对虾工厂化养殖水环境基本特征研究

刘　娇1 ,2  曲克明2 3  刘海英2  朱建新2  李　健2  马德林2

(1中国海洋大学化学化工学院青岛,266003)

(2农业部海洋渔业资源可持续利用重点开放实验室中国水产科学研究院黄海水产研究所,青岛266071)

    摘要 采用现场试验方法研究了工厂化养殖水环境基本特征,并与室外土池对虾养殖环境进行了对比分析。研究结果表明,对虾工厂化养殖水环境的基本特征为:水温、盐度和DO完全可以人为控制；PH 和Chla 在短时间内可以被人工调控,但无法在长时间尺度内控制其变化趋势和变化幅度;而氮、磷营养盐的浓度和变动则无法人工控制。与对虾室外土池养殖相比,工厂化养殖水体中水温、盐度和DO的变动较小,其平均值的差异非常显著; PH 的变动较大,其平均值显著高于室外养殖池水体;Chla 含量较高,与室外养殖相比无显著差异;水体中氮、磷营养盐含量均在较低的浓度范围内波动,而且其平均值在两种养殖模式下差异均不显著。其中NO₃-N 是DIN 的主要存在形式, NO₃-N占DIN 的平均比率为62.17%。另外,与室外养殖相似,对虾工厂化模式下N H₄-N、NO₂-N、NO₃-N以及PO₄-P 浓度并不受养殖密度或DO 含量的影响。

对虾工厂化养殖是近年来兴起的一种新型养殖模式,该模式采用现代养殖技术装备起来的自动化或半自动化的养殖系统,通过一系列的措施控制各项水质因子,保持养殖水质的稳定,实施生态健康养殖,从而达到高产量低风险的养殖目的(甄　听 2000 ;王清印 2004) 。由于工厂化养殖是全封闭式或半封闭式的生态养殖系统,养殖过程中多采用人工投饵方式,会有大量的残饵和粪便产生,尤其在养成中后期更为显著,加上养殖池中物质循环存在明显的不平衡性,因此,该系统成为不同于传统土池养殖的人工生态系统。在这个系统中,环境因素如水温、盐度、PH、溶解氧(DO) 、化学耗氧量(COD) 、叶绿素-a (Chl-a) 和氮、磷营养盐等由于受到强烈的人工干预或控制在养殖过程中必将表现出其自身特征。

对虾养殖环境研究一直是对虾养殖的一个重要研究内容,已有的研究结果几乎涵盖了土池对虾养殖环境研究领域的各个方面(曲克明等 2000b) 。就对虾养殖生态系而言,它是一个简单的脆弱生态系统,主要问题是物质和能量循环不畅通,容易导致生态失衡,从而引发对虾发病(李庆彪等 1995) 。曲克明等(1999 、2000a)曾经详细研究了对虾养殖池的生态环境特征,并提出了对虾养殖系统的人工调控方法,为对虾的健康养殖提供了基础数据和技术依据。尽管我国的工厂化养殖水处理设施设备已经达到世界先进水平(王清印 2004) ,但对虾工厂化养殖系统中水环境特征研究却相对滞后,迄今为止尚未见有关的研究报道。

中国水产科学研究院黄海水产研究所于2005 年5～9 月在青岛市胶南卓越海洋科技股份有限公司养殖场进行了对虾工厂化养殖水环境特征研究,并同时与室外土池进行了对比分析。本文旨在研究对虾工厂化养殖水环境的基本特征,为实现人工调控养殖环境及对虾的健康养殖提供技术支撑。

