池塘底质及其修复与管理

林文辉

中国水产科学研究院珠江水产研究所 510380 中国 广州

水质管理是池塘养殖日常管理的核心。但是，要能管理好一塘水，首先要了解所有影响水质的各种因素。池塘底质是池塘生态系统的重要组成部分，底部的状态对池塘水质具有决定性影响。因此，想管好一塘池水，必须管好池塘底质。而想管好底质，则必须了解池塘底质的属性及其在养殖期间的演变规律。本文就池塘底部的构成、功能、管理提出一些见解，供池塘养殖管理者参考。

1、池塘底部的组成与作用

1.1 池塘底部的组成

池塘底部的组成包括原始底部，一般称为土壤，以及土壤之上的，在养殖过程中由养殖动物粪便、残饵、各种死亡水生生物的尸体以及有机碎屑等构成的沉淀物。由于在池塘生物以及人工池塘操作的搅动下，原始土壤与沉淀物会有一定程度的混合，成为淤泥。对于地膜池和水泥池而言，底部只是沉淀物。

1.1.1原始底部

土塘原始底部一般称为土壤，按土壤分类系统可分为壤土、沙土、粘土、粉土等。主要由矿物组成，有机物质含量一般在1～5%左右。不同土壤具有不同的物理和生物化学特性（更全面的资料请参考《池塘养殖底质》一书）。两种对池塘养殖影响比较大的极端土壤为硫含量大于0.75%的酸性硫酸盐土壤和盐含量在0.1%～0.2%以上，或者土壤胶体吸附一定数量的交换性钠，碱化度在15%～20%以上的盐碱土壤。遇到这样的养殖环境除了进行必要的改造之外，养殖生产过程的定向改良最为关键。

1.1.2 沉淀物

沉淀物是在养殖期间形成的，其中的矿物主要来自堤岸的侵蚀，除了黄河水外，水源带进来的可沉降矿物很少，而饲料中带进来的矿物也微乎其微。沉淀物中的有机物质主要来自粪便、残饵、死亡的生物和微生物絮团。沉淀物本质上是一种“碳汇”或“氧债”。

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过程中作为电子受体和氢受体：

CH2O + H2O = CO2 + 4e- + 4H+…..………………..………………………..(1)

O2 + 4e- + 4H+ = 2H2O……………..………….…………………………..(2)

干燥氧化处理后的池塘底部土壤含有大量的氧化态矿物，具有电子受体和氢受体的功能，如：

MnO2(s) + 2e- + 4H+ = Mn2+ + 2H2O…..…………………………………..(2a)

Fe(OH)3(s) + e- + 3H+ = Fe2+ + 3H2O…..…………………………………..(2b)

因此，池塘底部土壤相当于一个化学“氧库”，对养殖过程底部环境氧化还原电位具有强烈的缓冲作用。底部土壤中的氧化态物质替代氧接受电子的能力P可表示为（mgO2/L）：…..……….….………………..…………….(3)

其中n表示土壤中有变价元素种类的数量，Ci表示第i种变价元素的摩尔浓度（mol/L），HZ表示该元素氧化态的价数，LZ表示该元素还原态的价数，32为氧的分子量，4为氧接受的电子数。根据方程(3)，土壤中1 mol/L硝酸（+5价氮）还原为氮气（0价氮）时相当于32(5 – 0)/4=40（mgO2/L）；1 mol/L高铁（+3价铁）还原为亚铁（+2价铁）时相当于32(3 – 2)/4=8（mgO2/L）。

地膜池和水泥池无此功能。

1.2.2 “碳汇”作用

与原始底部相反，养殖过程中形成的沉淀物中的COD是一种“氧债”，其本质是碳汇。其中的碳直接或间接来源于未被消化吸收的饲料和光合作用的产物（光合作用产生O2的同时产生CH2O，本质上光合作用并没有给池塘生态系统“增氧”）：CO2 + H2O = CH2O + O2…..……………..………………………………..(4)

