不同成分培養(yǎng)基底棲動物生物量及水質(zhì)評價

朱光艷 徐增洪 水燕 劉國鋒

摘要?為研究底棲動物生長發(fā)育情況，采用4種不同成分的培養(yǎng)基對底棲動物的密度及生物量進(jìn)行分析，同時對水體中營養(yǎng)因子進(jìn)行研究。結(jié)果表明：培養(yǎng)基中底棲動物主要有3種底棲動物，分別為搖蚊幼蟲（Chironomid）、水絲蚓（Limnodrilus?hoffmeisteri）與螺獅（Bellamya?quadrata）。生長季各培養(yǎng)基中底棲動物密度從大到小依次為糖蜜、腐殖酸、肥料、對照組，底棲動物生物量分別為2.996?6、2.127?2、2.148?9和0.957?6?g/m2。采用理化分析對水體中營養(yǎng)因子進(jìn)行分析評價，對照組中NO2--N含量最高，為（0.041±0.002）mg/L，對照組中營養(yǎng)物質(zhì)較少，不適宜底棲動物及水生生物的生長;TN和TP含量分別為（1.455～2.493）和（0.391～0.665）mg/L，培養(yǎng)基中水體不流通造成水體營養(yǎng)化，水絲蚓耐污性極高，底棲動物密度從大到小依次為水絲蚓、搖蚊幼蟲、螺獅。對培養(yǎng)基中底棲動物密度與水體營養(yǎng)因子之間以及底棲動物密度之間進(jìn)行相關(guān)性分析，發(fā)現(xiàn)不同底棲動物密度之間相關(guān)性不明顯，水體中營養(yǎng)因子含量與搖蚊幼蟲、水絲蚓密度的相關(guān)性較大，呈負(fù)相關(guān)，與螺獅密度的相關(guān)性較小，TP含量與底棲動物密度的相關(guān)系數(shù)大于TN。該研究結(jié)果可為日后蝦蟹生長提供科學(xué)依據(jù)。

關(guān)鍵詞?培養(yǎng)基;底棲動物;群落結(jié)構(gòu);水質(zhì)評價

中圖分類號?X174;X824?文獻(xiàn)標(biāo)識碼?A

文章編號?0517-6611（2021）03-0088-05

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2021.03.024

Abstract?In?order?to?study?the?growth?and?development?of?benthonic?animals，the?density?and?biomass?of?benthonic?animals?were?analyzed?by?using?four?nutrient?media?with?different?components，and?the?nutrient?factors?in?water?body?were?also?studied.The?results?showed?that?there?were?three?main?benthonic?species?in?the?culture?medium，namely?Chironomid?larvae，Limnodrilus?hoffmeisteri?and?Bellamya?quadrata.The?density?order?was?molasses?>?humic?acid?>fertilizer?>?control?group.The?biomass?was?2.996?6，2.127?2?，2.148?9?and?0.957?6?g/m2?respectively.Physical?and?chemical?analysis?was?used?to?analyze?and?evaluate?the?nutrient?factors?in?the?water?body.The?content?of?NO2-N?was?the?highest?in?the?control?group，reaching?（0.041±0.002）?mg/L.And?the?nutrient?substances?in?the?control?group?were?few，which?was?not?suitable?for?the?growth?of?benthonic?animals?and?aquatic?organisms;TN?and?TP?concentration?were?（1.455-2.493）?and?（0.391-0.667）?mg/L.No?circulation?of?the?water?in?the?medium?results?in?water?nutrition，and?water?silk?worms?were?highly?resistant?to?contamination.The?density?order?of?benthonic?animals?was?the?water?silk?worm?>?midge?larva?>?snail?lion.Correlation?analysis?between?the?density?of?benthonic?animals?in?the?medium?and?nutrient?factors?in?water?body?and?between?the?density?of?benthonic?animals?were?conducted，there?was?no?significant?correlation?between?different?benthonic?animals.The?nutrient?factors?in?water?body?had?a?negative?correlation?with?the?density?of?Chironomid?larvae?and?L.?hoffmeisteri?and?little?correlation?with?the?density?of?B.quadrata.The?correlation?coefficient?between?TP?and?the?density?of?benthonic?animals?was?greater?than?that?with?total?nitrogen.The?research?results?could?provide?scientific?basis?for?the?growth?of?shrimp?and?crabs?in?the?future.

