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池塘底部管理
池塘底質及其修復與管理
林文輝
中國水產科學研究院珠江水產研究所?510380?中國?廣州
水質管理是池塘養殖日常管理的核心。但是,要能管理好一塘水,首先要了解所有影響水質的各種因素。池塘底質是池塘生態系統的重要組成部分,底部的狀態對池塘水質具有決定性影響。因此,想管好一塘池水,必須管好池塘底質。而想管好底質,則必須了解池塘底質的屬性及其在養殖期間的演變規律。本文就池塘底部的構成、功能、管理提出一些見解,供池塘養殖管理者參考。
1、池塘底部的組成與作用
1.1?池塘底部的組成
池塘底部的組成包括原始底部,一般稱為土壤,以及土壤之上的,在養殖過程中由養殖動物糞便、殘餌、各種死亡水生生物的尸體以及有機碎屑等構成的沉淀物。由于在池塘生物以及人工池塘操作的攪動下,原始土壤與沉淀物會有一定程度的混合,成為淤泥。對于地膜池和水泥池而言,底部只是沉淀物。
1.1.1原始底部
土塘原始底部一般稱為土壤,按土壤分類系統可分為壤土、沙土、粘土、粉土等。主要由礦物組成,有機物質含量一般在1~5%左右。不同土壤具有不同的物理和生物化學特性(更全面的資料請參考《池塘養殖底質》一書)。兩種對池塘養殖影響比較大的極端土壤為硫含量大于0.75%的酸性硫酸鹽土壤和鹽含量在0.1%~0.2%以上,或者土壤膠體吸附一定數量的交換性鈉,堿化度在15%~20%以上的鹽堿土壤。遇到這樣的養殖環境除了進行必要的改造之外,養殖生產過程的定向改良最為關鍵。
1.1.2?沉淀物
沉淀物是在養殖期間形成的,其中的礦物主要來自堤岸的侵蝕,除了黃河水外,水源帶進來的可沉降礦物很少,而飼料中帶進來的礦物也微乎其微。沉淀物中的有機物質主要來自糞便、殘餌、死亡的生物和微生物絮團。沉淀物本質上是一種“碳匯”或“氧債”。
1.2?池塘底部的功能
1.2.1“供氧”作用
氧的作用是在生物呼吸過程中作為電子受體和氫受體:
CH2O?+?H2O?=?CO2?+?4e-?+?4H+…..………………..………………………..(1)
O2?+?4e-?+?4H+?=?2H2O……………..………….…………………………..(2)
干燥氧化處理后的池塘底部土壤含有大量的氧化態礦物,具有電子受體和氫受體的功能,如:
MnO2(s)?+?2e-?+?4H+?=?Mn2+?+?2H2O…..…………………………………..(2a)
Fe(OH)3(s)?+?e-?+?3H+?=?Fe2+?+?3H2O…..…………………………………..(2b)
因此,池塘底部土壤相當于一個化學“氧庫”,對養殖過程底部環境氧化還原電位具有強烈的緩沖作用。底部土壤中的氧化態物質替代氧接受電子的能力P可表示為(mgO2/L):
…..……….….………………..…………….(3)
其中n表示土壤中有變價元素種類的數量,Ci表示第i種變價元素的摩爾濃度(mol/L),HZ表示該元素氧化態的價數,LZ表示該元素還原態的價數,32為氧的分子量,4為氧接受的電子數。根據方程(3),土壤中1?mol/L硝酸(+5價氮)還原為氮氣(0價氮)時相當于32(5?–?0)/4=40(mgO2/L);1?mol/L高鐵(+3價鐵)還原為亞鐵(+2價鐵)時相當于32(3?–?2)/4=8(mgO2/L)。
地膜池和水泥池無此功能。
1.2.2?“碳匯”作用
與原始底部相反,養殖過程中形成的沉淀物中的COD是一種“氧債”,其本質是碳匯。其中的碳直接或間接來源于未被消化吸收的飼料和光合作用的產物(光合作用產生O2的同時產生CH2O,本質上光合作用并沒有給池塘生態系統“增氧”):
