吳 凡，杜開(kāi)開(kāi)，柳 凌，魏 念，倪朝輝，李云峰

(中國(guó)水產(chǎn)科學(xué)研究院長(zhǎng)江水產(chǎn)研究所，農(nóng)業(yè)農(nóng)村部長(zhǎng)江中上游漁業(yè)生態(tài)環(huán)境監(jiān)測(cè)中心，武漢 430223)

大壩在汛期開(kāi)閘泄洪，空氣在高壓的作用下溶入到高速排出的洪水中，導(dǎo)致大壩下游水體出現(xiàn)溶解氣體過(guò)飽和的現(xiàn)象[1]，形成的氣體過(guò)飽和水隨著河道流動(dòng)到下游從而影響水中的水生生物正常的生命活動(dòng)[2]。氣泡病是水生生物常見(jiàn)的疾病，主要由魚(yú)類(lèi)暴露于氣體過(guò)飽和水體中導(dǎo)致，嚴(yán)重時(shí)影響?hù)~(yú)體正常的生命活動(dòng)。20世紀(jì)60年代，哥倫比亞河大壩泄洪導(dǎo)致水體出現(xiàn)氣體過(guò)飽和的現(xiàn)象引起了廣泛關(guān)注。此后，科研人員針對(duì)氣體過(guò)飽和對(duì)水生生物(主要是鮭科魚(yú)類(lèi))的影響進(jìn)行了大量研究[3]，并試圖通過(guò)優(yōu)化大壩結(jié)構(gòu)以及泄水操作以降低水壩泄水時(shí)水體中溶解性氣體的飽和度。根據(jù)現(xiàn)行美國(guó)環(huán)境保護(hù)局水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，水環(huán)境中溶解氣體飽和度應(yīng)低于110%，但大壩泄水時(shí)往往無(wú)法滿(mǎn)足這一條件[4]。

水體中氣體過(guò)飽和現(xiàn)象是一直存在的環(huán)境質(zhì)量問(wèn)題，雖然國(guó)內(nèi)外對(duì)大壩泄洪時(shí)下游河流中氣體過(guò)飽和的形成和釋放機(jī)制進(jìn)行了一些研究[5,6]，但形成的氣體過(guò)飽和水體對(duì)水生生物影響的研究仍相對(duì)缺乏。國(guó)外研究人員觀測(cè)到大壩泄洪時(shí)下游水體的溶解氣體含量會(huì)急劇升高，魚(yú)體內(nèi)的溶解氣體含量也在升高，導(dǎo)致魚(yú)類(lèi)死亡率升高[7,8]。Antcliffe等[9]研究發(fā)現(xiàn)暴露于氣體過(guò)飽和水體的虹鱒幼魚(yú)會(huì)出現(xiàn)行動(dòng)遲緩和死亡前不規(guī)則游動(dòng)的現(xiàn)象。Earl等[10]研究發(fā)現(xiàn)水體里氣體飽和度的變化對(duì)魚(yú)類(lèi)的影響存在差異。隨著國(guó)家對(duì)西部地區(qū)發(fā)展建設(shè)的重視，長(zhǎng)江上游到金沙江流域建立和規(guī)劃了近20座高體大壩，汛期泄洪導(dǎo)致下游水體中氣體過(guò)飽和的現(xiàn)象日益嚴(yán)重。已有研究表明在三峽大壩和向家壩在泄洪期間下游水體的溶解氣體會(huì)出現(xiàn)過(guò)飽和的現(xiàn)象[11,12]。袁嫄等[13]通過(guò)長(zhǎng)薄鰍在氣體過(guò)飽和水體里的再暴露實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)低飽和度對(duì)魚(yú)類(lèi)的影響較小。董杰英等[14]分析了草魚(yú)(Ctenopharyngodonidella)、鰱(Hypophthalmichthysmolitrix)和鳙(Hypophthalmichthysnobilis)這三種經(jīng)濟(jì)魚(yú)類(lèi)在氣體過(guò)飽和水中的敏感性差異。雖然國(guó)內(nèi)外都開(kāi)展了一些溶解氣體過(guò)飽和水對(duì)魚(yú)類(lèi)生長(zhǎng)發(fā)育的影響研究，但對(duì)這些魚(yú)類(lèi)早期發(fā)育階段的影響研究相對(duì)較少。本文通過(guò)研究氣體過(guò)飽和水體對(duì)草魚(yú)、鰱早期發(fā)育的三個(gè)階段(受精卵、仔魚(yú)和幼魚(yú))的耐受性，分析不同飽和度的氣體過(guò)飽和水體對(duì)它們不同的發(fā)育時(shí)期的影響，從而為長(zhǎng)江流域水生生物的環(huán)境保護(hù)以及解決高壩泄洪產(chǎn)生的氣體過(guò)飽和水體對(duì)魚(yú)類(lèi)的影響提供研究基礎(chǔ)，并為建立氣體過(guò)飽和標(biāo)準(zhǔn)體系提供理論依據(jù)。

