循環(huán)水及生物絮團系統(tǒng)對大規(guī)格羅非魚種生長及水質的影響

曹寶鑫，張南南，吳 霞，羅國芝,2,3，譚洪新,2,3

(1.上海海洋大學，上海水產(chǎn)養(yǎng)殖工程技術研究中心，上海 201306；2.上海海洋大學，農(nóng)業(yè)農(nóng)村部淡水水產(chǎn)種質資源重點實驗室，上海 201306；3.上海海洋大學，水產(chǎn)科學國際級實驗教學示范中心，上海 201306)

隨著集約化養(yǎng)殖規(guī)模的擴大，土地資源的減少，養(yǎng)殖用水的緊缺，養(yǎng)殖污水排放的限制，急需一種養(yǎng)殖用水重復利用的可持續(xù)的技術來代替?zhèn)鹘y(tǒng)養(yǎng)殖的換水過程。循環(huán)水養(yǎng)殖系統(tǒng)(RAS)和零換水的生物絮團養(yǎng)殖系統(tǒng)(BFT)則被認為是解決當前集約化養(yǎng)殖模式所面臨的環(huán)境和資源問題的有效方法。循環(huán)水養(yǎng)殖系統(tǒng)具有養(yǎng)殖密度大、節(jié)水省地、高效可控和對環(huán)境污染小的特點[1]。高效率的RAS可達50 kg/m3及以上，且受環(huán)境影響小，一年可生產(chǎn)數(shù)輪[2]。Martins等[3]發(fā)現(xiàn)與傳統(tǒng)養(yǎng)殖模式相比，RAS可節(jié)約約93%的水資源，而在超高密度RAS中，生產(chǎn)每公斤魚只需要1%(0.3 m3/kg)的新水注入[4]。王峰[5]研究發(fā)現(xiàn)循環(huán)水養(yǎng)殖半滑舌鰨相對于流水養(yǎng)殖生長速度快20%，發(fā)育和免疫也均具有優(yōu)勢。生物絮團系統(tǒng)是一種利用水體中微生物將養(yǎng)殖過程中產(chǎn)生的殘餌、糞便等養(yǎng)殖固體廢棄物轉化成部分養(yǎng)殖對象可攝食的絮體飼料的新型養(yǎng)殖模式[6],Burford等[7]證明生物絮團是南美白對蝦生長所需營養(yǎng)物質中的重要部分(約占日糧的29%)，表明BFT模式能夠提高飼料利用率，降低飼料系數(shù)，節(jié)約成本。Atwood等[8]發(fā)現(xiàn)BFT養(yǎng)殖模式配合高蛋白飼料投喂可顯著提高對蝦的生長性能，降低飼料系數(shù)，減少生產(chǎn)排放的無機氮廢物。羅文等[9]發(fā)現(xiàn)生物絮團養(yǎng)殖能有效提高彭澤鯽的生長速度，降低飼料系數(shù)。此外BFT中的細菌及微生物構成的高效“生化系統(tǒng)”[10]，可降解殘餌、排泄物等有機及無機物，既穩(wěn)定了水質，又減少養(yǎng)殖廢水的排放，具有低成本，綠色環(huán)保的特點。

羅非魚(Oreochromisniloticus)是聯(lián)合國糧農(nóng)組織(FAO)向全世界推廣的優(yōu)良水產(chǎn)養(yǎng)殖對象[11]，已成為我國淡水養(yǎng)殖的主要品種之一，如何讓其增產(chǎn)始終是專家和養(yǎng)殖戶思考的關鍵命題。眾所周知，魚種的大小對成魚增產(chǎn)有著至關重要的作用。因大規(guī)格魚種對環(huán)境的適應能力、逃避敵害、抗病和攝食能力都等都遠超小規(guī)格魚種[12]，成活率較高，易達到高產(chǎn)，而受到廣大養(yǎng)殖戶的喜愛。RAS及BFT為室內(nèi)養(yǎng)殖模式，對水溫、溶氧等水環(huán)境的可控性強，提高了冬季培育羅非魚大規(guī)格魚種的可能性。因此，本實驗在RAS與BFT兩種養(yǎng)殖模式下進行大規(guī)格羅非魚的培育，分析比較兩種模式在越冬期間的魚的生長情況與水質控制，為大規(guī)格羅非魚種的快速培育做出貢獻。

