李 彬， 王印庚， 廖梅杰， 杜 佗， 范瑞用

(1中國(guó)水產(chǎn)科學(xué)研究院黃海水產(chǎn)研究所，青島海洋科學(xué)與技術(shù)國(guó)家實(shí)驗(yàn)室，海洋漁業(yè)科學(xué)與食物產(chǎn)出過(guò)程功能實(shí)驗(yàn)室，山東 青島 266071；2 上海海洋大學(xué)水產(chǎn)與生命學(xué)院，上海 201306;3 青島瑞滋海珍品發(fā)展有限公司，山東 青島 266409)

底部微孔增氧管布設(shè)距離和增氧時(shí)間對(duì)刺參養(yǎng)殖池塘溶氧的影響

李 彬1， 王印庚1， 廖梅杰1， 杜 佗2， 范瑞用3

(1中國(guó)水產(chǎn)科學(xué)研究院黃海水產(chǎn)研究所，青島海洋科學(xué)與技術(shù)國(guó)家實(shí)驗(yàn)室，海洋漁業(yè)科學(xué)與食物產(chǎn)出過(guò)程功能實(shí)驗(yàn)室，山東 青島 266071；2 上海海洋大學(xué)水產(chǎn)與生命學(xué)院，上海 201306;3 青島瑞滋海珍品發(fā)展有限公司，山東 青島 266409)

1 材料與方法

1.1 實(shí)驗(yàn)地點(diǎn)

實(shí)驗(yàn)在青島某刺參養(yǎng)殖場(chǎng)養(yǎng)殖池塘進(jìn)行。池塘呈長(zhǎng)方形，長(zhǎng)400 m，寬50 m，水深2 m，泥沙底質(zhì)；刺參附著基為三角堆砌型瓦片。放苗規(guī)格100～200頭/kg，投苗密度3 300頭/667 m2。實(shí)驗(yàn)期間底層水溫26℃～28℃，鹽度30左右，pH 6.85～7.22。

1.2 底部微孔增氧系統(tǒng)

底部微孔增氧系統(tǒng)主要由ZLS100L三葉羅茨鼓風(fēng)機(jī)(功率為11 kW)、截止閥、排氣閥、主管、增氧管(支管)、接頭組成。鼓風(fēng)機(jī)和主管道設(shè)置于壩頂，增氧管為微孔管(直徑20 mm)，與主管道(PVC)垂直排列延伸到池塘邊緣，增氧管長(zhǎng)度為40 m，增氧管正上方有增氧孔，充氧微孔直徑0.8～1.0 mm，微孔間距2 m。

圖1 刺參養(yǎng)殖池塘增氧系統(tǒng)布設(shè)示意圖

1.3 實(shí)驗(yàn)方法

1.3.1 池塘溶氧測(cè)定

2014年8月選擇兩個(gè)池塘，一個(gè)進(jìn)行底部微孔增氧(實(shí)驗(yàn)池)，另一個(gè)不增氧(對(duì)照池)，增氧時(shí)間為23:00—7:00，在23:00、3:00、7:00、15:00時(shí)間點(diǎn)測(cè)定兩個(gè)池塘水體底層(距池底10 cm)的溶氧(DO)，對(duì)比分析增氧對(duì)池塘溶氧的影響，并測(cè)定增氧池塘7 d內(nèi)微孔增氧0、30、60、120、240、360和480 min時(shí)的溶氧，每個(gè)時(shí)間點(diǎn)上在3個(gè)不同位點(diǎn)測(cè)定3個(gè)數(shù)據(jù)，取其平均值。溶氧采用YSI-556進(jìn)行測(cè)定。

1.3.3 不同位置DO測(cè)定

底部微孔增氧8 h后測(cè)定距離增氧管0、1、2、3、4、5、6、7、8、9和10 m處底層水體的溶氧(DO)，每個(gè)位置測(cè)定3個(gè)數(shù)據(jù)。

