刺参养殖池塘沉积物—水界面营养盐通量的研究

摘要

近年来刺参(Apostichopus japonicus)已成为中国北方地区最具经济价值的海水养殖品种之一。刺参为底栖杂食性生物，通过摄食碎屑、底泥中的有机物、细菌和原生动物来获取营养物质，因此有“环境清洁工”之称。然而，目前关于刺参池塘养殖对底质等影响的定量研究报道很少，本文通过测定池塘沉积物-水界面营养盐通量等，探讨了刺参不同养殖模式对池塘底质及近岸水域环境的影响及机理。 从三个池塘采得底泥样并用实验室内培养的方法测定了底泥呼吸率(SOC)、有机碳和营养盐通量以及底泥理化特性和沉降速率。结果显示：三口池塘中的底泥有机碳(TOC)和总氮(TN)含量较低；刺参-海蜇-对虾池(SSJ池)的TOC、TC和SOC有随养殖时间的延长而增加的趋势，说明海蜇具有促进池塘底泥有机物积累的作用。硝氮和氨氮通量大都表现为底泥吸收；无机磷(DIP)通量值较小且表现为底泥释放。本实验结果显示，非投饲的刺参养殖系统不仅是一个水产品生产系统，同时还是一个水域环境N、P的有效净化系统。 于2007年8月-2008年6月在刺参、扇贝混养的特大型养殖池塘-“大湾”内测定了底泥-水界面营养盐通量及底泥硝化反硝化速率，同时比较了其与“外海”和“普通参池”的差别。结果显示：扇贝养殖期间，“大湾”内扇贝养殖区(SC区)底泥中有机碳(TOC)含量显著大于非扇贝养殖区(Non-SC区)(p＜0.05)。SC区在“养殖期”SOC较高且显著大于非扇贝养殖区(p＜0.05)。“大湾”SC区和Non-SC区的沉积物-水界面氨氮通量均表现为沉积物释放；“大湾”SC区在“养殖期”及“外海”的各月份NO-3+NO-2通量均表现为底泥释放；大湾内SC区内底泥硝化速率各月份均大于Non-SC区；“海区”和“普通参池”的底泥硝化速率相对较小；各采样点底泥反硝化速率很小，SC区在“养殖期”和“恢复期”中的4月份时底泥反硝化速率均显著大于Non-SC区(p＜0.05)。本实验的结果说明：扇贝养殖可导致刺参池塘底泥中的有机物积累，但扇贝养殖停止后池塘底质短期内(4-6个月)即可恢复；刺参的一般养殖模式(普通参池)不会导致养殖池塘底泥的有机物积累，也没有导致附近海域底质的有机物污染。 于2007年5-11月间从不同刺参养殖模式实验围隔内采得底泥样并通过实验室培养的方法测定了底泥耗氧率(SOC)及沉积物.水界面的N、P通量等。结果表明，投饵对SOC影响不显著(p＞0.05)，说明本实验条件下投饵没有造成实验围隔底泥中的有机物积累；大部分模式中沉积物释放溶解性无机磷酸盐(DIP)且不同月份之间的通量存在显著差异(p＜0.05)；投饵模式下的平均通量为非投饵模式下通量值的2～3倍；当养殖密度较大时，非投饵模式中沉积物吸收氨氮的通量大于投饵模式中的通量，且随着养殖密度的增加通量值降低。投饵和放养密度对沉积物硝化、反硝化和氨化速率都有显著影响(p＜0.05)。各实验围隔中所测得的底泥硝化与反硝化速率较小，分别为：0～106.20 mg·m-2·d-1，0～3.03μmol·m-2·d- 采用实验室“沉积物柱培养法”研究了温度及溶氧(DO)对刺参养殖池塘沉积物-水界面的营养盐通量及底泥硝化反硝化速率的影响。结果表明：温度对池塘底泥中营养盐通量影响显著(p＜0.05)，高温环境有利于底泥中氨氮释放，但不利于硝态氮的释放；DO是影响池塘底泥营养盐通量的重要因素，厌氧条件能加速底泥氨氮的释放；SOC随温度和DO升高而增加。温度和DO对底泥硝化、反硝化速率影响均显著(p＜0.05)，硝化、反硝化速率随温度的升高而显著增加，其中硝化速率在DO为8mg/L时这一趋势更明显；随DO升高硝化速率增加明显，而低DO浓度更有利于反硝化作用。 利用野外和室内条件下建立的小型实验生态系统研究和探讨了刺参生物干扰对底质的影响，并与可口革囊星虫(Phascolosoma esculenta)进行了比较。实验结果显示：刺参(幼参，体重1.6-7.2g/头)和星虫(约0.6-1.6g/尾)对底质表层有机质含量及稳定性影响显著，且影响效果随底质中有机质含量不同而不相同：当底泥中有机质含量较低时(野外试验)，刺参的生物干扰使底泥表层显著增加了TON含量及降低了表层有机质的稳定性(p＜0.05)；当底质中有机质含量较高时(室内试验)，刺参和星虫的生物干扰显著减少了底泥表层的TOC和TON含量(p＜0.05)。刺参对深层底泥有机质含量影响不明显，而星虫对深层(6-8cm)底泥影响较大，星虫显著增加了深层底泥中有机质含量及降低了其稳定性(p＜0.05)，说明星虫作为“向下搬运者”作用明显。室内实验中，刺参放养高密度组底泥表层异养细菌数显著大于其他各组(p＜0.05)，说明刺参的生物干扰促进了底泥表层细菌的繁殖。