1  材料与方法

1. 1  实验地点和实验池的基本情况

实验地点位于青岛市胶南卓越海洋科技有限公司养殖场,实验池为该养殖场内对虾工厂化养殖车间的4个养殖池和室外的4 个养殖池,各个养殖池的基本情况见表1 。各个养殖池放养的对虾品种均为中国对虾,工厂化养殖池放苗时间均为2005 年5 月1 日,室外养殖池放苗时间均为2005 年5 月26 日,所有实验池均在9月中旬收获对虾,工厂化养殖的平均产量为0.312 kg/ m² ,而室外养殖池的平均产量仅为0.061 kg/ m² 。所有实验池养殖用水,除了13 ^# 池在养殖初期纳入部分大菱鲆养殖废水外,全部采用该养殖场的近岸天然海水。此处的对虾工厂化养殖设施主要为标准的工厂化对虾养殖池、高效海水过滤池,以及专用的设备用于充气、增氧、保温和排污等。所采用的人工调控措施主要为:采用向水体中充纯氧以维持较高的溶解氧水平;浮游植物的定向培养(实验期间主要培养球等鞭金藻) 以维持一定的浮游植物数量和水体的透明度;定期清除养殖池底残饵和粪便等污染物。

1. 2  实验方法

采用现场测定方法测定对虾工厂化养殖水环境的基本环境因子,并与现场测定的室外养殖池环境因子进行对比分析,确定对虾工厂化养殖水环境基本特征。测定项目主要包括温度、盐度、PH、DO、营养盐(硝酸盐、亚硝酸盐、铵盐和磷酸盐) 及Chla 。其中,温度、盐度、PH 值和DO 用YSI-556 多参数水质测定仪现场测定,营养盐和Chla 用HQM-1 采水器采集对虾养殖池四角的次表层水,混匀后带回实验室测定,2h 内完成。采样日期分别为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,采样时间为上午9 ∶00 。营养盐的测定按照国家标准GB17378 – 1998 规定的方法进行。

表1  对虾工厂化养殖池和室外养殖池的基本情况

注:13 # 池的对虾于8 月底发病,其产量未计

1. 3  数据处理方法

将测定的各个实验池水环境因子的变化情况用折线图表示,通过对比分析确定对虾工厂化养殖水环境的基本特征。用测定的环境因子数值的平均值说明工厂化养殖与室外养殖水环境因子的差异,对部分环境因子采用t 检验说明其显著性。

2  结果与讨论

2. 1  水温

图1 为各实验池在实验期间水温变化情况。结果表明,养殖过程中4 个工厂化养殖池水温变化范围为23.6～27. 84 ℃,平均值为25.32 ±0.97 ℃,而4 个室外养殖虾池的水温为23.85～30.76 ℃,平均值为26.75 ±1.84 ℃,二者的差异非常显著( P < 0.001) 。从整体变化趋势上可以看出,所有的实验池水温都随养殖时间的延长逐渐上升,至8 月2 日达到最高值,然后逐渐降低,这是受季节影响的结果。而4 个工厂化养殖池温度变化范围比室外土池变化范围小,其原因是工厂化养殖池处在半封闭的空间,并采用大容量高位过滤池供水,因此温度变化幅度较小。需要说明的是,13 # 池养殖初期水温总体偏低,其原因是该池在7 月20 日以前采用大菱鲆养殖废水进行对虾养殖,而大菱鲆养殖用水则是地下井水(其水温为17～18 ℃) 。由于工厂化养殖用水可以采用不同温度的天然海水、地下井水及室内预热海水,因此养殖水温度完全可以人工控制。

2. 2  盐度

图2 为各实验池在实验期间盐度变化的变化情况。可以看出,养殖过程4 个工厂化养殖池盐度变化范围为26.2‰～29.5‰ ,平均值为27.54 ‰±1.11‰ ,而室外养殖池盐度的变化范围为27.24‰～31.33‰ ,平均值为29.28‰ ±1.20‰ ,二者差异非常显著( P < 0.001) 。出现这种现象的原因是,两种养殖方式的换水量不同,并且室外养殖池的水蒸发量大于工厂化养殖池。由于工厂化养殖用水可以采用不同盐度的天然海水、地下井水及室内预热海水,因此养殖水盐度完全可以人工控制。

