LED照明對(duì)蝦生長(zhǎng)性能、水質(zhì)及營(yíng)養(yǎng)動(dòng)態(tài)的影響

祁化成，李長(zhǎng)根

（鹽城生物工程高等職業(yè)技術(shù)學(xué)校，江蘇鹽城 224051）

集約化、循環(huán)養(yǎng)殖系統(tǒng)可全年用于室內(nèi)蝦養(yǎng)殖，這可能為新鮮、本地和穩(wěn)定蝦生產(chǎn)提供大量的市場(chǎng)。以生物絮凝系統(tǒng)為基礎(chǔ)的循環(huán)養(yǎng)殖系統(tǒng)依賴于微生物積累，在水柱中充當(dāng)生物過(guò)濾器。生物絮凝顆粒通過(guò)微生物排泄自然形成，含有大量微生物，這些顆粒通過(guò)曝氣混合在水柱中（Avnimelech，2009）。清水循環(huán)養(yǎng)殖系統(tǒng)是室內(nèi)蝦生產(chǎn)的另一種選擇，它們需要更多的過(guò)濾，包括強(qiáng)固相去除和外部生物過(guò)濾，因?yàn)闋I(yíng)養(yǎng)物質(zhì)是通過(guò)生物膜顆粒循環(huán)利用的，所以生物膜顆粒系統(tǒng)可以提高蝦的產(chǎn)量。此外，清水循環(huán)系統(tǒng)的啟動(dòng)和運(yùn)營(yíng)成本更高（楊菁等，2017）。混合循環(huán)養(yǎng)殖系統(tǒng)是結(jié)合生物絮凝體和清水系統(tǒng)的改善系統(tǒng)，它可以利用兩種系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)，為蝦提供補(bǔ)充營(yíng)養(yǎng)，包括外部生物過(guò)濾以穩(wěn)定水質(zhì)（張宇雷等，2012）。由于光合微生物要生長(zhǎng)，暴露在陽(yáng)光下的蝦養(yǎng)殖系統(tǒng)可能比低光照水平的室內(nèi)系統(tǒng)表現(xiàn)更好（Coyle等，2011）。在室外或溫室系統(tǒng)中的藻類還可以將蝦的廢物轉(zhuǎn)化為蛋白質(zhì)、脂肪酸和其他生物活性化合物，這些化合物可以被蝦利用，從而促進(jìn)生長(zhǎng)并降低成本。本研究旨在評(píng)估蝦室內(nèi)循環(huán)養(yǎng)殖系統(tǒng)補(bǔ)充LED照明對(duì)水質(zhì)、蝦生產(chǎn)、組織或生物絮體穩(wěn)定同性位素和脂肪酸動(dòng)態(tài)分布的影響。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)設(shè)計(jì) 試驗(yàn)選擇12個(gè)1 m3帶有沉降室和外部生物過(guò)濾器的圓形容器，隨機(jī)分為3組，3種LED照明處理分別是24 h/d照明（T1組）、照明12 h/d（T2組）和無(wú)LED照明（T3組）。每個(gè)容器飼養(yǎng)280只平均初始體重約為1.2 g的蝦，試驗(yàn)共進(jìn)行12周。

1.2 水質(zhì)分析 每天測(cè)定2次溶解氧、pH、溫度和鹽度。如果pH降至7.9以下，則使用小蘇打來(lái)提高pH（Zhang等，2017）。每周測(cè)定總氨氮、亞硝酸鹽、硝酸鹽、渾濁度、總懸浮物和揮發(fā)性懸浮物含量（Ray等，2010）。

1.3 動(dòng)物試驗(yàn) 試驗(yàn)12周結(jié)束后對(duì)蝦進(jìn)行稱重，計(jì)算增重、存活率和特定生長(zhǎng)率（增重/初重×100）。參考Fry（2006）的研究方法對(duì)蝦組織和微生物絮體進(jìn)行穩(wěn)定性同位素（C13和N15）標(biāo)記并分析豐度，參考樓喬明等（2011）的研究方法測(cè)定脂肪酸組成。