1 材料和方法

1.1 實(shí)驗(yàn)魚(yú)來(lái)源

實(shí)驗(yàn)用草魚(yú)(受精卵、仔魚(yú)、幼魚(yú))，鰱(受精卵、仔魚(yú)、幼魚(yú))均取自中國(guó)水產(chǎn)科學(xué)研究院長(zhǎng)江水產(chǎn)研究所荊州窯灣實(shí)驗(yàn)場(chǎng)。草魚(yú)卵為受精后7 h，孵化水溫在(25.0±0.5)℃；草魚(yú)仔魚(yú)為出膜后4 d；草魚(yú)幼魚(yú)體長(zhǎng)為(5.82±0.40)cm，體重為(4.06±0.81)g。鰱卵為受精后9 h，孵化水溫在(25.0±0.5)℃；鰱仔魚(yú)為出膜后3 d；鰱幼魚(yú)為體長(zhǎng)(2.21±0.24)cm，體重(0.17±0.08) g。

1.2 氣體過(guò)飽和發(fā)生和實(shí)驗(yàn)裝置

本研究的設(shè)備由作者及所在學(xué)科組設(shè)計(jì)和制作。設(shè)備包括氣體過(guò)飽和發(fā)生裝置和氣體過(guò)飽和實(shí)驗(yàn)裝置兩部分組成。

氣體過(guò)飽和發(fā)生裝置由水泵、蓄水池、壓力罐、空氣壓縮機(jī)、管道等部件組成(專(zhuān)利號(hào)ZL 2017 2 0786771.7)(圖1)?？梢阅M高壩泄水時(shí)所生成的高飽和度的氣體過(guò)飽和水，再通過(guò)和自然水體的融合來(lái)調(diào)配出試驗(yàn)所需要的飽和度為100%、110%、120%、130%、140%的氣體過(guò)飽和水體。

圖1 氣體過(guò)飽和水發(fā)生裝置Fig.1 Schematic representation of the generator of gas-supersaturated water

氣體過(guò)飽和實(shí)驗(yàn)裝置由控溫系統(tǒng)和實(shí)驗(yàn)桶(半徑0.4 m，長(zhǎng)1.2 m)兩部分組成。該裝置能確保試驗(yàn)期間實(shí)驗(yàn)桶內(nèi)的水溫晝夜溫差不超過(guò)±0.5℃，水體中氣體飽和度偏差不超過(guò)±1%/4 h。溶解氧濃度使用美國(guó)哈希公司生產(chǎn)的HQ30D測(cè)定儀檢測(cè)，其量程為0～200%，其精度為±1%。氣體飽和度由丹麥Oxyguard公司生產(chǎn)的Handy Polaris TGP(Total Dissolved Gas Pressure)測(cè)定儀檢測(cè)，其量程為0～200%，精度為±1%。

1.3 不同階段草魚(yú)和鰱在氣體過(guò)飽和水中的暴露實(shí)驗(yàn)

1.3.1 草魚(yú)和鰱受精卵暴露實(shí)驗(yàn)

