王壽兵 ,蔡楨杰 ,劉興國 ,姜釔如 ,隗琪
(1.復(fù)旦大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程系,上海 200433;2.中國水產(chǎn)科學(xué)研究院漁業(yè)機(jī)械儀器研究所,上海 200092)
草魚(Ctenopharyngodon idella),為鯉科(Cyprinidae)、雅羅魚亞科(Leuciscinae)、草魚屬(Ctenopharyngodon)魚類,養(yǎng)殖產(chǎn)量目前位居我國“四大家魚”之首,養(yǎng)殖區(qū)域廣泛分布于廣東、廣西、湖北、江蘇等省份,發(fā)展?jié)摿薮骩1]。與諸多高等脊椎動(dòng)物相比,草魚對于生存的水環(huán)境依賴性更強(qiáng),并且由于草魚體中的調(diào)節(jié)和適應(yīng)系統(tǒng)均不發(fā)達(dá),水體中諸多元素的變化均會(huì)引起草魚體中不同程度的生理變化。而在影響水環(huán)境水體生產(chǎn)力的諸多因子中,pH 值是重要因子之一。pH 值過高時(shí),養(yǎng)殖水體中的離子銨轉(zhuǎn)化成非離子氨的程度增加,毒性也相應(yīng)增強(qiáng),容易造成草魚呼吸障礙,對魚有強(qiáng)烈的腐蝕性,使魚體及魚鰓損傷嚴(yán)重;生物的活性及其對有機(jī)物的降解亦會(huì)遭到過高pH 值的影響,進(jìn)而影響到養(yǎng)殖水體中物質(zhì)的循環(huán)再利用[2]。pH 值過低時(shí),會(huì)使草魚血液中pH 值下降,引起酸中毒,造成草魚的多種酶功能及血紅蛋白等運(yùn)輸氧的功能發(fā)生障礙,即使池塘中溶解氧含量充足,也會(huì)出現(xiàn)浮頭等缺氧癥狀。
目前國內(nèi)外已有較多關(guān)于pH 值對草魚生理生態(tài)影響的研究報(bào)道,但受研究對象個(gè)體大小、試驗(yàn)方法和水質(zhì)條件等各種因素差異的影響,研究結(jié)論并不一致,尤其是不同pH 值條件對草魚的生態(tài)適宜度尚不明確?,F(xiàn)在收集整理了國內(nèi)外相關(guān)文獻(xiàn),分析確定了草魚養(yǎng)殖池塘pH 值生態(tài)適宜度評價(jià)基準(zhǔn),擬更好地指導(dǎo)我國廣大養(yǎng)殖戶開展池塘pH 值安全管理和生態(tài)適宜度調(diào)節(jié),促進(jìn)草魚的健康生長。
利用 Web of Science、Scopus、中國知網(wǎng)-中國學(xué)術(shù)期刊庫、中國博碩士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫等數(shù)據(jù)庫,分別以“pH 值”“酸堿度”及其英文“potential of hydrogen”和拉丁文“pondus Hydrogenii”“草魚”及其英文名“grass carp”和拉丁學(xué)名“Ctenopharyngodon idella”等為檢索詞進(jìn)行全文檢索,逐條篩選出涉及pH 值對草魚生理生態(tài)影響的研究論文,然后根據(jù)這些論文并跟蹤后附相關(guān)參考文獻(xiàn)進(jìn)行數(shù)據(jù)挖掘,按pH 值高低順序列表,顯示不同pH 值下草魚的主要生理生態(tài)表現(xiàn)。以此數(shù)據(jù)作為研究確定不同生態(tài)適宜度評價(jià)基準(zhǔn)的科學(xué)依據(jù)。
