摘要：于2012年1—2月从结冰期到盛冰期,监测了渤海湾沿岸的盘锦大洼(1#池塘)、瓦房店北海(2#池塘)、瓦房店沙山(3#池塘)和黄海北部的丹东东港(4#池塘)4处养殖池塘的冰层厚度及冰下不同深度水体的水温、盐度、pH和溶解氧(DO)饱和度。结果表明：结冰期和盛冰期，1#池塘的冰层均较厚，分别为33.6、53.0 cm，3#池塘的冰层均较薄，分别为12.8、17.6 cm；结冰期，1#、2#、4#池塘的水温变化较小，分别为-1.6～-1.8、-1.6～-1.7、-0.8～-1.2 ℃，3#池塘底层的水温变化较大，为-0.8～-1.4 ℃，而盛冰期，各养殖池塘均出现温跃层，但温跃层出现的位置和幅度不同；4#池塘水体的盐度在结冰期和盛冰期均较低，为26.4～30.0，而1#池塘水体的盐度在盛冰期较高，为33.5～34.9，从结冰期到盛冰期，1#池塘水体的盐度变化幅度较大,为29.7～34.9，平均变幅达4.5；各养殖池塘水体的pH变化相差较大，结冰期和盛冰期，1#池塘水体的pH均较高(8.6、8.5)，4#池塘水体的pH均较低(7.2、7.5)；结冰期和盛冰期，各养殖池塘水体的溶氧水平都出现了近饱和或过饱和状态，不存在养殖动物缺氧的现象。研究表明，温度变化可能对池塘中刺参的生理和存活产生一定影响，盐度变化可能对池塘中的菲律宾蛤仔产生影响，冬季如有大面积海冰发生时，可降低水体交换的频率，养殖池塘的深度以350～400 cm为宜。
关键词：黄、渤海沿岸区；养殖池塘；冰层厚度；水温；盐度；溶解氧；pH
2010年中国遭遇了近30年来最严重的海冰灾害，直接经济损失高达63.18亿元，海水养殖业的经济损失占总损失量的95.7%，受损面积达20.8万 hm2[1]。海水养殖区结冰后环境因子的变化已引起了广泛的关注，但对此方面的研究却较少。目前，国内外对海冰的研究主要集中在海冰特征与海冰动力学[2-4]、冰期营养盐变化规律[5-6]和极地地区海冰特点等方面[7-9]，仅见于金海等[10]对刺参养殖池塘环境因子的周年变化，以及周波等[11]对辽宁省部分越冬养殖池塘的水温、透明度等进行了调查研究。本研究中，作者于2012年1—2月从结冰期到盛冰期监测了黄、渤海沿岸4口养殖池塘的冰层厚度和冰下水环境因子的变化，探讨结冰期水环境变化对池塘内养殖生物的影响，旨在了解中国黄、渤海沿岸地区冬季养殖池塘的环境生态状况，提高养殖水平，并为海冰灾害损失评估提供参考。
1.1监测地点
选择位于黄海北部、渤海湾沿岸4处具有代表性的养殖池塘进行监测，取样池塘的基本情况如表1所示。每个池塘分别设进水口、中央和出水口3个采样点，各采样点的取样深度如表2所示，4个监测池塘中，3#池塘水最深，最深处为448 cm，1#和4#池塘较浅，最浅处分别为106、93 cm。监测期间仅3#池塘闸门开约15 cm，与海水交换，其他各塘均无水交换。
1.2监测内容与方法
养殖池塘的冰期一般从每年12月底至翌年的3月初结束，于2012年1—2月结冰期和盛冰期,采用现场测量法各采样一次,经冰层钻眼测定各池塘的冰层厚度以及进水口、中央和出水口冰下不同水层的水温、盐度、pH、溶氧(DO)饱和度。用卡尺测量冰层厚度(以下简称冰厚)，用量绳测量池塘水深，将冰下水体平均分成7个深度梯度，靠近冰面为第1层，池塘底部为第7层。使用RCY铂电阻数字测温仪(北京海纳兴业科技公司)测量水温，使用SYA2-2型盐度计(国家海洋技术中心)测量盐度，使用HI98186型高精度防水便携式溶氧测定仪和HI98183型高精度防水便携式pH测定仪(HANNA公司)测量DO和pH。
表1监测养殖池塘的基本情况
Tab.1Generalparametersintheexperimentalponds
池塘pond地点place经纬度latitudeandlongitude海域seaarea池塘面积/hm2surfacearea平均水深/cmaveragedepth养殖种类speciescultured投苗日期dateatstocking放养量/(kg·hm-2)stockingmass1#盘锦大洼40 80°N，121 96°E渤海湾沿岸11 2119 4菲律宾蛤仔2009年10月-2#瓦房店北海39 58°N，121 31°E渤海湾沿岸4 2144 4刺参2010年10月746 23#瓦房店沙山39 38°N，121 53°E渤海湾沿岸7 1384 3刺参2009年9月597 14#丹东东港39 86°N，123 89°E黄海北部16 5126 4刺参2010年10月605 4
表2结冰期和盛冰期各池塘3个取样点的水深
Tab.2Thedepthofeachsamplingpointsinicingandheavilyicedponds
池塘pond时期period水深depth/cm进水口inlet中央pondcentre出水口outlet1#结冰期盛冰期1161201131061281332#结冰期盛冰期1731261741221591123#结冰期盛冰期3923524483643923584#结冰期盛冰期17710511693115152
