楊晨，孫建，鐘馨

（新疆額爾齊斯河流域開發(fā)工程建設(shè)管理局，新疆 烏魯木齊 830000）

我國是世界上養(yǎng)殖產(chǎn)量超過捕撈產(chǎn)量的國家[1]。21 世紀(jì)以來，我國魚類養(yǎng)殖技術(shù)快速發(fā)展，逐漸步入了工業(yè)化、集約化、規(guī)?；默F(xiàn)代化養(yǎng)殖新時(shí)期[2]。20 世紀(jì)60 年代，以日本生物包靜水養(yǎng)殖系統(tǒng)（采用碎石為載體）和歐洲組裝式多級靜水養(yǎng)殖系統(tǒng)為雛形的循環(huán)水養(yǎng)殖系統(tǒng)，開始廣泛應(yīng)用于美國、歐洲、日本等世界各地的水產(chǎn)養(yǎng)殖中[3]。

循環(huán)水養(yǎng)殖系統(tǒng)具有節(jié)水、環(huán)保、高密度、低風(fēng)險(xiǎn)、可控性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。我國最初于20 世紀(jì)80 年代引入丹麥鰻魚循環(huán)水養(yǎng)殖系統(tǒng)[4]，并于20 世紀(jì)末，在國家“863”項(xiàng)目和一系列科研項(xiàng)目推動(dòng)下，其相關(guān)研究逐漸發(fā)展起來[5]。西北等缺水地區(qū)在國家大力扶持下在封閉式淡水循環(huán)水養(yǎng)殖系統(tǒng)的應(yīng)用中進(jìn)行了大量的摸索和嘗試，取得了一定成果和經(jīng)驗(yàn)。

我國循環(huán)水養(yǎng)殖研究起步較晚[3]，缺乏系統(tǒng)運(yùn)行過程中各項(xiàng)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)積累和分析。氨氮含量過高對養(yǎng)殖魚類的生長會造成極為不利的影響[6]，在循環(huán)水養(yǎng)殖中，氨氮和懸浮物處理是重要的生產(chǎn)環(huán)節(jié)。目前，對半滑舌鰨Cynoglossus semilaevis[7]、虹鱒Oncorhychus mykiss[6]、鱘Acpenser sturio Linnaeus[8]等不同淡水養(yǎng)殖經(jīng)濟(jì)魚類的循環(huán)水養(yǎng)殖系統(tǒng)中的水質(zhì)進(jìn)行了分析研究，但多集中于實(shí)驗(yàn)階段或小型循環(huán)水工廠化養(yǎng)殖車間。

額河生態(tài)養(yǎng)殖科技有限公司于2012 年引進(jìn)了陸基全封閉式循環(huán)水養(yǎng)殖系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括孵化系統(tǒng)、開始喂食系統(tǒng)、幼魚系統(tǒng)和成魚系統(tǒng)。其中，幼魚系統(tǒng)主要用于幼魚的培育，可在16 周內(nèi)將3g 左右魚苗培育至200g 左右幼魚，其養(yǎng)殖密度可達(dá)40～60 kg/m3。本研究于2016 和2017 兩年測定該幼魚系統(tǒng)中300m3養(yǎng)殖水體中虹鱒幼魚的投飼量、水環(huán)境中硝酸鹽、亞硝酸鹽和氨氮濃度等相關(guān)指標(biāo)，分析其相關(guān)性，以期為我國大規(guī)模循環(huán)水養(yǎng)殖提供科學(xué)依據(jù)和基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料

試驗(yàn)用虹鱒魚卵來自丹麥，經(jīng)額河生態(tài)養(yǎng)殖科技有限公司孵化馴化，進(jìn)入幼魚養(yǎng)殖車間養(yǎng)殖。其中虹鱒幼魚共計(jì)10 萬余尾。投喂飼料為丹麥愛樂牌魚膨化顆粒配合飼料，主要成分：粗蛋白≥41%，粗脂肪≥24%，粗纖維≤3%，粗灰分≤8%，水分≤8.5%，總磷≤2%，鈣≥0.8%，氨基酸≥3%。