2. 3  pH值

图3 为各实验池在实验期间PH 值的变化情况。可以看出,4 个工厂化养殖池的PH 值变化范围为7.03～9.90 ,平均值为8.18 ±0.72 ,而室外养殖池的PH 值范围为8.23～8.98 ,平均值为8.61 ±0.18 ,二者的差异极显著( P < 0.001) 。工厂化养殖的4 个虾池水体的PH 值于7 月12 日达到最高值,而在8 月2 日达到最低值,并出现了较大的波动。这是因为工厂化养虾采用浮游植物定向培养,而养殖用水由于采用过滤海水,导致养殖池中缺少滤食性浮游动物,因此当营养盐、温度等条件合适时,浮游植物大量繁殖,使PH 升高。而后随营养盐的大量消耗使得营养盐供给不足,浮游植物衰败,同时因为投饵量和对虾代谢量加大,水体中溶解有机物含量升高,产酸微生物大量繁殖,导致PH 降低。相比之下,室外土池各养殖池的PH 基本维持在相对稳定的水平。尽管工厂化养殖水体的PH 值在短时间内可以采用换水、酸碱中和、充气等方式予以调节,但难以在长时间尺度内控制其变化趋势和变化幅度。

2. 4  DO

图4 为各实验池在实验期间DO 含量变化情况。可以看出,工厂化养殖池水体中DO 变化范围为7.14～12.20mg/ L ,平均值为9.163 ±1.51mg/ L ,而室外养殖池DO 的变化范围为3.95～8.80mg/ L ,平均值为5.95 ±1.38mg/ L ,二者差异极为显著( P < 0.001) 。对虾工厂化养殖各个实验池水体中DO 的变化具有相似的趋势,而室外养殖池水体中DO 的变化则呈现较为杂乱的现象。这是由于工厂化养殖池采用充入液态氧的方式使虾池池水DO 含量浓度维持在相对较高的水平,因此,水体中DO 含量可以完全受人工控制;而室外养殖池水体中DO 含量主要受浮游植物光合作用和水体与大气交换的影响,增氧机只起辅助作用。

2. 5  营养盐

图5 为各实验池养殖水体中NH₄-N、NO₂-N、NO₃-N 、PO₄-P 和DIN 的变化情况。表2 为工厂化养殖实验池和室外养殖池水体中NH₄-N 、NO₂-N、NO₃-N、PO₄-P和DIN 的变动范围和平均值。结果表明,在两种养殖模式下,养殖水体中NH₄-N、NO₂-N、NO₃-N、PO₄-P 和DIN 的含量均在较低的浓度范围内波动,而且其差异均不显著( P > 0.05) 。研究结果还表明,无论是工厂化养殖还是室外养殖,水体中NO₃-N均是DIN 的主要存在形式, NO₃-N占DIN 的比率分别为62.17 %和68.23 %。同时,两种养殖模式下NH₄-N、NO₂-N、NO₃-N 以及PO₄-P 浓度并不受养殖密度或DO 含量的影响,这与李玉全等(2005) 研究结果一致。工厂化养殖水体中营养盐浓度的变动与室外养殖池水体中营养盐浓度的变动类似,受到水体中温度、光照、浮游植物、浮游动物、养殖生物和总异养菌等多种因素的影响,迄今为止尚无人工方法控制营养盐的变动。

2. 6  Chl-a

图6 为各实验池在实验期间Chl-a 含量的变化情况。可以看出,工厂化养殖池水体中Chl-a 含量的变化范围为30.78～101.5μg/ L ,平均值为51.85 ±16.51μg/ L ,而室外养殖池水体中Chl-a 含量的变化范围为14.90～83.54μg/ L ,平均值为46.05 ±17.14μg/ L ,二者的差别并不显著( P > 0.05) ,但总体含量都比较高。值得注意的是,本次对虾工厂化养殖实验中水体的Chl-a 含量波动太大,其最高值达到101.5μg/ L ,而过高的Chl-a 浓度可能影响对虾的生长发育,并容易导致对虾发生多种疾病(王小谷等 2002) ,因此,应该采取适当措施降低Chl-a 的浓度,以保证对虾的正常生长。本实验中采取换水和减少光照的方法,及时降低了工厂化养殖水体中Chl-a 含量。与水体中PH 调节相似,工厂化养殖只能在短时间内调控Chl-a 含量,而无法实现长时间尺度内控制Chl-a 含量的变化幅度。

