對蝦工廠化養(yǎng)殖水環(huán)境基本特征研究

劉　嬌1 ,2  曲克明2 3  劉海英2  朱建新2  李　健2  馬德林2

(1中國海洋大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院青島,266003)

(2農(nóng)業(yè)部海洋漁業(yè)資源可持續(xù)利用重點(diǎn)開放實(shí)驗(yàn)室中國水產(chǎn)科學(xué)研究院黃海水產(chǎn)研究所,青島266071)

    摘要 采用現(xiàn)場試驗(yàn)方法研究了工廠化養(yǎng)殖水環(huán)境基本特征,并與室外土池對蝦養(yǎng)殖環(huán)境進(jìn)行了對比分析。研究結(jié)果表明,對蝦工廠化養(yǎng)殖水環(huán)境的基本特征為:水溫、鹽度和DO完全可以人為控制；PH 和Chla 在短時(shí)間內(nèi)可以被人工調(diào)控,但無法在長時(shí)間尺度內(nèi)控制其變化趨勢和變化幅度;而氮、磷營養(yǎng)鹽的濃度和變動則無法人工控制。與對蝦室外土池養(yǎng)殖相比,工廠化養(yǎng)殖水體中水溫、鹽度和DO的變動較小,其平均值的差異非常顯著; PH 的變動較大,其平均值顯著高于室外養(yǎng)殖池水體;Chla 含量較高,與室外養(yǎng)殖相比無顯著差異;水體中氮、磷營養(yǎng)鹽含量均在較低的濃度范圍內(nèi)波動,而且其平均值在兩種養(yǎng)殖模式下差異均不顯著。其中NO₃-N 是DIN 的主要存在形式, NO₃-N占DIN 的平均比率為62.17%。另外,與室外養(yǎng)殖相似,對蝦工廠化模式下N H₄-N、NO₂-N、NO₃-N以及PO₄-P 濃度并不受養(yǎng)殖密度或DO 含量的影響。

對蝦工廠化養(yǎng)殖是近年來興起的一種新型養(yǎng)殖模式,該模式采用現(xiàn)代養(yǎng)殖技術(shù)裝備起來的自動化或半自動化的養(yǎng)殖系統(tǒng),通過一系列的措施控制各項(xiàng)水質(zhì)因子,保持養(yǎng)殖水質(zhì)的穩(wěn)定,實(shí)施生態(tài)健康養(yǎng)殖,從而達(dá)到高產(chǎn)量低風(fēng)險(xiǎn)的養(yǎng)殖目的(甄　聽 2000 ;王清印 2004) 。由于工廠化養(yǎng)殖是全封閉式或半封閉式的生態(tài)養(yǎng)殖系統(tǒng),養(yǎng)殖過程中多采用人工投餌方式,會有大量的殘餌和糞便產(chǎn)生,尤其在養(yǎng)成中后期更為顯著,加上養(yǎng)殖池中物質(zhì)循環(huán)存在明顯的不平衡性,因此,該系統(tǒng)成為不同于傳統(tǒng)土池養(yǎng)殖的人工生態(tài)系統(tǒng)。在這個(gè)系統(tǒng)中,環(huán)境因素如水溫、鹽度、PH、溶解氧(DO) 、化學(xué)耗氧量(COD) 、葉綠素-a (Chl-a) 和氮、磷營養(yǎng)鹽等由于受到強(qiáng)烈的人工干預(yù)或控制在養(yǎng)殖過程中必將表現(xiàn)出其自身特征。

