池塘養殖換水目的和水質狀態對換水頻率的影響

丁惠明，沈彩娟，陳 雯，3，何 捷，3，梁 爽，張俊彪，3，蔡春芳，3② （.蘇州市陽澄湖國家現代農業示范區發展有限公司蘇州大學研究生工作站，江蘇 蘇州 2500；2.常熟市水產技術推廣站，江蘇 常熟 25500；3.蘇州大學醫學部基礎醫學與生物科學學院，江蘇 蘇州 2523；.蘇州大學圖書館，江蘇 蘇州 25000）

良好的水質是水產動物生長和保持健康的前提。在池塘集約化養殖條件下，由于養殖動物呼吸耗氧、殘餌、排泄物和代謝產物的影響，常使水體缺氧，氨氮（NH4+-N）等有害物質升高，從而影響養殖動物的生長與健康，甚至死亡[1-2]。換水可以迅速、有效地改善水質[3]。為了保障養殖動物的正常生長和健康，換水被視為水產養殖生產管理的重要工作內容，并被寫入相關的技術規范[4]。

由于水質監測設備尚未普及應用，養殖者主要依賴于經驗作出換水決策。常規魚類養殖密度高，飼料投喂量大，因而水質普遍較差[5]，甚至會因缺氧而導致浮頭、死亡[6]。養殖者通過觀察水色、天氣等影響水質的因素[6-7]作出換水決策。中華絨螯蟹（Eriocheir sinensis）養殖池塘栽種有水草，由于水草的光合作用和對水質的凈化作用[8-9]，加之養殖動物密度小，使水體溶氧（DO）較高，NH4+-N等有害物質水平較低[5]，但不少養蟹池塘的換水量并不低[10]，提示部分換水作業可能沒有客觀必要性。

隨著我國水體富營養化日趨嚴重，水產養殖污染被不斷詬病，大排大放的養殖管理方式不符合可持續發展的要求。筆者首次探討了養殖者決定換水的目的和實際水質狀態與換水作業頻率（FWE）的相關性，旨在解析降低池塘養殖換水強度的潛在途徑。這項初探性工作對未來養殖池塘換水管理具有一定的參考意義，對開展后續相關研究也有一定的啟發作用。

1 研究方法

以中華絨螯蟹養殖池塘為對象進行換水目的對FWE的影響研究。養蟹池塘各種水產動物的生物量在 300 kg·（667 m2）-1以下，池塘內約 60% 的面積栽種有伊樂藻等沉水植物，其換水高峰一般始于6月末。于2015—2018年7—8月間在江蘇鹽城、泰州、南京、淮安、無錫、蘇州等地實地走訪，調查62位養殖者，調查內容包括增氧機配置情況和開機時長、近期換水首要目的及FWE、每次換水量等，獲得有效數據57個（有5位未說明換水目的和頻率）。將FWE和增氧機開機時長分為3個等級，如表1所示。采用單因子方差分析和Tukey's多重比較法分析不同換水目的間FWE及增氧機使用強度的差異顯著性，并用皮爾遜相關性分析法分析FWE和增氧機使用強度間的相關性，分析軟件為SPSS 19.0。

表1 養蟹池塘換水頻率（FWE）與增氧機開機強度分級Table 1 Classification of the frequency of water exchange(FWE)and artificial aeration

于2010—2018年在蘇州市及鹽城市監測養魚池塘水質，調查塘口管理概況及監測月份的FWE和換水量。所調查池塘以養殖草魚、鯽魚和青魚為主，載魚量在 1～3 t·（667 m2）-1，未有病害等異常情況發生。水樣用有機玻璃采水器在水面下50 cm處采集[11]。調查的參數包括：DO濃度、pH值、TN濃度、NH4+-N濃度、TP濃度、PO43--P濃度、CODMn、葉綠素a（Chl-a）濃度、FWE等。DO濃度采用便攜式溶氧儀（哈納HI 9146，意大利）現場測定；pH值采用便攜式pH計（雷磁BJ-260，上海）現場測定；Chl-a濃度水樣用w=1%MgCO3固定，乙醇萃取法測定[12]；用于其余參數分析的水樣均用H2SO4固定，參照文獻[11]測定。所有的水樣帶回實驗室后于4℃條件下保存，3 d內測定完畢。共獲得有明確換水信息（包括不換水）的64個池塘水質監測記錄111個。為了比較換水的季節差異并減少水溫的日變化引起的誤差，將水溫劃為低溫期（1—3月）、中溫期（4—6月及9—11月）和高溫期（6—8月）3個等級。

2 結果與討論

2.1 換水目的對FWE的影響

根據調查結果，養殖者作出換水決策的目的可分為以下5類情形：補償蒸發（無排水）、防止缺氧、日常管理、病害防控和水質改善，每種換水目的的具體特征見表2。在57位養殖者中有27位聲稱只注水不排水（即補償蒸發），占比最高，達47%（表3）。這部分池塘中水草均長勢茂盛，水質原位凈化能力強，因而不需換水。其中部分池塘沒有地表水水源，依靠地下水和雨水補償蒸發。這一結果提示通過提高生產管理水平，實現中華絨螯蟹養殖期零 排放是完全可能的。