1 材料與方法

1.1 實驗材料

實驗所用吉富羅非魚于2018年10月購自廣州吉星水產(chǎn)有限公司，運回后用鹽度為30的人工海水消毒30 min，后暫養(yǎng)在上海海洋大學循環(huán)水養(yǎng)殖系統(tǒng)研發(fā)平臺一周，選擇健康魚苗，開始實驗，于2018年12月結束。室內(nèi)的循環(huán)水養(yǎng)殖系統(tǒng)，如圖1所示：系統(tǒng)包括一臺滾筒式固液分離機，一臺MBBR生物濾池(有效水體2 m3)，一臺微珠生物過濾器，一臺恒溫空調(diào)機，一臺加熱裝置和六個玻璃纖維養(yǎng)殖缸(每個養(yǎng)殖缸有效水體2 m3)。

圖1 養(yǎng)殖系統(tǒng)示意圖Fig.1 Schematic diagram of farming systema～g：循環(huán)水養(yǎng)殖系統(tǒng)；a：循環(huán)水養(yǎng)殖缸；b：轉鼓式固液分離機；c：生物濾池；d：恒溫箱；e：滴濾式微珠過濾器；f：加熱系統(tǒng)；g：紫外線燈；h：生物絮團養(yǎng)殖缸

1.2 實驗設計

1.3 指標測定

成活率(SR)=(N2/N1)×100%

(1)

增重率(WGR)=(W2-W1)/W1×100%

(2)

飼料系數(shù)(FCR)=F/(W2-W1)

(3)

特定生長率(SGR)=(lnW2-lnW1)/t×100%

(4)

式中，N1：實驗開始魚的數(shù)量；N2：實驗結束時魚的數(shù)量；W1：實驗開始時魚的體重(g)；W2：實驗結束時魚的體重(g)；t：實驗天數(shù)(d)；F：飼料總投喂量(g)。

1.4 數(shù)據(jù)分析

實驗數(shù)值用平均值±標準差(Mean±SD)形式表示，采用SPSS 17.0統(tǒng)計軟件對數(shù)據(jù)進行ANOVA單因素方差分析，并結合Duncan氏法進行多重比較，P≤0.05為差異性顯著。

2 結果與分析

2.1 不同養(yǎng)殖系統(tǒng)羅非魚生長指標

兩種系統(tǒng)培育羅非魚大規(guī)格苗種的生長情況如表1所示，兩組魚苗初始均重同為(5.97±2.42)g，密度4.32 kg/m3，經(jīng)過67 d的養(yǎng)殖，RAS組均重達到了(57.92±1.98)g，顯著大于BFT組的(45.32±1.75)g，因RAS組存活率較低，只有65%±6%，所以終末密度與BFT組差異不顯著，BFT組存活率為80%±5%；而特定增長率與增重率RAS組均顯著大于BFT組，飼料系數(shù)RAS組1.23±0.03顯著大于BFT組的1.01±0.11。

2.2 兩種養(yǎng)殖模式水質變化

在養(yǎng)殖過程中兩組水質pH、DO、溫度和堿度的變化情況如表2所示，其中溫度和堿度兩組差異不顯著，但溶氧和pH有顯著差異， RAS組pH為7.45±0.18，BFT組7.21±0.51，均在7～8之間，屬于正常范圍；RAS組溶氧顯著大于BFT組，RAS組為(5.33±0.59)mg/L，而BFT組為(4.41±0.93)mg/L。兩組水體中氨氮、亞硝酸鹽、硝酸鹽及磷酸鹽的變化情況如圖2所示，BFT組總氨氮和亞硝酸鹽在養(yǎng)殖初期有一個急速升高的過程，分別達到了(4.53±0.72)mg/L和(6.68±1.8)mg/L，隨后分別在第3天和第6天下降到較低水平，BFT組氨氮在后期雖略有波動，但都在2 mg/L以下；硝酸鹽和磷酸鹽均呈現(xiàn)隨養(yǎng)殖時間的增加不斷積累的趨勢，BFT組的積累量要大于RAS組，BFT組在養(yǎng)殖末期硝酸鹽和磷酸鹽達到了516.67±30.2、(96.83±6.37)mg/L，RAS組只有84.2±1.5、(33.57±0.43)mg/L。

表1 不同養(yǎng)殖系統(tǒng)羅非魚生長指標Tab.1 Growth performance of tilapia in different systems

