不同养殖物种池塘中氮磷的周转与耦合

氮（N）和磷（P）的大量积累是池塘养殖发展面临的严重问题。为了减少营养积累的负面影响，已经做出了一些努力。然而，人们对传统养殖池塘中氮和磷的内部循环过程知之甚少。在本研究中，我们确定了2019年至2020年不同季节的四个月内，洪湖周围三种典型养殖物种（鱼类、螃蟹和小龙虾）参与氮磷循环的关键胞外酶（包括碱性磷酸酶（AP）和亮氨酸氨基肽酶（LAP））的动力学参数以及营养状态的变化。此外，还评估了沉积物磷的释放潜力。结果表明，池塘中的营养状态是养殖物种特有的。

在鱼塘中，可溶性活性磷（SRP）是总磷（TP）的主要成分。外源性输入导致了磷的积累和氮磷比的失衡。同时，鱼塘中铵和亚硝酸盐的浓度也最高，分别达到4.14 mg L−1和0.29 mg L−1。利用酶动力学参数评估池塘中氮和磷的营养状态和再生率。AP（APT）介导的有机磷周转时间及其米氏常数（Km）与SRP浓度呈显著正相关（P<0.05），与氮磷比呈负相关（P<0.05）。

这些结果表明，过量的磷限制了有机磷的水解，但促进了有机氮产生有害的NH4+-N，这意味着胞外酶平衡了池塘中氮和磷的再生。沉积物分析表明，鱼塘中存在较高的底栖磷释放风险，而平衡磷浓度（EPC0）与Fe（OOH）~P的比例、TP和有机碳（OC）的含量呈显著正相关（P<0.05）。尽管如此，在大多数养殖月份，沉积物倾向于吸附磷酸盐而不是释放磷。总的来说，由于高磷负荷，有害的铵和亚硝酸盐在鱼塘中大量积累，而大量的磷可能来自外源输入或沉积物等内源来源。本研究揭示了传统养殖池塘中氮磷循环之间的耦合相互作用，表明养殖期间建议在养殖池塘中采取平衡的氮磷管理措施。

介绍

作为一种最重要的淡水养殖模式，传统土塘养殖约占中国淡水养殖总产量的60%至70%（Peng et al.，2022）。传统的EP养殖实践主要包括单一物种的高密度养殖、有机肥料和商业饲料的利用以及未经处理的废水排放。一般来说，传统的EP位于湖泊等自然水体周围，富含氮（N）和磷（P）的水产养殖废水可能导致水体富营养化，并破坏受纳水体生态系统的稳定性（Daniel et al.，1998；Ulen et al.，2007；Zhang et al.，2015a）。例如，作为水污染的主要原因，从邻近的虾池和鱼塘引入未经处理的污水可能会增加富营养化的风险，并威胁沿海地区水生生态系统的稳定（Das等人，2004年；Herbeck等人，2013年；Trott和Alongi，2000年）。

鱼类养殖行业释放的包括磷在内的营养物质可能会促进有害藻类的生长，而以前在水源水中没有观察到这种生长（Anderson等人，2002年）。因此，了解各种水产养殖系统中的内部营养循环过程不仅对提高水产品质量至关重要，而且对管理池塘污水排入受纳水体也很重要。

化学计量氮磷摩尔比（16:1）的经典“雷德菲尔德比”可以被视为代表初级生产者的营养供应平衡，其平衡对于维持水生生态系统的健康状态至关重要（Elser et al.，2022；雷德菲尔德，1958）。在传统的养殖池塘中，除了N和P在水柱中的滞留外，许多人为活动也会导致N和P比例的失衡。例如，由于鱼塘中持续的鱼类食物供应，TN:TP比率可能从100以上急剧下降到约5，这有利于蓝藻的生长，并增加了有害藻类水华的发生风险（Huang et al.，2016）。同样，不平衡的氮磷比和高磷负荷会驱动绒螯蟹和太平洋白虾养殖池塘中有害藻类的发展（Li et al.，2019；Da Silva et al.，2013）。其他人为因素，如农业区的杀虫剂、土地使用和旅游业，也会带来大规模污染，并对水产养殖环境产生不利影响（Adewolu，2009）。

养殖池塘中含氮化合物的滞留，除了氮磷比失衡外，也威胁着养殖业的发展。水产养殖生态系统中过量的氮总是以铵（NH4+-N）、硝酸盐（NO3--N）、亚硝酸盐（NO2--N）、溶解有机氮（DON）和颗粒氮的形式存在（Hargreaves，1998）。一般来说，氨和亚硝酸盐的积累会导致养殖动物的毒性和水质恶化（Hargreaves，1998；Luo等人，2020；Sang等人，2020）。氨氮积累始终是限制集约型水产养殖系统产量增长的主要因素（Ebeling等人，2006年）。此外，长时间暴露于高浓度（10 mg L−1）的硝酸盐会对鱼类和两栖动物产生不利影响，如斑尾鹬和三氏拟大尾鹬（Camargo等人，2005年）。研究养殖池塘中氮磷比的平衡以及氮磷元素的来源，对促进养殖业的可持续发展具有重要意义。

养殖生物的排泄和未食用饲料的分解是水产养殖池塘中生物可利用氮和磷的来源，而其他含氮物质也可能来自硝化细菌群落的变化（Alcaraz和Espina，1995）。至于磷，由于培养生物的养分利用效率较低，多余的磷会释放到水中或沉积在底部，使沉积物成为磷的潜在来源（Kibria等人，1997；Pouil等人，2019；Yang等人，2017）。即使已经证明，在半密集条件下，一些池塘下的沉积物可以发挥“磷汇”的作用，但当P/OC比率达到适当水平时，磷可以从底栖区释放到水中（Bhakta等人，2016；Potuzak等人，2016）。

此外，由于鱼塘中的反硝化作用和硝化作用，底层土壤可能是有害含氮化合物的重要来源（Gross等人，2000年）。氮和磷的来源多种多样，但不同形式的磷来源于何处以及它们如何保留在水产养殖池塘的水柱中是不准确的。不幸的是，很少有研究关注各种水产养殖系统中内部典型的磷和氮循环进展，包括水中溶解有机磷和氮的水解和沉积物中可溶性反应性磷（SRP）的动力学。