2.1结冰期和盛冰期各池塘冰层厚度的变化
从图1可见：各池塘结冰期的冰层均较盛冰期薄，结冰期和盛冰期，位于高纬度的1#池塘气温最低，分别为-14、-17 ℃，冰层最厚，分别为33.6、53.0 cm；位于低纬度的3#池塘气温分别为-8、-10 ℃，冰层最薄，分别为12.4、17.6 cm；2#池塘气温分别为-11、-14 ℃，4#池塘气温分别为-10 、-12 ℃，这两个池塘的冰层厚度相差不大，可能与4#池塘有淡水注入、盐度较低有关。3#池塘冰层较薄不仅与纬度和气温有关，还与池塘水较深、有水体交换有关。
图1 结冰期和盛冰期各池塘3个采样点冰层厚度的变化
Fig.1 The changes in ice thickness at three sampling points during iced period and heavily iced periods
2.2结冰期和盛冰期各池塘冰下水温的变化
从图2可见：各池塘盛冰期冰下水温高于结冰期，变化幅度也大于结冰期，冰下水温自表层到底层递增。结冰期，最高水温出现在4#池塘，冰下最高水温为-0.8 ℃，最低水温出现在1#池塘，冰下最低水温为-1.8 ℃；结冰期，1#、2#、4#池塘冰下水温变化较小，平均变幅为0.1 ℃，3#池塘底层水温变化幅度较大，平均变幅为0.3 ℃。盛冰期，最高水温出现在4#池塘，冰下最高水温为2.3 ℃，最低水温出现在1#池塘，冰下最低水温为-1.9 ℃；盛冰期，各养殖池塘均出现温跃层，但温跃层的位置不同，1#池塘的温跃层在30～40 cm处，2#、4#池塘的温跃层在30～45 cm处，3#池塘的温跃层在301～358 cm处，3#池塘变化幅度最大，平均变幅为1.1 ℃，1#池塘变化幅度最小，平均变幅为0.4 ℃。
盛冰期各池塘内均形成了温跃层，这与已报道的养殖池塘冰下海水出现温跃层的研究结果[12]相吻合。3#池塘温跃层出现在较深处，与其他池塘出现在中间层有所不同，且3#池塘在结冰期和盛冰期冰下水温的变化幅度较大，底层水温较其他池塘也高，这与3#池塘水较深且与海水有交换有关。各养殖池塘冰下水温不同，这可能与养殖池塘所处地理位置、气温、水体交换量和池塘深度有关。
菲律宾蛤仔为广温性生物，-3 ℃时21 d死亡率仅为10%[13]。整个冬季1#池塘底层水温均在-2 ℃以上，发现菲律宾蛤仔仅个别死亡，可以推测低温不会影响蛤仔的生存。刺参生长的适宜水温为15～23 ℃，水温降至0 ℃时会出现表皮溃烂[14-15]。结冰期，3个刺参养殖池塘中底层水温均低于-1.0 ℃，这可能会不同程度地影响刺参的生长。
图2 结冰期和盛冰期各池塘3个采样点水温随水层的变化
Fig.2 The changes in water temperature with the water layer at three sampling points during iced period and heavily
iced periods
2.3结冰期和盛冰期各池塘盐度的变化
从图3可见：盛冰期各池塘水体的盐度与变化幅度均高于结冰期；从结冰期到盛冰期，1#池塘水体的盐度变化幅度最大，平均变幅为4.5个单位，3#池塘水体的盐度变化最小，变化幅度仅为0.5个单位；结冰期和盛冰期，4#池塘水体的盐度均低于其他池塘；结冰期，2#池塘水体的盐度最高，为30.9～31.5，4#池塘水体的盐度最低，为26.4～26.8；盛冰期，1#池塘水体的盐度最高，为33.5～34.9，4#池塘水体的盐度最低，为28.4～30.0。
有研究表明，海水的盐度随着海水温度的增加而降低[16-17]。但本研究显示，养殖池塘中盐度并没有随温度的增加而降低，这可能与养殖水体较小、结冰后水体盐度变化不大有关。4#池塘的盐度较其他池塘低，盐度平均值为28.1，这是因为4#养殖区位于河口处，受入海淡水的影响较大；1#池塘结冰期和盛冰期盐度变化幅度较大，可能与结冰后盐度的析出有一定关系；而3#池塘中盐度变化较小，这可能与冰较薄、水较深有关。
菲律宾蛤仔生长适宜盐度为19.0～26.0[13]。1#池塘中盐度一直高于29.3，池塘中有少量蛤仔死亡，推测冬季海水盐度的变化会影响菲律宾蛤的生长。刺参生长最适盐度为27.0～31.5[18]，当盐度低于28.0时会影响刺参生长[19]。4#池塘中虽未发现刺参大量死亡，但可能会减缓刺参的生长。
2.4结冰期和盛冰期各池塘pH的变化
从图4可见：结冰期和盛冰期各池塘pH的变化相差较大，2#和3#池塘结冰期的pH值高于盛冰期，但1#和4#池塘各采样点的pH变化不一致；从结冰期到盛冰期，3#池塘的pH变化幅度最大，平均变化0.2个单位，4#池塘变化幅度最小，平均变化0.1个单位；结冰期，1#池塘pH最高，为7.7～8.6，4#池塘pH最低，为7.2～7.8；盛冰期，1#池塘pH最高，为7.4～8.4，4#池塘pH最低，为7.5～7.8。