挑選發(fā)育至原腸中晚期的草魚(yú)、鰱受精卵分別放進(jìn)自制可透水的金屬桶(直徑15.0 cm×高16.5 cm，小孔直徑0.1 cm)，每桶放實(shí)驗(yàn)魚(yú)卵各20粒，然后將金屬桶放入氣體飽和度100%、110%、120%、130%、140%的實(shí)驗(yàn)桶中。金屬桶位于水面下5.0 cm處。每個(gè)飽和度設(shè)3組平行，對(duì)照組的實(shí)驗(yàn)魚(yú)受精卵放入裝有井水的實(shí)驗(yàn)桶內(nèi)。實(shí)驗(yàn)過(guò)程中每隔4 h測(cè)量并記錄實(shí)驗(yàn)桶內(nèi)的水溫和氣體飽和度，控制草魚(yú)和鰱受精卵最適孵化溫度在(24.5±0.5)℃，并調(diào)節(jié)實(shí)驗(yàn)桶內(nèi)氣體飽和度以滿(mǎn)足實(shí)驗(yàn)條件。記錄桶內(nèi)實(shí)驗(yàn)魚(yú)受精卵的死亡情況，并通過(guò)解剖鏡觀察實(shí)驗(yàn)魚(yú)受精卵的狀態(tài)以及發(fā)育情況。當(dāng)對(duì)照組完全出膜時(shí)，停止實(shí)驗(yàn)，記錄各組卵未出膜數(shù)，統(tǒng)計(jì)孵化率。

1.3.2 草魚(yú)和鰱仔魚(yú)暴露實(shí)驗(yàn)

將草魚(yú)和鰱仔魚(yú)各30尾分別放進(jìn)自制可透水的塑料網(wǎng)盒(長(zhǎng)6.0 cm×寬4.0 cm×高8.0 cm，網(wǎng)目40)，然后將塑料網(wǎng)盒放入氣體飽和度100%、110%、120%、130%、140%的實(shí)驗(yàn)桶中，對(duì)照組的實(shí)驗(yàn)魚(yú)放入裝有井水的實(shí)驗(yàn)桶內(nèi)。塑料網(wǎng)盒位于水面下5.0 cm處，每個(gè)實(shí)驗(yàn)組設(shè)置3組平行。實(shí)驗(yàn)過(guò)程中每4 h測(cè)量并記錄實(shí)驗(yàn)桶內(nèi)的水溫和氣體飽和度，控制草魚(yú)和鰱仔魚(yú)最適生存溫度在(24.0±1.0) ℃，同時(shí)調(diào)節(jié)實(shí)驗(yàn)桶內(nèi)氣體飽和度以滿(mǎn)足實(shí)驗(yàn)條件。實(shí)驗(yàn)過(guò)程中記錄桶內(nèi)實(shí)驗(yàn)魚(yú)仔魚(yú)的死亡數(shù)量，并通過(guò)解剖鏡觀察剛死亡的實(shí)驗(yàn)魚(yú)仔魚(yú)受氣體過(guò)飽和水影響的表觀特征。

1.3.3 草魚(yú)和鰱幼魚(yú)暴露實(shí)驗(yàn)

將草魚(yú)幼魚(yú)15尾、鰱幼魚(yú)20尾分別放進(jìn)金屬桶(直徑16.5 cm ×高18.0 cm，小孔直徑0.4 cm)內(nèi)，然后將金屬桶放入氣體飽和度100%、110%、120%、130%、140%的實(shí)驗(yàn)桶中，對(duì)照組的實(shí)驗(yàn)魚(yú)幼魚(yú)放入裝有井水的實(shí)驗(yàn)桶內(nèi)。金屬桶位于水面下5.0 cm處，每個(gè)實(shí)驗(yàn)組設(shè)置3組平行。實(shí)驗(yàn)過(guò)程中每4 h測(cè)量并記錄實(shí)驗(yàn)桶內(nèi)的水溫和氣體飽和度，控制草魚(yú)和鰱幼魚(yú)最適生存溫度在(24.0±1.0) ℃，同時(shí)調(diào)節(jié)實(shí)驗(yàn)桶內(nèi)氣體飽和度以滿(mǎn)足實(shí)驗(yàn)條件。實(shí)驗(yàn)過(guò)程中記錄桶內(nèi)實(shí)驗(yàn)魚(yú)幼魚(yú)的死亡數(shù)量，并通過(guò)解剖鏡觀察剛死亡的實(shí)驗(yàn)魚(yú)幼魚(yú)魚(yú)體受氣體過(guò)飽和水體的影響特征。

