邵长清, 高勤峰**， 董双林， 温 彬

(1.海水养殖教育部重点实验室(中国海洋大学)，山东 青岛 266003；2.青岛海洋科学与技术国家实验室，海洋渔业科学与食物产出过程功能实验室，山东 青岛 266235；3.上海海洋大学水产与生命学院，上海 201306)

不同浓度的过碳酰胺对刺参生长及养殖底质环境的影响*

邵长清1，2, 高勤峰1，2**， 董双林1，2， 温 彬3

(1.海水养殖教育部重点实验室(中国海洋大学)，山东 青岛 266003；2.青岛海洋科学与技术国家实验室，海洋渔业科学与食物产出过程功能实验室，山东 青岛 266235；3.上海海洋大学水产与生命学院，上海 201306)

刺参；过碳酰胺；溶解氧；底质；氧化还原电位；理化指标

仿刺参(Apostichopusjaponicus)又名刺参，隶属于棘皮动物门(Echinodermata)海参纲 (Holothuroidea)刺参科(Stichopodidae)，为典型的温带种类，具有很高的营养和药用价值[1]。近年来刺参已成为中国北方地区最具经济价值的海水养殖品种之一，然而，刺参养殖的过速发展及集约化养殖模式下的不规范操作，导致疾病问题日趋严重，给刺参养殖业造成巨大经济损失[2]。研究表明，高密度刺参养殖池塘底部往往长期处于低氧或缺氧状态[3]。当水中的溶解氧过低时，厌氧细菌繁殖，导致养殖环境发黑发臭，产生氨氮和硫化氢等有毒物质，严重影响刺参的生存和生长[4]。因此，改善刺参养殖池塘底质环境，提高池塘刺参的环境容纳量成为提高刺参技术的关键。

溶解氧是影响刺参养殖池塘水质的核心指标，同时也是刺参赖以生存的必要条件之一[5]。定期增氧已成为修复和改善池塘底质有效途径之一。目前，增氧型改良剂已被广泛应用于水产养殖，其中，用于刺参养殖池塘的多为以过氧化钙或过碳酸钠为主的增氧型底质改良剂。过氧化钙和过碳酸钠2种增氧剂虽然可以迅速提高水体溶氧量，但由于其放氧速度快，故不能持续有效的增加水体的溶氧量。为解决上述问题，一种新型增氧剂—过碳酰胺(Urea hydrogen peroxide)，开始逐渐被关注和使用。其化学式为CO(NH2)2H2O2，为过氧化氢和尿素的加合物。它是一种白色晶体，微酸性，易溶于水，水解后产生过氧化氢，过氧化氢分解产生大量氧气。它具有极强的氧化性，能形成氧化力甚强的自由羟基及活性氧衍生物。与过氧化钙、过碳酸钠相比，过碳酰胺具有含氧量高，放氧持续，放氧性质温和、稳定、可控等优点[6]。

目前，过碳酰胺类的应用涉及到医用、农业、水产养殖等多个领域，在水产养殖方面主要被用作消毒剂和增氧剂[6]，其在杀菌消毒方面应用的研究[7-8]已有一些文章报道，而对过碳酰胺作为增氧剂对底质和水质影响的系统研究却鲜有报道，有关过碳酰胺类作为增氧剂对刺参生长的影响以及对底质环境改良效果的研究目前更是空白。本实验研究了不同浓度的过碳酰胺对刺参生长和池塘底质环境的影响，旨在为刺参养殖池塘的底质改良提供科学依据以及为过碳酰胺在海参养殖的使用和开发提供相关数据参考和支持。

