陳輔利,高光智,劉磊

(大連海洋大學 海洋與土木工程學院，遼寧 大連 116023)

工廠化養(yǎng)魚是水產(chǎn)業(yè)發(fā)展的主要趨勢[1-2]。工廠化養(yǎng)魚是一個復雜的生態(tài)系統(tǒng)，控制投餌量和水質(zhì)的目的是為了滿足魚的養(yǎng)殖條件[3]。國內(nèi)外學者關于工廠化養(yǎng)魚投餌控制的研究很多[4]，主要集中在投餌與魚類的增重、呼吸、排泄及能量代謝的關系，很少研究投餌與魚類生長環(huán)境的關系。呼吸與排泄是魚類新陳代謝的基本生理活動，既能反映魚類的生理狀態(tài)，又能反映環(huán)境條件對魚類生理活動的影響。投餌與排泄的關系復雜，主要影響因子有溫度、鹽度、體質(zhì)量、攝食水平和餌料種類等[5-7]。魚類的排泄物主要含有機質(zhì)、氨氮、尿酸和尿素等，可以用懸浮物、化學需氧量(COD)、氨氮(NH+4-N)等污染生態(tài)因子綜合表示。本研究中，作者研究了許氏平鲉Sebastesschlegeli幼魚養(yǎng)殖過程中投餌量對魚體的增重及對水環(huán)境中懸浮物、COD、氨氮含量的影響,旨在從工廠化養(yǎng)魚污染生態(tài)的角度探討投餌量與魚類的生長和水質(zhì)指標的關系。

1 材料與方法

1.1 材料

試驗用許氏平鲉取自大連旅順海水養(yǎng)殖場，已經(jīng)過人工馴化。選擇健康魚用于試驗，體質(zhì)量為4.2～14.8 g/尾，全長為5～10 cm。試驗裝置如圖1所示,有機玻璃水槽體積為30 L。

1.2 方法

試驗用水取自大連市黑石礁海域，需沉淀4 h后過濾，鹽度為30，pH為7.8～8.2，水溫為17～19 ℃。試驗前先將許氏平鲉幼魚暫養(yǎng)15 d,以適應室內(nèi)水槽的養(yǎng)殖環(huán)境，并通過預試驗調(diào)節(jié)適宜的溶解氧。

試驗分為3組，平均體質(zhì)量分別為4.3、14.1、5.1 g(分別記為A、B、C組)，每組放3尾魚。試驗共進行60 d，投餌量依次定為30、38、46、54、62、70、86、102、120、140、160、180、200、220、240 mg/d，每個投餌量檔次穩(wěn)定試驗4 d，以探討投餌量對幼魚生長和水質(zhì)指標的影響。試驗期間，每48 h換水1次，換水量為3/4，每次換水前攪勻，溶解氧控制在6.5～7.0 mg/L。換水前后從各組取水樣1次，用于懸浮物、COD、HN+4-N、DO的測定。水樣測定方法按照國標方法進行。換水前用電子天平稱量魚體的質(zhì)量。投喂的餌料為市售顆粒狀餌料，粒徑為0.6～1.2 mm。每天定量投餌2次，直接撒在水槽表面。

圖1 試驗裝置Fig.1 The devices used in the experiment

2 結(jié)果與分析

2.1 投餌量對幼魚體增重的影響

從圖2可見，A、B、C 3組魚的試驗結(jié)果接近，均表現(xiàn)出明顯的三個階段：投餌量小于50 mg/d時，幼魚生長較快，體質(zhì)量日增長量呈直線上升趨勢，曲線斜率達到0.6左右；投餌量為50～160 mg/d時，幼魚生長速度明顯變緩，體質(zhì)量日增長量減小，曲線斜率下降為0.22～0.25；投餌量大于160 mg/d時，體質(zhì)量增加非常緩慢，曲線斜率僅為0.03～0.06，是第一階段的5%～10%，是第二階段的14%～24%。

圖2 投餌量對幼魚體增重的影響Fig.2 The effect of feeding amount on weight gain in the juveniles

試驗結(jié)果與許氏平鲉的生長規(guī)律一致。第一階段，由于投餌量過少，許氏平鲉一直處于饑餓狀態(tài)，因而對餌料的同化轉(zhuǎn)化率高，表現(xiàn)為體質(zhì)量增加速度很快。第二階段，隨著投餌量的增加，許氏平鲉的攝食量基本達到飽和，維持生長的能量趨于平衡狀態(tài)，餌料的控制作用降低，因而對餌料的同化率降低，表現(xiàn)為體質(zhì)量增加速度降低。第三階段，許氏平鲉的攝食處于過飽和的狀態(tài)，攝入的能量過剩，多余的餌料不能被同化，表現(xiàn)為體質(zhì)量的增加速度趨于平衡。由此可見，第二階段和第三階段的分界點(拐點)可以視為許氏平鲉的最佳投餌量(記為Mp)。各組的最佳投餌量相等，表明許氏平鲉在一定生長期內(nèi)具有相對的穩(wěn)定性。本試驗中各組的最佳投餌量均為160 mg/d。

