刺參—柄海鞘養(yǎng)殖系統(tǒng)水體和表層沉積物中磷的賦存狀態(tài)

姚亞楠++姜愛(ài)莉++邢榮蓮

摘要：以刺參-柄海鞘復(fù)合養(yǎng)殖系統(tǒng)為對(duì)象，分析傳統(tǒng)養(yǎng)殖模式和刺參-柄海鞘養(yǎng)殖模式下的水體磷含量及表層沉積物中磷的賦存狀態(tài)。結(jié)果表明：與傳統(tǒng)的養(yǎng)殖模式相比，刺參-海鞘混養(yǎng)組在投餌和不投餌模式下水體和表層沉積物中各種磷形態(tài)含量均高于刺參套養(yǎng)組；表層沉積物中總磷含量為358.600～598.700 mg/kg，其中有機(jī)形態(tài)磷含量低于無(wú)機(jī)形態(tài)磷，無(wú)機(jī)磷中鐵鋁結(jié)合態(tài)磷約占20%，鈣結(jié)合態(tài)磷約占80%。這說(shuō)明刺參-柄海鞘復(fù)合養(yǎng)殖系統(tǒng)不會(huì)導(dǎo)致沉積物中磷的過(guò)量積累，系統(tǒng)受污染程度較小，為刺參的健康養(yǎng)殖提供了科學(xué)依據(jù)。

關(guān)鍵詞：刺參；海鞘；表層沉積物；磷形態(tài)

中圖分類(lèi)號(hào)： X171.1文獻(xiàn)標(biāo)志碼：

文章編號(hào)：1002-1302（2016）08-0316-04

刺參是一種高蛋白、低脂肪、低糖、無(wú)膽固醇的營(yíng)養(yǎng)保健品，具有很高的食用價(jià)值[1]，刺參養(yǎng)殖現(xiàn)已成為北方沿海水產(chǎn)養(yǎng)殖產(chǎn)業(yè)重要經(jīng)濟(jì)支柱之一。我國(guó)刺參最主要的生產(chǎn)模式為池塘養(yǎng)殖，養(yǎng)殖方式多以投餌為主，水域環(huán)境惡化、疾病危害加重等已成為制約該產(chǎn)業(yè)健康發(fā)展的瓶頸。造成此問(wèn)題的主要原因是刺參養(yǎng)殖系統(tǒng)屬于半人工控制的生態(tài)系統(tǒng)，對(duì)于外來(lái)干擾自我調(diào)節(jié)能力小[2]，殘餌、糞便及生物殘骸等廢物堆積在養(yǎng)殖池底，導(dǎo)致養(yǎng)殖池塘生源要素磷的過(guò)度積累[3]。在一定條件下，沉積物中的磷可向上覆水體釋放，從而造成“內(nèi)源污染”[4]，養(yǎng)殖池塘富營(yíng)養(yǎng)化。

刺參-海鞘復(fù)合養(yǎng)殖系統(tǒng)利用養(yǎng)殖系統(tǒng)中的生物間互利機(jī)制[5]，以微藻為攝取型生物控制水體營(yíng)養(yǎng)鹽水平，利用固著型濾食動(dòng)物柄海鞘使水層的生物量向底質(zhì)轉(zhuǎn)移，為刺參提供食物，刺參通過(guò)攝食和生物擾動(dòng)改善底質(zhì)環(huán)境，降低水體污染，增強(qiáng)系統(tǒng)的自我調(diào)節(jié)能力。本試驗(yàn)以該系統(tǒng)為研究對(duì)象，分析養(yǎng)殖過(guò)程中水體磷含量及表層沉積物磷賦存狀態(tài)，以期了解池塘的富營(yíng)養(yǎng)化程度，有效估測(cè)池塘的污染風(fēng)險(xiǎn)，旨在為刺參的健康養(yǎng)殖提供科學(xué)依據(jù)。

1材料與方法

1.1試驗(yàn)材料

本試驗(yàn)在萊州養(yǎng)殖基地進(jìn)行，參池為16個(gè)5 m×5 m×4 m 的池塘。試驗(yàn)所用微藻為煙臺(tái)大學(xué)海洋生化工程研究所保存的單細(xì)胞藻類(lèi)（扁藻、小球藻、角毛藻、底棲硅藻）。藻種大規(guī)模培養(yǎng)后接種于池塘，成年、健康的柄海鞘從未受污染的煙臺(tái)海域櫛孔扇貝養(yǎng)殖器具上采集。