1 材料和方法

1.1 实验设计

实验所需刺参购于山东青岛田横某养殖场，刺参运回实验室后即放入大缸中暂养2周，暂养期间继续投喂养殖场养殖所用的商品饲料。将18个铺设有5 cm底泥玻璃缸(50×40 cm×30 cm)随机分成0、0.50、0.75、1.5、3.0和6.0 mg/L 6个浓度处理组，每个处理组3个重复，投入过碳酰胺，用溶氧仪(型号：YSI-556MPS)在第10、20、30、40、50、60、90、120 min测定底泥上覆水的溶氧量。溶氧量测定后，随机选取暂养的90头体质健康、规格一致(～10 g)的刺参随机分配到18个缸中，每缸5头。实验周期为8周，每天10：00左右按不同剂量均匀的投入过碳酰胺，16：00左右投饵一次，并换水1/4，试验期间控制水温15.4～15.7 ℃，盐度31～32，pH 7.8～8.2，连续微充氧，保证良好的养殖环境。

1.2 样品采集、处理和测定

1.2.1 样品(底泥)采集与处理 于实验第0、14、28、42、56天利用除去顶部的100 mL注射器采集表层2 cm底泥，将采集的泥样经冷冻干燥器(型号：FD-1C-50)低温干燥后碾磨、过筛，置于干燥器中暂存[9]。

1.2.2 样品测定 实验结束后收集所有刺参测得终末体重以测定特定生长率，氧化还原电位用氧化还原电位仪测定，底泥样品利用2 mol/L的KCl浸提2 h后，经3 000 r/s离心10 min后测定营养盐含量。

刺参特定生长率计算公式为：

SGR(%·d-1)=(lnWt-lnW0)/t×100。

式中：W0为刺参初始体重(g)；Wt为刺参最终体重(g)；t为饲养时间(d)。底泥有机物含量(%)，取适量处理后的样品于坩埚中称量W0，放入马弗炉中450 ℃充分灼烧5 h后再称量W1，则有机质含量为(W0-W1)/W0,实验测定内容和方法见表1。

表1 实验测定指标和方法

1.3 数据处理

实验结果中，数据均以平均值±标准误(Mean±S.E.)表示。采用SPSS 19.0软件对实验数据进行单因素方差分析(one-way ANOVA)和Duncan多重比较检验，以P<0.05为差异显著水平。

2 结果

2.1 刺参的生长

刺参生长表现见表2。各处理组刺参初重无显著差异(P>0.05)。实验结束后，不同处理组间刺参终重差异显著。其中0.75 mg/L组刺参生长率最高(0.92±0.06)，并显著高于0.0、0.5和6 mg/L 3组(P<0.05)，但与1.5 和3 mg/L 2组间差异不显著(P>0.05)。6.0 mg/L组刺参生长率最低(0.45±0.07)，与空白组无显著差异(P>0.05)。

表2 不同处理组刺参初始、终末湿重(平均值±标准差)

注：同一行内标有不同字母表示不同组别差异显著(P<0.05)。

Note：Date with different letters in the same line Means significant difference in different group(P<0.05).

2.2 底泥的氧化还原电位

实验过程中各处理组每次采样所得氧化还原电位(Eh)的结果如图1所示。从整体上看，各组的氧化还原电位均随养殖时间的推移呈降低趋势，其中空白组下降的速度最快。第二周各处理组的氧化还原电位与过碳酰胺的使用量成正比， 6.0 mg/L组的氧化还原电

位最高，空白组的氧化还原电位最低，且二者差异显著(P<0.05)。从第四周开始，底泥的氧化还原电位随着过碳酰胺使用量的递增先升高后降低，0.75 mg/L组的底泥氧化还原电位最高，与空白组差异显著(P<0.05)且与1.5 mg/L组无显著差异(P>0.05)。

(同一时间标有不同字母表示不同组别差异显著(P<0.05)。

2.3 底泥的有机物含量

实验过程中各处理组每次采样所得海参养殖底泥有机物含量的结果如图2所示。从整体上看，各组的底泥有机物含量均随养殖时间推移呈现增加的趋势，其中空白组下降的速度最快。前2周的各组间底泥有

机物含量无显著差异(P>0.05)。从第4周开始，0.75 mg/L组和1.5 mg/L组的有机物含量最低，空白对照组有机物含量最高，且0.75 mg/L组和1.5 mg/L组与空白对照组差异显著(P<0.05)。

