不同養(yǎng)殖物種池塘中氮磷的周轉(zhuǎn)與耦合

氮（N）和磷（P）的大量積累是池塘養(yǎng)殖發(fā)展面臨的嚴(yán)重問題。為了減少營養(yǎng)積累的負(fù)面影響，已經(jīng)做出了一些努力。然而，人們對傳統(tǒng)養(yǎng)殖池塘中氮和磷的內(nèi)部循環(huán)過程知之甚少。在本研究中，我們確定了2019年至2020年不同季節(jié)的四個月內(nèi)，洪湖周圍三種典型養(yǎng)殖物種（魚類、螃蟹和小龍蝦）參與氮磷循環(huán)的關(guān)鍵胞外酶（包括堿性磷酸酶（AP）和亮氨酸氨基肽酶（LAP））的動力學(xué)參數(shù)以及營養(yǎng)狀態(tài)的變化。此外，還評估了沉積物磷的釋放潛力。結(jié)果表明，池塘中的營養(yǎng)狀態(tài)是養(yǎng)殖物種特有的。

在魚塘中，可溶性活性磷（SRP）是總磷（TP）的主要成分。外源性輸入導(dǎo)致了磷的積累和氮磷比的失衡。同時，魚塘中銨和亞硝酸鹽的濃度也最高，分別達到4.14 mg L?1和0.29 mg L?1。利用酶動力學(xué)參數(shù)評估池塘中氮和磷的營養(yǎng)狀態(tài)和再生率。AP（APT）介導(dǎo)的有機磷周轉(zhuǎn)時間及其米氏常數(shù)（Km）與SRP濃度呈顯著正相關(guān)（P<0.05），與氮磷比呈負(fù)相關(guān)（P<0.05）。

這些結(jié)果表明，過量的磷限制了有機磷的水解，但促進了有機氮產(chǎn)生有害的NH4+-N，這意味著胞外酶平衡了池塘中氮和磷的再生。沉積物分析表明，魚塘中存在較高的底棲磷釋放風(fēng)險，而平衡磷濃度（EPC0）與Fe（OOH）~P的比例、TP和有機碳（OC）的含量呈顯著正相關(guān)（P<0.05）。盡管如此，在大多數(shù)養(yǎng)殖月份，沉積物傾向于吸附磷酸鹽而不是釋放磷?？偟膩碚f，由于高磷負(fù)荷，有害的銨和亞硝酸鹽在魚塘中大量積累，而大量的磷可能來自外源輸入或沉積物等內(nèi)源來源。本研究揭示了傳統(tǒng)養(yǎng)殖池塘中氮磷循環(huán)之間的耦合相互作用，表明養(yǎng)殖期間建議在養(yǎng)殖池塘中采取平衡的氮磷管理措施。

介紹

作為一種最重要的淡水養(yǎng)殖模式，傳統(tǒng)土塘養(yǎng)殖約占中國淡水養(yǎng)殖總產(chǎn)量的60%至70%（Peng et al.，2022）。傳統(tǒng)的EP養(yǎng)殖實踐主要包括單一物種的高密度養(yǎng)殖、有機肥料和商業(yè)飼料的利用以及未經(jīng)處理的廢水排放。一般來說，傳統(tǒng)的EP位于湖泊等自然水體周圍，富含氮（N）和磷（P）的水產(chǎn)養(yǎng)殖廢水可能導(dǎo)致水體富營養(yǎng)化，并破壞受納水體生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性（Daniel et al.，1998；Ulen et al.，2007；Zhang et al.，2015a）。例如，作為水污染的主要原因，從鄰近的蝦池和魚塘引入未經(jīng)處理的污水可能會增加富營養(yǎng)化的風(fēng)險，并威脅沿海地區(qū)水生生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定（Das等人，2004年；Herbeck等人，2013年；Trott和Alongi，2000年）。

魚類養(yǎng)殖行業(yè)釋放的包括磷在內(nèi)的營養(yǎng)物質(zhì)可能會促進有害藻類的生長，而以前在水源水中沒有觀察到這種生長（Anderson等人，2002年）。因此，了解各種水產(chǎn)養(yǎng)殖系統(tǒng)中的內(nèi)部營養(yǎng)循環(huán)過程不僅對提高水產(chǎn)品質(zhì)量至關(guān)重要，而且對管理池塘污水排入受納水體也很重要。