1.4 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)與分析

運(yùn)用SPSS Statistics 19.0對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行單因素方差分析(One-way ANOVA)，當(dāng)組間差異顯著時(shí)(P<0.05)用Duncan檢驗(yàn)進(jìn)行多重比較分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 底部微孔增氧對(duì)溶氧的影響

圖2表示實(shí)驗(yàn)池與對(duì)照池溶氧的變化。可以看出，實(shí)驗(yàn)池的溶氧持續(xù)上升，由3.76 mg/L上升到5.14 mg/L，而對(duì)照池溶氧呈下降趨勢(shì)，由3.75 mg/L下降到3.16 mg/L，7:00到達(dá)最低點(diǎn)。停止增氧8 h后，實(shí)驗(yàn)池顯著高于對(duì)照池(P<0.05)。

圖2 實(shí)驗(yàn)池和對(duì)照池溶氧的變化

圖3表示溶氧隨增氧時(shí)間的變化，可以看出連續(xù)增氧8h，溶氧持續(xù)增加。增氧2 h，溶氧上升緩慢；2～6 h出現(xiàn)躍升期，溶氧由4.5 mg/L上升到5.03 mg/L；增氧6～8 h溶氧達(dá)5.29 mg/L，但溶氧增速下降。

圖3 溶氧隨增氧時(shí)間的變化

2.2 底部微孔增氧對(duì)COD的影響

圖4表示實(shí)驗(yàn)池和對(duì)照池COD的變化?？梢钥闯?，在7 d時(shí)間內(nèi)對(duì)照池COD較為穩(wěn)定，保持在18.5 mg/L左右，實(shí)驗(yàn)池在增氧后2 d COD顯著低于對(duì)照池(P<0.05)，并持續(xù)下降；充氧7 d后，實(shí)驗(yàn)池和對(duì)照池差異極顯著(P<0.01)，對(duì)照池為18.72mg/L，實(shí)驗(yàn)池為14.15mg/L。增氧第6天，COD下降速率最快，從15.82 mg/L下降到14.76 mg/L，第7天下降速率減緩，從14.76 mg/L下降到14.15 mg/L。

圖4 實(shí)驗(yàn)池和對(duì)照池COD的變化

2.3 底部微孔增氧與未增氧對(duì)的影響

圖5 實(shí)驗(yàn)池和對(duì)照池的變化

2.4 增氧管的不同布設(shè)距離對(duì)DO的影響

圖6表示DO隨增氧管距離變化的情況。可以看出，溶氧隨著與增氧管距離的增加而下降，在0 m處(微孔管上方)的溶氧為5.48 mg/L，1 m處DO下降速率較快，但與0 m處差異顯著(P<0.05)，1～2 m處DO較高，3～4 m處溶氧緩慢下降，與1～2 m處差異不顯著(P>0.05)，溶氧保持在5.22 mg/L；距離5～8 m處溶氧下降速度較快，與1～2 m處差異顯著(P<0.05)，DO接近5.00 mg/L；距離9 m、10 m處下降速度顯著，溶氧低于5.00 mg/L。

圖6 DO隨增氧管距離的變化

3 討論

3.1 底部微孔增氧對(duì)DO的影響

根據(jù)雙膜理論[9]，增加空氣與水的接觸面積可提高增氧能力。單位時(shí)間內(nèi)通過(guò)曝氣器擴(kuò)散于水中的氣泡相對(duì)越小，越有利于氣體向水中傳遞[10]。底部微孔增氧通過(guò)增氧管上的微孔將空氣以氣霧的形式壓入水體中，使空氣與水充分接觸，能夠快速增加DO。研究表明，底部微孔增氧能顯著提升池塘底層DO，減小池塘氧躍層[11]；底部微孔增氧夏季使用效果更加明顯[12-13]。在本實(shí)驗(yàn)中，對(duì)照池由于底部微生物代謝、有機(jī)物氧化以及水生生物的呼吸作用，23：00—7：00溶氧持續(xù)下降，7:00降低到3.16 mg/L，低于刺參健康生長(zhǎng)所需的DO，因此，夜間增氧對(duì)刺參養(yǎng)殖很有必要，而且在充氧結(jié)束8 h后溶氧顯著高于對(duì)照池，說(shuō)明底部微孔增氧能夠充分的與水體接觸，持續(xù)保持高濃度DO。