Key?words?Culture?medium;Benthonic?animal;Community?structure;Water?quality?evaluation

底棲動物是水生態(tài)系統(tǒng)中重要生物群落[1]，同時也是水生態(tài)系統(tǒng)中重要組成成分[2]，是重要的次級生產(chǎn)者[3]，對生態(tài)系統(tǒng)中物質(zhì)的循環(huán)和能量的流動具有決定性作用[4]。底棲動物可以分解和消耗沉積物中的有機(jī)質(zhì)，調(diào)節(jié)水-沉積物界面之間交換過程，如吸附、溶解消耗、氧化還原、生物作用等，并可以改善水體質(zhì)量[5-7]。一般認(rèn)為水體中營養(yǎng)因子含量的改變是因?yàn)橥饨绛h(huán)境因素造成的，如溫度、pH、DO、EC、水生生物的攪動等因素的影響[8-9]。當(dāng)水質(zhì)發(fā)生改變時，水底中的底棲動物也會發(fā)生改變，打破原有的生態(tài)平衡[10-11]。根據(jù)水體中底棲動物生物量的時空變化對水生態(tài)具有指示性作用，進(jìn)而對水域生態(tài)系統(tǒng)中水質(zhì)進(jìn)行評價[12-13]。通過對水生態(tài)系統(tǒng)底棲動物的時空變化情況，可以得出湖泊、河流、海洋等水體的變化規(guī)律，更加準(zhǔn)確地評價水體的質(zhì)量[14-17]。目前，根據(jù)底棲動物群落的變化對水生態(tài)系統(tǒng)及水質(zhì)環(huán)境的評價已經(jīng)普遍研究應(yīng)用[18-19]。國內(nèi)外學(xué)者對湖泊、海洋等水生態(tài)系統(tǒng)中營養(yǎng)因子的研究，主要是各個水生態(tài)系統(tǒng)中營養(yǎng)因子的分布情況、水體富營養(yǎng)化的治理[20-25]及水體中營養(yǎng)因子的轉(zhuǎn)變[26-27]，但相同底棲動物群落，不同成分類型的沉積物對水質(zhì)的影響研究較少。水質(zhì)生境的狀況是蝦蟹生長的重要基礎(chǔ)[28]。

同時，底棲動物也是湖泊生態(tài)系統(tǒng)中蝦蟹的餌料，根據(jù)餌料生物增殖和培養(yǎng)基施用情況，探索影響?zhàn)D料生物增殖的培養(yǎng)基中營養(yǎng)鹽轉(zhuǎn)化和吸收過程中關(guān)鍵微生物種群結(jié)構(gòu)變化，研究不同類型底棲餌料生物對底棲環(huán)境中營養(yǎng)物質(zhì)循環(huán)變化及對養(yǎng)殖水體系統(tǒng)中營養(yǎng)鹽去除的貢獻(xiàn)率，研究投放培養(yǎng)基對水體水質(zhì)指標(biāo)的影響，分析和評價培養(yǎng)基施用后對養(yǎng)殖水體生態(tài)環(huán)境的影響效果，旨在為利用投放培養(yǎng)基生產(chǎn)餌料生物進(jìn)行蝦蟹等水產(chǎn)養(yǎng)殖提供理論依據(jù)和技術(shù)支撐，推動養(yǎng)殖技術(shù)進(jìn)步和加快產(chǎn)業(yè)的轉(zhuǎn)型與升級。