1.2試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)前7 d排干池塘內(nèi)的水，暴曬池塘底部，之后鋪上約6～8 cm厚的底泥（放入前用孔徑為1 mm的篩絹網(wǎng)過(guò)濾及高錳酸鉀消毒處理），底泥之上布置1～2 kg的石頭，按相同的布局分散在池底部，為刺參提供適宜的生活環(huán)境，增加刺參在箱底的活動(dòng)面積，提高攝食率。按設(shè)置放置附著基并加池塘水（水深為1.5～2.5 m）以培養(yǎng)附著基上的微生物，接種培養(yǎng)單細(xì)胞藻類(lèi)，3～5 d后藻類(lèi)密度達(dá)到約500個(gè)/mL。按試驗(yàn)要求加入一定規(guī)格和數(shù)量的刺參和柄海鞘，柄海鞘采用吊養(yǎng)方式，將附著柄海鞘的尼龍繩懸吊于養(yǎng)殖池中，距水面約50～75 cm。

試驗(yàn)設(shè)4個(gè)處理組：A[小規(guī)模刺參（S） 10～15 ind/m2，大規(guī)格刺參（L）5～6 ind/m2，不投餌]、B[小規(guī)格刺參（S） 10～15 ind/m2，大規(guī)格刺參（L）5～6 ind/m2，柄海鞘 800 g/（wt·m3），不投餌]、C[小規(guī)格刺參（S）10～15 ind/m2，大規(guī)格刺參（L）5～6 ind/m2，投餌]、D[小規(guī)格刺參（S）10～15ind/m2，大規(guī)格刺參（L）5～6 ind/m2，柄海鞘800 g/（wt·m3），投餌]。每個(gè)處理設(shè)置3個(gè)重復(fù)，試驗(yàn)過(guò)程及時(shí)將死亡生物取出，并補(bǔ)充同規(guī)格的生物，保持養(yǎng)殖過(guò)程中生物數(shù)量穩(wěn)定。

投餌模式每3 d投喂1次，干質(zhì)量投飼率為全部刺參全體濕質(zhì)量的5%（刺參餌料主要成分包括粗蛋白15%、粗脂肪2%～5%、粗纖維10%、粗灰分45%，購(gòu)自山東青島大海帝飼料有限公司），投喂前先用少量海水浸泡，投喂時(shí)均勻潑灑于養(yǎng)殖池中，使之在池底的分布保持均勻。刺參夏眠期間停止投喂。

每個(gè)池塘配備2臺(tái)增氧機(jī)，每天06：30及18：30各開(kāi)1次，每次2 h。養(yǎng)殖期間，根據(jù)潮汐情況進(jìn)行換水，平均每天換掉池塘內(nèi)30%～50%的水。冬季水溫較低時(shí)，根據(jù)水質(zhì)情況進(jìn)行換水[6]。

按照刺參的生長(zhǎng)規(guī)律，整個(gè)試驗(yàn)分為以下階段：

1.3試驗(yàn)方法

1.3.1水體的采樣及分析方法

每隔15～20 d于 08：00 用有機(jī)玻璃采水器在水面0.3～0.5 m水層處采取水樣，按照《海洋調(diào)查規(guī)范》[7]測(cè)定水體的總磷（TP）和活性磷酸磷（PO3-4-P）的含量。

1.3.2沉積物的采樣、處理及分析方法

每隔15～20 d于08：00用自制抽屜式采泥器采集表層5 cm沉積物，剔除沉積物樣品中礫石及動(dòng)植物殘?bào)w，實(shí)驗(yàn)室陰涼通風(fēng)處進(jìn)行初步晾干，再將沉積物樣品攤在清潔的塑料薄膜上，用玻璃棒進(jìn)行初步研磨，研磨時(shí)挑出沉積物中的動(dòng)植物殘?bào)w和石粒等，同時(shí)注意不要用力過(guò)大，以免使沉積物失去原有的組成結(jié)構(gòu)。樣品完全風(fēng)干后，在研缽中研磨，過(guò)100目篩，保存?zhèn)溆谩?/p>

采用歐洲標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試委員會(huì)框架下發(fā)展的SMT法分析沉積物中磷賦存狀態(tài)[8-9]。分別測(cè)定沉積物中的鐵鋁結(jié)合態(tài)磷（Fe/Al-P）、鈣結(jié)合態(tài)磷（Ca-P）、無(wú)機(jī)磷（IP）及有機(jī)磷（OP）的含量，并計(jì)算無(wú)機(jī)磷（IP）和有機(jī)磷（OP）在沉積物磷形態(tài)中所占比例。

1.4數(shù)據(jù)分析

采用SPSS 13.0進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，以P<0.05 為差異顯著，P<0.01為差異極顯著水平。

2結(jié)果與分析

2.1水體中磷水平的變化

總磷的含量范圍為26.290～41.550 μg/L，活性磷酸鹽的含量范圍為11590～19.770 μg/L。試驗(yàn)期間水體中的總磷水平和活性磷酸鹽水平的變化趨勢(shì)基本一致，都是先逐漸升高，進(jìn)入10月之后，隨著水溫逐漸降低，磷水平逐漸降低。

