象山港大黃魚Pseudosciaena crocea網箱養殖區沉積物-水界面營養鹽通量研究

廖紅芳，鄭忠明，REGAN Nicholaus，朱津永

(1.寧波大學 海洋學院，浙江 寧波 315211; 2.臨武一中， 湖南 郴州 424300; 3. 浙江海洋高效健康養殖協同

創新中心，浙江 寧波 315211)

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象山港大黃魚Pseudosciaenacrocea網箱養殖區沉積物-水界面營養鹽通量研究

廖紅芳1,2,3，鄭忠明*1,3，REGAN Nicholaus1,3，朱津永1,3

(1.寧波大學 海洋學院，浙江 寧波 315211; 2.臨武一中， 湖南 郴州 424300; 3. 浙江海洋高效健康養殖協同

創新中心，浙江 寧波 315211)

摘要:2013年5月、8月和11月調查了象山港大黃魚網箱養殖區及附近沉積物中總有機氮(TON)、總有機碳(TOC)和總磷(TP)含量，并采用實驗室模擬法研究了底泥耗氧率(SOCs)和沉積物-水界面營養鹽和)通量。結果表明：養殖區(YZ)沉積物中的TON和TP含量顯著高于距離養殖區50 m(F1)和100 m(F2)的區域(P<0.05)。底泥釋放到上覆水中，但是從上覆水中吸收和。沉積物-水界面營養鹽通量表現出明顯的季節性變化，在8月，及的釋放量達到最大值。上覆水中和的質量濃度隨著沉積物-水界面營養鹽通量的變化而變化。研究表明，象山港大黃魚養殖活動對養殖區底泥造成了一定污染，且通過影響沉積物-水界面營養鹽通量影響上覆水中營養鹽分布，最終給整個養殖系統造成生態負擔。

關鍵詞:養殖；大黃魚；底泥；營養鹽通量；象山港

0引言

網箱養殖在過去20 a迅速發展，是全球水產養殖業中增長最快的產業之一。然而在其迅速擴增的同時，對周邊環境也造成了一定的困擾。網箱養殖對周邊環境的影響主要是產生殘餌、排泄物等有機廢物[1-2]，它們絕大部分以顆粒態形式沉積到底泥中，使沉積物質量迅速惡化[3]。積累到底泥中的有機物經過一系列的生物地球化學作用，最終以氮、磷等可溶性營養鹽形式釋放到水中，可能造成水體富營養化[4]。被污染的沉積物成為潛在污染源，反過來影響整個水產養殖系統甚至還會威脅野生生物和人類的健康[5-6]。近幾年，越來越多的人關注網箱養殖對沉積環境造成的影響[7-8]。養殖對沉積環境的影響與漁場地點、養殖種類、投喂飼料、養殖規模及周圍生物區系對固體廢棄物的吸收能力等有關[9-10]。

大黃魚是重要的經濟魚類，在我國廣泛養殖。象山港內灣西瀘港是大黃魚的主要養殖基地之一，總面積約52 km2，水深為10～20 m。象山西瀘港口小港大，其頸門最窄處寬僅為1 km左右，水體交換能力弱。近幾年網箱數量成倍增長，養殖區域環境問題日益凸顯，養殖活動對周圍環境造成的影響逐漸引起人們的關注[11-12]。但是目前關于大黃魚網箱養殖對沉積環境的影響了解較少。本文通過測定沉積層中氮、磷等有機物含量及沉積物-水界面營養鹽通量，調查大黃魚網箱養殖對沉積環境及整個水域生態系統的影響，以期對水產養殖業可持續發展戰略制定及整個海岸區域的管理提供科學支持。

1方法

1.1研究地點及樣品采集

分別于2013年5月、8月和11月在象山西瀘港生態養殖基地大黃魚養殖區 (29°32′0.16″N，121°45′4.09″E)采集樣品。有3個采樣點：大黃魚養殖區(YZ)、距離大黃魚網箱養殖區50 m(F1)及100 m(F2)區域(圖1)，每個地點隨機采3個樣品。