為了方便廣大養(yǎng)殖戶更好地判別和應(yīng)用,對生態(tài)適宜度等級,不按傳統(tǒng)方式分級為高、中、低或優(yōu)、良、中、差等,而根據(jù)pH 值對草魚生長和生存的適宜度高低,將適宜度劃分為5 個(gè)等級期,分別稱為最適期、正常期、影響期、危險(xiǎn)期和死亡期。對應(yīng)的評價(jià)基準(zhǔn)(或閾值)分別稱為最適期基準(zhǔn)、正常期基準(zhǔn)、影響期基準(zhǔn)、危險(xiǎn)期基準(zhǔn)和死亡期基準(zhǔn)。每個(gè)適宜度等級期含義及賦分規(guī)定如下:
(1)最適期:草魚處于理論上最為理想的pH 值狀態(tài),各項(xiàng)常規(guī)生理指標(biāo)均不受pH 值脅迫。評分為3.00 分。
(2)正常期:從最適宜狀態(tài)到可檢測到的不良影響(如生長明顯放緩)開始出現(xiàn)的時(shí)期。評分為3.00~2.00 分。
(3)影響期:從不良影響(包括生理指標(biāo))開始出現(xiàn)到死亡威脅(如浮頭、失去平衡)開始出現(xiàn)的時(shí)期。評分為2.00~1.00 分。
(4)危險(xiǎn)期:從對草魚開始產(chǎn)生死亡威脅至有個(gè)別魚體開始出現(xiàn)死亡的時(shí)期。評分為1.00~0.00 分。
(5)死亡期:草魚開始死亡之后至可能引起大部分死亡的時(shí)期。評分為0.00 分。
每個(gè)生態(tài)適宜度等級期,pH 值基準(zhǔn)根據(jù)文獻(xiàn)挖掘數(shù)據(jù)排序結(jié)果,綜合考慮試驗(yàn)對象和條件等多種因素后確定。具體生態(tài)適宜度評分,采用隸屬度函數(shù)法進(jìn)行計(jì)算,除最適期和死亡期外,其余3 個(gè)時(shí)期隸屬度函數(shù)采用線性方程進(jìn)行擬合構(gòu)建,即認(rèn)為該時(shí)期內(nèi)的適宜度分值(S)與其pH 值之間呈一元線性回歸關(guān)系,且其分值范圍的上限和下限,分別對應(yīng)該時(shí)期評價(jià)基準(zhǔn)上限和下限。采用最小二乘法得到以適宜度分值為因變量,pH 值為自變量的線性方程,即評分的具體計(jì)算公式。根據(jù)上述定義,生態(tài)適宜度評分要在2.00 分以上才會(huì)對草魚生長無不良影響。
2.1.1 危險(xiǎn)期和死亡期基準(zhǔn)
不同pH 值下草魚生理生態(tài)影響研究結(jié)果匯總見表1。
表1 不同pH 值下草魚生理生態(tài)影響研究結(jié)果匯總
池塘pH 值過高或過低,都會(huì)危害草魚的生存,甚至導(dǎo)致其死亡,因此危險(xiǎn)期和死亡期pH 值基準(zhǔn)均應(yīng)包括低值或高值。張禮善等[4]的研究表明,體質(zhì)量 0.75~1.40 g 的草魚,當(dāng) pH 值低至 4.0,4.2 和 4.4時(shí),分別在1.5,11.5 和17 h 后開始出現(xiàn)死亡,并分別于4~12,25~40 和20~36 h 內(nèi)出現(xiàn)大量死亡,最終存活率分別為0,25%和85%;而當(dāng)pH 值升高至4.6 時(shí),持續(xù)72 h,未出現(xiàn)任何失?;虿B(tài)現(xiàn)象。由此可以初步判斷,pH 值<4.4 時(shí),將會(huì)對該大小規(guī)格的草魚產(chǎn)生致死作用,而在4.6 以上,則在短期內(nèi)是相對安全的。而李辛夫等[5]的研究結(jié)果稍有差異,體長(2.43±0.11)cm 草魚的半致死 pH 值為 4.76,而不影響存活的pH 值下限為5.5。余日清等[6]的研究表明,體質(zhì)量 275~555 g 的草魚在 pH 值<5.6 時(shí),咳嗽次數(shù)和呼吸頻率都有明顯提高;在pH 值為5.0~6.0 時(shí),血液中HCO3-濃度變幅大,但pH 值變化較小。而pH 值繼續(xù)降至5.0 以下時(shí),72 h 后雖未出現(xiàn)死亡現(xiàn)象,但草魚血液中的氧分壓已顯著下降[3]。另外,文獻(xiàn)[7]發(fā)現(xiàn),體質(zhì)量72.0 g 的草魚,在pH 值為6.0~7.0 時(shí),雖然白細(xì)胞吞噬活性略有降低,但差異不顯著。基于上述研究結(jié)果,將草魚養(yǎng)殖池塘水體pH 值5.0 和5.6,分別確定為低pH 值下死亡期和危險(xiǎn)期閾值,即死亡期基準(zhǔn)為pH 值<5.0,危險(xiǎn)期基準(zhǔn)為5.0~5.6。
