水位深度對工廠化流水養殖大菱鲆生長的影響

李紀元, 郭 騰, 徐世宏, 吳樂樂, 于佳辰, 王彥豐, 李 軍

水位深度對工廠化流水養殖大菱鲆生長的影響

李紀元1, 2, 3, 4, 郭 騰5, 徐世宏1, 2, 3, 吳樂樂6, 于佳辰7, 王彥豐1, 2, 3, 李 軍1, 2, 3

(1. 中國科學院 海洋研究所 中國科學院實驗海洋生物學重點實驗室, 山東 青島 266071; 2. 青島海洋科學與技術試點國家實驗室 海洋生物學與生物技術功能實驗室, 山東 青島 266237; 3. 中國科學院 海洋大科學研究中心, 山東 青島 266071; 4. 中國科學院大學, 北京 100049; 5. 青島農業大學 生命科學學院, 山東 青島 266109; 6. 中國海洋大學 水產學院, 山東 青島 266003; 7. 江蘇海洋大學 海洋科學與水產學院 江蘇 連云港 222005)

為探討水深對工廠化流水養殖水環境的影響, 本實驗將9 000尾初始體質量為141.62±24.47 g的大菱鲆()按照低水深(20 cm)、中水深(40 cm)、高水深(60 cm)條件分為3個不同養殖水深組, 實驗周期為80 d。實驗期間, 跟蹤檢測長期和特定時期(投喂后8 h內)不同養殖水深水體中總氨氮(TAN)、亞硝酸鹽(NO2–-N)、固體懸浮物(SS)、化學需氧量(COD)等參數, 并在實驗結束時對大菱鲆成活率、體質量、飼料系數水平進行測量。研究表明, 水池內水流速度與水深呈負相關, 但各組間無顯著性差異。高水深組的固體懸浮物含量顯著(<0.05)低于其他兩組, 低水深組的化學需氧量顯著(<0.05)低于其他兩組, 各水深組中氨氮、亞硝酸鹽都在大菱鲆幼魚安全濃度范圍內, 且無顯著性差異。在投喂后, 固體懸浮物含量在各水深組中呈先升高后降低趨勢, 其中低水深組波動最大。氨氮含量在投喂后3 h開始上升, 其中低水深組漲幅最大。各水深組中化學需氧量隨著投喂時間延長而逐漸積累, 而亞硝酸鹽含量基本保持不變。實驗結束, 低水深組中大菱鲆增質量率、特定生長率、體質量變異系數均顯著(<0.05)高于高水深組, 而存活率、肥滿度、飼料系數在各組之間沒有顯著差異。研究結果顯示, 增加水深有利于提高養殖水環境水質惡化的緩沖能力。在保證養殖系統水質指標安全的前提下, 低水深在大菱鲆工廠化流水養殖中是一個可行的方案。

大菱鲆(); 生長; 水質; 水深; 工廠化流水養殖

水深作為水產養殖生態系統的因素之一, 與魚類攝食模式、生長習性息息相關。ZHANG等[1]研究養殖水深對中華鱘()生長影響的結果表明, 在0.6 m深度, 中華鱘的特定生長率、增質量率、血清谷胱甘肽過氧化物酶、堿性磷酸酶、溶菌酶活性顯著低于1和1.4 m水深。JIANG等[2]研究了不同水深(20、50、100、150、200 cm)對紅刺參()生長和體色的影響, 其結果表明150 cm水深養殖的紅刺參體質量最大, 200 cm水深養殖的紅刺參成活率最高, 但懸浮在較深層的紅刺參紅色變淺。KAPUTE等[3]研究發現羅非魚()在較深的池塘可以產生更好的養殖效果。養殖池水深通常由建造成本和養殖生物棲息偏好決定, 大菱鲆屬于底棲魚類, 水體養殖深度普遍在0.4～0.6 m。在實際養殖生產過程中, 高水深會使養殖成本提高, 造成水資源浪費, 低水深會使水體緩沖能力變差, 導致水體水質劇烈波動, 而水質是由溫度、鹽度、pH、溶解氧、氨氮、亞硝酸鹽、固體懸浮物、化學需氧量等變量決定, 在很大程度上影響魚類的生長。因此, 了解水深如何影響水質, 并確定適宜的養殖水深對大菱鲆的工廠化養殖至關重要。

