珍珠龍膽石斑魚高位養殖池塘氮磷動態及收支的研究

廖洪平，張文琦，鄧泳妍，劉培欽，唐匯娟

華南農業大學海洋學院，廣州 510642

氮（nitrogen，N）、磷（phosphorus，P）是水生生態系統能量流動和物質循環中重要的營養物質，其含量直接影響整個水生生態系統的水質狀況和水生生物的多樣性和豐富度，甚至是生態系統的平衡［1］。如今我國水產品的池塘養殖規模不斷擴大，隨之衍生的水消耗量高、養殖水污染和水產品質量下降等問題嚴重制約了池塘養殖的可持續發展［2］。人工養殖投入的餌料中只有部分N、P被養殖物種攝食并吸收，還有一部分N、P以殘餌、糞便或排泄的方式滯留在水體中或沉積在底泥中［3］。水體中N、P濃度過高會直接影響水產品的存活和生長，而養殖廢水的排放會導致鄰近水域的富營養化［4］。水體中滯留的N、P以有機物或無機物的形式存在，促進浮游生物的迅速繁殖，水體透明度下降，溶解氧減少，以致養殖魚類缺氧或感染疾病引起大量死亡［5］。2017年第二次全國污染普查，水產養殖業排放的總氮（TN）和總磷（TP）含量達9.91萬t和1.61萬t，這給我國污水治理帶來巨大壓力［6］，加強池塘養殖水的治理勢在必行。對我國養殖池塘N、P動態變化和收支進行研究［7-8］，可以有效地評價養殖污染情況，從而尋求針對性方法進行治理。

珍珠龍膽石斑魚又稱龍虎斑或珍珠斑，是龍膽石斑（Epinephelus lanceolatus♂）與老虎斑（Epineph?elus luscoguttatus♀）雜交的新品種，其具有生長快、抗病能力強和肉質鮮嫩等優點［9］，備受人們喜愛，目前在我國市場價格價值較高，已經成為我國主要的海水養殖品種之一。筆者對珍珠龍膽石斑魚在高位池養殖過程中的水體N、P含量的動態變化、飼料中N、P利用率以及整個養殖池塘的N、P收支進行研究，旨在為調節養殖結構和進一步了解石斑魚養殖N、P排放問題提供理論依據，并為我國水產養殖行業的發展和管理及減少對環境的副作用提供參考。

1 材料與方法

1.1 試驗池塘與飼養管理

試驗選取海南省東方石斑魚養殖基地作為養殖試驗地點，隨機挑選3個養殖效果較好、面積一致（0.33 hm2）、水深1.5 m左右的高位池養殖池塘作為研究對象。放苗前經過1個月的干塘曝曬并進行消毒，從鄰近的凈水池塘引入養殖水，每口塘都配有1臺1 500 W增氧機。3個池塘分別記為A、B、C池，分別投放體質量83.25、71.8和59.85 g的珍珠龍膽石斑魚苗22 861、20 165和21 580尾。放苗時間為8月13日，投喂相同生物配方飼料，每天08：00時和18：00時各投喂1次，記錄每天的飼料投喂量。每天定時巡塘，統計并打撈死魚，養殖期間定期換水，以保證溶解氧等水質指標，記錄排入的水量并對排入水進行采集。試驗于10月7日結束，試驗總共為期55 d。

1.2 水樣的采集與分析

水樣的采集包括池塘進水和排水的水樣。池塘初始進水的水樣放苗1周后開始進行采樣，此后每5 d采集1次水樣，養殖期間換進的新水和排出的水從進水管和出水管采集水樣，直到養殖試驗結束。采集方法為從魚塘4個角采集等量的水，均勻混合后對水體中葉綠素a及N、P營養鹽等指標進行檢測，采樣的同時現場測定3個池塘的溶解氧、pH和透明度。采集的水樣當天測定，銨態氮（NH4+-N）采用靛酚藍分光光度法（GB/T7479-1987）、亞硝態氮（NO2--N）采用重氮偶合分光光度法（GB/T5750.5-2006）、硝態氮（NO3--N）采用紫外分光光度法（GB/T5750.5-2006）、總氮（TN）采用堿性過硫酸鉀消解紫外分光光度法（GB/T11894-1989）、磷酸鹽（PO43--P）采用鉬酸銨分光光度法（GB/T11894-1989）、總磷（TP）用過硫酸鉀消解鉬酸銨分光光度法（GB/T11893-1989）測定。

