劉 峰，王 芳，董雙林，任貽超，秦傳新，高云芳

（1.中國海洋大學(xué)海水養(yǎng)殖教育部重點實驗室，山東 青島266003；2.山東省淡水水產(chǎn)研究所，山東 濟南250013）

N、P是水域生態(tài)系統(tǒng)中物質(zhì)循環(huán)的重要元素，其含量和比例的改變會影響水體藻類的群落結(jié)構(gòu)和生長、底質(zhì)營養(yǎng)鹽的分布和積累及系統(tǒng)能量的流動和轉(zhuǎn)化［1－3］。近年來由于工農(nóng)業(yè)、生活和養(yǎng)殖廢水的大量排放，導(dǎo)致池塘水體、湖泊河流和近海水體富營養(yǎng)化及底質(zhì)污染問題日益突出，因此研究系統(tǒng)N、P收支，掌握N、P循環(huán)、轉(zhuǎn)移和積累等的變化規(guī)律，控制水體N、P污染和底質(zhì)“內(nèi)負荷”的問題逐漸成為熱點［4－8］。N、P收支能夠有效揭示水體N、P的來源和歸宿，是評價養(yǎng)殖系統(tǒng)N、P重要性、轉(zhuǎn)化效率及養(yǎng)殖污染程度的有效方法。目前已應(yīng)用在大型湖泊、河流和近海富營養(yǎng)化及池塘養(yǎng)殖研究中，一般見于對蝦、魚類和貝類養(yǎng)殖池塘。仿刺參（Apostichopus japonicus以下簡稱刺參）是典型沉積食性動物，附著基不僅可為刺參生長提供必要條件，使刺參免受敵害生物侵害，而且其附著的底棲生物和微生物還是刺參生長的主要食物來源。目前，養(yǎng)殖生產(chǎn)中采用的附著基類型有多種，不同類型附著基對刺參生長、存活以及池塘N、P收支和底質(zhì)N、P積累的影響還未見詳細報道。本文選取石頭（Stone，ST）、瓦片（Earthenware，EA）、塑料管（Plastic pipe，PL）、空心磚（Brick，BR）和水泥管（Cement pipe，CP）5種較為常見的附著基類型，研究附著基類型對刺參生長、存活、系統(tǒng)N、P收支及底質(zhì)N、P積累的影響，以期為刺參池塘養(yǎng)殖水體N、P污染、底質(zhì)“內(nèi)負荷”防治和附著基材料的選擇提供參考。

1 材料與方法

1.1 實驗池塘

實驗于2007年5月16日～11月21日在山東榮成好當家集團刺參養(yǎng)殖場進行。池塘由蝦池改造而成，面積約2.4hm2（98m×241m），年平均水深約為1.8m，設(shè)有1個進水口和1個出水口。采用網(wǎng)式圍隔實驗法［9］，以竹竿為支撐框架，外覆網(wǎng)目為0.5cm的網(wǎng)式圍隔，下部網(wǎng)圍埋入底質(zhì)約0.3m深，整個網(wǎng)圍規(guī)格為8m（L）×8m（W）×2m（H）。所有網(wǎng)圍均投放相同密度（10ind·m－2）和規(guī)格（（5.0±0.2）g·ind－1）的刺參，每個處理設(shè)4個重復(fù)，共20個網(wǎng)圍隔用作實驗，刺參幼苗于2007年5月16號放入網(wǎng)圍中，于2007年11月21日收獲。