大菱鲆(), 中文音譯名“多寶魚”, 隸屬于硬骨魚綱(Osteichthyes)、鰈形目(Pleuronectiformes)、菱鲆科(Scophthalmidae)、菱鲆屬(), 原產于歐洲地區[4-5]。1992年雷霽霖院士首次將大菱鲆引入國內, 隨后大菱鲆人工繁殖、苗種培養、成魚養殖等問題被相繼攻克, 迅速在山東、遼寧、江蘇等地推廣, 成為近年來中國最具有發展前景的養殖品種之一[6]。目前, 大菱鲆養殖模式多種多樣, 包括循環水養殖、池塘養殖、工廠化流水養殖、網箱養殖等[7]。就實際情況而言, 工廠化流水養殖模式是主要形式, 占據主導地位[8]。目前已經有很多關于流水養殖的研究, 仇登高等[9]研究發現, 1次/天或1次/2天的投喂頻率更適合流水模式下鞍帶石斑魚()的生長; 宋志飛等[10]研究發現, 在流水養殖系統中, 低密度組中俄羅斯鱘魚()幼魚增質量率、體長增長率、特定生長率、飼料轉化率顯著高于高密度組, 較高密度會對流水養殖系統中俄羅斯鱘魚幼魚的生長造成負面影響; ZHENG等[11]研究發現在流水系統中日本對蝦()觸角破損率與放養密度呈正相關趨勢。目前尚未見到有關水深對工廠化流水養殖水質的影響。本研究通過探討不同水深對大菱鲆工廠化流水養殖水質的影響, 為工廠化流水養殖中選擇大菱鲆適宜養殖深度及水環境調控工作提供基礎和依據。

1 材料與方法

1.1 實驗材料

實驗用大菱鲆購于威海圣航水產科技有限公司, 挑選健康活躍、無創傷的大菱鲆幼魚9 000尾, 平均體質量141.62±24.47 g。

1.2 實驗方法

1.2.1 養殖條件

采用工廠化流水養殖系統, 養殖池為八角形水泥池(5 m×5 m×0.8 m), 實驗設計3組不同水深環境(20、40和60 cm), 每組3個重復, 每池養殖大菱鲆1 000尾, 養殖密度為40尾/m2(6 kg/m2), 實驗周期80 d。實驗期間每天投喂2次(6: 00; 17: 00), 日投喂率為1%, 對每個水池投喂量進行記錄。各養殖池日進出水量相同, 進水口離水面15 cm, 水流與水面呈45°進入池內, 進出水速度相同(2.08 m3/h), 保持連續充氣, 每天早、中、晚用LSH10-1M微型多普勒流速儀, 隨機選取離養殖池中心4～5 m處6個固定點測量水流速度。水溫控制為17.3±0.5 ℃, 鹽度為30±1, pH為6.95±0.14, 養殖池內溶解氧含量為6.65±0.37 mg/L。

1.2.2 水質監測

總氨氮檢測采用納氏試劑分光光度法[12], 亞硝酸鹽檢測采用萘乙二胺分光光度法[13], 固體懸浮物檢測采用重量法[14], 化學需氧量檢測采用堿性高錳酸鉀法[15]。

1.2.3 生長檢測

實驗開始和結束時, 停食1 d, 各池隨機選取300尾大菱鲆, 測量體長和體重, 按以下公式計算生長指標。

增質量率(Weight gain rate,WG)=(2–1)/1×100%

特定生長率(Special growth rate,SG)=(ln2–ln1)/×100%

飼料系數(Feed conversion ratio,FC)=W/(2×2–1×1)

存活率(Survival rate,S)=終末尾數/初始尾數×100%

肥滿度(Condition factor,C)=2/3×100%

體重變異系數(weight coefficient of variation,WV)=(SD/2)×100%

式中,為終期平均體長(cm),1為初始平均體質量(g),2為終期平均體質量(g),2為終期大菱鲆尾數,1為初始大菱鲆尾數,為實驗周期(d),W為總飼料攝入量(g), SD為體質量標準差。