CO2?+?H2O?=?CH2O?+?O2…..……………..………………………………..(4)
由于水體中的溶解氧比較難以到達底部,各種有機物質沉淀到池塘底部后難以快速氧化分解,底部有機碳的積累在一定程度上有利于保存水體中的溶解氧供養殖動物呼吸。在低密度、低產的池塘里,飼料投入不多,池塘底部的碳匯主要來自光合作用,因此,光合作用產生的氧是池塘養殖中氧的主要來源。根據方程(4),30克CH2O的碳匯可提供32克O2。而在高密度、高產池塘里,單靠儲存碳匯利用光合作用產生的氧氣不足以維持系統呼吸對氧的需要,因此,必須采取增氧措施。反過來說,環境條件一致、承載量相同的池塘生態系統中碳匯的大小取決于池塘人工增氧的水平。
1.2.3?微量元素的“源”與“匯”
養殖前期,當池塘回水后,底部土壤通過營養交換作用向水體釋放大量的微量營養素,具有“肥水”作用,是池塘生態系統中微量元素的“源”;在養殖過程中,未被魚類消化吸收的飼料礦物以及藻類在生長過程中所吸收的微量元素,并隨著食物鏈最終成為糞便和尸骸又匯集到池塘底部,此時,池塘底部又成了微量元素的“匯”。
1.2.4?營養轉化場所
池塘底部沉積著大量的有機碎屑,營養豐富,生物群落密集,是池塘生態系統中物質循環、資源再利用的場所。未被養殖動物利用的碳和氮通過微生物經腐生生物鏈重新轉化為飼料蛋白,重新被養殖動物所利用:
NH4+?+?7.08CH2O?+?HCO3-?+?2.06O2?=?C5H7O2N?+?3.08CO2?+?6.06H2O?…..……..(5)
相當于
100gCOD+29.10gO2+7.94gNH4++26.92gHCO3-=49.88g菌體蛋白+59.82gCO2+48.15gH2O?……………………………………………………………………………………...……..(5a)
這不僅可以大幅度提高飼料效率,而且對生態系統的自凈也有巨大的貢獻。
2、池塘底質的修復與管理
池塘底部的處理與管理目標就是盡可能維護、提高其生態學功能,以達到穩定水質并使池塘可持續利用。
2.1休耕期間底部的處理
并非所有池塘底部土壤都是最佳土壤,因此,在進行處理時,不同的土壤條件應該有不同的處理措施。池塘底部處理的目標是恢復或提高生產性能,包括:恢復空間、清除氧債、補充氧庫、保持肥力。池塘底部土壤(包括淤泥)的處理應根據具體池塘的土壤屬性,以達到上述目標為基礎進行靈活修復。如果知識簡單地走流程,很可能出現更嚴重的后果。
2.1.1常規土壤的處理
對于常規池塘的處理大家都比較熟悉:把水排干、清淤(除掉氧債)、必要的時候推塘以便保持深度,然后曬塘(氧化,恢復氧庫)。為了更全面地使土壤徹底氧化,翻耕、破碎是一種有效的手段。期間可根據土壤的pH值和鈣濃度,翻耕前適當使用碳酸鈣(CaCO3)或白云石粉[CaMg(CO3)2]處理(但不能用生石灰——氧化鈣,因為生石灰造成高pH值影響土壤氧化期間微生物的活性)并通過翻耕與土壤混合均勻。碳酸鈣或白云石粉可促進有機物質分解,更有效地清除氧債:
CH2O?+?O2?+?CaCO3?=?Ca2+?+?2HCO3-…..………………..……………..(6)
2CH2O?+?2O2?+?CaMg(CO3)2?=?Ca2+?+?Mg2+?+?4HCO3-….……..…………..(6a)
能有效提高池塘底部土壤總堿度和總硬度水平,提高池塘生產力和pH緩沖能力。
特別提醒:數年沒有重推的池塘底部氧債積累最嚴重的區域是表層20厘米以下,推塘后一定要徹底暴曬,才能達到清除氧債、補充氧庫的作用。特別是那些由于滲漏或其它原因難以干燥的池塘,當池塘底部干燥、推塘后來不及暴曬就匆匆進水或滲漏進來的水沒有排干,將導致嚴重的問題——水質比不推塘更難控制!