由于水体中的溶解氧比较难以到达底部，各种有机物质沉淀到池塘底部后难以快速氧化分解，底部有机碳的积累在一定程度上有利于保存水体中的溶解氧供养殖动物呼吸。在低密度、低产的池塘里，饲料投入不多，池塘底部的碳汇主要来自光合作用，因此，光合作用产生的氧是池塘养殖中氧的主要来源。根据方程(4)，30克CH2O的碳汇可提供32克O2。而在高密度、高产池塘里，单靠储存碳汇利用光合作用产生的氧气不足以维持系统呼吸对氧的需要，因此，必须采取增氧措施。反过来说，环境条件一致、承载量相同的池塘生态系统中碳汇的大小取决于池塘人工增氧的水平。

1.2.3 微量元素的“源”与“汇”

养殖前期，当池塘回水后，底部土壤通过营养交换作用向水体释放大量的微量营养素，具有“肥水”作用，是池塘生态系统中微量元素的“源”；在养殖过程中，未被鱼类消化吸收的饲料矿物以及藻类在生长过程中所吸收的微量元素，并随着食物链最终成为粪便和尸骸又汇集到池塘底部，此时，池塘底部又成了微量元素的“汇”。

1.2.4 营养转化场所

池塘底部沉积着大量的有机碎屑，营养丰富，生物群落密集，是池塘生态系统中物质循环、资源再利用的场所。未被养殖动物利用的碳和氮通过微生物经腐生生物链重新转化为饲料蛋白，重新被养殖动物所利用：NH4+ + 7.08CH2O + HCO3- + 2.06O2 = C5H7O2N + 3.08CO2 + 6.06H2O …..……..(5)

相当于100gCOD+29.10gO2+7.94gNH4++26.92gHCO3-=49.88g菌体蛋白+59.82gCO2+48.15gH2O ……………………………………………………………………………………...……..(5a)

这不仅可以大幅度提高饲料效率，而且对生态系统的自净也有巨大的贡献。

2、池塘底质的修复与管理

池塘底部的处理与管理目标就是尽可能维护、提高其生态学功能，以达到稳定水质并使池塘可持续利用。

2.1休耕期间底部的处理

并非所有池塘底部土壤都是最佳土壤，因此，在进行处理时，不同的土壤条件应该有不同的处理措施。池塘底部处理的目标是恢复或提高生产性能，包括：恢复空间、清除氧债、补充氧库、保持肥力。池塘底部土壤（包括淤泥）的处理应根据具体池塘的土壤属性，以达到上述目标为基础进行灵活修复。如果知识简单地走流程，很可能出现更严重的后果。

2.1.1常规土壤的处理

对于常规池塘的处理大家都比较熟悉：把水排干、清淤（除掉氧债）、必要的时候推塘以便保持深度，然后晒塘（氧化，恢复氧库）。为了更全面地使土壤彻底氧化，翻耕、破碎是一种有效的手段。期间可根据土壤的pH值和钙浓度，翻耕前适当使用碳酸钙(CaCO3)或白云石粉[CaMg(CO3)2]处理（但不能用生石灰——氧化钙，因为生石灰造成高pH值影响土壤氧化期间微生物的活性）并通过翻耕与土壤混合均匀。碳酸钙或白云石粉可促进有机物质分解，更有效地清除氧债：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总碱度和总硬度水平，提高池塘生产力和pH缓冲能力。

特别提醒：数年没有重推的池塘底部氧债积累最严重的区域是表层20厘米以下，推塘后一定要彻底暴晒，才能达到清除氧债、补充氧库的作用。特别是那些由于渗漏或其它原因难以干燥的池塘，当池塘底部干燥、推塘后来不及暴晒就匆匆进水或渗漏进来的水没有排干，将导致严重的问题——水质比不推塘更难控制！

2.1.2极端土壤的处理

极端土壤是指酸性硫酸盐土壤或盐碱地开挖的池塘。新池塘最有效的处理方法是采用客土覆盖，其次是漂洗。一般酸性硫酸盐土壤都见于沿海，土壤经彻底干燥酸化后，用海水多次漂洗到pH高于5.0以上后才用于养殖，但由于酸性环境下水体碱度低、生产力低，产量比较低。盐碱地多见于部分沿海和干旱、半干旱内陆，新塘也可以用非碱性的地表水漂洗。