張禮善等[4]研究表明,體質(zhì)量1.88~2.29 g 的草魚,當(dāng)pH 值升至10.6 和10.4 時(shí),分別在2.73 和32.92 h 后開始出現(xiàn)了死亡現(xiàn)象,并分別于6~9 h 和33~55 h 內(nèi)出現(xiàn)大量死亡,最終存活率分別為0 和77%;而當(dāng)pH 值降至10.2 時(shí),持續(xù)72 h 未出現(xiàn)任何失?;虿B(tài)現(xiàn)象。由此可以初步判斷,pH 值為10.4~10.6,將會(huì)對該大小規(guī)格的草魚產(chǎn)生致死作用,而在10.2 以下,則在短期內(nèi)是安全的。基于此,將pH 值10.5 確定為草魚死亡期上限閾值。程星紅[9]的研究發(fā)現(xiàn),在pH 值>9.0 時(shí),草魚種出現(xiàn)大量死亡的現(xiàn)象;而陸忠康[8]發(fā)現(xiàn),pH 值 9.0~9.5 對小魚苗無重要影響,只對初次攝食魚苗較敏感?;诖?,現(xiàn)將pH 值9.5 確定為草魚危險(xiǎn)期上限閾值。
2.1.2 影響期、正常期和最適期基準(zhǔn)
陸忠康[8]認(rèn)為,草魚理想pH 值為6.9~9.0;而董天紅等[7]的研究表明,體質(zhì)量為72.0 g 的草魚,當(dāng)pH 值為7.5 時(shí),其免疫系統(tǒng)活性最佳,生存率提高;當(dāng)pH 值在7.5~8.0 時(shí),白細(xì)胞對菌體吞噬力顯著提高;而當(dāng)pH 值升高至8.0 以上時(shí),白細(xì)胞吞噬指數(shù)開始降低?;谏鲜鲅芯?,本文將最適期pH 值基準(zhǔn)確定為7.5~8.0.
董天紅等[7]的研究表明,體質(zhì)量為72.0 g 的草魚,當(dāng)pH 值為6.0~7.0 時(shí),白細(xì)胞吞噬活性有所降低,但差異不顯著。而根據(jù)《漁業(yè)水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)》(GB 11067—89),漁業(yè)養(yǎng)殖水體中淡水環(huán)境pH 值應(yīng)當(dāng)為6.5~8.5?;诖?,本文將正常期pH 值基準(zhǔn)值確定為6.5~7.5 和8.0~8.5。而根據(jù)前文確定的危險(xiǎn)期基準(zhǔn)值,可相應(yīng)得到影響期pH 值基準(zhǔn)值分別為 5.6~6.5 和 8.5~9.5。
根據(jù)2.1 節(jié)得到的生態(tài)適宜度各期評價(jià)基準(zhǔn),利用前述方法,計(jì)算得到不同pH 值下生態(tài)適宜度評分計(jì)算公式:
式中:S——生態(tài)適宜度評價(jià)得分;
[pH]——規(guī)定時(shí)段和位點(diǎn)的池塘pH 監(jiān)測值。
李瑞嬌等[10]監(jiān)測了湖北省公安縣崇湖漁場某主養(yǎng)草魚池塘(配套養(yǎng)殖鰱、鳙,人工配合飼料為主,輔以黑麥草和蘇丹草)5—10 月pH 值,其最大值平均為8.73,最小值平均為7.70,根據(jù)本文確定的生態(tài)適宜度評價(jià)基準(zhǔn),分別屬于影響期和最適期,生態(tài)適宜度得分分別為1.77 分(低于2.00 分)和3.00 分,表明該魚塘pH 值在高值區(qū)會(huì)對草魚生長產(chǎn)生一定的影響。