1.4 數(shù)據(jù)分析

用EXCEL2016計(jì)算實(shí)驗(yàn)魚(yú)在不同飽和度的死亡率的平均值和標(biāo)準(zhǔn)差，并將計(jì)算結(jié)果導(dǎo)入GraphPad Prism 8中作圖，以氣體飽和度的值作為自變量，建立氣體過(guò)飽和水體對(duì)實(shí)驗(yàn)魚(yú)的飽和度-反應(yīng)(死亡率)和時(shí)間-反應(yīng)(死亡率)關(guān)系。本實(shí)驗(yàn)通過(guò)半致死時(shí)間LT50來(lái)表明不同飽和度的氣體過(guò)飽和水體對(duì)草魚(yú)仔魚(yú)和幼魚(yú)的影響，LT50越小，說(shuō)明對(duì)實(shí)驗(yàn)魚(yú)的致死效應(yīng)越強(qiáng)，魚(yú)類(lèi)存活時(shí)間越短。將死亡率換成概率單位，同時(shí)對(duì)暴露時(shí)間進(jìn)行對(duì)數(shù)處理，用Excel 2016計(jì)算暴露時(shí)間和反應(yīng)(死亡概率)之間的線性關(guān)系式，其回歸模型為y=Ax+B，其中A、B均為常數(shù)，當(dāng)死亡概率達(dá)到0.5時(shí)得到的暴露時(shí)間即為半致死時(shí)間LT50。

2 結(jié)果與分析

2.1 氣體過(guò)飽和水體對(duì)草魚(yú)、鰱受精卵孵化的影響

通過(guò)不同飽和度的氣體過(guò)飽和水體對(duì)草魚(yú)、鰱這兩種魚(yú)類(lèi)受精卵孵化的影響，結(jié)果顯示不同飽和度的氣體過(guò)飽和度水體對(duì)實(shí)驗(yàn)魚(yú)的受精卵孵化均未有明顯影響，受精卵的出膜率均達(dá)到100%。通過(guò)顯微鏡每4 h觀察不同飽和度的過(guò)飽和水體的受精卵的發(fā)育情況，每個(gè)時(shí)間點(diǎn)觀察實(shí)驗(yàn)魚(yú)受精卵發(fā)育情況并未受到氣體過(guò)飽和水體的影響，而且各飽和度下受精卵出膜的時(shí)間與對(duì)照并無(wú)明顯的差異，各飽和度下均有個(gè)別受精卵表面附著一些氣泡，但未影響實(shí)驗(yàn)魚(yú)受精卵的發(fā)育情況，且實(shí)驗(yàn)魚(yú)受精卵內(nèi)未發(fā)現(xiàn)有氣泡。