圖1　采樣站點示意圖Fig.1　Sketch map of sample sites

用無擾動沉積物采樣器[13]采集沉積物。迅速將采集的樣品用沉積物轉移裝置(圖2)轉移至直徑與采樣管一樣的培養管中，使培養管中的泥深為20 cm左右，注意避免沉積物擾動。培養管底部用塑料薄膜密封，頂端蓋上橡膠蓋。立即將采好的泥樣避光冷凍保存，以抑制底棲生物和微生物活動，從而降低生物影響。用采水器采集水樣。用YSI Proplus 型多參數測量儀現場測定水溫及水中溶解氧。樣品采好后在1 h內帶回實驗室。

圖2　沉積物轉移裝置示意圖Fig.2　Sketch map of sediment transfer device

1.2實驗室模擬實驗

圖3　沉積物培養裝置示意圖Fig.3　Sketch map of benthic chamber specially designedand built for the present study

1.3參數測定及分析方法

(1)

式中：F表示營養鹽通量或底泥耗氧率；ΔC表示培養前后營養鹽或氧質量濃度的變化(同時用空白對照校正)；V表示培養管中上覆水的體積；A表示培養管底部的橫截面積；t表示培養時間。F為正則表示沉積物向水中釋放出營養物質，為負則表示營養鹽進入沉積物中。

用元素分析儀 vario EL cube測定沉積物中總有機氮(TON)、總有機碳(TOC)及硫化物的含量；TON和TOC測定之前采用氣相法酸化，將沉積物放入盛有濃鹽酸的干燥器中過夜，然后在烘箱(60 ℃)中烘干，除去過量的鹽酸。參照MUDROCH et al[15]的方法測定沉積物中的總磷(TP)。 采用燒失重法測定沉積物中有機物(OM)含量，稱取一定量濕沉積物，在105 ℃下烘4 h，將烘干的沉積物在550 ℃下馬弗爐中燒5 h，前后損失的質量與原有干沉積物質量的比值為LOI(Loss-on-Ignition)，即沉積物中OM含量[16]。

1.4數據分析

采用SPSS 17.0分析數據。沉積物中的TP、TON

和 TOC含量及沉積物-水界面營養鹽通量先進行單因素方差分析(ANOVA)，然后用Duncan法進行多重比較。方差分析前先檢驗方差齊性。顯著性的臨界值為0.05。百分比數據(包括TOC、TON和TP含量)先通過反正弦轉換后再進行統計分析。用Origin 8.0 作圖。

2結果

2.1底泥理化性質

3次采樣中，YZ區沉積物(1～20 cm)有較強的魚腥臭味，除8月采集樣品的8～20 cm層為灰褐色外，沉積物物理特征類似，均為深灰色，夾雜著黑色團塊。F1和F2區的沉積物(1～20 cm)略帶魚腥味，為灰褐色。

圖4　2013年5月、8月和11月養殖區(YZ)、50 m區(F1)和100 m區(F2)沉積物中總磷含量Fig.4　Values of total phosphorous in sediments for the fish farm (YZ), the stations 50 m away (F1) and 100 m away (F2)in May 2013, Aug. 2013 and Nov. 2013誤差棒為標準差(n=3)Error bars indicate standard deviations (n=3)

圖5　2013年5月、8月和11月養殖區(YZ)、50 m區(F1)和100 m區(F2)沉積物中總有機碳(a)和總有機氮(b)含量Fig.5　Values of total organic carbon (a) and total organic nitrogen (b) in sediments for the fish farm (FZ), the stations 50 maway (Y1) and 100 m away (Y2) in May 2013, Aug. 2013 and Nov. 2013誤差棒為標準差(n=3)Error bars indicate standard deviations (n=3)

