两种海水混养池塘悬浮颗粒物结构及其有机碳库储量

摘 要：于2021年4月—8月在辽宁省丹东市东港地区选取两个混养池塘，即1#池（海蜇-缢蛏-牙鲆-对虾）和2#池（海蜇-缢蛏-牙鲆-中国明对虾-三疣梭子蟹），对其悬浮颗粒物结构及其有机碳储量进行了研究，旨在为优化养殖模式提供科学依据。结果表明， 1#和 2#池的总悬浮颗粒物含量分别为44.05±10.36 mg/L和39.38±3.89 mg/L，其中无机悬浮颗粒物占比为71.01%和66.25 %，有机悬浮颗粒物则为的28.99%和33.75 %。在有机悬浮颗粒物中，腐质及细菌占27.15 %和32.93 %，浮游植物占0.52 %和0.21 %，浮游动物占比为1.03%和0.66 %。1#池和2#池的总有机碳（TOC）含量分别为8.29±2.53 mg/L和11.43±2.49 mg/L；其中溶解有机碳（DOC）占比为65.45 %和61.31 %；颗粒有机碳（POC）占比为37.76 %和38.69 %；细菌及腐质碳占比为35.02 %和37.45 %；浮游植物碳占比为1.14 %和0.30 %；浮游动物碳占比为1.60 %和0.95 %。研究表明，1#池悬浮颗粒物及总有机碳的含量更高，池塘的有机物占比更大，但2#池浮游植物及浮游动物含量较低。

关键词：颗粒悬浮物结构；有机碳库储量；海水混养池塘

颗粒悬浮物主要包括浮游生物、细菌和腐质（有机碎屑）及无机质粒等，其含量及变化可以反映出水质潜在的变化趋势，是水域生态系统营养结构中的重要体现。水体中的悬浮颗粒物在经过一段时间之后，其中的一部分被滤食性动物摄食，还有一部分被微生物分解成为无机质，其余大部分同一些有机体沉降到池底，从而形成矿化物。在水域生态系统中，对颗粒悬浮物结构及其沉积作用中的动力学过程的相关研究，对深入了解其中的能量流动及物质循环具有重要意义[1]。海水池塘立体养殖模式已经在辽宁东部地区推广开展多年，其中的“海蜇（Rhopilema esculentum）-缢蛏（Sinonovacula constricta）-牙鲆（Paralichthys olivaceus）-对虾（Fenneropenaeus chinensis）”——简称“蜇-贝-鱼-虾”的混合养殖模式近年在来辽宁丹东东港市最为常见，对此已有对该种混养池塘的悬浮颗粒物结构及其有机碳库储量的相关研究[2]。三疣梭子蟹（Portunus trituberculatus）作为我国海水养殖的主导种类之一，是重要的出口创汇品种，同时因肉味鲜美且营养丰富备受人们喜爱[3]，积极拓展“海蜇-缢蛏-牙鲆-对虾-梭子蟹”生态养殖模式具有现实经济意义。因此，笔者在5个月时间里，对“海蜇-缢蛏-牙鲆-对虾”和“海蜇-缢蛏-牙鲆-对虾-三疣梭子蟹”两种池塘的立体混养模式开展了研究，测定和比较了两种池塘混养模式中水体悬浮颗粒物结构及有机碳分布特征，希望能为优化海水混合养殖池塘的生态养殖模式和水质管理方法以及探索低碳渔业提供科学依据。

1 材料与方法

1.1 实验池塘概况

2021年4月— 8月（具体为4.24，5.29，6.29，7.27，8.27），在辽宁省丹东市东港地区选取两个混养池塘，1#池（N39°.846967，E123°.831899）和2#池（N39°.84877，E123°.833702）进行实验。其中1#混养池塘（海蜇-缢蛏-牙鲆-中国明对虾）面积为8 hm2，2#混养池塘（海蜇-缢蛏-牙鲆-中国明对虾-三疣梭子蟹）面积为8.2 hm2，两个池塘均每月换水一次，池塘换水量及月水深变化详情见表1，池塘的放养情况见表2，其中海蜇采取轮放轮捕的养殖方式，牙鲆由小规格养至大规格收获，缢蛏和中国明对虾由放苗养成至收获。