根據(jù)下式可以得出單位投餌量和增重率：

單位投餌量=投餌量/體質(zhì)量，

增重率=終末體質(zhì)量-初始體質(zhì)量初始體質(zhì)量×100%。

單位投餌量和增重率的關系曲線與圖2相似，也存在3個階段，但3組出現(xiàn)拐點的位置有所不同。這表明日增長量與魚體質(zhì)量的大小有關，即隨著體質(zhì)量的增加，增重速度減緩；最佳投餌量也與體質(zhì)量有關，即隨著體質(zhì)量的增加，投餌量逐漸減小。多種魚類都存在類似的規(guī)律[2]。

在試驗范圍內(nèi)和營養(yǎng)平衡狀態(tài)下，許氏平鲉體質(zhì)量的總增量隨著體質(zhì)量的增加而增加，體質(zhì)量越大總增量越大，但并不是按比例增加，也就是說單位體質(zhì)量增加速度不是固定不變的常數(shù)。本試驗表明，隨著體質(zhì)量的增加單位增重速度減緩，表明單位體質(zhì)量的能量轉(zhuǎn)換率降低，單位體質(zhì)量的合成數(shù)率降低，因而單位體質(zhì)量的攝食量也降低，這種降低的結(jié)果可能導致Mp在一定生長期內(nèi)具有相對穩(wěn)定性。

2.2 投餌量對水體中懸浮物含量的影響

養(yǎng)殖水體中懸浮物含量的變化反映了殘餌、魚類排泄和微生物降解等綜合過程。從圖3可見，投餌量與懸浮物含量的變化也表現(xiàn)出明顯的3個階段：第一階段，投餌量小于120 mg/d時，隨著投餌量的逐漸增多，懸浮物含量不斷增大；第二階段，投餌量為120～200 mg/d時，隨著投餌量的增加，懸浮物含量依然增加，但增加的速率有所減緩；第三階段，投餌量大于200 mg/d時，曲線出現(xiàn)拐點，懸浮物量增加的速率急劇變大。

圖3 投餌量對水體中懸浮物含量的影響Fig.3 The effect of feeding amount on suspended material level in the water

懸浮物含量的變化規(guī)律與許氏平鲉的生長規(guī)律一致。第一、二階段，由于投餌量偏小，許氏平鲉的攝食量較少，處在未飽狀態(tài)，而餌料是同化的控制因素，魚類的排泄量受其攝食量控制，水中也幾乎沒有殘餌，因而懸浮物含量變化很小。第三階段，投餌量超過了魚類的營養(yǎng)需求，魚類不會自我控制攝食，當投餌過量時，魚吃飽后攝食欲望雖然降低，但不會停止攝食。這時，將導致兩種情況發(fā)生：第一，由于營養(yǎng)供給大于吸收(同化)能力，攝食量大于消化能力，排泄量大幅增加；第二，部分餌料來不及被攝食，成為了殘餌。排泄量和殘餌量的增加，導致水體中的懸浮物含量快速增加。第二階段和第三階段的分界點(拐點)表明了投餌明顯過量，可以視為許氏平鲉養(yǎng)殖中過量投餌的指示點，記為SZ。各組的SZ相等，具有相對穩(wěn)定性。本試驗中各組的SZ均為200 mg/d。

比較圖2和圖3可以看出，投餌量和日增長量與投餌量和懸浮物含量的變化規(guī)律具有高度的一致性，SZ與Mp具有很好的相關關系。但兩者也存在一定的差別：第一，圖3第一階段與第二階段的轉(zhuǎn)折點沒有圖2明顯，這是因為第一階段魚類的同化能力很強，因此，體質(zhì)量的增速較快，排泄的增速較慢；第二，SZ大于Mp，這是因為Mp是由同化能力決定的，而SZ是由消化能力決定的。餌料只有先被魚類消化后，才能被吸收同化，因此魚類的消化能力通常大于同化能力。SZ雖然滯后于Mp，但可以發(fā)揮同樣的作用，即通過水體中懸浮物的變化直接判斷魚類的營養(yǎng)狀態(tài)，通過SZ間接地確定Mp。

根據(jù)下式可以得出單位懸浮物含量：

單位懸浮物含量=懸浮物含量/體質(zhì)量。

單位投餌量與單位懸浮物含量的關系曲線也存在3個階段，表明單位懸浮物含量的增加速率與體質(zhì)量有關，即隨著體質(zhì)量的增加，單位懸浮物含量也增加；單位體質(zhì)量投餌過量指示點與體質(zhì)量有關，即隨著體質(zhì)量的增加，單位體質(zhì)量投餌過量指示點減小。

2.3 投餌量對水體中COD含量的影響

有機物是水體污染的重要指標，通常用化學需氧量(COD)表示。養(yǎng)殖水體中COD的增量同樣反映了殘餌、排泄、微生物降解等一系列過程。投餌量與水體中COD含量變化的試驗結(jié)果見圖4。