1.2.4 數據處理

實驗結果以“平均值±標準差”表示, 并用Excel 2016和SPSS 19. 0軟件進行處理。采用單因素方差分析對各組數據進行顯著性分析, 采用鄧肯多重極差檢驗(DunCan)和最小顯著差異檢驗(LSD)進行統計學處理,<0.05表示差異顯著。

1）危害癥狀。桃小幼蟲蛀果后，在果面上留有針尖狀蛀孔，孔口有白色果膠，數日后干成白色蠟粉。幼蟲蛀入果實后縱橫串食，最終到達果心，蛀食種子。受害蘋果果實生長受阻，果面凹凸不平，俗稱“猴頭果”。幼蟲在果內一邊蛀食，一邊將糞便排于蟲道內，被害果成為“豆沙餡”，失去食用價值。后期幼蟲老熟后向外咬出香頭大的“脫果孔”，脫離果實。

2 結果

2.1 不同水深對水流速度的影響

水池內水流速度與水深呈負相關關系: 在低水深時, 水流速度為0.11 m/s; 在中水深時, 水流速度為0.10 m/s; 在高水深時, 水流速度為0.08 m/s。水深越深, 水流速度越慢, 各水深組中水流速度無顯著性差異(圖1)。

圖1 水深對水流速度的影響

相同字母表示組間差異不顯著(>0.05)

2.2 不同水深對水質的影響

在本實驗中, 高水深組的固體懸浮物含量顯著(<0.05)低于其長兩組, 氨氮含量也是3組中最低(0.49 mg/L)。化學需氧量隨著水深的增加而增高, 在高水深組最高, 達到1.51 mg/L, 高水深組和中水深組的化學需氧量顯著(<0.05)高于低水深組。亞硝酸鹽在低、中、高水深組的質量濃度分別為0.027、0.025、0.027 mg/L, 無顯著性差異(圖2)。

2.3 不同水深投喂后水質的變化規律

2.3.1 不同水深投喂后固體懸浮物的變化規律

由圖3可見, 各處理組固體懸浮物濃度在投喂后1.5 h, 開始出現上升趨勢。在投喂后2 h, 高水深組固體懸浮物濃度達到最高(190 mg/L)。在投喂后3 h, 中水深組固體懸浮物濃度達到最高(250 mg/L), 隨后1 h大幅度下降。在投喂后3～4 h, 低水深組固體懸浮物大幅度上升并達到最高濃度(310 mg/L)。在2、3、8 h時, 高水深組水體固體懸浮物濃度高于低水深組。

2.3.2 不同水深投喂后氨氮的變化規律

由圖4可見, 各水深組氨氮濃度在投喂后3 h內處于穩定狀態, 在投喂后3 h開始呈上升趨勢。低水深組氨氮質量濃度在投喂后5 h出現波峰并達到最大值(1.11 mg/L), 中水深組氨氮濃度在投喂后6 h出現波峰并達到最大值(1.08 mg/L), 高水深組氨氮濃度相對比較穩定, 在投喂后1 h出現最大值(0.65 mg/L)。

圖2 水深對水質的影響

注: 相同字母表示組間差異不顯著(>0.05), 不同字母表示組間差異顯著(0.05), 圖7、圖8同

圖3 不同水深投喂后固體懸浮物的變化規律

圖4 不同水深投喂后氨氮的變化規律

2.3.3 不同水深投喂后亞硝酸鹽的變化規律

圖5 不同水深投喂后亞硝酸鹽的變化規律

2.3.4 不同水深投喂后COD的變化規律

由圖6可見, 各水深處理組COD濃度變化具有相似的規律, 在投喂3 h內比較穩定。高水深組COD濃度在投喂后3 h開始大幅度上升, 而低水深組和中水深組在投喂后4 h開始大幅度上升。高水深組在8 h時COD最大(3.020 mg/L)。中、低水深組分別在7 h和6 h達到波峰, 在波峰處COD達到最大, 分別為3.636 mg/L和3.180 mg/L。

