底栖硅藻对海参池塘沉积物-水界面生源要素的生物调控与修复作用研究

针对参池沉积物富营养化严重、海参大规模病害频发等制约着我国海参养殖业可持续发展的问题，以底栖硅藻为研究对象，利用其能有效吸收、利用和转化生源要素N、P；能附着生长以及是海参高效饵料的特点，采用实验室模拟培养为主要方法，研究其对沉积物-水界面生源要素N、P吸收效率、转化机制和关键调控因子，分析环境-底栖硅藻-海参系统内各单元间耦合关系，确定关键调控和修复因子及机制。项目预期将揭示参池沉积物-水界面N、P循环规律及底栖硅藻对其调控与修复机制，实现参池沉积物-水界面富营养化的修复，建立底栖硅藻调控和修复参池沉积物-水环境的关键技术。项目的研究成果不仅能够丰富养殖生态学、生物修复原理及生物地球化学过程等基础研究内容，对于深入了解池塘养殖生态系统内各单元的相互作用以及养殖环境资源养护具有重要意义，可以为我国水产养殖业可持续、健康生态发展提供科学依据。

针对刺参池塘沉积物富营养化严重的问题，项目开展沙底和淤泥底刺参池塘沉积物和水体中氮磷存在特征的调查和分析研究，结合室内模拟培养方法，通过分析沉积物中营养盐表观释放速率、累积释放量和去除率，研究水土界面营养盐循环的影响因素，探讨底栖硅藻通过生命活动对刺参池塘沉积物-水界面氮、磷的生物调控和修复作用。研究表明：1）两种底质池水和沉积物中总氮（TN）、总磷（TP）月含量变化规律存在差异。TN含量在沙底池水和沉积物中变化不大，在淤泥底池水和沉积物中呈增长趋势；TP含量在沙底池水中先升后降，在沉积物中相反，在淤泥底池水中缓慢增加，在沉积物中变化小；淤泥中TP含量超出沙泥的10倍左右，但池水中却低于沙池水。2）其它形态氮、磷在两种底质池水中月含量变化存在明显差异。铵态氮含量在沙底池水中逐渐增长，在淤泥底池水中变化不大；硝态氮含量在两种底质池水中都明显降低；亚硝态氮在两种底质池水中均是9-10月份突然增加，其它月份变化不大；活性磷含量沙池水明显高于淤泥池水。3）各底质池水中氮、磷存在比例差异较大。沙底池水可溶性无机氮（DIN）含量逐渐降低至平稳波动，淤泥底池水的含量略高；沙质底水体中DIN/P低于16，表明氮是限制因素；而淤泥底池塘水3-6月DIN/P超过16，磷是限制因素，7-11月低于16，氮为限制因素。4）两种底质池水和沉积物中各形态氮、磷含量高低在垂直方向和水平方向交替变化，差异不显著。5）温度、pH、光照和底栖硅藻生物量对沉积物中氮、磷表观释放速率和累积释放量的影响显著（p<0.05），影响水土界面营养盐的循环。pH 6.5和pH 9.0时的沉积物中最大表观释放速率和最大累积释放量均明显高于pH 8.22（正常海水）；5℃累积释放量较20℃高，但表观释放速率底，低温也应注意营养盐水平的监控；氮、磷的去除率在15℃-30℃随温度的升高而增加，而在5℃时，各形态氮、磷去除率高于15℃和20℃低于30℃。总氮、总磷在较高藻生物量107个时出现最大表观释放速率；底栖硅藻对沉积物氮、磷累积释放量和去除有不同程度的促进作用。铵态氮和总磷在光照2-3.6kLux、12h时释放速率最大，其它各形态氮和活性磷在强光照快速达到最大释放速率。6）菱形藻对氮盐的亲和力大于对磷盐的亲和力；有优先吸收铵态氮趋势，其次是硝态氮，对亚硝态氮的亲和性较差。研究结果为池塘生源要素监测和调控提供科学依据。