1.2 附著基類型

實驗采用石頭（ST）、瓦片（EA）、塑料管（PL）、空心磚（BR）和水泥管（CP）為附著基，每個網(wǎng)圍隔內(nèi)附著基的投放體積基本相同（見圖1）：每一堆石頭附著基使用3塊體積約為0.3m×0.2m×0.2m的石頭壘成品字型，每個附著基之間的間距為0.4m，每個圍隔內(nèi)石頭附著基的總體積為2.304m3；3個0.4m×0.35m瓦片用繩子捆綁成三角形，每2個三角形并排放在一起為一組，每組之間的間距為0.4m，每個網(wǎng)圍隔內(nèi)瓦片附著基的總體積為2.24m3；4個長0.4m直徑0.15m的塑料管分成2層通過繩子綁在一起為一組，每組之間的間距也為0.4m，每個圍隔內(nèi)塑料管附著基的總體積為2.304m3；長0.4m，寬0.3m，高0.15m的空心磚平放在池塘底部，每個空心磚之間的間距為20cm，每個圍隔內(nèi)空心磚附著基的總體積為2.304m3；12根長0.8m直徑0.3m的水泥管水平放在池塘底部，每個水泥管之間間距0.3m，每個圍隔內(nèi)水泥管附著基的總體 積為2.713m3。所有附著基均順水流方向放置［10］。

圖1 實驗網(wǎng)圍和附著基Fig.1 The Earthen pond and different shelters

1.3 樣品采集和測定

1.3.1 水樣 養(yǎng)殖過程中每15d采集水樣測定水體中無機氮（TIN）、總氮（TN）、總磷（TP）含量；實驗過程中每月池塘換水2次，換水過程共持續(xù)6～10d，每次用標桿法估算換水進入和流出的水量。水樣測定方法參照《海洋監(jiān)測規(guī)范》［11］。

1.3.2 生物體樣品 分別于放苗前、收獲前采集剛毛藻和刺參樣品，于60℃烘干測定含水率后，研細過100目篩，用Vario ELⅢ德國元素分析儀測定TN［12］，采用“酸溶－鉬銻抗比色法”測定 TP［13］。

1.3.3 沉積樣品 使用柱狀有機玻璃底泥采集器（r＝2.0cm），垂直插入沉積物后再拔出，從底部截取一段長為5cm的柱狀表層沉積物。在每個圍網(wǎng)內(nèi)距網(wǎng)邊約1.5m的四角各取一個樣品，混合、烘干、研磨、過100目篩后保存待測。沉積物中TN和TP含量的測定方法同1.3.2。

1.3.4 其它樣品 將采到的沉積物表層5cm泥樣用離心機（2 000r／min）離心20min后得間隙水，測定TN、TP，并據(jù)此計算水體中N、P的滲漏；在實驗?zāi)┢跍y定網(wǎng)圍上吸附的營養(yǎng)鹽；用帶刻度容器接自然降雨以計算降雨帶入的N、P。

氨的揮發(fā)量根據(jù)以下公式推算［14］：

其中：F為氣液界面氨的通量；CNH3為非離子氨濃度；K為物質(zhì)轉(zhuǎn)化系數(shù)［15］（cm·h－1）：

1.4 數(shù)據(jù)處理

所得數(shù)據(jù)使用SPSS 15.0進行統(tǒng)計分析，采用單因子方差分析及Duncan多重比較處理，以P＜0.05作為差異顯著水平。

2 結(jié)果

2.1 不同類型附著基下刺參的生長和成活

不同類型附著基下刺參的放養(yǎng)和收獲情況見表1。從表1中可以看出，收獲時各處理組刺參的產(chǎn)量為ST＞BR＞PL＞CP＞EA，其中，ST和BR組刺參的產(chǎn)量顯著高于 EA、PL和 CP組（P＜0.05），EA、PL和CP組間差異不明顯（P＞0.05）。各處理組間刺參成活率大小關(guān)系為ST＞BR＞PL＝CP＞EA，其中，ST組顯著高于其他組（P＜0.05），EA組顯著低于其他組（P＜0.05），PL、BR和CP組間差異不明顯（P＞0.05）。

表1 不同類型附著基下刺參的放養(yǎng)和收獲情況Table 1 Information on stocking and Harvest in different treatments