對蝦養(yǎng)殖環(huán)境研究一直是對蝦養(yǎng)殖的一個(gè)重要研究內(nèi)容,已有的研究結(jié)果幾乎涵蓋了土池對蝦養(yǎng)殖環(huán)境研究領(lǐng)域的各個(gè)方面(曲克明等 2000b) 。就對蝦養(yǎng)殖生態(tài)系而言,它是一個(gè)簡單的脆弱生態(tài)系統(tǒng),主要問題是物質(zhì)和能量循環(huán)不暢通,容易導(dǎo)致生態(tài)失衡,從而引發(fā)對蝦發(fā)病(李慶彪等 1995) 。曲克明等(1999 、2000a)曾經(jīng)詳細(xì)研究了對蝦養(yǎng)殖池的生態(tài)環(huán)境特征,并提出了對蝦養(yǎng)殖系統(tǒng)的人工調(diào)控方法,為對蝦的健康養(yǎng)殖提供了基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和技術(shù)依據(jù)。盡管我國的工廠化養(yǎng)殖水處理設(shè)施設(shè)備已經(jīng)達(dá)到世界先進(jìn)水平(王清印 2004) ,但對蝦工廠化養(yǎng)殖系統(tǒng)中水環(huán)境特征研究卻相對滯后,迄今為止尚未見有關(guān)的研究報(bào)道。

中國水產(chǎn)科學(xué)研究院黃海水產(chǎn)研究所于2005 年5～9 月在青島市膠南卓越海洋科技股份有限公司養(yǎng)殖場進(jìn)行了對蝦工廠化養(yǎng)殖水環(huán)境特征研究,并同時(shí)與室外土池進(jìn)行了對比分析。本文旨在研究對蝦工廠化養(yǎng)殖水環(huán)境的基本特征,為實(shí)現(xiàn)人工調(diào)控養(yǎng)殖環(huán)境及對蝦的健康養(yǎng)殖提供技術(shù)支撐。

1  材料與方法

1. 1  實(shí)驗(yàn)地點(diǎn)和實(shí)驗(yàn)池的基本情況

實(shí)驗(yàn)地點(diǎn)位于青島市膠南卓越海洋科技有限公司養(yǎng)殖場,實(shí)驗(yàn)池為該養(yǎng)殖場內(nèi)對蝦工廠化養(yǎng)殖車間的4個(gè)養(yǎng)殖池和室外的4 個(gè)養(yǎng)殖池,各個(gè)養(yǎng)殖池的基本情況見表1 。各個(gè)養(yǎng)殖池放養(yǎng)的對蝦品種均為中國對蝦,工廠化養(yǎng)殖池放苗時(shí)間均為2005 年5 月1 日,室外養(yǎng)殖池放苗時(shí)間均為2005 年5 月26 日,所有實(shí)驗(yàn)池均在9月中旬收獲對蝦,工廠化養(yǎng)殖的平均產(chǎn)量為0.312 kg/ m² ,而室外養(yǎng)殖池的平均產(chǎn)量僅為0.061 kg/ m² 。所有實(shí)驗(yàn)池養(yǎng)殖用水,除了13 ^# 池在養(yǎng)殖初期納入部分大菱鲆養(yǎng)殖廢水外,全部采用該養(yǎng)殖場的近岸天然海水。此處的對蝦工廠化養(yǎng)殖設(shè)施主要為標(biāo)準(zhǔn)的工廠化對蝦養(yǎng)殖池、高效海水過濾池,以及專用的設(shè)備用于充氣、增氧、保溫和排污等。所采用的人工調(diào)控措施主要為:采用向水體中充純氧以維持較高的溶解氧水平;浮游植物的定向培養(yǎng)(實(shí)驗(yàn)期間主要培養(yǎng)球等鞭金藻) 以維持一定的浮游植物數(shù)量和水體的透明度;定期清除養(yǎng)殖池底殘餌和糞便等污染物。