2.2 氣體過(guò)飽和水體對(duì)草魚(yú)、鰱仔魚(yú)的影響

草魚(yú)和鰱的仔魚(yú)在氣體過(guò)飽和度為100%、110%、120%、130%、140%水體的暴露實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖2所示。圖2A草魚(yú)仔魚(yú)的結(jié)果表明，各飽和度下，草魚(yú)仔魚(yú)在0～24 h的死亡率均增長(zhǎng)較快，24 h后死亡率增長(zhǎng)較為緩慢，56 h后死亡率增長(zhǎng)趨于平緩。其中飽和度140%的氣體過(guò)飽和水體下實(shí)驗(yàn)魚(yú)的死亡率增長(zhǎng)明顯較其他各實(shí)驗(yàn)組快，且飽和度100%、110%、120%和130%的氣體過(guò)飽和水體下實(shí)驗(yàn)魚(yú)的死亡率隨時(shí)間變化的趨勢(shì)基本一致，其中飽和度140%的實(shí)驗(yàn)魚(yú)最終死亡率最高達(dá)56.67%。圖2B鰱仔魚(yú)的結(jié)果表明，各飽和度下，鰱仔魚(yú)在96 h后死亡率均較低，其中氣體過(guò)飽和度為130%的實(shí)驗(yàn)魚(yú)在88 h時(shí)死亡率達(dá)到最大的23%，而飽和度為100%的實(shí)驗(yàn)魚(yú)基本沒(méi)有影響。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，各實(shí)驗(yàn)組中草魚(yú)仔魚(yú)的死亡率均高于鰱仔魚(yú)。通過(guò)觀察，氣體過(guò)飽和水體下草魚(yú)和鰱仔魚(yú)主要表現(xiàn)為腹部腫脹有氣泡導(dǎo)致其游動(dòng)異常，最終腹部朝上浮于水面。用解剖鏡觀察死亡實(shí)驗(yàn)魚(yú)主要是腹腔和其他部位腫脹充氣(圖3)。

圖2 草魚(yú)(A)和鰱(B)仔魚(yú)在氣體過(guò)飽和水體里暴露時(shí)間和死亡率關(guān)系Fig.2 Relationship between exposure time and mortality of larvae of C.idella(A) and H.molitrix(B) in gas-supersaturated water

圖3 氣體過(guò)飽和對(duì)草魚(yú)(A)和鰱(B)仔魚(yú)表觀特征的影響(黑色箭頭標(biāo)示氣泡位置)Fig.3 Effects of gas supersaturation on the apparent characteristics of larvae of C.idella(A) andH.molitrix(B)(black arrows indicate the position of bubbles)

2.3 氣體過(guò)飽和水體對(duì)草魚(yú)、鰱幼魚(yú)的影響

草魚(yú)和鰱的幼魚(yú)在氣體過(guò)飽和度為100%、110%、120%、130%、140%水體的暴露實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖4所示。圖4A草魚(yú)幼魚(yú)的實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，各氣體飽和度下，草魚(yú)幼魚(yú)的死亡率有明顯的變化趨勢(shì)。其中氣體飽和度140%的實(shí)驗(yàn)魚(yú)在0～24 h死亡率急劇增長(zhǎng)，32 h前后死亡率達(dá)到100%；氣體飽和度130%的實(shí)驗(yàn)魚(yú)在0～24 h死亡率急劇增長(zhǎng)，24 h后死亡率增長(zhǎng)變緩慢，56 h時(shí)死亡率達(dá)到最大值100%；氣體飽和度120%的實(shí)驗(yàn)魚(yú)在40～48 h之間死亡率急劇增長(zhǎng)，48 h后死亡率較慢增長(zhǎng)直至96 h；氣體飽和度110%的實(shí)驗(yàn)魚(yú)在64 h左右開(kāi)始死亡，72 h后死亡率增長(zhǎng)較快，直至96 h死亡率達(dá)60%；氣體飽和度100%的水體對(duì)實(shí)驗(yàn)魚(yú)基本沒(méi)有什么影響，直至96 h三個(gè)平行組均只有一尾實(shí)驗(yàn)魚(yú)死亡。圖4B鰱的實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，各飽和度水體下，鰱幼魚(yú)死亡率在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中均緩慢增長(zhǎng)，其中氣體飽和度140%的實(shí)驗(yàn)魚(yú)死亡率增長(zhǎng)較其他實(shí)驗(yàn)組快，96 h死亡率達(dá)到最大值35%；氣體飽和度100%的實(shí)驗(yàn)魚(yú)受到影響較?。黄渌柡投鹊膶?shí)驗(yàn)魚(yú)死亡率均較低。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，氣體過(guò)飽和水體中，草魚(yú)幼魚(yú)的死亡率高于鰱幼魚(yú)。氣體過(guò)飽和水體對(duì)草魚(yú)和鰱幼魚(yú)的表觀影響主要是頭部、腹部腫脹充氣，鰭條充血有氣泡，腹腔腫脹有氣泡，腸道充氣，血管有氣泡形成血栓(圖5)。