1.2 试验方法

1.2.1 样品采集 两种混养池塘均设置3个采样点，即池塘的进水口、中心和出水口，均采集各个点位中层水样，实验期间每月对池塘水样采集1次，共采样5次。用5 L的水生-80型采水器采集池塘的有机碳及悬浮颗粒物样品和浮游植物、浮游动物以及细菌样品：浮游植物的样品需采集1 L水样，当场滴加15 mL鲁哥氏液进行固定，再静置24 h以上浓缩至50 mL用常规法镜检计数；浮游动物样品为经过25号浮游生物网过滤（孔径64 μm）50 L水样后的网内过滤物采集，获得的浮游动物样品装瓶加入5%甲醛溶液进行固定；浮游细菌的样品需采集100 mL水样，置于预先经过灭菌消毒处理后的容器瓶中，当场滴加3%无颗粒的甲醛进行固定，摇匀后保存。

1.2.2 总悬浮颗粒物及其有机质含量 将混合均匀的水样200 mL，使用经过预先处理过（450 ℃灼烧2 h，并称重获取W0）的直径为25 mm，孔径为0.2 μm 的 Whatman GF/F 玻璃纤维滤膜进行过滤，样品中悬浮物会截留在玻璃纤维滤膜上，将滤膜放在烘干箱中60 ℃下烘干72 h后称重获取W60，再将烘干样品放入马弗炉中，在550 ℃下灼烧2 h后称重获取W550（称重用超微天平完成）。根据下式进行计算：

总颗粒物（TPM，total particulate matter）、颗粒有机物含量（POM，Particulate organic matter）[4]。

1.2.3 有机碳的测定 将混合均匀的水样50 mL过滤在两张孔径为0.2 μm、直径25 mm的Whatman GF/F玻璃纤维滤膜上（已高温450 ℃灼烧2 h）做为平行样，为校正滤过过程中滤膜吸收的溶解有机碳，同时将1张空白膜（450 ℃灼烧过2 h）用平行的水样滤液浸泡来作为对照，即每个池塘水样共3张滤膜，皆用浓盐酸熏蒸20 min，再置于烘干箱中60 ℃下烘干24 h[5]。水样的滤液同样用日本岛津公司生产的总有机碳分析仪（SSM-5000A）分析获得溶解有机碳（DOC，dissolved organic carbon）的浓度；烘干后的滤膜用有机碳分析仪测定获得颗粒有机碳（POC，particulate organic carbon）含量。

1.2.4 浮游生物和细菌的干重及有机碳计算 浮游植物及浮游动物样品分别使用浮游植物计数框和浮游动物计数框在实验室内使用显微镜进行种类鉴定和计数定量，再计算生物量，具体操作参照《水生生物学》[6]。浮游细菌样品内的细菌总数利用荧光显微计数法（AODC）进行定量计数[7]。按照浮游生物生物量（湿重）的1/7换算浮游生物干重[8]。腐质和浮游细菌量由有机悬浮颗粒物的含量减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数0.40换算[9-10]，细菌的生物量用20 fg/cell进行换算，结果以碳表示[11]；浮游细菌的干重按照系数0.10由生物量进行换算[7，12]。

2 结果与分析

2.1 总颗粒悬浮物

实验池塘颗粒悬浮物含量、构成及其时间变化如图1所示，1#混养池塘总悬浮颗粒物含量平均为44.05±10.36 mg/L，变动于33.15～56.65 mg/L之间；有机悬浮颗粒物含量平均为11.73±3.25 mg/L，变动于8.59～22.23 mg/L之间；无机悬浮颗粒物含量平均为32.32±7.18 mg/L，变动于24.55 ～39.40 mg/L之间。2#混养池塘总悬浮颗粒物含量平均为39.38±3.89 mg/L，变动于33.14 ～54.49 mg/L；有机悬浮颗粒物含量平均为13.54±3.09 mg/L，变动于8.81 ～20.45 mg/L；无机悬浮颗粒物含量平均为25.84±1.14 mg/L，变动于24.20～34.04 mg/L。1#和2#池塘的总悬浮颗粒物中有机悬浮颗粒物的占比分别为26.63%和34.39%，无机物与有机物的比例分别为2.75∶1和1.91∶1。1#混养池塘4.5月的总颗粒悬浮物和无机悬浮颗粒物含量都明显高于2#混养池塘，6、7、8月份差异减小；2#混养池塘的有机颗粒悬浮物整体小于1#混养池塘。