表2 池塘養蟹換水目的分類Table 2 Classification of water exchange purpose in pond crab aquaculture

表3 蟹塘換水目的對換水頻率（FWE）的影響Table 3 The effect of water exchange purpose on water exchange frequency

有9位養殖者聲稱換水主要是為了防止缺氧浮頭，占16%。這部分養殖者注重養殖成本控制，較少使用增氧機，意在通過頻繁地換水提高DO濃度。調查中發現缺氧是由水草管理不當引起的，個別池塘上午08：00時ρ（DO）低至0.3 mg·L-1，晴天的午后ρ（DO）低于2 mg·L-1，但在這9位養殖者中有5位的池塘早晨ρ（DO）＞6 mg·L-1，并不缺氧。

有6位養殖者（占比11%）將換水作為日常管理工作內容。他們相信“換換水總歸有好處的”，然而從其蟹塘的水質（DO濃度、透明度、NH4+-N濃度）看，不比水源水質差，無需換水。因此幫助養殖者更新觀念也將有利于減少FWE。

另有6位養殖者（占11%）聲稱平時“基本不換水”，近期出于病害防控的需要換水。其中部分是因為施用了防病、殺魚、消毒的藥物，擔心藥物殘留的影響而換水。調查中發現，施用的藥物中有一部分在防病、治病的原理和療效方面沒有依據，疑似以訛傳訛。這一現象提示，規范藥物使用也將有利于降低養蟹池塘的FWE。

水草具有凈化水質的作用[8-9]，因此蟹塘水草長勢對FWE具有較大的影響。調查中發現有9位蟹農（占16%）的塘口由于水草管理不當，過早衰敗，引起水質惡化，藻華滋生，只能依賴大量換水來改善水質。這部分養殖者生產管理（水草養護）水平提高后也有望降低FWE。

換水目的不同，FWE顯著不同。當換水目的是為了防止缺氧和改善水質時FWE顯著高于其他3種情況（P＜0.05）。因此，要降低換水需要，重點應準確評估和改善池塘DO濃度，還應加強池塘生態調控（水草管理），以避免水質惡化。

將FWE和增氧機使用強度間進行皮爾遜相關性分析，相關系數r=-0.177（P＜0.1），呈負相關關系，表明加強人工增氧可降低換水需要。

2.2 水質狀態對換水決策的影響

對大多數常規魚類養殖者而言，池塘水質狀態是其作出換水決策的重要依據。他們常根據水色、天氣等判斷水質狀況。由表4可知，不同池塘間水質差異很大，與高月香等[13]的調研結果一致。放養密度和管理模式相似的2個池塘，其中一口池塘5月份時 ρ（TN）、ρ（NH4+-N）、ρ（TP）、ρ（PO43--P）和CODMn分別為 7.57、0.98、0.58、0.43 和 25.98 mg·L-1，另一口池塘則分別為2.54、0.40、0.16、0.06和12.28 mg·L-1，前者各項指標是后者的2倍多，說明池塘原位生態調控大有潛力可挖。但如何定向操控還有賴于進一步研究，目前已有許多調水產品在使用中效果良好[14]。池塘水質調控有望成為降低換水量和養殖污染排放量的重要途徑。

魚池每次換水量在5%～20%范圍內，FWE從每月0次（未計補水）到15次，平均為（0.96±2.56）次·月-1（表4）。FWE與水質指標的相關系數見表5。DO濃度與FWE呈顯著負相關（P＜0.001），再一次表明可通過人工增氧降低換水需求。FWE與水溫呈極顯著正相關（P＜0.001），水溫越高，FWE 越高（表5）。

由表5可知，pH值與FWE呈極顯著負相關（P＜0.001）。水產養殖過程中投入品以及魚類代謝產物往往使水體呈酸性，但由于微藻的存在，其光合作用消耗大量CO2，使水體pH值上升[15]，可以說水體pH值一定程度上是微藻活力的反映。微藻光合作用時不僅消耗CO，還吸收水體營養鹽，使2-P、TP濃度下降[16]，并產生氧氣[15]。這可能是pH值與FWE呈顯著負相關的原因所在。在2017年5月的調研中筆者注意到，有2口養殖青魚的池塘由于除草劑的滲入，微藻難以生長，pH＜7.0，DO濃度較低，TN、NH4+-N、PO43--P、TP濃度都非常高，而沒有除草劑滲入的相鄰池塘pH=8.9，營養鹽濃度較低。這個案例也佐證了微藻的光合作用在水質調節中的重要意義。

表4 養魚池塘水質概況Table 4 Water quality status of investigated fish ponds

表5 換水頻率（FWE）與水質指標的相關系數Table 5 Correlation coefficients between the frequency of water exchange and the parameters of water quality