氨氮、硝態(tài)氮和亞硝態(tài)氮測定試劑盒選用德國默克（Merck）品牌產(chǎn)品，產(chǎn)品編號分別為1.14752.0002、1.09713.0002 和1.14776.0001。

1.2 方法

額河生態(tài)養(yǎng)殖科技有限公司的循環(huán)水養(yǎng)殖系統(tǒng)為全封閉養(yǎng)殖系統(tǒng)，室溫常年恒定在16～18℃，水溫14～16℃，幼魚系統(tǒng)養(yǎng)殖水體約300m3，日換水量為總水體的10%，溶解氧含量、（9.5±0.5）mg/L，pH（7.0±0.2）。

NH4-N 檢測范圍為0.010～3.00mg/L，檢測方法為：①取1 只潔凈試管，先用檢測水樣潤洗2 次，第3 次取檢測水樣5mL 加入試管中，溫度控制在20～30℃；②在檢測水樣中加入NH4-1 試劑0.6mL，并搖勻；③加入1 平匙NH4-2 粉劑，用力搖至溶解；④靜置5min 后，加入NH4-3 試劑4 滴，搖勻；⑤靜置5min 后，使用分光光度計(jì)檢測。

NO3-N 檢測范圍為0.10～25.0mg/L。檢測方法為：①取NO3-1 試劑4mL 加入干燥、清潔的試管中；②水樣溫度控制在5～25℃，向試管中加入檢測水樣0.5mL，不搖勻；③繼續(xù)向試管中加入NO3-2 試劑0.5mL，搖勻后，靜置10min，使用分光光度計(jì)檢測。

NO2-N 檢測范圍為0.002～1.00mg/L。檢測方法為：①取1 只潔凈試管，先用檢測水樣潤洗2 次，第3 次取檢測水樣5mL 加入試管中，溫度控制在15～25℃；②在檢測水樣中加入1 平匙NO2-1 粉劑，用力搖至溶解；③檢測pH 是否在2.0～2.5 之間，如有必要，加酸或堿將pH 調(diào)節(jié)到指定范圍；④靜置10min 后，使用分光光度計(jì)檢測。

1.3 數(shù)據(jù)處理

試驗(yàn)數(shù)據(jù)采用Microsoft Excel 2010 進(jìn)行處理和圖表制作，利用Performance Analytics 軟件計(jì)算投飼量變化與水中氨氮（NH4-N）、硝態(tài)氮（NO3-N）和亞硝態(tài)氮（NO2-N）之間的皮爾遜相關(guān)系數(shù)，并形成數(shù)值分布矩陣及相關(guān)系數(shù)矩陣圖。

圖1 2016 和2017 年RAS 中幼魚系統(tǒng)中投飼量變化Fig.1 Changes in feeding rates of rainbow trout juveniles in RAS in 2016 and 2017

圖2 2016—2017 年RAS 中幼魚系統(tǒng)水體中氨氮濃度變化Fig.2 Changes in NH4-N concentrations in RAS with rainbow trout juveniles in 2016 and 2017

圖3 2016—2017 年RAS 中幼魚系統(tǒng)水體中硝態(tài)氮濃度變化Fig.3 Changes in NO3-N concentrations in RAS with rainbow trout juveniles in 2016 and 2017

圖4 2016—2017 年RAS 幼魚系統(tǒng)水體中亞硝態(tài)氮濃度變化Fig.4 Change of NO2-N concentrations in RAS with rainbow trout juveniles in 2016 and 2017

2 結(jié)果與分析

2.1 循環(huán)養(yǎng)殖系統(tǒng)中投飼量的變化

綜合水溫、pH、幼魚數(shù)量及生長情況等因素，實(shí)時(shí)調(diào)整循環(huán)養(yǎng)殖系統(tǒng)中投飼量，2016、2017 年系統(tǒng)中日投飼量如圖1 所示。