2.1.2極端土壤的處理
極端土壤是指酸性硫酸鹽土壤或鹽堿地開挖的池塘。新池塘最有效的處理方法是采用客土覆蓋,其次是漂洗。一般酸性硫酸鹽土壤都見于沿海,土壤經徹底干燥酸化后,用海水多次漂洗到pH高于5.0以上后才用于養殖,但由于酸性環境下水體堿度低、生產力低,產量比較低。鹽堿地多見于部分沿海和干旱、半干旱內陸,新塘也可以用非堿性的地表水漂洗。
由于養殖期間形成的沉淀物中的“土壤”是漂洗過的“好土壤”,因此,極端土壤的池塘干塘后應盡量保留淤泥。利用休耕期間讓淤泥中的有機物質徹底分解(消除氧債)和徹底氧化(補充氧庫)。如果池塘確實太淺需要加深,必須將表層土壤保留,推好池塘后重新用原來的表層土壤覆蓋。這樣處理的池塘比每造都將底部淤泥清除干凈的池塘生產力提高得更快。
2.2降低淤泥產生的措施
淤泥主要由粘土顆粒和有機碎屑構成,因此,控制堤岸的侵蝕、沉淀以及科學合理混養、正確使用微生物制劑促進氮呼吸,都可以有效減少淤泥的量。
2.2.1?護坡與沉淀池
池塘淤泥中的粘土顆粒主要來自風或增氧機引起的波浪對池塘堤岸的侵蝕。因此,采取適當的護坡措施可以有效地減少堤岸侵蝕所帶來的淤泥,這對于酸性硫酸鹽土壤或鹽堿土壤池塘尤其重要,因為這些池塘氧化的堤岸侵蝕帶來的不僅僅是粘土顆粒,還帶有強酸或強堿。對于換水量大而水源渾濁的池塘,最好有個沉淀池預先處理以減少水源帶來的泥沙沉淀物。
2.2.2合理混養
水生生態系統中除了淤泥是碳匯外,另一個碳匯就是水生動物。每公斤水生動物(如淡水池塘里的鰱魚和鳙魚)平均含碳150克(濕重),可相應節約(150克碳/12克/摩爾碳×32克/摩爾氧=)400克氧。因此,合理混養濾食性魚類,盡量提高混養魚類的產量,也可以降低淤泥的產量。也就是說進入池塘生態系統所有的碳,無論來自飼料還是光合作用,除了作為能量呼吸形成二氧化碳外,如果不轉化為生物體,就轉化為氧債(淤泥)。
2.3?養殖期間底部的管理
養殖期間池塘底部的管理本質上是氧債的管理。在傳統的池塘養殖中,溶解氧是限制因素,因此,保證溶解氧水平是池塘水質管理的重要目的。所以,氧債是不良物質。一些常見的手段本質上是氧的管理,如物理手段——排污:將氧債直接排出池塘;化學手段——“增氧劑”如過氧化鈣、過碳酸鈉;“消毒劑”如漂白粉、高錳酸鉀、過氧硫酸氫鉀、高鐵酸鉀等,本質上是氧化劑,是對池塘底部“氧”的補充。然而,在增氧機使用不受限制的現代池塘養殖,不懂得使用增氧機來解決上述問題,是行業對池塘生態缺乏理解、對池塘生態系統中“氧債”的誤解所造成的。
“氧債”的本質是一種能量。目前很多池塘水質調節手段都是補充能量或者需要能量的,如直接補碳或補充微生物(微生物要起作用需要能量)。因此,理解氧債的本質,充分利用氧債的生物學功能,既達到改善水質調節,又化解池塘風險,同時還可以節約成本(1000克COD相當于937.5克葡萄糖)。此外,利用好池塘底部的氧債,還可以降低氨氮,提高腐生食物鏈的產量,進而提高濾食性魚類的產量(方程5a)。
2.3.1?池塘底部均溫層的管理
大多數池塘的上下層水體之間在白天都有程度的分層現象。表層(變溫層)的溫度隨深度而降低,到光線照射不到的深度以下水溫相對低并且一致,這部分水體的比重相對比較高。因此,許多沉降物質會懸停在這層水體當中。由于這些懸浮物質大多數是有機顆粒和生物絮團,因而耗氧量非常大,容易引起微缺氧。
晴天光合作用旺盛的情況下,如果出現表層溶解氧過飽和,必須將均溫層的氧債流轉到富氧層,否則將引起光合作用的“負增氧”,引起池塘氧債增加:
CO2?+?H2O?=?CH2O?+?O2↑
