢獻(xiàn)，貢獻(xiàn)率分別為8.7%和2.6%，因此研究區(qū)魚(yú)糞對(duì)網(wǎng)箱養(yǎng)殖區(qū)沉積物有機(jī)質(zhì)的貢獻(xiàn)率幾乎可以忽略不計(jì). 網(wǎng)箱養(yǎng)殖區(qū)處于主湖區(qū)，離航道比較近，且經(jīng)常有采砂船出現(xiàn)，采砂活動(dòng)有可能帶走部分前幾年沉積下來(lái)的養(yǎng)殖廢物，因此認(rèn)為養(yǎng)殖廢物對(duì)沉積物的影響主要來(lái)源于當(dāng)年的網(wǎng)箱養(yǎng)殖. 3月正是魚(yú)苗投放時(shí)期，養(yǎng)殖魚(yú)還比較小，產(chǎn)生的糞便并不多，湖泊的自凈作用可以將其降解，因此魚(yú)糞對(duì)沉積物有機(jī)質(zhì)的影響不大，而此時(shí)期投放的飼料量相對(duì)來(lái)說(shuō)比較大，殘餌對(duì)養(yǎng)殖區(qū)沉積物有機(jī)質(zhì)的影響相對(duì)較大. 研究區(qū)水體氮、磷濃度比較高，高營(yíng)養(yǎng)鹽水體會(huì)導(dǎo)致水體浮游生物量增加，而鱸魚(yú)為肉食性魚(yú)類，并不能消耗掉增加的浮游生物，因此沉積于湖底的浮游生物量也相應(yīng)增加，從而使得研究區(qū)浮游生物對(duì)沉積物有機(jī)質(zhì)貢獻(xiàn)率較高.

表2 不同來(lái)源對(duì)鄱陽(yáng)湖網(wǎng)箱養(yǎng)殖區(qū)沉積物有機(jī)質(zhì)的貢獻(xiàn)率(四端元)

為了更準(zhǔn)確地量化殘餌對(duì)網(wǎng)箱養(yǎng)殖區(qū)沉積物有機(jī)質(zhì)的貢獻(xiàn)率，分別將δ13C與C/N，δ13C與δ15N作圖，見(jiàn)圖5. 從圖中可以看出，網(wǎng)箱養(yǎng)殖區(qū)沉積物所有采樣點(diǎn)的C/N和δ13C都處于由殘餌、浮游生物和對(duì)照點(diǎn)沉積物C/N和δ13C組成的三角形內(nèi)(圖5a)，而只有部分采樣點(diǎn)的δ13C和δ15N處于由殘餌、浮游生物和對(duì)照點(diǎn)沉積物δ13C和δ15N組成的三角形內(nèi)(圖5b)，因此可以利用由C/N和δ13C組成的三元線性混合模型[40]來(lái)計(jì)算殘餌、浮游生物和其他有機(jī)質(zhì)對(duì)網(wǎng)箱養(yǎng)殖區(qū)沉積物有機(jī)質(zhì)的貢獻(xiàn)率. 其相應(yīng)的線性混合模型為：

δ13CSample=fFF·δ13CFF+fP·δ13CP+fR·δ13CR

(7)

C/NSample=fFF·C/NFF+fP·C/NP+fR·C/NR

(8)

1=fFF+fP+fR

(9)

式中，fFF、fP和fR分別為殘餌、浮游生物和其他這3種來(lái)源在總有機(jī)質(zhì)中所占的比例；δ13CSample、δ15NSample和C/NSample，δ13CFF、δ15NFF和C/NFF，δ13CP、δ15NP和C/NP以及δ13CR、δ15NR和C/NR分別表示網(wǎng)箱養(yǎng)殖區(qū)沉積物、殘餌、浮游生物及對(duì)照點(diǎn)沉積物的δ13C、δ15N和C/N值. 如fFF、fP和fR計(jì)算結(jié)果為負(fù)的，則認(rèn)為無(wú)貢獻(xiàn).