注:同列數(shù)據(jù)上標不同表示組間存在顯著差異(P<0.05)。下同。

指標RASMean±SD變化范圍BFTMean±SD變化范圍pH7.45±0.18a6.99～7.707.21±0.51b6.53～8.35DO/(mg/L)5.33±0.59a4.38～6.704.41±0.93b3.12～6.57T/℃28.26±1.95a24.17～31.3027.60±1.99a24.47～30.57堿度147.85±24.78a98.46～179.89167.49±48.93a87.77～286.85

圖2 循環(huán)水養(yǎng)殖系統(tǒng)(RAS)和生物絮團養(yǎng)殖系統(tǒng)(BFT)中三態(tài)氮及磷酸鹽變化情況Fig.2 The changing trend of water in RAS and BFT

3 討論

3.1 羅非魚的生長性能

飼料系數(shù)是衡量養(yǎng)殖經(jīng)濟效益的主要指標之一[13]，魚產(chǎn)量指單位時間單位面積或體積水域中魚類實際增長的數(shù)量或重量[14]，是體現(xiàn)不同養(yǎng)殖模式優(yōu)越性的重要指標之一。本實驗經(jīng)過67 d的養(yǎng)殖，RAS和BFT組的飼料系數(shù)分別為1.23和1.01，魚產(chǎn)量為170.67 g/(m3/d)和164.03 g/(m3/d)，均優(yōu)于傳統(tǒng)的池塘養(yǎng)殖和網(wǎng)箱養(yǎng)殖等中的研究結果。張曦等[15]研究池塘養(yǎng)殖羅非魚55 d，飼料系數(shù)為1.47，魚產(chǎn)量為10.37 g/(m3/d)；Liti等[16]池塘模式養(yǎng)殖羅非魚258 d，飼料系數(shù)2.6，魚產(chǎn)量2.05 g/(m3/d)；Huchette等[17]研究網(wǎng)箱養(yǎng)殖羅非魚3個月，飼料系數(shù)為3.18，魚產(chǎn)量為3.7 g/(m3/d)。這說明RAS和BFT養(yǎng)殖在羅非魚的生長、水質控制和環(huán)境保護等方面顯然更具有優(yōu)勢[18]。

本實驗中RAS組的成活率(65%)顯著低于BFT組的成活率(80%)，在水質穩(wěn)定，水溫波動不大的情況下，可能是由于RAS中的羅非魚苗搶食兇猛，魚體受傷感染而導致大量死亡，BFT中因可攝食水體中的絮團，搶食現(xiàn)象不明顯，機械損傷少，成活率較高。實驗結果表明，兩種養(yǎng)殖模式各有優(yōu)缺:RAS模式是一種高效的現(xiàn)代化養(yǎng)殖模式，養(yǎng)殖對象生存環(huán)境更為穩(wěn)定可控[19]，但設備及運行成本過高[20]；而BFT模式雖在魚產(chǎn)量上略遜色于RAS模式，但其飼料系數(shù)低，可節(jié)省30%以上的飼料成本[21]。

3.2 養(yǎng)殖水質的控制

在水質控制方面，RAS系統(tǒng)與BFT系統(tǒng)在養(yǎng)殖期間均能有效控制水體中的氨氮和亞硝酸鹽在較低水平。本實驗中的RAS組氨氮低于0.2 mg/L，亞硝酸鹽低于0.5 mg/L，與Luo等[22]在RAS系統(tǒng)中養(yǎng)殖寶石鱸期間，氨氮低于2.46 mg/L，亞硝酸鹽低于0.91 mg/L結果相近，且水環(huán)境更為穩(wěn)定。BFT組氨氮及亞硝酸鹽前期較高，峰值分別為4.5 mg/L，6.7 mg/L，5 d后水質趨于穩(wěn)定，維持在較低水平，與Luo等[23]在BFT系統(tǒng)養(yǎng)南美白對蝦時，氨氮及亞硝酸鹽全程均維持在低水平(1.5 mg/L)以下，在初始階段略有差異，可能是本實驗中BFT系統(tǒng)負載突然增大，異養(yǎng)和自養(yǎng)細菌處理能力有限，而隨著系統(tǒng)的馴化，處理能力與負載達到一個動態(tài)平衡，使氨氮和亞硝酸鹽量不再積累并迅速下降。相比于傳統(tǒng)池塘養(yǎng)殖模式通過大量換水來維持水質，RAS與BFT模式更加省水省地，更好的控制外來病原和雜質對養(yǎng)殖對象的侵害。但這兩種模式存在硝酸鹽積累的問題，后期可以通過增加反硝化裝置來控制這一現(xiàn)象。