1.3 魚體和飼料的N、P含量的分析

分別在投放魚苗和試驗結束時從不同的魚塘采集魚樣，全魚于冷凍干燥機（-35 ℃）干燥至恒質量，然后粉碎并混合均勻。采集投喂的飼料，同樣冷凍干燥后粉碎混合均勻。處理后的魚樣和飼料樣品通過凱氏定氮法測定總氮含量（GB/T 6432-2018），用鉬黃比色法測定總磷含量（GB/T 6437-2018）。

1.4 飼料利用率的計算

在養殖過程中，珍珠龍膽石斑魚對飼料N、P的利用率由以下公式計算：

上式中，N1為試驗結束時魚體含氮量；N0為試驗開始時魚體含氮量；FN為飼料的含氮量；P1為試驗結束時魚體含磷量；P0為試驗開始時魚體的含磷量；P為飼料含磷量；W1為試驗結束時魚的體質量；W0為試驗開始時魚的體質量；T為試驗時間；F為投喂飼料的總質量。

1.5 N、P收支公式

根據物質平衡原理，對珍珠龍膽石斑魚養殖池塘中氮磷的輸入和輸出進行評估，具體計算公式如下：

上式中，A0表示初始水體N、P含量；Af表示投入飼料中的N、P含量；Ar表示進水中N、P含量；A表示初始魚體中N、P含量；A1表示試驗結束時水體中N、P含量；A'表示試驗結束時魚體N、P含量；U表示排水及其他N、P含量，由于養殖期間鮮少下雨，通過雨水輸入的氮磷忽略不計。

2 結果與分析

2.1 池塘理化指標狀況

養殖期間3個池塘中pH值、透明度、溶解氧和葉綠素a的質量濃度見表1。結果顯示，整個養殖期間pH維持在8 mg/L左右，水體溶解氧較為豐富，平均值為8.64～9.55 mg/L。葉綠素a的質量濃度較高，并呈現為A塘>B塘>C塘。3個池塘的透明度均較低。

表1 養殖期間3個高位養殖池塘理化指標 （X±SD ）Table 1 Physicochemical items of the three higher-place aquaculture ponds during the breeding period

2.2 N、P的動態變化

3個池塘各種形態的氮磷和總氮總磷含量的動態變化情況見圖1。各種形態的氮均呈不規則變化，其中NH4+-N質量濃度在0～1.00 mg/L變動，A、B、C池塘的平均值依次為0.29、0.26和0.15 mg/L。NO2--N質量濃度在0.09～2.86 mg/L變動，3個池塘平均值分別為1.20、0.64、0.38 mg/L，而NO3--N質量濃度的平均值依次為1.59、1.11、0.93 mg/L。3個池塘3種形態的無機氮質量濃度均表現為A塘>B塘>C塘。相對而言總氮的變化比較平穩，其平均值依次為7.11、6.14、7.13 mg/L。

圖1 養殖期間3個高位養殖池水體NH4+-N（ A）、NO2--N（ B）、NO3--N（ C）、TN（D）、PO43--P（ E）和TP（ F）的動態變化Fig. 1 Dynamics of the concentration of NH4+-N（ A），NO2--N（ B），NO3--N（ C），TN（ D），PO43--P（ E） and TP（ F） in the three higher-place aquaculture ponds water during the breeding period

養殖期間，PO43--P的質量濃度在3個池塘整體呈上升的趨勢，其中A塘PO43--P質量濃度在0.26～0.78 mg/L，B塘 在0.3～0.57 mg/L，C塘 在0.04～0.19 mg/L。同無機氮一樣，PO43--P的質量濃度也表現為A塘>B塘>C塘。TP的質量濃度除了9月12日存在1個高峰，大部分時間較為穩定，3個池塘的平均值依次為1.41、1.07、0.38 mg/L。3個池塘中PO43--P含量平均占總P的51.0%、50.0%和57.0%。