1.4 統(tǒng)計(jì)分析 所有數(shù)據(jù)均采用SPSS軟件單因素方差分析，用Tukey's法進(jìn)行多重比較，P＜0.05表示具有顯著差異。

2 結(jié)果與分析

2.1 LED照明對(duì)蝦養(yǎng)殖水質(zhì)參數(shù)的影響 由表1可知，水體溫度、溶解氧、鹽度、總氨氮、亞硝酸鹽在不同系統(tǒng)間差異不顯著（P＞0.05）。T1組硝酸鹽濃度（63.7 mg/L）顯著低于T2（80.9 mg/L）和T3組（87.0 mg/L）（P＜0.05）。同時(shí)T1組渾濁度較T2和T3組分別降低30.68%和37.38%（P＜0.05）。T3組總懸浮物含量較T1和T2組顯著提高144.51%和79.8%（P＜0.05），而T3組揮發(fā)性懸浮物含量顯著提高130.35%和174.61%（P＜0.05），小蘇打添加量分別顯著提高64.04%和30.38%（P＜0.05）。

表1 試驗(yàn)處理水質(zhì)參數(shù)

2.2 LED照明對(duì)蝦產(chǎn)量指標(biāo)的影響 由表2可知，T1組每立方產(chǎn)蝦量較T2和T3組分別顯著提高34.41%和47.42%（P＜0.05），同時(shí)料重比顯著降低22.22%和33.33%（P＜0.05）。T3組增重較T1和T2組分別顯著降低了15.79%和20%（P＜0.05），特定生長(zhǎng)率分別顯著降低5.88%和8.57%（P＜0.05）。T2組存活率較T1組顯著降低22.81%（P＜0.05），T2和T3組蝦存活率之間無(wú)顯著差異（P＞0.05）。

表2 LED照明對(duì)蝦產(chǎn)量指標(biāo)的影響

2.3 LED照明對(duì)各處理組生物絮體和蝦營(yíng)養(yǎng)指標(biāo)的影響 由表3可知，LED照明處理對(duì)生物絮體水分、粗脂肪和粗灰分含量的影響無(wú)顯著差異（P＞0.05）。T1組生物絮體較T2和T3組粗蛋白質(zhì)水平分別提高26.09%和45%（P＜0.05），而粗纖維分別顯著提高58.33%和111.11%（P＜0.05）。各處理組蝦的組織粗蛋白質(zhì)、水分、粗脂肪、粗纖維和粗灰分含量無(wú)顯著差異（P＞0.05）。

表3 LED照明對(duì)各處理組生物絮體和蝦營(yíng)養(yǎng)指標(biāo)的影響

2.4 LED照明對(duì)各處理組下組織脂肪酸含量的影響 由表4可知，各處理對(duì)蝦組織大部分脂肪酸的組成影響無(wú)顯著差異（P＞0.05），但T1組C18：0脂肪酸含量較T2和T3組分別顯著降低 0.90% 和 1.20%（P＜ 0.05），T3組 C18：2n-6和C18：3n-3脂肪酸含量較T2和T1組分別顯著降低4.49%和4.53%、12.58%和6.38%（P＜0.05），而C22：6n-3脂肪酸分別顯著提高8.51%和6.07%（P＜0.05）。

表4 LED照明對(duì)各處理組蝦組織脂肪酸含量的影響%

2.5 LED照明對(duì)各處理組蝦組織和生物絮體同位素標(biāo)記物水平的影響 由表5可知，LED照明對(duì)蝦組織C13和N15同位素豐度無(wú)顯著影響（P＞0.05）。T1組生物絮體N15豐度較T2和T3組分別顯著提高9.03%和5.96%（P＜0.05），而T1組C13豐度較T2組顯著降低7.17%（P＜0.05）。