張燕萍等[11]監(jiān)測了鄱陽湖地區(qū)典型山塘、精養(yǎng)和魚菜共生3 種草魚池塘4—11 月份pH 值,每種草魚池塘平均值分別為6.82,7.83 和7.28,按本文確定的評價(jià)基準(zhǔn),分別屬于正常期、最適期和正常期,得分分別為 2.32,3.00 和 2.78 分。從 pH 值平均值看,3 種養(yǎng)殖模式都可滿足要求,適宜度大小排序?yàn)椋壕B(yǎng)魚塘、魚菜共生、普通山塘。而監(jiān)測發(fā)現(xiàn),精養(yǎng)和魚菜共生2 種模式的pH 值最大值分別為9.94 和9.82[11],均屬于危險(xiǎn)期,生態(tài)適宜度評分分別為0.56 和0.68 分,雖然魚菜共生模式得分稍高,但二者均<1 分,表明需要對這2 種模式中出現(xiàn)的極端pH 值予以密切關(guān)注并采取相應(yīng)減緩措施,否則會(huì)對養(yǎng)殖對象生命產(chǎn)生威脅。
養(yǎng)殖池塘pH 值受多種因素的影響,總的來說可分為人為因素和自然因素。人為因素如用漂白粉對池塘進(jìn)行消毒,可使養(yǎng)殖水體pH 值增高[9]。自然因素主要來自3 個(gè)方面:一是池塘中浮游植物和水草的光合作用過程可吸收CO2從而影響水體的pH值。尤其是在夏季高溫時(shí)期光合作用強(qiáng)度大幅升高,水體中CO2被快速消耗,會(huì)造成水體pH 值在一定范圍內(nèi)上升;二是水溫變化。水溫升高后CO2在水中的溶解度降低,同時(shí)伴隨著光合作用的增強(qiáng),水體表面層的CO2濃度會(huì)降低,引起pH 值的小幅上升;而在下層水和深層水中,溫度的提高會(huì)加快有機(jī)物的分解速度,而由于深層水中CO2無法進(jìn)行有效的交換,使得CO2大量積聚,水體的pH 值也會(huì)隨之降低;三是水生生物的呼吸活動(dòng)。水體中各種動(dòng)植物的呼吸作用會(huì)造成CO2的積累,進(jìn)而pH 值下降??傊靥林蠧O2濃度的增加和減少是pH 值變化最為直接的因素。一般而言,隨著水體中CO2總量的增加,pH 值也會(huì)隨之下降;反之亦然[12]。
池塘中pH 值存在時(shí)、空分異特征。在高溫季節(jié),池塘pH 值常具明顯垂直分層和日變化。在白天正午前后,上層水由于光合作用和溫度等因素的影響,其pH 值總體上均顯著高于底層水。而在清晨時(shí)期,其pH 值則很低;下層水和底層水一般無明顯pH 值日變化。而草魚在養(yǎng)殖水體中的活動(dòng)空間主要在中、下層水。因此在確定pH 值對于草魚生長影響程度時(shí),只需要考慮水體中、下層水pH值范圍即可。
將草魚養(yǎng)殖池塘pH 值的生態(tài)適宜度從最不適宜到最適宜分為5 個(gè)時(shí)期,即死亡期、危險(xiǎn)期、影響期、正常期和最適期,系統(tǒng)收集并整理了國內(nèi)外有關(guān)pH 值對草魚生理生態(tài)影響研究結(jié)果,在此基礎(chǔ)上,通過比較分析并遵循審慎原則,確定了各適宜度等級期pH 值基準(zhǔn):死亡期<5.0 或≥10.5、危險(xiǎn)期 5.0~5.6 或 9.5~10.5、影響期 5.6~6.5 或 8.5~9.5、正常期 6.5~7.5 或 8.0~8.5 和最適期 7.5~8.0。養(yǎng)殖戶發(fā)現(xiàn)池塘pH 值處于危險(xiǎn)期或死亡期,應(yīng)及時(shí)采取補(bǔ)救措施,防止出現(xiàn)死亡現(xiàn)象的發(fā)生;處于影響期,則需密切關(guān)注未來天氣變化,防范天氣劇變帶來的風(fēng)險(xiǎn)。