由于养殖期间形成的沉淀物中的“土壤”是漂洗过的“好土壤”，因此，极端土壤的池塘干塘后应尽量保留淤泥。利用休耕期间让淤泥中的有机物质彻底分解（消除氧债）和彻底氧化（补充氧库）。如果池塘确实太浅需要加深，必须将表层土壤保留，推好池塘后重新用原来的表层土壤覆盖。这样处理的池塘比每造都将底部淤泥清除干净的池塘生产力提高得更快。

2.2降低淤泥产生的措施

淤泥主要由粘土颗粒和有机碎屑构成，因此，控制堤岸的侵蚀、沉淀以及科学合理混养、正确使用微生物制剂促进氮呼吸，都可以有效减少淤泥的量。

2.2.1 护坡与沉淀池

池塘淤泥中的粘土颗粒主要来自风或增氧机引起的波浪对池塘堤岸的侵蚀。因此，采取适当的护坡措施可以有效地减少堤岸侵蚀所带来的淤泥，这对于酸性硫酸盐土壤或盐碱土壤池塘尤其重要，因为这些池塘氧化的堤岸侵蚀带来的不仅仅是粘土颗粒，还带有强酸或强碱。对于换水量大而水源浑浊的池塘，最好有个沉淀池预先处理以减少水源带来的泥沙沉淀物。

2.2.2合理混养

水生生态系统中除了淤泥是碳汇外，另一个碳汇就是水生动物。每公斤水生动物（如淡水池塘里的鲢鱼和鳙鱼）平均含碳150克（湿重），可相应节约（150克碳/12克/摩尔碳×32克/摩尔氧=）400克氧。因此，合理混养滤食性鱼类，尽量提高混养鱼类的产量，也可以降低淤泥的产量。也就是说进入池塘生态系统所有的碳，无论来自饲料还是光合作用，除了作为能量呼吸形成二氧化碳外，如果不转化为生物体，就转化为氧债（淤泥）。

2.3 养殖期间底部的管理

养殖期间池塘底部的管理本质上是氧债的管理。在传统的池塘养殖中，溶解氧是限制因素，因此，保证溶解氧水平是池塘水质管理的重要目的。所以，氧债是不良物质。一些常见的手段本质上是氧的管理，如物理手段——排污：将氧债直接排出池塘；化学手段——“增氧剂”如过氧化钙、过碳酸钠；“消毒剂”如漂白粉、高锰酸钾、过氧硫酸氢钾、高铁酸钾等，本质上是氧化剂，是对池塘底部“氧”的补充。然而，在增氧机使用不受限制的现代池塘养殖，不懂得使用增氧机来解决上述问题，是行业对池塘生态缺乏理解、对池塘生态系统中“氧债”的误解所造成的。

“氧债”的本质是一种能量。目前很多池塘水质调节手段都是补充能量或者需要能量的，如直接补碳或补充微生物（微生物要起作用需要能量）。因此，理解氧债的本质，充分利用氧债的生物学功能，既达到改善水质调节，又化解池塘风险，同时还可以节约成本（1000克COD相当于937.5克葡萄糖）。此外，利用好池塘底部的氧债，还可以降低氨氮，提高腐生食物链的产量，进而提高滤食性鱼类的产量（方程5a）。

2.3.1 池塘底部均温层的管理

大多数池塘的上下层水体之间在白天都有程度的分层现象。表层（变温层）的温度随深度而降低，到光线照射不到的深度以下水温相对低并且一致，这部分水体的比重相对比较高。因此，许多沉降物质会悬停在这层水体当中。由于这些悬浮物质大多数是有机颗粒和生物絮团，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况下，如果出现表层溶解氧过饱和，必须将均温层的氧债流转到富氧层，否则将引起光合作用的“负增氧”，引起池塘氧债增加：

