摘要：阐述影响池塘养殖水体溶解氧的主要因素，主要包括浮游藻类的光合作用、空气扩散作用、水体呼吸作用和底质呼吸作用。分析透明度与池塘上下层水体溶解氧水平的关系以及空气扩散进入水体的影响因素。水体呼吸作用即水体中浮游生物、细菌呼吸消耗氧气

是溶解氧消耗的主要去向。详细分析池塘底泥层次以及底泥对池塘中溶解氧浓度和水质的影响。

关键词：溶解氧；底质；透光度；底泥耗氧量

溶解氧是水产养殖环境中的重要因素，其含量低时会影响养殖生物的摄食量、饵料系数、抗病能力等。另外，水体中溶解氧含量也是判定池塘水质好坏的一个指标。在淡水湖泊环境中，溶解氧可以抑制底泥中聚磷菌向水体中释放磷酸盐。鉴于溶解氧在池塘中的重要作用，有必要对池塘中氧气的来源、去向及其影响因素作一系统论述。依据国内外近年来对池塘溶解氧的研究成果，对池塘养殖水体中溶解氧的来源和去向进行描述，旨在为提高池塘养殖技术水平，降低养殖生物死亡率，提高池塘水体养殖容量。

1 氧气的来源

1．1 浮游植物的光合作用 

浮游植物的光合作用是池塘中氧气的主要来源。浮游植物的光合作用受浮游生物丰度、光照强度的影响。光合作用速率可通过叶绿素a含量和光合作用指数来计算。根据光合作用反应方程式，如果反应产物是葡萄糖则每还原1molCO2可产生1molO2，但光合作用产物通常包括脂类和蛋白质，一般认为实际产量可由初级生产量(P)乘以0.8得到。初级生产量按Rather等提出的公式计算。

对于静水池塘，水体中悬浮颗粒物质对透光度的影响不大，所以可以通过测定水体的透光度来反映浮游植物在水体中的浓度。在养殖初期，随叶绿素a浓度的增加，光合作用产生O2，量也随之增加，但水体透明度降低，可接受光照的水层变浅，所以并非透光度越低越好，而是有一个最适值。一般认为，透光度与浮游生物丰度之间有一定关系（表一）。

透光度反映养殖水体中浮游生物丰度和能进行光合作用生成氧气的水体深度。浮游生物丰度能明显影响养殖水体底部溶解氧的浓度。在无风且上下层水体无对流情况下，水体的透光度与水体中各个层次中溶解氧含量的关系大致可用图1描述。由图1可知，在低富营养化水平下，整个水体中氧气含量水平差别相对较小，池塘水体底部溶解氧远高于高富营养化水体底层溶解氧。底栖生物如日本对虾、底栖贝类等对池塘底部溶解氧最敏感，所以应严格控制池塘水体中的透明度水平，防止因池塘水体透明度过低，进而池底溶解氧过低导致的底栖生物窒息死亡。

浮游植物是氧气的主要制造者。Karlia等研究表明，水体中溶解氧的76.9％来源于浮游生物光合作用，在溶解氧消耗中有57.5％被浮游生物自身利用。浮游植物光合作用制造氧气，其呼吸作用消耗氧气。当浮游植物制造的氧气减去其呼吸作用消耗氧气即其净生成氧气最大时水体的透明度，为水体最适透明度。理论上，可以通过控制浮游植物的密度来达到最大的氧气含量。但是，由于水产养殖系统是人工生态系统，本身不太稳定，物质和能量流通不太稳定，另外由于人为大量投饵，使池塘水体发生富营养化，很难人为控制浮游植物的密度。

1．2 空气扩散进入水体

池塘水体另外一种获得氧气的途径是通过空气中氧气扩散进入水中。当池塘水体中氧气含量低于饱和溶解氧时，空气中02就通过扩散作用进入水体。水体中溶解氧与该温度、压力下的饱和溶解氧差值越大，O2扩散进入水体的速度越快。John等研究表明，空气中氧气扩

散进入水体中的速度取决于风速和其持续时间以及空气与水体中氧气的浓度差。孙耀等报道了大气与水体的氧气交换速率方程。

           DOexch=A×Eg(Co—C)        (2)

式中，DOexch为单位时间02的溶入量；A为界面面积；Co为水体中02的饱和浓度；C为水体中02的实测浓度；E窖为交换速率参数，取Rn梯度法测得的值。

式(2)主要应用于养殖水体垂直混合均匀时，如在有风的天气情况下。在无风天气情况下，02向水体的扩散还要受其在水体中的扩散速度所限制。池塘水体越浅(<1.0m)，越利于氧气的扩散。Taylor研究表明，池塘水体中约10％的氧气来源于空气中的氧气。当水体中氧气含量低于2mg/l时，空气中氧气的扩散成为池塘中氧气的主要贡献者。

在盛夏季节，气温的日变化较小。池塘上层水体密度低，下层密度高，上下层水体不能混合。池塘水体中这种出现明显的冷热2层的现象，叫热力学分层现象(Thermal strat—ification)。池塘水体产生的分层现象极不利于氧气从空气中扩散入水体，使池塘水体尤其是池塘底部间隙水中获得氧气的能力进一步降低。春秋季节日温差比较大，池塘水体中上下层对流比较旺盛，不会发生水体分层现象。但底质中的营养物质通过对流到达水体上层，供浮游生物利用，易引起浮游植物爆发性增长，发生水体的富营养化。

2 水体中溶解氧的去向

2．1 水体呼吸作用耗氧(Water column respiration) 