計(jì)算結(jié)果列于表3，殘餌對(duì)鄱陽(yáng)湖網(wǎng)箱養(yǎng)殖區(qū)沉積物有機(jī)質(zhì)的貢獻(xiàn)率為27.0%～61.8%，平均值為48.3%，“網(wǎng)箱區(qū)”殘餌貢獻(xiàn)率較高，均值為54.5%，最大值出現(xiàn)在距離網(wǎng)箱100 m處；浮游生物的貢獻(xiàn)率為13.0%～52.2%，平均值為25.6%，而其他來(lái)源的貢獻(xiàn)率為20.5%～40.0%，平均值為26.0%. 由此可以看出，網(wǎng)箱養(yǎng)殖殘餌對(duì)養(yǎng)殖區(qū)沉積物有機(jī)質(zhì)貢獻(xiàn)較大，且擴(kuò)散范圍較大，在距離網(wǎng)箱最遠(yuǎn)處的1100和1500 m處，殘餌的貢獻(xiàn)率分別為35.5%和46.7%，也即說(shuō)明網(wǎng)箱養(yǎng)殖區(qū)殘餌能擴(kuò)散到距網(wǎng)箱1500 m處. 研究區(qū)水深為6～16 m，水流速度為3.0～41.9 cm/s，平均流速為16.3 cm/s，且網(wǎng)箱養(yǎng)殖區(qū)附近經(jīng)常有采砂活動(dòng). 水深和水流速度已被認(rèn)為是用模型預(yù)測(cè)養(yǎng)魚(yú)場(chǎng)水產(chǎn)養(yǎng)殖廢物擴(kuò)散和排放總量的主要物理因素[6,41-42]. Sarà等[5]研究表明，擴(kuò)散距離是水深、水流速度及養(yǎng)魚(yú)場(chǎng)廢物排放總量的函數(shù)，沉積物再懸浮是養(yǎng)魚(yú)場(chǎng)養(yǎng)殖廢物擴(kuò)散范圍的主要影響因素. Gondwe等[43]研究發(fā)現(xiàn)，魚(yú)糞對(duì)網(wǎng)箱下面沉積物的影響更小，這主要是由于網(wǎng)箱養(yǎng)殖區(qū)水流加速了養(yǎng)殖廢物的有效擴(kuò)散. 本研究也發(fā)現(xiàn)不是在網(wǎng)箱核心區(qū)，而是在距離網(wǎng)箱300 m處沉積物TOC、TN含量最大，這正是由于研究區(qū)水深大、水流速度快等因素加速了養(yǎng)殖廢物的有效擴(kuò)散. 因此，水動(dòng)力平流引起的擴(kuò)散及沉積物的再懸浮是鄱陽(yáng)湖網(wǎng)箱養(yǎng)殖區(qū)殘餌擴(kuò)散距離比較遠(yuǎn)的主要原因，此結(jié)論可為今后新興水產(chǎn)養(yǎng)殖選址提供科學(xué)依據(jù).

圖5 鄱陽(yáng)湖網(wǎng)箱養(yǎng)殖區(qū)沉積物及其潛在來(lái)源的C/N和δ13C、δ13C和δ15N的關(guān)系Fig.5 Relationships of C/N and δ13C, δ13C and δ15N in the sedimentary organic matter and the potential sources of Lake Poyang cage fish farm

表3 不同來(lái)源對(duì)鄱陽(yáng)湖網(wǎng)箱養(yǎng)殖區(qū)沉積物有機(jī)質(zhì)的貢獻(xiàn)率(三端元)

