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本文根据珠江三角洲基塘的演变和现状,将基塘类型分为传统型基塘和现代集约型基塘两种类型。并针对顺德区基塘系统在珠江三角洲的典型性和代表性,选取该区的基塘作为研究对象。研究基塘系统水体环境中氮、磷的垂直分布,同时模拟研究基塘系统中底泥氮磷释放的控制规律。传型统基塘(文中简称为“A塘”)选址位于顺德区杏坛镇北水村,杏坛镇是顺德农业大镇,万亩传统基塘为其特色之一。鱼塘分布比较零散,大小各异,都是一些老基塘,基面退化严重,养殖年限已有20年以上。现代集约型基塘(文中简称为“B塘”)选择顺德区伦教镇仕版村的“顺德区现代农田示范区”,仕版村的“顺德区现代农田示范区”被广东省国土厅定为农田保护示范点,已建成连片的高标准基塘,经全面规划和综合治理,鱼塘呈格子状连成一片,坐落整齐,大小基本相同,是现代集约型基塘的典型代表。示范区内的基塘都是2002年以后新开垦的基塘,基水面有适当的比例,养殖时间在8年以内。研究于2005年12月(冬季)进行第一次采样,2008年7月(夏季)又进行第二次采样。共进行了两期模拟实验研究。
首先进行了基塘系统氮、磷的存在形态及其垂直分布研究。
然后,在实验室进行基塘系统底泥氮磷释放模拟实验,pH、温度、DO(溶解氧)和动力扰动是影响底泥氮、磷释放的主要非生物因素,根据上述影响因素,实验设置按4组不同影响因素分别进行模拟,每组实验中均包含传统基塘和现代基塘的独立模拟实验。研究在不同的溶解氧水平、温度、pH值及动力扰动状态条件下,底泥氮、磷释放的规律。本模拟研究实验分为四组不同的系列进行:(1)控制DO条件:分为好氧状态和厌氧状态两个不同条件的系列;(2)控制温度条件:选择5℃、20℃和35℃;(3)控制pH值条件:用NaOH和H2SO4调节上层水样pH值,样品共分为6个系列,各系列的pH值分别为2、5、7、8、11、13,并敞开容器使上层水体与空气充分接触;(4)控制水动力条件:完全扰动、部分扰动和静置对照三个系列。
取样频率为每24小时取1次,每组实验均控制在12天完成。测出不同系列样品随时间变化的TN、NO3--N、NH4+-N、TP和PO43--P浓度。在第一次模拟实验的基础上,2008的第二次模拟实验根据珠江三角洲基塘的实际情况对部分实验进行了调整。调整内容包含(1)由于2005年的采样时间在冬季,2008年的采样时间安排在夏季(2008年7月),并将每个类型基塘的采样点从3个增加到6个;(2)珠江三角洲基塘pH值在6-9之间,故模拟实验pH值控制条件调整为5、7.、9、11共4个系列;(3)根据2005年模拟实验结果,2008年的模拟实验控制在10天完成。
研究结果表明:
TN含量在两个基塘水体中没有显著性差异,含量水平比较高。垂直波动不明显,且两塘含量没有显著差异,在各层中TN的含量A塘均高于B塘。NH4+在基塘水体中变幅不大,B塘各层含量均值总体高于A塘。两个基塘水体中NH4+的垂直变化趋势相同,波动不大。NO2-在基塘水体中变幅不大,A、B两塘各层NO2-含量均值无明显差异,两个基塘水体中NO2-的垂直变化趋势相同,波动不大。NO3-在基塘水体中变幅不大,平均水平显著较高。两个基塘水体中NO3-变化趋势相同,上、中、下层无明显差别。
TP含量在两个基塘水体中垂直波动不明显,在各层中TP的含量A塘均高于B塘。PO43-含量在两个基塘水体中A塘高于B塘。TP含量在两个基塘水体中垂直波动不明显,A塘PO43-的含量均高于B塘。
溶解氧对底泥中氮的释放影响明显,当上覆水体处于富氧条件时,总氮、硝态氮和氨氮的释放量均大于缺氧条件时;随着上覆水体温度的升高,底泥中总氮、硝态氮和氨氮的释放量也随之增加;上覆水体pH值在2~13范围内,底泥总氮和氨氮释放量随着pH值增大而减少,而硝态氮释放量则随着pH值增大而缓慢增大;上覆水体的扰动加速了底泥间隙水中氮的扩散,有利于氮的释放;底泥中氨氮和总氮的释放有着比较一致的规律。
溶解氧对基塘底泥中磷的释放影响明显,当上覆水体处于缺氧条件时,磷的释放量大于富氧条件,缺氧环境促进Fe3+→Fe2+转化,促进底泥中磷的释放;反之,富氧条件下Fe2+→Fe3+转化,降低底泥中磷的释放量,增强了底泥吸附水体中磷的作用。随着上覆水体温度的升高,由于水体中溶解氧水平的下降,底泥中磷的释放速率也随之增加,可以推断鱼塘在夏天时富营养化水平比冬天时严重。在上覆水呈酸性和碱性条件下,由于加强磷与沉积物的离子交换作用,底泥中磷的释放量均高于中性条件下的释放量,而且在碱性条件下,磷释放量大于酸性条件下。上覆水体的扰动加速了底泥间隙水中磷的扩散,有利于磷的释放。底泥中可溶性磷酸盐和总磷的释放有着比较一致的规律。
传统型基塘和现代集约型基塘相比较,传统型基塘的总磷、磷酸盐、总氮、硝酸盐氮均比现代集约型基塘高,也说明养殖水体中氮、磷的含量和底泥沉积时间有关。传统型基塘和现代集约型基塘两类基塘底泥的N、P释放规律相一致。