如果在池塘底部均溫層出現大量的Fe(HCO3)2時就存在翻塘的風險,不正常的上下水層對流(如臺風、暴雨、大風、拉網等)將造成瞬間全塘缺氧而翻塘:
4Fe(HCO3)2?+?2H2O?+?O2?=?4Fe(OH)3↓?+?8CO2…..………………..……………..(7)
此外,池塘底部和均溫層溶解氧低將導致大量有害微生物,如弧菌、嗜水氣單胞菌、鏈球菌等兼性厭氧病源微生物的生長。
因此,池塘水體的分層是氧債形成的重要因素,一旦發現水體出現溫度分層或化學(溶解氧、pH)分層,應該采取一定的措施消層。具體方法可利用溶解氧晝夜變化規律,在上層水體溶解氧高的時候,采用葉輪增氧機、涌浪機處理。
2.3.2?池塘底部淤泥的管理
均溫層里的氧債是可以隨著水體的流轉而消除的,但一般情況下,池塘底部的淤泥不會被增氧機所形成的水流帶走而與有氧水體混合。一般常見的只是遷移,如水車增氧機帶動的水流引起沉淀物在中間積累而不是懸浮混合,尤其是一些帶有一定礦物的、比重比較大的有機顆粒或帶有一定黏性的有機顆粒。即使是葉輪增氧機或涌浪機,雖然可以在機器的正下方將淤泥吸起,但相對于整個池塘底部淤泥而言,還是不夠的。
特別是當一些有機物在池塘底部生長出菌膜之后,一般只靠水的流動是無法攪動起來的,相反,往往是水流速度越快的地方,菌膜生長的速度越快、菌膜也越厚。菌膜的生長反過來阻礙了氧的滲透和擴散,因此,將導致菌膜下面的電位不斷降低。對于土池而言,由于氧化的土壤礦物具有“氧”的緩沖能力,一般電位的降低按氧電位→氮電位→鐵、錳電位→硫電位→二氧化碳電位的過程進行,其變化速度取決于有機物質的污染程度和土壤的緩沖能力。而地膜池或水泥池因為沒有氧化態土壤的緩沖作用,一般從氧電位就直接進入硫電位,特別是硫酸含量比較高的海水或咸淡水池塘。
底部淤泥的管理手段是再懸浮,也就是“攪動”。攪動的方法有生物攪動和人工攪動。生物攪動是混養一些能攪底的動物,如塘鲺、黃姑等,生物攪動雖然方便,但不可靠,難以控制。人工攪動最簡單的方法是用鐵鏈或綱繩刮底,也可以用噴射裝置沖洗。人工攪動比較全面,可以根據具體池塘的養殖特點選擇頻度,但操作比較麻煩。養殖過程中產生淤泥沉淀物是不可避免的,而淤泥一旦沉淀,電位就會持續降低,如果不處理,就會產毒、滋生有害細菌,再懸浮的作用是將池塘底部的淤泥電位控制在一定范圍內。
對于不能排水干燥的池塘或打算連續養殖的池塘,底部淤泥的處理是關鍵。同理,通過對底部淤泥的及時處理,清除氧債,就可以實現連續養殖而無需干塘、曬塘。
3、結語
池塘生態是一個非均質系統,其中最為主要的是氧分布的不均勻并由此導致電位梯度的出現進而引起病源、有害物質滋生、甚至導致系統崩潰。因此,池塘養殖目前應該重點研究開發增氧技術,尤其是池塘底部的供氧技術。這不僅能夠維持更安全、更健康的池塘生態系統,而且還可以充分利用輸入池塘的碳能,提高經濟效益,更為重要的是,減少養殖業COD的排放。據2010年國家環境保護部、國家統計局和農業部聯合發布的《第一次全國污染源普查公報》稱,水產養殖業所排放的COD為55.83萬噸,相當于52.34萬噸葡萄糖。如果我們能對這些碳能加以適當利用,其經濟效益、社會效益、環境效益是相當可觀的(根據方程5a,只需要提供16.25萬噸氧氣,就可將55.83萬噸COD轉化為27.85萬噸細菌蛋白,同時凈化4.41萬噸的氨氮)。
林文輝
中國水產科學研究院珠江水產研究所?510380?中國?廣州
