不同盐度下凡纳滨对虾扰动作用对沉积物——水界面营养盐通量的影响

熊莹槐，王芳*，钟大森

（中国海洋大学教育部海水养殖重点实验室，山东青岛266003）

摘要：采用室内培养方法，研究了三个盐度水平下（盐度分别为5‰，20‰，35‰）凡纳滨对虾的扰动作用对沉积物-水界面NH+4-N、NO-3-N、NO-2-N和SRP通量的影响。结果显示：凡纳滨对虾在三个盐度下都可以促进沉积物NH+4-N的释放，但是促进效果不相同，总体表现为盐度越高促进作用越明显；盐度为5‰时对虾对沉积物NO-3-N释放的促进作用最低，但对NO-2-N释放的促进作用最高；盐度为20‰时对虾对沉积物NO-3-N和NO-2-N释放的促进作用均较高，且对沉积物NO-3-N释放的促进作用是三个盐度水平下最高的。实验的前8d各盐度下对虾对SRP的促进效果没有显著差异，而实验持续到15d后高盐度组对虾的促进作用比低盐度组显著。

教育期刊网 http://www.jyqkw.com
关键词 ：凡纳滨对虾；盐度；扰动作用；沉积物-水界面；营养盐通量

研究发现，底栖动物通过摄食、排泄排遗、挖掘、避敌等活动对沉积物-水界面产生各种影响，最终影响沉积物-水界面间营养盐的迁移和转化[1-3]。不同底栖动物扰动作用产生的效果和方式也不尽相同，Zhang等[4]发现河蚬（Corbiculafluminea）可以促进沉积物耗氧和沉积物氮磷营养盐释放，Fanjul等[5]发现张口蟹（Neohelicegranulata）可以促进沉积物-水界面的氨化、硝化和反硝化作用，Nizzoli等[6]发现沙蚕（Nereisspp.）可以促进沉积物释放NH+4-N和SRP，但却抑制沉积物NO-3-N的释放。

）凡纳滨对虾（Litopenaeusvannamei）是我国重要的水产养殖品种，其肉质鲜美，生长迅速，且适盐范围广，可以在淡水、半咸水和海水中养殖[7]。20世纪80年代凡纳滨对虾刚被引进中国时主要是在海水池塘进行养殖[8]，随着养殖规模的不断扩大和凡纳滨对虾淡水养殖技术的提高，凡纳滨对虾在内陆淡水池塘的养殖日渐兴起，据统计2012年我国淡水养殖凡纳滨对虾产量约为69万t，而海水养殖凡纳滨对虾产量约为76万t，两者产量已非常接近[9]。关于凡纳滨对虾在淡水池塘中的扰动作用研究有零星报道（Zhong等[10]），但关于不同养殖盐度下对虾的生物扰动作用有何异同却未见报道。本实验设计了三种盐度梯度，研究了凡纳滨对虾在不同盐度条件下扰动作用对沉积物-水界面营养盐通量的影响，以期为不同盐度下的养殖水体水质调控提供参考。

1材料与方法

1.1实验设计与方法

）实验于2013年8-9月在青岛市国家海洋科研中心进行。对虾适应实验室条件后，取500尾对虾，每天换水时加入适量海水升高盐度2‰～3‰逐渐驯化至盐度35‰。另分别取500尾对虾，每天换水时加入适量淡水降低盐度2‰～3‰逐渐驯化至盐度5‰和20‰。对虾驯化至目标盐度后继续饲养30d至实验开始。驯化期间的养殖用水为砂滤自然海水和曝气的自来水，其他养殖条件与暂养期间的相同。

