广西岩滩水库不同养殖类型区域沉积物磷分布特征分析

材料与方法

1.1研究区域概况

广西岩滩水库是红水河上梯级开发的第5座水电站，以发电为主，兼有航运等综合功能。其工程主体位于广西大化县岩滩镇，淹没区涉及广西河池市的大化县、巴马县、东兰县、南丹县和天峨县，控制流域面积106580.0 km²，渠化河段166 km，正常蓄水位223 m，坝前水深70～74 m，库区平均水深35～40 m，水面面积107.5 km²，相应库容24.3亿m³。库区水面宽阔平稳，大部分水域基本呈静止状态，流速<0.01m/s。年均水温22℃。据统计，从1996年开始蓄水至2014年，岩滩库区的TP浓度由0.073 mg/L降至0.020 mg/L，但库区生态网箱养殖产量也从5000 t/年下降到2500 t/年左右（王大鹏等，2016）。

1.2样品采集与处理

在岩滩水库主库区设12个采样站位，各采样点养殖时间均在5年以上，站位分布及特征见图1和表1。投饵网箱养殖主要以罗非鱼为主，少量养殖革胡子鲶，罗非鱼完全投喂人工饲料，革胡子鲶混合投喂人工饲料和瓜菜类以节约养殖成本，无病害情况下年均产量约50.0 kg/m²；生态网箱养殖一般使用简易的竹木框架网箱养殖鲢鱼和鳙鱼，年均产量约25.0kg/m²；围栏养殖的品种主要是鲢鱼和鳙鱼，套养部分青鱼和草鱼，年均产量约0.1kg/m²。本研究于2016年3月（春季）、6月（夏季）、9月（秋季）和12月（冬季）分别从悬挂于各采样站位水底层的自制沉积物收集装置中采集表层沉积物样品，沉积物收集装置用直径20 cm的PVC管制成，截成80 cm高的圆筒，封好底层，在圆筒内壁固定有刻度的铁丝，用于测量沉积深度。表层沉积物样品去除底栖动物和沙石后，装入自封袋密封保存，带回实验室冷冻干燥后研磨，过200目筛后密封保存备用。

1.3沉积物磷含量测定

沉积物各形态磷含量采用淡水沉积物磷形态的标准测试法（sMT）进行测定（Ruban et al.，2001），包括铁铝磷（Fe/A1-P）、钙磷（Ca-P）、无机磷（IP）、OP和TP。每个样品重复3次，取其平均值进行分析。

1.4统计分析

使用SPSS 16.0对试验数据进行单因素方差分析（One-way ANOVA）和Dunson’s多重比较。

2结果与分析

2.1不同养殖类型区域沉积物中的磷含量差异

从表2可看出，不同养殖类型区域沉积物TP含量差异明显，投饵网箱养殖区（T1）和生态网箱养殖区（T2）在各季节均显著高于围栏养殖区（T3）（P<0.05，下同），而T3又显著高于非养殖区（T0）。夏、秋季节鱼类体重快速增长，养殖投饵量相对较多，因此T1的沉积物TP含量显著高于T2，但在春季和冬季差异不显著（P>0.05，下同）。Fe/Al-P的变化规律与TP相似，且T3的Fe/A1-P含量在夏季和冬季显著高于T0，但在春季和秋季二者差异不显著。T0的Ca-P含量最低，在各季节均显著低于其他3类养殖区域（T1、T2和T3）；夏、秋季节T1的Ca-P含量显著高于其他养殖区域，而在春、冬季节这3种养殖区域的Ca-P含量差异不显著。IP和OP的沉积表现与TP基本一致，但T3与T0的OP含量在各季节均无显著差异。总之，不同养殖类型区域表层沉积物磷含量差异明显，整体上表现为T1/T2>T3>T0，T1和T2的沉积物磷含量差异仅表现在投饵季节。

2.2不同养殖类型区域沉积物中各形态磷的比例差异

由表3可看出，不同养殖类型区域沉积物中均以IP占TP的比例最高，其次为Fe/Al-P和Ca-P，且多数情况下Fe/Al-P的比例高于Ca-P，OP的比例最低。在春季，各养殖类型区域沉积物中4种形态磷占TP的比例差异均不显著；在夏季和秋季，T1和T2的Fe/Al-P比例显著高于其他养殖类型区域，而Ca-P的比例恰好相反，IP比例则是T3显著高于T0；冬季各养殖类型区域沉积物中的Fe/Al-P比例存在显著差异，表现为T2>T1>T3>T0，Ca-P的比例则以T0最高，显著高于各养殖区域。整体来看，不同养殖类型区域沉积物中的Fe/Al-P和Ca-P比例差异明显，且二者通常呈反比关系；IP的比例虽然最高，但各养殖区域间差异不显著。

2.3不同养殖类型区域沉积物中各形态磷比例的季节差异

由图2可看出，T0只有Fe/Al-P比例存在明显的季节差异，表现为春季的比例显著高于其他季节，冬季的比例则显著低于其他季节；其他3种形态磷的季节差异均不显著。T1各形态磷比例均具有明显的季节差异，其中Fe/Al-P比例在夏季显著高于其他季节，冬季的Ca-P比例显著低于其他季节，秋季和冬季的TP比例显著高于夏季，而夏季的OP比例显著高于秋季和冬季。T2的Ca-P比例也不存在季节差异，但冬季的Fe/Al-P比例显著高于其他季节，冬季的TP比例显著高于春季和夏季，冬季的OP比例显著低于春季和夏季。T3只有Ca-P比例表现出季节差异，其他形态磷均不存在季节差异。

