王 璐,趙 文,魏 杰,張 灣,尹東鵬

(1.大連海洋大學(xué)水產(chǎn)與生命學(xué)院,遼寧省水生生物學(xué)重點實驗室,遼寧 大連 116023)

顆粒懸浮物主要包括浮游生物、細菌和腐質(zhì)(有機碎屑)及無機質(zhì)粒等,其含量及變化可以反映出水質(zhì)潛在的變化趨勢,是水域生態(tài)系統(tǒng)營養(yǎng)結(jié)構(gòu)中的重要體現(xiàn)。水體中的懸浮顆粒物在經(jīng)過一段時間之后,其中的一部分被濾食性動物攝食,還有一部分被微生物分解成為無機質(zhì),其余大部分同一些有機體沉降到池底,從而形成礦化物。在水域生態(tài)系統(tǒng)中,對顆粒懸浮物結(jié)構(gòu)及其沉積作用中的動力學(xué)過程的相關(guān)研究,對深入了解其中的能量流動及物質(zhì)循環(huán)具有重要意義[1]。海水池塘立體養(yǎng)殖模式已經(jīng)在遼寧東部地區(qū)推廣開展多年,其中的“海蜇(Rhopilemaesculentum)-縊蟶(Sinonovaculaconstricta)-牙鲆(Paralichthysolivaceus)-對蝦(Fenneropenaeuschinensis)”——簡稱“蜇-貝-魚-蝦”的混合養(yǎng)殖模式近年在來遼寧丹東東港市最為常見,對此已有對該種混養(yǎng)池塘的懸浮顆粒物結(jié)構(gòu)及其有機碳庫儲量的相關(guān)研究[2]。三疣梭子蟹(Portunustrituberculatus)作為我國海水養(yǎng)殖的主導(dǎo)種類之一,是重要的出口創(chuàng)匯品種,同時因肉味鮮美且營養(yǎng)豐富備受人們喜愛[3],積極拓展“海蜇-縊蟶-牙鲆-對蝦-梭子蟹”生態(tài)養(yǎng)殖模式具有現(xiàn)實經(jīng)濟意義。因此,筆者在5個月時間里,對“海蜇-縊蟶-牙鲆-對蝦”和“海蜇-縊蟶-牙鲆-對蝦-三疣梭子蟹”兩種池塘的立體混養(yǎng)模式開展了研究,測定和比較了兩種池塘混養(yǎng)模式中水體懸浮顆粒物結(jié)構(gòu)及有機碳分布特征,希望能為優(yōu)化海水混合養(yǎng)殖池塘的生態(tài)養(yǎng)殖模式和水質(zhì)管理方法以及探索低碳漁業(yè)提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 實驗池塘概況

2021年4月— 8月(具體為4.24,5.29,6.29,7.27,8.27),在遼寧省丹東市東港地區(qū)選取兩個混養(yǎng)池塘,1#池(N39°.846967,E123°.831899)和2#池(N39°.84877,E123°.833702)進行實驗。其中1#混養(yǎng)池塘(海蜇-縊蟶-牙鲆-中國明對蝦)面積為8 hm2,2#混養(yǎng)池塘(海蜇-縊蟶-牙鲆-中國明對蝦-三疣梭子蟹)面積為8.2 hm2,兩個池塘均每月?lián)Q水一次,池塘換水量及月水深變化詳情見表1,池塘的放養(yǎng)情況見表2,其中海蜇采取輪放輪捕的養(yǎng)殖方式,牙鲆由小規(guī)格養(yǎng)至大規(guī)格收獲,縊蟶和中國明對蝦由放苗養(yǎng)成至收獲。

表1 混養(yǎng)池塘換水量及月份水深變化 m

表2 混養(yǎng)池塘生物放養(yǎng)種類密度及收益

1.2 試驗方法

1.2.1 樣品采集 兩種混養(yǎng)池塘均設(shè)置3個采樣點,即池塘的進水口、中心和出水口,均采集各個點位中層水樣,實驗期間每月對池塘水樣采集1次,共采樣5次。用5 L的水生-80型采水器采集池塘的有機碳及懸浮顆粒物樣品和浮游植物、浮游動物以及細菌樣品:浮游植物的樣品需采集1 L水樣,當(dāng)場滴加15 mL魯哥氏液進行固定,再靜置24 h以上濃縮至50 mL用常規(guī)法鏡檢計數(shù);浮游動物樣品為經(jīng)過25號浮游生物網(wǎng)過濾(孔徑64 μm)50 L水樣后的網(wǎng)內(nèi)過濾物采集,獲得的浮游動物樣品裝瓶加入5%甲醛溶液進行固定;浮游細菌的樣品需采集100 mL水樣,置于預(yù)先經(jīng)過滅菌消毒處理后的容器瓶中,當(dāng)場滴加3%無顆粒的甲醛進行固定,搖勻后保存。