）实验在18个圆柱形PVC容器中进行（底面半径为12cm，高为35cm）。实验设5‰，20‰，35‰三个盐度处理组（分别用S5，S20，S35表示）每个盐度处理组又分为对虾组和对照组，对虾组中每个容器内放入4尾凡纳滨对虾，湿体重为（0?7±0.1）g，对照组中不放对虾，每一组均为3个重复。凡纳滨对虾放入容器前，在每个容器中铺入8cm厚底泥，底泥取自附近养殖池塘，清水冲洗使其充分湿润，拣去其中石块及杂物，经搅拌混匀过筛（16目）后平铺入各个容器内。底泥铺好后，各组注入相应盐度的实验用水，然后放入对虾，用孔径为0.4cm的网将容器口封好，防止对虾跳出。每个容器设一个气石，连接到300W的小型充气泵，实验期间始终充气，气石处于水体表面，不使其对沉积物有影响。实验期间各处理组仅投喂少量的对虾饲料，且投喂量相同，实验期间不换水。实验期间如发现有对虾死亡或者蜕皮，则立即取出并补充规格相近的对虾。

1.2样品的采集与测定

）对虾放入容器后的第二天开始取样，视为第1d，其后每隔7d取样一次，共取样五次。每次取样时将容器口上的网小心揭开，换上配套制作的PVC盖子，盖子内表面安装有搅拌子，其可在盖子外表面上电动机的带动下以50r/min的速度进行匀速转动。搅拌子启动后即可开始培养实验，培养时间为4h，培养前、后取水样50mL用0.45μm滤膜过滤，保存于30mL白色聚乙烯塑料瓶中，在-20℃下冷冻保存，用于测定NH+4，NO-3，NO-2和SRP的含量。

NH+4含量用纳氏试剂法测定，NO-3含量用酚二磺酸法测定，NO-2用镉柱还原法测定，可溶性磷酸盐（SRP）用钼蓝法测定。营养盐通量计算公式如下[11-12]：

）式中F为营养盐通量（μmol·m-2·d-1或mmol·m-2·d-1）；V为上覆水的体积（m3）；A为容器的横截面积（m2）；Δt为培养时间（d）；ΔC表示培养前后培养器营养盐浓度的变化。

1.3数据统计分析

）采用spss13.0软件（SPSS13.0forWindows，SPSSInc.，Richmond，CA，USA）进行数据统计分析。首先用各盐度处理组下对虾组的通量值减去对照组的通量值，得到各盐度下凡纳滨对虾对沉积物-水界面通量影响的净值，然后不同取样时间和各盐度处理组间对虾影响的净值先进行ANOVA分析，然后进行Duncan多重比较，方差分析前先进行方差齐性检验，以P＜0.05作为差异显著水平。

2结果

2.1不同盐度水平下沉积物-水界面NH+4-N通量

）不同盐度下凡纳滨对虾对沉积物-水界面NH+4-N通量的影响随时间的变化如图1，其变化范围为（13.51±1.25）～（56.95±2.08）mmol·m-2·d-1。由图可知，三种盐度下对虾均可促进沉积物NH+4-N的释放。实验第1d时三种盐度下对虾的影响没有显著差异（P＞0.05），到实验持续到第8d时S35组对虾对沉积物NH+4-N释放的促进作用显著高于其他两组，而S20组对虾的促进作用也要显著高于S5组（第15d除外）（P＜0.05）。

2.2不同盐度水平下沉积物-水界面NO-3-N通量

）不同盐度下凡纳滨对虾对沉积物-水界面NO3--N通量的影响随时间的变化如图2，其变化范围为（-0.78±0.07）～（6.38±0.15）mmol·m-2·d-1。从图2可以看出，除第1d时S35组对虾促进沉积物NO-3-N吸收外，各盐度下对虾均表现为促进沉积物NO-3-N释放。实验期间S20组对虾对沉积物NO-3-N释放的促进作用均要显著高于其他两组（P＜0.05）（实验持续到第30d时与S35组无显著差异（P＞0.05））。第1d和第15d时S5组对虾对沉积物NO-3-N释放的促进作用显著高于S35组，到第30d时则是S35组更高（P＜0.05）。