2.2 不同類型附著基下刺參養(yǎng)殖系統(tǒng)N、P輸入

不同類型附著基下刺參養(yǎng)殖系統(tǒng)N、P輸入見表2。從表2中可以看出，由于實驗采用的是網(wǎng)圍，具有流通性，故各附著基處理組間N、P輸入比例相同。系統(tǒng)N、P輸入貢獻的各項差異明顯，其順序為進水＞水層＞雨水＞刺參。進水是刺參養(yǎng)殖系統(tǒng)N、P輸入的主要途徑，其次為水層輸入。N輸入進水最高，為90.36%，刺參最低，僅為0.31%；P輸入進水最高，為91.11%，刺參最低，僅為0.87%。

表2 不同類型附著基下系統(tǒng)的N、P輸入和輸出百分比Table 2 The percentages of the inputs and outputs of N、P in different shelter types

2.3 不同類型附著基下刺參養(yǎng)殖系統(tǒng)N、P輸出

不同類型附著基下刺參養(yǎng)殖系統(tǒng)N、P輸出見表2。從表2中可以看出，由于實驗網(wǎng)圍輸出各項存在差異，故各附著基處理組間N、P輸出比例存在不同，但差異較小。換水是刺參養(yǎng)殖系統(tǒng)N、P輸出的主要途徑，其次為底泥積累。系統(tǒng)N輸出貢獻的各項順序為換水（71.24%）＞底泥積累（13.53%）＞滲漏（6.20%）＞水層（5.52%）＞剛毛藻（2.60%）＞吸附（0.67%）＞刺參（0.30%）＞氨揮發(fā)（0.22%），N輸出各項中換水最高，各組平均值為71.24%，組間差異不顯著（P＞0.05）。底泥積累次之，均值為13.53%，其中 PL（22.1%）＞EA（17.3%）＞BR（11.8%）＞CP（10.3%）＞ST（6.15%），ST組明顯低于其他組（P＜0.05）；氨揮發(fā)最低，均值僅為0.22%，組間差異不顯著（P＞0.05）；其它各項組間差異不顯著（P＞0.05）。

系統(tǒng)P輸出貢獻的各項順序為換水（57.58%）＞底泥積累（18.27%）＞水層（9.1%）＞剛毛藻（7.45%）＞滲漏（6.11%）＞吸附（1.11%）＞刺參（0.96%），P輸出各項中換水最高，各組平均值為57.58%，底泥積累次之，均值為18.27%，其中 ST（22.3%）＞EA（19.9%）＞BR（17.6%）＞CP（17.1%）＞ PL（14.5%）；刺參最低，均值僅為0.96%，各項組間差異不顯著（P＞0.05）。

3 討論

3.1 附著基類型對刺參生長和存活的影響

目前，人們開展了附著基對鮑、扇貝、毛蚶、青蛤和沙蠶等海洋經(jīng)濟動物幼體變態(tài)附著影響的研究［16］，不同類型的附著基對刺參出現(xiàn)幾率的影響也有零星報道［17］。自然環(huán)境中刺參多棲息在水流舒緩的海域，攝食附著在巖石、沙地或者其他底質(zhì)中的有機物，主要包括生物殘餌、微生物（硅藻、細菌、原生動物、藍藻等）和動、植物殘體碎屑及糞便等［18－19］。因此刺參養(yǎng)殖中，人們常模擬自然條件，采用附著基類型有石頭、瓦片、水泥管、空心磚等多種廢舊建材。但由于缺乏科學(xué)研究，人們對附著基的選擇多就地取材，存在隨機性和盲目性。從本實驗中可以看出，收獲時不同類型附著基間刺參產(chǎn)量為ST＞BR＞PL＞CP＞EA，其中，ST和BR組明顯較高，PL組則略高于CP和EA組。各處理組間刺參成活率大小關(guān)系為ST＞BR＞PL＝CP＞EA，ST組最高，EA組最低，PL和CP組相同。石頭（ST）和空心磚（BR）2種附著基下刺參產(chǎn)量和成活率雖高，但材料成本也很高，投放和清池所需勞動力成本較大。塑料管（PL）附著基下刺參成活率和產(chǎn)量雖低于ST和BR組，但具有養(yǎng)殖成本低、收獲和清池便利的優(yōu)勢。

