池塘淤泥氮营养物质分布特征研究

    蒋国民等

    

    

    

    摘要：柱状采泥器采集淤泥，分段研究氮含量和分布规律。结果表明，淤泥中有机氮占61.73%～82.01%，有明显的季节变化和垂直变化趋势，无机氮主要由固态氮构成，含量达11.27%～23.79%，有明显的垂直变化趋势。整个淤泥层参与淤泥氮营养的贮存与释放，9 cm层段氮营养活跃。

    关键词：淤泥；氮营养；分布特征

    池塘淤泥是池塘养殖过程中水体内发生物理、化学及生物学过程所产生的沉降物质，主要是残饵、鱼类排泄物、死亡生物以及尘埃泥沙混入沉积于池底，并随着养殖周期的延续而不断加厚，是池塘氮、磷等营养盐的重要“汇”和“源”，是各种营养盐和污染物等的主要蓄积场所， 也是水域生态系统物质、能量循环的重要环节[2]。适度淤泥能有效地维持水体肥效，促进养殖鱼类生长，反之易导致水质污染和鱼类发病[3]。本次通过化学检测分析池塘淤泥中氮营养物质的形态与分布，了解氮营养物质的季节变化规律，探索池塘淤泥氮营养物质调控机制，为池塘淤泥氮的合理利用，池塘富营养化的预测和治理提供一些科学依据。

    1材料与方法

    1.1采样

    实验池塘为钓鱼池，囤养草鱼为主，不清淤、不施肥、投饵少，水深保持在1.2 m左右。2012年5月-2013年4月期间，每月定期用柱状采泥器约同一位置采集淤泥3次，淤泥厚度为（15～18） cm，从表层往底层方向分段，每段3 cm，分5段，12 cm以下淤泥为最后一段，同一层段淤泥放同一塑料袋混匀、密封、编号，冰箱冷藏保存，备用。

    1.2样品处理

    淤泥样品4 000 r/min离心10 min，去除上清液，淤泥自然风干、研磨，过100目筛，进行总氮、有机态氮、可交换态氮及固态氮等指标的检测。

    1.3分析方法

    淤泥总氮含量就是各分层测定的总氮含量之和，表层总氮为表层3 cm厚淤泥总氮，底层总氮为12 cm深以下淤泥总氮。总氮测定和淤泥氮营养形态分类测定方法参考半微量法和《湖泊富营养化调查规范》（第二版）进行，Excel分析实验检测数据。

    2结果

    2.1氮营养物质形态

    从表1可看出，淤泥总氮百分含量范围为（0423～1.093）%，即淤泥总氮含量为4.23～10.93 g/kg，由有机态氮和无机态氮组成，以有机态氮为主，含量占淤泥总氮的61.73%～8201%。实验池淤泥中，无机态氮主要以固态氮形式存在，含量占氮总量11.27%～23.79%，交换态氮含量较低，占氮总量的0.03%～0.07%。

    2.2总氮分布

    根据表1淤泥中不同氮营养态物质的百分含量描绘出其变化情况图1，从图1可知，实验池塘淤泥总氮含量呈明显的季节变化趋势。冬春季（11-12月份和翌年1月份）为淤泥总氮含量最高期，其后逐步下降，夏秋季（7-9月份）达到淤泥总氮含量最低，秋季10-11月份，池塘淤泥总氮含量逐步上升。不同季节时期，淤泥总氮含量存在垂直分布现象（图2），随着淤泥深度的增加，总氮含量呈不同程度的增加趋势。

    淤泥底层总氮变化同淤泥总氮变化趋势相一致（图1），呈高度正相关，相关系数为0.853，整个淤泥总氮含量有72.783%是由底层淤泥总氮来确定的，其它影响因素为27.217%（图3）。

    表层总氮变化趋势与淤泥总氮和底层总氮变化趋势稍有不同（图1），10-11月，表层淤泥总氮含量高，淤泥总氮含量逐步累积。表层总氮含量与淤泥总氮含量呈低度相关性，相关系数（r）为0.348。

    根据表层和底层总氮对整个淤泥总氮的影响和其相关性，拟合二元回归方程为

    Y=0.051+1.879 X1+2.421 X2

    其中Y：淤泥中总氮的百分含量，X1：表层淤泥中总氮百分含量，X2：底层淤泥中总氮百分含量。

    2.3无机态氮

    池塘淤泥中无机态氮主要形式为固态氮，50%～83.35%固态氮分布在9 cm以上淤泥层，9 cm以下固态氮含量变化不显著。固态氮随淤泥深度增加而有所降低，但无明显的季节变化趋势（图2）。无机态氮中铵态氮、硝态氮为可交换态氮，可通过分子扩散迁移入水体，直接被水生植物吸收利用，是淤泥与上覆水之间氮营养物质交换的主要方式，是我们生产利用的主要氮营养物质，其在池塘生态系统中具有重要的生态意义。淤泥中可交换态氮含量低，垂直分布呈现一定的规律性，9 cm以上淤泥，其含量随深度和季节而变化，9 cm深度以下，其含量较稳定。

    2.4有机态氮

    池塘淤泥总氮中有机态氮含量高，不同季节期间的变化趋势同淤泥总氮基本保持一致（图1）。有机态氮与淤泥总氮呈高度正相关性（如图4），对淤泥总氮值的影响程度可达87.947%，相关系数为0.938，拟合一元回归方程为：

    Y=0.070+1.230 X，r=0.938

    其中Y：淤泥总氮百分含量，X：淤泥有机氮百分含量，回归方程的方差分析检验结果为极显著，表明X和Y线性相关，并回归极显著。

    3结论

    底泥氮营养物质含量是水体氮的沉积与释放动态平衡的结果，水体有机质及氮营养物质含量高，氮营养物质出现沉积，池塘淤泥总氮含量由表向底呈递增趋势。反之则表层淤泥氮营养逐步释放水中，底层氮营养逐步补充。淤泥9 cm段氮营养物质沉积与释放过程活跃，可交换态氮、固态氮和有机氮含量的变化和垂直变化明显，9 cm以下淤泥层段有机氮也不断变化，表明池塘淤泥层都参与了氮营养物质的贮存与释放。

    参考文献：

    [1]

    Lu R K， Soil Agro chemistry Analysis Method. Beijing： China Agricultural Scientech Press， 2000：146-165

    [2] Wang Y C， Wan G J， Yin C Q， Huang R G.. Distribution of total， exchangeable and fixed nitrogen in the sediments of two lakes in Guizhou province， Journal of Lake Sciences， 2002，14（4）：301-309

    [3] 苏利，姜志强，宋波澜.3种底质对水质和红鲫生长的影响[J].大连海洋大学学报，2011，26（2）：149-152

    [4] Nagaraja P， Kumar M S H. Spedrophot ometric Determination of Nitrate in Pulluted Water Using a New Coupling Reagent. Anal. Sci. ，2002，（18）：355-357

    [5] 金相灿，屠清瑛主编.《湖泊富营养化调查规范》（第二版）[M].北京：中国环境科学出版社，1990