1.2.2 總懸浮顆粒物及其有機質(zhì)含量 將混合均勻的水樣200 mL,使用經(jīng)過預(yù)先處理過(450 ℃灼燒2 h,并稱重獲取W0)的直徑為25 mm,孔徑為0.2 μm 的 Whatman GF/F 玻璃纖維濾膜進行過濾,樣品中懸浮物會截留在玻璃纖維濾膜上,將濾膜放在烘干箱中60 ℃下烘干72 h后稱重獲取W60,再將烘干樣品放入馬弗爐中,在550 ℃下灼燒2 h后稱重獲取W550(稱重用超微天平完成)。根據(jù)下式進行計算:

TPM=(W60-W0)/V

POM=(W60-W550)/N

總顆粒物(TPM,total particulate matter)、顆粒有機物含量(POM,Particulate organic matter)[4]。

1.2.3 有機碳的測定 將混合均勻的水樣50 mL過濾在兩張孔徑為0.2 μm、直徑25 mm的Whatman GF/F玻璃纖維濾膜上(已高溫450 ℃灼燒2 h)做為平行樣,為校正濾過過程中濾膜吸收的溶解有機碳,同時將1張空白膜(450 ℃灼燒過2 h)用平行的水樣濾液浸泡來作為對照,即每個池塘水樣共3張濾膜,皆用濃鹽酸熏蒸20 min,再置于烘干箱中60 ℃下烘干24 h[5]。水樣的濾液同樣用日本島津公司生產(chǎn)的總有機碳分析儀(SSM-5000A)分析獲得溶解有機碳(DOC,dissolved organic carbon)的濃度;烘干后的濾膜用有機碳分析儀測定獲得顆粒有機碳(POC,particulate organic carbon)含量。

1.2.4 浮游生物和細菌的干重及有機碳計算 浮游植物及浮游動物樣品分別使用浮游植物計數(shù)框和浮游動物計數(shù)框在實驗室內(nèi)使用顯微鏡進行種類鑒定和計數(shù)定量,再計算生物量,具體操作參照《水生生物學(xué)》[6]。浮游細菌樣品內(nèi)的細菌總數(shù)利用熒光顯微計數(shù)法(AODC)進行定量計數(shù)[7]。按照浮游生物生物量(濕重)的1/7換算浮游生物干重[8]。腐質(zhì)和浮游細菌量由有機懸浮顆粒物的含量減去浮游生物干重即可得到;浮游生物碳可由浮游生物的干重乘以系數(shù)0.40換算[9-10],細菌的生物量用20 fg/cell進行換算,結(jié)果以碳表示[11];浮游細菌的干重按照系數(shù)0.10由生物量進行換算[7,12]。

2 結(jié)果與分析

2.1 總顆粒懸浮物

實驗池塘顆粒懸浮物含量、構(gòu)成及其時間變化如圖1所示,1#混養(yǎng)池塘總懸浮顆粒物含量平均為44.05±10.36 mg/L,變動于33.15～56.65 mg/L之間;有機懸浮顆粒物含量平均為11.73±3.25 mg/L,變動于8.59～22.23 mg/L之間;無機懸浮顆粒物含量平均為32.32±7.18 mg/L,變動于24.55 ～39.40 mg/L之間。2#混養(yǎng)池塘總懸浮顆粒物含量平均為39.38±3.89 mg/L,變動于33.14 ～54.49 mg/L;有機懸浮顆粒物含量平均為13.54±3.09 mg/L,變動于8.81 ～20.45 mg/L;無機懸浮顆粒物含量平均為25.84±1.14 mg/L,變動于24.20～34.04 mg/L。1#和2#池塘的總懸浮顆粒物中有機懸浮顆粒物的占比分別為26.63%和34.39%,無機物與有機物的比例分別為2.75∶1和1.91∶1。1#混養(yǎng)池塘4.5月的總顆粒懸浮物和無機懸浮顆粒物含量都明顯高于2#混養(yǎng)池塘,6、7、8月份差異減小;2#混養(yǎng)池塘的有機顆粒懸浮物整體小于1#混養(yǎng)池塘。

圖1 混養(yǎng)池塘顆粒懸浮物含量、構(gòu)成及其時間變化

2.2 浮游生物

混養(yǎng)池塘浮游生物干重含量、構(gòu)成及其時間變化如圖2所示,1#混養(yǎng)池塘的總浮游生物干重平均為0.569±0.247 mg/L,變化在0.306 ～0.853 mg/L之間,在有機懸浮顆粒物中占比4.85%;浮游植物占浮游生物總量的41.63%,干重變化在0.051 ～0.464 mg/L之間,平均為0.237±0.150 mg/L;浮游動物干重占浮游生物總量的58.37%,變化在0.216 ～0.580 mg/L之間,平均為0.332±0.156 mg/L。

