草鱼养殖池塘pH 值生态适宜度评价基准和计分方法

        草鱼养殖池塘pH 值生态适宜度评价基准和计分方法

王寿兵 ，蔡桢杰 ，刘兴国 ，姜钇如 ，隗琪

（1.复旦大学环境科学与工程系，上海 200433；2.中国水产科学研究院渔业机械仪器研究所，上海 200092）

草鱼（Ctenopharyngodon idella），为鲤科（Cyprinidae）、雅罗鱼亚科（Leuciscinae）、草鱼属（Ctenopharyngodon）鱼类，养殖产量目前位居我国“四大家鱼”之首，养殖区域广泛分布于广东、广西、湖北、江苏等省份，发展潜力巨大[1]。与诸多高等脊椎动物相比，草鱼对于生存的水环境依赖性更强，并且由于草鱼体中的调节和适应系统均不发达，水体中诸多元素的变化均会引起草鱼体中不同程度的生理变化。而在影响水环境水体生产力的诸多因子中，pH 值是重要因子之一。pH 值过高时，养殖水体中的离子铵转化成非离子氨的程度增加，毒性也相应增强，容易造成草鱼呼吸障碍，对鱼有强烈的腐蚀性，使鱼体及鱼鳃损伤严重；生物的活性及其对有机物的降解亦会遭到过高pH 值的影响，进而影响到养殖水体中物质的循环再利用[2]。pH 值过低时，会使草鱼血液中pH 值下降，引起酸中毒，造成草鱼的多种酶功能及血红蛋白等运输氧的功能发生障碍，即使池塘中溶解氧含量充足，也会出现浮头等缺氧症状。

目前国内外已有较多关于pH 值对草鱼生理生态影响的研究报道，但受研究对象个体大小、试验方法和水质条件等各种因素差异的影响，研究结论并不一致，尤其是不同pH 值条件对草鱼的生态适宜度尚不明确。现在收集整理了国内外相关文献，分析确定了草鱼养殖池塘pH 值生态适宜度评价基准，拟更好地指导我国广大养殖户开展池塘pH 值安全管理和生态适宜度调节，促进草鱼的健康生长。

1 收集文献

利用 Web of Science、Scopus、中国知网－中国学术期刊库、中国博硕士学位论文全文数据库等数据库，分别以“pH 值”“酸碱度”及其英文“potential of hydrogen”和拉丁文“pondus Hydrogenii”“草鱼”及其英文名“grass carp”和拉丁学名“Ctenopharyngodon idella”等为检索词进行全文检索，逐条筛选出涉及pH 值对草鱼生理生态影响的研究论文，然后根据这些论文并跟踪后附相关参考文献进行数据挖掘，按pH 值高低顺序列表，显示不同pH 值下草鱼的主要生理生态表现。以此数据作为研究确定不同生态适宜度评价基准的科学依据。

为了方便广大养殖户更好地判别和应用，对生态适宜度等级，不按传统方式分级为高、中、低或优、良、中、差等，而根据pH 值对草鱼生长和生存的适宜度高低，将适宜度划分为5 个等级期，分别称为最适期、正常期、影响期、危险期和死亡期。对应的评价基准（或阈值）分别称为最适期基准、正常期基准、影响期基准、危险期基准和死亡期基准。每个适宜度等级期含义及赋分规定如下：

（1）最适期：草鱼处于理论上最为理想的pH 值状态，各项常规生理指标均不受pH 值胁迫。评分为3.00 分。

（2）正常期：从最适宜状态到可检测到的不良影响（如生长明显放缓）开始出现的时期。评分为3.00~2.00 分。

（3）影响期：从不良影响（包括生理指标）开始出现到死亡威胁（如浮头、失去平衡）开始出现的时期。评分为2.00~1.00 分。

（4）危险期：从对草鱼开始产生死亡威胁至有个别鱼体开始出现死亡的时期。评分为1.00~0.00 分。

（5）死亡期：草鱼开始死亡之后至可能引起大部分死亡的时期。评分为0.00 分。

每个生态适宜度等级期，pH 值基准根据文献挖掘数据排序结果，综合考虑试验对象和条件等多种因素后确定。具体生态适宜度评分，采用隶属度函数法进行计算，除最适期和死亡期外，其余3 个时期隶属度函数采用线性方程进行拟合构建，即认为该时期内的适宜度分值（S）与其pH 值之间呈一元线性回归关系，且其分值范围的上限和下限，分别对应该时期评价基准上限和下限。采用最小二乘法得到以适宜度分值为因变量，pH 值为自变量的线性方程，即评分的具体计算公式。根据上述定义，生态适宜度评分要在2.00 分以上才会对草鱼生长无不良影响。