圖4 草魚(yú)(A)和鰱(B)幼魚(yú)在氣體過(guò)飽和水體里暴露時(shí)間和死亡率關(guān)系Fig.4 Relationship between exposure time and mortality of juveniles of C.idella(A) and H.molitrix(B) in gas-supersaturated water

圖5 氣體過(guò)飽和對(duì)草魚(yú)(A)和鰱(B)幼魚(yú)表觀特征的影響(黑色箭頭標(biāo)示氣泡位置)Fig.5 Effects of gas supersaturation on the apparent characteristics of juveniles of C.idella(A)and H.molitrix(B)(black arrows indicate the position of bubbles)a：頭部；b：腸道；c：血管；d：胸腔

2.4 不同氣體過(guò)飽和度下草魚(yú)幼魚(yú)的半致死時(shí)間

鰱仔幼魚(yú)和氣體飽和度100%的草魚(yú)幼魚(yú)在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中死亡率均未到達(dá)50%，因此未計(jì)算其半致死時(shí)間。通過(guò)計(jì)算得出在不同氣體飽和度的水體中草魚(yú)幼魚(yú)的半致死時(shí)間，結(jié)果如表1所示。氣體飽和度110%、120%、130%和140%下，草魚(yú)幼魚(yú)的平均半致死時(shí)間分別為96.38、56.17、20.21和11.24 h，結(jié)果表明半致死時(shí)間隨飽和度的增加而減少，說(shuō)明氣體飽和度越高對(duì)草魚(yú)幼魚(yú)的致死效果越強(qiáng)，實(shí)驗(yàn)魚(yú)的存活時(shí)間越短。

表1 不同氣體飽和度下草魚(yú)幼魚(yú)的半致死時(shí)間Tab.1 LT50 for C.idella juveniles at different level of gas supersaturations

3 討論

水體里充足的氧氣是魚(yú)類(lèi)受精卵孵化的重要條件，本實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明氣體過(guò)飽和水對(duì)草魚(yú)和鰱的受精卵的胚胎發(fā)育和孵化均未造成影響。Marsh等[15]和其他氣體過(guò)飽和的研究中均未發(fā)現(xiàn)對(duì)魚(yú)類(lèi)受精卵的孵化有任何影響，Arntzen等[16]也發(fā)現(xiàn)大馬哈魚(yú)受精卵對(duì)氣體過(guò)飽和水體有較強(qiáng)的耐受力。然而有研究表明氣體過(guò)飽和水體會(huì)促進(jìn)魚(yú)類(lèi)受精卵的孵化[17,18]，或者增加魚(yú)類(lèi)受精卵死亡率[19]。楊川順[17]在研究中指出氣體過(guò)飽和水體里的受精卵周?chē)鷷?huì)附著氣泡，這些氣泡導(dǎo)致魚(yú)卵與水體里的氧氣隔絕，從而形成低氧的環(huán)境。適當(dāng)?shù)脱鹾康乃w能促進(jìn)魚(yú)類(lèi)受精卵的發(fā)育和孵化[18,20]，而嚴(yán)重低氧會(huì)導(dǎo)致受精卵死亡[21,22]。本實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，草魚(yú)和鰱受精卵基本沒(méi)有氣泡附著，而且實(shí)驗(yàn)組和對(duì)照組的實(shí)驗(yàn)魚(yú)受精卵的胚胎發(fā)育和出膜時(shí)間沒(méi)有明顯差異，因此實(shí)驗(yàn)魚(yú)受精卵的孵化未受到明顯影響。Gale等[23]發(fā)現(xiàn)將大馬哈魚(yú)的受精卵暴露于高氣體飽和度的水體中，魚(yú)卵的重量和直徑未受到影響，而且魚(yú)卵的死亡率和氣體過(guò)飽和水體之間未觀察到有明顯關(guān)系。通過(guò)本實(shí)驗(yàn)和上述相關(guān)文獻(xiàn)表明，氣體過(guò)飽和水體對(duì)魚(yú)類(lèi)受精卵的孵化可能沒(méi)有直接影響，但不排除由于水體氣泡過(guò)多導(dǎo)致受精卵周?chē)h(huán)境的變化從而影響到受精卵的孵化。