3.2 不同類型附著基下刺參養(yǎng)殖系統(tǒng)N、P的收支

N、P收支能揭示水體N、P的來源和歸宿，是評價養(yǎng)殖池塘N、P重要性、轉(zhuǎn)化效率及養(yǎng)殖污染程度的有效方法［20］。在傳統(tǒng)池塘養(yǎng)殖中，餌料和肥料是系統(tǒng)N、P輸入的主要來源，降水、補充水、生物固氮作用等比例較小。N、P輸出以，底泥積累為主，其次為生物利用［21－24］。

從本實驗中可以看出，不同附著基處理組刺參產(chǎn)量和成活率存在顯著差異（P＜0.05），在N、P輸出項目上，各處理組刺參所占比例非常低且差異均不顯著（P＞0.05）。這說明實際生產(chǎn)中，不同附著基種類對刺參生長和成活存在明顯影響，但附著基種類對系統(tǒng)N、P利用的影響在統(tǒng)計學(xué)上差異不顯著。這是因為刺參池塘養(yǎng)殖與傳統(tǒng)池塘養(yǎng)殖存在顯著不同：第一，刺參池塘養(yǎng)殖多不投喂，依靠潮汐換水帶來大量的顆粒有機物，通過沉降、生物攝食排泄等途徑匯入底質(zhì)中成為刺參餌料，故換水是系統(tǒng)N、P流通的主要途徑（見表2）；第二，夏眠期間刺參出現(xiàn)大量死亡、生長基本停止甚至體重減輕的現(xiàn)象，產(chǎn)量相對傳統(tǒng)養(yǎng)殖生物較低，加上刺參生長周期較長和頻繁大量換水，導(dǎo)致系統(tǒng)N、P流通量增大，故刺參在系統(tǒng)N、P流通中所占比例不足1%，相對傳統(tǒng)養(yǎng)殖生物較低；第三，剛毛藻作為非養(yǎng)殖生物，超越刺參成為生物輸出的主要途徑。剛毛藻繁殖力強，生物量大，在水體營養(yǎng)鹽競爭中占據(jù)絕對優(yōu)勢［25］，雖與攝食底質(zhì)的刺參無直接競爭，但高溫和多雨會導(dǎo)致剛毛藻類腐爛沉底，引起池底溶氧缺失，可能是刺參死亡的原因之一。大型藻類有利的作用在于可以大量吸收水體N、P，能夠有效降低水體及底質(zhì)N、P積累［26－28］。池塘換水流通量較大、刺參養(yǎng)殖周期較長、剛毛藻過量繁殖及系統(tǒng)對N、P利用不足等，是導(dǎo)致不同附著基種類對系統(tǒng)N、P利用影響差異不顯著的主要原因，如何提高系統(tǒng)N、P利用效率將是今后刺參池塘養(yǎng)殖研究中需要解決的重要問題。

3.3 不同類型附著基下刺參養(yǎng)殖系統(tǒng)底質(zhì)的N、P積累

池塘養(yǎng)殖中未被利用的N、P主要有3個去處：其它生物（主要是浮游生物和大型藻類）利用、外環(huán)境排放和池塘自身底質(zhì)積累。水體N、P含量過高易引發(fā)水域富營養(yǎng)化，底質(zhì)積累也會作為內(nèi)源污染重新釋放到水體中，造成二次污染。沉積食性底棲動物對底質(zhì)攝食和生物擾動，可以促進底質(zhì)有機物的分解及礦化，