影響底部微孔增氧的因素很多，包括增氧機(jī)功率、水溫、增氧時(shí)長(zhǎng)、增氧管布設(shè)密度以及水體生物量等[14-15]。養(yǎng)殖生產(chǎn)中可以通過(guò)增氧時(shí)長(zhǎng)控制溶氧濃度，明確底部微孔增氧時(shí)間與增氧效果的關(guān)系對(duì)刺參高效養(yǎng)殖至關(guān)重要。谷堅(jiān)等[16]研究了水深1.2 m的團(tuán)頭魴養(yǎng)殖池塘中微孔曝氣增氧112 min可使池塘溶氧增加0.4 mg/L；王瑋等[17]利用圓環(huán)形增氧管研究管長(zhǎng)與增氧效果的關(guān)系，管長(zhǎng)20 m時(shí)溶氧達(dá)到飽和值需要360 min。本實(shí)驗(yàn)增氧管的布設(shè)采用并列擺放的方式，實(shí)驗(yàn)時(shí)間內(nèi)水體中的溶氧隨增氧時(shí)長(zhǎng)增加而提高，在增氧2 h內(nèi)溶氧增加緩慢。研究表明在夜間開(kāi)機(jī)3 h增氧效果不明顯[18]，與本實(shí)驗(yàn)結(jié)果相近。增氧2～6 h時(shí)增氧速率提高，6 h后DO達(dá)到5 mg/L以上，說(shuō)明水體的氧債已經(jīng)得到補(bǔ)償，溶氧開(kāi)始迅速上升；增氧6～8 h，增氧速率開(kāi)始下降。因此，在生產(chǎn)上結(jié)合增氧效果和增氧成本，增氧時(shí)間6～8 h效果較好，也可以根據(jù)實(shí)際情況調(diào)整。

3.2 底部微孔增氧對(duì)的影響

COD反應(yīng)了水體有機(jī)物的污染程度。姜森顥等[19]的調(diào)查表明，刺參池塘中COD為(17.46±1.75)mg/L。水體中溶氧水平對(duì)底泥COD的釋放有著重要影響，遲爽等[20]對(duì)刺參養(yǎng)殖池塘的水質(zhì)監(jiān)測(cè)表明，池塘COD為(6.17～47.73) mg/L，COD變化趨勢(shì)與溶氧相反。厭氧狀態(tài)下COD釋放曲線的峰值是好氧狀態(tài)下的1.6倍[21]。楊春娟等[18]研究表明底部微孔增氧對(duì)底泥COD的釋放、無(wú)機(jī)元素的分解有優(yōu)異的表現(xiàn)。本實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，底部微孔增氧可使COD持續(xù)下降，可能是由于增氧后微生物活性增加，好氧微生物利用有機(jī)物的代謝作用，將其轉(zhuǎn)化為自身的能量，減少水體和底泥中COD。增氧前期增加的溶氧用來(lái)抵消水體氧債，而長(zhǎng)期增氧后水體中氧債的抵消使水體中有充足的溶氧來(lái)氧化有機(jī)物，好氧微生物活性增加，故增氧后第6天COD下降明顯，從15.82 mg/L下降到14.76 mg/L，連續(xù)增氧7 d后，COD下降速率減緩，從14.76 mg/L下降到14.15 mg/L。