1?材料與方法

1.1?試驗(yàn)地概況

培養(yǎng)基施用研究地點(diǎn)在淡水漁業(yè)研究中心基地（南泉），位于119°33′～120°38′E，31°07′～32°02′N，隸屬北亞熱帶濕潤區(qū)，亞熱帶季風(fēng)氣候，四季分明，氣候溫和，日照充足，降水豐沛，雨熱同季，無霜期長。平均氣溫16.2?℃，降水量1?121.7?mm，雨天123?d，雨季較長，主要集中在夏季。全年降水量大于蒸發(fā)量，屬于濕潤地區(qū)。日照時數(shù)1?924.3?h，日照百分率43%，全年無霜期220?d左右。

1.2?研究方法

1.2.1?樣品采集。在研究中心設(shè)置15個塑料大桶，按照糖蜜、腐殖酸、肥料進(jìn)行添加，研究對底棲餌料生物繁育的影響。每個處理4個平行樣，并設(shè)置對照組。糖蜜含水率為68%，40?g/桶（按照1?m2/桶計(jì)算）;腐殖酸20?g/桶;肥料（生物肥料）150?g/桶;對照組（池塘底泥）。該驗(yàn)于2018年5月開始，到2018年9月結(jié)束。每個月取樣1次，該試驗(yàn)的培養(yǎng)基放置于室外自然環(huán)境下，采集每個培養(yǎng)基中水樣和底棲動物，采集完全后帶回實(shí)驗(yàn)室做室內(nèi)分析。

1.2.2?樣品測定。主要測定樣品銨態(tài)氮（NH4+-N）、硝態(tài)氮（NO3--N）、亞硝態(tài)氮（NO2--N）、磷酸根（PO43--P）、總氮（TN）和總磷（TP）含量及底棲動物的密度及生物量，通過研究培養(yǎng)基中的水質(zhì)，分析水體中營養(yǎng)因子及底棲動物的變化。所有指標(biāo)采用紫外分光光度計(jì)測定。底棲動物采集用采泥器，泥樣用60目尼龍網(wǎng)篩洗，余留物置于白瓷盤中，再將底棲動物活體一一挑出。在實(shí)驗(yàn)室中鑒定樣品中底棲動物的種類，并計(jì)算個數(shù)。

1.2.3?數(shù)據(jù)分析。采用SPSS?21.0、Origin?2017和Excel?2013軟件對試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)與分析。

2?結(jié)果與分析

2.1?生長季中底棲動物的變化

根據(jù)表1中底棲動物密度和生物量的比較，3種不同類型的底棲動物密度從大到小依次為水絲蚓、搖蚊幼蟲、螺獅。搖蚊幼蟲在糖蜜中密度最大并且生長較快，8月以后長成成蟲飛離水面，在肥料中搖蚊幼蟲生長周期最長，8、9月密度也急劇下降，但生物量變大，腐殖酸中密度最少且主要集中在5—7月份，對照組只在6、7月中存活且生物量偏小。這說明搖蚊幼蟲生長周期大約在2～3個月，搖蚊幼蟲隨著生長發(fā)育長成成蟲離開底泥。

水絲蚓活動在整個生長周期中，密度從大到小依次為糖蜜、腐殖酸、肥料、對照組，在腐殖酸中水絲蚓的相對生物量最大，糖蜜中生長的較慢，水絲蚓主要生長周期為2個月左右，從7月份開始密度急劇下降，水溫對水絲蚓的生長也有所影響，溫度過高則會影響其存活率，但相對生物量逐漸變大，對照組中生長周期較短，數(shù)量相對較少。

螺獅生長周期覆蓋整個生長季，且密度變化不大，說明螺螄的生長周期較長且穩(wěn)定，同時外界溫度等因素對其生長發(fā)育也有影響，最終會導(dǎo)致密度發(fā)生變化，溫度過低時螺螄會進(jìn)入休眠期不再攝食。