圖5 循環(huán)養(yǎng)殖系統(tǒng)中投飼量與氨氮、硝態(tài)氮和亞硝態(tài)氮濃度變化關(guān)系Fig.5 The relationship between feeding rate and concentrations of NH4-N,NO3-N and NO2-N in RAS

由圖1 可知，循環(huán)水養(yǎng)殖系統(tǒng)中的日投飼量2016年多在50～150kg/d 間，2017 年多在20～100kg/d 之間，呈波浪形波動(dòng)變化。日投飼量最大值出現(xiàn)在2016 年第55d，為215kg/d。2017 年日投飼量波動(dòng)相對較小，最大值出現(xiàn)在2017 年第163d 和第244d，分別為105 kg/d 和106kg/d。除兩次峰值及附近幾天外，2017 年日投飼量均低于2016 年同日水平。2016年日投飼量的兩次峰值均出現(xiàn)在溫度較高的6 月和8 月；而2017 年日投飼量的兩次峰值均出現(xiàn)在溫度較低的2 月和12 月。

2.2 水體中氨氮濃度的變化

由圖2 可知：2016 年水體中氨氮含量變化幅度較大，峰值出現(xiàn)2016 年的第57d、149d 和200d，分別達(dá)到了0.87mg/L、0.66mg/L 和0.61mg/L；而2017年循環(huán)水養(yǎng)殖系統(tǒng)水體中氨氮變化起伏較小，多在0.10～0.20mg/L 之間變化。

2.3 水體中硝態(tài)氮濃度的變化

由圖3 可知：2016 年循環(huán)水養(yǎng)殖系統(tǒng)水體中硝態(tài)氮濃度變化頻繁，在2016 年第12d 和198d 達(dá)到峰值，分別為412mg/L 和342mg/L，且全年水體中硝態(tài)氮濃度均高于100mg/L。2017 年循環(huán)養(yǎng)殖系統(tǒng)水體中硝態(tài)氮濃度變化起伏較大，峰值為2016 年第19d、103d 和151d，分別達(dá)到了332mg/L、339 mg/L和330 mg/L；而第55～72d 和第271 d 之后均低于150 mg/L。

2.4 水體中亞硝態(tài)氮濃度的變化

由圖4 可知：2016 和2017 年循環(huán)水養(yǎng)殖系統(tǒng)水體中亞硝態(tài)氮的濃度變化較小，多在0.50mg/L 附近波動(dòng)。2016 年循環(huán)水養(yǎng)殖系統(tǒng)水體中亞硝態(tài)氮濃度變化較平緩，僅在5 月至7 月間和11 月左右有較大波動(dòng)，峰值出現(xiàn)在2016 年第200d、150d 和343d，分別達(dá)到了2.39mg/L、1.56mg/L 和1.47mg/L。而2017 年的峰值出現(xiàn)在2017 年的第250d、28d 和206d，分別達(dá)到了1.59mg/L、1.25mg/L 和1.22mg/L。

2.5 投飼量對氨氮、硝態(tài)氮和亞硝態(tài)氮濃度的影響

采用皮爾遜相關(guān)分析方法分析了循環(huán)水養(yǎng)殖系統(tǒng)中投飼量變化與水體中氨氮（NH4-N）、硝態(tài)氮（NO3-N）和亞硝態(tài)氮（NO2-N）之間的相關(guān)性。圖5 中投飼量、氨氮、硝態(tài)氮和亞硝態(tài)氮的變化趨勢顯示在對角線上，左下角為具有回歸線的雙變量散布圖，右上角為相關(guān)系數(shù)及顯著性水平，數(shù)字標(biāo)注大小與數(shù)值成正比，P＜0.001 標(biāo)記為“***”。