圖2 混養(yǎng)池塘浮游生物干重組成及其時間變化

2#混養(yǎng)池塘的總浮游生物干重變化在0.192 ～0.550 mg/L之間,平均為0.356±0.200 mg/L,在有機懸浮顆粒物中占比2.63%;浮游植物干重占浮游生物干重總量的23.85%,變化于0.043 ～0.185 mg/L之間,平均干重為0.085±0.070 mg/L;浮游動物干重占浮游生物干重總量的76.14%,變化于0.143 ～0.449 mg/L之間,平均干重為0.271±0.155 mg/L。

2.3 腐質(zhì)和浮游細菌

兩個混養(yǎng)池塘腐質(zhì)及浮游細菌含量及其時間變化如圖3所示,1#混養(yǎng)池塘腐質(zhì)和浮游細菌含量平均為12.28±6.29 mg/L,變化范圍7.09 ～21.96 mg/L;2#混養(yǎng)池塘腐質(zhì)和浮游細菌含量平均為13.57±5.45 mg/L,變化范圍8.61 ～20.35 mg/L。兩個混養(yǎng)池塘的腐質(zhì)和浮游細菌分別在有機懸浮顆粒懸浮物的構(gòu)成中占比93.67%和97.59%。

圖3 混養(yǎng)池塘腐質(zhì)及浮游細菌含量及其時間變化

通過以上研究,可以看出兩個混養(yǎng)池塘的總懸浮顆粒物在組成上以無機懸浮顆粒物為主,有機懸浮顆粒物的主要組成部分是腐質(zhì)和浮游細菌(圖4)。

圖4 混養(yǎng)池塘懸浮顆粒物結(jié)構(gòu)

通過以上研究,可以看出兩個混養(yǎng)池塘的總懸浮顆粒物在組成上以無機懸浮顆粒物為主,有機懸浮顆粒物的主要組成部分是腐質(zhì)和浮游細菌(圖4)。

2.4 浮游細菌密度及生物量

1#池塘的浮游細菌密度變動于(0.58 ～2.41)×105cell/mL之間,平均為(1.52±0.80)×105cell/mL; 2#池塘的浮游細菌密度變動于(0.55～2.62)×105cell/mL之間,平均為(1.48±0.84)×105cell/mL。細菌的生物量按20 fg/cell計算,來完成把異養(yǎng)細菌密度轉(zhuǎn)化為以碳為單位的生物量的轉(zhuǎn)換[10],通過計算可得浮游細菌生物量。如圖5所示,1#混養(yǎng)池塘的浮游細菌生物量變化范圍是(1.16～4.82)×10-3mg/L,平均為(3.05±1.61)×10-3mg/L;2#池塘的浮游細菌生物量變化范圍是(1.10 ～5.23)×10-3mg/L,平均為(2.96±1.68)×10-3mg/L,含量皆不足總懸浮顆粒物的0.01%。

圖5 混養(yǎng)池塘浮游細菌的生物量及時間變化

2.5 有機碳含量及其分布

實驗池塘有機碳含量及其時間變化如表3所示,1#混養(yǎng)池塘的總有機碳(TOC)的變化范圍為6.18～11.56 mg/L,平均為8.29±2.53 mg/L;溶解有機碳(DOC)的變化范圍是3.68～6.76 mg/L,平均含量為5.43±2.03 mg/L;顆粒有機碳(POC)的變化范圍為2.33 ～3.68mg/L,平均含量為3.13±1.62 mg//L。2#混養(yǎng)池塘的總有機碳(TOC)的變化范圍為8.68～13.39 mg/L,平均為11.43±2.49 mg/L;溶解有機碳(DOC)的含量變化在6.12～9.01 mg/L之間,平均含量為7.01±1.27 mg/L; 顆粒有機碳(POC)的變化范圍為2.05～7.06 mg/L,平均為4.42±2.37 mg/L。經(jīng)計算可知(浮游生物干重按0.4系數(shù)換算,變換趨勢相同):在兩個混養(yǎng)池塘中,總有機碳(TOC)的主要組成部分都是溶解有機碳(DOC),而腐質(zhì)及浮游細菌碳是顆粒有機碳的主要組成部分,其中含量腐質(zhì)碳>浮游動物碳>浮游植物碳>細菌碳(圖6)。