水体的耗氧速率可以用水体呼吸作用即单位时间、单位体积水体

的耗氧量来表示。池塘中水体一般为有氧的环境，氧化还原电位>0。有机物降解过程中都是以氧气作为最终电子接受体。水体中溶解氧的消耗速率是池塘耗氧的主要部分。Steeby研究表明，鲶鱼池塘中总呼吸作用中，有65％用于水体呼吸，20％用于底泥呼吸，15％被鱼类所利用。史为良研究表明，鳗池水体呼吸作用占总呼吸的47.5％ 。Teichert等研究表明，热带鱼池塘中，水体的呼吸作用占总呼吸的53% ～76%，平均68%。所以，浮游生物呼吸作用消耗氧气占总呼吸消耗的主要部分。

水体中有机质来源于池塘中浮游植物的光合作用和饵料投放，其中光合作用制造的有机质比饵料投放要多出2—3倍。水体中的主要耗氧物质是浮游生物残体降解过程 。浮游生物残体同化与饵料投放进入池塘的速度不同。浮游生物在水体中的死亡进行得缓慢而持续，但饵料投放后池塘在瞬间接受了大量的有机质，水体和底质的呼吸作用迅速增加，氧气被大量消耗，可能导致水体中氧气降低到安全浓度以下，不利于养殖生物生长。所以，在夏季高温季节，池塘水体发生分层现象，溶解氧不足时，应该减少投饵或增加投饵频率，防止池塘中缺氧环境的发生。

水体呼吸作用受温度和溶解氧的影响。温度每升高1O℃，呼吸作用速率增加1倍。由图2可知，呼吸作用速率受水体中的溶解氧含量的影响明显。水体呼吸采用柱测定法(Column method)测定，最早是由Shapiro等提出。Boyd于1995年采用该方法测定水产养殖WR和SR ，采用黑白瓶法测定光合作用生成的氧气，光合作用与呼吸作用的测定地点相同。结果表明，水体的呼吸作用与光合作用生成氧气相关性显著(P<0.05)。

2．2 底泥耗氧量SOD(Sediment oxygen demand) 

SOD包括生物底质耗氧量(Biological sediment oxygen demand，

BSOD)和化学底质耗氧量(Chemical sediment oxygen demand，CSOD)。其中，BSOD是由异养细菌利用有机质作为能源，氧气作为最终电子受体降解过程中消耗的氧气。还原性物质在底质表面以下厌氧区域生成，其透过氧化层与氧气发生反应所消耗的氧气称为CSOD。SOD与多种因素有关，包括温度、溶解氧、有机物组成、池塘底质组成状况、沉积物不均匀沉降、测定方法等。温度与SOD关系密切，SOD随温度的增加呈线性增加。池塘水体中溶解氧含量较低，约为2～3mg/L时会降低SOD速率，较高水平溶解氧似乎对SOD没有影响。

Claude等将底泥分为4层，分别为F、S、M 和P层。各个层次及所在位置如图3所示。上覆水中氧气含量是影响底质氧气消耗速率的重要因素。氧气是有机物降解效率最高的电子接受体。据文献报道，底泥界面F层(絮状沉淀层)水体经常处于缺氧的环境，有机质的矿化作用缓慢，暂时积累在池底。此时，细菌可以利用硝酸盐、Mn2+、Fe3+、硫酸根和小分子有机物等作为最终电子受体，同化有机物。So层位于S层上层有氧区域，厚度一般只有几毫米，其以下为Sn层无氧区域，呈黑色。池塘底质表面的So层在维持池塘水质方面起重要作用。其表面以下的Sn层、M层、T层有机物在无氧环境下产生的有害物质如硫化氢、亚硝酸氮、氨氮等进入水体要经过So层。当这些有害物质通过底质表面时会被So和F层的氧气氧化为无害物质，如Fe2+被氧化为Fe3+，

NO2-被氧化为NO3-，S2-被氧化为SO42-等，因此So层氧化状态是极为重要的。当底质表面积累大量的有机物质时，由于氧气的大量消耗，上覆水和F层氧气不足，So层得不到足够的氧气，其氧化态被破坏，底质中无氧发酵产生的有害物质进入水体，影响养殖生物生长。底质中的So层很容易被破坏，有时池塘浮游生物自身死亡所沉积的有机物就足以将其破坏。

池塘底质呼吸作用消耗氧气可以通过底泥中有机物的消耗速率粗略反映。Avnimelech模型 被广泛地应用于底泥有机物的降解速率。该模型描述了底质中有机质含量随时问的变化。

dS/dt=B-KsS

式中，S为底泥中有机质的面积浓度；t为时间；B为每天有机物的加入量；Ks为有机质降解速率常数。

由于水体中各种有机质的降解速率不同，如糖类、蛋白质、脂类很容易降解，相应的 较大，但是纤维素、木质素等物质的降解速度很慢，其 与容易降解物质的 差距很大。为了更好地对有机质降解进行模拟，Westrich等提出Mult．G模型 。

3 结语

目前，关于池塘中浮游生物死亡所造成的需降解有机物含量的研究很少。但是，该方面的研究有助于人们了解池塘合适浮游生物浓度范围，以防止底质缺氧或厌氧环境的产生。

(2)氧气由水体表面传递到池塘底质的速度受多种因素的影响，如上下层水体的对流、风速和生物扰动等。目前，关于这方面的研究还未见报道。但供给SOD的O2，主要来源于上层水体O2的扩散作用。该方面的研究有助于防止底质无氧环境的发生，提高养殖成活率，保持水质和底质的良好环境。

(3)不同养殖品种池塘水体的最适透光度不同。对于日本对虾、底栖贝类等底栖生物，其透光度要求要大一点，因为这样可以提高底质中溶解氧的浓度；对于中国对虾和一些在水体上层生长的鱼类，可以适当提高透光度，增加池塘上层水体的溶解氧水平。所以，应根据养殖生物，确定适合该种生物的最适透光度。

来源：《安徽农业科学》