由圖5 可知，循環(huán)水養(yǎng)殖系統(tǒng)中投飼量與水體中氨氮、硝態(tài)氮和亞硝態(tài)氮濃度均呈正相關(guān)；投飼量與氨氮濃度相關(guān)性最大，為0.49；與亞硝態(tài)氮次之，為0.38；與硝態(tài)氮相關(guān)系數(shù)為0.31。而氨氮濃度與亞硝態(tài)氮濃度相關(guān)系數(shù)最大，為0.63；氨氮濃度和亞硝態(tài)氮濃度與硝態(tài)氮濃度相關(guān)系數(shù)相同，均為0.37。

3 討論

水產(chǎn)養(yǎng)殖帶來的諸如能源、水資源消耗及廢水排放等問題已嚴(yán)重限制了傳統(tǒng)水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)的可持續(xù)性發(fā)展[9,10]。近年來，我國水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)正向集約化、高密度、高產(chǎn)出的新型養(yǎng)殖模式轉(zhuǎn)變[11]。循環(huán)水養(yǎng)殖模式是水產(chǎn)養(yǎng)殖諸多模式中工業(yè)化程度最高的一種生產(chǎn)模式，與流水型養(yǎng)殖模式相比，可節(jié)水90%以上，節(jié)地高達(dá)99%。若污水處理還可以實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排、環(huán)境友好型生產(chǎn)[12]。歐洲2009 年封閉循環(huán)水養(yǎng)殖水產(chǎn)品產(chǎn)量約2.5 萬t，魚種產(chǎn)量約15 億尾，且隨著環(huán)保政策、市場需求以及水資源制約等因素的推動(dòng)，荷蘭幾乎全部的水產(chǎn)養(yǎng)殖都采用封閉循環(huán)水養(yǎng)殖模式[13]。發(fā)展封閉循環(huán)水養(yǎng)殖模式是可持續(xù)漁業(yè)發(fā)展的必然要求，也是未來漁業(yè)可持續(xù)發(fā)展的必然趨勢之一[14]。

而養(yǎng)殖水的處理與循環(huán)利用是工廠化循環(huán)水養(yǎng)殖系統(tǒng)的最主要特點(diǎn)[8]，如何優(yōu)質(zhì)高效地利用有限的水資源，達(dá)到最好的養(yǎng)殖效果是目前循環(huán)水養(yǎng)殖需要面對和解決的主要問題之一。郭浩等[8]指出，循環(huán)水養(yǎng)殖系統(tǒng)中相同養(yǎng)殖密度下，連續(xù)運(yùn)行30d 養(yǎng)殖水體中氨氮濃度增加45.7%，高于鱘的21.6%。曹廣斌等[15]發(fā)現(xiàn)，在虹鱒循環(huán)水養(yǎng)殖系統(tǒng)水體中氨氮、硝態(tài)氮和亞硝態(tài)氮的濃度分別在0.17～0.89 mg/L、0.54～56.07 mg/L 和0.004～0.399 mg/L 之間，在此條件下虹鱒生長良好，養(yǎng)殖密度可達(dá)38 kg/m3。此研究的循環(huán)系統(tǒng)中，水體中氨氮濃度與本研究相近，硝態(tài)氮和亞硝態(tài)氮濃度差距較大，可能與養(yǎng)殖魚類規(guī)格差距較大和換水頻率有關(guān)。氨是魚類主要排泄產(chǎn)物，氨排泄率與攝食量呈正線性相關(guān)[16]，這一結(jié)論與本研究中投飼量與水體中氨氮濃度相關(guān)性最高的現(xiàn)象相一致。而養(yǎng)殖水體中氨氮過高會導(dǎo)致魚類大量死亡[17]，循環(huán)系統(tǒng)可通過水處理將魚類排泄的氨氮絕大部分轉(zhuǎn)化為對魚類生長無害的硝酸鹽[15]，因而也可以闡明本研究中循環(huán)系統(tǒng)水體中氨氮濃度與硝態(tài)氮和亞硝態(tài)氮相關(guān)性極高的原因。