(同一时间标有不同字母表示不同组别差异显著(P<0.05)。

2.4 底泥营养盐动态变化

图3 底泥营养盐浓度变化

Fig.3 Variations of nutrients content in sediment

2.5 底泥上覆水溶解氧的变化

实验过程中各处理组每次所测的底泥上覆水溶解氧含量的结果如图4所示。各处理组之间初始溶氧量无显著性差异(P>0.05)。从整体上看，施用不同量的过碳酰胺后，各实验组(空白组除外)底泥上覆水中的溶氧量都有不同程度的升高，且与施用过碳酰胺的量呈正相关。投药后的10 min内底泥上覆水中的溶氧量快速升高,在10 min时6.0 mg/L组最高(6.67 mg/L)，且0.75、1.5、3.0和6.0 mg/L组底泥上覆水的溶解氧与0 mg/L组相比差异显著(P<0.05)，10 min后，各实验组(空白组除外)溶解氧有不同程度的增长。在120 min时，6.0 mg/L组溶氧量最高(6.90 mg/L)，0.75、1.5、3.0和6.0 mg/L组的溶氧量与0 mg/L组相比差异显著(P<0.05)。

(同一时间标有不同字母表示不同组别差异显著(P<0.05)。

3 讨论

3.1 不同浓度的过碳酰胺对底泥氧化还原电位的影响

氧化还原电位是底泥多种氧化物质与还原物质发生氧化还原反应的结果，是检验底泥状态的一项综合性指标[10-11]。在本实验中，第2周底泥中的氧化还原电位与过碳酰胺的使用浓度呈正相关，且底泥上覆水中溶解氧的含量与过碳酰胺的施用量呈正相关，这与唐晓等人研究发现Eh数值与溶解氧含量的对数呈线性关系[12]的结果相一致。实验后期，各实验组底泥中的氧化还原电位随着过碳酰胺使用浓度的递增呈先升高后降低的趋势，0.75 mg/L组的氧化还原电位达到最大值且除了6.0 mg/L组其他处理组显著高于空白组(0 mg/L)，这表明过碳酰胺分解生成强氧化性的过氧化氢，过氧化氢溶于水后分解产生氧气，从而增加了底泥含氧量，提高了氧化还原电位[13]。而高浓度过碳酰胺的长时间使用有可能对养殖环境中的微生物产生抑制作用，孙建梅等人研究发现过碳酰胺因过氧化氢的强杀菌功能而成为一种优良的消毒剂[14]，王国辉等研究也证明过碳酰胺类消毒液具有很强的杀菌能力，其过氧化氢含量40 g/L作用15 min时，能有效杀灭枯草杆菌黑色变种芽孢[15]。因此，本实验中使用高浓度过碳酰胺组氧化还原电位降低，可能是微生物受到抑制，造成底泥中有机物积累，这与实验6.0 mg/L组底泥中有机物含量偏高的结果相一致，同时也可解释了实验后期底泥有机物含量随着过碳酰胺使用浓度的递增先降低后升高。

3.2 不同浓度的过碳酰胺对底泥氮循环的影响

3.3 不同浓度的过碳酰胺对海参生长的影响

3.4 不同浓度的过碳酰胺底泥中总氮的含量的影响

刘义豪等研究表明莱州湾海域氮磷比值逐渐增大，出现磷限制、氮污染的趋势[24]；迟爽等研究也发现，刺参养殖池塘总氮的含量甚至超过了550 μg/g 的全国海岸带污染标准，而总磷含量较低[25]。过碳酰胺分解产生尿素，增加了养殖水体中的N肥，在本实验中，养殖底泥中的总氮含量与过碳酰胺的使用浓度呈正相关，实验后期的3.0 mg/L组、6.0 mg/L组底泥中总氮含量显著高于同期的其余各组(P<0.05)，且实验后期0.5 mg/L组和0.75 mg/L组底泥中的总氮含量虽有不同程度的增加但与同期的空白组之间无显著性差异，这表明高浓度的过碳酰胺长时间的使用会显著增加底泥中总氮含量。藻类对养殖水体可溶性无机氮的吸收是氮去除的重要途径[26]，高浓度的过碳酰胺长时间的使用可能会导致养殖环境中氮营养盐过高，而氮磷比例的营养结构失调常会引起浮游植物种群结构变化或富营养化，影响整个生态系统[27]。