1. 2  實(shí)驗(yàn)方法

采用現(xiàn)場測定方法測定對蝦工廠化養(yǎng)殖水環(huán)境的基本環(huán)境因子,并與現(xiàn)場測定的室外養(yǎng)殖池環(huán)境因子進(jìn)行對比分析,確定對蝦工廠化養(yǎng)殖水環(huán)境基本特征。測定項(xiàng)目主要包括溫度、鹽度、PH、DO、營養(yǎng)鹽(硝酸鹽、亞硝酸鹽、銨鹽和磷酸鹽) 及Chla 。其中,溫度、鹽度、PH 值和DO 用YSI-556 多參數(shù)水質(zhì)測定儀現(xiàn)場測定,營養(yǎng)鹽和Chla 用HQM-1 采水器采集對蝦養(yǎng)殖池四角的次表層水,混勻后帶回實(shí)驗(yàn)室測定,2h 內(nèi)完成。采樣日期分別為2005 年6 月12 日、6 月22 日、7 月2 日、7月12 日、7月22日、8 月2 日、8 月12 日和8 月22 日,采樣時(shí)間為上午9 ∶00 。營養(yǎng)鹽的測定按照國家標(biāo)準(zhǔn)GB17378 – 1998 規(guī)定的方法進(jìn)行。

表1  對蝦工廠化養(yǎng)殖池和室外養(yǎng)殖池的基本情況

注:13 # 池的對蝦于8 月底發(fā)病,其產(chǎn)量未計(jì)

1. 3  數(shù)據(jù)處理方法

將測定的各個(gè)實(shí)驗(yàn)池水環(huán)境因子的變化情況用折線圖表示,通過對比分析確定對蝦工廠化養(yǎng)殖水環(huán)境的基本特征。用測定的環(huán)境因子數(shù)值的平均值說明工廠化養(yǎng)殖與室外養(yǎng)殖水環(huán)境因子的差異,對部分環(huán)境因子采用t 檢驗(yàn)說明其顯著性。

2  結(jié)果與討論

2. 1  水溫

圖1 為各實(shí)驗(yàn)池在實(shí)驗(yàn)期間水溫變化情況。結(jié)果表明,養(yǎng)殖過程中4 個(gè)工廠化養(yǎng)殖池水溫變化范圍為23.6～27. 84 ℃,平均值為25.32 ±0.97 ℃,而4 個(gè)室外養(yǎng)殖蝦池的水溫為23.85～30.76 ℃,平均值為26.75 ±1.84 ℃,二者的差異非常顯著( P < 0.001) 。從整體變化趨勢上可以看出,所有的實(shí)驗(yàn)池水溫都隨養(yǎng)殖時(shí)間的延長逐漸上升,至8 月2 日達(dá)到最高值,然后逐漸降低,這是受季節(jié)影響的結(jié)果。而4 個(gè)工廠化養(yǎng)殖池溫度變化范圍比室外土池變化范圍小,其原因是工廠化養(yǎng)殖池處在半封閉的空間,并采用大容量高位過濾池供水,因此溫度變化幅度較小。需要說明的是,13 # 池養(yǎng)殖初期水溫總體偏低,其原因是該池在7 月20 日以前采用大菱鲆養(yǎng)殖廢水進(jìn)行對蝦養(yǎng)殖,而大菱鲆養(yǎng)殖用水則是地下井水(其水溫為17～18 ℃) 。由于工廠化養(yǎng)殖用水可以采用不同溫度的天然海水、地下井水及室內(nèi)預(yù)熱海水,因此養(yǎng)殖水溫度完全可以人工控制。

2. 2  鹽度

圖2 為各實(shí)驗(yàn)池在實(shí)驗(yàn)期間鹽度變化的變化情況?？梢钥闯?/span>,養(yǎng)殖過程4 個(gè)工廠化養(yǎng)殖池鹽度變化范圍為26.2‰～29.5‰ ,平均值為27.54 ‰±1.11‰ ,而室外養(yǎng)殖池鹽度的變化范圍為27.24‰～31.33‰ ,平均值為29.28‰ ±1.20‰ ,二者差異非常顯著( P < 0.001) 。出現(xiàn)這種現(xiàn)象的原因是,兩種養(yǎng)殖方式的換水量不同,并且室外養(yǎng)殖池的水蒸發(fā)量大于工廠化養(yǎng)殖池。由于工廠化養(yǎng)殖用水可以采用不同鹽度的天然海水、地下井水及室內(nèi)預(yù)熱海水,因此養(yǎng)殖水鹽度完全可以人工控制。