2.3不同盐度水平下沉积物-水界面NO-2-N通量

）不同盐度下凡纳滨对虾对沉积物-水界面NO-2-N通量的影响随时间的变化如图3，各盐度下对虾均促进沉积物NO-2-N的释放，其变化范围为（0.21±0.01）～（2.56±0.26）mmol·m-2·d-1。实验期间S5组对虾对沉积物NO-2-N释放的促进作用始终显著高于其他两组（P＜0.05）（第22d时与S20组无显著差异）。第1d和第30d时S20组和S35组无显著差异（P＞0.05），其他各次取样时S20组对虾对沉积物NO-2-N释放的促进作用要显著高于S35组（P＜0.05）。

2.4不同盐度水平下沉积物-水界面SRP通量

不同盐度下凡纳滨对虾对沉积物-水界面SRP通量的影响随时间的变化如图4，各盐度下对虾均促进沉积物SRP的释放，其变化范围为（0.77±0.12）～（3.12±0.19）mmol·m-2·d-1。第1d和第8d时各盐度组对虾对沉积物SRP释放的促进作用无显著差异（P＞0.05），实验持续到第15d后S35组对虾的促进作用即显著高于S5组，第22d开始S20组也显著高于S5组（P＞0.05）。

3讨论

）很多研究发现底栖动物的活动会对沉积物-水界面营养盐通量造成影响，且不同类型的底栖生物其造成的影响也不尽相同，而同一种生物在不同盐度下对沉积物-水界面通量的影响则鲜有报道。Zhong等[10]发现凡纳滨对虾在水体盐度为5‰的池塘中可促进沉积物耗氧和沉积物氮磷营养盐释放，本实验也发现凡纳滨对虾在5‰，20‰，35‰三种盐度下都可以促进沉积物-水界面沉积物营养盐释放，但是三种盐度下的促进效果并不相同，作者分析可能与不同盐度下凡纳滨对虾的活力、代谢速率等不同有关。

）Zhong等[10]发现在池塘混养条件下凡纳滨对虾可以促进沉积物NH+4-N的释放，本实验中凡纳滨对虾在三种盐度下也都可以促进沉积物NH+4-N的释放，但是促进效果却不相同，总体表现为盐度越高促进作用越明显。有研究发现海水中的阴离子可中和NH+4-N的极性，与其形成离子对，从而降低沉积物颗粒对NH+4-N的吸附能力，加速沉积物NH+4-N的释放[13]，因此，盐度降低NH+4-N从沉积物中析出的能力也相应减弱，且盐度越高水中的Na+、K+等离子也会增多，可以将沉积物中的NH+4-N置换出来[14]；另外，在高盐度下硝化作用受到抑制[15]，这些都可以造成沉积物-水界面有较高的NH+4-N浓度梯度，在凡纳滨对虾的搅动下，NH+4-N则更加容易向上覆水释放，所以盐度越高凡纳滨对虾扰动引起沉积物NH+4-N释放越明显。

）NO-3-N和NO-2-N是水中氮元素循环的重要形态，其既是硝化作用的产物，又是反硝化作用和硝酸盐氨化作用的反应底物[16]，且可被浮游植物直接吸收利用，同时这两种形态也可互相转化。其中，NO-2-N是一种具有潜在毒性的无机氮化合物，会影响到养殖生物的生理机能[17]，故NO-3-N和NO-2-N在沉积物-水界面的扩散迁移对水质变化起着非常重要的作用。本实验中三种盐度下凡纳滨对虾都可以促进沉积物NO-3-N和NO-2-N的释放，但促进效果却不相同。盐度为5‰时对虾对沉积物NO-3-N释放的促进作用最低，但其对NO-2-N释放的促进作用却最高；盐度为20‰时对虾对沉积物NO-3-N和NO-2-N释放的促进作用均较高，且其对沉积物NO-3-N释放的促进作用是三种盐度下最高的。分析认为：随着盐度的升高，凡纳滨对虾粪便中所含NO-3-N的量也逐渐升高[18]，所以盐度为5‰时沉积物表面因粪便沉降而积累的NO-3-N是最少的，另外NO-3-N和NO-2-N两种形态处于动态平衡中，溶氧降低时NO-2-N则会增多，盐度为5‰时沉积物-水界面耗氧最多（待发表数据），会造成溶氧降低，NO-3-N会大量向NO-2-N转化，所以最终盐度为5‰时对虾会促进沉积物NO-2-N的大量释放，但对沉积物NO-3-N释放的促进效果却不如其他两种盐度显著。盐度为20‰时对虾的活性最高，其运动对沉积物表面的搅动作用最强烈，所以盐度为20‰时对虾的促进作用又要高于盐度35‰。因此，盐度可以通过影响对虾排泄排粪、呼吸耗氧以及生物活性来影响沉积物-水界面NO-3-N和NO-2-N的形态变化和界面通量。