4 结论

适宜浓度的过碳酰胺的使用可以有效增加水体溶解氧，提高底泥的氧化还原电位，加快三氮的循环，进而促进海参的生长。以特定生长率为评价指标，过碳酰胺的适宜施用量为0.75 mg/L。

[1] 李晓林, 王静凤, 田守生, 等. 海参和鱼翅的营养成分以及对免疫功能调节作用的比较[J]. 中国海洋大学报(自然科学版), 2011, 41(1)： 65-70. Li X L, Wang J F, Tian S S, etal. Comparative study on the components and immune function of sea cucumber and shark fin[J]. Periodical of Ocean University of China, 2011, 41(1)： 65-70.

[2] 张春云, 陈国福, 徐仲, 等. 海参疾病学研究进展[J]. 水产科学, 2011, 10:644-648. Zhang C Y, Chen G F, Xu C, et al. Advances in diseases of sea cucumberApostichopusjaponicus-a review[J]. Fisheries Science, 2011, 10:644-648.

[3] 陈爱华. 环境因子对刺参的影响及对策[J]. 河北渔业, 2007(3):19-22. Chen A H. The influence of environmental factors on sea cucumber(Apostichopusjaponicus) and countermeasures[J]. Hebei Fisheries, 2007(3): 19-22.

[4] 迟爽. 刺参池塘水质与底质的周年变化及底质改良剂的研发[D]. 烟台： 烟台大学, 2013. Chi S. The Annual Variation of Water Quality and Sediment Quality in Culture Ponds forApostichopusjaponicasand the Development of sediment improver[D]. Yantai： Yantai University, 2013.

[5] 潘腾飞, 齐树亭, 武洪庆, 等. 影响池塘养殖水体溶解氧的主要因素分析[J]. 安徽农业科学, 2010, 17: 9155-9157. Pan T F, Qi S T, Wu H Q, et al. Analysis of main factor which influenced dissolved oxygen of aquicultural pond water[J]. Journal of Anhui Agricultural sciences, 2010, 17: 9155-9157.

[6] 姜鹰. 新型过碳酸酰铵复合物消毒剂(底改增氧剂)在水产养殖中应用[J]. 内陆水产, 2006, 7: 40. Jiang Y. A new-type disinfectant-percarbamide (sedimenet oxygenous agents) used in acquaculture[J]. Inland Aquatic Product, 2006, 7: 40.

[7] 张晓玲, 张志成. 过碳酰胺消毒液杀菌性能及毒性观察[J]. 中国消毒学杂志, 2007, 5: 433-435. Zhang X L, Zhang Z C. Observation on germicidal properties and toxicity of percarbamide disinfection solution [J]. Chinese Journal of Disinfection, 2007, 5:433-435.

[8] 张跃华, 赵永勋, 罗志文, 等. 消毒剂过氧化氢脲性能的实验研究[J]. 微生物学杂志， 2005, 3: 95-98. Zhang Y H, Zhao Y X, Luo Z W, et al. Germicidal efficacy of carbamide hydrogen peroxide [CO(NH2)2H2O2] [J]. Journal of Microbiology, 2005, 3: 95-98.

[9] 张彬. 三峡水库消落带土壤有机质、氮、磷分布特征及通量研究[D]. 重庆： 重庆大学，2013. Zhang B. Study on Distribution Characteristics and Flux of Organic Matter, Nitrogen and Phosphorus in the Soil of WLFZ of Three Gorges Reservoir[D]. Chongqing:Chongqing University，2013.

[10] Cassidy D P, Irvine R L. Use of calcium peroxide to provide oxygen for contaminant biodegradation in a saturated soil[J]. Hazard Mater, 1999, 69： 25-39.