2 汇总与分析

2.1 生态适宜度评价基准

2.1.1 危险期和死亡期基准

不同pH 值下草鱼生理生态影响研究结果汇总见表1。

表1 不同pH 值下草鱼生理生态影响研究结果汇总

池塘pH 值过高或过低，都会危害草鱼的生存，甚至导致其死亡，因此危险期和死亡期pH 值基准均应包括低值或高值。张礼善等[4]的研究表明，体质量 0.75~1.40 g 的草鱼，当 pH 值低至 4.0，4.2 和 4.4时，分别在1.5，11.5 和17 h 后开始出现死亡，并分别于4~12，25~40 和20~36 h 内出现大量死亡，最终存活率分别为0，25%和85%；而当pH 值升高至4.6 时，持续72 h，未出现任何失常或病态现象。由此可以初步判断，pH 值＜4.4 时，将会对该大小规格的草鱼产生致死作用，而在4.6 以上，则在短期内是相对安全的。而李辛夫等[5]的研究结果稍有差异，体长（2.43±0.11）cm 草鱼的半致死 pH 值为 4.76，而不影响存活的pH 值下限为5.5。余日清等[6]的研究表明，体质量 275~555 g 的草鱼在 pH 值＜5.6 时，咳嗽次数和呼吸频率都有明显提高；在pH 值为5.0~6.0 时，血液中HCO3-浓度变幅大，但pH 值变化较小。而pH 值继续降至5.0 以下时，72 h 后虽未出现死亡现象，但草鱼血液中的氧分压已显著下降[3]。另外，文献[7]发现，体质量72.0 g 的草鱼，在pH 值为6.0~7.0 时，虽然白细胞吞噬活性略有降低，但差异不显著。基于上述研究结果，将草鱼养殖池塘水体pH 值5.0 和5.6，分别确定为低pH 值下死亡期和危险期阈值，即死亡期基准为pH 值＜5.0，危险期基准为5.0~5.6。

张礼善等[4]研究表明，体质量1.88~2.29 g 的草鱼，当pH 值升至10.6 和10.4 时，分别在2.73 和32.92 h 后开始出现了死亡现象，并分别于6~9 h 和33~55 h 内出现大量死亡，最终存活率分别为0 和77%；而当pH 值降至10.2 时，持续72 h 未出现任何失常或病态现象。由此可以初步判断，pH 值为10.4~10.6，将会对该大小规格的草鱼产生致死作用，而在10.2 以下，则在短期内是安全的。基于此，将pH 值10.5 确定为草鱼死亡期上限阈值。程星红[9]的研究发现，在pH 值＞9.0 时，草鱼种出现大量死亡的现象；而陆忠康[8]发现，pH 值 9.0~9.5 对小鱼苗无重要影响，只对初次摄食鱼苗较敏感。基于此，现将pH 值9.5 确定为草鱼危险期上限阈值。

2.1.2 影响期、正常期和最适期基准

陆忠康[8]认为，草鱼理想pH 值为6.9~9.0；而董天红等[7]的研究表明，体质量为72.0 g 的草鱼，当pH 值为7.5 时，其免疫系统活性最佳，生存率提高；当pH 值在7.5~8.0 时，白细胞对菌体吞噬力显著提高；而当pH 值升高至8.0 以上时，白细胞吞噬指数开始降低。基于上述研究，本文将最适期pH 值基准确定为7.5~8.0.