化學(xué)計量氮磷摩爾比（16:1）的經(jīng)典“雷德菲爾德比”可以被視為代表初級生產(chǎn)者的營養(yǎng)供應(yīng)平衡，其平衡對于維持水生生態(tài)系統(tǒng)的健康狀態(tài)至關(guān)重要（Elser et al.，2022；雷德菲爾德，1958）。在傳統(tǒng)的養(yǎng)殖池塘中，除了N和P在水柱中的滯留外，許多人為活動也會導(dǎo)致N和P比例的失衡。例如，由于魚塘中持續(xù)的魚類食物供應(yīng)，TN:TP比率可能從100以上急劇下降到約5，這有利于藍藻的生長，并增加了有害藻類水華的發(fā)生風(fēng)險（Huang et al.，2016）。同樣，不平衡的氮磷比和高磷負(fù)荷會驅(qū)動絨螯蟹和太平洋白蝦養(yǎng)殖池塘中有害藻類的發(fā)展（Li et al.，2019；Da Silva et al.，2013）。其他人為因素，如農(nóng)業(yè)區(qū)的殺蟲劑、土地使用和旅游業(yè)，也會帶來大規(guī)模污染，并對水產(chǎn)養(yǎng)殖環(huán)境產(chǎn)生不利影響（Adewolu，2009）。

養(yǎng)殖池塘中含氮化合物的滯留，除了氮磷比失衡外，也威脅著養(yǎng)殖業(yè)的發(fā)展。水產(chǎn)養(yǎng)殖生態(tài)系統(tǒng)中過量的氮總是以銨（NH4+-N）、硝酸鹽（NO3--N）、亞硝酸鹽（NO2--N）、溶解有機氮（DON）和顆粒氮的形式存在（Hargreaves，1998）。一般來說，氨和亞硝酸鹽的積累會導(dǎo)致養(yǎng)殖動物的毒性和水質(zhì)惡化（Hargreaves，1998；Luo等人，2020；Sang等人，2020）。氨氮積累始終是限制集約型水產(chǎn)養(yǎng)殖系統(tǒng)產(chǎn)量增長的主要因素（Ebeling等人，2006年）。此外，長時間暴露于高濃度（10 mg L?1）的硝酸鹽會對魚類和兩棲動物產(chǎn)生不利影響，如斑尾鷸和三氏擬大尾鷸（Camargo等人，2005年）。研究養(yǎng)殖池塘中氮磷比的平衡以及氮磷元素的來源，對促進養(yǎng)殖業(yè)的可持續(xù)發(fā)展具有重要意義。

養(yǎng)殖生物的排泄和未食用飼料的分解是水產(chǎn)養(yǎng)殖池塘中生物可利用氮和磷的來源，而其他含氮物質(zhì)也可能來自硝化細菌群落的變化（Alcaraz和Espina，1995）。至于磷，由于培養(yǎng)生物的養(yǎng)分利用效率較低，多余的磷會釋放到水中或沉積在底部，使沉積物成為磷的潛在來源（Kibria等人，1997；Pouil等人，2019；Yang等人，2017）。即使已經(jīng)證明，在半密集條件下，一些池塘下的沉積物可以發(fā)揮“磷匯”的作用，但當(dāng)P/OC比率達到適當(dāng)水平時，磷可以從底棲區(qū)釋放到水中（Bhakta等人，2016；Potuzak等人，2016）。

此外，由于魚塘中的反硝化作用和硝化作用，底層土壤可能是有害含氮化合物的重要來源（Gross等人，2000年）。氮和磷的來源多種多樣，但不同形式的磷來源于何處以及它們?nèi)绾伪Ａ粼谒a(chǎn)養(yǎng)殖池塘的水柱中是不準(zhǔn)確的。不幸的是，很少有研究關(guān)注各種水產(chǎn)養(yǎng)殖系統(tǒng)中內(nèi)部典型的磷和氮循環(huán)進展，包括水中溶解有機磷和氮的水解和沉積物中可溶性反應(yīng)性磷（SRP）的動力學(xué)。