2.4各形态磷与TP的相关性

图3反映出各形态磷与TP间的相关性。其中，IP与TP的相关性最高，相关系数（R²）达0.9632；其次是Fe/Al-P，其与TP的相关系数达0.9475；OP与TP的相关性最低，对应的相关系数为0.5785。

3讨论

3.1养殖类型对沉积物磷含量的影响

水库沉积物营养盐负荷主要来源于上覆水体营养盐的沉降积累，包括上游水源带来的各种难溶性物质、水库内各种生物残体及由地表径流带人的泥沙和表土等。江锦花等（2004）通过围塘养殖研究发现，多余的饵料及大量的代谢产物会造成沉积物中磷含量明显上升。广西岩滩库区的生态网箱养殖品种和围栏养殖品种均以鲢鱼、鳙鱼为主，由于鱼体内氮、磷含量较高及对氮、磷元素的周转时间较长（Sereda et al.，2008），因此生态养殖鱼类可有效将水体中的氮、磷营养盐转化为鱼体蛋白并通过水产品捕捞将其移除。但有关贝类养殖沉积作用的研究结果表明，滤食性生物的生物沉积作用可使沉积物结构变得更细，更有利于养殖区域颗粒物质的加速沉积（Hatcher et al.，1994）。本研究结果表明，鲢鱼、鳙鱼的生态网箱养殖模式和生态围栏养殖模式均可造成养殖区域沉积物磷含量上升。可见，对于库区整体而言，开展滤食性鱼类生态养殖可减少水体中的磷，但在养殖区域局部仍存在磷富集效应。这就要求即使采用生态养殖模式，也要注意在库区的不同区域实施轮养，避免局部水域因营养盐累积而造成底质恶化。

3.2养殖类型对沉积物磷形态的影响

广西岩滩水库各养殖类型区域的表层沉积物均以IP为主，且IP含量远高于OP，占TP的64.90%～83.17%，与翁圆等（2014）对同为亚热带深水型的福建山仔水库表层沉积物的研究结果相似，即IP占TP的58.00%～88.00%。在沉积物IP的主要赋存形态中，Fe/Al-P最不稳定，易被解析，当环境中氧化还原电位降低时，Fe³⁺被还原为Fe²⁺并溶解，促使Fe/Al-P释放。此外，Fe-P是藻类可充分利用的形態磷（王佩等，2012），其释放有利于藻类大量繁殖生长。Ca-P是沉积物磷赋存形态中相对较稳定的组分，只有在弱酸条件下才会有少量释放，生物较难利用，通常被视为永久性磷汇。OP存在于各种动植物残体和腐殖质中，不易被藻类等水生植物吸收，需在微生物矿化作用下转化成IP。Rydin（2000）研究表明，50%～60%的OP可在微生物作用下转化为生物可利用磷并释放到水体中，使水体营养水平增加。在各种形态磷中，以Fe/Al-P的活性较强。本研究发现，除春季外，各养殖类型区域的Fe/Al-P比例均显著高于非养殖区，表明投饵网箱养殖和生态网箱养殖区底部沉积物的磷释放潜能较高。

3.3各养殖类型不同季节的磷释放潜力

广西岩滩库区地处亚热带地区，春、夏和秋季水温较高，光照较强，微生物活性较强，有机质矿化加剧，促使磷释放，因水温分层明显，故沉积物释放的溶解磷主要滞留在上覆水层；而冬季温度降低，有机物分解，沉积物磷释放作用减弱，尤其在非养殖区的表现更明显。本研究结果表明，在投饵网箱养殖区域4种形态磷均存在季节差异，生态网箱养殖区域除Ca-P外也都存在季节差异，说明不同季节网箱养殖区域沉积物磷对水体的贡献率也不同，夏季以投饵网箱养殖区域沉积物Fe/Al-P比例最高，磷释放潜力最大；冬季则以生态网箱养殖区域沉积物Fe/Al-P比例最高，磷释放潜力最大；围栏养殖区域各季节的Fe/Al-P比例差异不显著。综合对比发现，生态养殖能有效提高冬季的磷释放潜力，且养殖密度越高，对磷释放潜力的提升越明显。这可能是冬季水温分层受阻，上下水层混合，沉积物释放的溶解磷被带到上层，为浮游植物生长提供丰富的营养盐，且上层鲢鱼、鳙鱼的摄食加速浮游植物更新，从而促进营养盐从底层被释放，形成泵吸作用，但具体原因还需进一步探究证实。

4结论

各种养殖类型均可提高库区沉积物中的磷含量和释放潜力，尤其生态网箱养殖在冬季对磷的释放潜力提升作用最明显。在库区开展水产养殖时即使采用生态养殖模式，也要注意在不同区域实施轮养，避免局部水域因营养盐累积而造成底质恶化。