2種投餌模式下，刺參-海鞘混養(yǎng)組（B和D）的2種磷水平均略高于刺參套養(yǎng)組（A和C），差異不顯著（P>0.05），主要原因是混養(yǎng)組中柄海鞘在養(yǎng)殖過(guò)程中代謝產(chǎn)生一定量的磷。

2.2沉積物中磷形態(tài)的變化

2.2.1沉積物中總磷水平變化圖3表示，試驗(yàn)期間沉積物中總磷（TP）水平變化曲線，沉積物中總磷含量為358.600～598.700 mg/kg。不投餌模式下，刺參套養(yǎng)組（A）總磷水平呈下降趨勢(shì)，這是由于刺參代謝產(chǎn)生的無(wú)機(jī)磷和少量有機(jī)磷少于攝入的有機(jī)磷；投餌模式下，刺參套養(yǎng)組（C）總磷水平基本不變，這是因?yàn)榇虆z食餌料，對(duì)沉積物中磷的攝入量相應(yīng)減少。在刺參套養(yǎng)系統(tǒng)中引入柄海鞘（B和D）之后，沉積物中總磷水平隨養(yǎng)殖時(shí)間的延長(zhǎng)而增加，這是因?yàn)楸Ｇ试谝欢ǔ潭壬掀鸫龠M(jìn)池塘沉積物有機(jī)物積累的作用。尤其是在刺參夏眠期間，此時(shí)柄海鞘代謝旺盛[10]，產(chǎn)生大量的假糞沉積于池底，底棲硅藻大量繁殖，致使總磷水平提高幅度較大。2種投餌模式下，刺參套養(yǎng)組總磷水平均極顯著低于刺參-海鞘混養(yǎng)組（P<0.01）。

圖4、圖5分別表示試驗(yàn)期間沉積物中有機(jī)磷（OP）和無(wú)機(jī)磷水平變化曲線，有機(jī)磷含量為145.400～302.200 mg/kg，無(wú)機(jī)磷含量為192.500～358.700 mg/kg。試驗(yàn)過(guò)程中沉積物中有機(jī)磷水平的變化與刺參的生長(zhǎng)周期相符，在刺參的夏眠期和冬眠期沉積物中有機(jī)磷水平呈上升趨勢(shì)，無(wú)機(jī)磷水平下降；而刺參生長(zhǎng)期有機(jī)磷水平均呈下降趨勢(shì)，且刺參秋季生長(zhǎng)期有機(jī)磷水平高于春季生長(zhǎng)期有機(jī)磷水平，無(wú)機(jī)磷則與有機(jī)磷水平呈相反態(tài)勢(shì)。這主要是因?yàn)榇虆⑹堑湫偷某练e食性動(dòng)物，以攝食沉積物的有機(jī)質(zhì)為營(yíng)養(yǎng)，包括殘餌、微生物（混在泥沙中的底棲硅藻、細(xì)菌、原生動(dòng)物、藍(lán)藻等）和動(dòng)、植物的有機(jī)碎屑及糞便等，可以有效降低沉積物的積累。進(jìn)入夏眠期和冬眠期之后，刺參停止攝食[11]，使有機(jī)磷積累較多，同時(shí)底棲硅藻得以繁殖，有機(jī)質(zhì)增加，并且底棲硅藻大量吸收無(wú)機(jī)磷，促使沉積物中無(wú)機(jī)磷釋放。刺參、柄海鞘混養(yǎng)模式下，在刺參夏眠期無(wú)機(jī)磷水平基本保持不變，這是因?yàn)楸Ｇ试诖穗A段處于代謝盛期，產(chǎn)生大量無(wú)機(jī)磷，為底泥中微藻的生長(zhǎng)提供了磷源。

2種投餌模式下，刺參套養(yǎng)與刺參-海鞘混養(yǎng)組相比，后者有機(jī)磷和無(wú)機(jī)磷水平均較高，兩者差異極顯著（P<001），可能是由于柄海鞘排泄假糞，增加沉積物表面有機(jī)質(zhì)，有機(jī)磷水平上升，同時(shí)柄海鞘代謝產(chǎn)生無(wú)機(jī)磷，水體中浮游微藻被柄海鞘攝食，對(duì)水體中無(wú)機(jī)磷吸收量減少，無(wú)機(jī)磷水平上升。