圖6 試驗池塘中有機碳的組成

表3 混養(yǎng)池塘有機碳含量及其時間變化

3 討論與結(jié)論

從總顆粒懸浮物含量來看,兩個實驗池塘平均含量較為接近(表3),同其他水域生態(tài)系統(tǒng)相比較,總顆粒懸浮物約為鹽堿池塘(15.53 mg/L)[13]和武漢東湖(17.58 mg/L)[10]的2～3倍左右,但遠不及對蝦養(yǎng)殖池塘(72.26 mg/L)[4]和刺參養(yǎng)殖池塘(73.10 mg/L)[1],這是因為相比自然水體與水庫,養(yǎng)殖池塘面積較小且生物放養(yǎng)密度較大,并伴有長期投鉺等人工干預(yù)措施,而相比對蝦和刺參等單一物種養(yǎng)殖池塘,“海蜇- 縊蟶-牙鲆-對蝦”的立體混養(yǎng)模式總懸浮顆粒物含量的波動更為平穩(wěn),顯示出了更強的自我調(diào)節(jié)能力;總含量雖與和淡水養(yǎng)魚池(37.53 mg/L)較為接近[14],但有機物含量比例卻相差甚遠,這主要與放養(yǎng)生物種類以及密度的不同以及水體的底質(zhì)、深淺、營養(yǎng)狀況及當(dāng)?shù)氐臍夂驐l件有關(guān),是多方面因素造成的。

與2016年同類型的混養(yǎng)模式的懸浮物結(jié)構(gòu)特征的調(diào)查結(jié)果比較[2],兩個實驗池塘的總顆粒懸浮物,以及無機和有機懸浮顆粒物的含量都有所降低,但與其平均26%的有機顆粒物占比仍相似。從實驗期間的幾次結(jié)果來看,兩個池塘的有機顆粒懸浮物含量的波動一致,皆是“升-降-升-降”的趨勢,兩者的腐質(zhì)與細菌的干重的波動趨勢也與之相仿且含量相差不大,有機懸浮顆粒物也皆由細菌及腐質(zhì)碎屑占據(jù)主要構(gòu)成,同時腐質(zhì)及浮游細菌碳也是顆粒有機碳的主要組成部分,這與刺參養(yǎng)殖池塘[1]和淡水養(yǎng)魚池塘[14]等研究結(jié)果相近。反之1#混養(yǎng)池塘和2#混養(yǎng)池塘的浮游生物干重含量與波動有很大不同,這主要是因為兩個池塘的放養(yǎng)生物密度與種類不同。該種混養(yǎng)模式養(yǎng)殖對象中,縊蟶主要濾食硅藻,海蜇主要攝食浮游動物,中國明對蝦和牙鲆攝食大部分依靠人工投喂的餌料,其中牙鲆也攝食部分病弱中國明對蝦,兩者的糞便不僅為浮游單胞藻和底棲硅藻生長提供營養(yǎng),還為縊蟶提供了餌料[15],梭子蟹前期可能會攝食一些浮游藻類,后期主要與海蜇競食浮游動物[16]。2#混養(yǎng)池塘相比1#混養(yǎng)池塘擁有更大密度的縊蟶(表2),且具有1#混養(yǎng)池塘不具有的三疣梭子蟹,這導(dǎo)致了2#混養(yǎng)池塘較少浮游動物和浮游植物的含量與不同波動。而二者的DWP/DWZ平均值皆小于1,按照系數(shù)換算,浮游植物碳少于浮游動物碳,并不符合生態(tài)學(xué)中浮游植物碳一般要高于浮游動物碳能量流動的原理,可能是養(yǎng)殖過程中縊蟶大量濾食浮游植物所致。

水體中的總有機碳(TOC)是監(jiān)測水體有機污染物含量的主要綜合指標(biāo)之一,其包括顆粒有機碳(POC)和溶解有機碳(DOC)兩部分,DOC/POC可以反映水體的富營養(yǎng)化水平。兩個池塘的DOC/POC在0.90～3.56之間波動,與對蝦養(yǎng)殖池塘[4]、刺參養(yǎng)殖池[1]、鹽堿池塘[13]以及16年的同種混養(yǎng)模式的池塘[2]的研究結(jié)果基本一致,但高于淡水高產(chǎn)魚池[14]。

綜合懸浮顆粒物與有機碳的含量對比以及兩個池塘的效益(表2)來看,相比已經(jīng)試驗推廣施行多年的“海蜇-縊蟶-牙鲆-對蝦”混養(yǎng)模式來說,加入新的養(yǎng)殖物種——三疣梭子蟹后,有機顆粒物和有機碳的總占比提升,但浮游生物生物量下降,如要得到更好的效益以及水質(zhì)狀態(tài)和水體生態(tài)平衡,還需在放養(yǎng)生物的數(shù)量比例上繼續(xù)調(diào)整。