水質管理是池塘養殖日常管理的核心。但是,要能管理好一塘水,首先要了解所有影響水質的各種因素。池塘底質是池塘生態系統的重要組成部分,底部的狀態對池塘水質具有決定性影響。因此,想管好一塘池水,必須管好池塘底質。而想管好底質,則必須了解池塘底質的屬性及其在養殖期間的演變規律。本文就池塘底部的構成、功能、管理提出一些見解,供池塘養殖管理者參考。
1、池塘底部的組成與作用
1.1?池塘底部的組成
池塘底部的組成包括原始底部,一般稱為土壤,以及土壤之上的,在養殖過程中由養殖動物糞便、殘餌、各種死亡水生生物的尸體以及有機碎屑等構成的沉淀物。由于在池塘生物以及人工池塘操作的攪動下,原始土壤與沉淀物會有一定程度的混合,成為淤泥。對于地膜池和水泥池而言,底部只是沉淀物。
1.1.1原始底部
土塘原始底部一般稱為土壤,按土壤分類系統可分為壤土、沙土、粘土、粉土等。主要由礦物組成,有機物質含量一般在1~5%左右。不同土壤具有不同的物理和生物化學特性(更全面的資料請參考《池塘養殖底質》一書)。兩種對池塘養殖影響比較大的極端土壤為硫含量大于0.75%的酸性硫酸鹽土壤和鹽含量在0.1%~0.2%以上,或者土壤膠體吸附一定數量的交換性鈉,堿化度在15%~20%以上的鹽堿土壤。遇到這樣的養殖環境除了進行必要的改造之外,養殖生產過程的定向改良最為關鍵。
1.1.2?沉淀物
沉淀物是在養殖期間形成的,其中的礦物主要來自堤岸的侵蝕,除了黃河水外,水源帶進來的可沉降礦物很少,而飼料中帶進來的礦物也微乎其微。沉淀物中的有機物質主要來自糞便、殘餌、死亡的生物和微生物絮團。沉淀物本質上是一種“碳匯”或“氧債”。
1.2?池塘底部的功能
1.2.1“供氧”作用
氧的作用是在生物呼吸過程中作為電子受體和氫受體:
CH2O?+?H2O?=?CO2?+?4e-?+?4H+…..………………..………………………..(1)
O2?+?4e-?+?4H+?=?2H2O……………..………….…………………………..(2)
干燥氧化處理后的池塘底部土壤含有大量的氧化態礦物,具有電子受體和氫受體的功能,如:
MnO2(s)?+?2e-?+?4H+?=?Mn2+?+?2H2O…..…………………………………..(2a)
Fe(OH)3(s)?+?e-?+?3H+?=?Fe2+?+?3H2O…..…………………………………..(2b)
因此,池塘底部土壤相當于一個化學“氧庫”,對養殖過程底部環境氧化還原電位具有強烈的緩沖作用。底部土壤中的氧化態物質替代氧接受電子的能力P可表示為(mgO2/L):
…..……….….………………..…………….(3)
其中n表示土壤中有變價元素種類的數量,Ci表示第i種變價元素的摩爾濃度(mol/L),HZ表示該元素氧化態的價數,LZ表示該元素還原態的價數,32為氧的分子量,4為氧接受的電子數。根據方程(3),土壤中1?mol/L硝酸(+5價氮)還原為氮氣(0價氮)時相當于32(5?–?0)/4=40(mgO2/L);1?mol/L高鐵(+3價鐵)還原為亞鐵(+2價鐵)時相當于32(3?–?2)/4=8(mgO2/L)。
地膜池和水泥池無此功能。
1.2.2?“碳匯”作用
與原始底部相反,養殖過程中形成的沉淀物中的COD是一種“氧債”,其本質是碳匯。其中的碳直接或間接來源于未被消化吸收的飼料和光合作用的產物(光合作用產生O2的同時產生CH2O,本質上光合作用并沒有給池塘生態系統“增氧”):
CO2?+?H2O?=?CH2O?+?O2…..……………..………………………………..(4)