2. 3  pH值

圖3 為各實(shí)驗(yàn)池在實(shí)驗(yàn)期間PH 值的變化情況?？梢钥闯?/span>,4 個(gè)工廠化養(yǎng)殖池的PH 值變化范圍為7.03～9.90 ,平均值為8.18 ±0.72 ,而室外養(yǎng)殖池的PH 值范圍為8.23～8.98 ,平均值為8.61 ±0.18 ,二者的差異極顯著( P < 0.001) 。工廠化養(yǎng)殖的4 個(gè)蝦池水體的PH 值于7 月12 日達(dá)到最高值,而在8 月2 日達(dá)到最低值,并出現(xiàn)了較大的波動。這是因?yàn)楣S化養(yǎng)蝦采用浮游植物定向培養(yǎng),而養(yǎng)殖用水由于采用過濾海水,導(dǎo)致養(yǎng)殖池中缺少濾食性浮游動物,因此當(dāng)營養(yǎng)鹽、溫度等條件合適時(shí),浮游植物大量繁殖,使PH 升高。而后隨營養(yǎng)鹽的大量消耗使得營養(yǎng)鹽供給不足,浮游植物衰敗,同時(shí)因?yàn)橥娥D量和對蝦代謝量加大,水體中溶解有機(jī)物含量升高,產(chǎn)酸微生物大量繁殖,導(dǎo)致PH 降低。相比之下,室外土池各養(yǎng)殖池的PH 基本維持在相對穩(wěn)定的水平。盡管工廠化養(yǎng)殖水體的PH 值在短時(shí)間內(nèi)可以采用換水、酸堿中和、充氣等方式予以調(diào)節(jié),但難以在長時(shí)間尺度內(nèi)控制其變化趨勢和變化幅度。

2. 4  DO

圖4 為各實(shí)驗(yàn)池在實(shí)驗(yàn)期間DO 含量變化情況。可以看出,工廠化養(yǎng)殖池水體中DO 變化范圍為7.14～12.20mg/ L ,平均值為9.163 ±1.51mg/ L ,而室外養(yǎng)殖池DO 的變化范圍為3.95～8.80mg/ L ,平均值為5.95 ±1.38mg/ L ,二者差異極為顯著( P < 0.001) 。對蝦工廠化養(yǎng)殖各個(gè)實(shí)驗(yàn)池水體中DO 的變化具有相似的趨勢,而室外養(yǎng)殖池水體中DO 的變化則呈現(xiàn)較為雜亂的現(xiàn)象。這是由于工廠化養(yǎng)殖池采用充入液態(tài)氧的方式使蝦池池水DO 含量濃度維持在相對較高的水平,因此,水體中DO 含量可以完全受人工控制;而室外養(yǎng)殖池水體中DO 含量主要受浮游植物光合作用和水體與大氣交換的影響,增氧機(jī)只起輔助作用。

2. 5  營養(yǎng)鹽

圖5 為各實(shí)驗(yàn)池養(yǎng)殖水體中NH₄-N、NO₂-N、NO₃-N 、PO₄-P 和DIN 的變化情況。表2 為工廠化養(yǎng)殖實(shí)驗(yàn)池和室外養(yǎng)殖池水體中NH₄-N 、NO₂-N、NO₃-N、PO₄-P和DIN 的變動范圍和平均值。結(jié)果表明,在兩種養(yǎng)殖模式下,養(yǎng)殖水體中NH₄-N、NO₂-N、NO₃-N、PO₄-P 和DIN 的含量均在較低的濃度范圍內(nèi)波動,而且其差異均不顯著( P > 0.05) 。研究結(jié)果還表明,無論是工廠化養(yǎng)殖還是室外養(yǎng)殖,水體中NO₃-N均是DIN 的主要存在形式, NO₃-N占DIN 的比率分別為62.17 %和68.23 %。同時(shí),兩種養(yǎng)殖模式下NH₄-N、NO₂-N、NO₃-N 以及PO₄-P 濃度并不受養(yǎng)殖密度或DO 含量的影響,這與李玉全等(2005) 研究結(jié)果一致。工廠化養(yǎng)殖水體中營養(yǎng)鹽濃度的變動與室外養(yǎng)殖池水體中營養(yǎng)鹽濃度的變動類似,受到水體中溫度、光照、浮游植物、浮游動物、養(yǎng)殖生物和總異養(yǎng)菌等多種因素的影響,迄今為止尚無人工方法控制營養(yǎng)鹽的變動。

