草魚養殖池塘pH 值生態適宜度評價基準和計分方法

王壽兵 ，蔡楨杰 ，劉興國 ，姜釔如 ，隗琪

（1.復旦大學環境科學與工程系，上海 200433；2.中國水產科學研究院漁業機械儀器研究所，上海 200092）

草魚（Ctenopharyngodon idella），為鯉科（Cyprinidae）、雅羅魚亞科（Leuciscinae）、草魚屬（Ctenopharyngodon）魚類，養殖產量目前位居我國“四大家魚”之首，養殖區域廣泛分布于廣東、廣西、湖北、江蘇等省份，發展潛力巨大[1]。與諸多高等脊椎動物相比，草魚對于生存的水環境依賴性更強，并且由于草魚體中的調節和適應系統均不發達，水體中諸多元素的變化均會引起草魚體中不同程度的生理變化。而在影響水環境水體生產力的諸多因子中，pH 值是重要因子之一。pH 值過高時，養殖水體中的離子銨轉化成非離子氨的程度增加，毒性也相應增強，容易造成草魚呼吸障礙，對魚有強烈的腐蝕性，使魚體及魚鰓損傷嚴重；生物的活性及其對有機物的降解亦會遭到過高pH 值的影響，進而影響到養殖水體中物質的循環再利用[2]。pH 值過低時，會使草魚血液中pH 值下降，引起酸中毒，造成草魚的多種酶功能及血紅蛋白等運輸氧的功能發生障礙，即使池塘中溶解氧含量充足，也會出現浮頭等缺氧癥狀。

目前國內外已有較多關于pH 值對草魚生理生態影響的研究報道，但受研究對象個體大小、試驗方法和水質條件等各種因素差異的影響，研究結論并不一致，尤其是不同pH 值條件對草魚的生態適宜度尚不明確。現在收集整理了國內外相關文獻，分析確定了草魚養殖池塘pH 值生態適宜度評價基準，擬更好地指導我國廣大養殖戶開展池塘pH 值安全管理和生態適宜度調節，促進草魚的健康生長。

1 收集文獻

利用 Web of Science、Scopus、中國知網－中國學術期刊庫、中國博碩士學位論文全文數據庫等數據庫，分別以“pH 值”“酸堿度”及其英文“potential of hydrogen”和拉丁文“pondus Hydrogenii”“草魚”及其英文名“grass carp”和拉丁學名“Ctenopharyngodon idella”等為檢索詞進行全文檢索，逐條篩選出涉及pH 值對草魚生理生態影響的研究論文，然后根據這些論文并跟蹤后附相關參考文獻進行數據挖掘，按pH 值高低順序列表，顯示不同pH 值下草魚的主要生理生態表現。以此數據作為研究確定不同生態適宜度評價基準的科學依據。

為了方便廣大養殖戶更好地判別和應用，對生態適宜度等級，不按傳統方式分級為高、中、低或優、良、中、差等，而根據pH 值對草魚生長和生存的適宜度高低，將適宜度劃分為5 個等級期，分別稱為最適期、正常期、影響期、危險期和死亡期。對應的評價基準（或閾值）分別稱為最適期基準、正常期基準、影響期基準、危險期基準和死亡期基準。每個適宜度等級期含義及賦分規定如下：

（1）最適期：草魚處于理論上最為理想的pH 值狀態，各項常規生理指標均不受pH 值脅迫。評分為3.00 分。

（2）正常期：從最適宜狀態到可檢測到的不良影響（如生長明顯放緩）開始出現的時期。評分為3.00~2.00 分。

（3）影響期：從不良影響（包括生理指標）開始出現到死亡威脅（如浮頭、失去平衡）開始出現的時期。評分為2.00~1.00 分。

（4）危險期：從對草魚開始產生死亡威脅至有個別魚體開始出現死亡的時期。評分為1.00~0.00 分。

（5）死亡期：草魚開始死亡之后至可能引起大部分死亡的時期。評分為0.00 分。

每個生態適宜度等級期，pH 值基準根據文獻挖掘數據排序結果，綜合考慮試驗對象和條件等多種因素后確定。具體生態適宜度評分，采用隸屬度函數法進行計算，除最適期和死亡期外，其余3 個時期隸屬度函數采用線性方程進行擬合構建，即認為該時期內的適宜度分值（S）與其pH 值之間呈一元線性回歸關系，且其分值范圍的上限和下限，分別對應該時期評價基準上限和下限。采用最小二乘法得到以適宜度分值為因變量，pH 值為自變量的線性方程，即評分的具體計算公式。根據上述定義，生態適宜度評分要在2.00 分以上才會對草魚生長無不良影響。