殘餌和魚(yú)糞是魚(yú)類網(wǎng)箱養(yǎng)殖過(guò)程中的主要污染來(lái)源, 據(jù)卓華龍等[44]的研究，鱸魚(yú)對(duì)餌料的平均利用率為71.8%，平均排糞率為6.5%，本研究顯示魚(yú)苗時(shí)期鄱陽(yáng)湖網(wǎng)箱養(yǎng)殖區(qū)網(wǎng)箱養(yǎng)殖源有機(jī)物的比例為48.3%±11.4%，其中糞便的貢獻(xiàn)率為0. 因此必須提高餌料的利用率從而減少網(wǎng)箱養(yǎng)殖廢物對(duì)養(yǎng)殖區(qū)水域環(huán)境的污染，實(shí)踐證明改變養(yǎng)殖管理方式[41,45]、調(diào)整網(wǎng)箱養(yǎng)殖規(guī)模及實(shí)行多類魚(yú)種搭配混養(yǎng)等方法均能提高餌料的利用率，其中改變養(yǎng)殖管理方式包括合理的投飼頻度和投喂時(shí)間、投喂飼料顆粒大小的選擇和調(diào)整、水深和水體理化性質(zhì)的調(diào)節(jié)等.

因此，為了減少網(wǎng)箱養(yǎng)殖廢物對(duì)養(yǎng)殖區(qū)水域環(huán)境的影響，促進(jìn)淡水網(wǎng)箱養(yǎng)殖業(yè)的可持續(xù)發(fā)展，在網(wǎng)箱養(yǎng)殖過(guò)程中，應(yīng)充分提高餌料的利用率，減少進(jìn)入水體的殘餌量；科學(xué)合理地布置網(wǎng)箱、控制網(wǎng)箱規(guī)模、減少網(wǎng)箱密度；調(diào)節(jié)養(yǎng)殖方式、改善養(yǎng)殖結(jié)構(gòu)，在網(wǎng)箱養(yǎng)殖過(guò)程中做到生態(tài)養(yǎng)殖，保證養(yǎng)殖水域生物資源環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展.

3 結(jié)論

網(wǎng)箱養(yǎng)殖在鄱陽(yáng)湖雖已成為歷史，但本研究分析了鄱陽(yáng)湖網(wǎng)箱養(yǎng)殖時(shí)期養(yǎng)殖區(qū)沉積物TOC、TN含量及其δ13C、δ15N值，揭示了網(wǎng)箱養(yǎng)殖區(qū)沉積物有機(jī)質(zhì)主要來(lái)源，并探討了網(wǎng)箱養(yǎng)殖廢物擴(kuò)散距離及其主要影響因素. 這些研究結(jié)果有助于科學(xué)評(píng)估淡水網(wǎng)箱養(yǎng)殖對(duì)養(yǎng)殖區(qū)水體環(huán)境的影響，并建立科學(xué)的淡水網(wǎng)箱養(yǎng)殖管理方式，主要研究結(jié)論如下：

1)距離網(wǎng)箱1500 km處的沉積物TOC、TN含量最小，而距離網(wǎng)箱300 m處沉積物TOC、TN含量最大.

2)鄱陽(yáng)湖網(wǎng)箱養(yǎng)殖區(qū)沉積物δ13C值明顯低于對(duì)照點(diǎn)沉積物的δ13C值；大部分采樣點(diǎn)δ15N值高于對(duì)照點(diǎn)的δ15N值.

3)有機(jī)質(zhì)來(lái)源分析表明，魚(yú)苗時(shí)期鄱陽(yáng)湖網(wǎng)箱養(yǎng)殖區(qū)沉積物有機(jī)質(zhì)主要來(lái)源為殘餌、浮游生物及其他，魚(yú)糞對(duì)網(wǎng)箱養(yǎng)殖區(qū)沉積物幾乎沒(méi)影響. 殘餌對(duì)鄱陽(yáng)湖網(wǎng)箱養(yǎng)殖區(qū)沉積物有機(jī)質(zhì)的貢獻(xiàn)率達(dá)到48.3%±11.4%.

4)鄱陽(yáng)湖網(wǎng)箱養(yǎng)殖廢物能擴(kuò)散到距離網(wǎng)箱1500 m處，水動(dòng)力平流引起的擴(kuò)散及沉積物的再懸浮是其主要影響因素.