圖4 投餌量對水體中COD含量的影響Fig.4 The effect of feeding amount on COD levels in the water

水體中COD含量的變化與懸浮物含量的變化規(guī)律幾乎相同。水體中的COD主要來自殘餌和魚類的排泄物，而水體中微生物降解的貢獻很少。排泄物和殘餌中的COD分別與魚類的排泄量(SP)、殘餌量(SC)呈正相關關系。對于一個運行正常的穩(wěn)定養(yǎng)殖系統(tǒng)，生物降解狀態(tài)點不變， 懸浮物中COD所占的比例穩(wěn)定，每天降解的COD和懸浮物中的COD所占的比例都可以視為常數(shù)。因此，COD可以表示為

COD=a·SP+b·SC-r，

(1)

式中：a、b分別為魚類的排泄量(SP)、殘餌量(SC)中COD所占的比例；r為每天降解的COD總量。

r對懸浮物含量(S)的影響很小，令

k=(a·SP+b·SC)/(SP+SC)，

則式(1)可以寫為

COD=k(SP+SC)-r

=k·S-r≈k·S，

(2)

式(2)表明，COD與懸浮物呈線性關系，近似呈正比關系。因此，投餌量與COD的關系和投餌量與懸浮物的關系近似，具有相同的特征：第一，也存在3個階段，第二階段與第三階段的轉(zhuǎn)折點明顯，本研究中稱之為COD污染指示點，記為CZ；第二，試驗結(jié)果和式(2)都表明CZ與SZ不僅性質(zhì)相同，而且數(shù)值近似相等；第三，COD污染指示點CZ也具有相對穩(wěn)定性。

2.4 投餌量對水體中氨氮含量的影響

氨氮(NH+4-N)也是水體污染的重要指標，主要來自魚類的排泄物和蛋白質(zhì)的生物氧化。養(yǎng)殖水體中氨氮含量的變化同樣反映了水體中的殘餌、排泄物和生物化學等一系列的降解過程。投餌量對水體中氨氮含量的影響結(jié)果見圖5。

圖5 投餌量對水體中氨氮含量的影響Fig.5 The effect of feeding amount and NH+4-N levels in the water

水體中氨氮含量的變化規(guī)律與COD含量的變化規(guī)律類似。從圖5可見：氨氮的變化同樣也存在3個階段，第二階段與第三階段的轉(zhuǎn)折點比較明顯，記為氨氮污染指示點(NZ)，NZ也具有相對穩(wěn)定的特點。NZ較CZ明顯滯后，這是因有機物生物降解過程中不斷釋放氨氮的結(jié)果。

2.5 水體自凈

水體自凈試驗時，將試驗魚移出，其它條件不變，試驗共進行5 d。結(jié)果表明，3組水體自凈的趨勢基本相同，COD呈現(xiàn)下降趨勢(圖6)。COD在天然水體中的自凈主要是水中好氧微生物的代謝降解，符合酶促反應規(guī)律。本試驗結(jié)果與天然水體的自凈規(guī)律一致。

3 污染生態(tài)模型

采用SPSS統(tǒng)計軟件對試驗進行回歸分析，得出投餌量(T)與懸浮物含量(S)的回歸方程：

S=-18.86+1.082T-0.0069T2+0.0002T3，

(3)

圖6 水體自凈過程中連續(xù)5 d COD含量的變化規(guī)律Fig.6 The changes in the COD levels for consecutive 5 days

式中：S為水體中懸浮物的含量(mg/L)；T為投餌量(mg/d)。

用同樣方法可以得出投餌量與COD含量的回歸方程：

COD=0.16+0.977T-0.055T2+0.00017T3。

(4)

COD自凈符合水體自凈規(guī)律，采用Street-Phelps模式[8]：

C=C0exp(-kt)，

取對數(shù)，則得到

lnC=lnC0-kt,

采用最小二乘法估值，得出：

C=113.4exp(-0.68t),

(5)

式中：C為基質(zhì)COD含量(mg/L)；C0為基質(zhì)起始COD含量(mg/L)；t為時間(d)。

4 結(jié)論

1)許氏平鲉養(yǎng)殖過程中存在一個最佳投餌量(本試驗中的最佳投餌量Mp為160 mg/d),并在一定的生長期內(nèi)相對穩(wěn)定。投餌量小于Mp時，許氏平鲉的生長速度隨投餌量的增加而增加；投餌量大于Mp時，即便再增加投餌量，魚類的生長速度也并不能提高。

2)投餌量對水體中懸浮物、COD、氨氮含量的影響與投餌量對魚體增重的影響具有高度的一致性；存在投餌過量指示點SZ、COD污染指示點CZ、氨氮污染指示點NZ。投餌量小于SZ、CZ、NZ時，水體中懸浮物、COD、氨氮的含量均隨投餌量的增加而緩慢增加；反之迅速增加。Mp、SZ、CZ、NZ具有相關性，即Mp=KS×SZ，CZ=SZ，NZ>SZ。

投餌量與懸浮物含量的關系模型為

S=-18.86+1.082T-0.0069T2+0.0002T3。

投餌量與水體中COD的關系模型為

COD=0.16+0.977T-0.055T2+0.00017T3。

許氏平鲉養(yǎng)殖水體中COD的自凈符合天然水體中COD的自凈規(guī)律，自凈模型為

C=113.4exp(-0.68t)。

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