3.3 管道布設(shè)對(duì)增氧效果的影響

微孔增氧機(jī)增氧管的布設(shè)密度是影響池塘中增氧效果重要條件之一。養(yǎng)殖生產(chǎn)中多數(shù)養(yǎng)殖者根據(jù)生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)盲目布設(shè)，不能使微孔增氧能力獲得較大發(fā)揮，而相關(guān)的研究較少。王瑋等[18]研究圓盤式微孔底部增氧在刺參池塘養(yǎng)殖中應(yīng)用較少。本實(shí)驗(yàn)基于生產(chǎn)應(yīng)用研究與增氧管不同距離溶氧的變化，從實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以看出，距離增氧管3～4 m處溶氧緩慢下降，但保持較高值5.22 mg/L；距離增氧管5 m以上，溶氧顯著下降，距離超過(guò)8 m時(shí)溶氧低于5.00 mg/mL。故在本實(shí)驗(yàn)條件下，微孔增氧管之間的布設(shè)距離在6～8 m可以實(shí)現(xiàn)高效增氧。金忠文等[27]研究表明鼓風(fēng)機(jī)功率配置0.3 kW/667 m2時(shí)充氣管道的合理間距為4～6 m，與本實(shí)驗(yàn)結(jié)果基本一致。由于增氧設(shè)施以及外界環(huán)境的不同，其增氧效果有一定差異。實(shí)際生產(chǎn)中增氧管的具體布設(shè)距離要根據(jù)增氧機(jī)功率、曝氣管長(zhǎng)度、曝氣孔大小以及池塘中的生物量和水深來(lái)確定[28]，也可考慮采用混合增氧的方式來(lái)增加微孔增氧管的敷設(shè)距離。

3.4 混合充氧在水產(chǎn)養(yǎng)殖上的應(yīng)用

底部微孔增氧是一種垂直增氧方式，在距離增氧管較近水體中的DO較高，隨著與增氧管距離的增加DO降低，說(shuō)明該增氧方式增氧容易造成水體中的DO分布不均勻。針對(duì)該現(xiàn)象，可以與其它增氧方式如水車式增氧機(jī)、涌浪式增氧機(jī)等混合使用[29]，利用其推流能力將池水水平向四周推動(dòng)形成水流，垂直增氧與水平增氧相結(jié)合可以大大提升DO的均勻度和濃度。同時(shí)，可以進(jìn)一步增大底部微孔增氧氣管的布設(shè)距離，可以節(jié)約能源和生產(chǎn)成本。對(duì)于混合增氧的增氧效果還有待進(jìn)一步研究。

4 結(jié)論

□

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TheinfluenceofspacingandaerobictimeonthedissolvedoxygenlevelsbymicroporetubeaeratoronthebottomofApostichopusjaponicusponds

LIBin1，WANGYingeng1,LIAOMeijie1，DUTuo2，F(xiàn)ANRuiyong3

( 1YellowSeaFisheriesResearchInstitute,ChineseAcademyofFisherySciences;QingdaoNationalLaboratoryforMarineScienceandTechnology,LaboratoryforMarineFisheriesScienceandFoodProductionProcesses,Qingdao266071,China；2ShanghaiOceanUniversity,CollegeofFisheriesandLifeScience,Shanghai201306,China;3QingdaoRuiziPreciousSeafoodDevelopmentLimitedCompany,Qingdao266409，China)

10.3969/j.issn.1007-9580.2017.06.003

2017-10-01

中央級(jí)公益性科研院所基本科研業(yè)務(wù)費(fèi)專項(xiàng)(20603022016008)；山東省農(nóng)業(yè)良種工程重大課題“速生抗病耐高溫刺參良種選育”

李彬(1984—)，男，助理研究員，研究方向：養(yǎng)殖生態(tài)與疾病防控。E-mail: libin@ysfri.ac.cn

王印庚(1963—)，男，研究員，研究方向：水產(chǎn)病害控制。E-mail: wangyg@ysfri.ac.cn

S967.4

A

1007-9580(2017)06-013-06