影响海水pH变化的因素较为复杂，Gieskeks[20]的研究表明，海水的pH值随着温度的升高而呈线性降低，但本次监测结果均没显示出此规律。于金海等[10]报道了冬季刺参养殖池塘中会出现pH跃层，但本次监测显示，养殖池塘中pH虽然存在变化，但并没有出现跃层式变化。养殖池塘内pH的变化受多种因素调控，养殖池塘水体小、缺乏水体交换、养殖生物代谢等均会造成pH变化[21-22]。结冰初期，浮游动、植物受温度和冰面透光率的影响，养殖池塘中CO2的含量会有所积累，养殖池塘中pH可能出现降低，随着冬季养殖池塘耐寒优势藻类的生长，光合作用增强，pH升高，但pH变化受各养殖池塘中生物量和光合作用强度等影响[11]。3#池塘pH的变化幅度较小且稳定，与该池塘有水体交换有关。
图3 结冰期和盛冰期各池塘3个采样点盐度随水层的变化
Fig.3 The changes in salinity with the water layer at three sampling points during iced period and heavily iced periods
图4 结冰期和盛冰期各池塘3个采样点pH随水层的变化
Fig.4 The changes in pH with the water layer at three sampling points during iced period and heavily iced periods
适宜菲律宾蛤仔生长的pH为4.0～9.5，适宜刺参生长的pH为6.0～9.0[13-14]。1个菲律宾蛤仔养殖池塘和3个刺参养殖池塘在结冰期和盛冰期均在适宜的pH范围内，不会对蛤仔和刺参生长造成不利影响。
2.5结冰期和盛冰期各池塘DO水平的变化
从图5可见：各池塘中DO水平的变化相差较大，但结冰期和盛冰期各养殖池塘中DO水平都处于近饱和或过饱和状态；3#池塘从结冰期到盛冰期DO水平的变化幅度较小，平均变幅为1.1 mg/L，3#池塘DO水平在同一时期较其他池塘略低。结冰期，1#池塘DO水平最高，为13.0～21.9 mg/L，3#池塘DO水平最低，为9.7～14.0 mg/L；3#池塘DO水平变化幅度最小，平均变幅为0.4 mg/L；1#、2#和4#池塘进水口1～2层DO水平随温度的升高而降低，其他各层无明显变化规律。盛冰期，1#池塘DO水平最高，为11.2～21.2 mg/L，3#池塘DO水平最低，为11.4～14.1 mg/L；2#池塘DO水平变化幅度最小，平均变幅为0.5 mg/L。结冰期和盛冰期冰层较厚的1#池塘的DO水平高于其他池塘，可能是因为冰层厚度能抑制氧气向空气中溢出的速度；3#池塘的表层DO水平低于底层，这可能与其冰较薄且有水体交换有关。冬季各池塘DO水平处于较高水平与已有报道的结果相吻合[10,18,23]。
图5 结冰期和盛冰期各池塘3个采样点DO随水层的变化
Fig.5 The changes in DO levels with the water layer at three sampling points during iced period and heavily iced periods
影响水中DO水平的因素较多，如温度、pH、生物呼吸作用等。有研究发现，水体中的DO与温度呈负相关[12]，且随着水深的增加,饱和率下降[23]。本次监测结果显示，3#池塘水较深，其DO水平低于水深较浅的池塘，但其他养殖池塘中DO水平的变化受温度和水深的影响不明显，这可能与处于封闭状态的池塘光照较弱、浮游生物的种类、数量及其代谢活动不强有关。3#池塘DO水平处于近饱和状态，同一时期的DO水平较其他养殖池塘略低，但并没有出现剧烈的变化且能满足海洋经济生物生长的要求，这与3#池塘水体较深且有水体交换有关。
各养殖池塘在结冰期和盛冰期的DO水平一直处于近饱和或过饱和状态，但均不会对菲律宾蛤仔和刺参的生长造成不利影响。
(1)养殖池塘水体与外界水体的交换对冰层厚度有一定影响。结冰期和盛冰期的冰下水温变化不一致，盛冰期养殖池塘中会出现温跃层，不同养殖池塘温跃层出现的位置和幅度不一致。冰层较厚的池塘从结冰期到盛冰期盐度变化幅度较大。各池塘pH变化相差较大。各池塘中DO水平呈近饱和或过饱和状态，且受温度的影响不大。养殖池塘的环境因子是相互影响和作用的，如果将养殖池塘加深并有少量水体交换，可使池塘中水环境相对稳定，有利于海水养殖生物健康生长。
(2)各养殖池塘温度变化可能对刺参生长和存活产生一定影响；盐度变化可能对菲律宾蛤仔的存活产生影响，但不影响刺参的存活；pH和DO的变化均未影响菲律宾蛤仔和刺参的存活。
(3)冬季如有大面积的海冰发生时，可降低水体交换的频率，建议每周进行1～2次换水，换水量约为总量的1/4。新建养殖池塘的选址应选择在环境因子变化幅度较小的位置，养殖池塘的深度可适当增加，以350～400 cm为宜。