2.3 珍珠龍膽石斑魚的存活、生長及氮磷利用率

1）存活和生長情況。養殖試驗結束后，統計珍珠龍膽石斑魚的存活和生長情況，具體結果見表2。3個池塘的石斑魚存活率都較高，在99.5%以上。A塘平均每尾魚的體質量由83.25 g增長到162.90 g，增重率為96.0%；B塘平均每尾魚的體質量由71.80 g增長到207.00 g，增重率為188.0%；C塘平均每尾魚的體質量由59.85 g增長到195.53 g，增重率為227.0%。3個池塘的N利用率范圍為47.0%～59.0%，P利用率范圍為52.0%～63.0%。3個池塘的平均飼料轉化系數為0.67 kg/kg，特定生長率為205.7%。

表2 養殖期間3個高位養殖池珍珠龍膽石斑魚的生長、存活及飼料利用情況Table 2 Growth，survive rate and feed utilization of gentian grouper in the three higher-place aquaculture ponds during the breeding period

2）N、P收支估算。3個池塘的N收支情況見表3。池塘中N的主要輸入方式為飼料投入；A塘中飼料投入占池塘N輸入的65.4%，初始魚塘本身和養殖期間進水攜帶的N含量僅為5.6%和7.7%。B塘飼料投入占N輸入的61.0%，初始魚塘本身和養殖期間進水攜帶的N含量為7.9%和11.8%；C塘飼料投入占N輸入的66.8%，初始魚塘本身和養殖期間進水攜帶的含量為4.5%和9.6%。而在N輸出方面，魚體產出是池塘N輸出的主要方式，A塘占43.0%，B塘占60.9%，C塘占58.7%；其余是養殖期間排水、底泥沉積及其他的N輸出途徑，A塘占48.5%，B塘占26.8%，C塘占33.2%，A塘中魚的N利用率最低。

表3 養殖期間3個高位養殖池的氮收支Table 3 Budget of nitrogen in the three higher-place aquaculture ponds during the breeding period

3個池塘的P收支情況見表4。池塘中P的主要輸入方式同樣為飼料投入；在A、B、C塘中飼料投入分別占P輸入的69.0%、66.9%、71.0%，初始魚塘本身和養殖期間進水攜帶的P占有比例較少。在P輸出方面，魚體產出是P輸出的主要方式，A、B、C塘中魚體P輸出分別占45.0%、67.7%、67.0%；其余是排水、底泥沉積及其他P輸出途徑，A塘中魚的P利用率最低。

表4 養殖期間3個高位養殖池的磷收支Table 4 Budget of phosphorus in the three higher-place aquaculture ponds during the breeding period

綜合來看，3個池塘的飼料投入為N、P輸入的主要方式，平均占64.5%和69.1%，而魚體對飼料的N、P利用率分別為52.3%和59.3%。終末魚體產出的N、P分別為53.6%和61.4%，約1/3的N、P通過排水或者其他方式排到周邊環境中，池塘本身儲存N、P約為9.57%和3.46% （圖2）。

圖2 池塘平均N、P收支示意圖Fig. 2 Schematic diagram of the average N and P budget of the pond

3 討論

3.1 池塘環境因素動態

在本研究中，因為換水、增氧以及藻類的光合作用，養殖池塘中的水體始終保持溶解氧充足的狀態。池塘中的無機氮主要以NH4+-N、NO2--N、NO3--N形式存在，并在一定條件下能相互轉化。孫振中等［10］發現，在淡水養殖池塘中NH4+-N、NO2--N、NO3--N分 別 占TN的49.0%～69.0%、22.0%～35.0%和9.0%～11.0%。同樣，陳建武［11］的研究表明，在混養匙吻鱘池塘中，3種N所占比例分別為60.0%、15.0%和25.0%。趙蕾［12］研究發現，在草魚、鰱和鯉復合池塘的養殖水體中NH4+-N、NO2--N、NO3--N的質量濃度波動范圍分別為0.056～1.499、0.022～0.228、0.049～3.903 mg/L， N H4+-N和N O2--N的平均含量低于NO3--N。而在本研究中，NO3--N>NO2--N>NH4+-N，NO2--N和NH4+-N質量濃度相對較低。這可能是因為在養殖期間，3個池塘葉綠素a含量高，浮游植物豐富，水體溶氧水平較高，促進了硝化作用，使NH4+-N和NO2--N更多地轉化為NO3--N。NO2--N是NH4+-N氧化過程的中間產物，當NH4+-N氧化速率過高可能導致NO2--N的積累，池塘中較高的NH4+-N和NO2--N可能會對養殖生物產生脅迫，因此，在無機氮含量較高的養殖池塘保持水體較高的溶氧能較好地促進NH4+-N和NO2--N向硝態氮轉化。