2 匯總與分析

2.1 生態適宜度評價基準

2.1.1 危險期和死亡期基準

不同pH 值下草魚生理生態影響研究結果匯總見表1。

表1 不同pH 值下草魚生理生態影響研究結果匯總

池塘pH 值過高或過低，都會危害草魚的生存，甚至導致其死亡，因此危險期和死亡期pH 值基準均應包括低值或高值。張禮善等[4]的研究表明，體質量 0.75~1.40 g 的草魚，當 pH 值低至 4.0，4.2 和 4.4時，分別在1.5，11.5 和17 h 后開始出現死亡，并分別于4~12，25~40 和20~36 h 內出現大量死亡，最終存活率分別為0，25%和85%；而當pH 值升高至4.6 時，持續72 h，未出現任何失常或病態現象。由此可以初步判斷，pH 值＜4.4 時，將會對該大小規格的草魚產生致死作用，而在4.6 以上，則在短期內是相對安全的。而李辛夫等[5]的研究結果稍有差異，體長（2.43±0.11）cm 草魚的半致死 pH 值為 4.76，而不影響存活的pH 值下限為5.5。余日清等[6]的研究表明，體質量 275~555 g 的草魚在 pH 值＜5.6 時，咳嗽次數和呼吸頻率都有明顯提高；在pH 值為5.0~6.0 時，血液中HCO3-濃度變幅大，但pH 值變化較小。而pH 值繼續降至5.0 以下時，72 h 后雖未出現死亡現象，但草魚血液中的氧分壓已顯著下降[3]。另外，文獻[7]發現，體質量72.0 g 的草魚，在pH 值為6.0~7.0 時，雖然白細胞吞噬活性略有降低，但差異不顯著。基于上述研究結果，將草魚養殖池塘水體pH 值5.0 和5.6，分別確定為低pH 值下死亡期和危險期閾值，即死亡期基準為pH 值＜5.0，危險期基準為5.0~5.6。

張禮善等[4]研究表明，體質量1.88~2.29 g 的草魚，當pH 值升至10.6 和10.4 時，分別在2.73 和32.92 h 后開始出現了死亡現象，并分別于6~9 h 和33~55 h 內出現大量死亡，最終存活率分別為0 和77%；而當pH 值降至10.2 時，持續72 h 未出現任何失常或病態現象。由此可以初步判斷，pH 值為10.4~10.6，將會對該大小規格的草魚產生致死作用，而在10.2 以下，則在短期內是安全的。基于此，將pH 值10.5 確定為草魚死亡期上限閾值。程星紅[9]的研究發現，在pH 值＞9.0 時，草魚種出現大量死亡的現象；而陸忠康[8]發現，pH 值 9.0~9.5 對小魚苗無重要影響，只對初次攝食魚苗較敏感。基于此，現將pH 值9.5 確定為草魚危險期上限閾值。

2.1.2 影響期、正常期和最適期基準

陸忠康[8]認為，草魚理想pH 值為6.9~9.0；而董天紅等[7]的研究表明，體質量為72.0 g 的草魚，當pH 值為7.5 時，其免疫系統活性最佳，生存率提高；當pH 值在7.5~8.0 時，白細胞對菌體吞噬力顯著提高；而當pH 值升高至8.0 以上時，白細胞吞噬指數開始降低。基于上述研究，本文將最適期pH 值基準確定為7.5~8.0.