2. 6  Chl-a

圖6 為各實(shí)驗(yàn)池在實(shí)驗(yàn)期間Chl-a 含量的變化情況?？梢钥闯?/span>,工廠化養(yǎng)殖池水體中Chl-a 含量的變化范圍為30.78～101.5μg/ L ,平均值為51.85 ±16.51μg/ L ,而室外養(yǎng)殖池水體中Chl-a 含量的變化范圍為14.90～83.54μg/ L ,平均值為46.05 ±17.14μg/ L ,二者的差別并不顯著( P > 0.05) ,但總體含量都比較高。值得注意的是,本次對蝦工廠化養(yǎng)殖實(shí)驗(yàn)中水體的Chl-a 含量波動太大,其最高值達(dá)到101.5μg/ L ,而過高的Chl-a 濃度可能影響對蝦的生長發(fā)育,并容易導(dǎo)致對蝦發(fā)生多種疾病(王小谷等 2002) ,因此,應(yīng)該采取適當(dāng)措施降低Chl-a 的濃度,以保證對蝦的正常生長。本實(shí)驗(yàn)中采取換水和減少光照的方法,及時(shí)降低了工廠化養(yǎng)殖水體中Chl-a 含量。與水體中PH 調(diào)節(jié)相似,工廠化養(yǎng)殖只能在短時(shí)間內(nèi)調(diào)控Chl-a 含量,而無法實(shí)現(xiàn)長時(shí)間尺度內(nèi)控制Chl-a 含量的變化幅度。

2. 7  關(guān)于對蝦工廠化養(yǎng)殖生態(tài)系的特點(diǎn)

傳統(tǒng)的土池養(yǎng)殖對蝦生態(tài)系統(tǒng)由于物質(zhì)和能量循環(huán)不暢通,被認(rèn)為是簡單的脆弱生態(tài)系統(tǒng)(李慶彪等1995) 。曲克明等(2000b) 在總結(jié)對蝦生態(tài)系統(tǒng)特點(diǎn)時(shí),曾列舉了該生態(tài)系統(tǒng)的各種物質(zhì)和能量通道,由于對蝦被人為地置于生態(tài)系的頂端,強(qiáng)化了人工餌料2對蝦這一物質(zhì)和能量通道,盡管該生態(tài)系統(tǒng)通過合適的調(diào)控措施可以實(shí)現(xiàn)生態(tài)上的良性循環(huán),但只是相對穩(wěn)定的生態(tài)系統(tǒng)。對蝦工廠化養(yǎng)殖系統(tǒng)缺失浮游動物和底棲動物中間環(huán)節(jié),減少了數(shù)條物質(zhì)和能量通道,進(jìn)一步降低了對蝦工廠化養(yǎng)殖系統(tǒng)的穩(wěn)定性。由于浮游動物和底棲動物的缺失,減少了對浮游植物的牧食壓力,導(dǎo)致浮游植物急劇增加,水體的PH 亦隨之升高,隨后可能產(chǎn)生浮游植物的衰敗,激發(fā)水體中產(chǎn)酸細(xì)菌的繁殖,導(dǎo)致PH 的急劇降低,本文關(guān)于Chla 和PH 的測定結(jié)果也印證了這一現(xiàn)象。因此,對蝦工廠化養(yǎng)殖生態(tài)系統(tǒng)是一個(gè)比室外對蝦養(yǎng)殖系統(tǒng)更加脆弱的更為簡單的生態(tài)系統(tǒng)。