2.2 浮游生物

混养池塘浮游生物干重含量、构成及其时间变化如图2所示，1#混养池塘的总浮游生物干重平均为0.569±0.247 mg/L，变化在0.306 ～0.853 mg/L之间，在有机悬浮颗粒物中占比4.85%；浮游植物占浮游生物总量的41.63%，干重变化在0.051 ～0.464 mg/L之间，平均为0.237±0.150 mg/L；浮游动物干重占浮游生物总量的58.37%，变化在0.216 ～0.580 mg/L之间，平均为0.332±0.156 mg/L。

2#混养池塘的总浮游生物干重变化在0.192 ～0.550 mg/L之间，平均为0.356±0.200 mg/L，在有机悬浮颗粒物中占比2.63%；浮游植物干重占浮游生物干重总量的23.85%，变化于0.043 ～0.185 mg/L之间，平均干重为0.085±0.070 mg/L；浮游动物干重占浮游生物干重总量的76.14%，变化于0.143 ～0.449 mg/L之间，平均干重为0.271±0.155 mg/L。

2.3 腐质和浮游细菌

两个混养池塘腐质及浮游细菌含量及其时间变化如图3所示，1#混养池塘腐质和浮游细菌含量平均为12.28±6.29 mg/L，变化范围7.09 ～21.96 mg/L；2#混养池塘腐质和浮游细菌含量平均为13.57±5.45 mg/L，变化范围8.61 ～20.35 mg/L。两个混养池塘的腐质和浮游细菌分别在有机悬浮颗粒悬浮物的构成中占比93.67%和97.59%。

通过以上研究，可以看出两个混养池塘的总悬浮颗粒物在组成上以无机悬浮颗粒物为主，有机悬浮颗粒物的主要组成部分是腐质和浮游细菌（图4）。

通过以上研究，可以看出两个混养池塘的总悬浮颗粒物在组成上以无机悬浮颗粒物为主，有机悬浮颗粒物的主要组成部分是腐质和浮游细菌（图4）。

2.4 浮游细菌密度及生物量

1#池塘的浮游细菌密度变动于（0.58 ～2.41）×105 cell/mL之间，平均为（1.52±0.80）×105 cell/mL； 2#池塘的浮游细菌密度变动于（0.55～2.62）×105 cell/mL之间，平均为（1.48±0.84）×105 cell/mL。细菌的生物量按20 fg/cell计算，来完成把异养细菌密度转化为以碳为单位的生物量的转换[10]，通过计算可得浮游细菌生物量。如图5所示，1#混养池塘的浮游细菌生物量变化范围是（1.16～4.82）×10-3 mg/L，平均为（3.05±1.61）×10-3 mg/L；2#池塘的浮游细菌生物量变化范围是（1.10 ～5.23）×10-3 mg/L，平均为（2.96±1.68）×10-3 mg/L，含量皆不足总悬浮颗粒物的0.01%。

2.5 有机碳含量及其分布

实验池塘有机碳含量及其时间变化如表3所示，1#混养池塘的总有机碳（TOC）的变化范围为6.18～11.56 mg/L，平均为8.29±2.53 mg/L；溶解有机碳（DOC）的变化范围是3.68～6.76 mg/L，平均含量为5.43±2.03 mg/L；颗粒有机碳（POC）的变化范围为2.33 ～3.68mg/L，平均含量为3.13±1.62 mg//L。2#混养池塘的总有机碳（TOC）的变化范围为8.68～13.39 mg/L，平均为11.43±2.49 mg/L；溶解有机碳（DOC）的含量变化在6.12～9.01 mg/L之间，平均含量为7.01±1.27 mg/L； 颗粒有机碳（POC）的变化范围为2.05～7.06 mg/L，平均为4.42±2.37 mg/L。经计算可知（浮游生物干重按0.4系数换算，变换趋势相同）：在两个混养池塘中，总有机碳（TOC）的主要组成部分都是溶解有机碳（DOC），而腐质及浮游细菌碳是颗粒有机碳的主要组成部分，其中含量腐质碳＞浮游动物碳＞浮游植物碳＞细菌碳（图6）。