草魚(yú)、鰱的仔魚(yú)和幼魚(yú)的暴露實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，氣體過(guò)飽和水體下，仔魚(yú)的耐受力較幼魚(yú)高。Bohl[24]將不同生長(zhǎng)時(shí)期的虹鱒暴露于氣體過(guò)飽和水體中，研究表明氣體過(guò)飽和水體下魚(yú)類(lèi)的耐受力隨著年齡的增長(zhǎng)而下降，這與本實(shí)驗(yàn)的結(jié)論一致。機(jī)體在生命活動(dòng)中需要不斷地消耗能量，因此機(jī)體需要不斷地從外界吸取氧，并將二氧化碳及時(shí)排出體內(nèi)，這種吸收和排出氣體的過(guò)程稱(chēng)為呼吸。魚(yú)類(lèi)的呼吸器官主要是鰓，但仔魚(yú)在鰓器官未發(fā)育完全前，主要是借鰭?cǎi)藜奥腰S囊上的微血管網(wǎng)進(jìn)行呼吸[25]。這些器官對(duì)氧氣過(guò)飽和的敏感性不及鰓器官，氣泡主要是通過(guò)吞食進(jìn)入魚(yú)體內(nèi)在腹腔積累。而幼魚(yú)心血管發(fā)育基本成型，氣體通過(guò)呼吸作用進(jìn)入機(jī)體血管，通過(guò)積累形成血栓阻礙血液流通，從而影響?hù)~(yú)體正常的生命活動(dòng)，因此氣體過(guò)飽和對(duì)實(shí)驗(yàn)魚(yú)幼魚(yú)機(jī)體的損傷程度高于仔魚(yú)。

圖2和圖4結(jié)果表明不同氣體過(guò)飽和度水體下，飽和度越高實(shí)驗(yàn)魚(yú)的耐受性越低，但實(shí)驗(yàn)魚(yú)的仔魚(yú)在各飽和度的耐受性差異不是很明顯。通過(guò)對(duì)草魚(yú)幼魚(yú)半致死時(shí)間的計(jì)算結(jié)果可以看出，飽和度越高的水體對(duì)實(shí)驗(yàn)魚(yú)的致死效應(yīng)越強(qiáng)。氣體飽和度越高水體里氣泡含量越多。過(guò)多的氣體附著在體表和鰓絲上通過(guò)氣體交換進(jìn)入血管，在血管內(nèi)積累形成血栓，從而阻礙血液循環(huán)導(dǎo)致魚(yú)類(lèi)死亡。水體氣泡含量越高，幼魚(yú)將氣泡當(dāng)作餌料吞食的機(jī)率越大，在腸道內(nèi)積累的也越多。腸道內(nèi)未能及時(shí)排出機(jī)體外的氣泡，通過(guò)腸道壁滲透到腹腔。腹腔內(nèi)氣體堆積導(dǎo)致魚(yú)體失去平衡腹部向上浮于水面，進(jìn)一步加劇實(shí)驗(yàn)魚(yú)的死亡。Weitkamp等[26,27]發(fā)現(xiàn)幼魚(yú)的腸道內(nèi)或口腔中的氣泡會(huì)導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)魚(yú)腹部向上浮于水面，并且出現(xiàn)游動(dòng)異常不規(guī)律的現(xiàn)象。董曉煜等[28]發(fā)現(xiàn)魚(yú)體內(nèi)溶解氣體的升高會(huì)抑制血紅蛋白的表達(dá)，溶解氣體越高血紅蛋白的表達(dá)量越低。本實(shí)驗(yàn)中隨著水體氣體過(guò)飽和度的升高，可能導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)魚(yú)的血紅蛋白表達(dá)量降低，從而使血液里的氧氣未能及時(shí)消耗同時(shí)二氧化碳未及時(shí)排出，致使這些氣體在血管內(nèi)積累加劇形成血栓，最終導(dǎo)致魚(yú)類(lèi)死亡。Alderdice等[29]和Jensen等[30]研究報(bào)道高飽和度的氣體過(guò)飽和水體的魚(yú)死亡時(shí)間較快，而低飽和度的魚(yú)死亡時(shí)間則較慢。黃翔等[31]研究也表明魚(yú)類(lèi)死亡率隨著氣體過(guò)飽和度的上升而增加。上述研究表明，氣體過(guò)飽和度越高，魚(yú)體血管中血栓的形成越快，死亡速度則越快。