CO2 + H2O = CH2O + O2↑

如果在池塘底部均温层出现大量的Fe(HCO3)2时就存在翻塘的风险，不正常的上下水层对流（如台风、暴雨、大风、拉网等）将造成瞬间全塘缺氧而翻塘：

4Fe(HCO3)2 + 2H2O + O2 = 4Fe(OH)3↓ + 8CO2…..………………..……………..(7)

此外，池塘底部和均温层溶解氧低将导致大量有害微生物，如弧菌、嗜水气单胞菌、链球菌等兼性厌氧病源微生物的生长。

因此，池塘水体的分层是氧债形成的重要因素，一旦发现水体出现温度分层或化学（溶解氧、pH）分层，应该采取一定的措施消层。具体方法可利用溶解氧昼夜变化规律，在上层水体溶解氧高的时候，采用叶轮增氧机、涌浪机处理。

2.3.2 池塘底部淤泥的管理

均温层里的氧债是可以随着水体的流转而消除的，但一般情况下，池塘底部的淤泥不会被增氧机所形成的水流带走而与有氧水体混合。一般常见的只是迁移，如水车增氧机带动的水流引起沉淀物在中间积累而不是悬浮混合，尤其是一些带有一定矿物的、比重比较大的有机颗粒或带有一定黏性的有机颗粒。即使是叶轮增氧机或涌浪机，虽然可以在机器的正下方将淤泥吸起，但相对于整个池塘底部淤泥而言，还是不够的。

特别是当一些有机物在池塘底部生长出菌膜之后，一般只靠水的流动是无法搅动起来的，相反，往往是水流速度越快的地方，菌膜生长的速度越快、菌膜也越厚。菌膜的生长反过来阻碍了氧的渗透和扩散，因此，将导致菌膜下面的电位不断降低。对于土池而言，由于氧化的土壤矿物具有“氧”的缓冲能力，一般电位的降低按氧电位→氮电位→铁、锰电位→硫电位→二氧化碳电位的过程进行，其变化速度取决于有机物质的污染程度和土壤的缓冲能力。而地膜池或水泥池因为没有氧化态土壤的缓冲作用，一般从氧电位就直接进入硫电位，特别是硫酸含量比较高的海水或咸淡水池塘。

底部淤泥的管理手段是再悬浮，也就是“搅动”。搅动的方法有生物搅动和人工搅动。生物搅动是混养一些能搅底的动物，如塘鲺、黄姑等，生物搅动虽然方便，但不可靠，难以控制。人工搅动最简单的方法是用铁链或纲绳刮底，也可以用喷射装置冲洗。人工搅动比较全面，可以根据具体池塘的养殖特点选择频度，但操作比较麻烦。养殖过程中产生淤泥沉淀物是不可避免的，而淤泥一旦沉淀，电位就会持续降低，如果不处理，就会产毒、滋生有害细菌，再悬浮的作用是将池塘底部的淤泥电位控制在一定范围内。

对于不能排水干燥的池塘或打算连续养殖的池塘，底部淤泥的处理是关键。同理，通过对底部淤泥的及时处理，清除氧债，就可以实现连续养殖而无需干塘、晒塘。

3、结语

池塘生态是一个非均质系统，其中最为主要的是氧分布的不均匀并由此导致电位梯度的出现进而引起病源、有害物质滋生、甚至导致系统崩溃。因此，池塘养殖目前应该重点研究开发增氧技术，尤其是池塘底部的供氧技术。这不仅能够维持更安全、更健康的池塘生态系统，而且还可以充分利用输入池塘的碳能，提高经济效益，更为重要的是，减少养殖业COD的排放。据2010年国家环境保护部、国家统计局和农业部联合发布的《第一次全国污染源普查公报》称，水产养殖业所排放的COD为55.83万吨，相当于52.34万吨葡萄糖。如果我们能对这些碳能加以适当利用，其经济效益、社会效益、环境效益是相当可观的（根据方程5a，只需要提供16.25万吨氧气，就可将55.83万吨COD转化为27.85万吨细菌蛋白，同时净化4.41万吨的氨氮）。