[11] 吴金浩, 刘桂英, 王年斌, 等. 辽东湾北部海域表层沉积物氧化还原电位及其主要影响因素[J]. 沉积学报, 2012(2): 333-339. Wu J H, Liu G Y, Yu N B, et al. The Eh in surface sediments in the northern of LiaodongBay and its main influencing Factors[J]. Acta Sedimentologica Sinica, 2012(2): 333-339.

[12] 唐晓, 王佳. 海水ORP的影响因素[J]. 装备环境工程, 2004(1)： 37-39. Tang X, Wang J. Factors affecting the ORP in seawater[J]. Equipment Environmental Engineering, 2004(1)： 37-39.

[13] Anne Nykänen, Heidi Kontio， Oskari Klutas. Increasing lake water and sediment oxygen levels using slow release peroxide[J]. Science of the Total Environment, 2012, 429： 317-324.

[14] 孙建梅, 翟江. 过碳酰胺的应用及合成[J]. 天津化工, 1999, 6: 16-17. Sun Y M, Zhai J. Preparation application and prospect of percarbamide[J]. Tianjin Chemical Industry, 1999, 6:16-17.

[15] 王国辉. 刺参(Apostichopusjaponicus)在氨氮胁迫下解毒代谢途径与生理健康评价技术的研究[D]. 青岛： 中国海洋大学, 2014. Wang G H. Study on the Pathway of Detoxication and Evaluation of Physical Health on the Exposure of Ammonia in Sea CucumberApostichopusJaponicus[D]. Qingdao: Ocean University of China, 2014.

[16] 张晓玲, 张志成. 过碳酰胺消毒液杀菌性能及毒性观察[J]. 中国消毒学杂志, 2007(5): 433-435. Zhang X L, Zhang Z C. Observation on germicidal properties and toicity of percarbamide disinfection solution [J]. Chinese Journal of Disinfection, 2007(5):433-435.

[17] 何义进. 微生态制剂降解养殖水体氨氮及亚硝酸盐的研究[D]. 南京： 南京农业大学, 2007. He Y J. Study on Ammonia and Nitrite Reducing In the Pond Using Microorganism [D]. Nanjing： Nanjing Agricultural University, 2007.

[18] 单洪伟. 底质改良及固定化微生物技术对对虾养殖环境的调控[D]. 青岛： 中国海洋大学, 2013. Shan H W. Effect of Optimization of Bottom Substrate and Immobilized Microorganism Technology on Shrimp Culture[D]. Qingdao: Ocean University of China, 2013.

[19] 乔顺风. 水体氨氮转化形式与调控利用的研究[J]. 饲料工业, 2005, 12: 44-46. Qiao S F. Study of ammonia-nitrogen conversion and regulation control in water[J]. Feed Industry, 2005, 12:44-46.

[20] 于东祥, 燕敬平, 孙慧玲, 等. 刺参养殖水质的变化特点和调控[J]. 齐鲁渔业, 2008, 25(3): 1-7. Yu D X, Yan J P, Sun H L, et al. Controlling of water quality during sea cucumber cultivation[J]. Shandong Fishries, 2008, 25(3): 1-7.

[21] 宋宗岩. 刺参养殖与溶解氧的关系分析[J]. 水产养殖, 2009, 12: 15-16. Song Z Y. Relationship between sea cucumber cultivation and dissolved oxygen[J]. Journal of Aquaculture, 2009, 12: 15-16.

[22] 曾红, 林能锋, 张文焕, 等. 过氧化氢对日本对虾幼虾的急性毒性试验[J]. 福建畜牧兽医, 2006(6): 8-9. Zeng H, Lin N F, Zhang W H, et al. Study on acute toxicity of hydrogen in peroxidePenaeusjaponicuslarvae[J]. Fujian Journal of Animal Husbandry and Veterinary, 2006(6): 8-9.

[23] Hata, Yasuo, Takao Kawabe, et al. Hydrogen peroxide-me-diated cytotoxicity to colonic epithelial cells[J]. Life Science, 1997, 60(24): 2221-2230.