曲克明等(1999 、2000a) 在研究對蝦生態(tài)系統(tǒng)和人工調(diào)控養(yǎng)殖池生態(tài)環(huán)境的基礎(chǔ)上提出,對蝦養(yǎng)殖生態(tài)系統(tǒng)具有較高的生產(chǎn)力和較快的物質(zhì)循環(huán)速度,是一個(gè)高度活化的生態(tài)系統(tǒng)。本文研究結(jié)果顯示,與室外對蝦養(yǎng)殖模式相似,對蝦工廠化養(yǎng)殖池水體中較低濃度的PO₄-P 和DIN 可以維持水體中很高的Chla 含量,這也證實(shí)了對蝦工廠化養(yǎng)殖系統(tǒng)與室外對蝦養(yǎng)殖系統(tǒng)同樣是一個(gè)高度活化的生態(tài)系統(tǒng),均出現(xiàn)低營養(yǎng)鹽高葉綠素現(xiàn)象(LN HC) 。所不同的是,對蝦工廠化養(yǎng)殖系統(tǒng)中缺乏底質(zhì)對營養(yǎng)鹽的再溶出過程,可能出現(xiàn)營養(yǎng)鹽暫時(shí)缺乏現(xiàn)象,表現(xiàn)為當(dāng)浮游植物繁殖到一定程度時(shí),會突然出現(xiàn)浮游植物衰敗現(xiàn)象。

盡管對蝦工廠化養(yǎng)殖生態(tài)系統(tǒng)是一個(gè)高度活化的非常脆弱的簡單生態(tài)系,但采用本文所述的人工調(diào)控技術(shù)還是可以維持良好的生態(tài)環(huán)境,建立相對穩(wěn)定的生態(tài)系統(tǒng),從而達(dá)到對蝦穩(wěn)產(chǎn)、高產(chǎn)的目標(biāo),各實(shí)驗(yàn)池對蝦的平均產(chǎn)量(見表1) 充分說明了這一點(diǎn)。

3  結(jié)論

對蝦工廠化養(yǎng)殖水環(huán)境的基本特征為:水溫、鹽度和DO 完全可以人為控制;PH 和Chla 在短時(shí)間內(nèi)可以被人工調(diào)控,但無法長時(shí)間控制其變化趨勢和變化幅度;而氮、磷營養(yǎng)鹽的濃度和變動則無法人工控制。與對蝦室外土池養(yǎng)殖相比,工廠化養(yǎng)殖水體中水溫、鹽度和DO 的變動較小,其平均值的差異非常顯著;PH 的變動較大,其平均值顯著高于室外養(yǎng)殖池水體;Chla 含量較高,與室外養(yǎng)殖相比無顯著差異;水體中氮、磷營養(yǎng)鹽含量均在較低的濃度范圍內(nèi)波動,而且其平均值在兩種養(yǎng)殖模式下差異均不顯著,其中NO₃-N 是DIN 的主要存在形式, NO₃-N 占DIN 的平均比率為62.17 %。另外,與室外養(yǎng)殖相似,對蝦工廠化模式下NH₄-N、NO₂-N、NO₃-N以及PO₄-P 濃度并不受養(yǎng)殖密度或DO 含量的影響。

對蝦工廠化養(yǎng)殖生態(tài)系統(tǒng)中物質(zhì)和能量循環(huán)通道較少,是一個(gè)比室外對蝦養(yǎng)殖系統(tǒng)更加脆弱的和更為簡單的生態(tài)系統(tǒng),而且該生態(tài)系統(tǒng)還是高度活化的生態(tài)系統(tǒng),具有營養(yǎng)物質(zhì)快速循環(huán)和高生產(chǎn)力的特點(diǎn),與對蝦室外土池養(yǎng)殖生態(tài)系統(tǒng)一樣具有低營養(yǎng)鹽、高生產(chǎn)力特征。

來源:《海洋水產(chǎn)研究》2008年06期