圖6 不同水深投喂后COD的變化規律

2.4 不同水深對大菱鲆幼魚生長的影響

大菱鲆幼魚存活率隨水深的增加而增加, 在高水深組存活率最高達到95.34%±0.73%, 但3組間存活率差異不顯著。飼料系數在3個水深處理組之間沒有顯著性差異, 但在低水深時飼料系數最低。特定生長率和增質量率在低水深組最高, 分別為0.56%± 0.02%和56.68%±2.32%, 顯著(<0.05)高于中水深組和高水深組。肥滿度在中水深組最大, 其次是低水深組和高水深組。低水深組體重變異系數最大, 與中水深組沒有顯著性差異, 但顯著(<0.05)高于高水深組(圖7、圖8)。

3 討論

3.1 不同水深對水環境的影響

在實際生產過程中, 通常采用水面噴射法促進水池內水流循環, 水池內水流速度與進出水量、進出水速度、水池半徑、水深、進水口離水面的距離等有關[16]。本研究控制其他變量相同, 發現水池內水流速度與水深呈負相關, 水深越深, 水流速度越慢, 這可能因為水體越深, 水的阻力越大, 不利于水體的流動和交換。CRIPPS[17]研究表明水體動力性能與水深有關, 隨著水深的減少, 養殖水體利用效率提高。BURLEY[18]研究表明水深的變化導致了水箱內水體流動和混合的改變。但本實驗中3個水深組之間水流速沒有顯著性差異, 說明在正常的養殖生產中, 水深對水流速度影響較小。大菱鲆屬于底棲魚類, 相比于游泳性魚類, 大部分在攝食后迅速下潛到水底, 喜歡緩慢流速的環境。LI等[19]研究表明在0.06、0.18、0.36 m/s 3種水流速下, 養殖在0.18 m/s水流速下的大菱鲆幼魚生長最好。在本研究中低水深組, 水流速為0.11 m/s最接近0.18 m/s, 而且在該處理組中, 大菱鲆增質量率和特定生長率最高, 這與LI等[19]研究成果一致。

圖7 不同水深大菱鲆生長狀態

圖8 不同水深大菱鲆生長表現

本研究中, 氨氮質量濃度在不同水深組中最高為0.65 mg/L, 低于大菱鲆幼魚的安全濃度[20], 對大菱鲆幼魚幾乎沒有影響。曲克明等[21]報道, 在正常溶氧條件下, 亞硝酸鹽對大菱鲆的48 h LC50值和96 h LC50值分別為181.07和130.66 mg/L, 采用96 h LC50值乘以安全系數0.1作為安全濃度, 可以得到亞硝酸鹽對大菱鲆的安全質量濃度為13.07 mg/L。本研究中, 3個水深組水體中亞硝酸鹽濃度遠低于安全濃度, 不是限制大菱鲆幼魚生長的主要環境因素。高水深組的固體懸浮物含量顯著(<0.05)低于其他兩組, 說明增加水深有利于提高養殖水環境水質惡化的緩沖能力。但隨著水深升高, 每日循環水量減少, 使得水體中糞便、殘餌、黏液等有機質停留時間變長, 導致高水深組COD最高(1.51 mg/L)。