2.2.3沉積物中無(wú)機(jī)磷和有機(jī)磷所占比例圖6-a、圖6-b 分別表示4個(gè)處理組在試驗(yàn)期間沉積物中有機(jī)磷和

無(wú)機(jī)磷所占比例的變化曲線。有機(jī)磷只有部分可被礦化為生物可利用的磷形態(tài)，且需要適宜的環(huán)境條件[12]。試驗(yàn)期間沉積物中磷的形態(tài)以無(wú)機(jī)磷為主，有機(jī)磷在沉積物中的含量相對(duì)無(wú)機(jī)磷明顯偏低，且每個(gè)處理組之間有機(jī)磷含量的變化與刺參的生長(zhǎng)階段相符，有機(jī)磷礦化被釋放到上覆水的潛力并不大。刺參-海鞘混養(yǎng)組和刺參套養(yǎng)組相比較，無(wú)機(jī)磷所占比例升高，有機(jī)磷所占比例降低，可見(jiàn)刺參、海鞘混養(yǎng)可有效降低池塘磷污染風(fēng)險(xiǎn)。

2.2.4沉積物中鐵鋁結(jié)合態(tài)磷和鈣結(jié)合態(tài)磷水平的變化

圖7、圖8分別表示試驗(yàn)期間沉積物中鐵鋁結(jié)合態(tài)磷（Fe/Al-P）水平和鈣結(jié)合態(tài)磷（Ca-P）水平的變化曲線。鈣結(jié)合態(tài)磷主要包括自生成因或生物成因的自生磷灰石磷以及與自生碳酸鈣共沉淀或外源輸入的各種難溶性的磷酸鈣礦物[13]。鐵鋁結(jié)合態(tài)磷主要指通過(guò)物理和化學(xué)作用吸附在鐵、鋁氧化物和氫氧化物膠體表面上的磷[14]，從鐵鋁結(jié)合態(tài)磷的含量和分布可以推測(cè)污染物種類(lèi)、沉積底質(zhì)類(lèi)型、沉積環(huán)境的氧化還原度等重要信息，目前判斷沉積物污染程度的依據(jù)之一即是鐵鋁結(jié)合態(tài)磷水平[15]，污染較重的沉積物中鐵鋁結(jié)合態(tài)磷含量明顯升高。

試驗(yàn)期間，沉積物中鐵鋁結(jié)合態(tài)磷的含量范圍為 36.900～74.800 mg/kg，鈣結(jié)合態(tài)磷的含量范圍為153.400～283.000 mg/kg。2種投餌模式下，刺參套養(yǎng)組與刺參-海鞘混養(yǎng)組相比較，后者鐵鋁結(jié)合態(tài)磷和鈣結(jié)合態(tài)磷水平均較高，兩者差異極顯著（P<0.01）。由圖7、圖8可知，2種磷水平變化與無(wú)機(jī)磷水平變化基本呈相同態(tài)勢(shì)，在刺參春季生長(zhǎng)期和秋季生長(zhǎng)期均呈上升趨勢(shì)，在刺參夏眠期和冬眠期均呈下降趨勢(shì)。鈣結(jié)合態(tài)磷所占比例較大，約為無(wú)機(jī)磷的80%，且隨著刺參的生長(zhǎng)階段變化幅度不大，主要是因?yàn)殁}結(jié)合態(tài)磷屬于較穩(wěn)定的磷組分，難以被生物所利用[16]。鐵鋁結(jié)合態(tài)磷約占無(wú)機(jī)磷的20%，說(shuō)明養(yǎng)殖系統(tǒng)污染較輕，并且隨著刺參的生長(zhǎng)階段變化幅度較大，因?yàn)殍F結(jié)合態(tài)磷不穩(wěn)定，水體的氧化還原條件、酸堿性、生物作用等對(duì)其穩(wěn)定性均構(gòu)成影響，當(dāng)鐵離子表現(xiàn)為二價(jià)態(tài)時(shí)，易導(dǎo)致鐵結(jié)合態(tài)磷分解而進(jìn)入水體[17]。

3結(jié)論

相同投餌模式下，刺參-海鞘混養(yǎng)組沉積物中各種磷水平均高于刺參傳統(tǒng)套養(yǎng)組，總磷含量為435.100～598.700 mg/kg，沉積物中有機(jī)磷含量明顯低于無(wú)機(jī)磷，有機(jī)磷礦化的潛力不大；無(wú)機(jī)磷中，活性較弱、基本不會(huì)進(jìn)入上覆水的鈣結(jié)合態(tài)磷占80%，鐵鋁結(jié)合態(tài)磷只占無(wú)機(jī)磷含量的20%。

研究結(jié)果表明，刺參-柄海鞘復(fù)合養(yǎng)殖系統(tǒng)不會(huì)導(dǎo)致沉積物中磷的過(guò)量積累和水體富營(yíng)養(yǎng)化，不易引起生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)。

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