Chl-a是微藻生物量的反映。雖然pH值與FWE呈顯著負相關，但Chl-a濃度與FWE相關性不顯著（r=-0.011，P=0.908，表5）。由于微藻在適當條件下一天內可數倍增長[17-20]，且有晝夜垂直遷移現象[21]，因此瞬時監測值的代表性較差。此外，魚塘中ρ（Chl-a）平均值達（133±12）μg·L-1（表4），較高的本底值也會削弱其濃度變化對水質影響的幅度。后續研究中在監測池塘Chl-a濃度時，應充分考慮其時空變化特點。值得一提的是，盡管池塘水體營養水平較高，Chl-a濃度也高，但由Chl-a濃度與FWE間的負相關關系可以推測魚塘內藻華很少發生，不是驅動換水的主要原因。

由表5還可見，NH4+-N、TP、PO43--P濃度與FWE都極顯著相關（P＜0.001），這意味著不僅在更換等量的水時排出的營養性污染物多，還由于FWE高而進一步提高營養性污染物排放量。因此，采取措施降低魚塘營養鹽水平是削減養殖污染排放量的重要途徑。除了前述利用微藻、調水產品等可對水體營養鹽水平進行定向調控外，降低氮、磷輸入量也是選項之一。飼料是養魚池塘氮、磷的主要來源，占總輸入的90%以上[5]。我國應參照國際上先進的水產管理經驗，將氮、磷和飼料系數納入飼料限量標準，控制飼料氮、磷含量，提高飼料氮、磷利用效率，從而減少FWE。此外，飼料投入量也與養殖動物密度有關，而降低養殖密度不僅可以改善水質，還可以改善養殖動物福利和產品品質，同時還有利于解決當今賣魚難、價格低的問題。

2.3 降低FWE的途徑

從養殖者實施換水作業的目的來看，部分換水作業并非客觀需要。至少11位養蟹者（5位聲稱換水目的是防止缺氧但事實上不缺氧的，以及6位把換水當作日常管理工作內容的）的換水作業（有排水）并非客觀需要，占調查人數的19%。從水質狀態來看，雖然魚塘DO濃度、pH值、N-N、TPP濃度都與FWE顯著相關，但DO濃度[22-24]和NH4+-N濃度[25-27]才是影響養殖動物生長與健康的水質指標。DO濃度可通過人工增氧得到改善。氨是魚類尿中主要成分，雖然有研究結果表明ρ（NH4+-N）＜1 mg·L-1即可引起養殖動物氧化應激或影響生長[25-27]，但 ZHAO 等[28]將 草 魚（Ctenopharyngodon idellus）幼魚置于ρ（NH4+-N）分別為0、0.5、2.0、4.5、9.0 和 18.0 mg·L-1的水體 80 d，發現 ρ（NH4+-N）為0.5和2.0 mg·L-1時草魚特定增長率反而高于0 mg·L-1時。JIA 等[29]將大菱鲆（Scophthalmus maximus）暴露于ρ（NH4+-N）為0（對照）、1、5、20和40 mg·L-1的水體96 h，發現只在高濃度（ρ為20和40 mg·L-1）時才引起氧化應激。而該研究監測結果顯示，常規魚類養殖池的ρ（NH4+-N）為（1.0±1.0）mg·L-1，脅迫效應較小。事實上調查中也發現有些不換水的常規魚類養殖池塘的產量并不低。

3 結論

（1）從養殖者角度分析，換水目的可分為補償蒸發（無排水）、防止缺氧、日常管理、病害防控和改善水質5類，占比分別為47%、16%、11%、11%和16%。其中19%的養殖者其換水作業（有排水）與水質狀態無關。換水目的不同，FWE顯著不同，當換水目的是為了防止缺氧和改善水質時FWE顯著高于其他3種情況（P＜0.05）。

（2）從池塘水質分析，常規魚類養殖池塘FWE與DO濃度及pH值呈顯著負相關（P＜0.001），與水溫、-N、TP、PO43--P濃度呈顯著正相關（P＜0.01）。

（3）無論是養蟹還是養魚，相似的養殖模式不同池塘間水質差異很大，因此通過加強生產管理，可提高水質原位修復能力，降低換水的客觀需要。有待進一步改進的蟹塘生產管理舉措包括水草養護、觀念更新、科學用藥等，魚塘管理舉措包括提高飼料質量、加強水質調控等。

（4）生產性條件下，NH4+-N等有害物質濃度對養殖動物生長和生理的影響可能較小，DO濃度影響較大，加強人工增氧也是降低FWE的重要途徑。

致謝：感謝無錫三智生物科技有限公司彭衛先生、滕峰先生及其團隊、南通海大生物科技有限公司繆建海先生及其團隊、興華市水產技術推廣站戴子堅先生等人在研究過程中給予的幫助，感謝Finley Qian在寫作過程中給予的支持。