3.2 不同水深投喂后水質的變化規律

大菱鲆在攝食后會將代謝廢物排放到水中, 導致水中的可溶性營養鹽、固體懸浮物、COD等發生一些變化。養殖池中的固體懸浮物主要來源于殘餌和糞便, 這些固體懸浮物既可以通過直接損害魚鰓, 也可以通過礦化產生有害物質來影響魚類生長[22]。本實驗中, 在投喂1.5 h后, 固體懸浮物開始出現上升, 可能是養殖生物開始進行排泄。方志山[23]研究發現水體中固體懸浮物主要受到養殖對象的攝食與排泄的影響。低水深組中固體懸浮物波動最大, 可能因為較小蓄水水體緩沖能力較弱, 隨著集中排泄和水體交換的進行, 出現大幅度升降。氨氮是攝食后排泄的主要含氮化合物[24], 當養殖環境中氨氮濃度較高, 會導致魚類腸道消化吸收性能下降[25]、先天性免疫受抑制[26]、組織器官損傷[27]等癥狀。在本實驗過程中, 3種水深處理組大菱鲆在投喂結束后, 氨氮排泄在3～8 h出現峰值, 這與唐賢明等[28]報道的3～9 h以及FANG等[29]對鱖魚()研究結果4～8 h相近。魚的代謝具有較大的波動性, 受到很多環境因子的影響比如水硬度、水流速、溫度等[30-32]。在本實驗中, 低水深組氨氮排泄較高, 可能在低水深處理組中大菱鲆代謝率比較高。亞硝酸鹽含量在投喂后基本保持穩定, 亞硝酸鹽是細菌硝化作用的中間產物, 亞硝化細菌首先在有氧的條件下將氨氮氧化成亞硝酸鹽, 亞硝酸鹽再被硝化細菌利用變成硝酸鹽[33]。在投喂后, 氨氮還未轉化成亞硝酸鹽就隨水流排出, 水體中亞硝酸鹽含量基本取決于原水。高濃度的亞硝酸鹽會對生物體產生危害[34], 因此在流水系統中良好的水源是非常有必要的。COD作為一個重要的水質指標, 可根據其含量來衡量水體中有機物的濃度。有機物本身對養殖生物并無影響, 但它既可以滋養大量的生物病菌, 又可以通過分解消耗氧氣并產生有害氣體, 對養殖生物造成不利的影響[35]。不同深度組水體中COD濃度變化具有相同的趨勢, 即隨著投喂后時間的增加, 水體中COD濃度逐漸升高, 說明在大菱鲆集中排泄后, COD會出現短暫的積累。張延青等[36]研究發現, 不同規格皺紋盤鮑()在攝食后, 各規格組COD都會隨著時間延長而不斷升高, 這與本研究結果一致。

3.3 不同水深對大菱鲆生長的影響

在養殖生產過程中, 養殖生物的生長性能是衡量養殖成功與否的重要依據, 而飼料利用率低、生長慢是大菱鲆實際生產過程中常見的問題。在不同水深組中, 大菱鲆的存活率、肥滿度、飼料系數相似, 水深對這些參數沒有顯著的影響。但低水深組中大菱鲆體質量變異系數顯著(<0.05)高于高水深組, 這表明在大生產環境條件下, 水深的變化不會影響大菱鲆的攝食, 但會影響大菱鲆的攝食模式。這可能是由于水深過淺, 導致餌料下沉時間短, 大菱鲆搶食造成的攝食不均勻。在低水深組中, 大菱鲆特定生長率和增質量率最高, 且顯著高于中、高水深組。這可能是因為低水深可以使大菱鲆更直觀地定位飼料, 降低了飼料損失量。其次, 高水深組由于水體交換量少, 導致懸浮物和有機質在養殖水體中停留時間過長, 造成COD積累過高。我們推測, 較高的COD也會影響大菱鲆的生長。ABDEL-HAY等[37]研究表明在0.5 m池塘養殖的非洲鯰魚()比在1.5 m池塘養殖的魚生長得更快。KRUMMENAUER等[38]研究表明在生物絮團技術(biofloc technology, BFT)系統中將南美白對蝦()池水深減少到0.4 m可以提高生產率, 降低用水量, 這與本研究結果一致。然而, 有很多研究認為過低的水位對大多數魚類來說是一個公認的壓力源[39-40]。GUN等[41]研究表明將螃蟹()放在水面下70 cm深的地方比放置在水面下30 cm或者水表面生長得更快。HARIANTO[42]等研究發現1.50～3.72 cm水深對雙色鰻鱺()生產性能參數無顯著影響, 就水利用效率而言, 低水位更加適合雙色鰻鱺養殖。因此, 在養殖生產過程中, 水深與養殖物種、養殖密度、養殖設施有關, 需要根據實際養殖情況進行養殖條件優化。

4 結論

在工廠化流水養殖中, 高水深條件下水質緩沖能力明顯優于中、低水深組。特別是在投喂后水質快速變化期內尤其明顯。而在長期監測過程中, 各組水體中氨氮、亞硝酸鹽在大菱鲆幼魚安全濃度范圍內, 無明顯差異。高水深雖然對水質濃度緩沖能力大, 但其交換量少, 導致懸浮物和有機質在養殖水體中停留時間長, 造成COD積累。低水深組大菱鲆的特定生長率、增質量率、體質量變異系數顯著高于高水深組, 而存活率、肥滿度、飼料系數在各組之間沒有顯著差異。綜上所述, 原水水質穩定條件下, 大菱鲆工廠化流水養殖采用低水深養殖可隨著日循環水量的增加, 長期穩定養殖水環境, 促使大菱鲆生長加快, 獲得更大的養殖生物量。