2.2?底棲動物密度和生物量的時間變化

從圖1可以看出，不同成分培養(yǎng)基中底棲動物密度和生物量在生長季中都存在明顯的變化。密度從大到小依次為糖蜜、腐殖酸、肥料、對照組，7月是底棲動物密度的一個分界點(diǎn)，7月以后各成分的底棲動物密度趨于相同，主要因?yàn)閾u蚊幼蟲和水絲蚓的生長周期決定的，搖蚊幼蟲在成蟲之后飛離水面，水絲蚓的生長周期只有2～3個月。生物量在生長季中變化較大，主要是因?yàn)榈啄嘀新莳{生長周期較長，結(jié)合表1可以得出，腐殖酸和肥料中適宜螺獅的生長，隨著月份的增加，生物量逐漸變大;另外，部分殘存在底泥中的水絲蚓生物量變大，最終導(dǎo)致不同肥料中生物量變化存在差異。對照組的生物量最小，糖蜜中底棲動物生物量隨著月份的增加而逐漸減小。

2.3?水體中營養(yǎng)因子含量的變化?由表2可知，對照組與前3個培養(yǎng)基中PO43--P、TP、TN含量均存在顯著差異（P<0.05），其余指標(biāo)不存在顯著差異。NH4+-N與TN含量的變化規(guī)律一致，從高到低依次為糖蜜、腐殖酸、肥料、對照組。NO2--N含量從高到低依次為對照組、腐殖酸、糖蜜、肥料，由此可見對照組環(huán)境最不利于蝦蟹生長;?NO3--N含量從高到低依次為腐殖酸、糖蜜、對照組、肥料，因?yàn)楦乘嶂杏写罅康膭又参餁埡?，?jīng)微生物分解轉(zhuǎn)化成含氮物質(zhì);PO43--P含量從高到低依次為肥料、糖蜜、腐殖酸、對照組，TP含量從高到低依次為腐殖酸、糖蜜、肥料、對照組，對照組中磷含量與其余3種營養(yǎng)成分含量有明顯差異，結(jié)合表1中結(jié)果可知底棲動物生長需要磷元素。

2.4?底棲動物密度與水體營養(yǎng)因子的關(guān)系?由表3～6可知，4種培養(yǎng)基中NH4+-N含量與TN含量呈顯著正相關(guān)。在腐殖酸中，水絲蚓密度與TP含量呈顯著負(fù)相關(guān);搖蚊幼蟲密度與PO43--P含量在肥料中呈顯著負(fù)相關(guān);對照組中螺獅密度與NO3--N含量呈顯著正相關(guān)，TP含量與NH4+-N含量呈正相關(guān)，TN含量與PO43--P含量呈正相關(guān)。同時，對3種不同底棲動物密度間進(jìn)行相關(guān)性分析，發(fā)現(xiàn)其相關(guān)性并不明顯。

3?討論

由于底棲動物生長發(fā)育都在水體底部，水質(zhì)環(huán)境直接影響其存活率，從而影響群落結(jié)構(gòu)組成和密度變化，也因底棲動物的特殊生態(tài)特征，它可以間接反映和監(jiān)測水生態(tài)環(huán)境。通過研究4種不同成分的培養(yǎng)基上底棲動物的種類和密度來看，主要有3種，分別為搖蚊幼蟲、水絲蚓與螺獅。在相同月份中，水絲蚓和搖蚊幼蟲的密度遠(yuǎn)高于螺獅，表明在水體中優(yōu)勢種為水絲蚓與搖蚊幼蟲，這2種底棲動物也是蝦蟹生長發(fā)育的餌料。隨著時間的推移，底棲動物的密度逐漸下降，糖蜜中底棲動物密度為44～613?ind/m2;對照組中底棲動物密度為0～88?ind/m2。7月后底棲動物的密度趨于穩(wěn)定;底棲動物的生物量隨著月份的變化而變化，5月和9月份的生物量基本持平，水底中搖蚊幼蟲和水絲蚓的密度較低，搖蚊幼蟲和水絲蚓的生長周期較短[29-30]，而螺獅的生長周期最長，隨著月份的增加生物量也增加。