實(shí)驗(yàn)研究結(jié)果表明，氣體過(guò)飽和水體下，鰱的耐受性較草魚(yú)強(qiáng)。其可能原因是，鰱是濾食性魚(yú)類(lèi)，主要靠味覺(jué)進(jìn)行攝食，而草魚(yú)是草食性魚(yú)類(lèi)，主要靠視覺(jué)進(jìn)行攝食[32]，因此草魚(yú)可能更易于將水體里的微小氣泡誤當(dāng)作食物吞入體內(nèi)，導(dǎo)致腸道內(nèi)氣泡堆積。相同體長(zhǎng)下鰱腸長(zhǎng)遠(yuǎn)大于草魚(yú)[33]，鰱腸道對(duì)氣體的承載力可能要強(qiáng)于草魚(yú)，在草魚(yú)腸道內(nèi)堆積的氣體更易于擴(kuò)散至腹腔內(nèi)，從而導(dǎo)致魚(yú)體失去平衡，腹部朝上浮于水面。草魚(yú)腸道內(nèi)的絨毛發(fā)達(dá)，吸收能力強(qiáng)，而鰱腸道內(nèi)絨毛粗短且粘液細(xì)胞小，吸收能力較弱[33]，因此草魚(yú)可能更易于將腸道內(nèi)的氣體吸收進(jìn)入血液，導(dǎo)致過(guò)量氣體在血管中堆積形成氣栓從而加速魚(yú)類(lèi)死亡。

氣體過(guò)飽和水體對(duì)不同魚(yú)類(lèi)的致死效應(yīng)存在差異。將不同飽和度下，草魚(yú)與長(zhǎng)江其他幾種魚(yú)的半致死時(shí)間進(jìn)行比較，結(jié)果如表2所示。

表2 各氣體飽和度下不同魚(yú)類(lèi)的半致死時(shí)間Tab.2 LT50 for different species at different level of gas supersaturations

結(jié)果表明草魚(yú)相較于其他幾種魚(yú)對(duì)氣體過(guò)飽和有較強(qiáng)的耐受性，并且高飽和度的水體對(duì)魚(yú)類(lèi)有較強(qiáng)致死效應(yīng)。本學(xué)科組野外觀測(cè)發(fā)現(xiàn)在泄洪期間三峽大壩下游氣體飽和度可達(dá)110%～140%，本研究結(jié)果表明長(zhǎng)期暴露于此環(huán)境下會(huì)導(dǎo)致魚(yú)類(lèi)死亡。而隨著金沙江和長(zhǎng)江上游流域更多高體大壩的建成，水體中氣體過(guò)飽和問(wèn)題會(huì)更加嚴(yán)重。因此，亟待更多的相關(guān)研究，并以這些研究結(jié)果為基礎(chǔ)制定相關(guān)法規(guī)政策以減輕甚至消除水體中氣體過(guò)飽和對(duì)魚(yú)類(lèi)繁殖以及生長(zhǎng)發(fā)育的影響。