YZ區沉積物中TP(圖4)、TON和TOC含量(圖5)的變化范圍分別為21.625～40.125 μmol/g、0.049%～0.097%和0.504%～0.814%，而F1區和F2區沉積物中相應有機質的含量分別為 19.200～25.083 μmol/g、0.051%～0.069%和0.493%～0.798%。水平分布上，YZ區沉積物中的TP 和 TON含量顯著高于F1和F2區(P<0.05)；YZ區表層沉積物(0～4 cm)中的TOC含量高于F2區，但是只有8月份時有顯著性差異(P<0.05)。從季節性變化來看，YZ區表層沉積物(0～4 cm 層)中，TP含量8月最高，5月最低；TON和TOC含量由高到低依次為11月>5月>8月。沉積物中有機物(OM)的變化范圍是1.55%～2.35%，平均為1.95%(表1)。除11月外，YZ區沉積物中有機物含量高于F1和F2區，5月時與F2區差異顯著(P<0.05)。沉積物中硫化物的含量為0.17%～0.48%，各站位間差異不顯著(P>0.05)，說明F1和F2區與YZ區站位沉積物的氧化還原條件基本相似。

表1　養殖區(YZ)、50 m區(F1)和100 m區(F2)沉積物中有機物(OM)和硫化物(S)含量

2.2采樣區海水水質參數

表2　養殖區(YZ)、50 m區(F1)和100 m區(F2)海水溫度及水中溶解氧和營養鹽質量濃度

2.3底泥耗氧率(SOCs)及營養鹽通量

YZ區底泥耗氧率(SOCs)除5月外，均高于F1和F2區 (圖6)。8月，YZ區SOCs與F1區差異顯著(P<0.05),而11月則與F2區有顯著性差異(P<0.05)。YZ區在8月耗氧量最高，5月最低。

圖6　2013年5月、8月和11月養殖區(YZ)、50 m區(F1)和100 m區(F2)底泥耗氧率(SOCs)Fig.6　Sediment oxygen consumption (SOCs) rates for thefish farm (YZ), the stations 50 m away (F1) and 100 maway (F2) in May 2013, Aug. 2013 and Nov. 2013誤差棒表示標準差(n=3)。字母a和b表示不同地點差異顯著，為同一字母則無顯著性差異 (P<0.05)Error bars indicate standard deviations (n=3). Letters a and bindicate that there are notable differences in different sites, thesame letter means no notable differences (P<0.05)

3討論

3.1底泥理化性質

圖7　2013年5月、8月和11月養殖區(YZ)、50 m區(F1)和100 m區(F2)沉積物-水界面和通量Fig.7　Benthic fluxes of (a), (b), (c) for the fish farm (YZ), the stations 50 m away (F1)and 100 m away (F2) in May 2013, Aug. 2013 and Nov. 2013

已有研究顯示，養殖活動能導致沉積物的有機污染[11,15 ]。沉積層有機物的積累很可能引起水體富營養化[5]，當底泥中有機物的含量達到9%時，甚至會降低底棲生物群落的多樣性[17]。本研究中，YZ區表層沉積物中的TP和TON含量顯著高于F1和F2區，表明大黃魚養殖活動導致了沉積物中有機物的積累。養殖活動對沉積環境影響的大小及范圍常因地點而異[10,18]。CRANFORD et al[18]和YOKOYAMA et al[8]研究指出養殖活動能影響周圍300 m的區域。本實驗中，養殖區周圍區域(F1和F2區)沉積物中的TON(0.051%～0.069%)、TOC含量(0.493%～0.798%)與其他養殖區沉積物中的有機物含量差不多(表3)，表現出了有機物富集的趨勢，表明大黃魚養殖活動對養殖區周圍100 m區域的沉積物造成了有機污染。本研究區域沉積物中有機物含量顯著低于菲律賓波里納奧刺目魚養殖區[7](表 3)，這可能與養殖種類和養殖區域水文條件(本研究區為典型的半日潮)有關。研究發現，本研究區域沉積物中的TON和TOC含量與東海赤潮高發區表層沉積物中TON(0.047%～0.110%)和TOC(0.32%～0.82%)含量差不多[19]，暗示大黃魚養殖活動造成的有機污染可能會引起養殖水域水體富營養化。