雖然P不會對養殖生物產生直接的影響，但能通過促進藻類的大量繁殖對水環境產生間接影響。孫振 中 等［10］發 現 養 殖 水 體 中PO43--P占TP的39.71%，而在本研究中，PO43--P占TP的49.00%～57.00%。在大菱鲆復合養殖試驗中發現，使用封閉圍護結構可以有效地防止池塘中P的流失，使更多的磷得到利用，同時還能減少池塘污水對周邊環境的污染［13］。本試驗采用的高位池養殖池塘封閉結構穩定，保護性較好，系統中P流失較少。3個池塘中總氮、總磷含量平均值分別為6.79和0.95 mg/L，遠高于地表水Ⅲ類標準 （GB 3838—2002），也高于其他很多養殖池塘［14］，這主要是因為該養殖池塘為水泥底質，不能像土塘底泥一樣吸附和平衡水體中的氮磷營養物質。

3.2 N、P利用率

關于養殖魚類對飼料的利用已有較多的研究，王振華等［15］研究得到，不同年齡的養殖魚類對飼料的N、P利用率也不盡相同，如吉富羅非魚在生長初期對飼料中N的利用率達64.0%，而生長中期對飼料中N的利用率為47.0%。陳明海等［16］在豐產鯽池塘養殖試驗中發現，豐產鯽對飼料中N和P的利用率分別為29.9%和8.3%，主要原因是養殖密度相對較大，投料區域不均一。沈欽一等［17］用添加瓜爾豆膠的飼料通過陸基推水養殖技術養殖大鱗鲃，研究得到飼料中N的利用率為25.0%，P的利用率為10.0%。劉永士等［18］發現菊黃東方鲀對膨化飼料中N、P的利用率為18.0%和16.5%。在水母-貝類-對蝦復合養殖中飼料中N、P的利用率為57.68%和43.49%［19］。以上這些研究表明不同的養殖品種，同一養殖品種的不同發育階段，不同的養殖區域，不同養殖模式下以及投喂不同的飼料導致魚類對飼料中N、P的利用率都會存在差異。在本研究中，石斑魚對飼料中N、P的利用率分別為47.0%～59.0%和52.0%～63.0%，與陳明海等［16］、沈欽一等［17］、劉永士等［18］的研究相比，本研究中的N、P，尤其是P的利用率非常高，這可能是因為養殖的體質量60～90 g珍珠龍膽石斑魚處于快速生長期的緣故。另外，養殖環境適宜，如溶解氧充足和合適的pH，適合魚體生長。魚體能夠適應養殖環境和養殖方式，攝食率提高，N、P的利用率也隨之提高。相對較高的氮磷利用率不僅能減少飼料的浪費還能盡可能地減少氮磷排放對環境的影響。

3.3 N、P收支

池塘養殖中N、P的輸入除了來自飼料和施肥外，還包括降水、養殖生物、進水、徑流、生物固氮等多個方面。本研究中的高位池珍珠龍膽石斑魚單養，其中飼料投入的N、P占總輸入的61.0%～67.0%和67.0%～71.0%，為N、P主要的輸入方式 ，而初始魚塘和進水的占比較低。高杉等［20］在牙鲆和貝類混養池中發現，飼料中N、P分別占N、P總輸入的71.6%～87.1%和67.0%～79.3%；劉梅等［21］發現在大口黑鱸池塘內循環養殖模式和常規池塘養殖模式下，飼料中氮投入的占比為95.0%和94.7%，磷投入的占比為93.2%和91.8%；在草魚混養系統中，飼料N、P分別占總輸入的85.5%～93.4%和82.6%～84.3%［1］。陳明海等［16］發現豐產鯽養殖中飼料分別占池塘的N輸入的88.0%和P輸入的96.0%。相對而言，本研究中飼料N、P輸入所占比例相對較低，這可能是由于本研究池養殖期相對較短，投放的苗種較大，并且本試驗為高密度養殖，放養的石斑魚本身的N、P輸入占總輸入的20.0%和25.0%。另外池塘水體N、P的初始濃度也比較高，不斷的換水也帶入一部分N、P營養物質。