由于水體中的溶解氧比較難以到達底部,各種有機物質沉淀到池塘底部后難以快速氧化分解,底部有機碳的積累在一定程度上有利于保存水體中的溶解氧供養殖動物呼吸。在低密度、低產的池塘里,飼料投入不多,池塘底部的碳匯主要來自光合作用,因此,光合作用產生的氧是池塘養殖中氧的主要來源。根據方程(4),30克CH2O的碳匯可提供32克O2。而在高密度、高產池塘里,單靠儲存碳匯利用光合作用產生的氧氣不足以維持系統呼吸對氧的需要,因此,必須采取增氧措施。反過來說,環境條件一致、承載量相同的池塘生態系統中碳匯的大小取決于池塘人工增氧的水平。
1.2.3?微量元素的“源”與“匯”
養殖前期,當池塘回水后,底部土壤通過營養交換作用向水體釋放大量的微量營養素,具有“肥水”作用,是池塘生態系統中微量元素的“源”;在養殖過程中,未被魚類消化吸收的飼料礦物以及藻類在生長過程中所吸收的微量元素,并隨著食物鏈最終成為糞便和尸骸又匯集到池塘底部,此時,池塘底部又成了微量元素的“匯”。
1.2.4?營養轉化場所
池塘底部沉積著大量的有機碎屑,營養豐富,生物群落密集,是池塘生態系統中物質循環、資源再利用的場所。未被養殖動物利用的碳和氮通過微生物經腐生生物鏈重新轉化為飼料蛋白,重新被養殖動物所利用:
NH4+?+?7.08CH2O?+?HCO3-?+?2.06O2?=?C5H7O2N?+?3.08CO2?+?6.06H2O?…..……..(5)
相當于
100gCOD+29.10gO2+7.94gNH4++26.92gHCO3-=49.88g菌體蛋白+59.82gCO2+48.15gH2O?……………………………………………………………………………………...……..(5a)
這不僅可以大幅度提高飼料效率,而且對生態系統的自凈也有巨大的貢獻。
2、池塘底質的修復與管理
池塘底部的處理與管理目標就是盡可能維護、提高其生態學功能,以達到穩定水質并使池塘可持續利用。
2.1休耕期間底部的處理
并非所有池塘底部土壤都是最佳土壤,因此,在進行處理時,不同的土壤條件應該有不同的處理措施。池塘底部處理的目標是恢復或提高生產性能,包括:恢復空間、清除氧債、補充氧庫、保持肥力。池塘底部土壤(包括淤泥)的處理應根據具體池塘的土壤屬性,以達到上述目標為基礎進行靈活修復。如果知識簡單地走流程,很可能出現更嚴重的后果。
2.1.1常規土壤的處理
對于常規池塘的處理大家都比較熟悉:把水排干、清淤(除掉氧債)、必要的時候推塘以便保持深度,然后曬塘(氧化,恢復氧庫)。為了更全面地使土壤徹底氧化,翻耕、破碎是一種有效的手段。期間可根據土壤的pH值和鈣濃度,翻耕前適當使用碳酸鈣(CaCO3)或白云石粉[CaMg(CO3)2]處理(但不能用生石灰——氧化鈣,因為生石灰造成高pH值影響土壤氧化期間微生物的活性)并通過翻耕與土壤混合均勻。碳酸鈣或白云石粉可促進有機物質分解,更有效地清除氧債:
CH2O?+?O2?+?CaCO3?=?Ca2+?+?2HCO3-…..………………..……………..(6)
2CH2O?+?2O2?+?CaMg(CO3)2?=?Ca2+?+?Mg2+?+?4HCO3-….……..…………..(6a)
能有效提高池塘底部土壤總堿度和總硬度水平,提高池塘生產力和pH緩沖能力。
特別提醒:數年沒有重推的池塘底部氧債積累最嚴重的區域是表層20厘米以下,推塘后一定要徹底暴曬,才能達到清除氧債、補充氧庫的作用。特別是那些由于滲漏或其它原因難以干燥的池塘,當池塘底部干燥、推塘后來不及暴曬就匆匆進水或滲漏進來的水沒有排干,將導致嚴重的問題——水質比不推塘更難控制!