2. 7  关于对虾工厂化养殖生态系的特点

传统的土池养殖对虾生态系统由于物质和能量循环不畅通,被认为是简单的脆弱生态系统(李庆彪等1995) 。曲克明等(2000b) 在总结对虾生态系统特点时,曾列举了该生态系统的各种物质和能量通道,由于对虾被人为地置于生态系的顶端,强化了人工饵料2对虾这一物质和能量通道,尽管该生态系统通过合适的调控措施可以实现生态上的良性循环,但只是相对稳定的生态系统。对虾工厂化养殖系统缺失浮游动物和底栖动物中间环节,减少了数条物质和能量通道,进一步降低了对虾工厂化养殖系统的稳定性。由于浮游动物和底栖动物的缺失,减少了对浮游植物的牧食压力,导致浮游植物急剧增加,水体的PH 亦随之升高,随后可能产生浮游植物的衰败,激发水体中产酸细菌的繁殖,导致PH 的急剧降低,本文关于Chla 和PH 的测定结果也印证了这一现象。因此,对虾工厂化养殖生态系统是一个比室外对虾养殖系统更加脆弱的更为简单的生态系统。

曲克明等(1999 、2000a) 在研究对虾生态系统和人工调控养殖池生态环境的基础上提出,对虾养殖生态系统具有较高的生产力和较快的物质循环速度,是一个高度活化的生态系统。本文研究结果显示,与室外对虾养殖模式相似,对虾工厂化养殖池水体中较低浓度的PO₄-P 和DIN 可以维持水体中很高的Chla 含量,这也证实了对虾工厂化养殖系统与室外对虾养殖系统同样是一个高度活化的生态系统,均出现低营养盐高叶绿素现象(LN HC) 。所不同的是,对虾工厂化养殖系统中缺乏底质对营养盐的再溶出过程,可能出现营养盐暂时缺乏现象,表现为当浮游植物繁殖到一定程度时,会突然出现浮游植物衰败现象。

尽管对虾工厂化养殖生态系统是一个高度活化的非常脆弱的简单生态系,但采用本文所述的人工调控技术还是可以维持良好的生态环境,建立相对稳定的生态系统,从而达到对虾稳产、高产的目标,各实验池对虾的平均产量(见表1) 充分说明了这一点。

3  结论

对虾工厂化养殖水环境的基本特征为:水温、盐度和DO 完全可以人为控制;PH 和Chla 在短时间内可以被人工调控,但无法长时间控制其变化趋势和变化幅度;而氮、磷营养盐的浓度和变动则无法人工控制。与对虾室外土池养殖相比,工厂化养殖水体中水温、盐度和DO 的变动较小,其平均值的差异非常显著;PH 的变动较大,其平均值显著高于室外养殖池水体;Chla 含量较高,与室外养殖相比无显著差异;水体中氮、磷营养盐含量均在较低的浓度范围内波动,而且其平均值在两种养殖模式下差异均不显著,其中NO₃-N 是DIN 的主要存在形式, NO₃-N 占DIN 的平均比率为62.17 %。另外,与室外养殖相似,对虾工厂化模式下NH₄-N、NO₂-N、NO₃-N以及PO₄-P 浓度并不受养殖密度或DO 含量的影响。

对虾工厂化养殖生态系统中物质和能量循环通道较少,是一个比室外对虾养殖系统更加脆弱的和更为简单的生态系统,而且该生态系统还是高度活化的生态系统,具有营养物质快速循环和高生产力的特点,与对虾室外土池养殖生态系统一样具有低营养盐、高生产力特征。

来源:《海洋水产研究》2008年06期