董天红等[7]的研究表明，体质量为72.0 g 的草鱼，当pH 值为6.0~7.0 时，白细胞吞噬活性有所降低，但差异不显著。而根据《渔业水质标准》（GB 11067—89），渔业养殖水体中淡水环境pH 值应当为6.5~8.5。基于此，本文将正常期pH 值基准值确定为6.5~7.5 和8.0~8.5。而根据前文确定的危险期基准值，可相应得到影响期pH 值基准值分别为 5.6~6.5 和 8.5~9.5。

2.2 生态适宜度评分公式

根据2.1 节得到的生态适宜度各期评价基准，利用前述方法，计算得到不同pH 值下生态适宜度评分计算公式：

式中：S——生态适宜度评价得分；

[pH]——规定时段和位点的池塘pH 监测值。

3 实例分析

李瑞娇等[10]监测了湖北省公安县崇湖渔场某主养草鱼池塘（配套养殖鲢、鳙，人工配合饲料为主，辅以黑麦草和苏丹草）5—10 月pH 值，其最大值平均为8.73，最小值平均为7.70，根据本文确定的生态适宜度评价基准，分别属于影响期和最适期，生态适宜度得分分别为1.77 分（低于2.00 分）和3.00 分，表明该鱼塘pH 值在高值区会对草鱼生长产生一定的影响。

张燕萍等[11]监测了鄱阳湖地区典型山塘、精养和鱼菜共生3 种草鱼池塘4—11 月份pH 值，每种草鱼池塘平均值分别为6.82，7.83 和7.28，按本文确定的评价基准，分别属于正常期、最适期和正常期，得分分别为 2.32，3.00 和 2.78 分。从 pH 值平均值看，3 种养殖模式都可满足要求，适宜度大小排序为：精养鱼塘、鱼菜共生、普通山塘。而监测发现，精养和鱼菜共生2 种模式的pH 值最大值分别为9.94 和9.82[11]，均属于危险期，生态适宜度评分分别为0.56 和0.68 分，虽然鱼菜共生模式得分稍高，但二者均＜1 分，表明需要对这2 种模式中出现的极端pH 值予以密切关注并采取相应减缓措施，否则会对养殖对象生命产生威胁。

4 讨论

养殖池塘pH 值受多种因素的影响，总的来说可分为人为因素和自然因素。人为因素如用漂白粉对池塘进行消毒，可使养殖水体pH 值增高[9]。自然因素主要来自3 个方面：一是池塘中浮游植物和水草的光合作用过程可吸收CO2从而影响水体的pH值。尤其是在夏季高温时期光合作用强度大幅升高，水体中CO2被快速消耗，会造成水体pH 值在一定范围内上升；二是水温变化。水温升高后CO2在水中的溶解度降低，同时伴随着光合作用的增强，水体表面层的CO2浓度会降低，引起pH 值的小幅上升；而在下层水和深层水中，温度的提高会加快有机物的分解速度，而由于深层水中CO2无法进行有效的交换，使得CO2大量积聚，水体的pH 值也会随之降低；三是水生生物的呼吸活动。水体中各种动植物的呼吸作用会造成CO2的积累，进而pH 值下降。总之，池塘中CO2浓度的增加和减少是pH 值变化最为直接的因素。一般而言，随着水体中CO2总量的增加，pH 值也会随之下降；反之亦然[12]。

池塘中pH 值存在时、空分异特征。在高温季节，池塘pH 值常具明显垂直分层和日变化。在白天正午前后，上层水由于光合作用和温度等因素的影响，其pH 值总体上均显著高于底层水。而在清晨时期，其pH 值则很低；下层水和底层水一般无明显pH 值日变化。而草鱼在养殖水体中的活动空间主要在中、下层水。因此在确定pH 值对于草鱼生长影响程度时，只需要考虑水体中、下层水pH值范围即可。

5 结论

将草鱼养殖池塘pH 值的生态适宜度从最不适宜到最适宜分为5 个时期，即死亡期、危险期、影响期、正常期和最适期，系统收集并整理了国内外有关pH 值对草鱼生理生态影响研究结果，在此基础上，通过比较分析并遵循审慎原则，确定了各适宜度等级期pH 值基准：死亡期＜5.0 或≥10.5、危险期 5.0~5.6 或 9.5~10.5、影响期 5.6~6.5 或 8.5~9.5、正常期 6.5~7.5 或 8.0~8.5 和最适期 7.5~8.0。养殖户发现池塘pH 值处于危险期或死亡期，应及时采取补救措施，防止出现死亡现象的发生；处于影响期，则需密切关注未来天气变化，防范天气剧变带来的风险。