2.1.2極端土壤的處理
極端土壤是指酸性硫酸鹽土壤或鹽堿地開挖的池塘。新池塘最有效的處理方法是采用客土覆蓋,其次是漂洗。一般酸性硫酸鹽土壤都見于沿海,土壤經徹底干燥酸化后,用海水多次漂洗到pH高于5.0以上后才用于養殖,但由于酸性環境下水體堿度低、生產力低,產量比較低。鹽堿地多見于部分沿海和干旱、半干旱內陸,新塘也可以用非堿性的地表水漂洗。
由于養殖期間形成的沉淀物中的“土壤”是漂洗過的“好土壤”,因此,極端土壤的池塘干塘后應盡量保留淤泥。利用休耕期間讓淤泥中的有機物質徹底分解(消除氧債)和徹底氧化(補充氧庫)。如果池塘確實太淺需要加深,必須將表層土壤保留,推好池塘后重新用原來的表層土壤覆蓋。這樣處理的池塘比每造都將底部淤泥清除干凈的池塘生產力提高得更快。
2.2降低淤泥產生的措施
淤泥主要由粘土顆粒和有機碎屑構成,因此,控制堤岸的侵蝕、沉淀以及科學合理混養、正確使用微生物制劑促進氮呼吸,都可以有效減少淤泥的量。
2.2.1?護坡與沉淀池
池塘淤泥中的粘土顆粒主要來自風或增氧機引起的波浪對池塘堤岸的侵蝕。因此,采取適當的護坡措施可以有效地減少堤岸侵蝕所帶來的淤泥,這對于酸性硫酸鹽土壤或鹽堿土壤池塘尤其重要,因為這些池塘氧化的堤岸侵蝕帶來的不僅僅是粘土顆粒,還帶有強酸或強堿。對于換水量大而水源渾濁的池塘,最好有個沉淀池預先處理以減少水源帶來的泥沙沉淀物。
2.2.2合理混養
水生生態系統中除了淤泥是碳匯外,另一個碳匯就是水生動物。每公斤水生動物(如淡水池塘里的鰱魚和鳙魚)平均含碳150克(濕重),可相應節約(150克碳/12克/摩爾碳×32克/摩爾氧=)400克氧。因此,合理混養濾食性魚類,盡量提高混養魚類的產量,也可以降低淤泥的產量。也就是說進入池塘生態系統所有的碳,無論來自飼料還是光合作用,除了作為能量呼吸形成二氧化碳外,如果不轉化為生物體,就轉化為氧債(淤泥)。
2.3?養殖期間底部的管理
養殖期間池塘底部的管理本質上是氧債的管理。在傳統的池塘養殖中,溶解氧是限制因素,因此,保證溶解氧水平是池塘水質管理的重要目的。所以,氧債是不良物質。一些常見的手段本質上是氧的管理,如物理手段——排污:將氧債直接排出池塘;化學手段——“增氧劑”如過氧化鈣、過碳酸鈉;“消毒劑”如漂白粉、高錳酸鉀、過氧硫酸氫鉀、高鐵酸鉀等,本質上是氧化劑,是對池塘底部“氧”的補充。然而,在增氧機使用不受限制的現代池塘養殖,不懂得使用增氧機來解決上述問題,是行業對池塘生態缺乏理解、對池塘生態系統中“氧債”的誤解所造成的。
“氧債”的本質是一種能量。目前很多池塘水質調節手段都是補充能量或者需要能量的,如直接補碳或補充微生物(微生物要起作用需要能量)。因此,理解氧債的本質,充分利用氧債的生物學功能,既達到改善水質調節,又化解池塘風險,同時還可以節約成本(1000克COD相當于937.5克葡萄糖)。此外,利用好池塘底部的氧債,還可以降低氨氮,提高腐生食物鏈的產量,進而提高濾食性魚類的產量(方程5a)。
2.3.1?池塘底部均溫層的管理
大多數池塘的上下層水體之間在白天都有程度的分層現象。表層(變溫層)的溫度隨深度而降低,到光線照射不到的深度以下水溫相對低并且一致,這部分水體的比重相對比較高。因此,許多沉降物質會懸停在這層水體當中。由于這些懸浮物質大多數是有機顆粒和生物絮團,因而耗氧量非常大,容易引起微缺氧。
晴天光合作用旺盛的情況下,如果出現表層溶解氧過飽和,必須將均溫層的氧債流轉到富氧層,否則將引起光合作用的“負增氧”,引起池塘氧債增加:
CO2?+?H2O?=?CH2O?+?O2↑
如果在池塘底部均溫層出現大量的Fe(HCO3)2時就存在翻塘的風險,不正常的上下水層對流(如臺風、暴雨、大風、拉網等)將造成瞬間全塘缺氧而翻塘:
4Fe(HCO3)2?+?2H2O?+?O2?=?4Fe(OH)3↓?+?8CO2…..………………..……………..(7)
此外,池塘底部和均溫層溶解氧低將導致大量有害微生物,如弧菌、嗜水氣單胞菌、鏈球菌等兼性厭氧病源微生物的生長。
因此,池塘水體的分層是氧債形成的重要因素,一旦發現水體出現溫度分層或化學(溶解氧、pH)分層,應該采取一定的措施消層。具體方法可利用溶解氧晝夜變化規律,在上層水體溶解氧高的時候,采用葉輪增氧機、涌浪機處理。
2.3.2?池塘底部淤泥的管理
均溫層里的氧債是可以隨著水體的流轉而消除的,但一般情況下,池塘底部的淤泥不會被增氧機所形成的水流帶走而與有氧水體混合。一般常見的只是遷移,如水車增氧機帶動的水流引起沉淀物在中間積累而不是懸浮混合,尤其是一些帶有一定礦物的、比重比較大的有機顆粒或帶有一定黏性的有機顆粒。即使是葉輪增氧機或涌浪機,雖然可以在機器的正下方將淤泥吸起,但相對于整個池塘底部淤泥而言,還是不夠的。
特別是當一些有機物在池塘底部生長出菌膜之后,一般只靠水的流動是無法攪動起來的,相反,往往是水流速度越快的地方,菌膜生長的速度越快、菌膜也越厚。菌膜的生長反過來阻礙了氧的滲透和擴散,因此,將導致菌膜下面的電位不斷降低。對于土池而言,由于氧化的土壤礦物具有“氧”的緩沖能力,一般電位的降低按氧電位→氮電位→鐵、錳電位→硫電位→二氧化碳電位的過程進行,其變化速度取決于有機物質的污染程度和土壤的緩沖能力。而地膜池或水泥池因為沒有氧化態土壤的緩沖作用,一般從氧電位就直接進入硫電位,特別是硫酸含量比較高的海水或咸淡水池塘。
底部淤泥的管理手段是再懸浮,也就是“攪動”。攪動的方法有生物攪動和人工攪動。生物攪動是混養一些能攪底的動物,如塘鲺、黃姑等,生物攪動雖然方便,但不可靠,難以控制。人工攪動最簡單的方法是用鐵鏈或綱繩刮底,也可以用噴射裝置沖洗。人工攪動比較全面,可以根據具體池塘的養殖特點選擇頻度,但操作比較麻煩。養殖過程中產生淤泥沉淀物是不可避免的,而淤泥一旦沉淀,電位就會持續降低,如果不處理,就會產毒、滋生有害細菌,再懸浮的作用是將池塘底部的淤泥電位控制在一定范圍內。
對于不能排水干燥的池塘或打算連續養殖的池塘,底部淤泥的處理是關鍵。同理,通過對底部淤泥的及時處理,清除氧債,就可以實現連續養殖而無需干塘、曬塘。
3、結語
池塘生態是一個非均質系統,其中最為主要的是氧分布的不均勻并由此導致電位梯度的出現進而引起病源、有害物質滋生、甚至導致系統崩潰。因此,池塘養殖目前應該重點研究開發增氧技術,尤其是池塘底部的供氧技術。這不僅能夠維持更安全、更健康的池塘生態系統,而且還可以充分利用輸入池塘的碳能,提高經濟效益,更為重要的是,減少養殖業COD的排放。據2010年國家環境保護部、國家統計局和農業部聯合發布的《第一次全國污染源普查公報》稱,水產養殖業所排放的COD為55.83萬噸,相當于52.34萬噸葡萄糖。如果我們能對這些碳能加以適當利用,其經濟效益、社會效益、環境效益是相當可觀的(根據方程5a,只需要提供16.25萬噸氧氣,就可將55.83萬噸COD轉化為27.85萬噸細菌蛋白,同時凈化4.41萬噸的氨氮)。
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