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Effect of water depth on the growth of turbot () in factory flow-through aquaculture

LI Ji-yuan1, 2, 3, 4, GUO Teng5, XU Shi-hong1, 2, 3, WU Le-le6, YU Jia-chen7, WANG Yan-feng1, 2, 3, LI Jun1, 2, 3

(1. CAS Key Laboratory of Experimental Marine Biology, Institute of Oceanology, Chinese Academy of Sciences, Qingdao 266071, China; 2. Pilot National Laboratory for Marine Science and Technology (Qingdao), Qingdao Laboratory for Marine Biology and Biotechnology, Qingdao 266237, China; 3. Center for Ocean Mega-Science, Chinese Academy of Sciences, Qingdao 266071, China; 4. University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100049, China; 5. College of Life Sciences, Qingdao Agricultural University, Qingdao 266109, China; 6. Fisheries College, Ocean University of China, Qingdao 266003, China; 7. School of Marine Science and Fisheries, Jiangsu Ocean University, Lianyungang 222005, China)

To explore the effect of water depth on the water environment of factory flow-through aquaculture, 9 000 turbot with an initial collective body mass of 141.62±24.47 g were divided into three different culture depth groups according to the low (20 cm), medium (40 cm), and high (60 cm) water depths. The three water depth groups of turbot were subjected to an 80-day experiment involving periodic tracking and detection of total ammonia nitrogen (TAN), nitrite (NO2–-N), suspended solids (SS), and chemical oxygen demand (COD). The substances in the aquaculture pool were measured for a long period and a specific period (within 8 h after feeding); the survival rate, body weight, and feed conversion ratio level of the turbot were also measured, but only once, which was at the end of the experiment. The study showed that the water flow rate in the pool was negatively correlated with water depth, but the difference between the groups was insignificant. The high water depth group had significantly (0.05) lower solids in suspension than the other two groups, while the low water depth group had significantly (0.05) lower COD than the other two groups. There was no significant difference in the levels of TAN and NO2–-N in all water depth groups, which were within the safe concentration range for turbot juveniles. After the feeding time, the suspended solid contents in each water depth group showed a tendency to rise first and then decrease, with the greatest fluctuation seen in the low water depth group. The TAN content started to increase 3 h after feeding the turbot, with the greatest increase also recorded in the low water depth group. With the prolongation of feeding time, COD gradually accumulated in each water depth group while the NO2–-N content remained unchanged. At the end of the experiment, the weight gain rate, specific growth rate, and coefficient of variation of body weight of turbot in the low water depth group were found to be significantly (0.05) higher than those in the high water depth group while the survival rate, condition factor, and feed conversion ratio were not significantly different among the groups. The results of the study showed that increasing the water depth was beneficial to improving the buffering capacity of water quality deterioration in the aquaculture environment. Under the premise of ensuring the safety of water quality indexes in the culture system, low water depth is a feasible solution in turbot factory flow-through aquaculture.

; growth; water quality; water depth; factory flow-through aquaculture

Oct. 23, 2022

S967

A

1000-3096(2023)6-0060-10

10.11759/hykx20221023002

2022-10-23;

2022-12-19

中國農業科研系統項目(CARS-47-G21); 山東省重大科技創新工程項目(2019JZZY020710)

[China Agriculture Research System, No. CARS-47-G21; Shan-dong Province Major Science and Technology Innovation Project, No. 2019JZZY020710]

李紀元(1999—), 男, 湖北鐘祥人, 碩士研究生, 主要從事海水魚養殖水環境調控研究, E-mail: lijiyuan991230@163.com; 李軍(1964—),通信作者, 男, 山東青島人, 博士, 主要從事魚類繁殖與發育調控技術, E-mail: junli@qdio.ac.cn; 王彥豐(1983—), 通信作者, 男, 山東萊陽人, 博士, 主要從事養殖水環境調控研究, E-mail: yanfengwang@ qdio.ac.cn

(本文編輯: 譚雪靜)