）磷是水体中重要的限制性营养元素之一，磷的多寡会影响到水中浮游植物的生长[19]，过多和过少的磷都会影响水体的生态平衡，沉积物既可以作为水体中磷的源也可以作为磷的汇，所以沉积物-水界面磷的迁移扩散会直接影响到水体中磷的含量。在池塘混养条件下，当凡纳滨对虾养殖密度为56尾/m2时，凡纳滨对虾的扰动作用会促进沉积物SRP的释放[10]。本实验中，对虾的养殖密度为88.5尾/m2，实验期间对虾在各盐度下也均可以促进沉积物SRP的释放。实验开始的前8d各盐度下对虾的促进效果没有显著差异，到了15d后高盐度组对虾的促进作用则要比低盐度组显著，这可能因为盐度升高时，水中Cl-，SO42-，OH-，Br-等离子数量增加，其会与沉积物中PO43-发生交换，使SRP更容易向上覆水扩散，所以在对虾的搅动下，高盐度组的沉积物SRP释放速率更高。

）综上所述，凡纳滨对虾在盐度为5‰～35‰的水体中均可以促进沉积物-水界面沉积物营养盐释放，但促进效果有所不同，这可能与不同盐度下对虾的活力和代谢不同，以及不同盐度下水体离子种类和数量的不同有关等。盐度为5‰时对虾对沉积物-水界面耗氧和沉积物NO-2-N释放的促进作用最高，目前淡水和盐碱地低盐度水体养虾规模日趋增加，在养殖过程中应注意底部水体的增氧，避免缺氧和NO-2-N含量过高对养殖生物造成危害。

教育期刊网 http://www.jyqkw.com
参考文献：

[1]

Aller，RC.Transportandreactionsinthebioirrigatedzone.Thebenthicboundarylayer，2001，5：269-301

[2]Ritvo，G.，Kochba，M.，Avnimelech，Y.Theeffectsofcommoncarpbioturbationonfishpondbottomsoil.Aquaculture，2004，242：345-356

[3]Meysman，F.J.R.，Middelburg，J.J.，Heip，C.H.R.Bioturbation：afreshlookatDarwin´slastidea.TrendsEcol.Evo.，2006，21：688-695

[4]Zhang，L.，Shen，Q.，Hu，H.，Shao，S.，Fan，C.ImpactsofCorbiculaflumineaonoxygenuptakeandnutrientfluxesacrossthesediment-waterinterface.Water，Air，SoilPollute，2011，220：399-411

[5]Fanjul，E.，Bazterrica，M.C.，Escapa，M.，María，A.G.，Oscar，I.ImpactofcrabbioturbationonbenthicfluxandnitrogendynamicsofSouthwestAtlanticintertidalmarshesandmudflats.Estuarine，CoastalShelfsci.，2011，92：629-638

[6]NizzoliD，BartoliM，CooperM，etal.Implicationsforoxygen，nutrientfluxesanddenitrificationratesduringtheearlystageofsedimentcolonizationbythepolychaeteNereisspp.infourestuaries.Estuarine，CoastalShelfSci，2007，75（1）：125-134

[7]BrayWA，LawrenceAL，Leung-TrujilloJR.TheeffectofsalinityongrowthandsurvivalofPenaeusvannamei，withobservationsontheinteractionofIHHNvirusandsalinity.Aquaculture，1994，122（2）：133-146