董天紅等[7]的研究表明，體質量為72.0 g 的草魚，當pH 值為6.0~7.0 時，白細胞吞噬活性有所降低，但差異不顯著。而根據《漁業水質標準》（GB 11067—89），漁業養殖水體中淡水環境pH 值應當為6.5~8.5。基于此，本文將正常期pH 值基準值確定為6.5~7.5 和8.0~8.5。而根據前文確定的危險期基準值，可相應得到影響期pH 值基準值分別為 5.6~6.5 和 8.5~9.5。

2.2 生態適宜度評分公式

根據2.1 節得到的生態適宜度各期評價基準，利用前述方法，計算得到不同pH 值下生態適宜度評分計算公式：

式中：S——生態適宜度評價得分；

[pH]——規定時段和位點的池塘pH 監測值。

3 實例分析

李瑞嬌等[10]監測了湖北省公安縣崇湖漁場某主養草魚池塘（配套養殖鰱、鳙，人工配合飼料為主，輔以黑麥草和蘇丹草）5—10 月pH 值，其最大值平均為8.73，最小值平均為7.70，根據本文確定的生態適宜度評價基準，分別屬于影響期和最適期，生態適宜度得分分別為1.77 分（低于2.00 分）和3.00 分，表明該魚塘pH 值在高值區會對草魚生長產生一定的影響。

張燕萍等[11]監測了鄱陽湖地區典型山塘、精養和魚菜共生3 種草魚池塘4—11 月份pH 值，每種草魚池塘平均值分別為6.82，7.83 和7.28，按本文確定的評價基準，分別屬于正常期、最適期和正常期，得分分別為 2.32，3.00 和 2.78 分。從 pH 值平均值看，3 種養殖模式都可滿足要求，適宜度大小排序為：精養魚塘、魚菜共生、普通山塘。而監測發現，精養和魚菜共生2 種模式的pH 值最大值分別為9.94 和9.82[11]，均屬于危險期，生態適宜度評分分別為0.56 和0.68 分，雖然魚菜共生模式得分稍高，但二者均＜1 分，表明需要對這2 種模式中出現的極端pH 值予以密切關注并采取相應減緩措施，否則會對養殖對象生命產生威脅。

4 討論

養殖池塘pH 值受多種因素的影響，總的來說可分為人為因素和自然因素。人為因素如用漂白粉對池塘進行消毒，可使養殖水體pH 值增高[9]。自然因素主要來自3 個方面：一是池塘中浮游植物和水草的光合作用過程可吸收CO2從而影響水體的pH值。尤其是在夏季高溫時期光合作用強度大幅升高，水體中CO2被快速消耗，會造成水體pH 值在一定范圍內上升；二是水溫變化。水溫升高后CO2在水中的溶解度降低，同時伴隨著光合作用的增強，水體表面層的CO2濃度會降低，引起pH 值的小幅上升；而在下層水和深層水中，溫度的提高會加快有機物的分解速度，而由于深層水中CO2無法進行有效的交換，使得CO2大量積聚，水體的pH 值也會隨之降低；三是水生生物的呼吸活動。水體中各種動植物的呼吸作用會造成CO2的積累，進而pH 值下降。總之，池塘中CO2濃度的增加和減少是pH 值變化最為直接的因素。一般而言，隨著水體中CO2總量的增加，pH 值也會隨之下降；反之亦然[12]。

池塘中pH 值存在時、空分異特征。在高溫季節，池塘pH 值常具明顯垂直分層和日變化。在白天正午前后，上層水由于光合作用和溫度等因素的影響，其pH 值總體上均顯著高于底層水。而在清晨時期，其pH 值則很低；下層水和底層水一般無明顯pH 值日變化。而草魚在養殖水體中的活動空間主要在中、下層水。因此在確定pH 值對于草魚生長影響程度時，只需要考慮水體中、下層水pH值范圍即可。

5 結論

將草魚養殖池塘pH 值的生態適宜度從最不適宜到最適宜分為5 個時期，即死亡期、危險期、影響期、正常期和最適期，系統收集并整理了國內外有關pH 值對草魚生理生態影響研究結果，在此基礎上，通過比較分析并遵循審慎原則，確定了各適宜度等級期pH 值基準：死亡期＜5.0 或≥10.5、危險期 5.0~5.6 或 9.5~10.5、影響期 5.6~6.5 或 8.5~9.5、正常期 6.5~7.5 或 8.0~8.5 和最適期 7.5~8.0。養殖戶發現池塘pH 值處于危險期或死亡期，應及時采取補救措施，防止出現死亡現象的發生；處于影響期，則需密切關注未來天氣變化，防范天氣劇變帶來的風險。