池塘養殖中N、P的主要輸出方式為養殖生物產出、排水、底泥沉積和其他方式。在大菱鲆復合養殖試驗中得到底泥沉積為N、P輸出的主要方式，分別占52.68%～67.31%和84.33%～86.27%，魚體收獲的N、P占總輸出的31.71%～46.50%和13.30%～15.39%［13］。在草魚混養圍隔中，魚體產出占N總輸出的62.8%～77.2%，占P總輸出的4.1%～9.8%，而底泥積累P占76.5%～80.0%［1］。魏寶成等［22］在復合池塘養殖團頭魴試驗中得到魚體產出占N、P總輸出的27.6%～33.5%和43.4%～54.6%。在豐產鯽的池塘養殖中，其魚體產出只占N、P總輸出的22.8%和6.5%，大部分N、P輸出都在底泥沉積、水體滲漏中［16］。Pouil等［23］在小型淡水魚養殖試驗中發現，魚體收獲的N、P占總輸出的15.0%和3.0%。綜合來看，魚類養殖中底泥沉積的N、P占了絕大部分，而魚體收獲占比較低。在凡納濱對蝦高位池養殖中，收獲的對蝦蝦體中N、P分別占29.5%～40.5%和12.6%～17.4%，隨養殖廢水排出的N、P分別占24.6%～54.5%和23.0%～59.0%［24］。李卓佳等［25］在圍隔試驗中發現，對蝦蝦體產出占N、P總輸出的36.0%～47.0%。相比之下，蝦類養殖收獲的N、P比魚類高，主要原因可能是蝦類本身外殼的N、P含量更高，而且甲殼類動物對N、P的需求量比魚類高。與上述土塘不同的是，本養殖試驗采用的是高位池，池底沒有底泥，不能對水體中過量的N、P產生吸附或者釋放的緩沖作用。魚體產出是N、P輸出的主要方式，平均占總輸出的54.2%和59.9%。其余輸出方式主要包括養殖過程中池塘排水和少量淤泥的沉積，平均分別占N、P總輸出的36.2%和35.6%。盡管相比較而言，在該養殖模式下，石斑魚對飼料利用率非常高，但由于池底為水泥，缺乏底泥對水體中高濃度氮磷的吸收和吸附作用，排水所占N、P輸出比例超過1/3，而養殖排放的廢水如果未經處理而直接排放將對附近的海域產生一定的污染。因此，對池塘養殖尾水進行處理后排放或回用，減少對環境和公共衛生的不利影響及促進池塘養殖的可持續發展將是未來研究的主要方向［26］。

綜上，養殖期間珍珠龍膽石斑魚的3個高位養殖池塘中水體各種形態N、P含量較高，珍珠龍膽石斑魚存活率高，飼料轉化系數平均達到了0.67，對飼料中N、P的利用率平均達到了52.3%和59.3%。通過對3個池塘的N、P收支的研究發現，飼料是池塘N、P的主要輸入方式，分別占N、P總輸入的61.0%～66.8%和66.9%～71.0%，而通過漁獲物的形式收獲了43.0%～60.9%和45.0%～67.7%的N和P，其中36.2%和35.6% 的N和P以排水的形式排出。因此，為了保證養殖水體中N、P含量處于合適水平且減少對環境造成的污染，采取適當的養殖模式以及對養殖排放的廢水進行適當處理后循環使用且加強對水產養殖業的管理，才能滿足當代人口增長和經濟發展導致的對漁業產品的需求。