[8]WybanJ.Whiteshrimpboomcontinues.GlobalAquacultureAdvocate，2002，12：18-19

[9]国家统计局，《中国农村统计年鉴2012》，中国统计出版社，2012

[10]ZhongD，WangF，DongS，etal.ImpactofLitopenaeusvannameibioturbationonnitrogendynamicsandbenthicfluxesatthesediment–waterinterfaceinpondaquaculture[J].AquacultureInternational，2014：1-14

[11]Kim，D.H.，Matsuda，O.，Yamamoto，T.Nitrification，denitrificationandnitratereductionratesinthesedimentofHiroshimaBay，Japan.J.Oceanogr.，1997，53：317-324

[12]Zheng，Z.M.，Dong，S.L.，Tian，X.L.，Wang，F.，GaoQ.F.，Bai，P.F.Sediment-waterfluxesofnutrientsanddissolvedorganiccarboninextensiveseacucumbercultureponds.Clean：SoilAirWater，2009，37：218-224

[13]张兴正，陈振楼，邓焕广，等.长江口北支潮滩沉积物——水界面无机氮的交换通量及季节变化[J].重庆环境科学，2003，25（9）：31-34

[14]GardnerWS，SeitzingerSP，MalczykJM.Theeffectsofseasaltsontheformsofnitrogenreleasedfromestuarineandfreshwatersediments：Doesionpairingaffectammoniumflux[J].Estuaries，1991，14（2）：157-166

[15]邹高龙，李小明，李启武，等.盐度变化对SBR中硝化作用的动态影响研究[J].环境工程学报，2009，3（4）：595-600

[16]Hargreaves，J.A.Nitrogenbiogeochemistryofaquacultureponds.Aquaculture，1998，166：181-212

[17]Jensen，F.B.Nitritedisruptsmultiplephysiologicalfunctionsinaquaticanimals.Comp.Biochem.Physiol.，PartA：Mol.Integr.Physiol.，2003，135：9-24

[18]JiangDH，LawrenceAL，NeillWH，etal.EffectsoftemperatureandsalinityonnitrogenousexcretionbyLitopenaeusvannameijuveniles[J].JournalofExperimentalMarineBiologyandEcology，2000，253（2）：193-209

[19]Sharpley，A.N.，Chapra，S.C.，Wedepohl，R.，Sims，J.T.，Daniel，T.C.，Reddy，K.R.Managingagriculturalphosphorusforprotectionofsurfacewaters：Issuesandoptions.JournalofEnvironmentalQuality，1994，23，437-451

ImpactofLitopenaeusvannameibioturbationonbenthicfluxes

atthesediment-waterinterfaceindifferentsalinities

XIONGYinghuai，WANGFang*，ZHONGDasen

（TheKeyLaboratoryofMaricultureMinistryofEducation，OceanUniversityofChina，Qingdao266003，China）

Abstract：Toexploretheeffectofshrimps´bioturbationonnutrientfluxesatthesediment-waterinterfaceindifferentsalinities，threetreatmentsweresetinthisresearch（thewatersalinitywere5，20and35）；ThebenthicfluxesofNH4+-N，NO-3-N，NO-2-N，andsolublereactivephosphorus（SRP）weremeasured.TheresultsshowedthatL.vannameipromotedNH+4-Nreleasinginalltreatments，andtheeffectgrewstrongerwiththeincreaseinwatersalinity.InS5，L.vannameihadthestrongestpromotingeffectonNO-2-Nreleasing，buttheweakestpromotingeffectonNO-3-Nreleasing.WhileinS20，L.vannameihadthestrongestpromotingeffectonNO-3-Nreleasing.TherewasnosignificantdifferenceintheSRPfluxesamongthetreatmentsbefore8d，whiletheSRPreleasingwasmoresignificantlystimulatedinhighersalinitysince15d.

Keywords：Litopenaeusvannamei；salinity；bioturbation；sediment-waterinterface；

（收稿日期：2015-04-28；修回日期：2015-05-05）