4種不同培養(yǎng)基中底棲動物的群落結(jié)構(gòu)差異較大，且糖蜜、腐殖酸和肥料中水體營養(yǎng)因子含量遠(yuǎn)高于對照組，TN、TP含量分別為1.455～2.493和0.391～0.665?mg/L，屬于營養(yǎng)化水體，主要原因是在塑料桶內(nèi)水體不流通，底細(xì)動物活動頻繁造成水體中營養(yǎng)因子含量偏高，物種結(jié)構(gòu)單一，優(yōu)勢種突出，優(yōu)勢種為耐污能力強(qiáng)的水絲蚓與搖蚊幼蟲。對照組NO2--N含量為（0.041±0.002）?mg/L，水體中NO2--N含量過高則會影響水生生物的生長發(fā)育，這也造成對照組中的底棲動物較其余3種培養(yǎng)基數(shù)量較少的原因。

進(jìn)一步探討4種不同成分培養(yǎng)基中底棲動物與水體中營養(yǎng)因子含量的相關(guān)性以及不同種類的底棲動物之密度間的相關(guān)性，得出了底棲動物密度間及其與TN、TP、NO2--N、NO3--N、NH4+-N、PO43--P含量之間的矩陣關(guān)系表。該試驗(yàn)結(jié)果表明，不同成分的水體對搖蚊幼蟲生長發(fā)育的影響顯著，糖蜜中水體營養(yǎng)因子含量與搖蚊幼蟲和水絲蚓的密度都呈負(fù)相關(guān)，其中PO43--P含量與TP含量與水絲蚓密度的相關(guān)系數(shù)較大，分別為-0.839和-0.805，而TP含量與螺獅密度呈負(fù)相關(guān);腐殖酸中TP含量與水絲蚓密度呈顯著負(fù)相關(guān)（相關(guān)系數(shù)為-0.908），TN和NH4+-N含量與搖蚊幼蟲、水絲蚓的密度呈負(fù)相關(guān)，分別為-0.678、-0.646，-0.757?5和-0.853，水體中TP含量與螺獅密度呈負(fù)相關(guān);肥料中PO43--P含量與搖蚊幼蟲密度呈顯著負(fù)相關(guān)（相關(guān)系數(shù)為-0.950），TP含量與3種培養(yǎng)基中底棲動物密度均呈正相關(guān)，TN和NH4+-N含量與搖蚊幼蟲和水絲蚓的密度呈負(fù)相關(guān)，相關(guān)系數(shù)分別為-0.473、-0.756，-0.749和-0.573，與螺獅密度呈正相關(guān)，但相關(guān)性不顯著;對照組中NO3--N含量與螺獅密度呈顯著正相關(guān)（相關(guān)系數(shù)0.879），其余相關(guān)性不明顯。綜上所述，與TN相比，TP對底棲動物生長發(fā)育的影響較大，這與相關(guān)學(xué)者研究結(jié)果[16，31]相一致。水體中TN與NH4+-N呈顯著正相關(guān)，因?yàn)榈讞珓游锏拇x快，排泄物多，氮元素通過礦化和氨化作用產(chǎn)生大量的銨根離子，這與曾濤[32]研究結(jié)果相同。不同成分的營養(yǎng)物質(zhì)對底棲動物的生長繁育有較大的影響。

4?結(jié)論

搖蚊幼蟲與水絲蚓的活動周期較短（2～3個月），而螺獅的生長周期較長。對照組水體中營養(yǎng)因子含量最低，底棲動物的密度也最小，水體中營養(yǎng)因子含量與底棲動物的生長發(fā)育間相關(guān)性較大，并且TP含量對底棲動物的影響大于TN含量。

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