從而轉(zhuǎn)化為可溶解性代謝物進入水域。張志南［29］等證明底棲動物活動能引起底質(zhì)層再懸浮或遷移、有機物含量變化和底質(zhì)粒度的差異，不僅能對底質(zhì)初級結(jié)構(gòu)造成改變，其活動范圍內(nèi)顆粒上下混合，也能促使顆粒態(tài)和溶解態(tài)物質(zhì)釋放進入水體再懸浮。因此，底棲動物是水域環(huán)境同水生生物間物質(zhì)循環(huán)和能量流動的重要環(huán)節(jié)，在食物鏈中處于承上啟下的關(guān)鍵位置，而底質(zhì)N、P含量和分布對底棲動物攝食和生長也具有重要影響。研究已證明在淺海筏式養(yǎng)殖海區(qū)、在參、蝦混養(yǎng)中、在貝、藻、參混養(yǎng)中，刺參對底部有機物消除效果明顯［30－32］。

從本實驗中可以看出，底質(zhì)N積累PL＞EA＞BR＞CP＞ST，PL最高，ST最低；P積累ST＞EA＞BR＞CP＞PL，ST最高，PL最低，EA、BR和CP組底質(zhì)N、P積累呈現(xiàn)相同趨勢。這說明刺參可以通過攝食、排泄及生物擾動等活動改變底質(zhì)N、P數(shù)量、分布、穩(wěn)定性、遷移及循環(huán)，但底質(zhì)N、P含量變化主要還是受其他多種環(huán)境因素的影響。首先，換水N、P流通量、沉積作用的差異和剛毛藻生長吸收、腐爛等，是影響池塘底質(zhì)N、P含量的主要原因；其次，池塘平均水深僅1.8m，風(fēng)浪擾動易影響底質(zhì) N、P釋放［33－34］；再次，池塘底質(zhì)N、P含量受季節(jié)性環(huán)境變化影響。如水溫、DO、pH值、氧化還原電位、微生物等。在穩(wěn)定水體中，微生物是影響底質(zhì)N變化的主要因子，生物擾動能促進微生物反硝化作用，加快N素的轉(zhuǎn)化與釋放［35］。P釋放受環(huán)境條件制約，但在相同外部條件下，底泥釋P機制的差別主要歸因于底泥本身不同P飽和度和P組分構(gòu)成［36］，受微生物和生物擾動影響程度較N素要低很多。ST組與PL組底質(zhì)N、P積累呈現(xiàn)相反的現(xiàn)象，可能是與2組附著基底質(zhì)微生物、生物擾動對N、P影響差異相關(guān)。石頭附著基適合刺參生長，微生物和底棲生物生命活動較為活躍，可能導(dǎo)致其N積累最低。事實上各組間底質(zhì)條件不同，5種附著基上附著的生物殘餌、微生物和動、植物殘體碎屑及糞便、刺參個體攝食選擇等存在差異，都有可能是造成各組間底質(zhì)N、P積累不同的原因，其具體變化過程和影響機制較為復(fù)雜，有待進一步的研究和探索。

4 結(jié)論

（1）不同附著基種類對刺參生長和成活存在明顯影響。收獲時ST和BR組刺參的產(chǎn)量明顯高于其它組（P＜0.05），刺參的成活率ST組最高EA組最低（P＜0.05），PL組下刺參生長和成活率低于ST和BR組高于EA組。但相比其他附著基，塑料管附著基具有成本低、收獲和清池便利的優(yōu)勢。

（2）不同附著基種類對系統(tǒng)N、P收支和底質(zhì)積累的影響不明顯。刺參池塘換水量大、養(yǎng)殖周期較長及系統(tǒng)對N、P利用不足等，是導(dǎo)致各組差異不顯著的主要原因。各組間底質(zhì)條件不同、附著基上附著的有機物、微生物和動、植物殘體及糞便、刺參個體攝食選擇等存在差異，都可能是造成各組間底質(zhì)N、P積累不同的原因，但其具體變化過程和影響機制較為復(fù)雜，有待進一步的研究和探索。

（3）綜合以上因素，推薦刺參池塘養(yǎng)殖中采用塑料管作為附著基。但在灘涂底播養(yǎng)殖中，由于水流湍急和潮汐沖刷等因素，塑料管易移動位置，甚至被海水沖走，故不適合作為灘涂底播人工漁礁的選擇。

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