表5 LED照明對(duì)蝦和生物絮體同位素標(biāo)記物水平的影響

3 討論

補(bǔ)光對(duì)水質(zhì)、蝦生產(chǎn)、蝦營(yíng)養(yǎng)價(jià)值和生物絮體養(yǎng)分有顯著影響。水質(zhì)的一些差異可能與補(bǔ)充照明系統(tǒng)中藻類生長(zhǎng)增加有關(guān)。補(bǔ)光處理組pH越高，硝酸鹽濃度越低，說(shuō)明藻類的豐度越高。藻類光合作用降低了水中二氧化碳含量，減少了碳酸含量，增加了pH。由于添加碳酸氫鹽是基于pH測(cè)量的，在補(bǔ)充光照處理中，隨著pH的升高，碳酸氫鹽的使用量也相應(yīng)減少。除了水質(zhì)數(shù)據(jù)外，本研究收集的一些營(yíng)養(yǎng)和同位素標(biāo)記數(shù)據(jù)可能表明補(bǔ)光處理有更豐富的藻類。補(bǔ)充光照處理組蝦組織的C18和n-3不飽和脂肪酸水平顯著升高，表明藻類對(duì)生物膜營(yíng)養(yǎng)貢獻(xiàn)的更大（Anand等，2014）。

LED照明處理組渾濁度、總懸浮物和揮發(fā)性懸浮物含量顯著降低，作者推測(cè)可能是由于蝦對(duì)生物絮體顆粒的消耗增加，反映了LED照明系統(tǒng)蝦的生產(chǎn)提高，這與Baloi等（2013）的研究結(jié)果一致。此外，蝦對(duì)藻類的消耗增加會(huì)增加消化酶活性，這可能是補(bǔ)充光照系統(tǒng)中生長(zhǎng)速度加快的原因。增加光照對(duì)生物絮體的改變可能會(huì)影響沉降室去除生物絮體的速率。雖然該指標(biāo)沒有被量化，但可以注意到，與無(wú)光照系統(tǒng)相比，全天LED照明系統(tǒng)沉降室排出的固體量減少。

不同處理的蝦組織脂肪酸分布也表明蝦對(duì)生物絮體的消耗和補(bǔ)充光照對(duì)生物絮體組成的改變。無(wú)光照補(bǔ)充組蝦組織DHA所占比例增加，可能表明生物絮體中細(xì)菌的豐度高于藻類，同時(shí)也與該組日糧中DHA占比較高有關(guān)。本研究使用LED燈是為植物生長(zhǎng)而設(shè)計(jì)的，由紅光和藍(lán)光組成。Wang等（2003）發(fā)現(xiàn)，藍(lán)光增加了蝦的采食量，但也增加了能量消耗，降低了整體生長(zhǎng)速度。雖然數(shù)據(jù)表明，在補(bǔ)充光照處理中，蝦生長(zhǎng)速度的提高與藻類豐度的明顯增加相對(duì)應(yīng)，但與熒光處理相比，光處理的存活率明顯降低。在研究過(guò)程中作者注意到，當(dāng)燈光打開或關(guān)閉時(shí)，蝦會(huì)有大量跳躍行為。當(dāng)LED和頭頂熒光燈開關(guān)時(shí)，所有處理組都可以觀察到這種行為，但在12 h的LED照明系統(tǒng)中這種行為最為明顯，可能是由于LED的強(qiáng)度與建筑物的熒光燈相比，光線和陰影的快速波動(dòng)，甲殼類動(dòng)物表現(xiàn)出飛行反應(yīng)（Liden和Herberholz，2008）。

4 結(jié)論

在蝦養(yǎng)殖生產(chǎn)中，全天LED照明較無(wú)光系統(tǒng)蝦產(chǎn)量提高了48%，較半天LED照明系統(tǒng)提高33%，同時(shí)也改善了水質(zhì)。