表3　各養殖區表層沉積物中TON、TOC和TP含量比較

注：空白處表示無數據

3.2沉積物-水界面營養鹽通量

沉積物中氧氣的消耗過程由微生物介導的有機物氧化及營養鹽的還原所驅使[24]。本研究中，養殖區的耗氧量表現為8月最大，除了受溫度影響外，沉積層中有機物的供給速率及有機物含量的增加是底泥耗氧量增多的一個很重要的因素[25]。有機物堆積在沉積物中，促使分解有機物的微生物群落迅速增長,導致沉積層中的耗氧大大增加[26]，這可能使底泥形成亞氧化層甚至形成無氧區域，最終影響底部營養鹽的再生。本實驗中YZ區的SOCs顯著高于F1和F2區，在其他受養殖活動影響的區域也觀察到了這種現象[11]。

表4　各養殖區沉積物-水界面營養鹽通量比較

注：空白處表示無數據

本實驗中各營養鹽通量表現出明顯的季節性變化，養殖區的通量在8月達到最值，可能是8月養殖活動強度較大，產生的殘餌、糞便等有機物較多，促使微生物大量繁殖，加速了各種反應；8月溫度較高，促進了離子的擴散，也是8月通量值達到最值的原因之一。

4小結

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Study on nutrient fluxes of sediment-water interface in cage culture zone of large yellow croakerPseudosciaenacroceain Xiangshan Bay

LIAO Hong-fang1,2,3, ZHENG Zhong-ming*1,3, REGAN Nicholaus1,3, ZHU Jin-yong1,3

(1.SchoolofMarineSciences,NingboUniversity,Ningbo315211,China；2.TheFirstMiddleSchoolofLinwu,Chenzhou424300,China; 3.CollaborativeInnovationCenterforZhejiangMarineHigh-efficiencyandHealthyAquaculture,Ningbo315211,China)

Abstract:Undisturbed sediment samples were collected from the cage culture zone and nearby of large yellow croaker’ farm in Xiangshan Bay in May, Aug. and Nov. of 2013. Total organic nitrogen (TON), total organic carbon (TOC) and total phosphorus (TP) in the sediments were determined. A simulated experiment was conducted to study the sediment oxygen consumption (SOCs) rates and ) fluxes between water column and sediments. TON and TP values of sediment in cage-zone(YZ) are generally significantly higher than those in stations of 50 m away (F1) and 100 m away (F2) (P<0.05). The sediments release to the overlying water where as they takes up and . Benthic fluxes show that intensive seasonal variations and the release of and reach peak values in August, which response to increased organic input due to the yellow croaker farming. The nutrient concentration in water changes with benthic nutrient fluxes among seasons. The results obtained in this study imply that the ongoing aquaculture activities have led to sediment organic pollution at certain extent and the polluted sediment could affect the benthic nutrient fluxes, which might cause the redistribution of nutrients in water column.

Key words:fish farming; yellow croaker; sediment; nutrient flux; Xiangshan Bay

Doi:10.3969/j.issn.1001-909X.2016.01.011

中圖分類號:S967.3

文獻標識碼:A

文章編號:1001-909X(2016)01-0084-09

作者簡介:廖紅芳(1988-)，女，湖南郴州市人，主要從事近海養殖水域生態方面的研究。E-mail：nicelhf@163.com*通訊作者:鄭忠明(1965-)，男，教授，主要從事水域生態學方面的研究。E-mail：zhengzhongming@nbu.edu.cn

基金項目:國家科技支撐計劃項目資助(2011BAD13B08)；國家星火計劃項目資助(2013GA701020)；寧波自然科學基金項目資助(2012A610168)

收稿日期:2014-11-05修回日期:2015-12-08

廖紅芳，鄭忠明，REGAN Nicholaus，等.象山港大黃魚Pseudosciaenacrocea網箱養殖區沉積物-水界面營養鹽通量研究[J].海洋學研究,2016,34(1):84-92,doi:10.3969/j.issn.1001-909X.2016.01.011.

LIAO Hong-fang, ZHENG Zhong-ming, REGAN Nicholaus, et al. Study on nutrient fluxes of sediment-water interface in cage culture zone of large yellow croakerPseudosciaenacroceain Xiangshan Bay[J]. Journal of Marine Sciences, 2016,34(1):84-92, doi:10.3969/j.issn.1001-909X.2016.01.011.