目录

文摘

英文文摘

声明

0前言

1综述

1.1养殖池塘沉积物的作用及氮磷循环

1.1.1池塘沉积物在养殖系统中的作用

1.1.2沉积物中的氮及其循环

1.1.3沉积物中的磷及其循环

1.2沉积物-水界面营养盐通量

1.2.1沉积物-水界面营养盐通量的研究现状

1.2.2沉积物-水界面营养盐通量的测定和计算方法

1.2.3影响营养盐在沉积物-水界面交换的因素

1.3沉积物硝化、反硝化作用

1.3.1研究现状

1.3.2硝化、反硝化速率的测定方法

1.3.3影响沉积物硝化、反硝化作用的因素

1.4贝类养殖的生物沉降作用及大型底栖动物对底质的生物干扰

1.4.1生物沉降作用

1.4.2大型底栖动物对底质的生物干扰

参考文献

2刺参粗养池塘底泥-水界面营养盐与有机碳通量的研究

2.1引言

2.2材料与方法

2.2.1研究场地

2.2.2实验设计和通量测定

2.2.3底泥特征和沉降速率

2.2.4统计分析

2.3结果

2.3.1底泥特性及沉降速率

2.3.2底泥-水界面通量

2.4讨论

3刺参养殖"大湾"内底泥-水界面营养盐通量及硝化反硝化速率周年测定

3.1引言

3.2材料方法

3.2.1实验地点

3.2.2实验设计和通量等测定

3.2.3计算及统计分析

3.3结果

3.3.1各采样点底泥中有机质含量周年变化及“大湾”内颗粒物沉降速率

3.3.2底泥耗氧率及沉积物-水界面营养盐通量

3.3.2底泥硝化、反硝化及硝酸盐氨化速率

3.4讨论

4刺参不同养殖模式实验围隔内沉积物-水界面营养盐通量研究

4.1引言

4.2材料与方法

4.2.1实验地点与设计

4.2.2实验方法

4.2.3计算方法及数据处理

4.3结果

4.4讨论

4.4.1沉积物耗氧率和营养盐通量

4.4.2沉积物-水界面营养盐通量的测定方法

5 刺参不同养殖模式实验围隔中底泥硝化与反硝化速率的测定

5.1引言

5.2材料与方法

5.2.1实验地点与设计

5.2.2实验方法

5.2.3计算方法

5.3结果

5.3.1硝化、反硝化速率

5.3.2硝酸盐氨化速率

5.4讨论

5.5小结

6温度和溶解氧对刺参养殖池塘沉积物-水界面营养盐通量及底泥硝化反硝化速率的影响

6.1引言

6.2材料与方法

6.2.1样品采集

6.2.2实验方法

6.2.3计算方法及数据处理

6.3结果

6.3.1温度和溶解氧对池塘底泥耗氧率的影响

6.3.2温度和溶解氧对沉积物-水界面营养盐通量的影响

6.3.3温度和溶氧对底泥硝化、反硝化速率的影响

6.4讨论

7刺参生物干扰对池塘底质影响的研究

7.1引言

7.2材料与方法

7.2.1野外试验

7.2.1室内试验

7.2.3统计分析

7.3结果

7.3.1野外实验

7.3.1室内实验

7.4讨论

参考文献

致谢

个人简历、博士研究生期间科研活动及成果