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Abstract：Changes in temperature, salinity, pH value and dissolved oxygen saturation were monitored in culture ponds in coastal Bohai Sea and Huanghai Sea including coastal Wafangdian in Dalian, Dawa in Panjin and Donggang in Dandong in Liaoning Province from January to February in 2012. It was found that there was thicker ice depth in the ponds at Dawa in Panjin, 33.6 cm during initially iced period and 53.0 cm during heavily iced period. However, the thinner ice depth was observed in the ponds at Wafangdian, and Shashan in Dalian, 12.8 cm during initially iced period and 17.6 cm during heavily iced period. There was less water temperature fluctuation in the ponds at Dawa (-1.6 to -1.7 ℃), Panjin,at Donggang (-1.6 to -1.8 ℃), Dandong and at Beihai (-0.8 to -1.2 ℃), Wafangdian in Dalian during the initially iced period, except at Shashan (-0.8 to -1.4 ℃), Wafangdian in Dalian. There was a thermocline during heavily iced period, with variation in location and width. The lower salinity of 26.4-30.0 was found in the ponds at Donggang in Dandong, and higher salinity (33.5 to 34.9, fluctuation from 29.7 to 34.9) in the ponds at Dawa in Panjin during heavily iced period. The higher pH value was found to be between 8.6 and 8.5 in the pond at Dawa in Panjin, the minimum (7.2,and 7.5) at Donggang in Dandong. The dissolved oxygen in the seawater was almost saturated or supersaturated in all ponds during wintering period, and no hypoxia was occurred in the cultured animals. The variation in water temperature was shown to have an effect on the metabolism and survival of the sea cucumberApostichopusjaponicus, and the salinity fluctuation was also shown to have an effect on the survival of Manila clamRuditapesphilippinarum, at less water exchange and at optimal depth of 350-400 cm in a pond during in the large iced area.
Key words：coastal Bohai and Huang sea area; aquaculture pond; ice thickness; water temperature; salinity; dissolved oxygen(DO); pH
DOI：10.3969/J.ISSN.2095-1388.2014.01.011
文章编号：2095-1388(2014)01-0051-06
收稿日期：2013-05-04
基金项目：国家海洋公益海冰监测项目(201105016-3)；国家自然科学基金资助项目(31072230)
中图分类号：S961.4
文献标志码：：A