[24] 刘义豪， 杨秀兰， 靳洋, 等，莱州湾海域营养盐现状及年际变化规律[J]. 渔业科学进展， 2011， 32(4): 1-5． Liu Y H, Yang X L, J Y, et al. Distribution and inter-annualvariation of nutrients in Laizhou Bay[J]. Progress in Fishery Sciences, 2011, 32(4): 1-5.

[25] 迟爽, 刘海军, 曾勇, 等. THPS在改良刺参养殖池塘底质和水质中的应用[D]. 烟台: 烟台大学, 2012: 6. Chi S, Liu H J, Zeng Y, et al. Application of THPS in Improving Quality of Sedimentand Water in Culture Ponds forApostichopusjaponicus[D]. Yantai: Yantai University, 2012: 6.

[26] Villalon J R. Practical manual for semi-intensive commercial production of marine shrimp[J]. Texas Sea Grant Program, 1991,57: 1-104.

[27] 李谷, 吴振斌, 侯燕松. 养殖水体氮的生物转化及其相关微生物研究进展[J]. 中国生态农业学报, 2006, 14(1): 11-15． Li G, Wu Z B, Hou Y S. Nitrogen biotransformation and itsrelative microorganism in aquaculture waters[J]. Chinese Journalof Eco-Agriculture, 2006, 14(1): 11-15.

责任编辑 朱宝象

Effects of Urea Hydrogen Peroxide on the Growth of Sea Cucumber (Apostichopusjaponicus) and the Sediment Environmentof Its Culture Waters

SHAO Chang-Qing1, 2,GAO Qin-Feng1, 2, DONG Shuang-Lin1, 2, WEN Bin3

(1.Key Laboratory of Mariculture (Ocean University of China), Ministry of Education, Qingdao 266003, China；2.Function Laboratory for Marine Fisheries Science and Food Production Processes, Qingdao National Laboratory for Marine Science and Technology, Qingdao 266235, China；3. College of Fisheries and Life Science,Shanghai Ocean University,Shanghai 201306,China)

The present study determined the effect of urea hydrogen peroxide at different concentrations on the benthic environment of sea cucumber culture waters. Urea hydrogen peroxide was added at 6 concentrations (0 as control, 0.50, 0.75, 1.5, 3.0 and 6.0 mg/L). Specific growth rate of sea cucumber and 6 physio-chemical parameters were measured. The results revealed that the sea cucumber at 0.75mg/L showed the highest specific growth rate; the highest Eh value of sediment appeared at 0.75 mg/L, which was significantly different from that of control (P<0.05); the nitrate nitrogen and total nitrogen peaked at 0.75mg/L, which were significantly different from those of control (P<0.05); andammonium and nitritenitrogen minimized at 0.75 mg/L, which were significantly different from those of control (P<0.05).In conclusion, urea hydrogen peroxide can effectively improve the benthic condition and promote the growth of sea cucumbers at 0.75 mg/L as the most suitable.

Apostichopusjaponicus; urea hydrogen peroxide; dissolved oxygen; sediment; redox potential; physicochemical index

国家自然科学基金项目(31672657；31372549)资助 Supported by the National Science Foundation of China (31672657；31372549)

2016-10-12；

2017-02-23

邵长清(1987-)，男，硕士生。

** 通讯作者： E-mail：qfgao@ouc.edu.cn

S966.9

A

1672-5174(2017)08-051-07

10.16441/j.cnki.hdxb.20160349

邵长清，高勤峰，董双林，等.不同浓度的过碳酰胺对刺参生长及养殖底质环境的影响[J].中国海洋大学学报(自然科学版), 2017, 47(8)： 51-57.

SHAO Chang-Qing, GAO Qin-Feng, DONG Shuang-Lin, et al.Effects of urea hydrogen peroxide on the growth of sea cucumber (Apostichopusjaponicus) and the sediment environment of its culture waters [J].Periodical of Ocean University of China, 2017, 47(8)： 51-57.